Trabajo Colaborativo 2_procesos de Biorremediacion

TRABAJO COLABORATIVO 2

PROCESOS DE BIORREMEDIACION

POR: YENNY PATRICIA ALVAREZ VALENCIA CODIGO 63535985 YENNY SHIRLEY PERILLA ALVAREZ CODIGO 37728347 LADY DAYANNA RIOS OROZCO CODIGO 1056301385 JOSE VIDAL CARDENAS CAÑON CODIGO 74378376

GRUPO: 358025A_220 358025A_220

TUTOR: JUAN FERNANDO GOMEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD UNAD ESCUELA DE CIENCIAS PECUARIAS, AGRÍCOLA Y DEL MEDIO AMBIENTE INGENIERÍA AMBIENTAL ABRIL DE 2015

INTRODUCCION Uno de los problemas ambientales más importantes a nivel mundial es la contaminación de ecosistemas terrestres y acuáticos por derrames de hidrocarburos de petróleo y sus derivados. Los derrames de hidrocarburos en el suelo causan impactos ambientales negativos como la perdida de nutrientes y desestabilización del mismo, debido al cambio en sus características fisicoquímicas y microbiológicas. En los últimos años se ha incrementado el interés en el uso de biotecnologías destinadas a restaurar o recuperar suelos contaminados con petróleo, que complementen los métodos químicos y físicos tradicionales. La tecnología a utilizar en es te estudio es la denominada Biorrestauración, que se  basa en el uso de microorganismos para degradar los hidrocarburos presentes en el petróleo y otros combustibles, y representa uno de los principales mecanismos por los cuales estos contaminantes hidrocarbonados se pueden eliminar del ambiente. En el suelo, los hidrocarburos imposibilitan el intercambio gaseoso con la atmósfera, es así como empiezan una serie de procesos físico-químicos simultáneos, como penetración y evaporación, que según el tipo de hidrocarburo, cantidad vertida, temperatura, humedad y textura del suelo, pueden ser procesos más o menos lentos que pueden ocasionar mayor toxicidad. También puede variar la salinidad dificultando su tratamiento, ya que los altos gradientes de salinidad destruyen la estructura terciaria de las proteínas, desnaturalizan enzimas y deshidratan células, lo cual es mortal para muchos microorganismos que se usan  para el tratamiento de aguas y suelos contaminados. Cuando la mancha generada por el derrame de hidrocarburos llega al agua, flota por diferencia de densidades imposibilitando el intercambio gaseoso y la entrada de luz, dando inicio a la solubilización de compuestos hidrosolubles y a la alteración de diferentes poblaciones como el plancton en primer lugar, en segundo lugar se afectan los macro invertebrados y por último los Bentos o macroinvertebrados que viven en los fondos de ríos y ciénagas. De igual forma, según diferentes investigaciones, la contaminación con hidrocarburos afecta la germinación y crecimiento vegetativo de varios tipos de pastos sometidos a diferentes concentraciones de este contaminante, llegando a la conclusión que hay una inhibición en la germinación del trébol común y un gran retraso en el crecimiento de todas las plantas que se evalúan. En ecosistemas forestales y plantas madereras, el efecto de los hidrocarburos poliaromáticos (PHA) causa necrosis foliar. Esta contaminación está deteriorando progresivamente la calidad del medio ambiente, genera una amenaza  para la salud pública, el deterioro de la calidad del aire, agua y suelos; y, la extinción de una gran variedad de especies animales y vegetales. Pero gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, hoy en día se cuentan con alternativas de remediación  biológicas, que permiten recuperar, en ocasiones el total de los medios contaminados, es así como la  biorremediación se convierte en la herramienta adecuada para mitigar el daño ocasionado por las actividades antropogénicas principalmente.

