APOYO TÉCNICO PROYECTO No. 140917: BIORREMEDIACIÓN DE...

APOYO TÉCNICO PROYECTO No. 140917: BIORREMEDIACIÓN DE SUELO

CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS EN UN PREDIO UBICADO EN LA

LOCALIDAD DE FONTIBÓN

BRAYAN ALBERTO SILVA CABRA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C.

2018

APOYO TÉCNICO PROYECTO No. 140917: BIORREMEDIACIÓN DE SUELO

CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS EN UN PREDIO UBICADO EN LA

LOCALIDAD DE FONTIBÓN

Presentado por:

BRAYAN ALBERTO SILVA CABRA

Código: 20122180072

Trabajo de grado en modalidad de pasantía presentado como requisito para

optar por el título de Ingeniero Ambiental

Directora interna:

Lic. Esp. MARTHA CECILIA GUTIÉRREZ SARMIENTO

Mg. Desarrollo Sustentable y Gestión Ambiental

Directora externa:

Ing. ADRIANA PARGA PRIETO

Directora de proyectos de APIC Servicios Ambientales e Ingeniería S.A.S

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C.

2018

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DEDICATORIA

A Dios por haberme puesto en este camino y por darme las fuerzas para finalizar esta maravillosa etapa mi vida; a mis padres y abuela por ofrecerme su apoyo incondicional y por ser la principal motivación para luchar día tras día; y a mis familiares más cercanos por sus consejos y continua colaboración.

4

AGRADECIMIENTOS

A la docente Martha Cecilia Gutiérrez Sarmiento por haber apoyado la realización

de esta pasantía y por haberse interesado en abordar este tema y por motivarme a

realizar este proyecto.

A la ingeniera Adriana Parga Prieto por haberme brindado la oportunidad de

desarrollar la presente pasantía en APIC Servicios Ambientales e Ingeniería S.A.S

y por permitirme aprender de su conocimiento y gran experiencia en el sector

ambiental, además, del apoyo brindado por mis compañeros de trabajo que me

ayudaron a adaptarme a la dinámica del mundo laboral.

5

CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................. 12

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 13

1. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 14

2. OBJETIVOS .................................................................................................... 16

2.1 Objetivo general .................................................................................... 16

2.2 Objetivos específicos............................................................................. 16

3. MARCOS DE REFERENCIA ........................................................................... 17

3.1 Marco geográfico ................................................................................... 17

3.1.1 Descripción del sitio .................................................................. 17

3.1.2 Caracterización biofísica y socioeconómica de la zona ............ 19

3.1.3 Hallazgos y posibles problemas de contaminación ................... 22

3.1.4 Receptores sensibles potenciales y fuentes de impacto ........... 24

3.2 Marco normativo .................................................................................... 25

3.2.1 Normatividad general ................................................................ 26

3.2.2 Normatividad específica y manuales técnicos ........................... 27

3.3 Marco teórico ......................................................................................... 30

3.3.1 Los compuestos de hidrocarburos ............................................ 30

3.3.1.1 Descripción y Clasificación ..................................................... 30

3.3.1.2 Química de los hidrocarburos con relación a la degradación . 34

3.3.1.3 La emulsión asfáltica: definición y componentes .................... 38

3.3.1.4 Contaminación por hidrocarburos en el suelo y el agua

subterránea ........................................................................................ 42

3.3.1.5 Efectos de los hidrocarburos en el suelo y el agua subterránea

........................................................................................................... 44

3.3.1.6 Efectos de los hidrocarburos sobre la salud humana ............. 46

3.3.2 Generalidades de la biorremediación ........................................ 47

3.3.2.1 Antecedentes ......................................................................... 47

3.3.2.2 Descripción del proceso de biorremediación .......................... 48

3.3.2.3 Tipos de biorremediación ....................................................... 50

3.3.2.4 Factores que condicionan la biorremediación ........................ 58

6

3.3.2.5 Microorganismos comúnmente utilizados en la degradación de

hidrocarburos ..................................................................................... 63

3.3.2.6 Descripción de los productos biológicos empleados durante

este proyecto para la biorremediación de suelos y aguas contaminadas.

........................................................................................................... 65

3.3.2.7 Parámetros indicadores de la metabolización de los

hidrocarburos ..................................................................................... 68

4. DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA ................................................................. 69

4.1 Fase de diagnóstico .............................................................................. 69

4.1.1 Perforaciones exploratorias e instalación de piezómetros de

observación y monitoreo .................................................................... 69

4.1.2 Acompañamiento técnico para la toma de muestras de suelo .. 77

4.1.3 Acompañamiento técnico para la toma de muestras de agua

subterránea ........................................................................................ 78

4.1.4 Comparación de los resultados con la normatividad aplicable .. 79

4.2 Fase de biorremediación in situ ............................................................. 79

4.2.1 Dosificación del producto biológico ........................................... 79

4.2.2 Tiempo de aplicación ................................................................ 80

4.2.3 Procedimiento de aplicación del producto biológico .................. 80

4.3 Fase de evaluación posterior a la biorremediación in situ ..................... 81

5. RESULTADOS E INTERPRETACIÓN ............................................................ 83

5.1 Fase de diagnóstico .............................................................................. 83

5.1.1 Resultados de las perforaciones exploratorias e instalación de

piezómetros de observación y monitoreo ........................................... 83

5.1.2 Resultados e interpretación para la matriz suelo ....................... 93

5.1.3 Resultados e interpretación para la matriz agua subterránea ... 94

5.1.4 Cálculo de la conductividad hidráulica mediante pruebas slug . 95

5.2 Fase de biorremediación in situ para la matriz suelo ............................ 99

5.3 Fase de evaluación posterior a la biorremediación in situ ................... 100

6. CONCLUSIONES .......................................................................................... 102

7. RECOMENDACIONES ................................................................................. 103

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 104

ANEXOS………………………………………………………………………………...110

7

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Zonas de interés en el predio .................................................................. 23

Tabla 2. Normatividad general aplicable. .............................................................. 26

Tabla 3. Normatividad y guías específicas. ........................................................... 27

Tabla 4. Hidrocarburos aromáticos volátiles bencénicos (BTEX) .......................... 36

Tabla 5. Hidrocarburos poliaromáticos PAH´s priorizados por la EPA debido a su

toxicidad. ................................................................................................................ 37

Tabla 6. Parámetros que influyen en el transporte de contaminantes en el suelo. 45

Tabla 7. Tratamientos más comunes de biorremediación in situ. .......................... 51

Tabla 8. Tratamientos más comunes de biorremediación ex situ. ......................... 56

Tabla 9. Factores medioambientales que intervienen en la biorremediación de un

suelo y agua subterránea ...................................................................................... 59

Tabla 10. Factores físicos que intervienen en la biorremediación del suelo y el agua

subterránea. ........................................................................................................... 61

Tabla 11. Factores químicos que intervienen en la biorremediación del suelo y el

agua subterránea. .................................................................................................. 62

Tabla 12. Especies microbianas más utilizadas en la degradación de petróleo y sus

derivados. .............................................................................................................. 64

Tabla 13. Especificaciones técnicas del producto biológico .................................. 67

Tabla 14. Localización de los puntos de perforación exploratoria dentro de las zonas

definidas dentro del predio ..................................................................................... 70

Tabla 15. Descripción estratigráfica del suelo para la zona 1. .............................. 84

Tabla 16. Resultados de COV´s para la zona 1. ................................................... 84








Tabla 24. Resultados de COV´s para la zona 5 .................................................... 88





Tabla 29. Evaluación de los resultados de suelo respecto a los LGBRs de referencia

............................................................................................................................... 93

Tabla 30. Evaluación de los resultados de agua subterránea respecto a los LGBRs

de referencia. ......................................................................................................... 94

8

Tabla 31. Consolidado de conductividad hidráulica para el piezómetro 4. ............ 98

Tabla 32. Valores de referencia para la conductividad hidráulica.......................... 98

Tabla 33. Consolidado de hallazgos del proceso de biorremediación para el

piezómetro 4. ......................................................................................................... 99

Tabla 34. Evaluación de los LGBRs después de haber terminado el proceso de

biorremediación. .................................................................................................. 101

9

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. UPZ´s de la localidad de Fontibón ......................................................... 17

Figura 2. Ubicación del primer predio de interés ................................................... 18

Figura 3. Ubicación del segundo predio de interés ............................................... 18

Figura 4. Zonas de interés identificadas ............................................................... 22

Figura 5. Camas de soporte tanques de almacenamiento de hidrocarburo .......... 23

Figura 6. Zona de infiltración……………………………………………………….…..24

Figura 7. Agua con iridiscencia ............................................................................. 24

Figura 8. Cajas subterráneas con residuos de hidrocarburo. ................................ 24

Figura 9. Receptores sensibles potenciales .......................................................... 25

Figura 10. Niveles de evaluación establecidos en el MTEAR ............................... 29

Figura 11. Clasificación de los hidrocarburos saturados. ...................................... 31

Figura 12. Estructura molecular de algunos hidrocarburos saturados. ................. 31

Figura 13. Clasificación de los hidrocarburos aromáticos. .................................... 32

Figura 14. Estructura molecular de algunos hidrocarburos aromáticos. ............... 33

Figura 15. Estructura molecular de los asfaltenos y algunas resinas .................... 34

Figura 16. Orden de biodegradabilidad de algunos hidrocarburos........................ 34

Figura 17. Composición de la emulsión asfáltica .................................................. 39

Figura 18. Componentes de los asfaltos. .............................................................. 40

Figura 19. Características de los asfaltenos. ........................................................ 40

Figura 20. Características de las resinas. ............................................................. 41

Figura 21. Proceso de degradación aerobia y anaerobia. ..................................... 49

Figura 22. Volumen de agua subterránea presente dentro del piezómetro .......... 80

Figura 23. Medición de COV´s empleando un fotoionizador ................................. 83

Figura 24. Recolección de las muestras de suelo ................................................. 91

Figura 25. Esquema general de un piezómetro. ................................................... 92

Figura 26. Sonda para la medición de niveles de agua en piezómetros. .............. 96

Figura 27. Medición de los niveles de agua subterránea para el piezómetro 4. ... 97

Figura 28. Fórmula de cálculo de la conductividad hidráulica. ............................. 97

10

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Mapa geológico de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000…………….110

Anexo B. Mapa hidrogeológico de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000……….111

Anexo C. Mapa de promedio de isopiezas de Bogotá (1999- 2010) a escala 1:100.000………………………………………………………………………………..112

Anexo D. Mapa de zonificación geotécnica de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000…………………………………………………………………………………113

Anexo E. Mapa de morfoestructura y modelados de Cundinamarca a escala 1:1.200.000……………………………………………………………………………...114

Anexo F. Mapa de estructura ecológica principal de Bogotá………………………115

Anexo G. Mapa de usos predominantes para la UPZ San Pablo Fontibón……….116

Anexo H. Ficha de seguridad de la emulsión asfáltica……………………………...117

Anexo I. Ficha técnica del producto biológico Biodyne® 101……………………...123

Anexo J. Ficha de seguridad del producto biológico Biodyne® 101………………125

Anexo K. Ficha técnica del biofertilizante Fertibacter………………………………128

Anexo L. Resultados de diagnóstico para la matriz suelo………………………….129

Anexo M. Resultados de diagnóstico para la matriz agua subterránea…………...135

Anexo N. Cálculo de la conductividad hidráulica para el piezómetro 4……………149

Anexo O. Registro fotográfico de la aplicación de producto biológico…………….163

Anexo P. Resultados de evaluación de la biorremediación in situ…………………176

11

GLOSARIO

BAILER: Tubo de teflón o acero, corto, provisto de una cuerda que permite

introducirlo en un piezómetro para utilizarlo en el muestreo químico de aguas

subterráneas.

BIORREMEDIACIÓN: Tecnología que utiliza el potencial metabólico de los

microorganismos para transformar contaminantes en compuestos más simples

poco o nada contaminantes.

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA: Propiedad del medio que define la permeabilidad

o facilidad de flujo del agua subterránea.

DESARROLLO: Operación mediante la cual se deja un piezómetro en condición de evaluación. Esta condición consiste en la extracción de agua de un piezómetro con el fin de limpiar los residuos de perforación o exceso de contaminante.

FOTOIONIZADOR: Equipo de medición específico y portátil indicado especialmente para detectar y determinar la concentración total de COV´s (Compuestos Orgánicos Volátiles), incluso en bajas concentraciones y con buena resolución para los hidrocarburos aromáticos.

IRIDISCENCIA: Brillo similar a los colores del arcoíris producido por algunos hidrocarburos sobre la lámina de agua y que indica que el medio está contaminado por alguna clase de hidrocarburo.

MONITOREO: Control o seguimiento del comportamiento y calidad del agua subterránea y del suelo.

PERFORACIÓN EXPLORATORIA: Perforaciones de prueba para conocer la estratigrafía del suelo y tomar los registros e información complementaria que permita evaluar la ocurrencia de aguas subterráneas y el estado de sus estratos.

PIEZÓMETRO: Dispositivo que consta de un tubo o tubería con elemento poroso o sección perforada (rodeada por un filtro) en la parte inferior (punta del piezómetro), que se instala y sella en el suelo a un nivel apropiado dentro de la zona saturada, para propósitos de medición del nivel del agua, medición de presión hidráulica y/o muestreo de agua subterránea.

POZOS DE MONITOREO: Red de piezómetros utilizada para evaluar la calidad de las aguas subterráneas.

ZONA SATURADA: Parte de una formación en el que los espacios de los poros se encuentran completamente saturados con agua.

12

RESUMEN

El presente documento muestra el informe de las actividades realizadas durante el desarrollo de la pasantía en la empresa APIC Servicios Ambientales e Ingeniería S.A.S, apoyando técnicamente un proyecto de biorremediación de suelo contaminado con compuestos derivados de hidrocarburos. En primera medida, se hizo el acompañamiento técnico en la toma de una serie de muestras de suelo y de agua subterránea para evaluar el grado de contaminación de los mismos respecto a la normatividad aplicable que para este caso corresponde al Manual Técnico para la Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos (MTEAR) del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (hoy Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible). Se trabajó adicionalmente, la medición de la conductividad hidráulica y posteriormente, se apoyó el seguimiento del proceso de biorremediación de la zona, aplicando un producto biológico especializado en el encapsulamiento de hidrocarburos.

PALABRAS CLAVE: BIORREMEDIACIÓN, HIDROCARBURO, AGUA, SUELO, CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA, PRODUCTO BIOLÓGICO.

13

INTRODUCCIÓN

Uno de los problemas ambientales más importantes de la actualidad es la

contaminación de ecosistemas terrestres y acuáticos por derrames de

hidrocarburos de petróleo y sus derivados. En el caso de los suelos, las principales

consecuencias ambientales que se presentan después de un evento de

contaminación por hidrocarburos son: la reducción o inhibición del desarrollo de la

cobertura vegetal en el lugar del derrame, cambios en la dinámica poblacional de la

fauna, de la biota microbiana y contaminación por infiltración a cuerpos de agua

subterráneos, además, de los impactos de tipo económico, social y de salud pública

en las zonas aledañas al lugar afectado1.

En este sentido, surge la necesidad de darle solución a esta clase de impactos

entendiendo su magnitud y persistencia en el medio y es por ello que surgen

diversas alternativas de tratamiento y entre las más empleadas hasta ahora para la

eliminación de los hidrocarburos presentes en los suelos, podemos citar la

extracción de hidrocarburos por vacío, el lavado del suelo contaminado con agua,

la incineración y la recuperación electrocinética entre otros 2. Con algunas de estas

técnicas se han conseguido efectos positivos, pero su elevado costo económico

constituye hoy en día un obstáculo a tener en cuenta para su empleo3.

Por ello, se ha planteado la posibilidad de buscar alternativas viables para la

eliminación de los hidrocarburos contenidos en los suelos que sean ambientalmente

correctas, simples y económicas. Aparecen así las técnicas de biorremediación, que

consisten en hacer uso de microorganismos o plantas para conseguir eliminar

mediante biodegradación una contaminación por compuestos orgánicos4 , y

constituye una tecnología en clara expansión y muy competitiva, capaz de conseguir

la biodegradación de los hidrocarburos contenidos en los suelos.

De esta manera, se abordarán en este trabajo los aspectos más relevantes de la

biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos, y se describirán los

criterios técnicos y los aprendizajes adquiridos durante la etapa práctica del proceso

y las fases involucradas en el mismo.

1 PARDO, J, et.al. Efecto de la Adición de Fertilizantes Inorgánicos Compuestos en la Degradación de Hidrocarburos en Suelos Contaminados con Petróleo. Bogotá, Colombia: NOVA - Publicación Científica ISSN:1794-2370 Vol.2 No. 2, 2004, p.1-108. 2 PAUL, E. y CLARK FE. Soil microbiology and biochemistry. San Diego: Academic Press; 1998. 3 RIOJAS, H, et.al. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Revista Química Viva - Número 3, año 9, diciembre 2010, p. 121.

4 BOLLAG, J. Decontaminating soil with enzymes: An in situ method using phenolic and anilinic compounds. Environ. Sci. Technol. 26:1876–1881.

14

1. JUSTIFICACIÓN

La contaminación asociada a la presencia de los derivados de hidrocarburos

(gasolina, queroseno, aceites, combustibles, parafinas, y el asfalto, entre muchos

otros) no solo impactan la capa superficial del suelo, sino también corren el riesgo

de ser movilizados hasta aguas subterráneas generando así su contaminación, o

incluso su transporte por escorrentía incrementado aún más el daño ambiental5.

Una vez derramado el hidrocarburo en el suelo, la mayoría de los compuestos

alifáticos se pierden por volatilización, mientras que algunos hidrocarburos como los

policíclicos persisten en la superficie6, generando un gran impacto en virtud de sus

efectos tóxicos y recalcitrantes para los seres vivos 7. Los hidrocarburos más

estudiados son benceno, tolueno, etilbenzeno y xileno agrupados también bajo la

apelación BTEX y los poliaromáticos (HAP), el diaromático naftaleno y los

triaromáticos fenantreno, antraceno y fluoreno8 que generan un impacto negativo a

los ecosistemas y a la salud de los seres vivos 9.

Dicha contaminación afecta las condiciones fisicoquímicas del agua y las

propiedades del suelo al presentarse una disminución de oxígeno disuelto debido a

la reducción de la transferencia de oxígeno entre la fase atmósfera – agua, al igual

que la entrada de luz al medio, lo que inhibe el crecimiento de ciertas especies y

disminuye la fijación de nutrientes, así, como efectos adicionales tanto en agua

como en suelos producto del consumo oxígeno, que aumentan la demanda

bioquímica en el medio y pueden generar condiciones anóxicas. Además, su

impacto en la salud humana, ha sido demostrado a través de numerosos estudios,

enfocados en las propiedades carcinogénicas de ciertas clases de hidrocarburos

5 JIMÉNEZ, D. Estudio de impacto ambiental generado por un derrame de hidrocarburos sobre una zona

estuarina, aledaña al terminal de ecopetrol en Tumaco. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle - Facultad

de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, 2006.

6 JIMÉNEZ, DJ, et.al. Propiedades, aplicaciones y producción de biotensoactivos. Rev. Int. Contam. Ambient. 26 (1), 2010, p. 65-84. Citado por RIOJAS, H, et.al. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Revista Química Viva - Número 3, año 9, diciembre 2010, p. 121. 7 MAKKAR, R y ROCKNE, K. Comparison of synthetic surfactants and biosurfactants in enhancing degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environ Toxicol Chem Vol. 22, No. 10, 2003, pp. 2280–2292. Citado por RIOJAS, H, et.al. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Revista Química Viva - Número 3, año 9, diciembre 2010, p. 121. 8 BOLLAG, J. Op. Cit., p. 1876- 1881. 9 GÓMEZ, SE, et.al. Factores bióticos y abióticos que condicionan la biorremediación por Pseudomonas en suelos contaminados por hidrocarburos NOVA- ISSN:1794-2470 Vol.6 No.9, 2008, p. 101-212. Citado por RIOJAS, H, et.al. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos.

