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Caracterización de consorcios de pseudomonas aislados en sedimentos del estero salado en el sector norte de Guayaquil

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Academic year: 2020

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1 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARACTERIZACIÓN DE CONSORCIOS DE PSEUDOMONAS AISLADOS EN SEDIMENTOS DEL ESTERO SALADO EN EL SECTOR NORTE DE

GUAYAQUIL AUTORES:

DUEÑAS MUÑOZ WINTER ENRIQUE VIZUETA LUCERO STEVEN JAIR

TUTOR:

ING. CARLOS ALBERTO MUÑOZ CAJIAO

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2 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARA OPRTAR POR EL TITULO DE INGENIERO QUÍMICO

CARACTERIZACIÓN DE CONSORCIOS DE PSEUDOMONAS AISLADOS EN SEDIMENTOS DEL ESTERO SALADO EN EL SECTOR NORTE DE

GUAYAQUIL

AUTORES:

DUEÑAS MUÑOZ WINTER ENRIQUE VIZUETA LUCERO STEVEN JAIR

TUTOR:

ING. CARLOS ALBERTO MUÑOZ CAJIAO

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3 DEDICATORIA

Dedicamos esta investigación a nuestros docentes, quienes con su inalcanzable esfuerzo y dedicación aportan diariamente al desarrollo de conocimientos y habilidades en las nuevas generaciones de ingenieros químicos que se forman en esta alma mater, inyectando a la industria nacional el recurso humano necesario para lograr llevar a cabo el desarrollo económico que nuestro país requiere para lograr un estado de bienestar.

Winter Enrique Dueñas Muñoz

(4)

4 AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a Dios por brindarnos la fuerza para lograr nuestros objetivos y metas, a nuestros padres por habernos formado como unas personas, cuyo ejemplo siempre será el pilar sobre el que se construyen nuestras metas. De manera específica al Ing. Carlos Muñoz Cajiao por brindar sus conocimientos, tiempo y apoyo para la realización de este proyecto. A la Dra. Maritza Cárdenas portodo el tiempo y dedicación que invirtió en nuestro trabajo de titulación, siempre de la manera más desinteresada con la única meta de vernos graduados como ingenieros químicos.

(5)

5 INDICE

INTRODUCCIÓN 14

CAPITULO I 16

1.1. Planteamiento del problema 16

1.2. Formulación y sistematización de la investigación 17

1.2.1. Formulación del problema de investigación 17

1.2.2. Sistematización del problema 17

1.3. Justificación 18

1.3.1. Justificación teórica 18

1.3.2. Justificación metodológica 19

1.3.3. Justificación práctica 19

1.4. Objetivos ¡Error! Marcador no definido.

1.4.1. Objetivo general 20

1.4.2. Objetivos específicos 20

1.5. Delimitación de la investigación 20

1.6. Hipótesis 21

1.6.1. Variable independiente 21

1.6.2. Variable dependiente 21

(6)

6

2.1. Antecedentes 21

2.2. Marco teórico 23

2.2.1. COMPOSICIÓN DEL CRUDO DE PETRÓLEO 23

2.2.2. Problemas socio ambiental generados por la industria petrolera 27

2.3. Teoría microbiológica 30

2.4. Factores que influyen la Bioremediación 31

2.5. Biodegradación 33

2.3. Marco contextual 35

2.4. MARCO CONCEPTUAL 38

CAPITULO III 42

3.1. Metodología del diseño 42

3.1.1. Principios del diseño 42

3.2. Diseño experimental 42

3.2.1. Periodo de análisis de investigación 42

3.2.2. Locación de muestreo (seccionados por tramos/bloques) 42

3.2.3. Técnica de extracción 43

3.2.4. Preparación del tratamiento 43

3.3. Factores fisicoquímicos del suelo 44

3.3.1. Determinación de la humedad 44

(7)

7

3.4. Caracterización de los consorcios 44

3.4.1. Análisis de consorcios bacterianos 44

3.4.2. Hidrocarburos totales de petróleo 45

3.4.3. Respirometría 47

3.5. Técnicas de análisis de estudio 47

3.5.1. Mecanismos estadísticos 48

3.5.2. Técnicas de predicción de mareas 48

CAPÍTULO IV 50

4.1. Resultados experimentales y análisis de resultados 50

PH 50

Humedad 51

Producción de CO2 54

4.2. Análisis estadístico 57

4.2.1. Confianza de los datos 57

4.2.2. Correlación de Spearman 59

4.2.3. T de student 60

4.2.4. ANOVA 63

4.3. Discusión 66

4.3.1. Eficiencia de las Bacterias 66

(8)

8

Conclusiones 67

Recomendaciones 69

BIBLIOGRAFIA 70

APÉNDICES 75

ANEXO1 ALMACENAMIENTO DE LAS MUESTRAS 75

ANEXO 2 MUESTRAS PARA ANALISIS DE TPH 75

ANEXO 3 RESPIROMETRIA 76

ANEXO 4 % DE HUMEDAD 77

ANEXO 5 pH 78

(9)

9 LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Resultados de pH ... 50

Tabla 2. Resultados de humedad... 51

Tabla 3. Resultados de humedad... 53

Tabla 4. Valores obtenidos para el CO2... 55

Tabla 5. Ppm de Carbono ... 55

Tabla 6. Promedios de ppm de carbono... 56

Tabla 7. Confianza de datos ... 57

Tabla 8. Correlación de spearman de propiedades fisicoquímicas ... 59

Tabla 9.Test T-STUDENT ... 60

Tabla 10. Prueba t para medias de dos muestras emparejadas de pH ... 61

Tabla 11. Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas iguales de humedad ... 62

Tabla 12. Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas iguales de carbono 63 Tabla 13. Factores fisicoquímicos de análisis ... 64

Tabla 14. Análisis de Varianza de pH ... 65

Tabla 15. Análisis de Varianza de humedad ... 65

(10)

10 LISTADO DE GRAFICOS

Gráfico 1. Cambios de Ph ... 51

Gráfico 2. Comportamiento de humedades (antes) ... 52

Gráfico 3. Comportamiento de humedades (después) ... 53

Gráfico 4. Diferencias de humedades ... 54

Gráfico 5. Comportamiento de la producción de carbono ... 56

Gráfico 6. Comportamiento de TPH ... 58

Gráfico 7. Comportamiento de Ph ... 58

Gráfico 8. Cambio de humedad ... 58

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11 LISTADO DE ILUSTRACIONES

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12 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

CARACTERIZACIÓN DE CONSORCIOS BACTERIANOS AISLADOS EN SEDIMENTOS DEL ESTERO SALADO EN EL SECTOR NORTE DE GUAYAQUIL

Autores: Dueñas Muñoz Winter Enrique y Vizueta Lucero Jair Steven Tutor: Ing. Carlos Muñoz Cajiao

Resumen

Existen muchos frentes de investigación abiertos para resolver la problemática de la contaminación del estuario del Estero Salado de la ciudad de Guayaquil, uno de estos frentes pretende la reducción de la contaminación por hidrocarburos mediante métodos de Biorremediación, entre estos se incluyen los métodos de bioaumentacion de microorganismos endógenos, sin embargo, las pruebas se realizan mediante condiciones no controladas (in situs), por ello trazamos como objetivo caracterizar la capacidad de organismos endógenos del estuario para degradar hidrocarburos bajo ambientes controlados, donde se procedió a tomar una muestra de suelo arenoso y rocoso, ambos estudiados por triplicado, para después extraer de ellas consorcios bacterianos, incrementando su población y determinando mediante la espectrofotometría de infrarrojos los cambios producidos en las concentraciones de hidrocarburos totales de petróleo (TPH) antes y después de introducir los consorcios bio-aumentados, presentando resultados óptimos en los tratamiento luego de los respectivo análisis estadístico que arrojan una reducción del 90% bajo condiciones controladas los niveles de TPH en los diferentes tratamientos.