1. MARCO CONCEPTUAL ORIGEN Y COMPOSICIÓN DEL PETRÓLEO El petróleo es el resultado de la degradación anaeróbica de materia orgánica, durante largos períodos de tiempo y bajo condiciones de alta temperatura y presión, que la convierte en gas natural, crudo y derivados del petróleo. El petróleo crudo es una mezcla extremadamente compleja y variable de compuestos orgánicos, donde la mayoría de ellos son hidrocarburos, que varían en peso molecular desde el gas metano hasta los altos  pesos moleculares de alquitranes y bitúmenes. Estos hidrocarburos pueden presentarse en un amplio rango de estructuras moleculares: cadenas lineales y ramificadas, anillos sencillos, condensados o aromáticos. Los dos grupos principales de hidrocarburos aromáticos son los monocíclicos, el benceno, tolueno y xileno (BTEX) y los hidrocarburos policíclicos (PAHs) tales como el naftaleno, antraceno y f enantreno.

DIVERSIDAD MICROBIANA EN AMBIENTES CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS Los suelos contaminados contienen gran cantidad de microorganismos que pueden incluir un número de  bacterias y hongos capaces de utilizar hidrocarburos, que representan un uno por ciento (1%) de la  población total de aproximadamente 104 a 106 células por gramo de suelo. También, se han encontrado cianobacterias y algas capaces de degradar hidrocarburos. Los suelos contaminados con hidrocarburos contienen más microorganismos que los suelos no contaminados, pero su diversidad microbiana es más reducida.

FACTORES FISICOS Y AMBIENTALES TEMPERATURA: La temperatura tiene una gran influencia en la biodegradación debido a: su efecto sobre la naturaleza física y química del petróleo. Cuando esta es baja, la viscosidad del petróleo aumenta variando su solubilidad en agua y se disminuye la volatilización de algunas fracciones tóxicas que pueden afectar la actividad degradadora de los microorganismos OXIGENO: La biodegradación de hidrocarburos requiere la oxidación de los sustratos por oxigenadas  por lo cual es necesaria la presencia de oxígeno molecular en el medio. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA Y HUMEDAD: La biodegradación de hidrocarburos en ecosistemas terrestres puede ser limitada por la cantidad de agua disponible en el medio para el crecimiento y metabolismo de los microorganismos. pH: La mayoría de las bacterias heterótrofos se desarrollan óptimamente en pH cercanos a la neutralidad,  por lo cual es de esperarse que pH extremos en el medio afectarán de manera negativa a las comunidades microbianas inhibiendo su capacidad para degradar hidrocarburos. ADICIÓN DE NUTRIENTES.  Los nutrientes necesarios para la actividad microbiana pueden ser divididos en dos clases: macronutrientes, los que son requeridos en grandes cantidades y micronutrientes que lo son solamente en pequeñas cantidades. (JENNY LILIANA PARDO CASTRO).

ESTRUCTURA QUÍMICA DEL HIDROCARBURO:   la inherente biodegradabilidad de un hidrocarburo depende, en gran medida, de su estructura molecular. Siendo los parámetros que más van a afectar la halogenación, la existencia de ramificaciones, la baja solubilidad en el agua y la diferente carga atómica.

Las principales fuentes de contaminación por hidrocarburos, identificadas según investigación realizada en 1981 por el Instituto Americano de Petróleo (API) son: 



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Lodos de perforación tipo inversa y recorte: los cuales contienen un aceite similar al diésel con aproximadamente el 10% de concentración y muy arcillosos que se depositan en presas, las cuales antiguamente eran construidas con materiales permeables que dejaban pasar los hidrocarburos al medio ambiente. Suelo contaminado por derrames de tuberías corroídas: los ductos de los campos  petroleros más antiguos, los cuales tiene casi 50 años, ubicados en zonas pantanosas, manglares u otras selvas inundables, fueron instalados conectando los pozos individuales a baterías de separación y de ahí a las refinerías y petroquímicas; esto produjo corrosión anaerobia, principalmente debido a las bacterias que reducen el sulfato, resultando en ductos corridos y derramamientos. Tiraderos de desechos aceitosos semisólidos: Para este fin, se utilizan pozos que nunca  produjeron petróleo o que ya no producen y están tapados, son construidos con materiales impermeables, pero en muchos casos, cuando se termina el espacio disponible se siguen depositando residuos sobre la plataforma, provocando esto infiltraciones y escurrimientos de hidrocarburos al medio ambiente. Sitios contaminados por descargas petroquímicas y refinerías: Son sistemas antiguos de tratamientos de aguas residuales que por lo general contienen sales de los yacimientos de  petróleo, lo que puede perjudicar los cuerpos de agua y los pantanos.

