Biorremediación de Suelos con Hidrocarburos usando Pseudomonas Aeruginosa

Evaluación de la Biorremediación de Suelo Contaminado con Hidrocarburos

Utilizando un Consorcio de Bacterias Pseudomonas aeruginosa a Escala de Laboratorio

Elaborado por:

Leidy Liliana Barrera

Leidy Johanna Perez

Universidad Central

Facultad de Ingeniería

Centro de Investigaciones

Bogotá D.C.

27 de octubre de 2016

Introducción

Planteamiento del Problema

Este estudio busca una alternativa para la recuperación de suelo contaminado con hidrocarburos. La metodología consiste en someter bacterias P. aeruginosa a tres condiciones diferentes: 1) suelo mezclado con un consorcio de bacterias, 2) suelo con caldo nutritivo, y 3) suelo sin ningún compuesto adicional. El objetivo es determinar la eficiencia de cada condición y establecer variables comparativas. La biorremediación de suelos ha demostrado ser eficaz para el tratamiento de la contaminación por petróleo, ya que muchos componentes del crudo y sus derivados son biodegradables.

Descripción del Problema

En el suelo, los hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso, iniciando procesos fisicoquímicos como evaporación y penetración. La velocidad de estos procesos depende del tipo de hidrocarburo, temperatura, humedad, textura del suelo y cantidad vertida, lo que ocasiona diferentes niveles de toxicidad y salinidad, dificultando su tratamiento. Las técnicas de extracción tradicionales no siempre garantizan una remoción eficiente, por lo que este estudio evalúa la eficiencia de la biorremediación bajo diferentes condiciones.

La descomposición microbiana de derivados del petróleo depende de factores específicos del hidrocarburo y de las condiciones ambientales que regulan el comportamiento de los microorganismos.

Delimitación

El área de influencia directa de la contaminación es de 4 metros cuadrados, donde se estudiarán los impactos ambientales directos. El área de influencia indirecta comprende 80 metros cuadrados, donde se disipan los impactos ambientales físico-bióticos. Para el componente socioeconómico, el área de influencia indirecta es todo el municipio de Garzón, Huila, ya que allí se generarán los efectos socioeconómicos.

Formulación del Problema

¿Qué beneficios tiene el análisis del suelo contaminado con hidrocarburos en Garzón, Huila? ¿Qué factor determinará el éxito del estudio sobre la cepa de bacterias utilizada para la degradación de la muestra?

Objetivos

Objetivo General

Evaluar a escala de laboratorio la capacidad biodegradativa de un consorcio bacteriano en suelo contaminado con hidrocarburos, mediante tres pruebas con diferentes condiciones nutricionales y de temperatura, en una muestra tomada de una zona de descarga en Garzón, Huila.

Objetivos Específicos

  • Evaluar cuantitativamente en dos meses la variación de la concentración de hidrocarburos en el suelo sometido a medio mínimo esencial con el consorcio de bacterias.
  • Determinar la degradación de hidrocarburos para establecer el porcentaje de eficiencia de la bacteria.
  • Comparar el porcentaje de remoción de hidrocarburos con los valores de referencia del proveedor.

Justificación

Los residuos generados por la industria petrolera, vertidos en los suelos durante décadas, han reducido su capacidad para sostener organismos, dejándolos inutilizables para actividades productivas (Guerrero, 2002). La biorremediación surge como una alternativa viable y ecológica. Es importante evaluar su costo-efectividad para la recuperación del suelo.

Los criterios para la biorremediación son: a) actividad metabólica suficiente para degradar el contaminante, b) condiciones que propicien la actividad del microorganismo, y c) costo menor o igual a otras tecnologías (Espinoza, 1999).

Según el Instituto Nacional de Ecología (2003), las tecnologías de remediación se clasifican en: G1: tratamientos biológicos, G2: tratamientos fisicoquímicos, y G3: tratamientos térmicos. La selección del tratamiento depende de: tipo y concentración de hidrocarburos, características del lugar, normativa ambiental, costos y tiempo (Espinoza, 1999).