(13)

13 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTA INGNIERÍA QUÍCMICA CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

UNIDAD DE TITULACIÓN

CHARACTERIZATION OF BACTERIAL CONSORTIA ISOLATED IN

SEDIMENTS OF THE ESTERO SALADO IN THE NORTH OF GUAYAQUIL

Authors: Dueñas Muñoz Winter Enrique y Vizueta Lucero Jair Steven Advisor: Ing. Carlos Muñoz Cajiao

Abstract

There are many open research fronts to solve the pollution problem of the estuary of Estero Salado in the city of Guayaquil, carried out in-situ, where they aim to reduce hydrocarbon contamination through bioremediation methods, including bioaugmentation methods. of endogenous microorganisms, however, are not optimal study conditions, so we set out to characterize the capacity of these organisms to degrade hydrocarbons under controlled environments, where we proceeded to take a sample of sandy and rocky soil, both studied in triplicate, to later extract from them bacterial consortiums, increasing their population and determining by means of infrared spectrophotometry the changes produced in the concentrations of total petroleum hydrocarbons (TPH) before and after introducing the bio-increased consortia, presenting optimal results in the Attachment after the respective statistical analysis that show a reduction of 90% under controlled conditions the levels of TPH in the different treatments.

(14)

14 INTRODUCCIÓN

El Estero Salado es un estuario ubicado en el este de la ciudad de Guayaquil, desemboca en el golfo homónimo de la urbe, englobando en su recorrido alrededor de aproximadamente 93 km. Este brazo de mar; en conjunto con ciertas zonas bajas de los ríos Babahoyo y Daule constituyen un mismo ecosistema, al cual se le ha designado como Estuario Interior del Golfo de Guayaquil.

Desde que se planteó la problemática de contaminación por hidrocarburos del estuario del Estero Salado diferentes grupos de investigación han trabajado principalmente en los campos de medición de los niveles de contaminantes [3] y en los procesos de biodegradación in-situ y a escala de laboratorio [4].

Gracias a dichas investigaciones hoy conocemos que en el Sector Miraflores del estuario se encuentran los más altos niveles de hidrocarburos [3], además conocemos que entre los microorganismos endógenos del estuario existe una amplia variedad de Pseudomonas y de entre estos microorganismos existen algunas especies que pueden presentar capacidad para degradar hidrocarburos.

(15)

15 porque ha sido utilizada de manera exitosa en contaminaciones de este tipo ( [1], [2]).

En algunas investigaciones se han separado cepas marinas degradadoras de hidrocarburos, de las cuales se ha enfatizado en la cepa Pseudomonas sp. F21, competente tanto para degradar hidrocarburos saturados lineales (TPH) como anillos aromáticos (HAP) propios de compuestos de crudo ligero [5].

Tiempo después se trabajó en analizar con mayor profundidad la capacidad de biodegradación microbiana de otros tipos de petróleo manipulando la cepa Pseudomonas sp. F21 ( [5]; [6]; [7]).

(16)

16 CAPITULO I

1.1. Planteamiento del problema

La contaminación de aguas por hidrocarburos es común y de diferente intensidad en el mundo [9]. En el Ecuador se han estudiado y medido los niveles de contaminación por hidrocarburos y metales pesados en el estuario del Estero Salado de la ciudad de Guayaquil en diferentes ocasiones [10], al recopilar los datos se descubrió que la zona norte del estuario presentaba mayor contaminación por Hidrocarburos en relación a otros sectores del mismo estuario, además se conoce que en este sector existe una fuente de contaminación constante presente en las aguas residuales de origen industrial que son arrojadas al estuario, se encontraron niveles de TPH cercanos a las 1000ppm [3], principalmente en el Sector Miraflores.

(17)

17 nutrientes, pH y concentraciones de hidrocarburos por debajo de 2500 ppm respectivamente [11].

Entre las diferentes líneas de investigación que se crearon para resolver la problemática contaminación del estuario del Estero Salado existe una que presenta como base la idea de aplicar una biorremediación de los lodos y sedimentos del estuario utilizando la metodología conocida como bioaumentacion, en la cual se toman sepas y consorcios bacterianos propios del lugar a tratar y que por adaptación a la contaminación en la que viven tienen la capacidad de tomar los hidrocarburos como fuente de carbono para sus procesos biológicos.

En investigaciones anteriores de este tipo se logró obtener las bacterias aislarlas y colocarlas en lodos del estuario, y se midieron los niveles de TPH, además se colocó las mismas bacterias en condiciones controladas por laboratorio junto a Hidrocarburos [4]. Gracias a que los resultados de dichos experimentos fueron alentadores, la presente investigación se basara en aplicar consorcios bacterianos obtenidos del Estero Salado en condiciones controladas por laboratorio, pero esta vez en Lodos propios del estero.

1.2. Formulación y sistematización de la investigación

1.2.1. Formulación del problema de investigación

¿Los consorcios bacterianos aislados del estuario del Estero Salado tienen la capacidad de disminuir las concentraciones de TPH de sus lodos sedimentarios ?

(18)

18 ¿Los consorcios obtenidos en el estua

rio del Estero Salado reducirán los niveles de TPH?

¿Pueden los consorcios obtenidos metabolizar los Hidrocarburos de los sedimentos?

¿Pueden estos consorcios aislados sobrevivir de manera autónoma si son reintegrados al medio?

¿Pueden estos consorcios de Pseudomonas ser combinados con otras bacterias y sobrevivir?

¿Qué tan rápido metabolizan las fuentes de carbono estos consorcios?

1.3. Justificación

1.3.1. Justificación teórica

La presente investigación se realiza para poder obtener conocimientos teóricos sobre la capacidad de degradación de hidrocarburos que poseen de consorcios bacterianos aislados de los lodos el Estero Salado, con la finalidad que estos nuevos conocimientos puedan integrarse a los aportados por otras investigaciones y en un futuro lograr mecanismos de biorremediación más eficientes para el estuario.

(19)

19 de carbono se podrá estudiar si los hidrocarburos representan la fuente de carbono principal para estos microorganismos [13].

1.3.2. Justificación metodológica

Se tomarán muestras del estuario del Estero Salado en el sector del puente Zig Zag y en el sector Miraflores, pues son los que presentan mayores niveles e TPH según la bibliografía [3]. Se tomarán bacterias de los cultivos aislados del estuario, se colocarán los sedimentos en bandejas en condiciones controladas y se medirá los niveles de TPH antes y después de colocar las bacterias utilizando la espectrofotometría de infrarrojos en hexano, contratando para ello un laboratorio acreditado.

Como último punto se medirá mediante el uso de trampas de dióxido de carbono, la cantidad de carbono que consumen las bacterias como combustible biológico en el transcurso del proceso, como producto de la metabolización de sus fuentes de carbono.

1.3.3. Justificación práctica

(20)

20 1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivo general

 Evaluar la capacidad de degradación de los hidrocarburos presentes en los sedimentos del Estero Salado mediante el uso de consorcios bacterianos. 1.4.2. Objetivos específicos

 Caracterizar las variables físico químicos (pH, Humedad) de los sedimentos del Tramo B del Estero Salado durante época seca.

 Determinar las Concentraciones de TPH antes y después de la inoculación del consorcio bacteriano

 Evaluar la producción de CO2/día que generan las bacterias del consorcio bacteriano

1.5. Delimitación de la investigación

Antes de iniciar este proceso se revisó la bibliografía existente sobre el tema y se estableció que la presente investigación se limitaría a realizar un estudio sobre la capacidad de degradar hidrocarburos de los consorcios bacterianos (principalmente de la familia Pseudomona) que se aíslen de los lodos sedimentarios de los alrededores del Sector Miraflores y del Puente Zig Zag del estuario del Estero Salado mediante la medición de los niveles de TPH antes y después de colocar los consorcios. Además, se tomarán datos sobre el cambio en condiciones como la Humedad y el pH durante el tratamiento y mediante el uso de la respirometria se podrá determinar la cantidad de CO2 producida por metro cuadrado, esto dará una

(21)

21 extraído de los hidrocarburos, los datos obtenidos se verificaran mediante el uso de pruebas ANOVA y t-student en el software estadístico Statistical Lab.