Revista Química Viva - Número 3, año 9, diciembre 2010, p. 121.

15

que indican que algunas formas de cáncer, pueden ser causadas por la exposición

a los mismos, en especial, los aromáticos10.

En este sentido, si se tiene en cuenta la magnitud de sus impactos y su persistencia

en el medio, entre los procesos de remediación de hidrocarburos, la biorremediación

está emergiendo como una tecnología prometedora, ya que se ha definido como "el

acto de utilizar procesos naturales inducidos a ambientes contaminados para

producir una aceleración de los procesos de degradación", logrando mejores tasas

de remediación en menor tiempo. Esta tecnología se basa en la premisa de que un

gran porcentaje de los componentes del hidrocarburo son biodegradables en la

naturaleza, además de presentar varias ventajas potenciales sobre las tecnologías

convencionales, tales como su bajo costo, ser menos intrusivas en el sitio

contaminado, más respetuosas del medio ambiente en términos de sus productos

finales y requieren de un mínimo o ningún tratamiento posterior 11.

10 CAMPOS, I.Saneamiento Ambiental. San José de Costa Rica, Costa Rica: EUNED, 2003. 11 EPA. Literature Review on the use of Commercial Bioremediation Agents for Cleanup of Oil-Contaminated Estuarine Environments. Citado por ÑUSTEZ, D. Biorremediación para la degradación de hidrocarburos totales presentes en los sedimentos de una estación de servicio de combustible. Pereira, Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira, 2012.

16

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Recuperar a través de procesos de biorremediación el suelo contaminado con hidrocarburos en el predio de interés ubicado en la localidad de Fontibón.

2.2 Objetivos específicos

Evaluar el estado actual del suelo y agua subterránea a través de muestreos y mediciones en campo.

Realizar el acompañamiento técnico a los procesos de biorremediación del suelo identificando los criterios y condiciones de funcionamiento.

Verificar el cumplimiento normativo mediante la implementación del manual técnico para la ejecución de análisis de riesgos para sitios de distribución de derivados de hidrocarburos.

17

3. MARCOS DE REFERENCIA

3.1 Marco geográfico

3.1.1 Descripción del sitio

El lugar de estudio se encuentra ubicado en la ciudad de Bogotá, específicamente

en el barrio Brisas Aldea de la UPZ San Pablo de la localidad de Fontibón. Allí se

ubican dos predios contiguos propiedad actual de la empresa HNN ARANGO & CIA

S CA; uno se ubica en la calle 22 B N° 127-55 en las coordenadas geográficas

4°41´39.01” N y 74°09´27.47” y CHIP catastral N° AAA0080CZHK; el segundo se

ubica en la calle 22 B N° 126-21 en las coordenadas geográficas 4°41´34.49”N y

74°09´22.94”O y CHIP catastral N° AAA0080CZFZ 12. A continuación, se muestra

su localización:

Figura 1. UPZ´s de la localidad de Fontibón

Fuente: OBSERVATORIO SOCIAL DE FONTIBÓN, 2018

12 SINUPOT. Consultado el 14 de enero de 2018. Disponible en internet en

http://sinupotp.sdp.gov.co/sinupot/index.jsf, Colombia, 2018.

18

Fuente: SINUPOT- Escala 1:1000

Figura 3. Ubicación del segundo predio de interés

Fuente: SINUPOT- Escala 1:1000

Figura 2. Ubicación del primer predio de interés

19

3.1.2 Caracterización biofísica y socioeconómica de la zona

Medio abiótico

Geología: En la zona predominan los depósitos fluvio lacustres (terrazas altas)

que están constituidos por depósitos de arcillas con, intercalaciones importantes

de bancos de arena y grava, ocasionalmente delgadas capas de cenizas

volcánicas y turbas 13. Se recomienda ver el anexo A.

Hidrogeología: La zona hace parte de un complejo acuífero de extensión

regional conformado por unidades plio cuaternarias. Es un acuífero de tipo libre

a confinado, está conformado por una alternancia de niveles de arcillas, limos y

niveles de arenas finas, medias, gruesas hasta gravas 14. Las líneas de flujo

indican que el agua subterránea confluye hacia esta zona proveniente en parte

de los cerros de Suba y de los humedales Jaboque y Córdoba 15. Se recomienda

ver los anexos B y C.

Geotécnia: Zona de suelos blandos caracterizada por la presencia de arcillas

blandas de alta compresibilidad 16. Se recomienda ver el anexo D.

Geomorfología: Se presentan depósitos detríticos de origen aluvial 17. Se

recomienda ver el anexo E.

Suelos: La composición principal de la zona corresponde a arcillas limosas muy

blandas 18.

Hidrología: La hidrografía de la localidad está compuesta principalmente por

dos corrientes muy importantes, que, a su vez, bordean el límite sur y occidental

13 INGEOMINAS. Mapa geológico de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000. Bogotá, Colombia: Subdirección de ingeniería geoambiental, 1997. 14 INGEOMINAS. Mapa hidrogeológico de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000. Bogotá, Colombia: Proyecto de microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá, 1996. 15 SECRETARÍA DISTRITAL DE AMBIENTE. Mapa de promedio de isopiezas de Bogotá (1999- 2010) a escala 1:100.000. Bogotá, Colombia: Sistema de modelamiento hidrogeológico del Distrito Capital, 2010. 16 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Mapa de zonificación geotécnica de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000.

Bogotá, Colombia: Proyecto de microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá, 1996. 17 INGEOMINAS. Mapa de morfoestructura y modelados de Cundinamarca a escala 1:1.200.000. Bogotá, Colombia, 1988. 18 MONTAÑA, D. Características de compresibilidad y resistencia de arcillas típicas del depósito lacustre de Bogotá. Bogotá, Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2013, p.18.

20

de la localidad. El río Fucha (resultado de la confluencia del río San Cristóbal y

San Francisco) y el río Bogotá receptor de las aguas del río Fucha a la altura de

la zona conocida como Sabana Grande 19.

Clima: El clima de la localidad es frío, con una temperatura promedio anual de

14,6ºC y precipitación de 794 mm. Promedio anual. Los periodos lluviosos

corresponden a los meses de abril-junio y octubre-noviembre y los periodos

secos a diciembre-enero y julio-agosto. La humedad relativa es 77.5% promedio

anual 20.

Medio biótico

La localidad forma parte de tres de los ocho territorios ambientales en los que está dividido el Distrito Capital, son los territorios Fucha, río Bogotá y Humedales, con los cuales interactúa y participa de sus procesos y dinámicas. Es decir, allí interactúan partes de la estructura ecológica principal del Distrito como el recurso hídrico con sus rondas y zonas de manejo especial de los ríos Bogotá y Fucha; los canales San Francisco, Boyacá y Fontibón Oriental; los parques ecológicos distritales humedal de Capellanía y Meandro del Say, además, del parque metropolitano Zona Franca, y los parques zonales: Atahualpa, Sauzalito y Carmen de la laguna 21. De esta manera, la localidad es un eje estructural de ordenamiento ambiental, en tanto contiene un sistema espacial, estructural y funcionalmente interrelacionado, que define un corredor ambiental de soporte, de vital importancia para el mantenimiento del equilibrio ecosistémico del territorio22. Se realiza la identificación de las posibles zonas aledañas al predio que puedan

verse afectadas con base en la información del Visor geográfico de la Secretaría

Distrital de Ambiente, en donde se referencian las áreas de protección de ronda

hídrica, áreas protegidas, franja de adecuación, corredor ecológico de la ronda del

Río, parques urbanos, la Reserva Forestal Productora Protectora RFPP Cuenca

Alta del Río Bogotá y la ZMPA. Se observa que el predio no se ubica en las áreas

19 ALCADÍA LOCAL DE FONTIBÓN. Plan ambiental local de Fontibón 2017 – 2020. Bogotá, Colombia: 2017. p.20. 20 Ibid., p. 19. 21 SECRETARÍA DISTRITAL DE AMBIENTE. Agenda ambiental localidad 9 Fontibón. Bogotá, Colombia: Alcaldía Mayor de Bogotá, 2009, p. 19. 22 APIC Servicios Ambientales e Ingeniería S.A.S. Proyecto N° 140917: Biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos en un predio ubicado en la localidad de Fontibón. Bogotá, Colombia, 2017.

21

determinadas por el Decreto 364 de 201323 pero algunas zonas de la UPZ si lo

están. Se recomienda ver el anexo F.

Medio socioeconómico

La UPZ Fontibón San Pablo es de clasificación predominantemente industrial, se

localiza al noroccidente de la localidad de Fontibón. Tiene una extensión de 360

hectáreas, que equivalen al 10,82% del total de área de las UPZ de esta localidad.

Esta UPZ limita, por el norte con la avenida Luis Carlos Galán y con la UPZ

Aeropuerto El Dorado. Al oriente, con la avenida Versalles (Kr 116) y las UPZ

Fontibón; al sur, con la avenida Centenario (Calle 13) UPZ Zona Franca; y al

occidente con el rio Bogotá y con el municipio de Funza 24.

A pesar de estar catalogada como una zona eminentemente industrial y ser una de

las más grandes de la localidad, en los últimos 10 años empezó a tener un

crecimiento habitacional rápido, desmesurado y con muy poca planeación. Uno de

los recursos naturales que la bordea es el río Bogotá, entendido en el POT como

espacio de alto valor ambiental y escénico, cuya protección y tutela priman sobre

cualquier otra acción de ordenamiento 25.

Esta UPZ se ha formado como sector industrial y, favorecido por el POT, ha venido

presentando un fenómeno de migración, es decir, reubicación de industrias de otros

sectores, lo cual agrava la problemática industrial. Unido a este factor se evidencia

la presencia de urbanizaciones en una zona no establecida así por el POT. También

es notorio el incremento de actividades informales realizadas por sus habitantes en

otras unidades de planeación zonal. Las características enunciadas, que describen

esta UPZ como industrial (lo cual debe hacerse según la clasificación del POT)

están en contraposición de la realidad que se presenta, en donde se presenta

claramente una división en zona industrial y zona residencial, predominante esta

última26. Se recomienda ver el anexo G.

23 Ibid. 2017.

24 COGUA, M. Dinámica de la construcción por usos localidad de Fontibón. Bogotá, Colombia: Alcaldía Mayor de Bogotá – Bogotá Humana, 2013, p. 36. 25 INSTITUTO DE ESTUDIOS URBANOS UNAL. Diagnóstico Local con Participación Social Fontibón – Localidad 09. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia, s.f, p.225. 26 Ibid., p. 226.

22

3.1.3 Hallazgos y posibles problemas de contaminación

La Subdirección del Recurso Hídrico y del Suelo de la Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá realizó una visita técnica a los predios de interés para determinar si había algún grado de contaminación que sugiriera una afectación significativa sobre el recurso hídrico y el suelo producto de las actividades industriales realizadas hace unos años por los antiguos propietarios de los predios que eran las empresas NACIONAL DE TRENZADOS S.A. y SOLVECO. S.A., las cuales desarrollaban la fabricación de formas básicas de plástico y la elaboración de productos básicos de cordelería.

De esta manera, la autoridad ambiental definió una serie de zonas de interés dentro del primer predio las cuales deberían ser priorizadas para su intervención debido a las condiciones en las que se encontraban y su historial de uso asociado principalmente al almacenamiento de combustible y de sustancias derivadas de hidrocarburos tales como emulsión asfáltica o neme. Las áreas de interés se muestran a continuación:

Figura 4. Zonas de interés identificadas

Fuente: APIC, 2017 (Adaptado de Google Earth)

23

Las zonas de interés identificadas en la anterior figura se describen a continuación:

Tabla 1. Zonas de interés en el predio

Zonas de interés Descripción

Zona 1 Zona de infiltración



Zona 4 Antigua zona de almacenamiento de hidrocarburo.

Zona 5 Zona de almacenamiento de canecas de 55 galones de emulsión asfáltica o neme.

Zona 6 Zona de almacenamiento de canecas de 55 galones en zona verde de emulsión asfáltica o neme.

Zona 7 Pozos sépticos – PS 2. Fuente: APIC, 2017

Igualmente, entre los principales hallazgos se encontró la existencia de cajas

subterráneas las cuales presentaban residuos de emulsión asfáltica y agua con

iridiscencia, además, de camas de soporte que indicaban la posible presencia de

tanques de almacenamiento de hidrocarburo. Las áreas de interés y los principales

hallazgos se muestran a continuación:

Figura 5. Camas de soporte tanques de almacenamiento de hidrocarburo

(a) Camas de soporte en la zona 1 (b) Camas de soporte en la zona 4

Fuente: APIC, 2017

24

Figura 6. Zona de infiltración. Figura 7. Agua con iridiscencia

Fuente: APIC, 2017 Fuente: APIC, 2017

Figura 8. Cajas subterráneas con residuos de hidrocarburo.

(a) Agua con residuos de hidrocarburo (b) Cajas subterráneas

Fuente: APIC, 2017

3.1.4 Receptores sensibles potenciales y fuentes de impacto

Los receptores sensibles potenciales corresponden a todos aquellos que se

encuentran dentro de una radio de 500 m a la redonda según lineamientos dados

por la guía de manejo ambiental para estaciones de servicio de combustible.

25

Figura 9. Receptores sensibles potenciales

Fuente: GOOGLE EARTH, 2018

Dentro de este rango de receptores se ubican en su mayoría predios industriales y

en menor proporción viviendas y conjuntos residenciales los cuales en teoría no

deberían estar en esta zona debido a que el uso del suelo para esa área según el

POT es de carácter industrial.

3.2 Marco normativo

En la legislación ambiental en Colombia y en el mundo, todo residuo contaminado

con hidrocarburos es considerado un residuo peligroso; por lo tanto, no puede ser

26

dispuesto en suelo, aguas o incinerado a cielo abierto 27. Es por ello que se han

establecido una serie de normas y lineamientos que sustentan lo anterior y entre las

más relevantes se encuentran:

3.2.1 Normatividad general

Tabla 2. Normatividad general aplicable.

Acto Administrativo Contenido

Decreto 2811 de 1974 de la Presidencia de la República.

Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente.

Constitución Política de 1991 Elevó a norma constitucional la consideración, manejo y conservación de los recursos naturales y el medio ambiente.

Ley 99 de 1993 del Congreso de la República

Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA, y se dictan otras disposiciones.

Política Ambiental para la Gestión Integral de Residuos o Desechos Peligrosos del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2005)

Es la directriz específica de la legislación de residuos peligrosos en Colombia, en la cual se plantea estrategias y acciones específicas para la prevención, reducción, aprovechamiento, tratamiento y disposición final de residuos o desechos peligrosos en los sectores económicos del país.


Por el cual se reglamenta parcialmente la prevención y el manejo de los residuos o desechos peligrosos generados en el marco de la gestión integral.

Resolución 1402 de 2006 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2005)

Por la cual se desarrolla parcialmente el Decreto 4741 2005, en materia de residuos o desechos peligrosos.


Por la cual se dictan normas prohibitivas en materia ambiental, referentes a los residuos y desechos peligrosos y se dictan otras disposiciones.

27 TRUJILLO, M., & RAMÍREZ, J. Biorremediación en suelos contaminados con hidrocarburos en Colombia.

Revista de Investigación Agraria y Ambiental – Volumen 3 - Número 2, 37 - 62. , 2012, p. 37.

27


Por la cual se establece el procedimiento sancionatorio ambiental y se dictan otras disposiciones


Modificado por el Decreto 4728 de 2010 en el artículo 3, estableció que los usuarios que exploren, exploten, manufacturen, refinen, transformen, procesen, transporten o almacenen hidrocarburos o sustancias nocivas para la salud y para los recursos hidrobiológicos, deberán estar provistos de un plan de contingencia y control de derrames, el cual deberá contar con la aprobación de la autoridad ambiental competente.

Decreto 2041 de 2014 de la Presidencia de la República

En su artículo 41 establece que si durante la ejecución de los proyectos, obras, o actividades sujetas a licenciamiento ambiental o plan de manejo ambiental ocurriese incendios, derrames, escapes, parámetros de emisión y/o vertimientos por fuera de los límites permitidos o cualquier otra contingencia ambiental, el titular deberá ejecutar todas las acciones necesarias con el fin de hacer cesar la contingencia ambiental e informar a la autoridad ambiental competente lo antes posible.

Resolución 0631 de 2015 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible

Por la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público y se dictan otras disposiciones.

Decreto 1076 de 2015 de la Presidencia de la República

Por medio del cual se expide el Decreto Único Reglamentario del Sector Ambiente y Desarrollo Sostenible.

Fuente: ELABORACIÓN PROPIA

3.2.2 Normatividad específica y manuales técnicos

Tabla 3. Normatividad y guías específicas.

Acto administrativo Contenido

Resolución 1170 de 1997 Por medio de la cual se dictan normas sobre estaciones de servicio e

28

instalaciones afines y se deroga la Resolución 245 de 1997.

Decreto 321 de 1999 Ministerio del Interior

Adopta el Plan Nacional de Contingencia contra derrames de Hidrocarburos, Derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres –PNC-. Es el instrumento rector para el diseño y realización de actividades dirigidas a prevenir, mitigar y corregir los daños que éstos puedan ocasionar.

Manual técnico para la Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2008)

Establece el procedimiento que permite manejar una situación de contaminación por hidrocarburos basados en un análisis de riesgos. Además, define las concentraciones de referencia de los compuestos de interés a partir de los cuales se toma la decisión de ampliar la evaluación del sitio o tomar acciones remediales.

Guía de manejo ambiental para estaciones de servicio del Ministerio del Medio Ambiente (1999)

El objetivo de la guía es presentar un marco de referencia, básico y conciso, para el manejo ambiental de las estaciones de servicio y actividades relacionadas con el sector hidrocarburos, de tal manera, que sirva para unificar criterios de evaluación ambiental, definir procedimientos a desarrollar en la elaboración de los estudios ambientales y fortalecer la gestión ambiental optimizando los recursos.

Fuente: ELABORACIÓN PROPIA

La norma aplicable al presente estudio corresponde al Manual Técnico para la

Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de

Hidrocarburos (MTEAR) debido a que da las directrices y lineamientos para actuar

en lugares presuntamente contaminados con hidrocarburos. El alcance del presente

trabajo está sujeto al análisis de riesgos del Nivel 1 de la guía el cual abarca la

evaluación del sitio y la identificación de compuestos de hidrocarburos en suelo y

agua subterránea los cuales deben estar por debajo de los Límites Genéricos

Basados en Riesgos (LGBRs) establecidos por la guía.

29

Figura 10. Niveles de evaluación establecidos en el MTEAR

Fuente: MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2007

30

3.3 Marco teórico

3.3.1 Los compuestos de hidrocarburos

3.3.1.1 Descripción y Clasificación

Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más simples, ya que, como su nombre lo indica, están constituidos únicamente por carbono e hidrógeno. Se encuentran principalmente en el petróleo y en el gas natural, que representan su mayor fuente de obtención. Su aplicación fundamental es como combustible, pero muchos de ellos se utilizan también extensamente como materia prima en la manufactura de numerosos productos, tales como drogas, plásticos, cauchos, resinas, entre otros 28. Los compuestos derivados del petróleo suelen dividirse en cuatro fracciones29 :

Hidrocarburos saturados

Los hidrocarburos saturados son aquellos que no poseen dobles enlaces. Se dividen en función de su estructura química en alcanos o parafinas y cicloalcanos o naftalenos. Los alcanos se pueden dividir a su vez en ramificados o no ramificados en función de su estructura química lineal. Están definidos por la fórmula general CnH2n+2

30.

Los cicloalcanos contienen al menos un anillo de átomos de carbono, aunque el número de anillos es muy variable. Su fórmula general es CnH2n y es relativamente común la presencia a lo largo de su estructura de sustituyentes del tipo alquilo 31. Esta clase de hidrocarburos se divide en:

28 RESTREPO F. y RESTREPO J. Hola Química Tomo 2. Medellín, Colombia: Susaeta Ediciones S.A, 2003. p .99. 29 LARGO, E. Degradación de alcanos mediante Alcanivorax venustensis inmovilizada en hidrogeles adhesivos

y biodegradables. España: Universidad del País Vasco, 2010.p.9.

