CONTAMINACION DEL SUELO POR LA INDUSTRIA PETROLERA

La contaminacin por petrleo se produce por su liberacin accidental o intencionada en el ambiente, provocando efectos adversos sobre el hombre o sobre el medio, directa o indirectamente. La contaminacin involucra todas las operaciones relacionadas con la explotacin y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora. Efectos sobre el suelo: las zonas ocupadas por pozos, bateras, playas de maniobra, piletas de purga, ductos y red caminera comprometen una gran superficie del terreno que resulta degradada. Esto se debe al desmalezado y alisado del terreno y al desplazamiento y operacin de equipos pesados. Por otro lado los derrames de petrleo y los desechos producen una alteracin del sustrato original en que se implantan las especies vegetales dejando suelos inutilizables durante aos. Efectos sobre la flora y la fauna: la fijacin de las pasturas depende de la presencia de arbustos y matorrales, que son los ms afectados por la contaminacin con hidrocarburos. A su vez estos matorrales proveen refugio y alimento a la fauna adaptada a ese ambiente. Dentro de la fauna, las aves son las ms afectadas, por contacto directo con los cuerpos de agua o vegetacin contaminada, o por envenenamiento por ingestin. El efecto sobre las aves puede ser letal.

Hidrocarburos en el suelo. El comportamiento de los contaminantes orgnicos est en funcin de sus caractersticas fsicas y qumicas (densidad, solubilidad, polaridad, entre otras.), adems de las caractersticas del medio como son la unidad de suelo, permeabilidad, estructura, tamao de las partculas, contenido de humedad y de materia orgnica, as como la profundidad del manto fretico. Factores climatolgicos como la temperatura y la precipitacin pluvial tambin tienen una gran influencia. Todas las variables en su conjunto definen el tamao y la distribucin tridimensional del frente de contaminacin en una zona especfica (Cuadro 6). Cuadro 6. Parmetros del compuesto qumico, suelo y ambiente que influyen en el transporte a travs del suelo Parmetros del Contaminante Parmetros del Suelo Solubilidad Presin de vapor Nmero y tipo de grupos funcionales Polaridad Contenido y retencin de agua Porosidad, densidad y permeabilidad Contenido de arcilla Contenido de materia Parmetros Ambientales Temperatura Precipitacin Evapotranspiracin

orgnica Profundidad de agua subterrnea Tomado de Jury, 1989. Los compuestos orgnicos ligeros como las gasolinas, aceites y petrleo crudo tienden a formar una capa en forma de nata en el nivel fretico y se mueven horizontalmente en direccin al flujo del agua subterrnea. Los compuestos orgnicos densos, migran hacia la base del acufero creando una columna a partir de la cual pueden moverse en direccin al flujo de agua subterrnea, contaminando as el acufero en toda su profundidad (Figura 1).

Figura 1. Efectos de la densidad en la migracin de contaminantes (Tomado de Barcelona et al., 1990) Para la zona superficial se han conceptualizado algunas relaciones con respecto al suelo y la presencia de contaminantes, a travs de observaciones indirectas de acumulacin de los contaminantes orgnicos en asociacin con adsorbentes naturales (Luthy et al., 1997), estableciendo los siguientes procesos: A. Absorcin a la materia orgnica amorfa o natural o en Lquidos de la Fase No Acuosa (LFNA) como es el caso del petrleo, B. Absorcin a la materia orgnica condensada o en polmeros o residuos de combustin, C. Adsorcin a superficies orgnicas hmedas (holln), D. Adsorcin en superficies minerales (cuarzo) y E. Adsorcin dentro de los microporos o en minerales microporosos (zeolitas) con superficies porosas a saturacin de agua < 100 % (Figura 2).

En la figura 2 se indican las interacciones del geosorbente con los contaminantes orgnicos hidrofbicos siendo de tres tipos principalmente: (1) El mineral con su superficie reactiva atribuible a: I. Superficies minerales externas expuestas a la escala de la partcula y superficies dentro de los macroporos; II. Superficies interlaminares de arcillas expandibles a una escala de nanmetros; III. Superficies dentro de los mesoporos y microporos. (2) La materia orgnica del suelo a una escala de nanmetros. (3) Los LFNA adheridos o atrapados que pueden funcionar como materia orgnica, excepto para material altamente intemperizado o pelculas interfaciales.

Figura 2. Modelo conceptual de Geosorbentes dominantes, que incluyen a las diferentes formas de la materia orgnica sorbente (MOS), carbn particulado como residuo de combustin (holln), y carbn antropognico incluyendo lquidos de la fase no acuosa (LFNA). Las letras en los crculos representan a los mecanismos de sorcin (Luthy et al., 1997). Elas-Mungua y Martnez (1991) en Semarnap (1996), concluyen que las propiedades fsicas del suelo ms afectadas por derrames de hidrocarburos son: a. La estructura del suelo debido a la ruptura de los agregados b. Aumento de la retencin del agua en la capa superficial. c. El potencial hdrico. Probablemente el componente ms importante del suelo en relacin con la persistencia de sustancias txicas es la arcilla. La persistencia aumenta cuanto ms pequeas son las partculas debido a que aportan una gran rea superficial para la absorcin de los productos qumicos.