1.6. Hipótesis

El uso de consorcios bacteriano disminuirá las concentraciones de TPH en los sedimentos contaminados del Estero Salado

1.6.1. Variable independiente

 Características fisicoquímicas del lodo

 Capacidad de las bacterias para degradar Hidrocarburos

 Características microbiológicas de las Bacterias 1.6.2. Variable dependiente

 Concentración de TPH

 Producción de CO2

 Potencial de Hidrogeno

CAPITULO II

2.1. Antecedentes

(22)

22 Entre las investigaciones más recientes sobre los niveles de Hidrocarburos del Estero Salado está el estudio de las concentraciones por metales pesados e hidrocarburos en el ramal B del estero salado realizado por el Ingeniero Víctor Hugo Rivera Pizarro como trabajo de titulación para obtener el título de ingeniero químico donde los niveles de hidrocarburos se encontraban entre 800 y 1000 mg/Kg en 6 estaciones del tramo B, Otra investigación un poco más antigua es el estudio de los efectos de la contaminación hidrocarburifica en los macroinvertebrados del estero salado realizado por la Bióloga Maritza Cárdenas Calle como trabajo titulación de postgrado en la cual se especifica al sector Miraflores como la zona del tramo B con mayores niveles, alrededor de 1124mg/Kg, mientras que en zonas como Kennedy y Urdesa se encuentra entre los 200 y 100 mg/Kg.

(23)

23 recursos para el mantenimiento del estero salado y posee contratos vigentes hasta el año 2019.

2.2. Marco teórico

2.2.1. COMPOSICIÓN DEL CRUDO DE PETRÓLEO

Composición general

El crudo de petróleo es un líquido negro y altamente viscoso formado por una alta variedad de sustancias orgánicas, pudiendo contener miles de compuestos, básicamente hidrocarburos (un 50-98% de la composición) [13]. Los hidrocarburos son utilizados para la producción de multitud de artículos, por lo que son uno de los grupos más importantes de contaminantes al medio ambiente, no solo por su abundancia, también por su persistencia en diferentes ecosistemas [14]. La mayoría de los hidrocarburos son n-alcanos o alcanos de cadena lineal también llamados parafinas, otros son alcanos ramificados (en menor cantidad), naftenos y diferentes cantidades de hidrocarburos aromáticos. [10]. El crudo de petróleo posee una composición elemental mayoritariamente de carbono-hidrogeno de alrededor de 84-87% de C y 11-14% de H, además contiene de 0-8% de S, y de 0-4% de O y N y trazas de metales como el níquel, el vanadio entre otros [16]. [17].

Composición por familias de hidrocarburos

Para un estudio más detallado de los hidrocarburos provenientes del petróleo se suelen colocar los compuestos en familias:

 parafinas volátiles (alcanos hasta C10),

(24)

24

 naftenos (ciclo alcanos)

 olefinas (alquenos)

 aromáticos (monoaromáticos y poliaromáticos).

 En un grupo apartado de compuestos se encuentran las resinas y los asfáltenos

Parafinas volátiles (n-alcanos e isoprenoides volátiles):

Componen alrededor del 30% del petróleo. Son alcanos lineales y alcanos ramificados C1-C10 de 1 a 10 átomos de carbono. Por el hecho de estar formados por pocos átomos de carbono, su peso molecular es muy pequeño, lo que conlleva una alta volatilidad por lo que son más susceptibles a pérdidas abióticas por volatilización. La fracción más volátil de estos compuestos forma el gas natural, el cual contiene principalmente C1-C5. Los isoprenoides o alcanos ramificados volátiles, más representativos son el isobutano e isopentano. Conforme aumenta el peso molecular disminuye la presencia de estos compuestos, que incluso pueden llegar hasta C10 (2,6 dimetil octano) [18].

Parafinas no volátiles (n-alcanos e isoprenoides)

(25)

25 Naftenos (ciclo alcanos)

Compuesta por cadenas cerradas o ciclos de alcanos. Los compuestos que se encuentran con mayor abundancia pertenecientes a esta familia son los ciclo pentanos alquilados (principalmente metilados), que pueden llegar a representar un 31% del crudo. Los compuestos monos y di cíclicos corresponden al 50-55% de esta fracción, los tricíclicos al 20% y los tetra cíclicos al 25%. Esta familia engloba a los hópanos, antes mencionados

Olefinas (alquenos)

Los alquenos están poco presentes en el crudo de petróleo, encontrándose en concentraciones traza. Adquieren importancia en los productos resultantes del refinado, ya que se generan durante el proceso de cracking, existiendo hasta un 30% en gasolinas y un 1% en fueles.

Hidrocarburos aromáticos

El crudo de petróleo contiene una mezcla muy compleja de hidrocarburos aromáticos. Esta fracción la componen moléculas que contienen uno o varios anillos bencénicos en su estructura. Así encontramos hidrocarburos monoaromáticos (un anillo bencénico), di aromáticos (2 anillos bencénicos) y poliaromáticos (HAPs, con más de dos anillos bencénicos).

Hidrocarburos monoaromáticos:

(26)

26 tolueno, etilbenceno y xileno) de gran importancia ambiental debido a su volatilidad y toxicidad.

Hidrocarburos poli aromáticos

Entre los hidrocarburos di aromáticos, encontramos el naftaleno y sus alquilados (mono, di, tri y tetrametilnaftalenos). Constituyen la familia mayoritaria de hidrocarburos aromáticos presentes en un crudo.

Entre los hidrocarburos poliaromáticos de tres anillos, encontramos el fenantreno, antraceno, fluoreno, y sus derivados alquilados. El fenantreno y los metilfenantrenos, representan los componentes mayoritarios de los triaromáticos.

Entre los hidrocarburos poliaromáticos de más de tres anillos, encontramos el fluoranteno (3 anillos bencénicos y uno no bencénico), pireno y criseno (4 anillos aromáticos), pireno y benzo(a)pireno (5 anillos aromáticos) y coroneno (un HAP pericondensado con 6 anillos).

También se pueden incluir compuestos muy relacionados con los hidrocarburos aromáticos que contienen anillos aromáticos heterocíclicos con azufre (tiofenos,

dibenzotiofenos) o nitrógeno (carbazoles).

Resinas y asfáltenos

(27)

27 pequeñas concentraciones de metales como el vanadio y el níquel. Constituyen entre un 10% en crudos poco degradados o ligeros, hasta un 60% en crudos muy degradados. Es la fracción que presenta una mayor recalcitrancia de un crudo de petróleo. Se trata de agregados de piridinas, quinolinas, carbazoles, tiofenos, sulfóxidos, amidas, HAP, sulfuros, ácidos nafténicos, ácidos grasos, metaloporfirinas y fenoles polihidratados.[18].

2.2.2. Problemas socio ambiental generados por la industria petrolera

En la actualidad, los distintos países dependen del petróleo y sus productos; la estructura física y la forma de vida de las aglomeraciones periféricas que rodean las grandes ciudades son posibles gracias a un suministro de petróleo relativamente abundante y barato. Sin embargo, en los últimos años ha descendido la disponibilidad mundial de esta materia, y su costo relativo ha aumentado. Es probable que, a mediados del siglo XXI, el petróleo ya no se use comercialmente de forma habitual.