El producto final de un tratamiento de biorremediación, depende en gran medida de las  propiedades del medio contaminado, la toxicidad y la concentración inicial del contaminante, su  biodegradabilidad y el sistema de tratamiento seleccionado. Usualmente los contaminantes tratados por los métodos de biorremediación son los compuestos orgánicos volátiles y semi volátiles no halogenados y los derivados del petróleo. Cuando se encuentran altas concentraciones de metales, compuestos orgánicos con alta proporción de cloro o sales inorgánicas, la eficiencia del tratamiento disminuye debido a la toxicidad microbiológica de estos compuestos.  No obstante la aplicación de técnicas biológicas para la remediación de ambientes contaminados, el gobierno debe implementar sanciones más drásticas para quienes no cumplen con las actuales leyes existentes en materia medioambiental y de disposición de residuos tóxicos, paro también es necesario generar políticas orientadas por la vía de la presión al sector industrial para que disminuya la generación de dichos residuos. Por medio de la biotecnología, se pueden dar soluciones eficaces de descontaminación de ambientes, ya que el tratamiento de residuos es una actividad industrial establecida, la genética y la enzimología pueden unirse a la experiencia de la ingeniería en este campo. Indiscutiblemente, los procesos biológicos para tratar los compuestos tóxicos, deben ser competentes con otros métodos existentes en términos de eficiencia y economía, dichos procesos tienen las ventajas de requerir moderadas inversiones de capital, ser amigables con el medio ambiente, no generar residuos y tener bajo consumo de energía.

OPCIONES DE TRATAMIENTO El término “tecnología de tratamiento” implica cualquier operación unitaria o serie de operaciones unitarias que altera la composición de una sustancia peligrosa o contaminante a través de acciones químicas, físicas o biológicas de manera que reduzcan la toxicidad, movilidad o volumen del material contaminado. Las tecnologías de remediación representan una alternativa a la disposición en tierra de desechos peligrosos que no han sido tratados y sus capacidades o posibilidades de éxito, bajo las condiciones específicas de un sitio, pueden variar ampliamente.

Como ya se mencionó, el uso de una tecnología de remediación en particular depende, además de los factores específicos del sitio y de las propiedades fisicoquímicas del contaminante, de su disponibilidad, de la fiabilidad demostrada o proyectada, de su estado de desarrollo (laboratorio, escala piloto o gran escala) y de su costo.

El bioventeo  es una tecnología cuyo objetivo es

Disposición sobre el suelo También conocido

estimular la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de pozos de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de los microorganismos degradadores.

como “Landfarming”: Esta técnica se utiliza más que todo en los derrames de hidrocarburos ya que reduce la concentración del contaminante por degradación y se utiliza regando o esparciendo una capa de suelo contaminado sobre un terreno en óptimas condiciones así se estimula la actividad microbiana en el suelo afectado a través de la aireación y/o la adición de minerales, nutrientes y humedad. (EPA, 1994).

