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DISEÑO Y ESCALAMIENTO DE PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS
PETROLIZADOS, UTILIZANDO TÉCNICAS DE LABOREO EN LECHOS,
COMPOSTAJE Y BIOPILAS, EN EL CANTÓN LA JOYA DE LOS SACHAS EN LA
PROVINCIA FCO. DE ORELLANA, ECUADOR.
Erazo Luis Roberto, Nancy Veloz*, Verónica Bravo**, Carlos Chávez***
Cecilia Veloz es doctora en química, magister en protección ambiental, magister en ciencias biotecnológicas;
directora de la Escuela de Ingeniería en Biotecnología Ambiental de la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo; ex Directora de Calidad del LABCESTTA; la Doctora Cecilia Veloz es candidata al doctorado en el
programa de Ciencias Ambientales de la Universidad Mayor de San Marcos de Lima Perú. Su formación le ha
permitido desempeñar destacados cargos de notable responsabilidad a lo largo de su carrera como son: auditor del
sistema de auditoria de riesgos del trabajo; auditor interno de sistemas de gestión integrada; auditora líder ISO
9001:2000, Auditor de la Norma ISO 17025; Especialista en Producción más limpia (PML), tema de certificación
para las empresas; multiplicador en temas de gestión ambiental en la industria ecuatoriana. Entre sus
publicaciones se encuentran las siguientes: Estudio de Viabilidad de Crecimiento del Hongo Pleuritus Ostreatus,
aplicado en inóculo líquido para uso en Biorremediación. Publireportaje. Revista Bioprotección SIGLO XXI.
2012.
Verónica Bravo es Ingeniera en Biotecnología Ambiental por la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo;
investigadora del CESTTA. Dicta cursos permanentes sobre el trabajo de línea en biorremediación como:
procesos de remediación ambiental y monitoreo, programas de remediación de suelos y aguas contaminadas por
derrame de hidrocarburos y técnicas de biorremediación. En 2010 fue ponente en el II Congreso de Biotecnología
Ambiental en Quintana Roo, Cancún – México.
Carlos Chávez, ex investigador y ponente internacional por el CESTTA es Ingeniero en biotecnología por la
Escuela Superior Politécnica del Ejército
*Autores para correspondencia: [email protected] ** [email protected]
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RESUMEN
Durante el año 2007 se produjeron dos rupturas en la línea de flujo del Pozo Sacha 161 ubicado
en el cantón La Joya de los Sachas, provincia de Orellana lo que ocasionó una contaminación por
hidrocarburos totales de petróleo (TPH) en un área aproximada de 1,25 hectáreas, la
concentración de TPH encontrada presentó una variación de 96,9 mg/Kg a 115099,62 mg/Kg,
para dar solución a este problema la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo a través del
Centro de Servicios Técnicos y Transferencia Tecnológica Ambiental(CESTTA) realizó la
caracterización y remediación del área afectada aplicando las técnicas de biorremediación:
landfarming, biopilas con volteo mecánico y biopilas con volteo manual complementadas con
bioestimulación (adición de nutrientes) y bioaumentación de un consorcio bacteriano nativo
obtenido de la flora microbiana del lugar de afectación dando como resultado porcentajes de
degradación de TPH de hasta el 97% en lapsos de tiempo considerablemente cortos, lo que nos
ha llevado a concluir que la aplicación de bacterias nativas seleccionadas en conjunto con otras
técnicas de biorremediación es eficiente y económicamente factible para el tratamiento de suelos
contaminados con hidrocarburos.
Palabras Clave: biorremediación, consorcio bacteriano nativo, hidrocarburos totales de petróleo.
