Evaluación del potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelos contaminados con hidrocarburos

UNIVERSIDAD UTE

FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO

DE RIESGOS NATURALES

TEMA: EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE

BIORREMEDIACIÓN DE TRES TIPOS DE BACTERIAS EN

SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES

CYNTHIA LIZETH CÁRDENAS ENRÍQUEZ

DIRECTOR: PhD. ROBERTO CARLOS GRANDA JARAMILLO

© Universidad UTE. 2019

FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD: 0401481072

APELLIDOS Y NOMBRES: CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH

DIRECCIÓN: AV. PANAMERICANA NORTE Y EL ARENAL

EMAIL: cinti_cardenas@hotmail.com

TELÉFONO FIJO: (02) 3811064

TELÉFONO MÓVIL: 0988508952

DATOS DE LA OBRA

TÍTULO: EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE

BIORREMEDIACIÓN DE TRES TIPOS DE BACTERIAS EN SUELOS

CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

AUTOR O AUTORES: CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH

FECHA DE ENTREGA DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN: NOVIEMBRE, 2019

DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:

PhD. ROBERTO CARLOS GRANDA JARAMILLO

PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TÍTULO POR EL QUE OPTA: INGENIERA AMBIENTAL Y MANEJO

DE RIESGOS NATURALES RESUMEN: _{A nivel mundial uno de los problemas}

más comunes es la contaminación del suelo provocada por la actividad petrolera, la cual puede ser tratada con biorremediación, utilizando microorganismos para que consuman el hidrocarburo. Esta investigación se enfoca en la evaluación del potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelos contaminados con hidrocarburos. Se emplearon tres

consorcios bacterianos BRH-100P, SPARTA y COCTEL BACTERIANO. El suelo contaminado y remediado con los consorcios bacterianos fue caracterizado de acuerdo a los parámetros de pH, temperatura, materia orgánica, conductividad eléctrica, capacidad de retención de agua y humedad; posteriormente fueron analizados en el laboratorio mediante cromatografía de gases con detector FID (Flame ionization

detection) de acuerdo a la

PALABRAS CLAVES: Hidrocarburos Totales de Petróleo, Biorremediación, Cromatografía FID, Consorcio

ABSTRACT: Worldwide, one of the most common problems is soil pollution caused by oil activity, which is mainly treated with

bioremediation, using

the bacterial consortiums SPARTA. Statistical analysis indicated that there is a minimum presence of contaminant in the soil after treatment with bacterial consortia for removal of the contaminant.

KEYWORDS _{Total Petroleum Hydrocarbons,}

Bioremediation, FID

Chromatography, Consortium

Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.

__________________________________________

CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH

DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN

Yo, CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH, CI 0401481072 autor/a del trabajo de titulación: Evaluación del potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelos contaminados con hidrocarburos previo a la obtención del título de Ingeniera Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales

en la Universidad UTE.

1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de titulación de grado para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.

2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad UTE a tener una copia del referido trabajo de titulación de grado con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.

Quito, 28 de noviembre del 2019

_________________________________________ CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de tutor, certifico que el presente trabajo de titulación que lleva por título Evaluación del potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelos contaminados con hidrocarburos para aspirar al título de INGENIERA AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES fue desarrollado por CÁRDENAS ENRÍQUEZ CYNTHIA LIZETH, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y que dicho trabajo cumple con las condiciones requeridas para ser sometido a las evaluación respectiva de acuerdo a la normativa interna de la Universidad UTE.

___________________

PhD. Roberto Carlos Granda Jaramillo

DIRECTOR DEL TRABAJO

DECLARACIÓN JURAMENTADA DEL AUTOR

Yo, Cynthia Lizeth Cárdenas Enríquez, portador(a) de la cédula de identidad N° 0401481072, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en ese documento.

La universidad UTE puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

DEDICATORIA

Agradezco a Dios por el hecho de haberme otorgado la vida y por esos padres tan maravillosos que me ha dado, gracias a mis padres pude culminar una meta más de las propuestas, gracias por sus consejos y su esfuerzo que a diario lo hacían y lo siguen haciendo, todo lo propuesto lo hare con la bendición de Dios y de mis padres.

A mis hermanos por esos ánimos que siempre me daban y no dejaban que decaiga. A mis amigos que en cierto momento recibí el apoyo moral y ánimo para seguir adelante, y en especial una persona que siempre estuvo en todo momento conmigo así no sea físicamente por la distancia, pero siempre estuvo presente dándome palabras de motivación para salir adelante.

AGRADECIMIENTOS

A mis padres, a mis hermanos que han sido y seguirán siendo mi apoyo y mi sustento incondicional para poder salir adelante. Gracias por apoyarme siempre los amo mucho mi familia hermosa.

A la empresa PETROCHECK Services Ltda. dónde trabajo actualmente por haberme apoyado con la realización de la parte práctica de mi tesis, gracias a ellos pude culminar con éxito el proyecto que me planteé desde el principio. A mi tutor del proyecto de investigación el PhD. Roberto Granda por compartir sus conocimientos, su apoyo y paciencia durante el periodo de realización de la tesis.

A mis profesores que durante la carrera universitaria aportaron con sus conocimientos para poder ser en el futuro una gran profesional y ser orgullosa de la universidad UTE donde adquirí todos los conocimientos ya que tuve unos excelentes profesores.

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

1. INTRODUCCIÓN 3

2. METODOLOGÍA 8

2.1 SUELO CONTAMINADO 8

2.1.1 MUESTREO 8

2.1.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 8

2.2 PRIMER OBJETIVO ESPECÍFICO: CARACTERIZAR LAS PROPIEDADES FÍSICO - QUÍMICAS DEL SUELO CONTAMINADO CON

HIDROCARBUROS TOTALES DE PETRÓLEO 9

2.2.1 ANÁLISIS DE MUESTRA CONTAMINADA PARA DETERMINAR LA EXISTENCIA DE TPH POR MEDIO DE CROMATOGRAFÍA DE GASES 11 2.3 SEGUNDO OBJETIVO ESPECÍFICO: EVALUAR LA EFICIENCIA DE DEGRADACIÓN DE UN COCTEL BACTERIANO, BACTERIAS BRH-100P Y BACTERIAS DENOMINADAS SPARTA EN SUELO

CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS 12

2.3.1 PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS 13

2.3.1.1 Bacterias BIOSGEN BRH-100P 13

2.3.1.2 Bacterias SPARTAN 13

2.3.1.3 Coctel Bacteriano 13

2.4 TERCER OBJETIVO ESPECÍFICO: DEMOSTRAR LA REDUCCIÓN DEL TPH EN EL SUELO CONTAMINADO MEDIANTE ANÁLISIS DE

LABORATORIO. 14

2.4.1 RECOLECCIÓN, PRESERVACIÓN, TRANSPORTE Y

ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS 14

2.4.1.1 Verificaciones Antes de Realizar el Análisis 14

2.4.1.2 Preparación de Soluciones 15

ii

2.4.1.4 Lectura de Soluciones y Muestras 16

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 19

3.1 CARACTERIZACIÓN DEL SUELO 19

3.1.1 ANÁLISIS DE MUESTRAS DE SUELOS 20

3.2 EVALUACIÓN Y COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA DE BACTERIAS BRH-100P, SPARTA Y COCTEL BACTERIANO PARA LA

DEGRADACIÓN DEL TPH 21

3.3 DEMOSTRAR LA REDUCCIÓN DEL TPH EN EL SUELO CONTAMINADO MEDIANTE ANÁLISIS DE LABORATORIO 22

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 25

4.1 CONCLUSIONES 25

4.2 RECOMENDACIONES 25

BIBLIOGRAFÍA 27

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ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Puntos de muestreo y coordenadas UTM 8