Los tratamientos fisicoquímicos son comunes, pero no permiten una degradación completa y son costosos. Los tratamientos biológicos son más económicos y biodegradan los contaminantes.

Estudios previos en Long Beach, California, demostraron la efectividad de la biorremediación in situ con bioestimulación y bioaumentación, identificando bacterias como Bacillus cereus, Bacillus sphaericus, Bacillus fusiformis, Bacillus pumilis, Acinetobacter junii y Pseudomonas sp.

María del Carmen Rivera-Cruz (2002) demostró que microorganismos aislados de suelos con derrames de petróleo poseen actividades de peroxidasas y oxigenadas que oxidan fracciones del petróleo, facilitando su conversión a CO2 y agua.

Impacto Científico, Técnico y Social

La contaminación por petróleo afecta la microbiota y macrocomunidad del suelo (La Grega, 1996). La biodegradación es una alternativa efectiva para mitigar los impactos negativos de los hidrocarburos (Jing Ye et al., 2003). Este trabajo aporta fundamentos prácticos para futuras investigaciones en biodegradación y mejora de la calidad ambiental.

Marco Teórico

Antecedentes

Diversos estudios han demostrado la efectividad de la biorremediación con diferentes sustratos y microorganismos (Lopólito M. et al., 2005; Morgan M. et al., 2005; Abalos A. et al., 2004; Bracho M. et al., 2004; Pardo J. et al., 2004; Volke T. et al., 2003; Zucchi M. et al., 2003; Buckley et al., 1976; Margesin R. y Schinner F., 1997; Zhonggi H., 1997; Mac Gillvray A. y Shiaris M., 1994).

Teorías Fundamentales

La industria petrolera es crucial para la economía. Los derrames de hidrocarburos son una fuente importante de contaminación del suelo, con impactos a corto y largo plazo. Las causas de contaminación incluyen fallas operacionales, fatiga de materiales, hurto y actos terroristas.

Formulación de Hipótesis

Si no se aplican metodologías de remediación adecuadas, la contaminación por hidrocarburos degrada el suelo, afectando sus propiedades físicas y químicas.

Métodos y Técnicas de Comprobación

  1. La biorremediación de la mezcla de tierra con alta concentración de hidrocarburos con otra de menor concentración favorece la remoción.
  2. La presencia de bacterias favorece la eliminación de hidrocarburos.

Metodología

Se tomó una muestra de suelo contaminado en Garzón, Huila, el 1 de agosto de 2016, y se refrigeró en Bogotá. Se tomaron tres alícuotas de 100g: 1) con caldo nutritivo (C:N:P 100:10:1), 2) con Pseudomonas Biodyne 101, y 3) sin tratamiento (blanco). Se midió temperatura y pH. Las muestras se dejaron sin tapar (condiciones aerobias) a 20°C y 40°C, y pH 7.4-7.8. Se realizó aireación manual, hidratación y medición semanal de parámetros durante dos meses. Se realizó una prueba de grasas y aceites (Soxhlet) con 5g de suelo para determinar el contenido de hidrocarburos. Después de dos meses, se repitió la prueba para evidenciar la variación y compararla con el porcentaje de remoción teórico del proveedor.

Diseño del Plan de Capítulos

Estructura y Componentes del Suelo

El suelo, parte superior de la corteza terrestre, está compuesto por minerales, orgánicos, gas y agua. Su estructura porosa contiene agua o aire (fases sólida, líquida y gaseosa). La actividad metabólica de los microorganismos depende del contenido de agua. Puntos importantes:

  1. Diversidad microbiana.
  2. Heterogeneidad espacial.
  3. Adsorción de moléculas biológicas.
  4. Catálisis de reacciones.