30HARAYAMA, S, et.al. Petroleum biodegradation in marine environments. Citado por LARGO, E. Degradación

de alcanos mediante Alcanivorax venustensis inmovilizada en hidrogeles adhesivos y biodegradables. España:

Universidad del País, 2010. p.9.

31 Ibid. p.10

31

Figura 11. Clasificación de los hidrocarburos saturados.

Fuente: LARGO, 2010

De esta manera, a manera de ilustración se presentan algunas estructuras

moleculares de este tipo de hidrocarburos:

Figura 12. Estructura molecular de algunos hidrocarburos saturados.

Fuente: LARGO, 2010

Cíclicos

Hidrocarburos

saturados

Acíclicos

Normales (n – alcanos)

Ramificados

Parafinas

Pristano - Fitano

Isoparafinas MCNR

32

Hidrocarburos aromáticos

Los hidrocarburos aromáticos son aquellos que poseen uno o más anillos aromáticos, y pueden estar sustituidos, o no, por radicales alquilo. El petróleo incluye compuestos que poseen de uno a cinco anillos aromáticos. Estos compuestos son más estables que los cicloalcanos, debido a la compartición de sus electrones deslocalizados por los enlaces π32. En general, estos se subdividen en simples y en poliaromáticos (PAH’S):

Fuente: LARGO, 2010

El benceno es el más simple, y junto al tolueno, el etilbenceno y los tres xilenos son conocidos como BTEX, un conjunto de compuestos relativamente solubles en agua, y por lo tanto son de los más móviles de la gasolina. Además, poseen un potencial contaminante elevado, especialmente el benceno que es cancerígeno 33 , y por ello se suelen usar como indicadores de contaminación.

Los hidrocarburos con varios anillos aromáticos o poliaromáticos (PAH’s), como el antraceno y fenantreno, son producto de diversas operaciones industriales a altas temperaturas como el refinado del petróleo. Son en general poco solubles en agua y poco volátiles, y los incrementos en la masa molecular y el número de anillos, decrece aún más la volatilidad y solubilidad 34.

32 EWEIS, J, et.al. Principios de biorrecuperación: tratamientos para la descontaminación y regeneración de suelos y aguas subterráneas mediante procesos biológicos y fisico-quimicos. Citado por LARGO, E. Degradación de alcanos mediante Alcanivorax venustensis inmovilizada en hidrogeles adhesivos y biodegradables. España: Universidad del País Vasco, 2010. p.10.

33 Ibid.p.11. 34 LARGO, E. Op.Cit., p.11.

Hidrocarburos

Aromáticos

Simples

Poliaromáticos (PAH’s)

BTEX

Figura 13. Clasificación de los hidrocarburos aromáticos.

33

Figura 14. Estructura molecular de algunos hidrocarburos aromáticos.

Fuente: LARGO, 2010

Resinas y asfaltenos

La fracción del crudo conocida como resinas y asfaltenos, a diferencia de las anteriores, contiene compuestos polares no hidrocarbonados 35 . Son compuestos en general de alto peso molecular que además de carbono e hidrógeno, contienen trazas de oxígeno, nitrógeno y azufre. Su estructura puede incluir ramificaciones policíclicas aromáticas, incluso en ocasiones forman complejos con metales pesados como níquel y vanadio. Son compuestos recalcitrantes, debido a su insolubilidad y poseen grupos funcionales que les protegen de ataques microbianos, como las estructuras de anillos aromáticos 36.

Para discriminar entre resinas y asfaltenos se utiliza el parámetro de solubilidad en disolventes similares al n-heptano. Los asfaltenos son insolubles, mientras que las resinas, son compuestos que se disuelven en este tipo de disolventes 37. A continuación, se muestra un ejemplo de la estructura molecular de las resinas y los asfaltenos:

35 HARAYAMA, S, et.al. Op.Cit., p.12. 36 EWEIS, J, et.al. Op.Cit., p.12. 37 HARAYAMA et.al, S. Op.Cit., p.12.

34

Figura 15. Estructura molecular de los asfaltenos y algunas resinas

Fuente: LARGO, 2010

3.3.1.2 Química de los hidrocarburos con relación a la degradación

Los compuestos más fácilmente degradables son los alcanos o parafinas, normalmente hasta C15, luego los alcanos con ramificaciones y alquenos hasta C12, luego los monoaromáticos, los cicloalcanos y los aromáticos policíclicos (PAH´s) 38.

Desde un punto de vista de biodegradabilidad, los hidrocarburos pueden ordenarse de mayor a menor biodegradabilidad en los siguientes esquemas39 :

Fuente: OLSON, 1999

38 ROGEL, J. Tratamiento de suelo y agua freática contaminada. España: Universidad Politécnica de Madrid, S.F., p.4. 39 OLSON, J, et.al. Biodegradation rates of separated diesel components. Environmental Toxicology and Chemistry 18 (11), 1999, p. 2448 – 2453.

Alcanos lineales

Alcanos ramificados

Aromáticos

ligerosAlcanos cíclicos

Aromáticos pesados

Compuestospolares

Figura 16. Orden de biodegradabilidad de algunos hidrocarburos

35

Figura 9. Biodegradación de los compuestos de hidrocarburos más habituales.

Fuente: OLSON, 1999

A continuación, se hace una descripción de la degradación de algunos compuestos de hidrocarburos:

Hidrocarburos saturados

A manera general cuanto más insaturado sea una cadena carbonatada (más dobles y triples enlaces) más difícil o lenta será su degradación. De igual manera los alcanos de cadena larga son más resistentes a la biodegradación a medida que la longitud de su cadena aumenta. Cuando alcanzan un peso molecular superior a 500 dejan de servir como fuente de carbono para el crecimiento microbiano. En general también la presencia de ramificaciones reduce la tasa de biodegradación porque los átomos de carbono terciarios y cuaternarios interfieren con los mecanismos de degradación o lo bloquean totalmente 40.

40 BURGOS, R. Biodegradación: degradación de hidrocarburos [en línea]. Universitát Autónoma de Barcelona. Consultado el 04 de enero de 2018. Disponible en internet en http://bioinformatica.uab.es/biocomputacio/treballs02-03/RBurgos/dades/degradación_de_hidrocarburos.htm, España: Barcelona, 2018.

36

Hidrocarburos aromáticos

Los compuestos aromáticos y poliaromáticos se caracterizan por sus productos de

degradación intermediarios muy contaminantes y cancerígenos, estos compuestos

son más solubles que otros hidrocarburos y contaminan en general las aguas

subterráneas 41.Por esta razón, la EPA (Agencia de Protección Ambiental de los

Estados Unidos) los ha clasificado como contaminantes a tratar con prioridad. Se

acumulan en el ambiente debido a su estabilidad química, su baja solubilidad en el

agua y su fuerte adsorción a las partículas del suelo42

Los aromáticos volátiles bencénicos son derivados del benceno, el cual es un anillo

de seis átomos de carbonos unidos por tres enlaces sencillos y tres enlaces dobles

alternados (anillo aromático). Los aromáticos bencénicos pueden presentar uno o

varios anillos fusionados. El benceno, tolueno, etilbenceno y los xilenos (BTEX) son

los aromáticos volátiles de un anillo bencénico más analizados debido a su

movilidad y toxicidad ambiental 43.

Tabla 4. Hidrocarburos aromáticos volátiles bencénicos (BTEX)

Nombre Fórmula molecular

Benceno C6H6

Tolueno (metilbenceno) C7 H8 (C6 H5 CH3)

Etilbenceno C8 H10 (C6 H5 CH2 CH3)

Xilenos (m, p, o dimetilbencenos) C8 H10 (CH3 C6 H4 CH3)

Fuente: LUQUE, 2009

41 BURLAND, S, y EDWARDS, E. Anaerobic benzene biodegradation linked to nitrate reduction. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.11.

42 POTHULURI, J y CERNIGLIA, C. Current aspects on polycyclic aromatic hydrocarbon biodegradation processes. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados.

Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.11. 43LUQUE, J. Desempeño de cuatro especies vegetales para fitorremediar suelos contaminados con hidrocarburos en Patagonia. Argentina: Universidad Maimónides, 2009, p. 17.

37

Los poliaromáticos (PAH´s) se consideran compuestos orgánicos persistentes, por lo que pueden permanecer en el medioambiente durante largos periodos de tiempo sin alterar sus propiedades tóxicas. Las propiedades semivolátiles de los PAH´s les otorgan gran movilidad en el medioambiente. Los principales impactos de los PAH´s en la salud humana se centran en sus propiedades genotóxicas, es decir, causan daños al material genético (teratogénicas, mutagénicas y carcinogénicas). Los más potentes carcinógenos son el benzo(a) antraceno, benzo(a) pireno y el dibenzo (ah) antraceno 44.

La EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) seleccionó 16 PAH´s como agentes contaminadores prioritarios. Estos están constituidos por 2 o más anillos bencénicos de forma simple o múltiple formando cadenas o racimos. Cuanto más anillo tenga el compuesto, mayor será la resistencia a la actividad degradadora o enzimática. En general, los PAH´s de 4 y 5 anillos son más difícilmente removidos mientras que los de menor peso molecular son más biodegradables, más solubles en agua y más volátiles que de los de mayor peso molecular 45.

Tabla 5. Hidrocarburos poliaromáticos PAH´s priorizados por la EPA debido a su toxicidad.

Nombre Fórmula N° de anillos

Naftaleno C10H8 2

Acenaftileno C12H8 3

Acenafteno C12H10 3

Fluoreno C13H10 3

Fenantreno C14H10 3

Antraceno C14H10 3

Fluoranteno C16H10 4

Pireno C16H10 4

Benzo(a)antraceno C18H12 4

Criseno C18H12 4

Benzo(b)fluoranteno C20H12 5

Benzo(k)fluoranteno C20H12 5

Benzo(a)pireno C20H12 5

Dibenzo (a, h) antraceno C22H14 5

Benzo(ghi)perileno C22H12 5

Indeno(1,2,3-cd) pireno C22H12 6 Fuente: LUQUE, 2009

44 Ibid.p.17. 45 Ibid.p.18.

38

Resinas y naftalenos

Las resinas y asfaltenos se consideran como compuestos resistentes a la

biodegradación. Esto se debe a que su estructura es muy compleja y deben

intervenir diferentes tipos de enzimas que sean capaces de oxidar tanto alcanos

lineales como cíclicos, hidrocarburos aromáticos, poliaromáticos y

heteropoliaromáticos 46.

3.3.1.3 La emulsión asfáltica: definición y componentes

La emulsión asfáltica se define como la combinación de tres componentes

principales: asfalto, agua y una cantidad específica de un agente emulsificante, que

permite la mezcla de dos sustancias que por su naturaleza química no podrían

mantenerse combinadas después de ser mezcladas 47.

Esto se logra a través de un molino coloidal o equipo especializado para separar las

partículas de asfalto en tamaños suficientemente pequeños que permita combinarse

con el emulsificante. Este tercer componente, el emulsificante, evita o retrasa la

separación del asfalto y el agua, manteniendo estable dicha combinación en un

tiempo determinado. En algunas ocasiones las emulsiones asfálticas pueden

contener otros aditivos como estabilizadores, mejoradores de recubrimiento, anti-

desnudantes o agentes de control de rompimiento 48.

Las emulsiones asfálticas se componen de un medio disperso (fase jabonosa o

acuosa) en la que se mantienen separadas las partículas de asfalto o la fase

dispersante, tal como se muestra a continuación49:

46 FERNÁNDEZ, C, et.al. Biodegradación de asfaltenos y resinas por microorganismos presentes en suelo contaminado con hidrocarburo. Caracas, Venezuela: Universidad de Carabobo, 2008.

47 ULLOA, A. Preparación de emulsiones asfálticas en el laboratorio. Costa Rica: Universidad de Costa Rica, Revista Métodos y Materiales – Volumen 2, 2012, p.18. 48 Ibid.p.18 49 Ibid.p.18

39

Figura 17. Composición de la emulsión asfáltica

Fuente. ULLOA, 2012

A continuación, se hace una descripción de los componentes que integran la

emulsión asfáltica:

Asfalto:

La emulsión asfáltica está compuesta entre un 50% y un 75 % de asfalto, y aun

siendo el elemento predominante en la emulsión, ninguna de sus propiedades

afecta la estabilidad de la misma50.

La composición química de los asfaltos es muy compleja, básicamente está

constituida por cadenas de moléculas compuestas fundamentalmente por carbono,

hidrógeno, azufre, oxigeno, nitrógeno y complejos de vanadio níquel, hierro, calcio

y magnesio. En un análisis detallado de los asfaltos se pueden encontrar

compuestos saturados, anillos nafténicos y aromáticos, sencillos o múltiples,

radicales ácidos, aldehídos, cetonas, entre otros 51.

El asfalto cuando es disuelto con un heptano puede separarse en dos partes

principales: los asfaltenos y los maltenos.

50 Ibid.p.19 51 REPSOL. Fisicoquímica del asfalto [en línea]. Consultado el 04 de enero de 2018. Disponible en internet en https://www.repsol.com/pe_es/peru/productos-servicios/asfaltos/fisico-quimica/composicion/, Perú, 2018.

https://www.repsol.com/pe_es/peru/productos-servicios/asfaltos/fisico-quimica/composicion/

40

Figura 18. Componentes de los asfaltos.

Fuente. REPSOL, 2018

Los asfaltenos son estructuras complejas de compuestos aromáticos de color negro

o marrón que contienen además del carbón otros elementos químicos tales como

nitrógeno, azufre, oxígeno, en general, son compuestos polares, de alto peso

molecular 52.

Figura 19. Características de los asfaltenos.


52 Ibid. En línea.

41

Los maltenos son sustancias solubles en normal h-heptano y está constituido por resinas, saturados y aromáticos. Son compuestos muy polares de color marrón o marrón claro, sólidos o semisólidos, solubles en n-heptano y, al igual que los asfaltenos, son compuestos de carbón, hidrógeno y cantidades menores de nitrógeno, oxígeno y azufre. Las resinas son materiales muy adhesivos y actúan como dispersantes o peptizantes de los asfaltenos 53.

Figura 20. Características de las resinas.


Agua:

Ciertos minerales y algunos químicos en el agua utilizada durante la elaboración de las emulsiones, pueden afectar la estabilidad y las condiciones de almacenamiento de la emulsión asfáltica. La presencia de iones de calcio y magnesio en el agua retrasan el rompimiento de los enlaces catiónicos en emulsiones con carga positiva, contrariamente, cuando se presentan carbonatos o partículas en suspensión, se produce una pérdida de estabilidad en la emulsión debido a un prematuro rompimiento 54.

Emulsificante:

53 Ibid. En línea.

54 ULLOA, A. Op.Cit., p.19.

42

El emulsificante está conformado una parte por cadenas de hidrocarbonos que son solubles en medios orgánicos como el asfalto y otra parte con carga eléctrica que es soluble en medios acuosos. Es por esta razón que a pesar de que el emulsificante es el componente en menor cantidad dentro de una emulsión, es quien provee las propiedades principales a la emulsión, le brinda estabilidad y determina finalmente qué tipo de emulsión asfáltica se obtendrá 55.

Finalmente, para complementar la información anterior se adjunta en el anexo H la ficha de seguridad de la emulsión asfáltica.

3.3.1.4 Contaminación por hidrocarburos en el suelo y el agua subterránea

El suelo es una matriz de partículas orgánicas e inorgánicas con diferentes características físicas y químicas que dependen del clima, altitud y latitud. Estas partículas están organizadas en forma de agregados particulares, que tienen propiedades que explican la absorción y la adsorción de contaminantes 56.

Cuando los hidrocarburos entran en contacto con las partículas del suelo, se adsorben a ellas y modifican las propiedades de las mismas. Los agregados del suelo se vuelven más estables al endurecerse con el tiempo y se vuelven menos porosos, más hidrofóbicos y su contenido en aire disminuye 57. Los cambios causados por la contaminación provocan un desequilibrio tal en el suelo, que toda clase de vida, vegetal como microbiana, se ve limitada en cantidad y diversidad y puede inclusive desaparecer rápidamente 58.

Los agentes contaminantes pueden encontrarse bajo cuatro formas o fases en el suelo y su presencia bajo una u otra de ellas implicará una disponibilidad y una toxicidad determinadas. Un contaminante presenta, por lo tanto, una toxicidad

55 ULLOA, A. Op.Cit., p.19. 56 WEBER, W, et.al. Microscale heterogeneities in soil properties and their effects on contaminant sorption and

bioavailability. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por

Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados.

Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.11.

57 CASSIDY, D y IRVINE, R. Interactions between organic contaminants and soil affecting bioavailability. Citado

por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y

Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica:

Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.11.

58 VENOSA, A, et.al. Microbial populations changes during bioremediation of an experimental oil spill. Citado

por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y

Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica:

Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.12.

43

relacionada con su estructura química, y una toxicidad de fase, que depende de la presentación del contaminante en el medio 59 :

VP (Vapor Phase): el contaminante presenta un carácter volátil de manera que permanece aprisionado en los poros del suelo en fase gaseosa. La disminución de la concentración de oxígeno reduce las posibilidades de colonización del suelo por microorganismos capaces de consumir este contaminante 60.

AP (Adsorbed Phase): el contaminante es superficialmente adsorbido a las partículas del suelo y queda difícilmente disponible para los microorganismos.

DP (Dissolved Phase): el contaminante se encuentra disuelto en la fase acuosa del suelo según un equilibrio, donde es accesible para los microorganismos 61.

NAPL (Non-Aqueous-Phase Liquid): el contaminante líquido en fase no acuosa forma gotas o películas sobre las partículas del suelo. Esta fase es característica de los hidrocarburos 62 .

59 SCHWARTZ, A y BAR, R. Cyclodextrin-enhanced degradation of toluene and p-toluic acid by Pseudomonas

putida. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter

sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa

Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.12.

60 HANSON, K, et.al. Crude oil degradation by Acinetobacter sp. A3 as influenced by nitrogen, phosphorus and

surfactants. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por

Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados.

Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.12.

61 HARRIS, S. Hydrocarbon bioremediation. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.12.

62 STELMACK, P, Et.al. Bacterial adhesion to soil contaminants in the presence of surfactants. Citado por BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.12.

44

3.3.1.5 Efectos de los hidrocarburos en el suelo y el agua subterránea

Los efectos de los hidrocarburos en el suelo y el agua subterránea tienen una variedad de escenarios potenciales, debido a la difusión lenta de los contaminantes, los cuales se redistribuyen por toda la superficie del suelo. Cuando los hidrocarburos se filtran, se produce una separación natural de los distintos constituyentes, por la exposición de la fase no acuosa a las fases sólida, gaseosa y acuosa del suelo, permaneciendo los compuestos de alto peso molecular cerca de la fuente, debido a que tienen menor movilidad, mientras que los compuestos más livianos migran hacia las porciones profundas del perfil por su mayor solubilidad en agua 63.

De esta manera, los contaminantes pueden alcanzar las aguas subterráneas en forma disuelta, por infiltración directa de aguas superficiales y disolución/lixiviación, o bien como un líquido independiente, si se encuentran en este estado. Cuando alcanzan el agua subterránea los contaminantes que puedan disolverse en ella se moverán con ella. Una combinación de una masa de agua subterránea en movimiento y de una fuente continua de contaminación puede, por tanto, contaminar grandes volúmenes de agua subterránea 64.

Dicha contaminación afecta las condiciones fisicoquímicas del agua y las

propiedades del suelo al presentarse una disminución de oxígeno disuelto debido a

la reducción de la transferencia de oxígeno entre la fase atmósfera – agua, al igual

que la entrada de luz al medio, lo que inhibe el crecimiento de ciertas especies y

disminuye la fijación de nutrientes, así, como efectos adicionales tanto en agua

como en suelos producto del consumo de oxígeno que aumenta la demanda

bioquímica en el medio y pueden generar condiciones anóxicas 65.

