BIORREMEDIACIÓN DE SUELO CONTAMINADO CON …

1 Rev. Int. Contam. Ambie. 27(3) 241-252, 2011 BIORREMEDIACI N DE SUELO CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS EMPLEANDO LODOS RESIDUALES COMO FUENTE ALTERNA DE NUTRIENTESA driana MART NEZ-PRADO1*, Ma. Elena P REZ-L PEZ2, Joaqu n PINTO-ESPINOZA1, Blanca Amelia GURROLA-NEV REZ1 y Ana Lilia OSORIO-RODR GUEZ1 1 Instituto Tecnol gico de Durango, Blvd. Felipe Pescador # 1830 Ote. Col. Nueva Vizcaya, C. P. 34080, Durango, Dgo., M xico. *Autor responsable: Centro Interdisciplinario de Investigaci n para el Desarrollo Integral Regional (IPN-CIIDIR) Unidad Durango, Sigma 119, Fracc. 20 de Noviembre, C. P. 34220, Durango, Dgo., M xico.(Recibido junio 2010, aceptado enero 2011)Palabras clave: biorremediaci n, hidrocarburos del petr leo, suelos contaminados, nutrientesRESUMENEn la presente investigaci n se evalu el proceso de biorremediaci n aer bica de un SUELO CONTAMINADO con hidrocarburos de petr leo empleando lodos residuales (bios li-dos), provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) dom sticas de la localidad, como fuente alterna de macro y micronutrientes.

2 La contaminaci n del SUELO fue resultado de derrames accidentales de diesel, aceite y grasas en la unidad minera San Antonio perteneciente al grupo Goldcorp M xico, ubicada en el municipio de San Dimas, en Tayoltita, Durango. Se realizaron experimentos a escala laboratorio y piloto, ajustados a capacidad de campo y a una relaci n carbono:nitr geno (C:N) = 10:1, en los cuales se evaluaron el efecto de la adici n de nutrientes, la densidad del material a remediar y la influencia del tama o de la part cula en el proceso de degradaci n. Se demostr que los lodos residuales propiciaron la estimulaci n de los microorganismos nativos del SUELO y estos ltimos a su vez fueron los responsables de degradar los hidrocarburos. Los hidrocarburos fueron empleados como fuente de carbono y de donador de electrones, acoplando la reacci n de xido-reducci n con el ox geno que fungi como aceptor de electrones. El SUELO sometido a remediaci n aer bica alcanz el l mite m ximo permisible (LMP) establecido en la normatividad mexicana vigente (NOM-138-SEMARNAT/SS-2003) en los experimentos realizados a ambas escalas y se propone como alternativa para que la empresa minera cumpla con el programa Industria Limpia, al que est adscrita de manera : bioremediation, contaminated soils, nutrients, petroleum hydrocarbonsABSTRACTIn this research an aerobic bioremediation process, of a petroleum hydrocarbon con-taminated soil, was evaluated using residual sludge (biosolids) from a local domestic wastewater treatment plant, as an alternative micro and macro nutrient source.

3 Con-tamination of the soil resulted from accidental spills with hydrocarbons, mainly diesel, gasoline, and residual oils, from the San Antonio mining unit which belongs to Goldcorp M xico Company, located in Tayoltita, from the municipality of San Dimas, Durango. A. Mart nez-Prado et and pilot experiments were conducted, adjusting soil water content to field capacity and carbon:nitrogen (C:N) ratio to 10:1, evaluating the effect of addition of nutrients, density of the material being remediated, and the influence of soil particle size in the remediation process. It was demonstrated that the biosolids stimulated the native microorganisms of the polluted soil; consequently the hydrocarbon degradation process was accelerated. The hydrocarbons were used as carbon and electron donor source, coupling the oxidation-reduction reaction with oxygen which served as the electron acceptor. Treated soil was remediated and reached the maximum permissible limit (MPL), established in the Mexican current regulations (NOM-138-SEMARNAT/SS-2003), at both stages, and it is recommended as an optional process to the mining company to fulfill with the Clean Industry NLos problemas de contaminaci n en el mbito local, nacional e internacional son parte de nuestra vida cotidiana; es preocupante la manera en c mo se han ido degradando los ecosistemas de nuestro planeta, y la capa superficial de la corteza terrestre no es la excepci n.