Suelos Contaminados con Hidrocarburos

Los derrames de hidrocarburos alteran las características químicas y biológicas del suelo. Se clasifican en agudos y crónicos. La biodisponibilidad de los hidrocarburos es un factor limitante en la biorremediación.

Estudio de la Diversidad Microbiana

La diversidad microbiana incluye la diversidad genética, de especies y ecológica. Técnicas de estudio:

  1. Dependientes de cultivo (cultivo en placa, NMP, EcoPlate).
  2. Independientes de cultivo (PLFA, ARDRA, T-RFLP, FISH, DGGE, TGGE).

Biorremediación: una Tecnología Amigable

La biorremediación, una biodegradación asistida, ofrece una solución definitiva para la eliminación de hidrocarburos. Puede ser in situ, on site o ex situ.

Factores que Condicionan la Biorremediación

  1. pH, temperatura y humedad.
  2. Estructura química.
  3. Biodisponibilidad.
  4. Aceptores de electrones.
  5. Nutrientes inorgánicos.

Recolección de la Información

Fuentes Secundarias

Libros y páginas de internet.

Fuentes Primarias

Análisis de laboratorio.

Procesamiento de Datos

Los datos fueron tomados a lo largo del tiempo.

Tabulación

(Se requiere la tabla de datos)

Análisis de la Información

Se analiza la relación entre pH y temperatura en cada muestra. Se observa una relación inversamente proporcional en la muestra sin tratamiento, sugiriendo la ausencia de bacterias endógenas degradadoras de hidrocarburos. En la muestra con caldo nutritivo, se observa una estabilización de las variables y una relación directamente proporcional, indicando mejores condiciones para el desarrollo de microorganismos degradadores. En la muestra con Pseudomonas, las variables mantienen una relación directa y se estabilizan en la semana 8.

Grasas y Aceites

Se presentan los resultados de la prueba de grasas y aceites en las tres muestras (Se requiere la tabla de datos).

Hallazgos/Resultados

(Se requiere la descripción de los hallazgos)

Conclusiones

  • P. aeruginosa es eficiente en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos.
  • La cepa degrada hidrocarburos, evidenciado por la variación de su concentración en dos meses.
  • El consorcio de bacterias tiene una eficiencia del 75%.
  • La biodegradación es eficiente en un 75%, comparado con el 85% sugerido por el proveedor.

Recomendaciones

  • Realizar una adición de nutrientes más extensa en el tiempo.
  • Evaluar los hidrocarburos totales de petróleo en diferentes ambientes y plantear investigaciones a escala real.
  • Utilizar pruebas bioquímicas para la identificación de microorganismos degradadores.
  • Considerar pruebas de textura del suelo en futuras investigaciones.
  • Realizar análisis de correlaciones o multivariados para determinar la influencia de parámetros como temperatura, pH y humedad.

Bibliografía

  • Benavides, J. (2006). Biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo. NOVA, 4.
  • Gómez, S. (2008). Factores bióticos y abióticos que condicionan la biorremediación por Pseudomonas en suelos contaminados por hidrocarburos. NOVA, 6.
  • PRT-701-02-033. Rev. N°1. Procedimiento para determinar materia grasa, método hidrólisis ácida – Soxhlet. Instituto de Salud Pública de Chile.
  • Alcaldía de Garzón, Huila. Recuperado el 12 de abril de 2015 de http://www.garzon-huila.gov.co/informacion_general.shtml
  • Ficha técnica Biodyne 101 (octubre de 2013). Inoculante ambiental en forma líquida. Biodyne, Inc.
  • Avellaneda, A. Petróleo e impacto ambiental en Colombia. Universidad Nacional de Colombia. http://www.bdigital.unal.edu.co/41162/1/12208-31104-1-pb.pdf
  • Gómez, D. Responsabilidad por daño ambiental en la actividad petrolera de Colombia. En Responsabilidad por daños ambientales. Universidad Externado de Colombia (2001).