Las propiedades qumicas del suelo ms afectadas por un derrame de hidrocarburos son: a. Aumento del carbono orgnico ya que el 75 % del carbono del petrleo crudo es oxidable b. Disminucin del pH, debido a la acumulacin del carbono orgnico y generacin de cidos orgnicos. c. Aumento del manganeso y hierro intercambiable d. Aumento del fsforo disponible (Semarnap, 1996). Los efectos txicos de los hidrocarburos en el ambiente dependern de: a. b. c. d. e. f. g. La cantidad y composicin del petrleo La frecuencia y tiempo de exposicin El estado fsico del derrame. Las caractersticas del sitio donde sucedi el derrame. Variables ambientales como temperatura, humedad y oxgeno. El uso de dispersantes qumicos (est restringido su uso). La sensibilidad de la biota especfica del ecosistema impactado (Semarnap, 1996).

Naturaleza y Propiedades del Suelo Los hidrocarburos se pueden encontrar de la siguiente forma en el suelo: lquida, soluble en el agua del suelo, adsorbidos por el suelo y en la atmsfera edfica (Lesser, 1995). Las propiedades y condiciones que afectan la migracin, retencin y transformacin de compuestos orgnicos en el suelo son: Materia Orgnica. Se ha correlacionado positivamente con la adsorcin de compuestos orgnicos en numerosos estudios. Un efecto inmediato del aumento de este parmetro es el incremento de los sitios de adsorcin, disminuyendo la concentracin en la fase acuosa y gaseosa del contaminante orgnico como tambin su transporte y su biodisponibilidad.

La contaminacin de suelos por hidrocarburos es un problema importante en la mayor parte de los pases productores de petrleo. La matriz suelo es espacialmente variable y est demostrado que las propiedades qumicas, que juegan un papel importante en la adsorcin del contaminante, tales como pH, textura y materia orgnica, muestran una distribucin altamente variable. La Biorremediacin es una tcnica innovadora que se ha desarrollado en las dcadas de los 80 y 90, la cual ha sido aplicada exitosamente en el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos. Se caracteriza por ser una tcnica de bajo costo de operacin. La aplicacin de este tipo de tecnologa ha encontrado cierta resistencia de aplicacin por el tiempo que demanda completar un proceso hasta obtener las metas de limpieza deseadas. La Biorremediacin es considerada como la va ms efectiva para la remediacin de suelos contaminados, en contraste a alternativas ms costosas como la incineracin. Los tratamientos biolgicos de degradacin en suelos pueden ser eficientes y econmicos si las condiciones de biodegradacin son optimizadas (lvarez, 2001) (Belloso, 1998) (Cursi y Calleja, 2000). Se define como Biorremediacin al proceso de aceleracin de la tasa de degradacin natural de hidrocarburos por adicin de fertilizantes para provisin de nitrgeno y fsforo (Ercolli, y Glvez, 2001). El proceso de degradacin requiere control de variables operacionales tales como nutrientes, humedad y oxgeno. Esta tcnica puede ser aplicada in-situ, en el lugar donde se encuentra el suelo contaminado, o ex-situ, cuando el suelo se traslada a una instalacin para su tratamiento. El tratamiento ex-situ de suelos, sedimentos y otros slidos contaminados con hidrocarburos se puede realizar en un variado nmero de procesos en fase slida y en fase lodo. Los procesos en fase slida son aquellos en donde el suelo se trata con un contenido de agua mnima. En los casos de los procesos en fase lodo se suspende el suelo en agua (Saracino, 2001). La actividad de los microorganismos presentes en el suelo se puede favorecer mejorando determinadas condiciones edficas, aadiendo nutrientes, agua, oxgeno y modificando el pH. Otra forma es la introduccin de nuevas especies para aumentar la concentracin de microbiota presente. La medicin del CO2 producido por unidad de tiempo en un rea determinada es una medida indirecta del proceso biodegradativo ya que tiene como objetivo evaluar la actividad respiratoria de los microorganismos del suelo durante el proceso de degradacin de los compuestos orgnicos (Infante, 2001). Los componentes del petrleo son generalmente agrupados en cuatro clases de acuerdo a su solubilidad en solventes orgnicos: saturados, aromticos, resinas y asfaltenos. No todos los componentes del crudo son rpidamente degradables, las parafinas de cadenas cortas son los sustratos fcilmente degradables por los microorganismos seguidos en orden descendiente por las parafinas de cadena larga, isoparafinas, cicloparafinas, aromticos, heterocclicos, resinas y asfaltenos. Los compuestos polares y los asfaltenos son generalmente considerados resistentes a la biodegradacin. El material remanente se denomina "hidrocarburos totales de petrleo" (TPH, total petroleum hydrocarbon) y es

considerado biodegradable. La fraccin polar y los hidrocarburos totales de petrleo, juntamente, se nombran petrleo total, el cual puede ser estimado gravimetricamente por evaporacin de los solventes usados para la extraccin (Ercoli, 2001). El objetivo de este trabajo es ofrecer los resultados obtenidos en la aplicacin del proceso de Biorremediacin a un rea de suelo afectado en la zona aledaa a un pozo de petrleo en la zona central de la Repblica de Cuba, utilizando la tcnica de bioestimulacin de los microorganismos autctonos del lugar.