4 La actividad industrial ha oca-sionado uno de los problemas m s serios en materia de contaminaci n de suelos, donde el derrame de hidrocarburos derivados del petr leo ocupa uno de los primeros lugares. En M xico, y como consecuencia de varios siglos de actividad minera, la industria de la qu mica b -sica, petroqu mica y de refinaci n del petr leo, han producido grandes cantidades de residuos peligrosos dif ciles de cuantificar. Se sabe que en 1999, de acuer-do a cifras publicadas por el INEGI-INE (2000), los sitios contaminados, a n en las estimaciones m s conservadoras, ascend an a varios miles de lugares y stos eran equivalentes a 25 967 km2 de superficie de SUELO actividad minera del estado de Durango ocupa uno de los primeros lugares a nivel nacional. Den-tro de sus empresas mineras destaca la mina San Antonio, con un rea aproximada de km2, perteneciente al grupo Goldcorp M xico y se ubica en el municipio de San Dimas, en Tayoltita, Durango.

5 En 1995, la mina ingres al programa de Auditor a Ambiental y como resultado de la misma se detect SUELO natural CONTAMINADO con hidrocarburos, cerca de 800 toneladas, el cual fue confinado en un alma-c n. Lo anterior debido al mantenimiento propio de la maquinaria y equipos dentro de la empresa. Para resolver este problema la empresa busc asesor a para establecer una tecnolog a de remediaci n que fuera sencilla, flexible, de bajo costo y que permitiera alcanzar los niveles aceptables en la normatividad mexicana vigente (SEMARNAT 2003, Gurrola-Nev rez 2008, Osorio-Rodr guez 2010). Existen numerosas tecnolog as de remediaci n de suelos contaminados y de acuerdo a Volke y Velasco (2002) se pueden agrupar en 3 tipos: a) biol gicos (biorremediaci n, bioestimulaci n, fitorremediaci n, biolabranza, etc.), en donde las actividades metab -licas de ciertos organismos permiten la degradaci n, transformaci n o remoci n de los contaminantes a productos metab licos inocuos; b) fisicoqu micos (electrorremediaci n, lavado, solidificaci n/estabili-zaci n, etc.

6 , aqu se toma ventaja de las propiedades f sicas y qu micas de los contaminantes para destruir, separar o contener la contaminaci n; y c) t rmicos (incineraci n, vitrificaci n, desorci n t rmica, etc.), en los cuales se utiliza calor para promover la vola-tilizaci n, quemar, descomponer o inmovilizar los contaminantes en un SUELO . La biorremediaci n puede emplear organismos aut ctonos del sitio CONTAMINADO o de otros sitios (ex genos), puede realizarse in situ o ex situ, en con-diciones aerobias (en presencia de ox geno) o anaero-bias (sin ox geno). Aunque no todos los compuestos org nicos son susceptibles a la biodegradaci n, los procesos de biorremediaci n se han usado con xito para tratar suelos, lodos y sedimentos contaminados con hidrocarburos del petr leo, solventes, explosivos, clorofenoles, pesticidas, conservadores de madera e hidrocarburos arom ticos polic clicos, en procesos aer bicos y anaer bicos (Leahy y Colwell 1990, Dott et al.

7 1995, Dragun y Barkach 2000, Semple et al. 2001, Wan et al. 2002, Volke y Velasco 2003, Boopathy 2004, Rivera-Espinoza y Dendooven 2004, Lee et al. 2007).Adem s se ha incursionado en el desarrollo de tecnolog as emergentes e innovadoras tales como la fitorremediaci n, electrorremediaci n y electrobio-rremediaci n, en donde si bien es cierto hoy en d a la informaci n es limitada, la investigaci n desarrollada respalda su uso y se encuentra cobrando auge (de la Rosa-P rez et al. 2007, Olgu n et al. 2007, Unzueta-Medina 2010).BIORREMEDIACI N DE SUELO CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS243 Sin duda muchas son las alternativas reportadas como exitosas, pero para seleccionar la tecnolog a de remediaci n adecuada se debe tener en conside-raci n: a) caracter sticas del sitio, b) tipo de contami-nante, concentraci n y caracter sticas fisicoqu micas, c) propiedades fisicoqu micas y tipo de SUELO a tratar y d) costo (Volke y Velasco 2002).