El suelo como hábitat para los microorganismos

Llamamos suelo a la parte más externa de la corteza terrestre, resultante de la meteorización de las rocas subyacentes y con unas características claramente diferenciadas de las mismas. Podemos considerar el suelo como un sistema de interacción entre tres fases bien definidas: una fase sólida, constituida por materia mineral y orgánica, una fase líquida, y una fase gaseosa o atmósfera del suelo. [19]

(28)

28 hayan tenido lugar en su formación. La porción inorgánica es muy importante por su influencia en la disponibilidad de nutrientes, aireación, retención de agua, etc. La materia orgánica procede de la actividad de los distintos organismos vivos del suelo y su composición y cantidad es variable, principalmente en función del tipo de cubierta vegetal. El resto del volumen del suelo está prácticamente constituido por espacios porosos, que a su vez están ocupados por agua y los gases que constituyen la atmósfera edáfica. La porosidad (cantidad y tamaño de los poros) depende de la textura, determinada por la cantidad de arena, limo y arcilla, la estructura y el contenido en materia orgánica. Todos estos factores determinan a su vez el movimiento y capacidad de retención de agua del suelo y la composición gaseosa de su atmósfera. De forma característica la atmósfera del suelo se encuentra enriquecida en dióxido de carbono y empobrecida en oxígeno, como resultado de la respiración aeróbica de raíces de plantas, animales y microorganismos. Sin embargo, cuando se producen condiciones de anaerobiosis (por acumulación de agua en los poros del suelo) aparecen en la atmósfera del suelo otros gases como óxido nitroso, nitrógeno gaseoso y metano, resultantes de actividad respiratoria anaeróbica bacteriana. Tanto el contenido en agua como la composición de la atmósfera del suelo son factores que fluctúan ampliamente. [20]

(29)

29 bacteriófagos. Todos estos organismos establecen relaciones entre ellos en formas muy variadas y complejas y también contribuyen a las características propias del suelo por su papel en la modificación de las fases sólida, líquida y gaseosa antes mencionadas. Los microorganismos desempeñan funciones de gran importancia en relación con procesos de edafogénesis; ciclos biogeoquímicos de elementos como el carbono, el nitrógeno, oxígeno, el azufre, el fósforo, el hierro y otros metales; fertilidad de las plantas y protección frente a patógenos; degradación de compuestos xenobióticos, etc. [21]

Los organismos del suelo no se distribuyen al azar, sino que siguen patrones espaciales de agregación, a escalas diferentes (desde nm a km) que se superponen. Esta estructuración obedece al efecto causado por diferentes factores de control y es totalmente dinámica. Utilizando técnicas de observación de secciones ultrafinas de suelo mediante microscopía electrónica, tomografía, análisis geoestadístico y la elaboración de modelos, se ha demostrado que la distribución de las bacterias edáficas. Está altamente estructurada, y que esta estructuración es importante para la funcionalidad del suelo. Las bacterias se organizan en microcolonias compuestas de pocas células que pueden pertenecer a diferentes morfotipos. Factores como la presencia de raíces, pequeños agregados, nutrientes y poros parecen gobernar la distribución de bacterias en microhábitats. [22]

(30)

30 morfología, habían proporcionado una visión del mundo microbiano edáfico como una “caja negra” de la cual se sabía que cumplía una función, aunque no se conociese su contenido. [23]

2.3. Teoría microbiológica

Biomasa microbiana

La determinación de la biomasa microbiana ha cobrado importancia en los últimos al papel de los microorganismos en el ciclaje e inmovilización de nutrientes. Esta fracción contiene 1 a13% del C total del suelo y basta el 5% del N total por lo que puede generar nutrientes en cantidades suficientes para llenar las demandas de las plantas. [24]

Actividad microbiana

Debido al papel de los microorganismos en la descomposición de residuos, una medida de actividad biológica puede ser un indicador valioso del efecto del manejo del sistema sobre la población microbiana del suelo. Algunas de las técnicas utilizadas reflejan la actividad de individuos o grupos de organismos específicos, mientras que otras se refieren a la actividad total de la biota del suelo. Entre las primeras técnicas se encuentran la medición de la actividad de diferentes enzimas en el suelo. La actividad total de la población microbiana del suelo puede determinarse utilizando la técnica de respiración. [25]

(31)

31 Como los organismos individualmente pueden metabolizar un limitado rango de hidrocarburos, se asocian en poblaciones mixtas para adquirir una amplia y completa capacidad enzimática suficiente para degradar complejas mezclas de hidrocarburos como el petróleo crudo en el suelo. [27]

Los importantes grupos bacterianos implicados en la biodegradación de hidrocarburos y otros contaminantes están compilados en la base de datos de cepas biodegradativas donde se destacan los géneros: Alcaligenes, Arthrobacter, Azoarcus, Bacillus, Bacteroides, Burkholderia, Comamonas, Desulfitobacterium, Flavobacteriu, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Ralstonia, Rhodococcus, Sphingomonas.

Las Pseudomonas son las bacterias más eficientes en la degradación de compuestos tóxicos. La capacidad de estas bacterias para degradar a los hidrocarburos depende del tiempo de contacto con el compuesto, las condiciones ambientales en las que se desarrollen y su versatilidad fisiológica. [28]

Además, aunque no han sido caracterizados en su totalidad, muchos de estos microorganismos poseen actividades que permiten la oxidación algunas fracciones del petróleo. Esta oxidación permite la conversión a bióxido de carbono y agua. [24]

2.4. Factores que influyen la Bioremediación

(32)

32 • Necesidad de nutrientes: El metabolismo microbiano está orientado a la reproducción de los organismos y éstos requieren que los constituyentes químicos se encuentren disponibles para su asimilación y sintetización. Los nutrientes principalmente requeridos son el fósforo y el nitrógeno. Por lo general suele haber en el suelo una concentración de nutrientes suficiente, sin embargo, si estos no se encontrasen en el rango normal se puede adicionar mayor cantidad al medio. El rango normal de C: N: P depende del sistema de tratamiento a emplear, siendo de modo habitual 100:10:1.

pH del suelo: afecta significativamente en la actividad microbiana. El crecimiento de la mayor parte de los microorganismos es máximo dentro de un intervalo de pH situado entre 6 y 8. Así mismo el pH también afecta directamente en la solubilidad del fósforo y en el transporte de metales pesados en el suelo. La acidificación o la reducción del pH en el suelo se puede realizar adicionando azufre o compuestos del azufre.

(33)

33 2.5. Biodegradación

Es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros organismos. [29]

Los microorganismos del terreno transforman tanto compuestos orgánicos como inorgánicos. Los procesos de biodegradación incluyen reacciones de oxidación-reducción, procesos de adsorción e intercambio de iones y reacciones de quelación de formación de complejos, que dan lugar a la fijación de los metales. [17]

Muchos estudios han demostrado que la biodegradación por los microbios indígenas puede contribuir perceptiblemente a la destrucción de compuestos orgánicos

La biodegradación es un proceso natural ventajoso no sólo por permitir la eliminación de compuestos nocivos impidiendo su concentración, sino que además es indispensable para el reciclaje de los elementos en la biosfera, permitiendo la restitución de elementos esenciales en la formación y crecimiento de los organismos (carbohidratos, lípidos, proteínas). La descomposición puede llevarse a cabo en presencia de oxígeno (aeróbica) o en su ausencia (anaeróbica). La primera es más completa y libera energía, dióxido de carbono y agua, es la de mayor rendimiento energético y se describe así:

Degradación aerobia:

(34)

34 La biodegradación aerobia es la reacción más fácil para la aceptación de electrón terminal y esta usada para la biodegradación de los hidrocarburos del petróleo. Este proceso de degradación ocurre en presencia de microbios aerobios. Los últimos productos de la mineralización de compuestos orgánicos son dióxido de carbono, agua y masa de la célula. Los organismos anaerobios facultativos pueden utilizar el oxígeno cuando es presente o puede cambiar en aceptadores alternativos del electrón.