ABSTRACT
During 2007 there were two breaks in the flow line 161 Sacha Well located in La Joya canton of
Sachas, Orellana province, which caused contamination by total petroleum hydrocarbons (TPH)
in approximately 1.25 hectares, TPH concentration found showed a variation of 96.9 mg / kg to
115,099.62 mg / kg, in order to solve this problem the Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo through the Technical Services Center and Environmental Technology Transfer did
a characterization and remediation of the affected area using bioremediation techniques:
landfarming, mechanical tumble biopiles, biopiles complemented with manual turning bio
stimulation (addition of nutrients) and bioaugmentation of a native bacterial consortium of
microbial flora obtained from the affected place, giving resulting percentages of TPH degradation
to a maximum of 97% in considerably shorter period, consequently the application of selected
native bacteria in conjunction with other bioremediation techniques could be verified to be
efficient and economically factible for the treatment of hydrocarbon contaminated soils.
Key Words: bioremediation; native bacterial pool; total petroleum hydrocarbons
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1. INTRODUCCIÓN
Los derrames de petróleo y sus derivados en el ámbito mundial, han provocado una severa
contaminación del suelo y de los cuerpos de agua. Estos compuestos son generalmente
tóxicos para los seres vivos ya que son mutagénicos y/o carcinogénicos (Flores y col.,
2001). En el Ecuador, desde las primeras misiones de exploración de yacimientos
petrolíferos, en los años 20 del siglo XIX, las áreas de influencia directa e indirecta de la
explotación hidrocarburífera, han sido impactadas en los componentes sociales y
ambientales. En la actualidad, aún se pueden evidenciar impactos ambientales persistentes
y en algunos casos, recurrentes, especialmente los pasivos ambientales y derrames de
crudo, que por su abandono se convierten en fuentes de contaminación constante, siendo
así; parte de la problemática socio-ambiental que afecta a la Amazonía Ecuatoriana
(Petroecuador, 2007). El derrame de hidrocarburos causado por la ruptura de la línea de
flujo del Pozo Sacha 161 afectó directamente a la calidad del suelo debido a los problemas
de contaminación que produce, por lo tanto para dar solución de este problema ambiental el
Ministerio del Ambiente a través de la Unidad del Equipo Gestor del PRAS asigna al
Centro de Servicios Técnicos y Transferencia Tecnológica Ambiental (CESTTA) la
caracterización y remediación de este pasivo mediante la aplicación de técnicas de
biorremediación complementadas con la adición de nutrientes mediante el proceso de
Bioestimulación y la aplicación de un consorcio bacteriano nativo mediante
Bioaumentación.
.
La Biorremediación es considerada como la vía más efectiva para la remediación de suelos
contaminados, en contraste a alternativas más costosas como la incineración. Los
tratamientos biológicos de degradación en suelos pueden ser eficientes y económicos si las
condiciones de biodegradación son optimizadas (Belloso, 1998), (Cursi y Calleja, 2000),
(Álvarez, 2001). Esta técnica aprovecha la capacidad que tienen los microorganismos de
crecer a partir de sustancias nocivas al medio ambiente, de manera que la degradan hasta
dióxido de carbono y agua (Mackay, 2001). Se define como Biorremediación al proceso de
aceleración de la tasa de degradación natural de hidrocarburos por adición de fertilizantes
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para provisión de nitrógeno y fósforo (Ercoli y Gálvez, 2001). El proceso de degradación
requiere control de variables operacionales tales como nutrientes, humedad y oxígeno.
Todo el proceso de remediación en Sacha 161 se desarrolló en seis etapas iniciando en
primera instancia con la caracterización del área a intervenir para definir el alcance de la
contaminación y el grado de afectación al entorno, se adecuaron las áreas de tratamiento
desalojando los remanentes de material contaminando y desbrozando áreas aledañas para la
construcción de tres plataformas de tratamiento biológico donde se realizó la remediación
del suelo contaminado bajo un estricto control y seguimiento de los parámetros establecidos
en la normativa ambiental aplicable y los parámetros determinantes en el crecimiento
bacteriano, una vez verificada la descontaminación se realizó la reconformación y
revegetación del área intervenida.
