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División de Ciencias Básicas e Ingeniería

Ingeniería Química

PROYECTO: FITORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

PROFESOR: De los reyes Heredia José Antonio

ASESORES:JAIME VERNON CARTERFRANCISCO CRUZ SOSA

ALUMNOS:

Alanís Becerril Rogelio ErnestoGutiérrez Herrera E. Mauricio

Miranda Vicuña Bernardo

FECHA DE ENTREGA: 25/09/06

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTÓÓNNOOMM AA MM EETTRROOPPOOLLIITTAANNAAUUNNIIDDAADD IIZZTT AAPP AALL AAPP AA

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Contenido

1.- Definición del problema primitivo…………………………………............. 5

-Introducción.............................................................................................................5Ventajas del método.................................................................................................6Desventajas del método...........................................................................................7

2.- ANTECEDENTES................................................................................................7Problemática de los suelos contaminados en México........................................9

3.-CONTAMINACIÓN DEL SUELO...................................................................10

I. Contaminante...............................................................................................10II. Contaminación física: .................................................................................11

III. Contaminación biológica: ..........................................................................11IV. Contaminación química: ............................................................................11V. Tabla de contaminantes..............................................................................12

VI. Contaminantes naturales............................................................................12VII. Antropogénicas: ...........................................................................................13

VIII. Móviles: .........................................................................................................13IX. Estacionarias..................................................................................................13

4.-CONSTITUYENTES Y ESTRUCTURA DEL SUELO....................................14

a) Material sólido...........................................................................................14b) Material inorgánico...................................................................................15c) Material orgánico.......................................................................................15

5.-CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS..........................................................15

Tipos de suelos..........................................................................................................16Contaminantes de los suelos..................................................................................16Metales pesados........................................................................................................17Contaminantes inorgánicos....................................................................................17

Contaminantes orgánicos........................................................................................17

6.-TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Clasificación de los residuos.................................................................................18Residuos tóxicos peligrosos...................................................................................18Residuos radioactivos.............................................................................................18Fuentes de contaminación......................................................................................19. Clasificación de la contaminación........................................................................19.Transporte y dispersión de los contaminantes...................................................19

7.-CONTROL DE LA CONTAMINACION.........................................................22

Biodegradación in situ.............................................................................................24Vitrificación...............................................................................................................24Degradación química...............................................................................................24Estabilización / solidificación................................................................................24Lavado del suelo.......................................................................................................25Aireación del suelo...................................................................................................25

8.-TÉCNICAS DE TRATAMIENTO EX SITU.....................................................25

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y Tratamiento químicos...........................................................................25

y Degradación biológica (compostaje)..................................................25

y Extracción o lavado del suelo...............................................................26

y Depósito de seguridad..........................................................................26

y Evaluación de la contaminación... .....................................................26

y Muestreo................................................................................................. 27

y Muestra de suelos..................................................................................27

y Preparación de suelo y siembra..........................................................28

9.-ACTIVIDAD EXPERIMENTAL.......................................................................28

Materiales y métodos………………………………………………………….… 28

Preparación de los cultivos…………………………………………………….….29

Bioensayos de supervivencia……………………………………………….…….29

Organización de acividades………………………………………………….……30

Métodos analíticos…………………………………………………………………31

Resultados…………………………………………………………………………..31

10.-ORGANIZACIÓN DE LA EMPRESA............................................................33

11.-DISEÑO DEL TIPO DE ESTRUCTURA.......................................................35

sueldos sugeridos....................................................................................................38materiales………………………………………………………….……………….39PROCESO INVOLUCRADO……………………………………………….…..40 13. EL SECADO.......................................................................................................45

Consumo de Calor Unitario y Eficiencias Térmicas.........................................46

14.-Balance de masa en el secador………………………………………………48

Consumo de Calor Unitario y Eficiencias Térmicas.........................................49

Eficiencia Térmica Global......................................................................................50El secador móvil……………………………………………………………………51Laboratorio móvil………………………………………………………………….55Campana de flujo laminar………………………………………………………..55Generadores de aire caliente……………………………………………………..56

NORMAS OFICIALES MEXICANAS................................................................59

EMERGENCIA NOM-EM-138-ECOL-2002........................................................60Precios internacionales……………………………………………………………62