Los procesos anaeróbicos son oxidaciones incompletas y liberan menor energía y se describen así:

Degradación anaerobia:

Substrate + (NO3-, SO42-, Fe3+, Mn4+, CO2) + Biomass + CO2(g) +(N2(g), Mn2+, H2S(g), Fe2+, CH4(g))

(35)

35 2.3. Marco contextual

En la ciudad de Guayaquil el Estero Salado representa un sistema estuarino icónico de la metrópolis, se extiende alrededor de 60Km desde el Puerto Marítimo hasta Posorja, formando parte del Golfo de Guayaquil

Este ecosistema estuarino brinda una diversidad de recursos y servicios ecológicos significativos y valiosos para la sustentación de la metrópolis de Guayaquil, albergando una amplia variedad de empresas del sector acuícola, el cual es parte importante de la economía no petrolera del país, lo cual sustenta su amplio de valor ecológico y comercial [29].

Existen áreas delimitadas para un manejo sustentable de los recursos del Estero Salado, como:

‘Bosque Protector Salado del Norte de (47,23 hectáreas)

Bosque Protector Puerto Hondo (2.000 hectáreas)

Reserva de Producción Faunística Manglares el Salado con (5.409 hectáreas).

(36)

36 tengan sistemas de alcantarillado insuficientes, sin ningún tipo de tratamiento en sus aguas residuales y realicen la disposición final de sus desechos sólidos en el estuario [30] [31] [32] [33].

De las aguas residuales con poco o ningún tratamiento que ingresan continuamente a los diferentes ramales del Estero, alrededor de un 60% corresponden a uso doméstico y un 40% corresponde a uso industrial [34].

Al mismo tiempo que esto ocurre ingresan contaminantes de forma discontinua, por las escorrentías correspondientes a zonas de cultivo y usufructo de recursos minerales en canteras situadas en los alrededores periféricos de la metrópoli [35], además de desechos hidrocarburiferos, lixiviados derivados de desechos sólidos domésticos e industriales por escorrentías procedentes de superficies no permeables [36].

El Estero Salado, por ser un brazo de mar, y al no recibir aportes de afluentes o ríos situados aguas arriba, sus aguas tienen cierto movimiento que no está dirigido predominantemente hacia el mar abierto; el cuerpo de agua se desliza con la marea hacia el mar, pero recupera

Aguas residuales con poco o ningún tratamiento, ingresan de manera puntual a los diferentes ramales del

(37)

37 contaminantes por escorrentías provenientes de superficies no permeables (techos, puentes, calles, aceras) [34].

Este brazo de mar, y al no estar conectado a otros afluentes o ríos situados aguas arriba y gracias a que sus aguas poseen cierto movimiento que no está encaminado preferentemente hacia el mar abierto; el cuerpo de agua se desplaza con la marea hacia el mar, pero recobra su estado originario con el descenso de la misma; este proceso perturba la renovación y hace mucho más difícil la autodepuración de las aguas en el estuario del Estero Salado, fundamentalmente hacia las zonas más periféricas de la ciudad de Guayaquil [30].

Si a lo antes mencionado adicionamos el hecho que las zonas intermareales demuestran una respuesta inmediata a todas estas alteraciones de los ecosistemas colindantes a la zona intermareal [34].

Este efecto ha influenciado de una manera u otra al detrimento de la calidad ambiental, estética y productiva del estuario, perjudicando:

La actividad económica en la zona impidiendo la explotación de sus recursos pesqueros y deteriorando la calidad del agua para el uso de la industria camaronera que es tomada de los ecosistemas cercanos [35]

(38)

38 2.4. MARCO CONCEPTUAL

La contaminación. - Se refiere a alteraciones químicas, físicas o biológicas que alteran el equilibrio natural y provocan un deterioro en la calidad de vida y medio ambiente. La contaminación puede provenir no solo del ser humano, sino también de la naturaleza, aunque la contaminación que más connotación ha provocado en los diferentes ecosistemas terrestres es la proveniente del ser humano. Generalmente las actividades humanas conllevan contaminación en diferentes grados según la naturaleza de los procesos que realiza.

Contaminación del suelo.- El suelo al igual que el agua y aire sirve de enlace entre los diferentes factores bióticos y abióticos, siendo una fuente de recursos para el ser humano, los cuales pueden ser renovables o no renovables dependiendo de su uso.

Debe recordarse que cualquier alteración en los factores ambientales del aire o el agua pueden afectar al suelo y viceversa, además los tipos de suelo y su composición varían dependiendo de los factores ambientales de cada zona en particular. De la misma manera los suelos cambian en su estructura con el tiempo; a excepción de alguna catástrofe medioambiental, estos cambios suelen ser lentos, pero en ciertas zonas la actividad humana ha provocado grandes cambios en un periodo corto de tiempo cual se tratase de una catástrofe medioambiental natural.

(39)

39 causa un efecto adverso al aire, agua, suelo, flora, fauna, seres humanos, a su interrelación o al ambiente en general

Contaminación por hidrocarburos.- Este tipo de contaminación no solo afecta a los seres vivos, sino también a los recursos naturales presentes en el suelo. Las afectaciones que provoca este tipo de contaminación se manifiestan en lapsos variables de tiempo, la mayoría no aparecen sino después de décadas y generan:

Afectación de la estructura del suelo por ruptura de agregados

Un elevado aumento de la retención normal de agua

Alteración del C orgánico

Variación del pH

Aumento de metales como Fe y Mn

Aumento de P disponible

(40)

40 Los TPH son una mezcla de productos químicos compuestos principalmente de hidrógeno y carbono, llamados hidrocarburos. Los científicos han dividido a los TPH en grupos de hidrocarburos de petróleo que se comportan en forma similar en el suelo o el agua. Estos grupos se llaman fracciones de hidrocarburos de petróleo. Cada fracción contiene muchos productos químicos individuales.

Algunas sustancias químicas que pueden encontrarse en los TPH incluyen hexano, combustibles de aviones de reacción, aceites minerales, benceno, tolueno, xilenos, naftalina, y fluoreno, como también otros productos de petróleo y componentes de gasolina. Sin embargo, es probable que muestras de TPH contengan solamente algunas, o una mezcla de estas sustancias químicas

Biorremediación.- La biorremediación es una tecnología basada en la biodegradación de moléculas orgánicas a moléculas de menor toxicidad y tamaño, mediante el uso de seres vivos como plantas, hongos, bacterias. Cabe destacar que la degradación natural suele ser muy lenta, por lo cual se aplican solo microorganismos que optimizan el proceso gracias en ocasiones a mejoras genéticas que logran resultados más rápidos.

(41)

41 Existen bacterias que pueden degradar con facilidad derivados del petróleo como; tolueno, benceno, esteres, entre otros, del mismo modo pueden degradar otra clase de compuestos como; As, Se, PCBs.

(42)

42 CAPITULO III

3.1. Metodología del diseño

3.1.1. Principios del diseño

Aleatoria

Es un método estadístico utilizado en diseños experimentales, donde se asignan los valores al azar, es decir no existe un orden en la toma de muestras.

Repetición

La réplica tiene como objeto obtener una cantidad de muestras representativas las cuales de manera estadísticas ayuden a obtener una media y visualizar intervalos del número de veces que se aplica el efecto medio de un factor que se haya aplicado en el experimento.

3.2. Diseño experimental

3.2.1. Periodo de análisis de investigación

La investigación fue desarrollada en los meses de agosto del 2018 a febrero del 2019, durante periodos de marea baja, comprobadas en las tablas de marea del INOCAR.

3.2.2. Locación de muestreo (seccionados por tramos/bloques)

(43)

43 Ilustración 1 Fotografía de la zona de muestra Miraflores

contaminación hidrocarburifica debido a la emisión de aguas residuales de uso doméstico de las urbanizaciones aledañas y de desechos industriales.