Tabla 2. Parámetros y materiales 9

Tabla 3. Caracterización inicial del suelo 11 Tabla 4.Métodos analíticos para monitoreo de suelo 11 Tabla 5. Límites permisibles para la identificación y remediación de suelos

contaminados en todas las fases de la industria hidrocarburífera 12 Tabla 6.Propiedades de BIOSGEN BRH-100P 13 Tabla 7.Propiedades de Bacterias SPARTA 13 Tabla 8.Propiedades del Coctel Bacteriano 14 Tabla 9.Preparación de Curva de Calibración 15 Tabla 10. Cuantificación de cromatograma 16 Tabla 11.Caracterización final de las muestras 19 Tabla 12. Resultado del análisis de las muestras 20 Tabla 13. Resultado de análisis de STUB2 21 Tabla 14. Resultado de análisis de los tres tratamientos y blanco 22

Tabla 15.Estado inicial del Horno 33

Tabla 16. Inyector delantero 33

Tabla 17.Entrada delantera SS N2 33

Tabla 18.Descripción de Columna #1 34

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ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1.Equipo y metodología de caracterización del suelo 10 Figura 2. Gráfico de eficiencia de reducción del TPH con la adición de las bacterias

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ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1. MAPA DE UBICACIÓN DE ÁREA DE ESTUDIO 31 ANEXO 2. MAPA DE PUNTOS DE MONITOREO DENTRO DEL ÁREA 32 ANEXO 3. CARACTERÍSTICAS DE EQUIPOS PARA CROMATOGRAFÍA DE

GASES 33

ANEXO 4. CERTIFICADO DE PATRÓN DE TPH 35

ANEXO 5. FOTOGRAFÍAS DE CARACTERIZACIÓN INICIAL Y FINAL DEL SUELO SIN CONTAMINACIÓN Y CONTAMINADO 38 ANEXO 6. RESULTADOS DEL SUELO CONTAMINADO CON TPH- PRIMER

MONITOREO 41

ANEXO 7. CROMATOGRAFÍA DE GASES DE SUELO CONTAMINADOS CON

TPH – PRIMERO MONITOREO 2018 42

ANEXO 8. RESULTADOS DE SUELO CONTAMINADO ÁREA DE TUBERÍA

(STUB 2) – SEGUNDO MONITOREO 2019 43 ANEXO 9. CROMATOGRAFÍA DE GASES ÁREA DE TUBERÍA (STUB 2)

CONTAMINADO CON TPH – SEGUNDO MONITOREO 44 ANEXO 10. FICHA TÉCNICA DE BACTERIAS BRH – 100P 45 ANEXO 11. FICHA TÉCNICA DE BACTERIAS SPARTA 46 ANEXO 12. FICHA TÉCNICA DE COCTEL BACTERIANO 47 ANEXO 13. RESULTADO DE MONITOREO FINAL CON TRATAMIENTO DE

BACTERIAS 48

1

RESUMEN

A nivel mundial uno de los problemas más comunes es la contaminación del suelo provocada por la actividad petrolera, la cual puede ser tratada con biorremediación, utilizando microorganismos para que consuman el hidrocarburo. Esta investigación se enfoca en la evaluación del potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelos contaminados con hidrocarburos. Se emplearon tres consorcios bacterianos BRH-100P, SPARTA y COCTEL BACTERIANO. El suelo contaminado y remediado con los consorcios bacterianos fue caracterizado de acuerdo a los parámetros de pH, temperatura, materia orgánica, conductividad eléctrica, capacidad de retención de agua y humedad; posteriormente fueron analizados en el laboratorio mediante cromatografía de gases con detector FID (Flame ionization detection) de acuerdo a la metodología TNRCC 1055. Los análisis fueron contrastados con un control, al que no se le adicionó bacterias. Del presente estudio se concluye que el suelo contaminado tuvo el parámetro TPH de 53008,4 mg/kg, fuera de los límites máximos permisibles. Los resultados obtenidos del análisis del suelo después del tratamiento con bacterias fueron de BRH-100P 2711,6 mg/kg siendo una reducción del contaminante 62 %, SPARTA 982,0 mg/kg representa un 77 %, COCTEL BACTERIANO 2407,0 mg/kg representa un 70 % y CONTROL 19390,1 mg/kg representa un 50%. Todos los tratamientos dieron un resultado mejor que el límite máximo permisible; la variable que presentó mayor reducción de contaminante fue el suelo con el consorcio bacteriano SPARTA. El análisis estadístico indicó que existe una presencia mínima de contaminante en el suelo después de los tratamientos con los consorcios bacterianos para remoción del contaminante.

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ABSTRACT

Worldwide, one of the most common problems is soil pollution caused by oil activity, which is mainly treated with bioremediation, using microorganisms to consume the hydrocarbon. This research focuses on assessing the potential bioremediation of three types of bacteria in soils contaminated with hydrocarbons. Three kind of bacterial consortiums were used: BRH-100P, SPARTA and COCTEL BACTERIA. Soil contaminated and remediated with bacterial consortiums was characterized according to pH, temperature, organic matter, electrical conductivity, water retention capacity and humidity parameters; they were subsequently analyzed in the laboratory using gas chromatography with FID detector (Flame ionization detection) according to the TNRCC 1055 methodology. The tests were contrasted with a target, those where no bacterias were added. The study concludes that the contaminated soil had the TPH parameter of 53008.4 mg/kg, over the maximum limits allowed. The results obtained from soil analysis after treatment with bacterias were: BRH-100P 2711,6 mg/kg being a reduction in pollutants 62 %, SPARTA 982,0 mg/kg accounts for 77%, COCTEL BACTERIANO 2407,0 mg/kg accounts for 70 % and CONTROL 19390,1 mg/kg accounts for 50 %. All treatments gave a better result than the permissible maximum limit, the variable that had the greatest reduction in contaminant was soil with the bacterial consortiums SPARTA. Statistical analysis indicated that there is a minimum presence of contaminant in the soil after treatment with bacterial consortia for removal of the contaminant.

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1. INTRODUCCIÓN

En Ecuador hay zonas donde se registran problemas de contaminación de suelos con hidrocarburos, como son las provincias de Sucumbíos, Napo, Orellana y Esmeraldas, donde se realizan procesos de extracción, refinación, transporte y comercialización de petróleo (Núñez, 2010).

No existía una ley ambiental que controle el proceso hidrocarburífero, por lo tanto el Estado ecuatoriano se preocupó y creó una Legislación Ambiental en materia Hidrocarburífera (Decreto 1215), la misma que consta de leyes, reglamentos y decretos para la exploración, explotación, industrialización, comercio, producción, transporte y almacenamiento del crudo teniendo en cuenta el prevenir, evitar y remediar la contaminación (Gestión Ambiental Hidrocarburífera, 2011).

En este decreto, el Artículo 123 hace referencia a los tanques de almacenamiento, que es el lugar donde se va a realizar la remediación; los tanques de almacenamiento deben cumplir con una serie de obligaciones para que no tengan problemas con el medio ambiente como dice en el “Art. 123.- Obligaciones operativas de tanques de almacenamiento y recipientes a presión.- Todo tanque para almacenamiento (se incluyen también tanques herméticos refrigerados), debe tener cubeto de contención, construido bajo normas técnicas. Todo tanque de almacenamiento deberá contar con cubeto de contención 100% impermeabilizado” (Decreto Ejecutivo 1215, 1998).

En el suelo la presencia de un vertido origina un desequilibrio en relación carbono: nitrógeno (C:N), produciendo una deficiencia de nitrógeno, por lo cual implica cambios en la población bacteriana (Walworth, 2011). En los últimos años la explotación y producción de la industria petrolera fue aumentando, por tal motivo el 70 % de ecosistemas impactados fueron por los compuestos presentes en el petróleo (Smith et al., 2012).

El petróleo se puede alterar debido a mecanismos fisicoquímicos (fotooxidación, evaporación, dilución) o por microorganismos que ya se encuentran presentes en la columna de agua (Botello, Rendón, Gold-Bouchot, & Agraz-Hernández, 2014).

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estos se encuentran de forma elemental o heterocíclicos y grupos funcionales (Botello et al., 2014).