Los principales efectos que los hidrocarburos causan en el suelo y el agua subterránea, dependen del tipo, volumen de hidrocarburo, características físicas, químicas y microbiológicas del suelo, y los factores ambientales (humedad, temperatura, factores climatológicos), todas las variables en su conjunto definen el tamaño en la distribución de la contaminación en una zona específica, entre los efectos más perjudiciales tenemos 66 :

Disminución del rendimiento de los cultivos y pérdida de calidad de los productos obtenidos.

Impide o retarda el crecimiento de la vegetación en el área contaminada.

63 CANDO, M. Determinación y análisis de un proceso de biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos. Cuenca, Ecuador: Universidad Politécnica Salesiana – Ingeniería Ambiental, 2011, p.22.

64 CASTRO, G. Informe final: Diseño monitoreo frente a derrames de hidrocarburos. Quillota, Chile: Ministerio de Agricultura de Chile, 2007, p. 44. 65 CAMPOS, I. Op.Cit.

66 CANDO, M. Op.Cit., p.23, 24.

45

Alteraciones en la población microbiana del suelo.

Contaminación de aguas superficiales a través de escorrentía.

Contaminación de aguas subterráneas a través de lixiviados.

Contaminación del aire por combustión, evaporación, sublimación o arrastre por el viento.

Envenenamiento a través de la cadena alimenticia.

Cuando la concentración de los contaminantes sobrepasa la capacidad de aceptación del suelo, se produce una disminución o anulación de su poder autodepurante.

Impacto paisajístico en el sector en que se encuentra la matriz contaminada.

Se impide el intercambio gaseoso con la atmósfera iniciando una serie de procesos físico químicos simultáneos.

Los elevados desniveles de salinidad pueden destruir la estructura terciaria de las proteínas, desnaturalizar enzimas y deshidratar células.

Tabla 6. Parámetros que influyen en el transporte de contaminantes en el suelo.

Parámetros del contaminante Parámetros del suelo Parámetros ambientales

Solubilidad Contenido y retención

de agua Temperatura

Presión de vapor Profundidad, densidad

y permeabilidad Precipitación

Número y tipo de grupos

funcionales Contenido de arcilla Evapotranspiración

Polaridad Contenido de materia

orgánica -

- Profundidad del agua

subterránea -

Fuente. CANDO, 2012

* De los anteriores parámetros para el presente trabajo se dispuso de algunos parámetros

del contaminante contenidos en la hoja de seguridad. Además, no se disponían de algunos

parámetros del suelo tales como densidad, M.O y contenido y retención de agua.

46

3.3.1.6 Efectos de los hidrocarburos sobre la salud humana

Algunos de los hidrocarburos presentes en el crudo y sus derivados tienen una

conocida toxicidad para el ser humano, pero, de la mayoría de ellos se desconoce

el grado de peligrosidad. Entre estos compuestos destacan por sus efectos en la

salud los hidrocarburos aromáticos simples y los policíclicos (PAH). Dependiendo

de la composición del crudo estos pueden encontrarse en mayor o menor cantidad.

La intoxicación por hidrocarburos se puede dar por la ingesta, aspiración o contacto 67 :

Ingesta: La ingestión de hidrocarburos puede afectar a tres sistemas

orgánicos fundamentales: pulmón, aparato gastrointestinal y sistema

nervioso. Cuando afecta al pulmón, los síntomas respiratorios son tos, ahogo,

sibilancias y ronqueras. Generalmente se inician inmediatamente después

de la ingesta de hidrocarburos. Cuando afecta al aparato gastrointestinal,

generalmente son irritantes de boca, faringe e intestino. Muchos presentan

vómitos espontáneos, náuseas, malestar intestinal, distensión abdominal,

eructos y flatulencia. Cuando afecta al sistema nervioso central podrán darse

los síntomas de letargia, aturdimiento estupor y coma, pero son inusuales.

Aspiración: El pulmón es el órgano más vulnerable en la intoxicación por

hidrocarburos. Y ésta aparece fundamentalmente por aspiración. Se produce

una lesión directa de los capilares y el tejido pulmonar. El riesgo de aspiración

depende de las propiedades de viscosidad, volatilidad, y tensión superficial

del hidrocarburo. El mayor riesgo de aspiración corresponde a un producto

de baja viscosidad, baja tensión superficial y gran volatilidad.

Contacto: El contacto con hidrocarburos produce irritación de la piel y

picores, y la piel en este estado facilita la absorción de los componentes del

crudo. Se ha asociado un aumento del riesgo de cáncer de piel con la

presencia de hidrocarburos poliaromáticos (PAH). También se produce la

irritación de los ojos por contacto con gotas de crudo y algunos componentes

pueden ser absorbidos a través de la córnea.

67 ALONSO, R. Proyecto de recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos. Barcelona, España: Universidad Autónoma de Barcelona, 2012, p.17.

47

3.3.2 Generalidades de la biorremediación

3.3.2.1 Antecedentes

A nivel mundial

A nivel mundial existen diversas investigaciones relacionadas con la biorremediación con microorganismos para zonas impactadas con hidrocarburos. Por ejemplo, en México se realizó la biorremediación de suelo contaminado con aceites usados de talleres de servicio automotriz mediante biopilas utilizando cepas de Acinetobacter Sp, Sphingobacterium Sp y Stenotrophomona obteniendo porcentajes de remoción de las fracciones alifática de 93.7 a 87.1% y en la fracción aromática de 0 a 94.8% en 90 días de tratamiento 68.

Así mismo, en otro estudio realizado en Long Beach (California), aplicaron la biorremediación in situ en suelos contaminados con aceite diesel mediante el uso de microorganismos autóctonos complementada con la adición de nutrientes y oxígeno en el suelo (bioestimulación) 69, e inoculación de una mezcla enriquecida de consorcios bacterianos previamente extraída del mismo suelo (bioaumentación). Esto permitió encontrar consorcios bacterianos degradadores de hidrocarburos tales como Bacillus cereus, Bacillus sphaericus, Bacillus fusiformis, Bacillus pumilis, Acinetobacter junii, y Pseudomonas sp 70.

Finalmente, investigaciones similares realizadas en Cuba donde se estudió la capacidad de degradación por cepas aisladas de suelos contaminados con petróleo dejaron en evidencia que las Pseudomonas aeruginosas degradaron un 57% de la sustancia empleando el hidrocarburo como fuente principal de carbono y energía 71.

68 ANZA, H. Biorremediación de suelos contaminados con aceite automotriz usados mediante sistemas de biopilas. Campeche, México: Universidad Autónoma del Carmen, Revista Innovación más Desarrollo Vol. N°12, 2016, p. 50. 69 CUNNINGHAM, C. Comparison of Bioaugmentation and Bioestimulation in ex situ treatment of Diesel Contaminated Soil. Citado por BENAVIDES, J, et.al. Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle, 2006, p. 86. 70 TÉLLEZ, J. y VALDERRAMA, B. Microbiología del petróleo y sus derivados. Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México. 2000. Citado por BENAVIDES, J, et.al. Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle, 2006, p. 86. 71 PEREZ, R. Aislamiento y selección de una cepa bacteriana degradadora de hidrocarburos a partir de suelos contaminados con hidrocarburos. Santiago de Cuba, Cuba: Universidad de Oriente, Revista CENIC Ciencias Biológicas Vol. 39 (1), 2008.

48

A nivel nacional

En Colombia, existen algunas investigaciones donde se ha empleado la técnica de la biorremediación con microorganismos para descontaminar residuos y zonas impactadas por los hidrocarburos y sus derivados. Tal es el caso del tratamiento de lodos contaminados con aceites lubricantes usados provenientes de lavaderos de carros y lodos de alcantarillado de la zona industrial de Bucaramanga donde se aislaron, identificaron y conservaron cepas microbianas con capacidad degradadora de hidrocarburos totales de petróleo (HTP) como Pseudomonas spp., Pseudomonas aeruginosas, Acinetobacter spp, Enterobacter cloacae, Citrobacter spp., Bacillus brevis, Micrococcus sppy Nocardiaspp. Se obtuvieron porcentajes de remoción hasta 94% de HTP en 120 días y 84% en 40 días 72.

Otra investigación evaluó el efecto de la bioaumentación y bioestimulación de sedimentos contaminados con hidrocarburos de la Estación de Servicio de Combustible INTEGRA de Dosquebradas – Risaralda - Colombia, estos sedimentos eran producto del mantenimiento de las unidades de tratamiento de aguas residuales industriales, como lo eran: la trampa de grasa, canales perimetrales de la zona de distribución y/o venta del combustible, canales perimetrales de la zona de llenado de tanques de almacenamiento de combustible y desarenador del lavado de vehículos en la Estación de Servicio. Para el desarrollo de esta investigación, en la técnica de bioaumentación se adicionaron a los sedimentos de la Estación de Servicio, microorganismos adaptados a hidrocarburos, los cuales fueron incorporados con un suelo que fue contaminado anteriormente por un derrame de combustible, para la técnica de bioestimulación, a los sedimentos contaminados, se les adicionó un nutriente (Urea), se les agregaba agua y se realizaba un volteo manual, beneficiando el desarrollo y crecimiento de los microorganismos degradadores. Como resultado de esta investigación los mesocosmos presentaron tasas de degradación entre el 87,32 mg de Hidrocarburos totales de petróleo (HTP)/kg de suelo seco y 105,41 mg de HTP/kg de suelo seco, con porcentajes de reducción de contenido de hidrocarburo entre 79,7% y 95,1% 73.

3.3.2.2 Descripción del proceso de biorremediación

La biorremediación es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos y levaduras) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas

72 VÁSQUEZ, M, et.al. Biorremediación de lodos contaminados con aceites lubricantes usados. Bucaramanga, Colombia, Revista Colombiana de Biotecnología 12 (1), 2010, p. 141. 73 ÑUSTEZ, D. Biorremediación para la degradación de hidrocarburos totales presentes en los sedimentos de

una estación de servicio de combustible. Pereira, Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira, 2012. p.1.

49

contaminadas 74. Se emplea en casos de contaminación por plaguicidas, gasoil, gasolinas, aceites pesados y algunos compuestos halogenados.

Es sabido que los microorganismos que viven en el suelo y las aguas subterráneas son capaces de metabolizar la mayor parte de los compuestos orgánicos de síntesis que llegan a dichas matrices, y entre ellos, los hidrocarburos, cuya composición química es muy similar a la de los compuestos orgánicos naturales, generando principalmente agua y dióxido de carbono. Para que estos procesos metabólicos se lleven a cabo a pleno rendimiento, y puedan ser utilizados en el saneamiento de las matrices ambientales, deben darse unas condiciones óptimas de humedad, temperatura y nivel nutricional en los suelos 75.

El fundamento bioquímico de la biorremediación se halla en las reacciones de óxido – reducción que tiene lugar en la cadena respiratoria con el fin de obtener energía. La cadena inicia con un sustrato orgánico, algún hidrocarburo, por ejemplo, que actúa como dador de electrones, de modo que la actividad metabólica de la célula acabado degradando y consumiendo dicho sustrato. Los aceptores más comúnmente utilizados por los microorganismos son el oxígeno, los nitratos, el hierro (III), los sulfatos y el dióxido de carbono. Cuando el oxígeno es utilizado como aceptor de electrones la respiración microbiana se produce en condiciones aerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo aerobio; sin embargo, si utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono se produce en condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo anaerobio 76. Los anteriores procesos se muestran a continuación:

Figura 21. Proceso de degradación aerobia y anaerobia.

Fuente. TORRES Y ZULUAGA, 2009.

74 GLAZER, A., y NIKAIDO, H. Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology. Citado por:

TORRES, K., & ZULUAGA, T. Biorremediación de suelos contamiandos con hidrocarburos. Medellín, Colombia:

Universidad Nacional de Colombia: Facultad de Minas- Ingeniería Química., 2009, p. 35.

75 CASTELLS, X. Reciclaje y tratamiento de residuos diversos: Reciclaje de residuos industriales. Madrid,

España: Ediciones Díaz de Santos , 2012,p.1126.

76 Ibid. p.1126.

50

La mayoría de los contaminantes se degradan bajo condiciones aerobias. Sin embargo, determinados compuestos, como los compuestos alifáticos clorados, que resultan estables en condiciones aerobias, son fácilmente degradados en condiciones anaerobias. Otros incluso, como es el caso de los PCBs, se degradan primero en condiciones anaerobias, produciéndose una decloración rápida, para luego continuar su degradación bajo condiciones aerobias 77.

3.3.2.3 Tipos de biorremediación

Las técnicas de biorremediación se pueden clasificar en in situ o ex situ. En los tratamientos ex situ el suelo es excavado y transportado hasta la localización donde se implementará la tecnología, mientras que en los in situ el suelo y las aguas subterráneas son tratadas en su emplazamiento natural 78. A continuación, se describe detalladamente las características más relevantes asociadas a cada tipo de tratamiento:

Biorremediación in situ

La principal ventaja de los tratamientos in situ es que permite tratar el suelo sin necesidad de excavar o transportar, dando como resultado una disminución de los costos. Sin embargo, este tipo de tratamientos generalmente requiere de periodos de tratamiento más largos, es menos seguro en cuanto a la uniformidad del tratamiento debido a la heterogeneidad propia del suelo ya que es más difícil verificar la eficacia del proceso 79. Los tratamientos in situ más comunes se presentan a continuación 80 :

77 Ibid. p.1127.

78 LLADÓ, S. Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos pesados y caracterización de

comunidades microbianas implicadas. Barcelona, España: Universitat de Barcelona: Facultad de Biología -

Departamento de Microbiología., 2012, p.36.

79 VAN DEUREN, J, et.al. Remediation Technologies Screening Matrix and Reference Guide. Citado por

VOLKE, T. Biorremediación de suelos contaminados. México D.F, México: Centro Nacional de Investigación y

Capacitación Ambiental, Revista BioTecnología Vol. 7 (1),2002,p. 32.

80 VOLKE, T. Biorremediación de suelos contaminados. México D.F, México: Centro Nacional de Investigación

y Capacitación Ambiental, Revista BioTecnología Vol. 7 (1),2002,p.32 - 35.

51

Tabla 7. Tratamientos más comunes de biorremediación in situ.

Bioventeo

Descripción

El bioventeo es una tecnología relativamente nueva, cuyo objetivo es estimular la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de piezómetros de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de los microorganismos degradadores.

Aplicaciones

Se utiliza para tratar compuestos orgánicos biodegradables semivolátiles (COS) o no volátiles. Además de favorecer la degradación de contaminantes adsorbidos, pueden degradarse COV, por medio de su movimiento a través del suelo biológicamente activo. Se ha utilizado con éxito para remediar suelos contaminados con HTP, solventes no clorados, pesticidas y conservadores de la madera, entre algunos otros químicos.

Limitaciones

Algunos factores que pueden limitar la efectividad del bioventeo según son:

el tipo y la concentración del contaminante

falta de nutrientes

bajo contenido de humedad

dificultad para alcanzar el flujo de aire necesario

Costos y

tiempos de remediación

Es una tecnología en la que los tiempos de limpieza pueden variar desde algunos meses hasta varios años, y sus costos de operación varían entre 10 y 70 USD/m3. Esta tecnología no requiere de equipo caro, pero los costos pueden variar en función de la permeabilidad del suelo, espacio disponible, número de piezómetros y velocidad de bombeo.

Bioestimulación

Descripción

La bioestimulación implica la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo contaminado, para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos, y mejorar así la biodegradación de contaminantes orgánicos o bien, la inmovilización de contaminantes inorgánicos in situ.

Aplicaciones

Se ha usado con éxito para remediar suelos contaminados con gasolinas, COV, COS y pesticidas. Estudios a escala piloto, han mostrado

52

la biodegradación de suelos contaminados con desechos de municiones.

Limitaciones

Esta tecnología no es recomendable para suelos arcillosos, altamente estratificados o demasiado heterogéneos, ya que pueden provocar limitaciones en la transferencia de O2. Otros factores que pueden limitar su aplicación, incluyen:

que el tipo del suelo no favorezca el crecimiento microbiano

incremento en la movilidad de los contaminantes

obstrucción en los piezómetros de inyección provocada por el crecimiento microbiano

Costos y

tiempos de remediación

La limpieza de una pluma de contaminación, puede tomar varios años. Su costo oscila entre 30 y 100 USD/m3. La naturaleza y profundidad de los contaminantes y el uso de bioaumentación puede aumentar sus costos.

Bioaumentación

Descripción

Esta tecnología se utiliza cuando se requiere el tratamiento inmediato de un sitio contaminado, o cuando la microflora autóctona es insuficiente en número o capacidad degradadora. Consiste en la adición de microorganismos vivos, que tengan la capacidad para degradar el contaminante en cuestión, para promover su biodegradación o su biotransformación. El tamaño del inóculo a utilizar, depende del tamaño de la zona contaminada, de la dispersión de los contaminantes y de la velocidad de crecimiento de los microorganismos degradadores.

Aplicaciones

Se ha usado para tratar suelos contaminados con herbicidas (2,4-D, clorofam), insecticidas (lindano, clordano, paratión), clorofenoles (PCP) y nitrofenoles, BPC, HTP y HAP.También se ha aplicado efectivamente para tratar desechos con concentraciones relativamente altas de metales.

Limitaciones

Antes de llevar a cabo la bioaumentación en un sitio, deben realizarse cultivos de enriquecimiento, aislar microorganismos capaces de cometabolizar o utilizar el contaminante como fuente de carbono, y cultivarlos hasta obtener grandes cantidades de biomasa.

Costos y tiempos de remediación

Es una tecnología que puede durar varios meses o años, y su utilización no implica mucho capital ni costos de operación.

53

Biolabranza

Descripción

Durante el proceso de biolabranza, la superficie del suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por medio del arado. El suelo contaminado se mezcla con agentes de volumen y nutrientes, y se remueve periódicamente para favorecer su aireación. Las condiciones del suelo (pH, temperatura, aireación) se controlan para optimizar la velocidad de degradación y generalmente se incorporan cubiertas u otros métodos para el control de lixiviados. La diferencia entra la biolabranza y el composteo, es que, en la biolabranza, se mezcla el suelo contaminado con suelo limpio, mientras que el composteo generalmente se realiza sobre el suelo.

Aplicaciones

Los contaminantes tratados con éxito por biolabranza, incluyen diesel, gasolinas, lodos aceitosos, PCP, creosota y coque, además de algunos pesticidas y HTP. Es una tecnología de gran escala, que se practica en los Estados Unidos de América, Canadá, Reino Unido, Holanda, Suiza, Dinamarca, Francia y Nueva Zelanda.

Limitaciones

La biolabranza debe manejarse con cuidado para prevenir la contaminación de acuíferos, superficies de agua, aire o en la cadena alimenticia. El mayor problema es la posibilidad de lixiviados de los contaminantes hacia el suelo y el agua. Otra limitante para su utilización, es que, por la incorporación de suelo contaminado en suelo limpio, se genera un gran volumen de material contaminado. No es recomendable su uso para contaminantes diluidos, ni tampoco cuando no todos los contaminantes son biodegradables.


Es una tecnología de mediano a largo plazo. El costo para su aplicación en desechos peligrosos oscila entre 30 y 70 USD/ m3.

Descripción

Es un proceso natural que permite reducir la concentración de contaminantes hasta niveles aceptables. No es una tecnología per se, si no que generalmente describe un rango de procesos fisicoquímicos y biológicos que, por la intervención humana deliberada, reduce la concentración, toxicidad o movilidad de los contaminantes.

54

Atenuación natural

La consideración de esta opción, generalmente requiere del modelamiento y evaluación de las velocidades de degradación del contaminante. Durante el proceso, es necesario llevar a cabo muestreo y análisis, para confirmar que la limpieza procede a una velocidad consistente con las metas de limpieza.