CINETICA DE LAS REACCIONES QUIMICAS.............................................62

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Velocidad de reacción y equilibrio......................................................................63

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción................................63

CATALIZADORES...............................................................................................63

Enzimas: catalizadores biológicos......................................................................64

Nomenclatura y clasificación..............................................................................65

Cofactores...............................................................................................................65

Cinética de las Reacciones Enzimáticas...........................................................66

Centro activo de una enzima..............................................................................69

Expresión de la actividad enzimática................................................................69

Temperatura...........................................................................................................70

Efecto Del pH Sobre La Actividad Enzimática...............................................70

Inhibición Enzimática.........................................................................................70

Tipos de inhibidores...........................................................................................70Potencial económico………………………………………..………………….73Parámetros a considerar………………………………………….……………73Bibliografía………………………………………………………….…………..7 4

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Definición del problema primitivo:

Se va a diseñar en un periodo de cuatro años, una planta que ofrezca el servicio de fitorremediación que se ubicará en el estado de México, cuya finalidad sea de descontaminar 500 hectáreas anuales de suelo contaminado con hidrocarburos, cumpliendo con la normatividad oficial existente para este rubro.

1. Introducción

Los suelos son los principales receptores de desechos tóxicos derivados del petróleo (Rivera-Cruz, 2002), ahí se acumulan hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), bifenilos policlorados (PCB), nitroaromáticos e hidrocarburos lineales halogenados (Meagher, 2000). Muchos de estos compuestos no son solo tóxicos y teratogénicos, sino también carcinogénicos.

Estos hidrocarburos son los productos de la combustión incompleta de materia orgánica, como carbón, petróleo y tabaco, se hallan muy difundidos, y bien pueden ser una causa importante del cáncer humano, por lo que gran parte de la investigación de la acción de los carcinógenos se ha centrado en torno a los HAP. Al alojarse estas moléculas en el suelo, inicialmente las poblaciones microbianas disminuyen, algunas especies se adaptan, sobre todo en la zona aledaña a las raíces de los pastos nativos y se establecen con éxito.

Existen algunas técnicas fisico-químicas para extraer los HAP de los suelos contaminados (Capotorti, 2004), tales como la incineración, la desorción térmica, etc., pero éstas representan costos elevados, por lo que no son una buena opción. Por otro lado, se ha incrementado el interés en el uso de plantas para descontaminar y detoxificar los HAP como una técnica económicamente competitiva y ambientalmente aceptada.

La USEPA definió a la fitorremediación como una tecnología emergente que emplea plantas para degradar, extraer, contener o inmovilizar los contaminantes del suelo y agua. Las plantas son seleccionadas de acuerdo a su habilidad para tratar con los contaminantes y por su adaptabilidad a otros factores específicos del sitio, tales como el clima, la profundidad de sus raíces y su facilidad de desarrollarse en el tipo de suelo.

Actualmente la fitorremediación como técnica se ha dividido en varias áreas,(Macek T, 2000):

Fitoextracción: el uso de plantas que acumulan contaminantes para después ser retirada la planta incluyendo el agente(s) tóxico logrando con esto limpiar el suelo.

Fitodegradación: el uso de las plantas y microorganismos asociados para degradar sustancias nocivas.

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Rizofiltración : el uso de las raíces de las plantas para absorber y adsorber principalmente metales pesados en mantos acuíferos.

Fitoestabilización: esta área se dedica a reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en el medio ambiente.

Fitovolatilización: el uso de plantas para lograr volatilizar sustancias tóxicas. El uso de especies especificas para remover sustancias nocivas del aire.

Figura 1. Proceso de fitorremediación en la planta

Es importante mencionar que este método es útil cuando se tiene el contaminante en una concentración máximo promedio de 3000 ppm o 3000mg por kg de suelo, ya que un valor mayor requería de otra técnica mas adecuada. El tipo de contaminantes que manejan este método van desde combustibles ( gasolina, diesel, turbocina), armas químicas, pesticidas, herbicidas, residuos industriales, sustancias para tratamiento de maderas, hasta los explosivos, muchas de estas sustancias, han demostrado su alta toxicidad (carcinogénicos) para el ser humano y los seres vivos que conviven con el (Pilon E. 2005).

Ventajas del método.

El bajo costo en comparación con otros métodos de remediación como por ejemplo,La biorremediación con bacterias o la succión.