Los hidrocarburos y sus derivados son sustancias de alto peso molecular, insolubles en el agua y son muy tóxicos para los organismos vivos (Campillay, 2006). Algunos TPH son incoloros o de color claro, son líquidos que se evaporan fácilmente. Existen otros que son espesos de color oscuro o semisólidos que no se evaporan (Wuthier, 2006).

Los TPH se pueden clasificar en alifáticos y aromáticos dependiendo de la estructura (Morrison & Boyd, 2013). Los contaminantes específicos que se encuentran dentro de los TPH son: los BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno), n-hexano, aceites combustibles y con base mineral, creando así una serie de componentes individuales tóxicos (Romero, 2010).

Los TPH liberados al suelo pueden movilizarse hacia el agua subterránea; algunos componentes pueden evaporarse al aire y otros compuestos pueden permanecer en el suelo por mucho tiempo, mientras otros son degradados por microorganismos presentes en el suelo (Pindado, Perez, & Garcia, 2015). La cantidad de TPH (unidad de medida ppm) en la muestra sirve como indicador general del tipo de contaminación existente en el suelo (Romero, 2010).

Los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP´s) y sus derivados se encuentran en el medio ambiente cuando existe una contaminación; estos compuestos pueden ser cancerígenos y/o mutagénicos. Los HAP´s son compuestos orgánicos formados de dos o más anillos aromáticos condensados que pueden ser en forma recta, angulados o racimados (Mastandrea et al., 2005).

En temperatura ambiente todos los hidrocarburos se encuentran es estado sólido o líquido, y el punto de ebullición es cercano a los cicloalcanos (Arboleda & Yaulema, 2008). Son poco polares o no polares entre ellos, además existen otras atracciones débiles hacia los anillos aromáticos, por este motivo no se disuelven en los alcanos pero si son fácilmente solubles en los hidrocarburos aromáticos (Botello et al., 2005).

En el suelo, los HAP´s pueden sufrir una degradación abiótica esto consiste en fotólisis y oxidación, degradarse, acumularse en plantas, filtrarse en aguas subterráneas y ser transportados por este medio o a su vez ser volatilizados (Manciulea & Dumitrescu, 2010).

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compuestos orgánicos que se convierten en gas o vapor (Acuña, Pucci, Morales, & Pucci, 2010).

Se pueden dividir en naturales y artificiales. Los naturales son compuestos como el isopreno, limoneno o pineno, mientras que los artificiales son el benceno, tolueno o nitrobenceno (Galán Huertos, Gómez Ariza, Bellinfante Crocci, & Aparicio Fernández, 2003).

Los organismos vivos presentes en el suelo pueden interactuar con los COVs, de dos maneras. En el modo contacto interactúa el compuesto con los microorganismos, lo que sucede en este proceso es debilitar o destruir las membranas celulares, mientras que el modo sistémico puede absorber o ser ingerido el contaminante por el microorganismo (Galán Huertos et al., 2003).

La contaminación con hidrocarburos conlleva a un cambio progresivo de sus propiedades físico – químicas (González, 2006). Estos cambios contribuyen al proceso de intemperización o meteorización que además incluye evaporación, disolución, dispersión, oxidación, emulsión, sedimentación y biodegradación (Bott, 2014).

La tasa de intemperización varía en función de las características del producto derramado y de las condiciones climáticas existentes en el lugar del derrame (Riesco & Vallés, 2012).

Los derrames de petróleo y sus derivados son considerados de gran impacto ambiental tanto en el suelo como en el agua, por esta razón el buscar una alternativa eficiente para la recuperación de los mismos fue la biorremediación (Mack, 2005).

La biorremediación ha sido aplicada exitosamente en suelos contaminados con hidrocarburos (Shmaefsky, 2006). Es una técnica de bajo costo, es efectiva para mejorar la degradación de contaminantes y ayuda a restaurar las mismas áreas perjudicadas (Ruberto, Vazquez, Lo Balbo, & Mac Cormack, 2009).

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conservadores de madera e hidrocarburos aromáticos policíclicos, en procesos aeróbicos y anaeróbicos (Garzón et al., 2017).

Algunas bacterias son empleadas en el proceso de biorremediación y otros organismos como hongos, algas, cianobacterias y actinomicetes para la degradación de sustancias tóxicas presentes en el suelo (Martínez-Prado et al., 2011).

Para una remediación microbiana se puede emplear microorganismos autóctonos o provenir de otro ecosistema, la descontaminación mediante los microorganismos se produce debido a la capacidad natural de degradar compuestos tóxicos y convertirlos en compuestos menos tóxicos (González, 2006).

Las bacterias se encuentran en el medio ambiente como organismos unicelulares y microscópicos de tamaño entre 1 y 10 µm de longitud; son variables en la obtención de energía y alimento. Se encuentran en todo el medio ambiente tanto en el suelo, agua y aire (Kaur & Embi, 2009)

Para la degradación de compuestos derivados de petróleo existen una gran cantidad de microorganismos. Los géneros más utilizados son:

Pseudomonas, Archromobacter, Arthrobacter, Brevibacterium,

Corynebacterium, Micrococcus, Nocardia, Bacillus, Vibrio, Acinebacter, Flavobacterium y Rhodotorula (Trujillo & Ramírez, 2012).

Los consorcios bacterianos fueron utilizados en el hangar de despacho de combustible, fue construido sobre una superficie que no estuvo impermeabilizada; produciendo una contaminación del suelo, donde se abastecía a flotas livianas y pesadas aproximadamente por 15 años. En la actualidad la normativa ambiental vigente exige que el área de despacho de combustible debe estar impermeabilizado para que no exista un impacto ambiental (TAGSA, 2017).

Dentro del hangar de despacho de combustible se encontraba un surtidor de diésel y gasolina Eco-país, la cual estaba compuesto por un 5 % en volumen de alcohol etílico y mezclado con gasolina extra.

La gasolina pertenece a la familia de los alcanos formada por hidrocarburos, la fórmula de la configuración química es 𝐶n𝐻2n+2; dentro de este grupo se encuentran el Metano, Etano, Propano, Butano, Pentano, Hexano, Heptano y Octano (Pérez Darquea, 2018).

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hidrocarburos aromáticos (incluyendo naftalenos y alcalobencenos). La fórmula química equivalente del diésel es C15.2H29.3 (Castillo Hernández,

Caballero Mata, & Mendoza Domínguez, 2012)

En el suelo la tasa de degradación microbiana de hidrocarburos se encuentra condicionado por parámetros físico - químicos los cuales son: presencia de nutrientes (Nitrógeno, Fósforo), contenido de oxígeno (O2), presión parcial

(Pv) de gases, temperatura (T), pH, contenido de sales, tamaño (diámetro) y distribución de partículas (Tamices), capacidad reguladora del suelo y solubilidad (Ksp y % S), concentración, cantidad y biodisponibilidad de los contaminantes (Obuekwe, Badrudeen, Al- Saleh, & Mulder, 2005).

En este contexto, el presente estudio tuvo como objetivo general evaluar el potencial de biorremediación de tres tipos de bacterias en suelo contaminado con hidrocarburo totales de petróleo (TPH) perteneciente al hangar de despacho de combustible del Aeropuerto de Guayaquil

8

2. METODOLOGÍA

2.1 SUELO CONTAMINADO

La muestra de suelo fue tomada de la zona noreste de Guayaquil específicamente del hangar de despacho de combustible que tiene una superficie de 1672,83 m3_{, ubicado dentro del Aeropuerto José Joaquín de}

Olmedo, en la Av. de las Américas e Isidro Ayora, cantón Guayaquil, provincia del Guayas (longitud 079° 53′ 02″ y latitud 02° 09′ 29″ S). Su temperatura referencial es de 31°C (TAGSA, 2017).

En el Anexo 1 se puede visualizar la ubicación del área de estudio, Anexo 2 el punto de monitoreo dentro del área.

2.1.1 MUESTREO

En el presente trabajo se utilizó la guía para muestreo de suelo contaminado (Ministerio de Ambiente, 2014). Se tomó la muestra a 0,60 m de profundidad, las muestras fueron puntuales para después obtener una muestra compuesta. Con ayuda del barreno se tomó la muestra de suelo; se utilizaron guantes, mandil, espátula y fundas de ziploc para conservar la muestra. Por último se etiquetó en un lugar visible y con la información adecuada (Ministerio de Ambiente, 2014).