8 Por otra parte, los lodos residuales o bios lidos son el subproducto resultante del tratamiento biol -gico de las aguas dom sticas, que cuando no se tiene un plan de manejo de los mismos causan impacto al ambiente y a la salud de la poblaci n (SEMARNAT 2002) y por tal motivo son considerados como resi-duos peligrosos (SEMARNAT 2005). Sin embargo estos lodos residuales, cuando no contienen sustan-cias t xicas, pueden ser compostados y ser usados para mejorar la calidad de los suelos y estimular a la poblaci n microbiana para que promueva la de-gradaci n de contaminantes org nicos, ya que son ricos en materia org nica, macro y micro nutrientes. Adem s, los lodos residuales contienen una alta diversidad microbiana, mucho m s grande que la de cualquier SUELO f que los microorganismos son los agentes primarios de la degradaci n de contaminantes org -nicos en el SUELO , una premisa es que al incrementar la densidad microbiana en un SUELO CONTAMINADO , se puede tambi n acelerar la degradaci n de los conta-minantes org nicos como los hidrocarburos (Wan et al.)

9 2002, Lee et al. 2007). De acuerdo a lo anterior, el proceso m s amplia-mente usado es la biorremediaci n y la variable a con-trolar es la bioestimulaci n de los microorganismos nativos del SUELO a trav s de la adici n de nutrientes (fuente alterna). Tal aseveraci n est basada en el hecho de que la entrada de grandes cantidades de carbono (hidrocarburos) perturba el balance natural de nutrientes en el sistema ocasionando una r pida disminuci n de otros, como el nitr geno y el f sforo, y con ello se reduce o detiene la tasa de crecimiento ya se mencion , los lodos residuales contie-nen grandes concentraciones de nitr geno inorg nico, f sforo y materia org nica, lo que los hace ideales para estimular la actividad microbiana del SUELO . Los lodos residuales pueden ser usados como fuente alterna de macro y micro nutrientes y al estimular la actividad microbiana se lograr una mayor degra-daci n de los hidrocarburos presentes en el SUELO , siempre y cuando la concentraci n de pat genos, metales pesados y compuestos org nicos t xicos sea baja (Rivera-Espinoza y Dendooven 2003).

10 Dicha pr ctica resulta ben fica para el ambiente, d ndole un uso a lo que com nmente se ha venido manejando como un biorremediaci n es un proceso de mineraliza-ci n, al que tambi n se le conoce como composteo. Dicho proceso es usado para estabilizar los lodos residuales y del cual se obtiene el humus como producto, mismo que funge como mejorador de las caracter sticas f sicas de un SUELO (Haug 1980). Lo que resulta de la combinaci n de SUELO con hidrocar-buro y lodos residuales es un SUELO mejorado en sus caracter sticas f sicas y sin el contaminante, apto para ser usado en cualquier actividad agr cola. Con base en dichos antecedentes y para resolver el problema de SUELO CONTAMINADO de la mina, la presente investigaci n tuvo como objetivo evaluar al proceso aer bico de biorremediaci n como sistema de tratamiento, considerando para esto el uso de lodos residuales como fuente alterna de Y M TODOSPara evaluar el efecto de los lodos residuales de una planta tratadora de aguas residuales de la localidad, como fuente alterna de nutrientes, en la biorremediaci n de un SUELO CONTAMINADO con hidrocarburos, procedente de una unidad minera, se establecieron pruebas a nivel laboratorio en dos etapas y una m s a escala anterior se realiz a trav s de dise os expe-rimentales que evaluaron el efecto de la adici n de lodos frescos y mineralizados, como fuente alterna de nutrientes, a una relaci n C:N de 10:1.