Aplicaciones

Los contaminantes que pueden tratarse por esta tecnología son: solventes volátiles (incluyendo BPCs), HTPs, metales y explosivos. Gasolinas y algunos solventes clorados, son los compuestos más comúnmente evaluados por atenuación natural.

Limitaciones

Esta tecnología puede considerarse para la remediación de contaminantes en suelos, solamente si los factores específicos del sitio permiten mantener su uso. Estos factores incluyen: condiciones geológicas y geoquímicas favorables, tiempos razonables de biodegradación y presencia de microorganismos degradadores. Además, es necesaria la caracterización exhaustiva del sitio, con un monitoreo a largo plazo (aumento de costos); así como la verificación de la toxicidad de intermediarios y/o productos, y de la migración de contaminantes antes de su degradación o transformación.


Implica costos adicionales por el modelamiento para la predicción de velocidades de degradación. Implica costos adicionales para contenedores, muestreo y análisis para determinar el grado de contaminación y confirmar su degradación y el estado de la limpieza.

Descripción

La fitorremediación constituye una variación de las técnicas de biorremediación, que se basa en el uso de plantas y los microorganismos asociados a ellas, así como las enmiendas del suelo y técnicas agronómicas dirigidas a liberar, contener, o transformar en compuestos inocuos a los contaminantes del suelo. Hoy, las investigaciones en fitorremediación se encaminan no sólo al tratamiento de contaminantes inorgánicos (metales, metaloides, haluros y radionucleidos), sino también al tratamiento de contaminantes orgánicos; algunas

55

Fitorremediación

especies de plantas probadas con éxito en la fitorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo son Zea mays L., Panicum maximun Jacq., Paspalum virgatum L., Echinochloa polystachya H.B.K., Sorghum vulgare L., Phaseolus vulgaris L., Phaseolus coccineus L., Chamaecrista nictitans (L.) Moench., Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich) Stapf., Triticum aestivum L., Hordeum vulgare L., entre otras.

Aplicaciones

Puede aplicarse eficientemente para tratar suelos contaminados con compuestos orgánicos como benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos (BTEX); solventes clorados; HAP; desechos de nitrotolueno; agroquímicos clorados y organofosforados; además de compuestos inorgánicos como Cd, Cr(VI), Co, Cu, Pb, Ni, Se y Zn. Se ha demostrado también su eficiencia en la remoción de metales radioactivos y tóxicos de suelos y agua.

Limitaciones

Existen varias limitaciones que deben considerarse para su aplicación:

el tipo de plantas utilizado determina la profundidad a tratar

altas concentraciones de contaminantes pueden resultar tóxicas

puede depender de la estación del año

no es efectiva para tratar contaminantes fuertemente sorbidos

la toxicidad y biodisponibilidad de los productos de la degradación no siempre se conocen y pueden movilizarse o bioacumularse en animales.


Se estima que la fitorremediación de un suelo contaminado con Pb (50 cm de profundidad) puede costar entre 24,000 y 40,000 USD/ha.

Fuente. VOLKE, 2002

De esta manera, teniendo como base la descripción anterior se hace la aclaración

de que el proceso de remediación utilizado en el presente informe de pasantía

corresponde a la bioaumentación donde se utilizó un microrganismo especializado

en la degradación de hidrocarburos para garantizar la recuperación del medio

afectado.

56

Biorremediación ex situ

Las tecnologías ex situ generalmente requieren de periodos más cortos de que los tratamientos in situ. Son más seguros en cuanto a la uniformidad del tratamiento, ya que el sistema puede homogeneizarse, protegerse y mezclarse continuamente. Otra ventaja, es que los subproductos permanecen dentro de la unidad de tratamiento hasta la obtención de productos no peligrosos. Sin embargo, los tratamientos ex situ requieren de la excavación del suelo, lo que provoca un aumento en los costos y en la ingeniería para equipos. Las tecnologías para la biorremediación de suelos ex situ, en general incluyen procesos de composteo (biopilas) y el uso de biorreactores (de lodos y en fase sólida)81. Los tratamientos ex situ más comunes son 82 :

Tabla 8. Tratamientos más comunes de biorremediación ex situ.

Biorremediación

en fase sólida

(composteo)

Descripción

El composteo es un proceso biológico controlado, por el cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados con compuestos orgánicos biodegradables, para obtener subproductos inocuos estables. El material contaminado se mezcla con agentes de volumen (paja, aserrín, estiércol, desechos agrícolas), que son sustancias orgánicas sólidas biodegradables, adicionadas para mejorar el balance de nutrientes, así como para asegurar una mejor aireación y la generación del calor durante el proceso. Los sistemas de composteo incluyen tambores rotatorios, tanques circulares, recipientes abiertos y biopilas. Las pilas estáticas (biopilas) son una forma de composteo en el cual, además de agentes de volumen, el sistema se adiciona con agua y nutrientes, y se coloca en áreas de tratamiento (que incluyen alguna forma de aireación y sistemas para colectar lixiviados). Las pilas de suelo generalmente se cubren con plástico para controlar los lixiviados, la evaporación y la volatilización de contaminantes, además de favorecer su calentamiento.

El composteo se ha usado con éxito para remediar suelos contaminados con PCP, gasolinas, HTP, HAP. Se ha demostrado también la reducción, hasta niveles aceptables, en la concentración y toxicidad de explosivos (TNT). El uso de

81 VAN DEUREN, J. Op.Cit., p.36. 82 VOLKE, T. Op.Cit., p.36 -37.

57

Aplicaciones estrategias de composteo, se ha adoptado seriamente hasta los últimos tres a cinco años.

Limitaciones

Algunas limitaciones del proceso son:

necesidad de espacio

necesidad de excavar el suelo contaminado, lo que puede provocar la liberación de COV

incremento volumétrico del material a tratar

no pueden tratarse metales pesados

Costos y

tiempos de

remediación

El costo del composteo está en función de:

la cantidad y fracción de suelo a tratar

disponibilidad de agentes de volumen

tipo de contaminantes y proceso

necesidad de tratamientos previos y/o posteriores

necesidad de equipos para el control de COV.

Es una tecnología que puede llevar desde algunas semanas hasta varios meses. Los costos típicos se encuentran entre 130 y 260 USD/m3.

Biorremediación

en fase de lodos

(biorreactores)

Descripción

Los biorreactores pueden usarse para tratar suelos heterogéneos y poco permeables, o cuando es necesario disminuir el tiempo de tratamiento, ya que es posible combinar controlada y eficientemente, procesos químicos, físicos y biológicos, que mejoren y aceleren la biodegradación. Es la tecnología más adecuada cuando existen peligros potenciales de descargas y emisiones. Uno de los reactores más utilizados para biorremediar suelos es el biorreactor de lodos, en el cual el suelo contaminado se mezcla constantemente con un líquido, y la degradación se lleva a cabo en la fase acuosa por microorganismos en suspensión o inmovilizados en la fase sólida. El tratamiento puede realizarse también en lagunas construidas para este fin o bien en reactores sofisticados con control automático de mezclado.

Aplicaciones

Los biorreactores de lodos aerobios, se utilizan principalmente para tratar HTP, COS no halogenados y COV. Se utilizan también reactores secuenciales de lodos aerobios/anaerobios para

58

tratar BPC, COS halogenados, pesticidas y desechos de artillería.

Limitaciones

Algunos factores que pueden limitar el uso y efectividad de los biorreactores son:

el suelo debe tamizarse

suelos heterogéneos y arcillosos pueden generar problemas de manipulación

los productos intermediarios pueden ser más tóxicos que el contaminante original (en caso de explosivos o solventes clorados)

los residuos pueden requerir de tratamiento o disposición final

Costos y

tiempos de

remediación

Los biorreactores de lodos pueden clasificarse como una tecnología de corto a mediano plazo. El uso de biorreactores de lodos oscila entre 130 y 200 USD/m3.

Fuente. VOLKE, 2002

Una de las limitaciones que presentan las técnicas biológicas respecto a las técnicas fisicoquímicas es el tiempo necesario para alcanzar una biodegradación aceptable. Sin embargo, las técnicas físico-químicas, aun pudiendo ser más rápidas y efectivas en la disminución de la concentración de contaminantes, alteran o eliminan por completo la microbiota autóctona del suelo, modifican las características fisicoquímicas del suelo, y, además, no eliminan los contaminantes, si no que los trasladan a otro compartimento ambiental 83. Además, de que las técnicas biológicas son más rentables económicamente que las técnicas fisicoquímicas y no afectan otros compartimentos ambientales.

3.3.2.4 Factores que condicionan la biorremediación

La biodegradabilidad de una mezcla de hidrocarburos presente en un suelo y aguas

subterráneas contaminadas depende de diversos factores, los cuales pueden

clasificarse en cuatro en cuatro grupos 84:

83 LLADÓ, S. Op.Cit., p.38. 84 TORRES, K., & ZULUAGA, T. Biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Medellín,

Colombia: Universidad Nacional de Colombia: Facultad de Minas- Ingeniería Química., 2009, p. 37.

59

Factores medioambientales

Los factores medioambientales hacen referencia a aquellas condiciones del medio que determinan el desarrollo metabólico de los microorganismos encargados de la biorremediación. Entre los factores más relevantes se encuentran los citados por 85:

Tabla 9. Factores medioambientales que intervienen en la biorremediación de un suelo y agua subterránea

pH

No existen unas condiciones preestablecidas que sean óptimas en todos los casos, pero en términos generales el crecimiento de la mayor parte de los microorganismos es máximo dentro de un intervalo de pH situado entre 6 y 8. En general, el pH óptimo para las bacterias heterótrofas es neutro (pH 6 - 8), mientras que es más ácido para los hongos (pH 4 - 5). El pH óptimo establecido para procesos de biodegradación es neutro (pH 7,4 - 7,8) 86. Es necesario tener en cuenta que la variación del pH, además de afectar la actividad microbiana, también afecta la solubilización, adsorción y absorción de los contaminantes y de los iones87. Las formas catiónicas (NH4+, Mg2+, Ca2+) son más solubles a pH ácido mientras que las formas aniónicas (NO3 -, NO2 -, PO4 3- , Cl-) son más solubles a pH alcalino 88. Por lo tanto, si es necesario alcalinizar un suelo se utiliza arena de caliza e iones Ca2+ y Mg2+, mientras que para acidificar un suelo se utiliza FeSO4 89.

Es uno de los factores ambientales más importantes que afecta la actividad metabólica de los microorganismos y la tasa de biodegradación. Generalmente, las especies

85 Ibid. p. 38. 86 DIBLE, J., & BARTHA, R. Effect of environment parameters on the biodegradationof oil sludge. Applied

environmental microbiology 37,1979,p. 729 - 739.

87 STAUNTON, S.Effect of pH and some organic anions on the solubility of soil phospphate: implications for P

bioavailability. Eur J Soil Sci, 47 ,1996,p. 231 -239 .

88 SING et.al , B. Effects of soil pH on the biodegradation of chlorpyrifos and isolation of a chlorpyrifos-degrading

bacterium. Appl Environ Microbiol 69, 2003, p. 5198 - 5120.

89 BAKER, K. Bioremediation of surface and subsurface soils. New York, : McGraw-Hill., 1994.

60

Temperatura bacterianas crecen a intervalos de temperatura bastante reducidos, entre 20 y 30 °C (condiciones mesófilas), decreciendo la biodegradación por desnaturalización de las enzimas a temperaturas superiores a 40 °C e inhibiéndose a inferiores a 0 °C.

Humedad

Los microorganismos requieren unas condiciones mínimas de humedad para su crecimiento. El agua forma parte del protoplasma bacteriano y sirve como medio de transporte a través del cual los compuestos orgánicos y nutrientes son movilizados hasta el interior de las células. Un exceso de humedad inhibirá el crecimiento bacteriano al reducir la concentración de oxígeno en el suelo (el rango varía en función de la técnica). En términos generales, una alta humedad puede impedir la transferencia de gases a través del suelo, que afecta los procesos de biorremediación, así como problemas durante la excavación y transporte, además de aumentar costos durante el uso de métodos de remediación térmicos 90. Igualmente, una baja humedad reduce la actividad metabólica bacteriana91.

Oxígeno

Es el aceptor final de electrones generalmente empleado en procesos biológicos y también es necesario en determinados tipos de reacciones de oxidación – reducción catalizada por enzimas. Los microorganismos, oxidan compuestos orgánicos o inorgánicos, obteniendo así la energía necesaria para su crecimiento. El proceso de oxidación da lugar a electrones que intervienen una cadena de reacciones en el interior de la célula y, al final, deben ser vertidos en el entorno. El aceptor final de electrones es el receptor de los mismos y, en el caso de un metabolismo aerobio, O2 es el aceptor y H2O es el producto. La mayor parte de hidrocarburos presentes en los productos petrolíferos son degradados con mayor extensión y rapidez de forma aeróbica (O2 como aceptor final de electrones), ya que en ausencia de O2, y en presencia de aceptores de electrones alternativos (NO3 -, SO4 2- , CO2, Mn4+ y Fe3+) los hidrocarburos pueden ser

90 KEEL et.al, C. Conservation of the 2,4-diacetylphloroglucinol biosynthesislocus among fluorescent

Pseudomonas strains from diverse geographic locations. Appl Environ Microbiol. 62, 1996, p. 552 -563.

91 DIBLE, J., & BARTHA, R. Op.Cit.

61

degradados, pero con unas tasas de biodegradación muy inferiores a las aeróbicas.

Necesidad de nutrientes

inorgánicos

Los nutrientes principalmente requeridos son el fósforo y el nitrógeno, por tanto, las concentraciones asimilables de dichos elementos presentes en el suelo, suelen ser limitantes para un incremento y activación de la población microbiana, mientras que otros nutrientes esenciales como el Ca2+, Na+, Fe2+ y SO4 2- ya están presentes en cantidades suficientes. La adición de fuentes de N y P inorgánicas, generalmente tiene un efecto positivo incrementando las poblaciones microbianas y las tasas de biodegradación de hidrocarburos en suelos contaminados. Las proporciones molares de C: N: P, descritas en la bibliografía, respecto al contenido de carbono a degradar son muy distintas; el rango normal de C: N: P depende del sistema de tratamiento a emplear, siendo de modo habitual 100:10:1. Sin embargo, el uso excesivo de nutrientes inorgánicos también puede inhibir los procesos de biodegradación.

Fuente: TORRES Y ZULUAGA, 2009.

Factores físicos

Los factores físicos están ligados estrechamente con los medioambientales descritos anteriormente debido a que también determinan las condiciones del medio, y, por ende, el desarrollo metabólico de los microorganismos encargados de la biorremediación. Entre los factores más relevantes se encuentran según 92:

Tabla 10. Factores físicos que intervienen en la biorremediación del suelo y el agua subterránea.

Biodisponibilidad

La tasa de degradación depende tanto de la capacidad de transporte y del metabolismo microbiano, como de la transferencia de masas del compuesto. La relación entre estos factores se conoce como biodisponibilidad. En los suelos uno de los factores limitantes para la biodegradación es la transferencia de masas, ya que los microorganismos de los suelos contaminados, suelen tener amplias capacidades biodegradativas al estar expuestos a una gran variedad de compuestos orgánicos diferentes. Por lo tanto, la adsorción, la absorción, desadsorción, disolución y la difusión son fenómenos, propios de la transferencia de

92 TORRES, K., & ZULUAGA, T. Op. Cit, p.40.

62

masas, que condicionan la biodisponibilidad de los contaminantes. Con la finalidad de aumentar la biodisponibilidad de los contaminantes existen numerosos ejemplos en la bibliografía de la utilización de tensoactivos sintéticos y biotensoactivos en la biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos.

Presencia de agua

Ésta es necesaria ya que, como se ha visto con anterioridad, los microorganismos toman en carbono orgánico, los nutrientes inorgánicos y los aceptores de electrones, necesarios para el crecimiento microbiano, de la fase líquida. Por lo tanto, el agua debe estar en contacto con los contaminantes en cantidades que permitan el desarrollo de las comunidades microbianas. Sin embargo, el agua puede llegar a inhibir el flujo de aire y reducir el sumito de oxígeno necesario para la respiración microbiana. Existen valores de humedad óptima para biorremediación de terrenos no saturados, que habitualmente están entre 150 y 250 grados de agua por kg de terreno seco.


Factores químicos

Los factores químicos hacen referencia fundamentalmente al estudio de las propiedades fisicoquímicas del contaminante y sus interacciones con el ambiente y los microorganismos degradadores. Entre los factores a considerar están 93:

Tabla 11. Factores químicos que intervienen en la biorremediación del suelo y el agua subterránea.

Estructura química

La inherente biodegradabilidad de un hidrocarburo depende, en gran medida, de su estructura molecular. Siendo los parámetros que más van a afectar la halogenación, la existencia de ramificaciones, la baja solubilidad en el agua y la diferente carga atómica. De las distintas familias de hidrocarburos del petróleo, los n-alcanos y los alcanos ramificados (isoprenoides) de cadena intermedia (C10-C20) son los sustratos más fácilmente degradables por los microorganismos del suelo, y que por lo tanto tienden a ser eficazmente biodegradados. Sin embargo, los alcanos de cadena larga (>C20) son más difíciles de degradar debido a su (elevado peso molecular) y su baja

93 TORRES, K., & ZULUAGA, T. Op. Cit, p.41.

63

solubilidad en agua. Los cicloalcanos, por norma general, se degradan más lentamente que los n-alcanos y alcanos ramificados. De igual forma, los HAPs que contienen de 2 a 3 anillos aromáticos pueden ser biodegradados eficazmente en el suelo en condiciones ambientales óptimas, mientras que los HAPs de 4 anillos, y especialmente, los de 5 o más anillos bencénicos presentan una mayor recalcitrancia inherente y una baja solubilidad. Las fracciones de resinas y asfaltenos son las que presentan una menor degradabilidad debido a las complejas estructuras químicas y al elevado peso molecular de sus moléculas.


Factores microbiológicos

Los factores microbiológicos hacen referencia a la capacidad que tienen los microorganismos para degradar el contaminante. El factor microbiológico más importante en la biorremediación es la transformación biológica de compuestos orgánicos, catalizada por acción de las enzimas. La biodegradación de un compuesto específico es frecuentemente un proceso que se realiza paso a paso en el cual se involucran muchas enzimas y muchos organismos. Las enzimas son específicas en términos de los compuestos que atacan y las reacciones que catalizan. Más de una enzima es normalmente requerida para romper una sustancia orgánica. Frecuentemente, los organismos que tienen las enzimas para degradar están presentes en el suelo 94.

3.3.2.5 Microorganismos comúnmente utilizados en la degradación de hidrocarburos

Los microorganismos se adaptan o desarrollan su metabolismo en función de los parámetros físico-químicos (pH, temperatura, humedad, etc) así como de los compuestos químicos que se encuentran en su ambiente inmediato. El petróleo y los hidrocarburos se encuentran naturalmente presentes en el suelo, lo que ha permitido a muchos microorganismos acostumbrarse a su presencia y utilizarlos para sobrevivir. En el caso de los hidrocarburos, las bacterias gram negativas parecen encontrarse más adaptadas a estas fuentes de carbono 95.

94 Ibid., p.41 95 VENOSA, A, et.al. Citado por BRAIBANT, C. Op.Cit. p. 18.

64

Al consultar la literatura se ha establecido una serie de microrganismos capaces de degradar los hidrocarburos, entre los más relevantes se encuentran 96:

Tabla 12. Especies microbianas más utilizadas en la degradación de petróleo y sus derivados.

Sustrato Tipo de microorganismo Grupo microbiano/ especies

Petróleo

Bacterias

Pseudomonas sp.

Arthrobacter

Alcaligenes

Corynebacterium

Flavobacterium

Achromobacter

Micrococcus

Mycobacterium

Nocardia

Bacillus sp.

Streptomyces sp.

Acinetobacter sp.