Para transportar las muestras se empleó un cooler para conservar las mismas y se enviaron al laboratorio CORLAB ubicado en la ciudad de Quito. Laboratorio acreditado ante el Sistema de Acreditación Ecuatoriano (SAE).

2.1.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Para la determinación del área contaminada dentro del hangar, se tomaron 5 puntos de monitoreo. En la Tabla 1 se detallan los mismos con sus respectivas coordenadas.

Tabla 1. Puntos de muestreo y coordenadas UTM

Coordenadas

Puntos Referencia X Y Tipo de

muestreo

Punto 1: Área de dispensador SDIS 1 0623829 9761493 Compuesta

Punto 2: Área de tanques de

almacenamiento de combustible

STQ 1 0623790 9761530 Compuesta

STQ 2 0623792 9761548 Compuesta

Punto 3: Área de tubería de

combustible

STUB 1 0623834 9761496 Puntual

9

Para la parte experimental se tomó una muestra representativa del área de tubería de combustible (STUB 2) zona contaminada, se procedió a colocar el suelo contaminado sobre un plástico de polietileno, en el cual se hizo una homogenización y tamización para luego proceder a un cuarteo, el mismo que consiste en dividir en cuatro partes iguales y distribuir en cada caja.

Se obtuvieron cuatro cajas cada una con 5 kg de suelo contaminado: tres de ellas se mezclaron con las bacterias y un blanco (suelo contaminado sin bacterias añadidas). En el Anexo 4 se encuentra el registro fotográfico de la caracterización del suelo.

2.2 CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO -

QUÍMICAS

DEL

SUELO

CONTAMINADO

CON

HIDROCARBUROS TOTALES DE PETRÓLEO

La determinación de conductividad eléctrica, temperatura, pH, materia orgánica, capacidad de retención de agua y humedad fueron realizados en el Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad UTE.

Se pesó 160 g de suelo sin contaminar, contaminado y tratado con las bacterias. Se secó en el horno a 105 °C por 3 horas, posteriormente se pasaron por el tamiz número 35 mesh (500 micras). En la Tabla 2 se encuentran los parámetros, materiales y equipos utilizados.

Tabla 2. Parámetros y materiales

Parámetro Materiales Equipos

Conductividad

eléctrica Filtros

Medidor de conductividad

eléctrica

Temperatura Erlenmeyer Termómetro

pH Probeta Potenciómetro

Vaso de precipitación Balanza analítica

Mandil Estufa

Mascarilla, mascarilla Desecador

Guantes Mufla

Agua destilada Agitador

Tamiz Horno

10

Figura 1.Equipo y metodología de caracterización del suelo

(Garrido Valero, 2013)

Para la obtención de la capacidad de retención de agua se utilizó la fórmula [1] propuesta por (Barbero, Karlanian, & Mata, 2005):

CRA (%) =( 𝐶 − 𝐵 ) − 𝐴

80 g (100) [1]

Donde: A= peso seco

B= peso del embudo + papel filtro

C= peso embudo + papel filtro + muestra húmeda CRA= capacidad de retención de agua

Para la obtención de la humedad del suelo se utilizó la fórmula [2] propuesta por (Castellanos-Navarrete et al., 2013):

H (%) =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (100)

[2]

Donde:

Peso inicial = Peso de la cápsula con suelo – Peso de la cápsula Peso final = Peso de la cápsula con suelo seco – Peso de la cápsula H = Humedad

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experimental y la cuantificación de la eficiencia del proceso. Se determinó las principales características físicas – químicas.

Tabla 3. Caracterización inicial del suelo

Parámetros Suelo sin contaminación

Suelo

Contaminado

Potencial Hidrógeno (pH) 7,24 8.70

Conductividad Eléctrica (CE) 45.3 µs/cm 28.7 µs/cm

Temperatura (°C) 21,1 °C 21,7 °C

Materia Orgánica (MO) 1,57 0,49

Capacidad de Retención de Agua (CRA) 75,5 % 69,25 %

Humedad del suelo (H) 26,64 % 21,40 %

Con relación a la Tabla 3 se obtuvieron una diferencia de resultados en función a los análisis: pH (0,46), conductividad eléctrica (21,5 µs/cm), materia orgánica (1,08), capacidad de retención de agua (5,89 %) y humedad (5,24 %).

2.2.1 ANÁLISIS DE MUESTRA CONTAMINADA PARA DETERMINAR LA EXISTENCIA DE TPH POR MEDIO DE CROMATOGRAFÍA DE GASES

La metodología que se usó para determinar el tipo de hidrocarburo presente en el suelo, se realizó de acuerdo con lo estipulado en el Decreto Ejecutivo No. 1215. En la Tabla 4 se detalla el método que se utilizó al analizar cada parámetro.

Tabla 4.Métodos analíticos para monitoreo de suelo

SUELO

Parámetro Método Referencia

Hidrocarburos Totales

(TPH)

Extracción con cloruro de

metileno, cromatografía de

gases y determinación FID

(GC/FID).

Alternativa: Extracción con

freón, remoción de

sustancias polares en el

extracto y determinación por

espectroscopia infrarrojo.

EPA 413.1; 1664

(SGT-HEM) ASTM D3921-96

Hidrocarburos aromáticos

policíclicos (HAP´s)

Extracción; determinación

por cromatografía de gases

(GC) o HPLC.

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Fuente: Anexo 5: Métodos Analíticos – RAOHE, Decreto Ejecutivo N° 1215. Registro Oficial 265 de 13-02-2011

La cuantificación de los Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH) se realizó mediante cromatografía de gases y determinación FID (GC/FID), el procedimiento se fundamentó en la metodología TRNCC, method 1005, rev 03 de junio del 2001. En el tercer objetivo específico se detalla el procedimiento.

Los parámetros que se analizaron en cada una de las muestras durante el proceso de biorremediación se detallan en la Tabla 5: límites máximos permisibles.

Tabla 5. Límites permisibles para la identificación y remediación de suelos contaminados en todas las fases de la industria hidrocarburífera

Parámetro Expresado en Unidad Uso Industrial

Hidrocarburos Totales TPH mg/kg <4000

Hidrocarburos Aromáticos

policíclicos (HAPS) C mg/kg <5

Fuente: Anexo 2: Tabla 6 – RAOHE, Decreto Ejecutivo N° 1215. Registro Oficial 265 de

13-02-2011

2.3 EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE DEGRADACIÓN DE

UN COCTEL BACTERIANO, BACTERIAS BRH-100P Y

BACTERIAS

DENOMINADAS

SPARTA

EN

SUELO

CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS

Para realizar el experimento se llevó a cabo tres tratamientos con bacterias: BRH-100P (A), SPARTA (B), COCTEL BACTERIANO (C). Todos los ensayos se realizaron en cajas de cartón forradas con plástico de polietileno con 5 kg de suelo contaminado. Se realizó el análisis con 53008,4 ppm (mg/kg) de hidrocarburo.

13

A continuación, en las tablas 6, 7 y 8 se detallan las propiedades de las bacterias utilizadas en la parte experimental y en los Anexos 9, 10 y 11 se visualizan las fichas técnicas de cada una.

2.3.1 PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS

2.3.1.1 Bacterias BIOSGEN BRH-100P

Para la presente investigación se utilizó un consorcio de bacterias, BRH-100P, proporcionadas por la empresa BIOSGEN. En la Tabla 6 se detalla las propiedades de la bacteria.