Fuente: Elaboración propia

3.2.3. Técnica de extracción

Las muestras del suelo se tomaron entre los 20 y 35 cm de profundidad y se almacenaron sobre bandejas de aluminio y se dejaron secar a temperatura ambiente por 48 horas.

3.2.4. Preparación del tratamiento

(44)

44 3.3. Factores fisicoquímicos del suelo

3.3.1. Determinación de la humedad

La humedad del suelo está definida como la cantidad de agua existente en un suelo referente a porcentaje (%p/p). Para lo cual se secaron muestras del suelo a 60 °C en la estufa durante 24 horas y se calculó el contenido de agua en el suelo por gravimetría.

3.3.2. Determinación del pH

La determinación de pH del suelo se realizó mediante el método Electrométrico en el cual se pesaron 20 g de muestra del suelo contaminado con hidrocarburo y se lo coloco en un vaso de precipitación con 100 ml de agua destilada para agitar por 10 minutos y se midió el pH en un Orión 5 Star.

3.4. Caracterización de los consorcios

3.4.1. Análisis de consorcios bacterianos

El consorcio bacteriano degradadores de hidrocarburos fue obtenido por secuenciación de genes 16S-RNA, en la que se demostró la presencia de Bacillus subtilis, Bacillus fusiformis, Acinetobacter junii y Pseudomona sp , las bacterias pseudomonas tienen la capacidad de poder utilizar diferentes sustratos , inclusive aquellos obtenidos por el petróleo , siendo estas bacterias Gram negativas pertenecientes a las Proteobacterias.

(45)

45 Investigaciones realizadas demuestran que Bacillus, Flavobacterium y Pseudomonas son los microorganismos más utilizados en la etapa de degradación de los Hidrocarburos Totales

3.4.2. Hidrocarburos totales de petróleo

Procedimiento

 Se marca el recipiente de la muestra para determinar posteriormente el volumen de la muestra. Si la muestra no se acidificó al momento de la recolección, agregue 5 ml de ácido clorhídrico a el recipiente de muestra.

 Después de mezclar la muestra, se verifica el pH tocando el papel sensible al pH en la tapa para asegurarse de que el pH sea 2 o inferior.

 Se añade más ácido si es necesario.

 Se vierte la muestra en un embudo de separación. agregando 30 ml de fluorocarbono-113 a el recipiente de muestra y se gira para enjuagar los lados. Se transfiere el solvente al embudo de separación. Extrayendo mediante agitación vigorosamente durante 2 minutos. Permitiendo que las capas se separen.

 Se filtra la capa de solvente a través de un embudo que contiene papel de filtro humedecido con solvente en un matraz volumétrico de 100 ml.

NOTA 1: Una emulsión que no se disipa puede romperse vertiendo aproximadamente 1 g de sulfato de sodio en el cono del papel de filtro y drenando lentamente la emulsión a través de la sal. Se pueden agregar también porciones de 1 g adicionales al cono según sea necesario.

(46)

46 de solvente nuevo, combinando todo el solvente en el matraz volumétrico. Se enjuaga la punta del embudo de separación, el papel de filtro y el embudo con un total de 5-10 ml de disolvente y se recogen los enjuagues en el matraz. Diluyendo el extracto a 100 ml. Si se sabe que el extracto contiene más de 100 mg de material orgánico no hidrocarbonado,

 Pipeteamos una porción apropiada de la muestra a un volumen volumétrico de 100 ml y se diluye al volumen. celda de acuerdo con la siguiente tabla de rangos de trabajo aproximados:

Pathlength Range 10 mm 2-40 mg 50 mm 0.5-8 mg 100 mm 0.1-4 mg

 Se calibra el instrumento para las celdas apropiadas utilizando una serie de estándares de trabajo. No es necesario agregar gel de sílice a los estándares.

 Determinamos la absorbancia directamente para cada solución en el máximo de absorbancia a aproximadamente 2930 cm-1.

 Preparamos un gráfico de calibración de absorbancia vs. mg de petróleo.

 Hidrocarburos por 100ml de solución.

(47)

47 extracto. Si la absorbancia excede

 0.8 preparar una dilución apropiada.

NOTA 2: La posibilidad de que se haya excedido la capacidad de absorción del gel de sílice se puede probar en este punto agregando otros 3.0 g de gel de sílice al extracto y repitiendo el tratamiento y la determinación.

 Determinamos la concentración de hidrocarburos del petróleo en el extracto comparando la respuesta con el gráfico de calibración

Calculos

R = mg de hidrocarburos de petróleo determinado de la gráfica de calibración. D = factor de extracto disuelto, si se requiere utilizar.

M = masa de muestra, en kilogramos.

3.4.3. Respirometría

De cada una de las muestras, se tomaron 100 g de muestra de suelo.

Las muestras fueron puestas en una bandeja de aluminio y se adicionaron 25ml de NaOH (0,1 N) en la superficie de la bandeja y cubiertas por un vaso de precipitación, se dejaron a temperatura ambiente durante 48 horas , se utilizó fenolftaleína como indicador y se realizó la titulación con HCl 0,1 N

(48)

48 3.5.1. Mecanismos estadísticos

Prueba de normalidad

 Prueba de Fisher

La prueba de Fisher es básicamente la opción estadística a la prueba de Pearson en donde permite analizar si dos variables se encuentran asociadas cuando las muestras a estudiar son muy pequeñas.

Prueba de varianza

 Test de T-student

Se utiliza cuando la muestra estudiada sigue una distribución normal, pero los tamaños de las muestras son muy pequeñas.

 Anova

Análisis de Varianza, se aplicó con la finalidad de indicar las semejanzas o diferencia entre las muestras de más de uno de los tratamientos.

3.5.2. Técnicas de predicción de mareas

Ilustración 2 Mareas en los días de muestreo

(49)

49 Mediante el Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR) y la tabla de mareas del puerto de Guayaquil , constatamos el nivel de marea de los 3 días de toma de muestra

(50)

50 CAPÍTULO IV

4.1. Resultados experimentales y análisis de resultados

pH

Los niveles de Potencial de Hidrogeno de los sedimentos obtenido muestran niveles ligeramente alcalinos de alrededor de 8 antes de aplicar el tratamiento, siendo la estación de Miraflores la más alcalina. Después del tratamiento los niveles de pH se reducen en todos los Sedimentos, llegando a niveles neutros de 7 unidades de pH y ligeramente ácidos de 6,8 niveles de pH, el mayor cambio se presenta en la Toma C del Sector Miraflores donde cae de 8,86 a 6,85 Y el menor en la Toma C del Sector del Puente Zig Zag.

Tabla 1. Resultados de pH

Muestra Antes Después Toma

Miraflores 8,7 7 A

Miraflores 8,58 7,02 B

Miraflores 8,86 6,85 C

Puente Zig Zag 8,08 6,85 A

Puente Zig Zag 7,87 7 B

Puente Zig Zag 7,55 6,24 C

Fuente: Elaboración propia

(51)

51 Gráfico 1. Cambios de Ph

Fuente: Elaboración propia

Se observa que la reducción de pH en los tratamientos del Sector Miraflores es alrededor de 2 y en el Sector del puente Zig Zag de 1, siendo la disminución promedio en los niveles de pH después del tratamiento de alrededor 1,44 con una desviación estándar de 0,4

Todas estas afirmaciones serán comprobadas mediante el uso de modelos estadísticos, demostrando o desmintiendo cada hipótesis que podamos cuantificar.