La no agresividad con la naturaleza del suelo ni con su ecosistema.La aceptación recibida por los organismos gubernamentales y privados

dedicados a la protección del medio ambiente. Trabaja con sustancias que otros métodos no pueden realizar.

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Desventajas del método.

La solubilidad del contaminante puede aumentar y con ello su difusividad.

El proceso es lento a comparación de otras técnicas.Si no se tiene cuidado en la cosecha, el residuo del contaminante puede

regresar al suelo.Aunque la fitorremediación ofrece un amplio rango de degradación de

contaminantes, no todos los suelos son candidatos a este proceso, ya que se trabaja en ciertas condiciones de concentración de contaminantes y de química del suelo.

Algunas especies de plantas pueden producir intermediarios más tóxicos que las moléculas originales (Macek 2000).

2. ANTECEDENTES

Pilon (2005) reporta que entre 1997 y el 2002 existen más de 600 documentos soportan la observación de que la inclusión de una planta a un medio contaminado (suelo, hidroponía, etc.) incrementa la remoción y/o transformación de los contaminantes. Sin embargo, a menudo los mecanismos se dejan sin resolver. Plantas como Medicago sativa y Festuca arundinacea han sido utilizadas en estudios de degradación de HAP. En el caso de Medicago sativa, Pradham y col. (1998), observaron una degradación del 57% de los HAP estudiados después de 6 meses de tratamiento. F. arundinacea, ha sido utilizada para la degradación de antraceno y pireno. El uso de sistemas de remediación basados en las plantas no es nuevo. De hecho el primer sistema basado en plantas fue instalado hace 300 años en Alemania para el tratamiento de las descargas municipales (Hartman, 1975). Los primeros sistemas de biorremediación se utilizaron en contaminación con petróleo en aguas poco profundas. Estos primeros sistemas regresaron a estimular lo que ocurría naturalmente con las poblaciones aeróbias que degradaban los contaminantes, la mayor parte de estos se acompañó con la adición de nutrientes e incrementando el flujo de oxígeno dentro de la zona contaminada.

La fitorremediación involucra varios mecanismos que incluyen la fitoextracción, fitodegradación, rizofiltración, fitoestabilización o fitovolatiliación (Pilon E, 2005) así como los mecanismos de transporte del contaminante hacia la planta y dentro de ella. Debido a la compleja fisiología y bioquímica de las raíces, las plantas son capaces de remover los contaminantes orgánicos mediante la toma directa de estos compuestos seguida por la subsecuente transformación, transporte y acumulación en formas no fitotóxicas o su mineralización. Uno de sus pioneros , Jerry Schnoor propuso la teoría de que ciertas especies de árboles pueden absorber y degradar sustancias tóxicas (B. Van Aken, J.M Yoon,Schnoor J. 2003) como el álamo y el trinitro-tolueno (TNT) y describe tres

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rutas posibles destino del contaminante, el almacenamiento sin modificación por secuestro en el tejido de la planta, la fitotransformación en la cual, por medio de enzimas se metaboliza y se transforma en otra sustancia y la conjugación.

Posteriormente una gran cantidad de investigadores alrededor del mundo comienzan a investigar con especies de plantas locales y con contaminantes específicos, para el caso de los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (HAP´s) se encontraron una serie de referencias bibliográficas que fueron el soporte para nuestra investigación.

En agosto de 1996 se lleva a cabo dentro del 212° encuentro de la American Chemical Society, realizado en Orlando Florida un simposio sobre fitorremediación. De este evento Ellen L. Kruger, Todd A. Anderson y Joel R. Coats, hacen una recopilación de los artículos presentados, de estos, dos son de nuestro particular interés:a) Xiujin Qiu, Leland T.Shah S.,Sorensen D. y Kendall E. Field Study:Grass Remediation for Clay Soil Contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Utah University. y b)Rice P.,Anderson T., Cotas J. Evaluation of the Use of Vegetation for Environmental Impact of Deicing Agents, Iowa, USA.

En el primer artículo se realiza un trabajo de campo utilizando diferentes tipos de pastos, entre ellos el Buchloe Dactyloides y la festuca arundinacea y su comportamiento a la presencia de diferentes PAH´s, mostrando la eficiencia de este tipo de vegetación y el segundo, muestra como la alfalfa (medicago sativa) es utilizada no solamente para los hidrocarburos poli cíclicos, si no para otro tipo de contaminantes como por ejemplo los radio nucleidos y los glicoles.