Tabla 6. Propiedades de BIOSGEN BRH-100P

CONTEO DE BACTERIAS

5x109 _{cfu/g + 9x10}9 _{cfu/g de esporas de} bacilo + pseudomonas no patógenas Total: 14x109 _cfu/g

TIPO DE BACTERIAS Mezcla de esporas de bacilo,

pseudomonas

PROPIEDADES DE LA FÓRMULA

Polvo Bronceado, que fluye libremente con olor a tierra de salvado de trigo/sulfato de sodio

(Disponible en la formulación canadiense aprobada (CB))

PROPIEDADES DEL RENDIMIENTO

Rango de pH efectivo: 4.0 – 11.0 Rango de temperatura: 5 – 50 °C

COLOR Café

(Ochoa, 2018)

2.3.1.2 Bacterias SPARTAN

En la Tabla 7 se detalla las propiedades de las bacterias SPARTAN.

Tabla 7.Propiedades de Bacterias SPARTA

CONTEO DE BACTERIAS

Bacillus Subtilis 2,5x109 _{cfu/g + Bacillus} Liquenniformis 2,5x109 _cfu/g

Total: 5x109 _cfu/g

TIPO DE BACTERIAS Diversos microorganismos

PROPIEDADES DE LA

FÓRMULA Polvo blanco, no tóxico, sulfato de sodio PROPIEDADES DEL

RENDIMIENTO Rango de pH efectivo: 6.9 – 9.0

COLOR Blanco

(Spartan, 2011)

14

Se utilizó un coctel bacteriano proporcionado por la empresa BIOSGEN; en la Tabla 8 se detalla sus propiedades.

Tabla 8.Propiedades del Coctel Bacteriano

CONTEO DE BACTERIAS Bacillus Amyloliquifacious 1,5x109 _cfu/g + Bacillus Pumilus 1,5x109 _{cfu/g +} Bacillus Subtilis 1,5x109 _{cfu/g + Bacillus} Liquenniformis 5x109 _cfu/g

Total: 9,5x109 _cfu/g

TIPO DE BACTERIAS Varios microorganismos

PROPIEDADES DE LA FÓRMULA

Polvo blanco, no tóxico, sulfato de sodio

PROPIEDADES DEL RENDIMIENTO

Rango de pH efectivo: 6.9 – 9.0

COLOR Blanco

(Otero et al., s. f.)

2.4 DEMOSTRACIÓN DE LA REDUCCIÓN DEL TPH EN EL

SUELO

CONTAMINADO

MEDIANTE

ANÁLISIS

DE

LABORATORIO.

Una vez culminado el proceso de remediación mediante las bacterias antes mencionadas, se realizaron los análisis en el laboratorio CORLAB. El método empleado fue cromatografía de gases con detector FID (Flame ionization detector) en base a la metodología TRNCC, Method 1005, Rev 03 de junio del 2001. Los resultados obtenidos se muestran en los Anexo 6 y 8.

Este método se utilizó para el análisis cuantitativo de hidrocarburos tanto en los rangos de gasolina, diésel y aceite de lubricantes; el punto de ebullición que tienen estos compuestos son aproximadamente n-hexano (nC6). La muestra se inyectó en un cromatógrafo de gases, equipado con una columna capilar capaz de detectar hidrocarburos entre C5 y C15.

2.4.1 RECOLECCIÓN, PRESERVACIÓN, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS

Se recolectaron aproximadamente 200 g de suelo en envases de vidrio con tapa de teflón, posteriormente se transportó el suelo a < 6 grados centígrados y en obscuridad. Se almacenó las muestras en refrigeración.

Para la preparación de la muestra se realizó el siguiente procedimiento:

2.4.1.1 Verificaciones Antes de Realizar el Análisis

15

siguientes características: Conductividad, μS/cm a 25 ºC: 5,0 Máx y pH: 5,0 a 8,0.

2.4.1.2 Preparación de Soluciones

Preparación de la Curva de Calibración

En un frasco de 2ml se colocó los volúmenes de Diesel Fuel #2, con una solución que tuvo una concentración de 50000 mg/l de TPH, en el Anexo 4 se adjunta el certificado del material referencial. En la Tabla 9 se representa los parámetros para la preparación de la curva de calibración.

Solución estándar de la curva de calibración

Se pesó 0.25 ml de diesel comercial que contiene mayor cantidad de elementos C, H, N y S (Carvajal Chávez, Medina Romo, Viteri Moya, & Salazar Reyes, 2017) y se aforó a 5 ml mediante hexano. Se tomó 40 µl de esta solución y se llevó a 1000 µl con hexano en un frasco de 2ml. Esta solución tiene una concentración de 20000 ppm de TPH. Se debe tener en cuenta que la solución de preparó en el momento del análisis.

Tabla 9. Preparación de Curva de Calibración

Nivel Volumen, µl

solución stock

Volumen final, µl

Concentración de TPH, mg/l

N1 3 1000 150

N2 10 1000 500

N3 20 1000 1000

N4 40 1000 2000

N5 80 1000 4000

La curva de calibración se aforó con hexano y tiene vigencia hasta que la lectura de la solución control de la misma exceda la desviación en +/- 10% del valor teórico.

2.4.1.3 Realización del Ensayo

Preparación de Suelo

16

Se dejó reposar la muestra para separar el sólido del líquido y se transfirió directamente una parte del extracto a un frasco con precintos (sello de seguridad) o tapas roscas con septo de silicona o teflón; se evitó el paso de sólidos y finalmente se rotuló.

Se inyectó 2 µl de muestra en el equipo de cromatografía de gases con detector FID.

2.4.1.4 Lectura de Soluciones y Muestras

Si la concentración de TPH que se obtiene al inyectar el extracto y con las respectivas correcciones de peso de muestra, volumen de extracto y humedad, es mayor a 10000 ppm, entonces se procede a realizar una dilución con Factor de Dilución (FD) = 5. Esto permite analizar muestras con un contenido de hasta 50000 mg/l de TPH.

Si al aplicar una dilución de FD = 5; el valor del TPH es mayor a 50000 mg/l, se procede a repetir el análisis utilizando 25 ml de hexano, y aplicando una dilución con FD = 10; esto permite analizar muestras con un contenido no mayor a 125000 ppm de TPH.

Cuantificación

La cuantificación de cada cromatograma se realizó automáticamente por el equipo. Los eventos de integración se encuentran guardados en el equipo. En la Tabla 10 se detalla los valores de la cuantificación:

Tabla 10. Cuantificación de cromatograma

Evento Valor

Modo de descremado tangente Standard

Cociente de altura de descremado de pico de cola 2.950

Relación de altura de desnatado de pico delantero 21.000

Skim Valley Ratio 0.000

Corrección basal Clásico

Relación pico a valle 500.000

Obtención de Resultados

17

dilución, y corrección de humedad; para la obtención del resultado final, siguiendo la siguiente expresión, fórmulas [3] y [4] (Saitas, 2001):

Para Matrices Sólidas:

𝐶𝑥 =

% 𝑀𝑆 𝑥 𝑃𝑚

𝑥 𝐹𝑑

Donde:

Cx: Concentración (mg/kg de TPH).

L: concentración obtenida por interpolación en la curva de calibración a partir del área obtenida del cromatograma de la muestra (mg/l).

L =

Pendiente (Curva) [4] Vex = Volumen final del extracto

%MS = Porcentaje de Materia Seca* Pm = Peso de muestra

Fd = Factor de dilución

De acuerdo al método de referencia PA-85.00 - NMX-AA-16-1984 para determinar la Humedad o Gravimetría en el suelo, se pesó en una balanza analítica 0.001 g, se colocó en la estufa a una temperatura de 150 °C manteniendo una temperatura constante, se colocó en una caja la muestra con la tapa abierta dentro de la estufa durante dos horas, se tapó la caja dentro de la estufa e inmediatamente se pasó al desecador durante dos horas más.

Finalmente se pesó la caja cerrada con la muestra y se introdujo a la estufa a 60 °C durante dos horas, se dejó enfriar y se pesó nuevamente. Para la determinación del porcentaje de humedad se calcula con la siguiente fórmula [5] (Uninet, 1984).

𝐻 =

𝐺

𝑥 100

Donde:

H = Humedad en %

G = Peso de la muestra húmeda en g G1 = Peso de la muestra seca en g

*Para obtener G y G1 se debe restar el peso de la caja.

18

el n-C6 y finalizando con el n-C35. En algunos casos, los hidrocarburos de una muestra podrían no estar contenidos dentro del rango completo mencionado.