Inyección de aire a presión : Consiste en inyectar Bioceldas o Biopilas: Es un tratamiento de aire a presión en la parte inferior para deslazar el  biorrecuperación en condiciones no saturadas, agua de los espacios intersticiales de la matriz del consiste en la reducción de la concentración de suelo contaminantes en suelos excavados usando la  biodegradación partiendo de la construcción de un sistema cerrado para controlar los lixiviados, hidrocarburos volátiles y algunas variables de diseño mediante el suministro de oxígeno y nutrientes a través de la pila del suelo. Atenuación natural:  Esta técnica es mas de La Fitorremediación es un proceso que utiliza control y seguimiento al sistema natural y su  plantas para remover, transferir, estabilizar, degradación tomando datos de concentración y concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e vigilando o haciendo seguimiento al mismo, en inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y esta técnica intervienen procesos naturales como  puede aplicarse tanto in situ como ex situ. Los son adsorción, biodegradación, dilución, dispersión mecanismos de Fitorremediación incluyen la y volatización (Gómez, et al., 2006) rizodegradación, la fito-extracción, la fitodegradación y la fitoestabilización.

La Bioaumentación  se utiliza cuando se requiere Biosuspensión: el tratamiento inmediato de un sitio contaminado, o cuando la microflora autóctona es insuficiente en número o capacidad degradadora. Consiste en la

Conocido igualmente como sistema biorreactor o contacto líquido-sólido. Se excava el suelo contaminado y luego se introduce en un reactor añadiendo agua, nutrientes y los

adición de microorganismos vivos, que tengan la capacidad para degradar el contaminante en cuestión, para promover su biodegradación o su  biotransformación. El tamaño del inóculo a utilizar, depende del tamaño de la zona contaminada, de la dispersión de los contaminantes y de la velocidad de crecimiento de los microorganismos degradadores.

microorganismos adecuados para que se realice la degradación. La suspensión se debe mezclar y airear bien hasta que las transformaciones de los compuestos elegidos para su eliminación logran el nivel deseado. Se detienen la mezcla y aireación y se deja que los sólidos se separen de los fluidos por sedimentación, se retira el sedimento, y si tuvo éxito la transformación, el suelo regresa a su lugar de origen y los líquidos se tratan como aguas residuales. El oxígeno se puede suministrar mediante aireación difusa, turbina difusora y aireación superficial (Metcalf y Eddy, 1991).

La bioestimulación   implica la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo contaminado, para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos, y mejorar así la biodegradación de contaminantes orgánicos o bien, la inmovilización de contaminantes inorgánicos in situ.

Método a trabajar Fitorremediación Se propone realizar un tratamiento previo a la biorremediación, el cual es realizar zanjas al rededor del lugar contaminado luego de esto utilizar telas oleofilicas para extraer gran cantidad del petróleo derramado, al utilizar los anteriores métodos se facilitara la biorremediación que se realizará  posteriormente. El proceso de biorremediación que se propone se es diferente para las dos zonas contaminadas.

SUELO: es posible realizar una biorremediación por bacterias o una Fitorremediación utilizando las  plantas de nativas; para realizar la biorremediación con bacterias, se utilizaron los resultados de los análisis a la actividad bacteriana del suelos, ya que estos darían respuesta si las bacterias presentes en él son capaces de degradar los hidrocarburo, si es esto no es así se realizarían procesos de Bioaumentación con microorganismos capaces de degradar los contaminantes. La Fitorremediación también es aconsejable para realizar la remediación de esta zona ya que implica menos costos que el proceso anterior expuesto; las plantas convierten los compuestos hidrocarburos a través de procesos fotosintéticos en bióxido de carbono y agua. AGUA Y COMPONENTES DEL MANGLAR: Con la tela oleofilica, se absorbe gran cantidad del  petróleo derramado, sin embargo en el agua quedan residuos de este contaminantes, en donde comúnmente se utilizan las bacterias Pseudomonas para su degradación, este proceso se puede realizar por Bioaumentación o Bioestimulación, según las condiciones de la zona.