Posteriormente Liste H. y col. (Chemosphere, 2000) publican un artículo titulado “ Acumulation of phenatrene and pyrene in rizhosphere soil” en el cual, se realizó experimentación involucrando a la alfalfa(medicago sativa) y a la festuca (festuca arundinacea) como fitorremediadores y al pireno y el fenantreno como contaminantes teniendo dos puntos de comparación , el suelo estéril y el no estéril reportando la desaparición casi total de los agentes tóxicos después de aproximadamente 82 días, y aportando la teoría de que la planta es la responsable del movimiento de sustancias hidrofóbicas hacia la zona de la rizósfera para posteriormente poder acarrear el contaminante hacia el tallo.

Dentro de su investigación también ponen a prueba la eficacia del trébol blanco (trifolium repens), la (Pisum sativum) el arroz (oryza sativa var. Japonica), el frijol de soya (glycine max) y el (Triticum aestitube).

La investigación continua alrededor del mundo, Gao Y y Zhu L.(2004), investigadores del departamento de ciencia ambiental de la universidad de Zhejiang en China dan a conocer un artículo en el journal Chemosphere, el cual muestra como el pireno y el fenantreno es removido del suelo hacia la planta, usando nuevas especies de de plantas como el rábano (raphnus sativus) la espinaca de agua (Lpomea aquatica Forsk), el brócoli (brassica oleracea), en la metodología experimental trabajan con suelo libre de bacterias para evitar que la actividad de estas afecte el resultado neto del trabajo de remoción y teniendo como resultado la remoción de estos contaminantes del suelo.

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Problemática de suelos contaminados en México

La limpieza de un sitio que contenga substancias tóxicas sólo se justifica si la presencia de los tóxicos representa un peligro para la salud de la población. Esto quiere decir que antes de proceder a eliminar o controlar las substancias tóxicas en el ambiente, se deben evaluar los riesgos que representan, si no se les controla en forma adecuada.

La fitorremediación de un área contaminada, o bien la reducción de contaminantes derivados del petróleo a niveles tolerables, puede ser muy grande y de alto costo cuyas magnitudes dependen básicamente de:

? Características del sitio.? Aspectos legales y normativos.? Disponibilidad de tecnologías adecuadas para tratar el problema.

Por lo tanto el proceso se debe diseñar tomando las medidas adecuadas, antes de iniciar trabajos de restauración ambiental, es necesario definir un proyecto que plantee los métodos a seguir así como estimar los costos y el beneficio de la restauración.

El proceso requiere normalmente de trabajo en el sitio contaminado, trabajo de laboratorio y de gabinete:

? El trabajo de campo consiste fundamentalmente en la caracterización del escenario de exposición, incluyendo el muestreo del sitio y la identificación de las poblaciones en peligro potencial.

? El trabajo de laboratorio consiste en el análisis de las muestras ambientales y la realización de las seleccione para restaurar el sitio es realmente la adecuada para hacer el trabajo. En algunas ocasiones, cuando no se encuentra publicada la información toxicológica necesaria y no se pueden modelar estimaciones confiables, se tienen que hacer estudios toxicológicos de laboratorio.

? El trabajo de gabinete consiste fundamentalmente en la obtención y procesamiento de información, selección y uso de modelos matemáticos para predecir transporte y propiedades de las substancias tóxicas. Con el trabajo de campo y de laboratorio, más la información obtenida se hace la evaluación de riesgos y se toma la decisión de intervenir o no el sitio.

Para ello debemos decidir metas de reducción de los niveles de explosión y se analizaran las alternativas tecnológicas disponibles para destruir o confinar las sustancias peligrosas. El proceso de fitorremediación concluye con la elaboración del plan de operaciones en el que establecemos los trabajos a realizar desde la preparación del terreno, la limpieza de los medios que contiene la sustancia toxica, hasta el cierre del sitio.

El problema actual en México como país productor de petróleo implica el derrame accidental de esta sustancia en diversas zonas del territorio nacional,,

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aunado a las empresas de transformación las cuales utilizan derivados de esta sustancia y no tuvieron cuidado en el manejo de estos hidrocarburos terminando estos en lugares indebidos.