19

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El experimento tuvo una duración de dos meses, en este tiempo se colocó la mezcla de cada una las bacterias en el suelo contaminado, transcurrido este tiempo se realizó un análisis de las muestras para demostrar la reducción del TPH.

3.1 CARACTERIZACIÓN DEL SUELO

Los resultados obtenidos de los parámetros analizados después del tratamiento con las bacterias se detallan en la Tabla 11.

Tabla 11.Caracterización final de las muestras

PARÁMETROS BLANCO BRH-100P (A) SPARTA (B) COCTEL BACTERIANO (C) Potencial Hidrógeno (pH) 8,01 6,10 6,02 6,19

Conductividad Eléctrica (CE) 6,33 µs/cm 63,5 µs/cm 75,2 µs/cm 39,9 µs/cm

Temperatura (°C) 20,2 20,9 20,4 19,6

Materia Orgánica (MO) 0,88 1,57 1,07 0,75

Capacidad de Retención de

Agua (CRA) 66,5 % 78,625 % 73,25 % 70,5 %

Humedad (H) 21,36 % 39,95 % 32,13 % 17,65 %

Uno de los parámetros más importantes que se toma en cuenta y se controla es el pH. La adición de las bacterias en el suelo contaminado hizo descender a un rango de 6; al inicio del experimento se midió un pH de 8.70 en el suelo contaminado. Se puede observar que el blanco disminuyó en un 0.69 en relación a los demás valores y en comparación con la caracterización inicial.

Con base en los datos experimentales se observó que el pH en el suelo contaminado con hidrocarburo proveniente de Guayaquil fue de 8,70, en otros estudios con suelo contaminado con petróleo proveniente de la Refinería de Esmeraldas fue de 4,24 (Núñez, 2010) y contaminado con hidrocarburo proveniente de una minería de México fue de 8,46 (Martínez-Prado et al., 2011).

20

La variación del pH depende de la temperatura del suelo, el producto de las concentraciones iónicas de H+ y OH- va a variar entre 10 (-14) a 24 °C. Existe una relación indirectamente proporcional, conforme el pH disminuye aumenta la temperatura (Garrido Valero, 2013). Un pH óptimo de crecimiento de las bacterias es cercano a un valor de 7,0 y una temperatura de 18 °C – 30 °C, lo que concuerda lo manifestado por Ramírez et al. (2012).

Además, en este estudio se obtuvo una temperatura inicial de 21,1 °C en suelo sin contaminar y contaminado 21,7 °C; estas temperaturas variaron en un rango entre 19 – 20 °C con la adición de las bacterias, con respecto a otro estudio realizado con bagazo de caña se obtuvo como resultado una temperatura de 28 °C después de 15 días de tratamiento (Ordaz et al., 2011).

3.1.1 ANÁLISIS DE MUESTRAS DE SUELOS

Se tomaron las muestras de suelo el 13 de junio del 2018 siendo el primer muestreo realizado para determinar el área contaminada, el análisis se realizó del 14 al 26 de junio del 2018, donde se observó que el área de tubería (STUB 2) no cumplía con los límites máximos permisibles en hidrocarburos totales de petróleo e hidrocarburos aromáticos policíclicos, siendo una muestra puntual.

En la Tabla 12 se muestra los resultados obtenidos y los informes se adjuntan en el Anexo 5.

Tabla 12. Resultado del análisis de las muestras

PARÁMETRO ANALIZADO E X P R E S ADO E N S DI S 1 (CO MP U E S T A) S T Q 1 (CO MP U E S T A) S T Q 2 (CO MP U E S T A) S T UB 1 ( P UNT U AL ) S T UB 2 ( P UNT U AL ) L ÍMI T E MÁX IMO P E R MI S IBL E UNIDAD HIDROCARBUROS TOTALES DE PETRÓLEO

TPH 3418,9 3418,5 618,8 1169,9 4762,0 <4000 mg/kg

HIDROCARBUROS

AROMÁTICOS

POLICÍCLICOS

HAP´s 2,861 1,757 0,851 <0,625 13,368 a _{<5 mg/kg}

CADMIO Cd 1,99 2,5 2,19 2,19 2,23 510 mg/kg

NÍQUEL Ni 11,9 11,7 10,5 10,9 12,1 100 mg/kg

PLOMO Pb 28,2 51,7 46,9 32,4 30,8 500 mg/kg

a) Los valores reportados se encuentran fuera de rango de acreditación del SAE para Hidrocarburo

21

Se realizó un segundo muestreo de suelo el 15 de Julio del 2019 del área contaminada siendo de la tubería (STUB 2), se efectuó este muestreo para determinar la cantidad (mg/kg) ppm que se inició el tratamiento con las bacterias, el análisis fue del 15 al 24 de Julio del 2019. En la Tabla 13 se detalla el resultado del análisis, donde el parámetro que no cumple con el límite máximo permisible son los Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH); en el Anexo 7 se adjunta el informe de resultado del análisis.

Tabla 13. Resultado de análisis de STUB2

PARÁMETRO ANALIZADO E X P R E S ADO E N UNIDAD S T UB 2 ( P UNT U AL ) L ÍMI T E MÁX IMO P E R MI S IBL E

HIDROCARBUROS TOTALES DE

PETRÓLEO TPH mg/kg 53008,4 <4000

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

POLICÍCLICOS HAP´s mg/kg <0,625 <5

3.2 EVALUACIÓN Y COMPARACIÓN DE LA EFICIENCIA DE

BACTERIAS

BRH-100P,

SPARTA

Y

COCTEL

BACTERIANO PARA LA DEGRADACIÓN DEL TPH

El tratamiento se efectuó en dos meses. En la Tabla 14 se puede visualizar que el tratamiento presentó una reducción de más de la mitad con respecto a la concentración inicial, el tratamiento B mostró un porcentaje de remoción del contaminante en un 77 %, en C un 70 %, en A un 62 % y el blanco sin tratamiento un 50 %; siendo el de mejor rendimiento el B.

22

Tabla 14. Resultado de análisis de los tres tratamientos y blanco

PARÁMETRO ANALIZADO E X P R E S ADO EN UNIDAD L ÍMI T E MÁX IMO P E R MI S IBL E BRH -10 0 P ( A) S P A RT A ( B) CO CT E L B ACT E RI ANO ( C) BL ANCO ( D) HIDROCARBUROS TOTALES DE PETRÓLEO

TPH mg/kg <4000 2711,6 982,0 2407,0 19390,1

De acuerdo a los datos de la Tabla 14, se observa que las bacterias Sparta lograron una mayor eficiencia de degradación de hidrocarburo en el suelo contaminado.

El blanco (suelo contaminado sin añadir bacterias) ha reducido la concentración de la contaminación debido a la evaporación del mismo, esto se debe a la presencia de los COVs los cuales se evaporan si se encuentran al aire libre.

3.3 DEMOSTRAR LA REDUCCIÓN DEL TPH EN EL SUELO

CONTAMINADO MEDIANTE ANÁLISIS DE LABORATORIO

En la Figura 2 se observa cómo fue reduciendo el contaminante en las muestras de suelo, después de la adición de los consorcios bacterianos.

Figura 2. Gráfico de eficiencia de reducción del TPH con la adición de las bacterias <4000

BRH-100P (A) 2711,6

SPARTA (B) 982,0

COCTEL BACTERIANO (C) 2407,0

BLANCO (D) 19390,1

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 CON CE N TRACIÓ N D E PP M

23

En la Figura 2 se observa el resultado final que se obtuvo después de la experimentación; siendo el consorcio bacteriano SPARTA representado con color naranja en las barras, fue el más eficiente en reducción del contaminante en comparación de los otros consorcios bacterianos y el blanco sin adición de bacterias.

En la Figura 3 se realizó un análisis porcentual de cuanto contaminante persiste aún en la muestra de suelo.