La remediación realizada en Sacha 161 demuestra que las universidades del país están en la
capacidad de desarrollar e implementar técnicas de remediación eficientes, rápidas y
económicamente factibles para dar solución a problemas de contaminación tan frecuentes
como son los producidos por la industria petrolera mediante la aplicación de bacterias
nativas seleccionadas y potenciadas capaces de degradar este tipo de contaminantes.
2. METODOLOGÍA
Todo el proceso de remediación se desarrolló en seis etapas incluyendo una etapa de
remediación social, las cuales son descritas a continuación:
2.1. CARACTERIZACIÓN
La caracterización del área afectada por el derrame ocurrido en la línea de flujo del pozo
Sacha 161, estuvo orientada a conocer todas las variables en el aspecto social,
hidrogeológico, climatológico, biológico, geológico y las características físico-químicas y
microbiológicas de aguas y suelos que afectan directamente a los procesos de remediación,
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lo que permitió seleccionar la tecnología más adecuada para el tratamiento de los recursos
contaminados.
La determinación de las características geológicas fue efectuada mediante visitas al área de
afectación para realizar un reconocimiento de las estructuras morfológicas y la evaluación
detallada de todas las unidades del paisaje. Para establecer las características climatológicas
del área fueron utilizados los registros estadísticos de las estaciones meteorológicas. El
grado de contaminación del suelo fue establecido mediante la recolección de 46 muestras a
distintas profundidades aplicando un muestreo aleatorio simple, la caracterización de las
aguas se realizó mediante la recolección de 8 muestras superficiales y 2 muestras
subterráneas para evaluar el grado de afectación provocado por la ruptura de la línea de
flujo. Los componentes de la caracterización del medio biótico fueron: flora, avifauna,
mastofauna, macro-invertebrados acuáticos y microorganismos que se determinaron
mediante la recolección de muestras, observación in situ, caracterización e identificación.
2.2. ADECUACIÓN DE ÁREAS Y CONSTRUCCIÓN DE INSTALACIONES
En el área afectada por el derrame de la línea de flujo Sacha 161 al momento de la
intervención del personal para iniciar las labores de desbroce no existía material vegetal
contaminado debido a que este había sido retirado en la limpieza superficial realizada
durante la contingencia y control. Además las operaciones de descontaminación implicaron
utilizar áreas aledañas al sitio de afectación directa para zonas de acopio temporal,
plataformas de tratamiento, bodega etc., por lo que se produjo el desbroce de áreas que
tienen baja afectación.
2.3. TRATAMIENTO DE MATERIALES CONTAMINADOS
El primer paso para el tratamiento de los materiales contaminados fue realizar un
dimensionamiento en campo del volumen a ser tratado. Esta actividad se realizó con el fin
de elaborar la planificación del tratamiento por lotes, se excavo el suelo contaminado en su
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totalidad y se distribuyó en las plataformas de tratamiento PT1, PT2 y PT3 en 10 lotes
tratando de esta manera un volumen total de suelo contaminado de 9074,12 m3.
Las técnicas empleadas para el proceso de remediación fueron: biopilas con volteo manual
con la que se trató 360 m3
en el lote de tratamiento denominado PT1L1, con landfarming se
trataron 1521,9 m3 en los lotes de tratamiento PT1L2, PT2L1, PT2L2 y biopilas con volteo
mecánico con la que se trató 7182,22m3 en los lotes de tratamiento PT2L3, PT2L4, PT2L5,
PT3L1, PT3L2 y PT3L3, todas estas técnicas fueron potenciadas con la aplicación de
nutrientes esenciales como nitrógeno, fósforo y potasio en concentraciones previamente
definidas, para lograr el desarrollo de las bacterias nativas que fueron adicionadas mediante
la Bioaumentación.