Hongos

Aspergillus

Penicillium

Gliocladium

Emericella

Graphium

Acremonium

Eupenicillium

Talaromyces

Trichoderma

Paecilomyces

Actinomicetos

Gordona sp

96 HERNÁNDEZ, E, et.al. Restauración de suelos contaminados con hidrocarburos: conceptos básicos. México: Colegio de postgraduados, 2004, p. 26.

65

Mycobacterium sp

Cianobacterias

Asfalto

Bacterias

Acinetobacter calcoaceticus

Diesel Pseudomonas sp.

n-octacosaco Arthrobacter nicotianae

n-hexadecano Pseudomonas aeruginosa

Fenantreno Pseudomonas paucimobilis

Fluoreno Pseudomonas vesicularis

Fluoranteno Alcaligenes denitrificans

BaP

benzo(a)pireno

Hongos

Trichoderma

Paecilomyces

Hidrocarburos polinucleo

aromáticos

Cunninghamella elegans

Phanerochaete

chrysosporium

Fuente: HERNÁNDEZ, 2004.

3.3.2.6 Descripción de los productos biológicos empleados durante este

proyecto para la biorremediación de suelos y aguas contaminadas.

En la presente pasantía se realizó una biorremediación in situ por bioaumentación utilizando un producto biológico especializado en el tratamiento de suelo y el agua subterránea conocido como Biodyne® 101 el cual es avalado por la Superintendencia de Industria y Comercio y por el Instituto Colombiano del Petróleo por sus aportes a la biorremediación de sitios contaminados 97.

Este producto biológico fue desarrollado por primera vez en 1989 como una alternativa de tratamiento de los pasivos ambientales acumulados durante décadas de exploración y producción petrolera en Estados Unidos. Inicialmente el producto se formuló con menos de 10 cepas, pero pronto se fue mejorando gracias a un intenso programa de investigación y desarrollo (R&D), hasta convertirlo hoy en día en uno de los inóculos más completos del mercado que maneja un consorcio de 28

97 SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO. Boletín biotecnológico: Biorremediación de sitios contaminados. Bogotá D.C., Colombia: Banco de Patentes SIC., 2014, p. 13.

66

cepas de ocurrencia natural y que exhiben capacidades muy especiales de degradación98.

En estos 23 años Biodyne® 101 ha sido usado en cientos de proyectos de biorremediación de suelos y aguas aceitosas entre los cuales vale la pena destacar el mega proyecto in – situ conocido como la Refinería 18 de Marzo en Ciudad de México en el año 2010 y el derrame de crudo del Golfo de México que impactó algunas playas en el mismo año. Igualmente se han tratado numerosas fugas y plumas de contaminación de Estaciones de Gasolina en Estados Unidos y otros países del mundo, derrames de oleoductos, volcaduras de camiones cisterna, accidentes en campos petroleros, descontaminación de propiedades para venderlas y tratamiento in – situ de suelos donde se han removido tanques de almacenamiento de combustibles 99.

Del mismo modo, el consorcio de microorganismos presentes en Biodyne®101 se usa diariamente como inoculante de cientos de Plantas de Agua Residual (PTAR) que tratan aguas aceitosas de procesos industriales y recirculación de agua de lavaderos. Otra aplicación interesante del Biodyne® 101 ha sido en la técnica conocida como “Microbial Enhance Oil Recovery” o (MEO) para reducir la cantidad de parafina en piezómetros petroleros. Este uso ha sido muy exitoso en Estados Unidos en Texas y Oklahoma donde la inoculación de Biodyne® 101 ha mejorado la producción hasta en un 25%.

Es de resaltar que por razones de patentes y propiedad intelectual y por el alcance

de la presente pasantía no fue posible determinar a detalle qué clase de

microorganismos y cepas componían el producto, aunque se presume que pueden

ser algunos de los grupos microbianos descritos anteriormente en la revisión

bibliográfica. Sin embargo, su historial de uso demuestra su efectividad.

A continuación, se describen algunas de sus especificaciones técnicas, aunque

para obtener más detalles se recomienda ver las fichas técnicas y de seguridad

ubicadas en el anexo I y J respectivamente:

98 BIODYNE INC. Biodyne® 101: Biorremediación de suelos y aguas contaminadas con hidrocarburos.

Sarasota, Florida, Estados Unidos, 2018.

99 Ibid.,2018.

67

Tabla 13. Especificaciones técnicas del producto biológico

Especificaciones Técnicas:

Bacterias Gram + y Gram – con un amplio rango de afinidad por moléculas de hidrocarburos derivados del petróleo y habilidad para remover sulfuro de hidrógeno.

Cultivos unicelulares que atacan diversas moléculas derivadas de hidrocarburos bajo condiciones aeróbicas y de oxigeno limitado.

Composición

Inóculo microbiológico líquido compuesto por un consorcio de 28 cepas de vida libre.

Capacidad de degradación:

Degradación de hidrocarburos alifáticos: Corta cadenas de hidrocarburos que pueden ir desde hexenos a grandes parafinas, en moléculas pequeñas (incluso agua y dióxido de carbón).

Degradación de hidrocarburos aromáticos volátiles: Ha demostrado la habilidad de romper compuestos de BTEX y MTBE presentes en muchos combustibles.

Degradación de hidrocarburos aromáticos polinucleares: Ha demostrado la habilidad de romper dos anillos de naftaleno y transformarlos a los seis anillos representantes del diesel y los combustibles.

Advertencias

Biodyne® 101 no es tóxico, no es patógeno, no es cáustico y no es corrosivo. No afecta a los humanos, animales, plantas o a la vida marina y es seguro de usar en cualquier sistema de plomería. Manténgase fuera del alcance de los niños.

Fuente: BIODYNE INC., 2018.

Adicionalmente, para potenciar el metabolismo de las cepas de Biodyne® 101

durante los inicios del proceso se decidió agregar ocasionalmente un biofertilizante

orgánico al suelo conocido como Fertibac ya que garantizaba la presencia de

nitrógeno y fósforo en el medio pues como se vio anteriormente uno de los factores

que limitan la biorremediación por parte de los microorganismos especializados es

la disponibilidad de nutrientes. La ficha técnica de Fertibac se puede consultar en el

anexo K.

68

3.3.2.7 Parámetros indicadores de la metabolización de los hidrocarburos

Como lo indican las figuras anteriores, la oxidación de los hidrocarburos produce ácidos grasos que son utilizados por las bacterias o liberadas en el medio. Si este es el caso, el pH del medio disminuye. Esta acidificación se emplea como parámetro para evaluar la degradación, junto con otras según 100:

El incremento de la población microbiana a lo largo del tiempo es el resultado del consumo de los hidrocarburos como fuente de carbono y energía. Este aumento de población puede visualizarse al medir la turbidez del medio (la densidad óptica), la evolución de la materia seca y la viabilidad (UFC/ml) en el tiempo.

La disminución de la concentración de hidrocarburo en el medio puede ser un segundo indicador de la degradación. Si la población logra utilizar el contaminante como fuente de carbono, la concentración del mismo debe disminuir con el tiempo y ser reemplazado en el medio por nuevos metabolitos. La determinación de la concentración puede hacerse por métodos analíticos (cromatografía, absorción IR) o de Immunoassay (kits enzimáticos).

La evolución de la Demanda Bioquímica de Oxígeno puede también constituir un indicador de la actividad de degradación que realizan los microorganismos sobre las fuentes de carbono empleando al oxígeno como aceptor de electrones. Una prueba respirométrica puede llevarse a cabo sobre un suelo contaminado en presencia de microorganismos

100 BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y

Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.24 -25.

69

4. DESCRIPCIÓN METODOLÓGICA

El proceso metodológico empleado en el presente documento está dividido en las siguientes fases:

4.1 Fase de diagnóstico

En esta fase metodológica se realizaron muestreos de suelo y de agua subterránea en cada una de las siete zonas de interés para evaluar las condiciones en las que se encontraban e identificar problemas de contaminación asociados a los compuestos de hidrocarburos y con base en los resultados de las muestras determinar qué áreas deberían estar sujetas a un proceso de biorremediación. Las actividades que se realizaron se describen a continuación:

4.1.1 Perforaciones exploratorias e instalación de piezómetros de observación

y monitoreo

Se realizaron tres perforaciones exploratorias en cada una de las siete áreas de

interés debido a que permitían triangular las zonas afectadas en función del flujo

de agua subterránea y el relieve de la zona. De esta manera se realizan en total 21

perforaciones exploratorias y en cada una de ellas se toman muestras de suelo

cada 0.5 m para la evaluación de:

Litología

Concentraciones de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV´s) empleando un

Medidor de Vapores Orgánicos (OVM) que permite medir los vapores que se

originan por gasificación o por evaporación de sustancias derivadas del petróleo

o de otras sustancias orgánicas.

Evidencia organoléptica de hidrocarburos

De lo anterior, fueron enviados a análisis químico las muestras de suelo de la zona

superior del suelo natural (0.5m) y la del último tramo previo a alcanzar la zona

saturada según recomendaciones de la autoridad ambiental. Este análisis es

realizado por un laboratorio acreditado ante el Instituto de Hidrología, Meteorología

y Estudios Ambientales de Colombia- IDEAM.

Los compuestos de interés para el presente estudio correspondieron a

Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH GRO, TPH ERO/ORO y TPH DRO) y

BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos).

70

La localización de las perforaciones exploratorias se muestra a continuación:

Tabla 14. Localización de los puntos de perforación exploratoria dentro de las zonas definidas dentro del predio

Localización de los puntos de perforación exploratoria

Zona 1: Zona de infiltración No. 1

P1- Z1: Punto 1 Zona 1 P2- Z1: Punto 2 Zona 1 P3- Z1: Punto 3 Zona 1

71



72



73

Zona 4: Zona antigua almacenamiento de combustible


74

Zona 5: Zona de almacenamiento de canecas de 55 galones


75

Zona 6: Zona de almacenamiento de canecas de 55 galones en zona verde


76

Zona 7: Pozos sépticos – Ps2


Fuente: APIC, 2017

77

Durante las perforaciones exploratorias y por medio de un PID FOTOIONIZADOR

marca RKI- EAGLE 2, calibrado el 25 de abril de 2017, se realiza toma de COV´s

(compuestos orgánicos volátiles) para determinar la saturación de suelo en cuanto

a gas y vapores que puedan indicar una posible contaminación por hidrocarburos,

los COV´s tiene un límite de detección de 100 ppm según la guía de manejo

ambiental para estaciones de servicio de combustible.

De esta manera, se selecciona la perforación más representativa de cada zona de

interés en función de los resultados de los COV´s por lo cual quedan finalmente 7

piezómetros los cuales van a ser georreferenciados ante la autoridad ambiental y

en los cuales se van a realizar las actividades de monitoreo y seguimiento.

4.1.2 Acompañamiento técnico para la toma de muestras de suelo

Para la ejecución de la muestra, se verificó que se siguieran los lineamientos dados

por la autoridad ambiental y por el Manual técnico para la Ejecución de Análisis de

Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos. Las acciones

que se desarrollaron fueron:

La toma de muestras de suelo se realizó teniendo en cuenta métodos de perforación y muestreo que garantizaban que éstas no fueran alteradas, con el fin de evitar algún tipo de contaminación cruzada se utilizaron métodos de recolección como la cuchara partida (Split spoon).

Se siguieron los procedimientos y metodologías de muestreo y análisis de laboratorio consecuentes con lo establecido en las metodologías EPA y las guías técnicas de la American Society for Testing and Materials ASTM.

La profundidad de las perforaciones estuvo sujeta al nivel freático, siendo indispensable que las muestras de suelo fueran colectadas antes de llegar a la zona saturada. Para ello se tomaron muestras cada 50 cm.

Los parámetros a analizar por cada tipo de muestra fueron *: o Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH GRO, TPH ERO/ORO, TPH

DRO). o BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos)

Las muestras fueron simples (material colectado en un solo punto de muestreo) y nunca compuestas.

78

*Es de resaltar que los anteriores parámetros fueron medidos y analizados por ANALQUIM LTDA laboratorio certificado por el IDEAM mediante las resoluciones de acreditación No.1215 de 2016, 2147 de 2016, 2828 de 2016 y 1722 de 2017 para la toma y análisis de muestras de agua, suelo y aire.

4.1.3 Acompañamiento técnico para la toma de muestras de agua subterránea

Se hizo el acompañamiento técnico en la realización del muestreo de agua subterránea para los piezómetros. Previamente, a la toma de la muestra se realizó una limpieza de los piezómetros empleando un desengrasante industrial con el propósito de retirar cualquier residuo de hidrocarburo que se encontrara adherido a las paredes de los tubos y que pudiera afectar los resultados de laboratorio. Adicionalmente, se desarrolló el piezómetro, es decir, se retiró el exceso de emulsión asfáltica presente en el agua subterránea dentro del mismo empleando un bailer, esto es posible por la diferencia de densidades de los fluidos que hace parte del hidrocarburo se suspenda en la parte superior de la lámina de agua dentro del piezómetro.

Para la ejecución de la muestra, se verificó que se siguieran los lineamientos dados

por la autoridad ambiental. Las acciones que se desarrollaron fueron:

Se desarrollaron en los piezómetros las mediciones de profundidad del agua subterránea y si fuera el caso de producto en fase libre.

Se realizaron pruebas slug en los piezómetros seleccionados con el propósito de calcular la conductividad hidráulica.

El muestreo se realizó utilizando técnicas de muestreo de aguas subterráneas que impidieran la pérdida de vapores durante la actividad, adicionalmente, se efectuaron la medición de parámetros in situ tales como *: o pH o Conductividad específica o Temperatura o Oxígeno disuelto OD o Hidrocarburos totales de Petróleo (TPH GRO, TPH ERO y TPH DRO) o BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos)

*Es de resaltar que los anteriores parámetros fueron medidos y analizados por ANALQUIM LTDA laboratorio certificado por el IDEAM mediante las resoluciones de acreditación No.1215 de 2016, 2147 de 2016, 2828 de 2016 y 1722 de 2017 para la toma y análisis de muestras de agua, suelo y aire.

79

4.1.4 Comparación de los resultados con la normatividad aplicable

En esta fase del proceso se procedió a aplicar el Manual técnico para la Ejecución

de Análisis de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos

(MTEAR) donde se compararon los resultados de suelo y agua subterránea con los

Límites Genéricos Basados en Riesgos (LGBRs) del nivel 1 del Manual. Esto

permitió determinar cuáles piezómetros estarían sujetos a un proceso de

biorremediación con el propósito de disminuir las concentraciones de contaminante.

4.2 Fase de biorremediación in situ

La fase de biorremediación in situ por la técnica de bioaumentación de suelo y agua

subterránea se realizó en los piezómetros más contaminados según resultados de

los muestreos realizados en la fase anterior. Para ello se tuvieron en cuenta los

siguientes criterios:

4.2.1 Dosificación del producto biológico

Para determinar la dosificación del producto biológico Fertibac y Biodyne® 101 se

procedió a realizar los siguientes cálculos teniendo en cuenta que la dosis

recomendada para tratamientos in situ es de mínimo 1.5 L de producto por cada 1

m3 de agua o suelo a tratar según la ficha técnica del producto (Anexo I).

De esta manera, se procedió a calcular el volumen de agua presente en el

piezómetro a través de la siguiente expresión matemática:

V = πr2h

Para aplicar la anterior expresión se tuvo en cuenta la altura del nivel freático

respecto al borde superior del tubo según pruebas slug (0.918 m), la longitud de la

tubería (5 m) y el diámetro de la misma (0.0508 m):

V = π x( 0.0508 m)2x 4.082 m

V = 0.033 m3

80

Figura 22. Volumen de agua subterránea presente dentro del piezómetro

Fuente: APIC, 2017

Entonces, la dosificación de producto biológico utilizada dentro del piezómetro fue

de:

1.5 L

1 m3 x 0.033 m3 = 0.050 L = 50 mL

4.2.2 Tiempo de aplicación

Según la ficha técnica del producto (Anexo I) se recomienda realizar aplicaciones

regulares de 3 a 6 meses, aunque, los tiempos pueden variar dependiendo de la

evolución del proceso. Para el caso del presente proyecto el tiempo empleado para

realizar las aplicaciones fue cercano a los 2 meses teniendo en cuenta los hallazgos

y la evolución encontrada según los muestreos realizados.

4.2.3 Procedimiento de aplicación del producto biológico

Inicialmente, durante los primeros días del proceso se adicionaron nutrientes al

medio como Nitrógeno, Fosforo y Potasio a través de la aplicación del

81

biofertilizante natural Fertibac, teniendo en cuenta que la disponibilidad de

nutrientes en el medio tiene un efecto positivo sobre las poblaciones microbianas

especializadas que posteriormente se aplicaron y que eran las encargadas de la

degradación de los hidrocarburos.

Posteriormente se procedió a la aplicación de producto biológico especializado

Biodyne® 101 cada día intermedio durante un periodo cercano a los 2 meses.

En los días en los que se realizaba la aplicación se extraía el agua subterránea

mediante un bailer y se verificaban las condiciones en las cuales se encontraba

(color, presencia de trazas de hidrocarburos o de iridiscencia) y se verificaba si

había metabolización del hidrocarburo.

Posteriormente, se procedía a utilizar paños oleofílicos para ayudar a remover

los excesos de hidrocarburo que pudieran quedar en el medio lo que permitía

que los microorganismos agilizaran aún más su proceso de degradación.

Luego, se aplicaban 50 ml de producto biológico al agua subterránea extraída y

se procedía a airearla a través de agitación continua. Esto potencializaba el

metabolismo de los microorganismos que degradaban el contaminante de forma

aerobia. Finalmente, se agregaba esta mezcla dentro de los piezómetros para

garantizar el proceso de degradación del hidrocarburo.

Posteriormente de acuerdo con los resultados alcanzados se hizo un nuevo muestreo para evaluar la eficiencia del proceso y decidir si continuar con otra fase de tratamiento o si parar.

4.3 Fase de evaluación posterior a la biorremediación in situ

Para evaluar la eficiencia del proceso de biorremediación se procedió a realizar un nuevo muestreo de suelo a través de una perforación exploratoria cercana ubicada dentro de la zona de intervención para determinar si efectivamente las concentraciones de los compuestos de interés habían disminuido hasta situarse dentro de los Límites Genéricos Basados en Riesgos (LGBRs) establecidos en el MTEAR.

Esto implicó realizar un nuevo acompañamiento técnico como el descrito en la fase previa para la toma de muestras de suelos de las cuales fueron enviadas a un nuevo análisis químico las muestras de la zona superior del suelo natural (0.5m) y la del último tramo previo a alcanzar la zona saturada según recomendaciones de la autoridad ambiental.

82

Es de resaltar que los anteriores parámetros fueron medidos y analizados por ANALQUIM LTDA laboratorio certificado por el IDEAM mediante las resoluciones de acreditación No.1215 de 2016, 2147 de 2016, 2828 de 2016 y 1722 de 2017 para la toma y análisis de muestras de agua, suelo y aire.

83

5. RESULTADOS E INTERPRETACIÓN

5.1 Fase de diagnóstico

5.1.1 Resultados de las perforaciones exploratorias e instalación de

piezómetros de observación y monitoreo

La medición de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV´s) in situ se realizó con el PID Fotoionizador RKI- EAGLE 2, calibrado el 25 de abril de 2017, los datos registrados en campo correspondían al resultado “pico” indicado por el equipo, el cual registró el valor más representativo. Figura 23. Medición de COV´s empleando un fotoionizador

(a) Fotoionizador para medición de COV´s (b) Muestras de suelos analizadas cada 0.5 m

Fuente: APIC, 2017

A continuación, se presentan los resultados de la medición de COV’s en los tres puntos realizados para cada una de las zonas, adicionalmente, se presenta la descripción estratigráfica de cada uno. Zona 1

Las perforaciones realizadas en la zona 1 permitieron realizar la siguiente descripción estratigráfica del suelo:

84

Tabla 15. Descripción estratigráfica del suelo para la zona 1.

