Rev. Fac. Agron. (LUZ). 1999, 16 Supl. 1: 206-212
Parcelas de Lodo: Una alternativa de uso y manejo de lodos
petroquímicos provenientes de sistemas de tratamiento de efluentes
Sludge Plots: An alternative for using and managing petrochemical
sludges from effluents treatment systems
Recibido el 28-04-1999 l Aceptado el 17-09-1999
1. Universidad del Zulia. Facultad de Agronomía. Departamento de Edafología.
E-mail: [email protected]
2. Pequivén Complejo Petroquímico el Tablazo. Gcia. Protección Integral. Estado
Zulia.
I. J. Chirinos1 y N. Pereira2
Resumen
Con el fin de evaluar la tasa de degradación de lodo petroquímico,
fue realizado un ensayo de campo utilizando dosis del mismo aplicado en volúmenes de 0 ;
5 ; 7,5 y 10 L / m2, para lo cual se midió el comportamiento de la población
bacteriana, incorporación de carbono orgánico (C), la tasa de respiración del suelo
(respiración edáfica) y porcentaje de degradación de hidrocarburos aromáticos y
saturados. Desde el inicio del ensayo la población total de bacterias en forma general
tendió a disminuir, hasta los 90 días, luego de este período registró un leve
incremento hasta estabilizarse. En cuanto al aporte de carbono hubo un gran incremento en
la concentración de este; viéndose afectada dicha concentración por la actividad
microbiana en el suelo. La respiración del suelo observó una variación similar durante
el período de ensayo para todos los tratamientos. Por último se apreció una buena
degradación tanto de hidrocarburos aromáticos como de saturados, siendo mayor la tasa de
degradación en los aromáticos.
Palabras clave: lodo, respiración edáfica, aromáticos, saturados, degradación.
Abstract
To evaluate the degradation rate of petrochemical sludge, a field trial
was carried out applying 0,; 5.; 7,5.; and 10 L / m2, the behavior of bacterial
population, Carbon incorporation, soil respiration (edaphic respiration) and aromatic and
saturated hydrocarbons degradation percentage was measured. Since initial try bacterial
total population tendency was to decrease, until 90 days, after this period there were a
light increment and stabilization. In relation to the carbon increased the concentration;
being affected such concentration by the microbial activity. The soil respiratión showed
a similar variation during trial period for all the treatments. At the same time a good
degradation of aromatic and saturated hydrocarbon, was observed, being greater the
aromatics degradation rate.
Key words: sludge, soil respiration, aromatics, saturated, degradation.
Introducción
Una manera de lograr la degradación de compuestos orgánicos
contenidos en resíduos industriales, de origen petroquímico, bajo condiciones de clima
tropical, sería el aprovechamiento de la microflora del suelo.
La biodegradación de hidrocarburos por poblaciones naturales de
microorganismos representa uno de los mecanismos primarios por el cual los hidrocarburos
contaminantes son eliminados del ambiente (1, 10). Las tasas altas de biodegradación bajo
óptimas condiciones de laboratorio han sido reportadas entre 2.500 - 100.000 g/m3/día,
bajo condiciones in situ están en el orden de magnitud bajo, en el rango de 0,001 - 60
g/m3/día. (2).
Esta tasa de descomposición microbiana de compuestos orgánicos en los
suelos es una función de tres variables:
1. La disponibilidad de microorganismos; 2.- La cantidad de estos
microorganismos; y 3.- El grado de actividad de éstos. (13)
Existen además factores muy importantes como contenido de materia
orgánica y arcilla, nivel de humedad, temperatura, pH, aireación y contenido de
nutrientes (13).
La actividad y/o población de las bacterias nativas puede ser
incrementada por el suministro de nutrientes esenciales para el crecimiento de las mismas
(5), además de la adición de bacterias lo cual puede alterar drásticamente las
características físicas y químicas de las superficies sólidas (9), alterando
drásticamente la capacidad de sorción de contaminantes por la fase sólida del suelo (8,
12). La tasa de crecimiento de bacterias que utilizan hidrocarburos aromáticos como
fuente única de carbono, está relacionada con la solubilidad de estos hidrocarburos en
agua (14) . La previa exposición de la comunidad microbiana a los hidrocarburos es
importante para determinar cuán rápido puede ser biodegradado el hidrocarburo que entra
(10).
Por otro lado (11) sostiene que la tasa de degradación de las
moléculas orgánicas depende básicamente de su estructura química. La biodegradabilidad
disminuye con la reducción del tamaño de la cadena; y las formas insaturadas son menos
biodegradables que las saturadas, de la misma forma que las cadenas ramificadas en
relación a las lineales y las cíclicas en relación a las abiertas.