2.4. MONITOREO Y SEGUIMIENTO
En el monitoreo de la descontaminación durante el proceso de remediación se determinaron
de manera periódica los parámetros correspondientes a la tabla 6 Límites permisibles para
la identificación y remediación de suelos contaminados en todas las fases de la industria
hidrocarburífera, incluidas las estaciones de servicios del Reglamento Ambiental para las
Operaciones Hidrocarburíferas del Ecuador RAOHE, Decreto N° 1215 en el Registro
Oficial N° 265(2001), tomando como referencia el uso posterior del suelo como agrícola,
estos parámetros son: hidrocarburos totales de petróleo, hidrocarburos aromáticos
policíclicos, cadmio, níquel y plomo.
2.5. RECONFORMACIÓN
La reconformación del área de excavación se realizó una vez confirmada la
descontaminación del suelo tratado mediante el análisis de los parámetros establecidos en la
tabla 6 del RAOH, para este propósito se utilizó una pala mecánica y un rodillo
compactador.
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2.6. REVEGETACIÓN
La revegetación es la etapa final del proceso de remediación donde se busca de alguna
manera recuperar la vegetación natural del sitio donde se produjo el derrame de
hidrocarburos (Ministerio de Energía y Minas, 2001). Para esta etapa se aplicaron técnicas
de mejoramiento de suelo, mediante la adición de materia orgánica (compost) para mejorar
la fertilidad del área remediada. La revegetación se la realizó utilizando una especie de
leguminosa y una especie de gramínea. La leguminosa sembrada fue del género Pueraria,
que se caracteriza por tener una simbiosis con bacterias del género Rhizobium y
Bradyrhizobium las cuales permiten la fijación de nitrógeno en los suelos. La gramínea
sembrada fue la Brachiaria decumbens, la cual se caracteriza por tener una excelente
adaptación en suelos ácidos y de gran precipitación fluvial.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La caracterización del área afectada por el derrame se la línea de flujo del Pozo sacha 161
ubicada a 5 Km al noroeste de la ciudad La Joya de los Sachas en la provincia de Orellana
(Figura 1) nos permitió establecer que el área mencionada pertenece a una zona plana de
bosque secundario con suelo limo-arenoso y los drenajes han erosionado formando valles
poco profundos que facilitan el drenaje de la zona. Estos corresponden al corredor Sacha
Shushufindi. Cercano al área de influencia existe un estero el cual es de régimen estacional
básicamente y recoge aguas procedentes de vertientes o flujos subterráneos durante la
mayor parte del año.
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Figura 1. Gráfica de la ubicación de la zona afectada en el cantón La Joya.
Elaborado por: Autores
El clima de la zona es húmedo tropical, con brisas constantes, intensa evaporación,
temperaturas altas y nubosidad media de 6 octavos. Las precipitaciones presentan una
variación de 2650 mm a 4500 mm anuales, la temperatura media es 28 °C como normal.
El área afectada por el derrame de la línea de flujo del Pozo Sacha 161 fue de
aproximadamente 1,25 hectáreas, y el total del volumen contaminado con hidrocarburos
totales de petróleo fue de 9074,12 m3.
La caracterización del medio biótico permitió evidenciar que florísticamente en el área de
estudio se encontraron herbáceas de pequeño porte en los tramos sin agua principalmente
de las Familias Gramineae y Cyperaceae y de herbáceas de gran porte en los tramos con
agua principalmente de la Familia Zingiberaceae, no se registró especies consideradas
dentro del libro rojo, como especies endémicas o en peligro de extinción.
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La avifauna registrada en el área presentó una baja diversidad comparado con estudios en
bosque tropical primario. Las especies que se registraron no pertenecen a especies en
peligro de extinción, por el contrario son especies adaptadas a hábitats modificados por el
hombre. De acuerdo al gremio alimenticio los grupos mostraron especialización por
insectos, debido a la presencia limitada de árboles frutales.