Descripción estratigráfica del suelo para la zona 1

P1 -Z1 P2 -Z1 P3-Z1

0-0.7 m

Relleno de material de excavación con escombros

0-0.5 m Relleno de material de excavación con escombros

0-0.6 m Relleno de limo con material de excavación

0.7-1 m

Relleno de material de excavación (limo café oscuro y capa vegetal)

0.5-1.2 m Relleno de material de excavación (limo café oscuro y capa vegetal)

0.6-1.3 m Relleno de

material de

excavación con

escombros

ocasionales

1.0-2.1 m Limo arcilloso café claro



1.5 m Punto de saturación



2.1- 3.6 m Arcilla gris 2.1- 4.3 m Arcilla gris 1.8- 3.7m Arcilla gris

3.6- 4.7 m Arcilla limosa gris


3.7- 5.0m Arcilla limosa gris

Fuente: APIC, 2017

Adicionalmente, se midieron las concentraciones de los Compuestos Orgánicos

Volátiles (COV´s) con un PIT Fotoionizador arrojando los siguientes resultados

cada 0.50 m:

Tabla 16. Resultados de COV´s para la zona 1.

Resultados de COV´s (ppm) para la zona 1

Profundidad (m) Punto 1 Punto 2 Punto 3

0.5 1 0 0

1.0 2 0 0

1.5 0 0 0

2.0 0 0 0

2.5 0 0 0

3.0 0 0 N.R

3.5 0 0 0

Fuente: APIC, 2017

Zona 2


85



P1 -Z2 P2 -Z2 P3-Z2

0-0.3 m

Relleno de

limo suelto

café bastante

seco con

residuos

plásticos.

0-0.55 m Relleno de limo con material de excavación.

0-0.7 m

Relleno de limo

con material de

excavación.

0.3-0.9 m

Relleno de

limo café

oscuro y capa

vegetal

0.55-1.1m

Suelo orgánico

saturado con

raíces.

0.6-1.1 m Limo arcilloso café oscuro con raíces


1.1- 1.8m

Limo arcilloso

café claro


2.1- 4.6 m Arcilla gris 1.4 m Punto de saturación



1.8- 4.2 m

Arcilla gris con

oxidación

1.6- 4.3m Arcilla gris



4.3- 4.7m Arcilla limosa gris

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:



Profundidad (m) Punto 1 Punto 2 Punto 3 0.5 0 0 0

1.0 3 5 0

1.5 0 1 0

2.0 3 2 0

2.5 0 2 0

3.0 0 0 0

3.5 0 N. R 0

4.0 0 2 0

4.5 - 4 0

Fuente: APIC, 2017

86

Zona 3

Las perforaciones realizadas en la zona 3 permitieron realizar la siguiente descripción estratigráfica del suelo: Tabla 19. Descripción estratigráfica del suelo para la zona 3.


P1 -Z3 P2 -Z3 P3-Z3

0-0.5 m

Relleno de

limo suelto

café bastante

seco con

residuos

plásticos.

0-0.9 m

Relleno de

material de

excavación -

limo café

oscuro con

raíces.

0-1.3 m Relleno de material de excavación

0.5-1.5 m

Limo arcilloso

saturado.

0.9-1.3 m Limo orgánico saturado.


1.1 m Punto de saturación.


1.3-1.8 m Limo arcilloso café oscuro.

1.5-1.6 m Limo arcilloso café claro.



1.6- 4.30m Arcilla gris. 1.9- 4.1 m Arcilla gris. 2.6- 3.7m Arcilla gris.

4.3- 5.0 m Arcilla limosa gris.


3.7- 4.8m Arcilla limosa gris.

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:




0.5 N. R 0 6

1.0 0 0 0

1.5 4 0 0

2.0 0 0 0

2.5 0 0 1

3.0 0 0 0

3.5 0 1 0

4.0 0 - -

Fuente: APIC, 2017

87

Zona 4



P1 -Z4 P2 -Z4 P3-Z4

0-0.8 m Relleno de material de excavación

0-0.07 m Placa de concreto

0-0.07 m Placa de concreto

0.8-1.7 m Limo arcilloso café oscuro saturado

0.07-0.4m Relleno de recebo

0.07-0.3 m Relleno de material de excavación


0.4-0.7 m Limo arcilloso café oscuro


1.7- 4.4 m Arcilla gris. 0.7-1.6 m Limo arcilloso café claro




1.6- 3.6 m Arcilla gris.

1.6- 4.4 Arcilla gris.

3.6- 5.0 m Arcilla limosa gris oscura. 4.4- 5.0 m

Arcilla limosa gris.

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:




0.5 0 297 5

1.0 4 356 3

1.5 0 15 0

2.0 0 16 0

2.5 0 7 0

3.0 0 6 0

3.5 0 22 0

4.0 0 N.R 0

4.5 0 33 0

Fuente: APIC, 2017

88

Zona 5




P1 -Z5 P2 -Z5 P3-Z5

0-0.10 m Placa de concreto.

0-0.10 m Placa de concreto.

0-0.5 m

Relleno de material de excavación con residuos de construcción.

0.10-0.4 m Relleno de recebo un poco húmedo.

0.10-0.4 m

Relleno de recebo un poco húmedo.

0.5-1.2 m

Relleno de material de excavación oxidado y capa vegetal.


0.4-0.7 m Limo arcilloso café oscuro


1 m Punto de saturación.



1.6- 3.7 m Arcilla gris. 1.1 m Punto de saturación.

2.1- 4.3 m Arcilla gris.


1.6- 3.6 m Arcilla gris. 4.3- 4.7 m Arcilla limosa gris.

- - 3.6- 4.7 m Arcilla limosa gris.

- -

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:

Tabla 24. Resultados de COV´s para la zona 5



0.5 0 0 0

1.0 0 25 0

1.5 0 0 0

2.0 0 0 0

2.5 0 0 0

3.0 1 0 0

3.5 4 0 0

4.0 5 0 N. R

89

4.5 0 0 0

Fuente: APIC, 2017

Zona 6



P1 -Z6 P2 -Z6 P3-Z6

0-0.6 m Relleno de material de excavación.



0.6-1.9 m

Limo arcilloso

café oscuro

oxidado.









3.1- 3.8 m Arcilla gris. 3.5- 3.9 m Arcilla gris. 3.1- 4.0 m Arcilla gris.



4.0 - 4.8 m Arcilla limosa gris.

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:




0.5 0 1 0

1.0 0 0 0

1.5 0 0 0

2.0 0 0 0

2.5 0 0 N. R

3.0 0 0 0

3.5 0 - 0

TOTAL 4.5 m 4.5 m 4.8 m

Fuente: APIC, 2017

90

Zona 7


Descripción estratigráfica del suelo

P1 -Z7 P2 -Z7 P3-Z7




0.55-1.0 m Limo arcilloso

café oscuro. 0.50-0.9m

Limo arcilloso café oscuro.


1.0-.1.6 m Limo arcilloso café claro.


1.0-.1.6 m Limo arcilloso café claro.




1.6- 3.8 m Arcilla gris. 1.5- 3.9 m Arcilla gris. 1.6- 4.0 m Arcilla gris.

3.8 – 4.6m Arcilla limosa gris.

3.9 - 4.6m Arcilla limosa gris.

4.0 – 5.0 m Arcilla limosa gris.

Fuente: APIC, 2017



cada 0.50 m:




0.5 0 0 0

1.0 0 0 0

1.5 0 0 0

2.0 0 0 0

2.5 0 0 0

3.0 0 0 0

3.5 0 0 0

4.0 0 0 0

4.5 - - 0

TOTAL 4.6 m 4.5 m 5.0 m

Fuente: APIC, 2017

De esta manera, fueron enviadas a análisis químico las muestras de suelo de todas las perforaciones exploratorias de la zona superior del suelo natural (0.5m) y la del último tramo previo a alcanzar la zona saturada según recomendaciones de la

91

autoridad ambiental las cuales fueron embaladas y conservadas para análisis por el laboratorio ANALQUIM LTDA, laboratorio certificado por el IDEAM mediante las resoluciones de acreditación No.1215 de 2016, 2147 de 2016, 2828 de 2016 y 1722 de 2017 para la toma y análisis de muestras de agua, suelo y aire. A continuación, se muestra el registro fotográfico de la recolección de las muestras de suelo:

(a) Muestras de suelos obtenidas cada 0.5m (b) Embalaje de las muestras de suelo

Fuente: APIC, 2017

Finalmente, de acuerdo a los hallazgos encontrados durante las perforaciones

exploratorias se seleccionó la perforación más representativa de cada zona de

interés teniendo en cuenta las concentraciones de Compuestos Orgánicos Volátiles

(COV´s) y las evidencias halladas durante la toma de muestras de suelos, siendo

la zona 4 el único lugar donde se presentaron valores de COV´s por encima de 100

ppm.

Por ende, tomando como referencia la perforación más significativa de cada zona

se construyeron 7 piezómetros los cuales fueron georreferenciados ante la

autoridad ambiental y en los cuales se realizaron las actividades de monitoreo y

seguimiento en las zonas de interés previamente definidas.

Figura 24. Recolección de las muestras de suelo

92

Figura 25. Esquema general de un piezómetro.

Fuente: NTC 3948

93

5.1.2 Resultados e interpretación para la matriz suelo

A continuación, se presentan los resultados de la matriz suelo para el piezómetro 4

que está ubicado en la antigua zona de almacenamiento de hidrocarburo y en el

cual según las mediciones previas de COV’s presentaba valores por encima de 100

ppm siendo el único piezómetro que sobrepasaba el límite de COV’s establecido

por la guía de manejo ambiental para estaciones de servicio de combustible e

instalaciones afines.

Para efectos de análisis, una vez reportados los resultados por el laboratorio se

comparan con los Límites Genéricos Basados en Riesgos (LGBRs) establecidos en

el nivel 1 del Manual Técnico para la Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios

de Distribución de Derivados de Hidrocarburos (MTEAR). Los resultados detallados

a profundidad están disponibles para su consulta en el anexo L, sin embargo, a

continuación, se presentan las concentraciones de los compuestos de interés para

efectos de análisis:

Tabla 29. Evaluación de los resultados de suelo respecto a los LGBRs de referencia

Compuestos de interés

Exposición a Suelo Industrial/Comercial

LGBRS Piezómetro 4

(mg/Kg)

LGBRs de referencia Migración a agua

subterránea (mg/Kg)

¿Cumple?

BTEX SUB

Benceno <0.050 Benceno 0.35 Si

Tolueno <0.050 Tolueno 100 Si

Etilbenceno 0.47 Etilbenceno 200 Si

Xilenos 1 Xilenos

(mezclados) 430 Si

TPH C10 – C40 SUB

230 TPH

DRO/ERO 990 Si

TPH C6 – C10 (GRO) SUB

420 TPH GRO 330 No

Fuente: ANALQUÍM LTDA, 2017 y MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y

DESARROLLO TERRITORIAL, 2007

Se evidencia que de los compuestos de interés analizados tan sólo el TPH C6 – C10

(GRO) SUB presenta una concentración que se encuentra por encima de los límites

permitidos por los LGBRs de referencia lo que indica que hay contaminación del

suelo en la antigua zona de almacenamiento de hidrocarburo.

De esta manera, siguiendo las indicaciones del MTEAR esta zona debe someterse

a un proceso de remediación para disminuir las concentraciones del compuesto de

interés y garantizar el cumplimiento normativo.

94

5.1.3 Resultados e interpretación para la matriz agua subterránea

A continuación, se presentan los resultados de la matriz agua subterránea para el

piezómetro 4 que está ubicado en la antigua zona de almacenamiento de

hidrocarburo y en el cual según las mediciones previas de COV’s presentaba

valores por encima de 100 ppm siendo el único piezómetro que sobrepasaba el

límite de COV’s establecido por la guía de manejo ambiental para estaciones de

servicio de combustible e instalaciones afines.

Para efectos de análisis, una vez reportados los resultados por el laboratorio se

comparan con los Límites Genéricos Basados en Riesgos (LGBRs) establecidos en

el Manual Técnico para la Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios de

Distribución de Derivados de Hidrocarburos (MTEAR). Los resultados detallados a

profundidad están disponibles para su consulta en el anexo M, sin embargo, a

continuación, se presentan las concentraciones de los compuestos de interés para

efectos de análisis:

Tabla 30. Evaluación de los resultados de agua subterránea respecto a los LGBRs de referencia.


Exposición a Agua Subterránea/Superficial No Potable

LGBRS Piezómetro 4

(mg/L)

LGBRs de referencia No Potable

(mg/L)

¿Cumple?

Compuestos Orgánicos Volátiles No Halogenados

(BTEX)

Benceno <0.460 Benceno 0.052 Si*

Tolueno

<0.410 Tolueno 8.2 Si

Etilbenceno

<0.400 Etilbenceno 10 Si

p- Xileno + m - Xileno

<0.520 Xilenos (mezclados)

20 Si O - Xileno <0.390

TPH C10 – C40 SUB

1.2308 TPH

DRO/ERO 4 Si


< 1.030 TPH GRO 2.4 Si



* Después de un análisis cromatográfico se determinó que el compuesto no se encuentra

por encima del límite de cuantificación.

El análisis cromatográfico de los anteriores compuestos de interés muestra que

todos se encuentran dentro de los límites permisibles establecidos por el MTEAR

95

con lo cual no es necesario tomar medidas de remediación para esta matriz.

Evidencia de esto es que el cromatograma no presentó coincidencia en tiempo de

retención con ninguno de los picos estándar de los compuestos de interés por

encima del límite de cuantificación.

Lo anterior indica que no se ha producido una migración del contaminante desde el

suelo hacia el agua subterránea debido a que ésta no presenta concentraciones

significativas del mismo que incumplan la normatividad, esto puede deberse a que

la presencia mayoritaria de arcilla y su distribución en la columna estratigráfica del

suelo hace que la capacidad de retención aumente y que por ende focalice y limite

la transmisión del contaminante.

5.1.4 Cálculo de la conductividad hidráulica mediante pruebas slug

La conductividad hidráulica saturada (K) en términos cualitativos es la habilidad del

suelo para conducir el agua, es un parámetro esencial para describir el movimiento

del agua en el suelo 101.

Existen diversos métodos para determinar la conductividad hidráulica en el suelo y

dentro de éstos el ensayo slug es una técnica ampliamente utilizada para estimar

los datos que permiten calcular la conductividad hidráulica in situ 102. Se basa en la

medida de la recuperación del nivel del agua después de un cambio instantáneo en

el mismo.

Este cambio en el nivel del agua se realiza provocando un repentino descenso o

ascenso del nivel piezométrico H, que se recupera hasta las condiciones iniciales.

La función H(t) posteriormente se utiliza en la interpretación y evaluación de las

propiedades hidráulicas del piezómetro en las proximidades del sondeo. El cambio

de nivel inicial puede ser negativo si se realiza una extracción de agua, o positivo

en caso de inyección103.

101 KLUTE, A. Laboratory Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Soil. Citado por PFEIFFER, M. Comparación de dos métodos de campo y uno de laboratorio para la medición de conductividad hidráulica saturada en el suelo. Santiago de Chile, Chile: Universidad de Chile – Facultad de Ciencias Agronómicas, 2008, p.7

102 KRUSEMAN, G. y RIDER, N. Analysis and Evaluation of Pumping Test Dat. Citado por ZABALA, M, et.al.

Utilización de ensayos de pulso para la estimación de la conductividad hidráulica en la cuenca del royo del azul, provincia de Buenos Aires, Argentina. Buenos Aires, Argentina: Instituto de Hidrología de llanuras, 2006. 103 SAMPER, J, et.al. Revisión bibliográfica y métodos de interpretación automática de ensayos hidráulicos en medios poco permeables. Citado por ZABALA, M, et.al. Utilización de ensayos de pulso para la estimación de la conductividad hidráulica en la cuenca del royo del azul, provincia de Buenos Aires, Argentina. Buenos Aires, Argentina: Instituto de Hidrología de llanuras, 2006.

96

El conocimiento de la conductividad hidráulica (K) es necesario como dato inicial en

modelos numéricos para predecir el comportamiento del flujo del agua o fluidos a

través del suelo el cual depende de las características de la matriz y del fluido

contenido en el suelo. Además, se puede destacar su empleo en estudios tanto de

calidad como de contaminación de las aguas subterráneas, estudios de

contaminación ya sea puntual o difusa, almacenamiento de residuos y

descontaminación de acuíferos entre otras104.

De esta manera, se procedió a determinar la conductividad hidráulica para el

piezómetro 4 debido a que es el principal piezómetro de monitoreo registrado ante

la Secretaría Distrital de Ambiente (SDA) ubicado en la antigua zona de

almacenamiento de hidrocarburo. Como primer paso, se utilizó una sonda

especializada en la medición de los niveles de agua subterránea en piezómetros

para que nos permita conocer la altura del nivel freático y los niveles obtenidos

después de una alteración inducida del mismo.

La sonda utilizada corresponde a una Solints Model 101 y en términos generales,

posee una cinta métrica de aproximadamente 300 m de largo la cual tiene en un

extremo un sensor que se activa y genera un ruido cuando entra en contacto con la

lámina de agua. En este sentido, los niveles de agua se determinan relacionando la

profundidad obtenida apenas se genera el ruido. A continuación, se ilustra su uso:

Figura 26. Sonda para la medición de niveles de agua en piezómetros.

Fuente: GIS IBÉRICA, 2003

104 DONADO, L. Modelo de conductividad hidráulica en suelos. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia – Facultad de Ingeniería, 2004, p.5.

97

(a) Sonda para medición de niveles (b) Sensor que indica la presencia de agua.

Fuente: APIC, 2017

De esta manera, se procede a emplear el método de Hvorslev para calcular la

conductividad hidráulica con base en los datos obtenidos con la sonda utilizada en

las pruebas slug. El fundamento de este método es que la conductividad hidráulica

viene dada por la siguiente expresión 105:

Figura 28. Fórmula de cálculo de la conductividad hidráulica.

Fuente: SÁNCHEZ, 2017

La memoria de cálculo de los ensayos realizados para el piezómetro 4 puede ser

consultada en el anexo N debido a la complejidad de los cálculos y su extensión.

105 SÁNCHEZ, F. Medidas puntuales de permeabilidad (“slug tests”). Salamanca, España: Universidad de

Salamanca – Departamento de Geología, 2017.

Figura 27. Medición de los niveles de agua subterránea para el piezómetro 4.

98

Sin embargo, a continuación, se presenta el consolidado de datos que resumen los

resultados obtenidos:

Tabla 31. Consolidado de conductividad hidráulica para el piezómetro 4.

Piezómetro de

monitoreo

Fecha de la

prueba

Ensayo

Conductividad hidráulica K (m/día)

Observaciones

Piezómetro

N° 4

24/10/2017

1 7.01 Día nublado con lluvias ocasionales 25/10/2017

2 11.63

3 14.02

26/10/2017

4 25.43 Día con abundantes precipitaciones

Fuente: Elaboración propia.

Para entender, la magnitud de los anteriores resultados, se toma como referencia

los valores de permeabilidad del suelo establecidos por diversos estudios realizados

por 106 :

Tabla 32. Valores de referencia para la conductividad hidráulica.

Grado de permeabilidad Conductividad hidráulica

K (cm/s) Conductividad hidráulica

K (m/día)

Elevada 0.1 > 86,4

Media 0.1 – 0.001 86.4 – 0.864

Baja 0.001 – 0.00001 0.864 - 0.00864

Muy baja 0.00001 – 0.0000001 0.00864 – 0.0000864

Prácticamente impermeable

< 0.0000001 < 0.0000864

Fuente: Whitlow, 1994.

Esto deja en evidencia que para esta área donde se ubicaba la antigua zona de

almacenamiento de hidrocarburo la conductividad hidráulica es de media a baja. Por

ende, menores valores de conductividad hidráulica garantizan la focalización y

eventualmente la poca dispersión del contaminante en una zona, en contraste, con

lo que podría pasar cuando hay valores altos de la misma.