El paso inicial en la biodegradación de hidrocarburos por bacterias y
hongos envuelve la oxidación del sustrato por oxigenasas para lo cual se requiere
oxígeno molecular (1). La disponibilidad de oxígeno en suelos, sedimentos y acuíferos
es frecuentemente limitante y depende del tipo de suelo (3), la degradación anaeróbica
de hidrocarburos por microorganismos también ocurre, no obstante, son muy bajas y su
significancia ecológica puede ser menor (3).
Un parámetro importante que sirve para evaluar la actividad
microbiana, por ende la biodegradación de hidrocarburos, lo constituye la evolución de
CO2 del suelo o respiración del suelo, medida por la cantidad de CO2 liberado (en µg), en un área de 1m2 y en el tiempo de 1 segundo, empleado en
un experimento similar de biodegradación de lodo realizado por (7).
Este estudio tuvo como objetivo evaluar el proceso de biodegradación
de lodo petroquímico in situ, aprovechando la microflora nativa, y bajo condiciones
naturales, sin fertilización y sin inoculación de bacterias, con el fin de lograr la
descontaminación de suelos sometidos a derrames de productos hidrocarbonados.
Materiales y métodos
El experimento fue realizado empleando un suelo franco arenoso de la
Estación Experimental Agrícola El Tablazo ubicada en el municipio Miranda del estado
Zulia, Venezuela, zona cuya precipitación media anual es de 445 mm., la evaporación
acumulada de 2.383 mm., la temperatura media anual de 28,3°C y radiación solar cercana a
400 cal/m2.
Se usaron lodos petroquímicos no tratados en dosis crecientes de 0; 5;
7,5 y 10 l/m2 , dispuestos e incorporados al suelo dentro de tanques de
concreto de 4m2 de superficie y 40 cm de altura. Luego de su disposición e
incorporación, se procedió a la aplicación de riego diariamente y una labranza manual
mínima para facilitar la aireación. El muestreo de suelo se efectuó mensualmente para
determinar población bacteriana, através del método de contaje en placas, empleado por
(6) al igual que para la determinación de C. Este método determina el número de
unidades formadoras de colonia en cada gramo de suelo (ufc/g de suelo). El muestreo de
suelo para determinación de hidrocarburos aromáticos y saturados se realizó al 1er mes,
luego a los 4 meses y el último a los 10 meses y fueron analizados por cromatografía de
gases. Para la medición de la respiración edáfica se utilizó el método de la soda
lime usado por (7).
En el análisis estadístico de los datos se empleó la prueba de Tukey
para determinar el grado de significancia de los tratamientos.
Resultados y discusión
La figura 1 muestra los resultados de población bacteriana en función
de los tratamientos y época de muestreo. Estos resultados permiten observar que en la
medida que aumenta la cantidad de lodo aplicado, la población de bacterias disminuye,
esto es debido a la presencia de hidrocarburos en altas concentraciones (4.000 ppm
aproximadamente) en la composición del lodo, lo cual crea condiciones de toxicidad al
comienzo y luego al pasar por un proceso de degradación a cadenas orgánicas más simples
y menos tóxicas y/o disminuir su concentración, la población de bacterias registra un
repunte después de los 90 días, hasta estabilizarse. Estos resultados coinciden con los
obtenidos por (14), trabajando con suelos inoculados. También se observa que cuando la
dosis de lodo es mayor, la población de bacterias es menor, por la razón explicada
anteriormente.
Con relación a la respiración edáfica la figura 2 muestra los
resultados en donde se aprecia que cuando se incrementa la cantidad de lodo aplicado, el
índice de respiración del suelo (edáfica) aumenta y como la misma es determinada por la
cantidad de CO2 producido durante el proceso respiratorio de los
microorganismos presentes en el suelo, entonces la disminución de la población
bacteriana conlleva a una disminución de la respiración edáfica. En los casos donde no
coinciden estos parámetros, es decir, aumenta la respiración edáfica mas no la
población bacteriana, puede atribuírsele al proceso de biodegradación de los
hidrocarburos en el cual hubo liberación de CO2 y que al volatilizarse es
determinado como si fuese desprendido en el proceso respiratorio de los microorganismos.
Se comprobó que con la mayor aplicación de lodo la respiración edáfica también fue
mayor, debido a la mayor incorporación de sustrato al suelo, lo cual permitió un mayor
desarrollo bacteriano. Resultados similares obtuvo (7).