Figura 3. Análisis porcentual de contaminante en el suelo

Con respecto al análisis porcentual representado en la Figura 3 se obtuvieron los siguientes resultados: consorcio bacteriano SPARTA persiste 4 %, BRH-100 P 11 %, Coctel Bacteriano 9 % y Blanco 76 % de contaminación, la comparación se realizó con la concentración inicial del contaminante de 53008,4 (mg/kg) ppm tomando como referencia un 100 % de contaminación del suelo.

El resultado de la cromatografía de gases es el cromatograma, mismo que se representa en función del tiempo (minutos) representado en el eje horizontal y el eje vertical el punto máximo y el mínimo de absorbancia del contaminante.

Se debe tomar en cuenta que mientras mayor sea el área, la cantidad de compuesto será mayor y según la concentración del compuesto las áreas van a variar. Para cuantificar esto se realizó una recta patrón y con la pendiente se determinó la cantidad de contaminante presente en la muestra.

En el análisis cualitativo puede existir la presencia de otros compuestos y se los puede distinguir mediante los picos adicionales, en el Anexo 14 se puede visualizar las áreas de los picos como resultado de los cromatogramas, los mismos que proporcionan una aproximación estimada del grado de

76% 4%

11%

9%

PORCENTAJE DE CONTAMINANTE EN EL SUELO (%)

24

contaminación. Esta técnica es útil para verificar la eficiencia de un procedimiento.

Al comparar los resultados con Xu & Lu, (2010), quien realizó pruebas de biorremediación con una concentración de 18300 (mg/kg) ppm, utilizaron cascarilla de cacahuate en polvo y lograron remover en un 30 % de contaminante en doce semanas siendo una reducción de 5490 (mg/kg) ppm de TPH.

25

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 CONCLUSIONES

En el presente estudio se ha evidenciado que en el hangar de despacho de combustible existe una contaminación de suelo con hidrocarburos totales de petróleo (TPH), de las muestras tomadas de las distintas áreas del suelo, solo un tramo no cumple con el límite máximo permisible de acuerdo al RAOHE 1215.

Se evidenció que la mayor concentración de TPH fue en el área de Tubería, en comparación de las otras áreas analizadas.

El suelo de partida contaminado tuvo una gran cantidad de pH en comparación del suelo no contaminado, durante los dos meses de tratamiento con los consorcios bacterianos, se logró disminuir en un rango de 6 a 7; siendo este el óptimo para el crecimiento bacteriano.

Al utilizar los consorcios bacterianos como medio de biorremediación en las tres cajas, se concluye que todos los consorcios bacterianos degradaron el contaminante. Se obtuvo un 77% de degradación con el consorcio bacteriano denominado Sparta, que logró reducir la concentración a 982,0 (mg/kg) ppm; este valor se encuentra dentro del límite máximo permisible.

La concentración inicial del contaminante fue de 53008,4 (mg/kg) ppm de TPH, al final de los dos meses de tratamiento paso a una concentración de 982,0 (mg/kg) ppm con el consorcio SPARTA, 2407,0 (mg/kg) ppm Coctel Bacteriano, 2711,6 (mg/kg) ppm BRH- 100P y el Blanco 19390,1 (mg/kg) ppm; se concluye que la cromatografía de gases con FID confirmó la presencia del contaminante y a su vez la reducción del mismo después de la adición de los consorcios bacterianos en el suelo contaminado.

4.2 RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar estudios previos del suelo para determinar el tipo de contaminante y la concentración presente, para definir el tipo de tratamiento a ser utilizado en la remediación.

26

Buscar otros consorcios bacterianos para comparar las eficiencias de remediación de los TPH.

Se propone realizar un estudio de las bacterias autóctonas del suelo analizado para evaluar su potencial de remediación de hidrocarburos.

27

BIBLIOGRAFÍA

Acuña, A., Pucci, G., Morales, M. J., & Pucci, O. (2010). Biodegradación de petróleo y sus derivados por la comunidad bacteriana en un suelo de la Patagonia Argentina. Revista de la Sociedad Venezolana de

Microbiología, 30(1), 29-36. Recuperado de

http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1315-25562010000100007&lng=es&nrm=iso&tlng=es

Arboleda, V., & Yaulema, F. (2008). Biorremediación del suelo contaminado con hidrocarburos de la central hidroeléctrica del campamento secoya mediante Landfarmig, 111.

Barbero, L., Karlanian, M., & Mata, D. (2005). Importancia del pH y la Conductividad Eléctrica en los sustratos para plantas. Instituto de

Floricultura CIRN, 1-5. Recuperado de

http://inta.gob.ar/sites/default/files/script-tmp-inta_-_importancia_del_ph_y_la_conductividad_elctrica.pdf

Botello, A. ;, Rendón, J., Gold-Bouchot, G., & Agraz-Hernández, C. (2014). Estudio Geoquímico de Metales en el estuario del Río Coatzacoalcos. Golfo de México. Contaminación e Impacto ambiental: Diagnóstico y Tendencias. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004

Bott, R. (2014). Treatment Technologies for Site Cleanup. Igarss 2014, (1), 1-5. https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2

Decreto Ejecutivo 1215. Constitución Política de la República del Ecuador, publicada en el Registro Oficial No. 1 del 11 de Agosto de 1998.

Campillay, C. (2006). Determinación de hidrocarburos totales de Petróleo (TPH-DIESEL) en choritos Mytilus chilensis (HUPE,1854) de la Bahía de

Corral y sitios aledaños. The British Journal of Psychiatry.

https://doi.org/10.1192/bjp.112.483.211-a

Carvajal Chávez, G., Medina Romo, S., Viteri Moya, J., & Salazar Reyes, R. (2017). Composición elemental de mezclas biodiésel-diésel y análisis de sus emisiones de combustión. FIGEMPA: Investigación y Desarrollo, 1(2), 21-28. https://doi.org/10.29166/revfig.v1i2.66

28

reformulados con Etanol. Investigación y Tecnología.

Galán Huertos, E., Gómez Ariza, J. L., Bellinfante Crocci, N., & Aparicio Fernández, P. (2003). Contaminación de suelos por compuestos orgánicos. Universidad de Sevilla, Granada y Huelva, 1-31.

Gandolfi, I., Sicolo, M., Franzetti, A., Fontanarosa, E., Santagostino, A., & Bestetti, G. (2010). Influence of compost amendment on microbial community and ecotoxicity of hydrocarbon-contaminated soils.

Bioresource Technology, 101(2), 568-575.

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.08.095

Garrido Valero, M. S. (2013). Interpretacion De Analisis De Suelos. Hojas Divulgadoras, 5, 40.

Garzón, J. M., Rodríguez Miranda, J. P., & Hernández Gómez, C. (2017). Aporte de la biorremediación para solucionar problemas de contaminación y su relación con el desarrollo sostenible. Universidad y Salud, 19(2), 309. https://doi.org/10.22267/rus.171902.93

Gestión Ambiental Hidrocarburífera. (2011). Reglamento Ambiental para las Operaciones Hidrocarburíferas en el Ecuador. Quito: 3000, 2001.

González, B. (2006). Biorremediación:organismos que limpian el ambiente (36.a _ed.).

Kaur, R., & Embi, M. A. (2009). Self-directedness through asynchronous online interactions: A Malaysian experience. European Journal of Social Sciences, 9(1), 48-60.

Mack, I. (2005). Biorremediación. Recuperado de http://www.ambientenews.htm

Manciulea, I., & Dumitrescu, L. (2010). HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS ( HAPs ).

Martínez-Prado, A., Pérez-lópez, M. E., Pinto-Espinoza, J., Gurrola-Nevárez, B., & Osorio-Rodríguez, A. (2011). Biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos empleando lodos residuales como fuente alternativa de nutrientes. Revista internacional de contaminación

ambiental, 27(3), 241-252. Recuperado de

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-49992011000300009

29

Ministerio de Ambiente. (2014). Guia para el muestreo de suelos. Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM, Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelohttps://doi.org/624.1517

Morrison, R. ., & Boyd, R. (2013). Química orgánica (5.a _ed.).

Wilmington:Iberoamericana.