106 WHITLOW, R. Fundamentos de mecánica de suelos. Compañía Editorial Continental, 1994.

99

5.2 Fase de biorremediación in situ para la matriz suelo

La biorremediación in situ por bioaumentación se realizó para el suelo teniendo en

cuenta que los resultados de los muestreos previos demostraron que esta matriz

excedía los valores de referencia del Manual Técnico para la Ejecución de Análisis

de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos (MTEAR)

para el compuesto TPH GRO.

El proceso de biorremediación se ejecutó a comienzos de octubre aplicando durante los primeros días el biofertilizante natural Fertibac con el propósito de garantizar la disponibilidad de nutrientes en el suelo y permitir las condiciones adecuadas de desarrollo metabólico al producto biológico especializado en hidrocarburos conocido como Biodyne® 101 en el piezómetro 4.

Para ello, tal como se describió en la metodología se hizo la aplicación del producto cada día intermedio, se verificaron las condiciones del medio y la evolución del proceso y se facilitó la aireación del mismo. De esta manera, se le hizo seguimiento de manera constante al proceso durante un periodo cercano a los 2 meses.

En este sentido, el registro fotográfico y los principales hallazgos encontrados a lo largo del proceso de biorremediación pueden ser consultados en el anexo O debido a la cantidad de registros incorporados.

Sin embargo, a continuación, se presenta un consolidado que sintetiza los principales hallazgos encontrados durante el tiempo que se apoyó la biorremediación:

Tabla 33. Consolidado de hallazgos del proceso de biorremediación para el piezómetro 4.

PIEZÓMETRO 4

FECHA HALLAZGOS

Del 14/10/2017 hasta el 16/10/2017

Durante este tiempo se aplicó 50 ml del biofertilizante conocido como Fertibacter. Los principales hallazgos muestran que el agua subterránea extraída presentaba gran cantidad de trazas de hidrocarburos dispersos distribuidos a lo largo del recipiente donde se dispuso la muestra.

Del 18/10/2017 hasta el 01/11/2017

Se aplicó el producto biológico especializado conocido como Biodyne ® 101 aprovechando los nutrientes suministrados por el biofertilizante natural. Los principales hallazgos mostraban que después de la aplicación el agua subterránea presentaba una disminución de la cantidad de trazas de hidrocarburos, aparecían residuos ocasionales de neme.

100

Del 03/11/2017 hasta el 11/11/2017

Los hallazgos muestran que hay después de haber aplicado Biodyne ®101 hay un encapsulamiento de las trazas de hidrocarburo pues estas aparecen más compactas y en menor cantidad. Hay ausencia de residuos de neme. Para hacer más eficiente el proceso se procede a remover estas trazas empleando paños oleofílicos para posteriormente aplicar la dosis respectiva del producto biológico.

Del 14/11/2017 hasta el 24/11/2017

Los hallazgos muestran que la utilización de los paños oleofílicos y la aplicación de producto biológico ha contribuido a disminuir la presencia de trazas de hidrocarburo en el agua subterránea pues no hay evidencia de trazas de hidrocarburo o de neme en el agua.

*Los hallazgos anteriores pueden verificarse en el registro fotográfico que se encuentra en

el anexo O de este documento.

Se evidencia que el proceso de biorremediación de suelo y agua subterránea para

este piezómetro tuvo una evolución constante a lo largo del tiempo, pues

inicialmente aparecían gran cantidad de trazas de hidrocarburo y residuos de

emulsión asfáltica. Sin embargo, desde la primera aplicación de Biodyne ® 101 se

empezó a notar la degradación del hidrocarburo pues paulatinamente se empezó a

notar un encapsulamiento de los mismos ya que no aparecían en forma de trazas

dispersas en el agua subterránea, sino que estaban compactas lo que indicaba un

aislamiento del mismo. De esta manera, se evidenció que con el paso de los días

dicho encapsulamiento desaparecía y con él las trazas de hidrocarburo presentes

en el medio, aunque, se seguía aplicando producto biológico para garantizar la

remoción de todo el contaminante. Es de resaltar, que la aireación y la aplicación

continua de las dosis garantizaron estos resultados, al igual, que la utilización de los

paños oleofílicos que facilitaron la remoción del exceso de hidrocarburo.

5.3 Fase de evaluación posterior a la biorremediación in situ

Una vez finalizado el proceso de biorremediación in situ en el piezómetro 4 se

procedió a determinar la eficiencia de degradación del proceso y es por ello que se

realizó un nuevo análisis de muestras de suelo a través de una perforación

exploratoria contigua al piezómetro ubicada dentro de la zona de intervención.

A continuación, se presentan los resultados de la matriz suelo para esa perforación

contigua al piezómetro 4 y se procede a comparar con los Límites Genéricos

Basados en Riesgos (LGBRs) establecidos en el Manual Técnico para la Ejecución

de Análisis de Riesgos para Sitios de Distribución de Derivados de Hidrocarburos

(MTEAR). Los resultados detallados a profundidad están disponibles para su

101

consulta en el anexo P, sin embargo, a continuación, se presentan las

concentraciones de los compuestos de interés para efectos de análisis:

Tabla 34. Evaluación de los LGBRs después de haber terminado el proceso de biorremediación.


Exposición a Suelo Industrial/Comercial

LGBRS Piezómetro 4

(mg/Kg)

LGBRs de referencia Migración a agua

subterránea (mg/Kg)

¿Cumple?

BTEX SUB

Benceno <0.050 Benceno 0.35 Si

Tolueno <0.050 Tolueno 100 Si

Etilbenceno <0.050 Etilbenceno 200 Si

Xilenos <0.10 Xilenos

(mezclados) 430 Si

TPH C10 – C40 SUB

<6.7 TPH

DRO/ERO 990 Si


<38 TPH GRO 330 Si



Se evidencia que el compuesto de interés TPH C6 – C10 (GRO) por el cual se inició

el proceso de biorremediación disminuyó su concentración situándose dentro de los

límites permitidos por los LGBRs de referencia del MTEAR. Igualmente, los otros

compuestos también disminuyeron su concentración a pesar de haber cumplido en

la fase previa con el reglamento normativo.

Esto deja en evidencia que la de la biorremediación in situ implementada aceleró la

degradación de los compuestos de hidrocarburos transformándolos en sustancias

menos nocivas para el medio con valores aceptables que encuentran dentro de los

límites de los LGBR´S.

102

6. CONCLUSIONES

Por medio de las perforaciones exploratorias y con la medición de los

compuestos orgánicos volátiles (COV´s) se pudo establecer preliminarmente el

grado de saturación que tenía el suelo en cuanto a gas y vapores asociados a

sustancias derivadas de hidrocarburos, siendo 100 ppm el limite a partir del cual

se generó un estado de alerta por la eventual presencia de contaminante tal

como sucedió en el piezómetro 4 en donde se registraron valores que triplicaban

el valor de referencia y que indicaban que era necesario evaluar el sitio y tomar

las respectivas acciones correctivas.

Se evidencia que la implementación de la biorremediación in situ por

bioaumentación de microorganismos especializados fue una técnica efectiva

que contribuyó a la degradación de los hidrocarburos bajo determinadas

condiciones de aireación, dosificación y aplicación constante. Una muestra de

ello fue la disminución que se logró en el proceso en donde se redujo cerca del

90% de la concentración del compuesto de interés TPH GRO.

La medición de la conductividad hidráulica permitió conocer la facilidad con la

que los compuestos de interés se podían dispersar en el medio. Los valores

obtenidos en el piezómetro 4 indicaban que había una conductividad media a

baja asociada a la presencia de arcilla y arcilla limosa, lo cual sugería una

focalización y poca dispersión del contaminante hacia otras zonas, y prueba de

lo anterior fueron los valores de COV's los cuales excedían el límite de referencia

únicamente en esta zona y no en otras de acuerdo a las perforaciones

exploratorias realizadas.

103

7. RECOMENDACIONES

Para acelerar el proceso de biorremediación in situ por bioaumentación de

microorganismos especializados se podría hacer uso de equipos de aireación

mecánica para airear los piezómetros involucrados en el proceso, ya que esto

garantizaría continuamente las condiciones aeróbicas en las cuales el metabolismo

de los microorganismos procesa más rápidamente el hidrocarburo.

104

BIBLIOGRAFÍA

ALCADÍA LOCAL DE FONTIBÓN. Plan ambiental local de Fontibón 2017 – 2020. Bogotá, Colombia: 2017. p.20.

ALONSO, R. Proyecto de recuperación de suelos contaminados con hidrocarburos. Barcelona, España: Universidad Autónoma de Barcelona, 2012, p.17.

ANZA, H. Biorremediación de suelos contaminados con aceite automotriz usados mediante sistemas de biopilas. Campeche, México: Universidad Autónoma del Carmen, Revista Innovación más Desarrollo Vol. N°12, 2016, p. 50.

APIC Servicios Ambientales e Ingeniería S.A.S. Proyecto N° 140917:

Biorremediación de suelo contaminado con hidrocarburos en un predio

ubicado en la localidad de Fontibón. Bogotá, Colombia, 2017.

BAKER, K. Bioremediation of surface and subsurface soils. New York, : McGraw-Hill., 1994.

BENAVIDES, J, et.al. Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle, 2006, p. 86.

BING MAPS. Imágenes Satelitales de Bogotá, Colombia. Consultado el 05

de enero de 2018. Disponible en https://www.bing.com/maps, 2018.

BIODYNE INC. Biodyne® 101: Biorremediación de suelos y aguas contaminadas con hidrocarburos. Sarasota, Florida, Estados Unidos, 2018.

BOLLAG, J. Decontaminating soil with enzymes: An in situ method using

phenolic and anilinic compounds. Environ. Sci. Technol. 26:1876–1881.

BRAIBANT, C. Estudio del potencial de degradación de los hidrocarburos por Acinetobacter sp. y Pseudomonas putida para su aplicación en la biorremediación de suelos contaminados. Cartago, Costa Rica: Instituto Tecnológico de Costa Rica - Escuela de Biología. , 2004, p.11.

BURGOS, R. Biodegradación: degradación de hidrocarburos [en línea]. Universitát Autónoma de Barcelona. Consultado el 04 de enero de 2018. Disponible en internet en http://bioinformatica.uab.es/biocomputacio/treballs02-

https://www.bing.com/maps

105

03/RBurgos/dades/degradación_de_hidrocarburos.htm, España: Barcelona, 2018.

CAMPOS, I.Saneamiento Ambiental. San José de Costa Rica, Costa Rica:

EUNED, 2003.

CANDO, M. Determinación y análisis de un proceso de biorremediación de

suelos contaminados por hidrocarburos. Cuenca, Ecuador: Universidad

Politécnica Salesiana – Ingeniería Ambiental, 2011, p.22.

CASTELLS, X. Reciclaje y tratamiento de residuos diversos: Reciclaje de

residuos industriales. Madrid, España: Ediciones Díaz de Santos ,

2012,p.1126.

CASTRO, G. Informe final: Diseño monitoreo frente a derrames de

hidrocarburos. Quillota, Chile: Ministerio de Agricultura de Chile, 2007, p. 44.

COGUA, M. Dinámica de la construcción por usos localidad de Fontibón.

Bogotá, Colombia: Alcaldía Mayor de Bogotá – Bogotá Humana, 2013, p. 36.

DIBLE, J., & BARTHA, R. Effect of environment parameters on the

biodegradationof oil sludge. Applied environmental microbiology 37,1979,p.

729 - 739.

DONADO, L. Modelo de conductividad hidráulica en suelos. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia – Facultad de Ingeniería, 2004, p.5.

FERNÁNDEZ, C, et.al. Biodegradación de asfaltenos y resinas por

microorganismos presentes en suelo contaminado con hidrocarburo.

Caracas, Venezuela: Universidad de Carabobo, 2008.

GIS IBÉRICA. Equipos de precisión [en línea]. Consultado el 06 de enero de

2018. Disponible en http://www.gisiberica.com/ , España, 2003.

GOOGLE EARTH. Imágenes Satelitales de Bogotá, Colombia. Consultado el

05 de enero de 2018., 2017.

HERNÁNDEZ, E, et.al. Restauración de suelos contaminados con

hidrocarburos: conceptos básicos. México: Colegio de postgraduados, 2004,

p. 26.

http://www.gisiberica.com/

106

ICONTEC. NTC 3948: Gestión ambiental. Suelo. especificaciones técnicas para la construcción de un pozo de monitores para aguas subterráneas. Bogotá, Colombia, 1996.

INGEOMINAS. Mapa geológico de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000.

Bogotá, Colombia: Subdirección de ingeniería geoambiental, 1997.

INGEOMINAS. Mapa hidrogeológico de Santa Fe de Bogotá a escala

1:50.000. Bogotá, Colombia: Proyecto de microzonificación sísmica de Santa

Fe de Bogotá, 1996.

INGEOMINAS. Mapa de morfoestructura y modelados de Cundinamarca a

escala 1:1.200.000. Bogotá, Colombia, 1988.

INSTITUTO DE ESTUDIOS URBANOS UNAL. Diagnóstico Local con

Participación Social Fontibón – Localidad 09. Bogotá, Colombia: Universidad

Nacional de Colombia, s.f, p.225.

JIMÉNEZ, D. Estudio de impacto ambiental generado por un derrame de

hidrocarburos sobre una zona estuarina, aledaña al terminal de ecopetrol en

Tumaco. Bogotá, Colombia: Universidad de la Salle - Facultad de Ingeniería

Ambiental y Sanitaria, 2006.

KEEL et.al, C. Conservation of the 2,4-diacetylphloroglucinol

biosynthesislocus among fluorescent Pseudomonas strains from diverse

geographic locations. Appl Environ Microbiol. 62, 1996, p. 552 -563.

LUQUE, J. Desempeño de cuatro especies vegetales para fitorremediar suelos contaminados con hidrocarburos en Patagonia. Argentina: Universidad Maimónides, 2009, p. 17.

LLADÓ, S. Biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos

pesados y caracterización de comunidades microbianas implicadas.

Barcelona, España: Universitat de Barcelona: Facultad de Biología -

Departamento de Microbiología., 2012, p.36.

LARGO, E. Degradación de alcanos mediante Alcanivorax venustensis

inmovilizada en hidrogeles adhesivos y biodegradables. España: Universidad

del País Vasco, 2010.p.9.

MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL. Manual Técnico para la Ejecución de Análisis de Riesgos para Sitios de

107

Distribución de Derivados de Hidrocarburos (MTEAR). Bogotá, Colombia, 2007.

MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE. Guía de manejo ambiental para estaciones de servicio de combustible. Santafé de Bogotá, Colombia, 1999.

MONTAÑA, D. Características de compresibilidad y resistencia de arcillas típicas del depósito lacustre de Bogotá. Bogotá, Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2013, p.18.

ÑUSTEZ, D. Biorremediación para la degradación de hidrocarburos totales presentes en los sedimentos de una estación de servicio de combustible. Pereira, Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira, 2012.

OBSERVATORIO SOCIAL DE FONTIBÓN. Visor geográfico del

Observatorio Social de Fontibón [en línea]. Consultado el 04 de enero de

2018. Disponible en internet en

http://gestionycalidad.org/observatorio/?bloque=visor&op=0 . Bogotá,

Colombia, 2018.

OLSON, J, et.al. Biodegradation rates of separated diesel components.

Environmental Toxicology and Chemistry 18 (11), 1999, p. 2448 – 2453.

PARDO, J, et.al. Efecto de la Adición de Fertilizantes Inorgánicos Compuestos en la Degradación de Hidrocarburos en Suelos Contaminados con Petróleo. Bogotá, Colombia: NOVA - Publicación Científica ISSN:1794-2370 Vol.2 No. 2, 2004, p.1-108.

PAUL, E. y CLARK FE. Soil microbiology and biochemistry. San Diego: Academic Press; 1998.

PFEIFFER, M. Comparación de dos métodos de campo y uno de laboratorio para la medición de conductividad hidráulica saturada en el suelo. Santiago de Chile, Chile: Universidad de Chile – Facultad de Ciencias Agronómicas, 2008, p.7

PEREZ, R. Aislamiento y selección de una cepa bacteriana degradadora de hidrocarburos a partir de suelos contaminados con hidrocarburos. Santiago de Cuba, Cuba: Universidad de Oriente, Revista CENIC Ciencias Biológicas Vol. 39 (1), 2008.

http://gestionycalidad.org/observatorio/?bloque=visor&op=0

108

REPSOL. Fisicoquímica del asfalto [en línea]. Consultado el 04 de enero de

2018. Disponible en internet en

https://www.repsol.com/pe_es/peru/productos-servicios/asfaltos/fisico-

quimica/composicion/, Perú, 2018.

RESTREPO F. y RESTREPO J. Hola Química Tomo 2. Medellín, Colombia:

Susaeta Ediciones S.A, 2003. p .99.

RIOJAS, H, et.al. Efectos de los surfactantes en la biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Revista Química Viva - Número 3, año 9, diciembre 2010, p. 120 – 145.

ROGEL, J. Tratamiento de suelo y agua freática contaminada. España:

Universidad Politécnica de Madrid, S.F., p.4.

SÁNCHEZ, F. Medidas puntuales de permeabilidad (“slug tests”). Salamanca, España: Universidad de Salamanca – Departamento de Geología, 2017.

SECRETARÍA DISTRITAL DE AMBIENTE. Agenda ambiental localidad 9 Fontibón. Bogotá, Colombia: Alcaldía Mayor de Bogotá, 2009, p. 19.

SECRETARÍA DISTRITAL DE AMBIENTE. Mapa de promedio de isopiezas de Bogotá (1999- 2010) a escala 1:100.000. Bogotá, Colombia: Sistema de modelamiento hidrogeológico del Distrito Capital, 2010.

SING et.al , B. Effects of soil pH on the biodegradation of chlorpyrifos and

isolation of a chlorpyrifos-degrading bacterium. Appl Environ Microbiol 69,

2003, p. 5198 - 5120.

SINUPOT. Consultado el 14 de enero de 2018. Disponible en internet en

http://sinupotp.sdp.gov.co/sinupot/index.jsf, Colombia, 2018.

STAUNTON, S.Effect of pH and some organic anions on the solubility of soil

phospphate: implications for P bioavailability. Eur J Soil Sci, 47 ,1996,p. 231

-239 .

SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO. Boletín

biotecnológico: Biorremediación de sitios contaminados. Bogotá D.C.,

Colombia: Banco de Patentes SIC., 2014, p. 13.



109

TORRES, K., & ZULUAGA, T. Biorremediación de suelos contamiandos con

hidrocarburos. Medellín, Colombia: Universidad Nacional de Colombia:

Facultad de Minas- Ingeniería Química., 2009, p. 35.

TRUJILLO, M., & RAMÍREZ, J. Biorremediación en suelos contaminados con

hidrocarburos en Colombia. Revista de Investigación Agraria y Ambiental –

Volumen 3 - Número 2, 37 - 62. , 2012, p. 37.

ULLOA, A. Preparación de emulsiones asfálticas en el laboratorio. Costa

Rica: Universidad de Costa Rica, Revista Métodos y Materiales – Volumen

2, 2012, p.18.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Mapa de zonificación geotécnica de Santa Fe de Bogotá a escala 1:50.000. Bogotá, Colombia: Proyecto de microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá, 1996.

VÁSQUEZ, M, et.al. Biorremediación de lodos contaminados con aceites

lubricantes usados. Bucaramanga, Colombia, Revista Colombiana de

Biotecnología 12 (1), 2010, p. 141.

VOLKE, T. Biorremediación de suelos contaminados. México D.F, México:

Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental, Revista

BioTecnología Vol. 7 (1),2002,p. 32.

WHITLOW, R. Fundamentos de mecánica de suelos. Compañía Editorial

Continental, 1994.

ZABALA, M, et.al. Utilización de ensayos de pulso para la estimación de la

conductividad hidráulica en la cuenca del royo del azul, provincia de Buenos

Aires, Argentina. Buenos Aires, Argentina: Instituto de Hidrología de llanuras,

2006.

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