De la misma manera la mastofauna del área de influencia presentó una baja diversidad de
mamíferos, la abundancia relativa, fue baja comparada con otros sitios. Existió la
presencia de primates, lo que aportó con indicios de una cierta calidad positiva de los
remanentes de bosque. La cacería es de subsistencia y no es frecuente en la zona debido a la
limitación de los recursos. La diversidad de macro invertebrados acuáticos fue baja y poco
abundante en el área afectada con una densidad promedio de 75 ind/m2 y sólo dos tasas
conformadas por artrópodos y moluscos existiendo una relación inversamente proporcional
entre la presencia de macro invertebrados bentónicos y los valores de TPH.
La caracterización microbiológica del suelo del área afectada demostró la presencia de
bacterias, actinomicetos y hongos, importantes para procesos de biorremediación. La
identificación de las bacterias encontradas en el área demostró la existencia de variantes
genéticas que son capaces de degradar hidrocarburos como son: Pseudomonas aeruginosa,
Bacillus subtilis, Bacillus megatherium, Pseudomonas spp., Rhodococcus spp.,
Enterobacter sp., entre otras.
La contaminación en el área afectada se encontró de forma irregular hasta 2 m de
profundidad, el valor máximo de TPH encontrado en el sitio del derrame fue de 115099,62
mg/Kg a nivel del suelo, mientras que el valor más bajo fue de 96,9 mg/Kg a 0,8 m de
profundidad. Los valores de metales pesados se encontraron por debajo de los límites
permisibles para suelo agrícola. Además se obtuvieron valores altos de fósforo asimilable
(12,4 Meq/100g) al nivel del suelo y valores medios bajos (4,9 Meq/100g) de fósforo hasta
1 metro de profundidad, los valores de nitrógeno fueron bajos (0,05 - 0,126 %N). El
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terreno presenta una textura franco-limosa, pH neutro (5,87 - 6,7 unidades de pH), valores
de materia orgánica altos (porcentajes > 4,3).
Los resultados de la caracterización de las muestras de agua fueron analizados de acuerdo a
los Estudios de Línea Base-Diagnóstico Ambiental, en 10 puntos de muestreo, donde se
encontraron valores de pH entre 6,13 a 6,99; conductividad eléctrica de 26,82 a 73,40
µS/cm; DQO de 5,0 a 23,0 mg/L; oxígeno disuelto 5,1 a 6,4 m/L; sólidos totales de 28,16 a
57,98 mg/L; cloruros <10; amonio < 0,1; tensoactivos de 0,021 a 0,001 mg/L; coliformes
fecales de 85 a 180 UFC/100mL; cianuro libre < 0,001 mg/L; sulfuro de hidrógeno de
<0,0001 mg/L; TPH < 0,25 mg/L; Ba < 0,2 mg/L; Cr < 0,07 mg/L; Pb <0,07 mg/L; V
<0,09 mg/L; Cd <0,02 mg/L; Ni <0,01 mg/L; Hg <0,001 mg/L; Se de 0,005 a 0,017 mg/L,
los mismos que se encuentran dentro de los límites permisibles, concluyendo así que la
calidad del agua del sitio de estudio es aceptable.
Como resultado de la etapa de adecuación de áreas y construcción de instalaciones se
obtuvo material vegetal del desbroce que fue triturado para utilizarlo como material de
préstamo en los tratamientos biológicos, además se diseñaron y construyeron tres
plataformas de tratamiento: PT1 con un área de 2832 m2 y cubierta, PT2 con un área de
1659 m2 y PT3 con un área de 2253 m
2, impermeabilizadas con pendiente convexa hacia
canales perimetrales impermeabilizados para conducir los fluidos generados en los
tratamientos hacia trampas de grasa.
La remediación del suelo contaminado en 10 lotes de tratamiento biológico mediante las
técnicas de landfarming, biopilas con volteo manual y biopilas con volteo mecánico
utilizando bacterias nativas dio como resultado la reducción en la concentración de
hidrocarburos totales de petróleo como se observa en la Figura 2.