Fitorremediación: Se basa en el uso de las plantas verdes y microorganismos asociados a ellas como las enmiendas del suelo y técnicas agronómicas que liberen, contengan o transformen en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo. Se pueden tratar tanto contaminantes orgánicos como inorgánicos; abarca tanto los procesos de liberación de contaminante de la matriz del suelo (descontaminación), como los encargados de secuestrarlos en dicha matriz (estabilización). También se pueden tratar aguas contaminadas y aire. Se debe tener en cuenta la tolerancia de las plantas a los contaminantes, lo que se define como la capacidad para resistir la acumulación en sus tejidos de elevados niveles de compuestos tóxicos. Es apropiada para la remoción de metales pesados y radionúcleos.

PRESUPUESTO Elementos

costo

Actividad microbiana total Método de Fluoresceína diacetato (FDA) Análisis Fisicoquímico completo de suelos Determinación de pH y C.E

$ 103.000 $ 173.000 $ 11.000 $ 287.000

Total

Los costos de la Bioaumentación y Bioestimulación son relativamente altos en comparación con la Fitorremediación, realizando la siguiente comparación por metro cuadrado Método Bioestimulación y Bioaumentación Fitorremediación

MUESTREOS

Precio aproximado m2 $92.250  –  $190.500 $19.050 - $66.675

BIOAUMENTACION SEGUIMIENTO

COSTOS

muestras de suelos calidad del suelo contenido de hidrocarburos cromatografía separativa fase sólido-líquido cromatografía gaseosa, pH por potenciómetro conductividad eléctrica Humedad Metales pesados. nitrógeno total carbono orgánico y total fosforo asimilable metales alcalinos

Al implementar la adición Análisis microorganismos fisicoquímico del de  bacterianos, se puede suelo

Manejo y almacenamiento microorganismos aeróbicos.  población heterótrofa total Población hidrocarburo lítica.

Análisis microbiológicos

para

ensayos

con

asumir un costo de 12,000 Euros por cada 500m, según el estudio realizado en la costa Da Norte.

FITORREMEDIACION Identificación de los microorganismos del agua (aerobios y anaerobios) Caracterización de la flora presente en el agua, identificando los arboles de mangle. Calidad y propiedades hidrológicas del agua, antes y después de la contaminación capacidad de retención de agua gravimetría Manejo y almacenamiento para ensayos con microorganismos aeróbicos.  población heterótrofa total Población hidrocarburo lítica.

Análisis fisicoquímico del agua

Al implementar la utilización de la tela oleofilica se generaría un costo de aproximadamente $261,750 (rollo 30" x 150 pies x 3/8" espesor)

Análisis microbiológicos

Por lo cual se sugiere que se use el método de Fitorremediación, para corregir los daños causado por el derramen de petróleo considerando que los costos son mucho menores y aún más si se usan plantas nativas  para realizar el proceso, en el agua el método más efectivo seria la Bioestimulación de bacterias por la facilidad para que estas actúen en el medio. Si se usa la tela oleofilica, la cual el costo por metro cuadrado es de $626,1, y los precios anteriores se reducirían notablemente dado que el proceso de biorremediación sería menos complicado he intenso.

BIBLIOGRAFIA [1] De Mesa, J. B. L., Quintero, G., Vizcaíno, A. L. G., Cáceres, D. C. J., Riaño, S. M. G., & García, J. M. (2006). Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del  petróleo. Nova, 4(5). [2] Delgadillo, A., González, C., Prieto, F., Villagómez, J., & Acevedo, O. (2011). Revisión. Fitorremediación: una alternativa para eliminar la contaminación. Tropical and Subtropical 597 – 612. Recuperado de  Agroecosystems, 14(2011), http://www.uaeh.edu.mx/investigacion/icap/LI_IntGenAmb/Otilio_Sando/1.pdf 

BELLOSO C, CARRARIO J, VIDUZZI D. 1998. Biodegradación de hidrocarburos en suelos contenidos en terrarios XXVI Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. San Lorenzo.