Núñez, J. (2010). “Estudio De Inóculos Bacterianos Como Biorremediadores De Suelos Contaminados Con Petróleo. Escuela Superior Politécnica de

Chimborazo, 1(Prevención de desordenes alimentarios), pag 3.

https://doi.org/10.1037/0022-0167.52.2.196

Obuekwe, C. O., Badrudeen, A. ., Al- Saleh, E., & Mulder, J. L. (2005). Growth and hydrocarbon degradation by three desert fungi under conditions of simultaneous temperature and salt stress. Internat. Biodet. Biodeg (pp. 197-205).

Ochoa, O. (2018). BIOSGEN BRH-100P, 98-100.

Ordaz, J., Martínez, Á., Ramos, F., Sánchez, L., MArtínez, A., Tenorio, J., & Cuevas, M. del C. (2011). Biorremediación de un suelo contaminado con petróleo mediante el empleo de bagazo de caña con diferentes tamaños de partícula. Multiciencias, 11(2), 136-145. Recuperado de http://www.redalyc.org/pdf/904/90419195004.pdf

Otero, L., García, L., Arevalo, G., Díaz, M., & Carmona, M. del M. T. (s. f.). Aplicación de los Bacteriófagos, 48-57.

Pérez Darquea, D. G. (2018). Estudio de emisiones contaminantes utilizando combustibles locales. INNOVA Research Journal, 3(3), 23-34. https://doi.org/10.33890/innova.v3.n3.2018.635

Pindado, O., Perez, R. M., & Garcia, S. (2015). nalysis of TPH and Aliphatic and Aromatic Hydrocarbons Fractions in Environmental Interest Matrices; Analisis del TPH y las Fracciones de Hidrocarburos Alifaticos y Aromaticos en Matrices de Interes Medioambiental. Spain.

Ramírez, A., Maria, O., Rivera, R., Patricia, A., Marin, A., Gallo, C., & Alonso, S. (2012). Biorremediación de un suelo con diesel.

Riesco, R. A., & Vallés, C. (2012). Ingeniería Técnica Industrial , Especialidad Química Industrial CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS.

30

Ruberto, L., Vazquez, S., Lo Balbo, A., & Mac Cormack, W. (2009). Biorremediacion de suelos contaminados con hidrocarburos utilizando bacterias antarticas sicrotolerantes. Actas del V Simposio Argentino y I Latinoamericano sobre Investigaciones Antárticas, 1-5. Recuperado de http://www.dna.gov.ar/CIENCIA/SANTAR04/CD/PDF/206BH.PDF

Saitas, J. (2001). Total petroleum Hydrocarbons TNRCC Method 1005, (June 2000), 1-26.

Segura, R., Beder, E., Mogollón, H., Zapata, O., Peña, V., Enedia, G., … Madrid, J. (2016). Eficiencia de cepas bacterianas aisladas del manglar para biorremediar suelos contaminados con petróleo. Química Viva, 15(1), 20-30.

Shmaefsky, B. (2006). Bioremediation:Panacea or fad. Recuperado de http://www.accessexcellence.org/LC/ST/st3bg.html

Smith, C. J. M., la Rue, R. M., Benisty, H., Oesterle, U., Krauss, T. F., Labilloy, D., … Houdré, R. (2012). Biorremediacion De Suelos Contaminados Con Hidrocarburos. IEE Proceedings-Optoelectronics, 145(6), 373-378. https://doi.org/10.1049/ip-opt:19982465

Spartan. (2011). CONSUME POW.

TAGSA. (2017). Aeropuerto de Guayaquil. Recuperado de http://www.tagsa.aero/datos-tecnicos.html

Trujillo, M., & Ramírez, J. (2012). Biorremediación en suelos contaminados con hidrocarburos en Colombia. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 3(2), 37-48. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2009.06.001 Uninet. (1984). Protección al ambiente-contaminación del suelo- residuos

sólidos municipales-determinación de humedad, 2.

Walworth, J., Pond, A., Snape, I., Rayner, J., Ferguson, S., Harvey, P. (2011). Nitrogen requirements for maximizing petroleum bioremediation in a sub-antarctic soil (Cold Regio, pp. 84-91).

Wuthier, P. (2006). El Petróleo (2a.ed). Madrid:Cepsa.

Xu, Y., & Lu, M. (2010). Bioremediation of crude oil-contaminated soil: Comparison of different biostimulation and bioaugmentation treatments.

Journal of Hazardous Materials, 183(1-3), 395-401.

31

ANEXOS

ANEXO 1.

32

ANEXO 2.

33

ANEXO 3.

CARACTERÍSTICAS DE EQUIPOS PARA

CROMATOGRAFÍA DE GASES

Tabla 155.Estado inicial del Horno

Tiempo de equilibrio 2 min

Temperatura máxima 320 °C

Ventilador lento Inhabilitar

Programa de horno Encendido

Programa de horno 50 °C por 2 min

Horno luego 12 °C/min a 290 °C durante 2 min

Tiempo de ejecución 24 min

2 min (Post Run) 300 °C

Cryo Off

Tabla 16. Inyector delantero

Tamaño de jeringa 10 μL

Jeringa No se ha seleccionado una jeringa

Volumen de inyección 2 μL

Tipo de inyección Estándar

Tabla 17.Entrada delantera SS N2

Modo Sin divisiones

Calentador Encendido 280 °C

Presión Encendido 14.676 psi

Flujo total Encendido 8.35 mL/min

Septum Purge Flow Encendido 3.8 mL/min

Ahorrador de gas Encendido 15 después 2 min mL/min

Purgue el flujo a la ventilación 0.75 mL/min a los 2 min

Línea Agilent 5062-3587: 900 μL (Revistimiento

34

Tabla 18.Descripción de Columna #1

Descripción de columna DB-TPH

Inventario# 1

Modelo# 123-1632

Diámetro 320.00 µm

Espesor de la película 0.25 µm

Temperatura Máxima 320.0 °C

Fabricante Agilent

Longitud 30.0 m

Tiempo vacío 0.908 min

Bloqueo de columna Desbloqueado

Encendido Al frente SS Inlet N2

Fuera Detector Frontal FID

(Inicial) 50 °C

Presión 14.676 psi

Fluir 3.8 mL/min

Velocidad Media 55.069 cm/seg

Tiempo de espera 0.90794 min

Programa de Flujo Encendido

Programa de Flujo 3.8 mL/min por 0 min

Tiempo de ejecución 24 min

2 min (Post Run) 3.8 mL/min

Tabla 19.Detector delantero FID

Calentador Encendido 270 °C

Flujo H2 Encendido 30 mL/min

Flujo de Aire Encendido 400 mL/min

Flujo caracterización Encendido 12 mL/min

Corrección del flujo de gas

portador

No afecta el flujo de combustible

Llama Encendido

35

ANEXO 4.

38

ANEXO 5.

FOTOGRAFÍAS DE CARACTERIZACIÓN INICIAL Y

FINAL DEL SUELO SIN CONTAMINACIÓN Y

CONTAMINADO

ÁREA DE TOMA DE MUESTRAS-ÁREA DE TUBERÍA

39

SUELO CON TRATAMIENTO DE BACTERIAS

TAMIZACIÓN DEL SUELO 35 MESH (500 MICRAS)

MEDICIÓN DE Ph EN LAS MUESTRAS

BLANCO BRH-100P SPARTA

40

CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA

SUELO SECO EN MUFLA PARA DETERMINAR MATERIA ORGÁNICA

RESULTADO FINAL DE LAS MUESTRAS

BRH-100P SPARTA

COCTEL BACTERIANO

BLANCO

41

ANEXO 6.

42

ANEXO 7.

CROMATOGRAFÍA DE GASES DE SUELO

CONTAMINADO CON TPH - PRIMER MONITOREO

43

ANEXO 8.

44

ANEXO 9.

CROMATOGRAFÍA DE GASES ÁREA DE TUBERÍA

(STUB 2) CONTAMINADO CON TPH – SEGUNDO

45

ANEXO 10.

46

ANEXO 11.

47

ANEXO 12.

48

ANEXO 13.