En cuanto al aporte de C al suelo, se observa de acuerdo a la figura 3
que este es proporcional a la cantidad de lodo aplicado por m2, debido a los
compuestos carbonados presentes en el mismo, lo cual lo relaciona con la degradación de
hidrocarburos aromáticos y saturados mostrados en los Cuadros 1 y 2. En los casos donde
se aprecia disminución de este elemento en el suelo, es debido a las pérdidas por
volatilización en la formación de CO2 y por la fijación por los
microorganismos del suelo. Por otro lado la degradación porcentual de hidrocarburos
aromáticos y saturados, resultó más eficiente en el caso de los aromáticos al cabo de
300 días como se aprecia en las Cuadros 1 y 2.
Figura 1. Población Bacteriana vs. tratamiento en función del
tiempo.
Figura 2. Respiración Edáfica vs. tratamiento en función del
tiempo.
Figura 3.- Carbono en el suelo vs. tratamiento en función del tiempo.
Cuadro 1. Degradación porcentual de hidrocarburos aromáticos
Tratamiento |
Tiempo (días) |
L lodo/m2 |
30 |
120 |
300 |
0 |
44 |
81 |
100 |
5 |
19 |
33 |
100 |
7,5 |
19 |
50 |
100 |
10 |
13 |
52 |
94 |
Cuadro 2. Degradación porcentual de hidrocarburos saturados
Tratamiento |
Tiempo (días) |
L lodo/m2 |
30 |
120 |
300 |
0 |
22 |
3 |
23 |
5 |
12 |
27 |
78 |
7,5 |
21 |
29 |
72 |
10 |
22 |
16 |
70 |
Conclusiones
Luego de revisar los resultados obtenidos, se concluye que la
descontaminación de suelos afectados por derrames de contaminantes hidrocarbonados se
puede lograr a través del uso de fertilizantes que estimulen la actividad microbiana,
manteniendo condiciones adecuadas de humedad, aireación, etc en el suelo. Además se
pueden utilizar especies de plantas leguminosas las cuales sirven de abono verde,
garantizando buen aporte de materia orgánica.
Literatura citada
1. Atlas, R. M. (ed.). 1984. Petroleum Microbiology. Mc Millan
Publishing Co. New York, p. 692.
2. Atlas, R. M. 1981. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons:
an environmental perspective. Microbiol. Rev., 45: 180-209.
3. Atlas, R. M. 1991. Microbial degradation bioremediation of oil
spill. J. Chem. Tech. Biotechnol. 52: 149-156.
4. Bellin, C. A. , Rao, P. S. C. 1993. Impact of bacterial biomass on
contaminant sorption and transport in a subsurface soil. Applied and environmental
microbiology. 1813-1820.
5. Buchanan, R.E., Gibbon, N. E. 1914. Gram negative aerobic rods and
cocci. In Bergey's Manual of determinative bacteriology, 8th. Ed., Part. 7.
Williams and Wilkins, Baltimore M. D. pp. 217-43.
6. Concawe, 1980. Sludge farming: a technique for the disposal of oily
refinery wastes. Report 3/80. Concawe, The Hague, The Netherlands.
7. Daniels, S. L. 1972. The adsorption of microorganisms on surfaces: a
review. Dev. Ind. Microbiol. 13: 211-253.
8. Fletcher, M. 1991. The physiological activity of bacterial attached
to solid surfaces, p. 54-85. In A.H.Rose and D. W.Tempest (ed.), Advances in microbial
physiology, vol. 2.Academic. Press, Inc., New York.
9. Leahy, J. G., Colwell, R. R. 1990. Microbial degradation of
hydrocarbons in the environment, Microbiol, Rev., 54: 305-15.
10. Overcash, M. R., Pal, D. 1979. Design of land treatment systems for
industrial wastes. Theory and practice. Ann Arbor, Sci. Pub. Inc., p. 684.
11. Stotzky, G., Rem, L. T. 1966. Influence of clay minerals on
microorgamisms. I. Montmori-llonite and kaolinite on bacteria. Can. J. Microbiol. 12:
547-563.
12. Torstensson, L. 1988. Microbial decomposition of herbacides in the
soil. Outlook in Agriculture. 17: 120-4.
13. Vecchioli, G., Del Panno, M. T., Painceira, M. T. 1990. Use of
selected autocthonous soil bacteria to enhance degradation of hydrocarbons in soil.
Environmental pollution. 67:249-258.
14. Wodzinski, R. S., Coyle, J. E. 1974. Physical state of phenanthrene
for utilization by bacteria. Applied Microbiology. p. 1081-1084.
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