Humedad

Con el resultado obtenido al restar el peso del recipiente del alcanzado por la muestra seca en el recipiente, calculamos el porcentaje de Humedad:

%𝐻𝑈𝑀𝐸𝐷𝐴𝐷 = 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎

Los resultados conseguidos se muestran en la siguiente Tabla 2 :

(52)

52

ANTES DESPUES

Gr de muestra seca % Humedad Gr de muestra seca % Humedad Diferencia

A1 28 53,33 48 20 20

B1 14 76,66 40 33,33 26

C1 13 78,33 38 36,66 25

A2 25 58,33 46 23,33 21

B2 28 53,33 37 38,33 9

C2 34 43,33 36 40 2

Fuente: Elaboración propia

Como podemos observar en la siguiente Gráfico 2 como los porcentajes de Humedad en un inicio son mayores en Miraflores(azul) donde alcanza un promedio de 69,44%, mientras en el Sector del Zig Zag la humedad promedio es del 51,66%.

Gráfico 2. Comportamiento de humedades (antes) Fuente: Elaboración propia

(53)

53 Gráfico 3. Comportamiento de humedades (después)

Fuente: Elaboración propia

La Desviación de los resultados de humedad antes del tratamiento es menor en el Sector del Puente Zig -Zag Tabla 3

Tabla 3. Resultados de humedad

PARAMETRO TOTAL Zig Zag Miraflores

PROMEDIO 60,5555556 51,6666667 69,4444444

DESVIACIÓN 14,010578 7,63762616 13,9774951

Fuente: Elaboración propia

Al tratarse de lodos sedimentarios que se encuentran en el fondo del Estero Salado, es comprensible que el agua alcance alrededor de dos terceras partes de su composición.

(54)

54 significativas entre ambos niveles de Humedad, lo cual comprobaremos más adelante

La reducción en la humedad pueda deberse al cambio de condiciones que experimento la muestra desde la rivera del estero al laboratorio, o a los cambios fisicoquímicos que se producen como efecto del incremento poblacional de los consorcios bacterianos

Gráfico 4. Diferencias de humedades Fuente: Elaboración propia

Producción de CO2

Al obtener los ml de Ácido Clorhídrico 0.1N necesarios para neutralizar la solución se utilizó la siguiente fórmula:

𝑚𝑜𝑙𝐶𝑂2 =(50𝑚𝑙 − 𝑚𝑙𝐶𝑙𝐻) ∗ 0.1𝑚𝑜𝑙/𝑙

(1000𝑚𝑙/𝑙)

Obteniendo de ella los moles de CO2 producidos en cada caso, en la siguiente tabla Tabla 4 pueden observar los valores obtenidos:

(55)

55 Tabla 4. Valores obtenidos para el CO2

ml ClH 1 2 molC02 1 2

A 40 39 A 0,001 0,0011

B 43 42 B 0,0007 0,0008

C 42 40 C 0,0008 0,001

Fuente: Elaboración propia

Con los valores obtenido en molCO2 se obtuvo las partes por millón de carbono perdidos en las muestras obteniendo lo mostrado en la Tabla 5

𝑃𝑝𝑚 (𝐶/𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎) =𝑚𝑜𝑙𝐶𝑂2∗ 14𝑔/𝑚𝑜𝑙 ∗ 1000𝑚𝑔/𝑔 𝐴𝑣

Tabla 5. Ppm de Carbono

Ppm C/muestra 1 2

A 151,260504 166,386555

B 105,882353 121,008403

C 121,008403 151,260504

Fuente: Elaboración propia

(56)

56 Gráfico 5. Comportamiento de la producción de carbono

Fuente: Elaboración propia

El promedio de partes por millón de carbono consumido por las bacterias en 15 días fue de 136,13ppm Tabla 6, lo que da una razón de 9ppm/día aproximadamente.

Tabla 6. Promedios de ppm de carbono

PARAMETRO TOTAL Zigzag Miraflores

PROMEDIO 136,134454 146,218487 126,05042

DESVIACIÓN 14,2609771 23,1054237 23,1054237

Fuente: Elaboración propia

(57)

57 4.2. Análisis estadístico

Todas las afirmaciones que realizamos al observar los resultados obtenidos deben ser comprobadas mediante algún método estadístico que evidencie la hipótesis planteada.

4.2.1. Confianza de los datos

Lo primero que se debería comprobar es la precisión de los resultados, para ello comparamos todos los resultados de cada medición y obtenemos la desviación

Valor final 9,08±1,64 8,27±0,64 7,27±0,73 31,94±8,74 60,55±14,7 578,33±46

Fuente: Elaboración propia

(58)

58 TPH

Gráfico 6. Comportamiento de TPH

Fuente: Elaboración propia

pH

Gráfico 7. Comportamiento de Ph

Fuente: Elaboración propia

Humedad

Gráfico 8. Cambio de humedad

(59)

59 Ppm(C)

Gráfico 9. PPM de carbono

Fuente: Elaboración propia

4.2.2. Correlación de Spearman

Utilizaremos la Correlación de Spearman representada en la siguiente formula:

𝜌 = 1 − 6 ∗ ∑ 𝑑

2

𝑛 ∗ (𝑛2− 1)

Para comprobar si existe algún tipo de asociación estadística entre la reducción de los niveles de TPH en los lodos y la metabolización de Carbono por parte de los consorcios, y así con todas las variables hasta obtener los valores de 𝜌 para cada pareja de variables posibles.

Al obtener del valor de la tabla un valor Rs de 0,829 y al comprobar que en ningún caso 𝜌 es mayor a dicha cifra, podemos deducir que no existe asociación estadística entre los datos.

Tabla 8. Correlación de spearman de propiedades fisicoquímicas

R=0,829 pH Humedad TPH ppm

pH 0,73 0,33 0,22

humedad 0,73 0,73 0,47

7 9 11

(60)

60

TPH 0,33 0,73 0,04

ppm 0,22 0,47 0,04

Fuente: Elaboración propia

La humedad obtuvo un 𝜌 de 0,73 al asociarla con los niveles de TPH y pH, sin embargo, se requeriría de un mayor número de datos para poder realizar algún tipo de relación.

4.2.3. T de student

Al iniciar este análisis realizamos la prueba F de cada hipótesis que plantearemos

𝐹𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 = 𝑆𝑥

2

𝑆𝑤2

Para conocer si sus varianzas son o no iguales, si el valor de F es inferior a 0,05 se considera que las varianzas son diferentes.

Tabla 9.Test T-STUDENT

Parámetros Grupos F ¿Varianzas iguales?

pH Antes-después 0.5384 Si

TPH Antes-Después

HUMEDAD Miraflores-Puente Zig Zag 0,4598 Si

PPM de C Miraflores-Puente Zig Zag 1 Si

Fuente: Elaboración propia

(61)

61 Pregunta A: ¿Existe diferencia estadísticamente representativa en los niveles

de pH antes y después del tratamiento?

Colocamos las hipótesis a comprobar:

Ho: No existe diferencia estadísticamente representativa en los niveles de pH antes y después del tratamiento con un 95% de confianza; P>= 0,05

Hi: Existe diferencia estadísticamente representativa en los niveles de pH antes y después del tratamiento 95% de confianza; P=< 0,05

Realizamos las respectivas pruebas t y obtenemos que el valor de p es 0,01 lo cual es inferior a 0,05 y confirmaría la hipótesis Hi

Tabla 10. Prueba t para medias de dos muestras emparejadas de pH

Antes Después

Media 8,2733 7,265

Varianza 0,2687 0,48091

Observaciones 6,0000 6

Coeficiente de correlación de Pearson 0,9063

Diferencia hipotética de las medias 1,5000

Grados de libertad 5,0000

Estadístico t -3,8468

P(T<=t) una cola 0,0060

Valor crítico de t (una cola) 2,0150

P(T<=t) dos colas 0,0120

Valor crítico de t (dos colas) 2,5706

Fuente: Elaboración propia

Pregunta B: ¿Existe diferencia estadísticamente representativa en los

porcentajes de Humedad entre los dos Sectores de estudio?