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Figura 2. Reducción de la concentración de TPH en cada uno de los lotes de
tratamiento biológico
.
Elaborado por: Autores
Por lo cual los resultados de la aplicación de estos procesos de remediación ambiental para
la eliminación de la contaminación producida por el derrame de la línea de flujo del pozo
Sacha 161 fueron positivos en su totalidad, esta afirmación se realiza en función de la
cuantificación del beneficio ambiental derivado de estas actividades de biorremediación,
gracias a la evaluación de las condiciones del entorno intervenido para calcular el Índice de
Calidad Ambiental en base a los porcentajes de remediación de hidrocarburos totales de
petróleo obtenidos que son los expresados en la Tabla 1.
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Antes de la intervención del CESTTA para realizar las labores de remediación el ICA del
área era de 33,77% valor que refleja la baja calidad ambiental en la que se encontraba el
área, al final del proceso de remediación la cuantificación del ICA dio como resultado un
98,08% lo que se traduce en una magnitud de impacto positivo del 64,35%.
Los resultados de la medición periódica de los parámetros de control por que permitieron
monitorear el correcto desarrollo del proceso de biorremediación se mantuvieron dentro de
los siguientes valores: cuantificación de la densidad de la población microbiana (≥108
UFC/g de suelo), pH (6 a 8), humedad (40 a 85%) y concentración de nutrientes N/P/K
(100:10:1).
La reconformación y posterior revegetación del área donde se produjo la contaminación por
el derrame de la línea de flujo del Pozo sacha 161 dio como resultado la recuperación total
del área ya la compactación y empalizada realizadas dio firmeza al área reconformada
LOTE % DE DEGRADACIÓN DE TPH
PT1L1 97,00
PT1L2 86,33
PT2L1 81,93
PT2L2 91,30
PT2L3 95,01
PT2L4 30,10
PT2L5 33,35
PT3L1 75,17
PT3L2 71,22
PT3L3 87,63
Tabla 1. Porcentajes de degradación de TPH en cada
uno de los lotes de tratamiento biológico.
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permitiendo de esta manera que la vegetación sembrada se adapte y crezca de forma
natural.
4. CONCLUSIONES
1. La biorremediación es una técnica eficiente para la eliminación de los pasivos
ambientales en la Amazonía Ecuatoriana por ser aquella rápida, segura, económica, y
con una eficiencia superior al 80%.
2. El uso de bacterias endémicas del genero Bacillus en el proceso de remediación fue un
instrumento clave para la obtención de resultados positivos ya que estos
microorganismos al ser propios del área no causan algún tipo de alteración en los
microcosmos naturales, a la vez que al estar en contacto con el contaminante han
desarrollado rutas metabólicas para tomar al hidrocarburo como fuente de carbono para
su subsistencia mineralizando de esta manera este compuesto.
3. La técnica de Biopilas presentó un porcentaje de eficiencia superior al 90% comparada
con la técnica de Landfarming (80%).
4. El ICA se incrementó del 33,77 % al 98,0 % lo que se traduce en una magnitud de
impacto positivo del 64,35%.
5. Los impactos que se producen debido a la aplicación de procesos de Biorremediación
son mínimos, estos una vez concluidos los trabajos son eliminados en su totalidad.
6. En Sacha 161 mediante la aplicación de técnicas de biorremediación se logró disminuir
la concentración de hidrocarburos totales de petróleo hasta un promedio de 709,77
mg/Kg que se encuentra muy por debajo de los límites permisibles en el RAOH.
7. Se recomienda continuar dentro de los lineamientos que han llevado a la culminación
con éxito de la remediación del derrame de flujo del Pozo Sacha 161, creando
conciencia en la población de los beneficios de la aplicación de técnicas biológicas y
de lo importante de la participación ciudadana en contra de la contaminación ambiental
en el Distrito Amazónico.
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