BENAVIDES Joaquín, PARDO. Jenny,  PERDOMO Maria Carolina. Efecto de la adición de fertilizantes inorgánicos compuestos en la degradación de hidrocarburos en suelos contaminados con  petróleo - a nivel laboratorio. Articulo elaborado a partir de tesis de grado presentada para optar al título de Ingenieras Ambientales y Sanitarias. Universidad de la Salle.

BRACHO. Mariangela, DIAZ Laugeny, SOTO Luz Marina. 2005. Degradación de hidrocarburos aromáticos por bacterias aisladas de suelos contaminados con petróleo en el estado Zulia, Venezuela . Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.

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COEVALUACION

AUTOR

PUNTAJE

 Yenny Patricia Álvarez

30

JUSTIFICACI N El estudiante participó a tiempo y la calidad de la información es excelente por la calidad de las fuentes y el análisis propio. 5 El documento tiene buena ortografía y redacción. Se pueden entender las ideas claramente y la lectura se facilita por llevar un orden lógico  5 Todas las fuentes consultadas son relevantes, pertinentes y de confianza sobre el tema de tecnologías limpias y ambientales. El 60% de las fuentes utilizadas son de relevancia en el tema de tecnologías limpias y ambientales. Los párrafos son de autoría propia, pero argumentados con citación de literatura confiable.10 El documento es simétrico y bien estructurado para desarrollar el objetivo de la actividad. El manejo de la información es bueno y se fortalecen las partes más relevantes del documento 5 Excelente presentación y sigue todos los requisitos de la guía de actividades 5

Lady Dayanna Ríos

29

El estudiante participó a tiempo y la calidad de la información es excelente por la calidad de las fuentes y el análisis propio. 5 El documento tiene buena ortografía y redacción. Se pueden entender las ideas claramente y la lectura se facilita por llevar un orden lógico  5 Todas las fuentes consultadas son relevantes, pertinentes y de confianza sobre el tema de tecnologías limpias y ambientales. El 60% de las fuentes utilizadas son de relevancia en el tema de tecnologías limpias y ambientales. Los párrafos son de autoría propia, pero argumentados con citación de literatura confiable.9 El documento es simétrico y bien estructurado para desarrollar el objetivo de la actividad. El manejo de la información es bueno y se fortalecen las partes más relevantes del documento 5 Excelente presentación y sigue todos los requisitos de la guía de actividades 5

 Yenny Shirley Perilla Álvarez

30

El estudiante participó a tiempo y la calidad de la información es excelente por la calidad de las fuentes y el análisis propio. 5 El documento tiene buena ortografía y redacción. Se pueden entender las ideas claramente y la lectura se facilita por llevar un orden lógico  5 Todas las fuentes consultadas son relevantes, pertinentes y de confianza sobre el tema de tecnologías limpias y ambientales. El 60% de las fuentes utilizadas son de relevancia en el tema de tecnologías limpias y

ambientales. Los párrafos son de autoría propia, pero argumentados con citación de literatura confiable.10 El documento es simétrico y bien estructurado para desarrollar el objetivo de la actividad. El manejo de la información es bueno y se fortalecen las partes más relevantes del documento 5 Excelente presentación y sigue todos los requisitos de la guía de actividades 5

José Vidal Cárdenas

29

El estudiante participó a tiempo y la calidad de la información es excelente por la calidad de las fuentes y el análisis propio. 5 El documento tiene buena ortografía y redacción. Se pueden entender las ideas claramente y la lectura se facilita por llevar un orden lógico  5 Todas las fuentes consultadas son relevantes, pertinentes y de confianza sobre el tema de tecnologías limpias y ambientales. El 60% de las fuentes utilizadas son de relevancia en el tema de tecnologías limpias y ambientales. Los párrafos son de autoría propia, pero argumentados con citación de literatura confiable.9 El documento es simétrico y bien estructurado para desarrollar el objetivo de la actividad. El manejo de la información es bueno y se fortalecen las partes más relevantes del documento 5 Excelente presentación y sigue todos los requisitos de la guía de actividades 5