(62)

62 Ho: No existe diferencia estadísticamente representativa en los porcentajes de Humedad entre los dos Sectores de estudio con un 95% de confianza; P>= 0,05

Hi: Existe diferencia estadísticamente representativa en los porcentajes de Humedad entre los dos Sectores de estudio 95% de confianza; P=< 0,05

Realizamos las respectivas pruebas t y obtenemos que el valor de p es 0,1253 lo cual es superior a 0,05 y confirmaría la hipótesis Ho

Tabla 11. Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas iguales de humedad

Diferencia hipotética de las medias

P(T<=t) dos colas 0,1253

Valor crítico de t (dos colas) 2,7764

Fuente: Elaboración propia

Pregunta C: ¿Existe diferencia estadísticamente representativa en las ppm de

(63)

63 Colocamos las hipótesis a comprobar:

Ho: No existe diferencia estadísticamente representativa en la ppm de Carbono producido por las bacterias entre los dos sectores de estudio con un 95% de confianza; P>= 0,05

Hi: Existe diferencia estadísticamente representativa en las ppm de Carbono producido por las bacterias entre los dos sectores de estudio 95% de confianza; P=< 0,05

Realizamos las respectivas pruebas t y obtenemos que el valor de p es 0,3452 lo cual es superior a 0,05 y confirmaría la hipótesis Ho

Tabla 12. Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas iguales de carbono

Variable 1 Variable 2

Media 126,05042 146,218487

Varianza 533,860603 533,860603

Observaciones 3 3

Varianza agrupada 533,860603

Diferencia hipotética de las medias 0

Grados de libertad 4

Estadístico t -1,06904497

P(T<=t) una cola 0,17263575

Valor crítico de t (una cola) 2,13184679

P(T<=t) dos colas 0,3452715

Valor crítico de t (dos colas) 2,77644511 Fuente: Elaboración propia

4.2.4. ANOVA

(64)

64 Tabla 13. Factores fisicoquímicos de análisis

Variable Pregunta

pH ¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en el promedio de disminución de Ph entre el sector Miraflores y el Sector del Puente Zig Zag?

Humedad ¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en el promedio del

porcentaje de humedad en él

tratamiento?

Fuente: Elaboración propia

¿Existe diferencia estadísticamente representativa en el promedio de

disminución de pH entre el sector Miraflores y el Sector del Puente Zig Zag?

Ho: el promedio de disminución de pH en ambos grupos es igual con un 95% de confianza; P>= 0,05

Hi: el promedio de disminución de pH en ambos grupos distinto con un 95% de confianza; P=< 0,05

Se realizó el análisis de varianza para determinar si existe una diferencia estadísticamente representativa en el promedio de disminución de PH entre ambos sectores para rechazar o aceptar la hipótesis nula.

Los resultados de dicho análisis se observan en la Tabla 14, en la cual podemos

(65)

65 Tabla 14. Análisis de Varianza de pH

Fuente: Elaboración propia

¿Existe diferencia estadísticamente representativa en el promedio del

porcentaje de humedad en él tratamiento?

Ho: el promedio del porcentaje de humedad en él tratamiento en ambos grupos es igual con un 95% de confianza; P>= 0,05

Hi: el promedio del porcentaje de humedad en él tratamiento en ambos grupos es distinto con un 95% de confianza; P=< 0,05

Se realizó el análisis de varianza para determinar si existe una diferencia estadísticamente representativa en el promedio de disminución de Ph entre ambos sectores para rechazar o aceptar la hipótesis nula.

Los resultados de dicho análisis se observan en la Tabla 15, en la cual podemos

Apreciar que el valor p alcanza los 0,0015, lo que estaría muy por debajo del 0,05, lo cual indicaría que la Hi es correcta

Tabla 15. Análisis de Varianza de humedad

(66)

66

Entre grupos 2455,7870 1 2455,7870 18,48

90206 0,0015 4,964

4.3.1. Eficiencia de las Bacterias

La eficiencia de las bacterias para la bioremediación se puede demostrar en base a la reducción de los niveles de TPH, los cuales fueron significativos en 4 de los 6 tratamientos, con un promedio de 00,00±0,00 ppm.

A pesar de que se haya reducido los niveles de TPH hay que comprobar que esto se debe a las bacterias y no a algún otro factor. Para demostrar lo anterior se midió las cantidades de CO2 en 15 días y se obtuvo que las bacterias metabolizaron

9,08±1,64 ppm de carbono por día.

Al aplicar la siguiente formula obtenemos el % de C que los diferentes microorganismos metabolizaron a partir de los TPH

%𝑇𝑃𝐻 =𝑇𝑃𝐻(𝑚𝑔/𝐾𝑔) ∗ 0,84 𝐶/𝑇𝑃𝐻

𝐶(𝑚𝑔/𝐾𝑔)/𝑑𝑖𝑎 ∗ 90𝑑𝑖𝑎𝑠 ∗ 100

%𝑇𝑃𝐻 =578,33𝑚𝑔/𝐾𝑔 ∗ 0,84 𝐶/𝑇𝑃𝐻

(67)

67

%𝑇𝑃𝐻 = 59,5%

Obteniendo que alrededor del 60% del C metabolizado se obtuvo de esta fuente.

4.3.2. Hipótesis

Luego de las demostraciones estadísticas realizadas las respuestas a nuestras interrogantes fueron recolectadas en la Tabla 16 a continuación:

Tabla 16. Hipótesis estadísticas

PREGUNTA RESPUESTA

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en los niveles de Ph antes y después del tratamiento?

SI

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en los porcentajes de Humedad entre los dos Sectores de estudio?

NO

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en las ppm de Carbono producido por las bacterias entre los dos sectores de estudio?

NO

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en la concentración de TPH antes y después del tratamiento?

SI

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en el promedio de

disminución de Ph entre el sector Miraflores y el Sector del Puente Zig Zag?

NO

¿Existe diferencia estadísticamente

representativa en el promedio del

porcentaje de humedad en él tratamiento?

SI

Fuente: Elaboración propia

Conclusiones

(68)

68

 La disminución en los niveles de pH en ambos Sectores es prácticamente el mismo y poseen una Humedad similar, por lo que se podría concluir que las características fisicoquímicas medidas en ambos tipos de suelos son idénticos.

 Los lodos sometidos al tratamiento redujeron su humedad en diferentes proporciones sin excepción alguna, pero la eficiencia varia significativamente, por lo cual podríamos concluir que las condiciones entre fueron diferentes entre los diferentes métodos

 En las pruebas de CO2 se logró corroborar que la metabolización de Carbono es similar en todos los casos con un promedio de 9±0,63ppm/día.

 Los Consorcios bacterianos metabolizaron el carbono de los Hidrocarburos presentes en la muestra, reduciendo los niveles de concentración de TPH y generando CO2 como desecho

 La reducción en las concentraciones de TPH nos permite concluir que ocurre una degradación de los hidrocarburos alifáticos

 La producción de CO2 en las trampas de respirometria permite concluir que

(69)

69 Recomendaciones

 El porcentaje de humedad de la muestra parece estar relacionado con la concentración de TPH y el pH, se recomienda utilizar un número más amplio de datos para poder comprobarlo estadísticamente

 Lograr medir más parámetros fisicoquímicos, para de esta manera tener una idea más profunda de las diferencias y similitudes entre los sectores del Estuario.

 Agregar a ciertos tratamientos mejoras en la calidad de las condiciones, nutriendo el suelo, o agregando bajas dosis de agua para incentivar la actividad microbiana

 Tener un mayor control de las condiciones de laboratorio para poder obtener resultados con reducciones similares en la concentración de hidrocarburos

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70 BIBLIOGRAFIA

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Figure

Ilustración 2  Mareas en los días de muestreo
Gráfico 2. Comportamiento de humedades (antes)
Tabla 3. Resultados de humedad
Gráfico 4. Diferencias de humedades
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Referencias

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