Evaluación de un proceso de biorremediación aplicado a un suelo contaminado con petróleo crudo

Abstract

La degradación del suelo representa una de las problemáticas más grave que atraviesa actualmente el planeta. En el año internacional del suelo celebrado por la FAO en el año 2015, se determinó que el suelo estaba degradado en un 33 % debido a un sinnúmero de factores entre los que se encuentran los contaminantes orgánicos derivados de la industria del petróleo. Para mitigar esta problemática se han estudiado alternativas sostenibles, altamente efectivas y amigables con el medio ambiente. Dentro de estas alternativas se encuentra la biorremediación la cual es considerada una tecnología económica que logra altas tasas de remoción de Hidrocarburos Totales del Petróleo. El objetivo de esta investigación se centró en evaluar la aplicación de agentes surfactantes y estimulantes en un tratamiento de biorremediación aerobio para tratar un suelo contaminado con petróleo crudo. Este estudio se realizó sobre un suelo perteneciente al municipio de la Hormiga, Putumayo, sobre el cual había sucedió varios derrames de crudo. La presente investigación se llevó a cabo en dos etapas; la primera desarrollada a escala de laboratorio y la segunda a escala piloto. Así, en la primera etapa se procedió a evaluar esta técnica de biorremediación utilizando estimuladores orgánicos (Tween® 80 y Leonardita) en la microbiota autóctona del suelo a escala de laboratorio en condiciones aerobias, para propiciar una descomposición acelerada de los hidrocarburos petrogénicos con los que estaba contaminado este suelo. De esta manera, se aplicaron 4 tratamientos de bioestimulación variando la concentración de Tween® 80 (0-0.05-0.75-1.5 g/L) y manteniendo una concentración constante de Leonardita (3%) y nutrientes. Además, se estableció un tratamiento de atenuación natural y uno de control. La eficiencia de la biodegradación se midió simultáneamente por la determinación de las siguientes variables: producción de CO2 microbiano (respirometría), cuantificación de hidrocarburos totales del petróleo (HTP) remanentes por cromatografía de gases, Unidades Formadoras de Colonia (UFC/g) de bacterias heterótrofas e hidrocarburoclastas y pH durante 80 días. Adicionalmente para establecer las bacterias dominantes en el proceso, se realizaron una serie de aislados de bacterias heterótrofas e hidrocarburoclastas en los microcosmos, para posteriormente ser sometidos a estudios de identificación molecular. En las variables evaluadas se pudo corroborar que la aplicación de Tween® 80 junto con Leonardita y nutrientes genera un efecto positivo en la degradación de este tipo de contaminantes, presentando porcentajes de degradación de HTP superiores al 50% en tan solo 80 días de tratamiento, que superan en casi un 45 % con respecto al valor obtenido en el tratamiento de atenuación natural. Así, se determinó que el mejor tratamiento fue BIII, en el que se adicionó la mayor concentración de Tween® 80 (1,5 g/L), lográndose un 52% de remoción de los HTP, la mayor producción de dióxido de carbono y la mayor cantidad de UFC/g. Además se determinó que los aislados bacterianos dominantes en los tratamientos fueron: Bacillus siamensis, Bacillus pseudomycoides, Bacillus aerius, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Staphylococcus warneri y Brevundimonas olei. La segunda etapa consistió en evaluar la tasa de degradación del petróleo crudo en condiciones aerobias aplicando la estrategia de bioestimulación seleccionada en un reactor de lecho estático. Para ello se empleó el diseño realizado en el grupo de investigación de Biorremediación y Desarrollo tecnológico en un estudio anterior. Adicionalmente, para el tratamiento del suelo a escala piloto fue necesario adicionar compost y un cosustrato (melaza) para mantener el proceso activo en el tiempo. La concentración de HTP se monitoreó cada 15 días por un periodo de 2 meses. Finalmente, se alcanzó una concentración en el reactor de 5000 ppm de HTP remanentes. Además, se obtuvo dos velocidades de biodegradación de -0.04 y -0.017 dia-1 y dos tiempos de vida media de 17 y 34 días.

Abstract: Soil degradation is one of the most important problematic that the planet is currently experiencing. In the International Soil Year celebrated by FAO in 2015, it was determined that the soil was degraded by 33% for a number of factors including pollutants derived from the oil industry. To mitigate this problem, it has studied sustainable, highly effective alternatives that are environmentally friendly. Within these alternatives is the bioremediation of which is an economic technology that does high rates of removal of Total Petroleum Hydrocarbons. The objective of this research was to evaluate the application of surfactants and stimulants in an aerobic bioremediation treatment to treat soil contaminated with crude oil. This study was carried out on a soil belonging to the municipality of Hormiga, Putumayo, on which several oil spills occurred. The research has been carried out in two stages; the first was developed at the laboratory scale and the second at pilot scale. In the first stage, an evaluation of this technique of evaluation using the organic stimulators (Tween® 80 and Leonardite) in the autochthonous soil microbiota was carried out on a laboratory scale under aerobic conditions, in order to promote an accelerated decomposition of the petroleum hydrocarbons with which it was contaminated this soil. In this way 4 biostimulation treatments were applied varying the concentration of Tween® 80 (0-0.05-0.75-1.5 g / L) and maintaining a constant concentration of Leonardite (3%) and nutrients. In addition, natural attenuation and control treatment were evaluated. The efficiency of biodegradation was measured simultaneously by measuring: microbial CO2 production (respirometry), quantification of TPH (Total Petroleum Hydrocarbon) remnants by gas chromatography, pH and CFU/g (Colony Forming Unit) of heterotrophic and hydrocarbons bacteria for 80 days. In addition to establishing the dominant bacteria in the process, a series of heterotrophic bacteria and hydrocarbons’s isolates were made in the microcosms, and subsequently subjected to molecular identification method. Therefore, in the evaluated variables, it was possible to corroborate that the application of Tween® 80 with Leonardite and nutrients generates a positive effect in the degradation of this type of pollutants, with percentages of the degradation of TPH greater than 50% in only 80 days. These treatment were superior by almost 45% with respect to the value obtained in the treatment of natural attenuation. Thus, it was determined that the best treatment was BIII, in which it was added to the majority concentration of Tween® 80 (1.5 g / L), achieving a 52% removal of TPH, increased carbon dioxide production and the mayor Quantity of CFU/g. The most important strains founded were Bacillus siamensis, Bacillus pseudomycoides, Bacillus aerius, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Staphylococcus warneri and Brevundimonas olei. The second stage consisted of evaluating the degradation rate of crude oil under aerobic conditions applying the selected biostimulation strategy in a static bed reactor. For this purpose, the design of the research group was used in an earlier study. In addition, for soil treatment and molasses to keep the process active over time. The concentration of TPH was monitored every 15 days for a period of 2 months. Finally, concentration in the reactor was 5000 ppm of TPH. In addition, two biodegradation rates were obtained of -0.04 and -0.017 day-1 and two average life times of 17 and 34 days.