La secretaria de Medio ambiente y recursos naturales ha investigado e inventariado las zonas contaminadas en el país por agentes químicos, tendiendo como resultado la siguiente tabla y mapa informativo, conteniendo información capturada en 1999.

Figura 2. Zonas geográficas detectadas con contaminación por hidrocarburos

CONTAMINACIÓN DEL SUELO

Un ambiente se halla contaminado cuando se incorporan en él agentes contaminantes, tóxicos o infecciosos que, al exceder los límites ambientalestolerables causan directa o indirectamente una pérdida reversible o irreversible de las condiciones normales del medio y de sus componentes.

Contaminante

Es toda forma de materia o energía capaz de alterar, interferir o modificar en forma negativa a los elementos del ambiente siendo en consecuencia posible factor de riesgo para el hombre y otros seres vivos.

De acuerdo a las características de los contaminantes la contaminación de un medio se clasifica en:

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Contaminación biológica:

Ocurre cuando microorganismos tales como bacterias, hongos, virus y protozoarios alteran un ambiente natural. Suele aparecer en lugares con deficiencias de higiene, principalmente en países en vías de desarrollo. Su control se puede obtener con relativa facilidad, contrastando con la contaminación física y química. Sin embargo si no se realizan las tareas necesarias para prevenirla o contrarrestarla puede causar altos índices de mortandad en poco tiempo. Un ejemplo típico de este tipo de contaminación es la producida por el Vibrión Colérico en las aguas superficiales de muchos ríos de Latinoamérica.

Contaminación física:

Es producida por factores físicos relacionados principalmente con la energía y la forma en que esta altera el comportamiento de las moléculas. Para ejemplificar podemos mencionar a las altas temperaturas, ruido, ondas electromagnéticas, vibraciones, entre otras.

Este tipo de contaminación posee un carácter sutil difícil de evidenciar en algunos casos, provocando efectos a largo plazo que tampoco son fáciles de identificar. Por lo pronto se pudo demostrar que la contaminación física puede causar la muerte de algunas especies, e influye en el desarrollo de algunas enfermedades psiconeurologicas.

Contaminación química:

Proviene principalmente de sustancias químicas orgánicas e inorgánicas, tanto naturales como las vertidas indiscriminadamente al ambiente por las actividades humanas. Aunque se sabe que la contaminación química es tan antigua como la humanidad su impacto mas relevante se dio a partir del auge industrial de la segunda guerra mundial. Este tipo de polución es muy difícil de controlar, debido a que las características físicas y químicas de las sustancias presentan una gran variedad y su control depende de estas propiedades.

Cuando hablamos de fuente productora de contaminación hacemos referencia al origen físico o geográfico donde se genera una emisión contaminante al entorno, ya sea al aire, agua o suelo. Estas fuentes se pueden dividir en naturales y antropogénicas y móviles y estacionarias:

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Tabla 1 (Daños de degradación en los estados de la republica mexicana.) fuente SEMARNAT

Naturales:

Es toda fuente de contaminación de origen natural, como los volcanes, incendios forestales, excesiva cantidad de arsénico en el agua subterránea, entre otros. Su principal característica radica en que son sustancias ya existentes en el ambiente, variando su concentración.

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Antropogénicas:

Esta contaminación es producida por la actividad humana, como puede ser: la basura, el smog, emisiones al agua, aire y suelo procedentes de procesos industriales. Estas fuentes suelen estar en las proximidades de centros urbanos y polos industriales, donde los contaminantes están concentrados en pequeños volúmenes de aire, agua y suelo. La agricultura es una de las principales fuentes de contaminación antropogénica, en la cual se originan una diversidad de sustancias nocivas, cuyo destino final es el suelo o los cuerpos de agua.

Móviles:

Estas fuentes se pueden dividir a su vez en lineales y de área. Las primeras son aquellas que tienen una representación casi unidireccional ya que una de las dimensiones predomina sobre la otra; mientras que en las de área ambas dimensiones son proporcionales. Los ejemplos más frecuentes de las fuentes móviles lineales son: los vehículos en ruta, barcos, trenes, aviones, mientras que los ejemplos de área pueden ser los vehículos en ciudad, barcos en puertos, entre otros.

Estacionarias:

Las fuentes estacionarias a su vez se dividen en fuentes de punto y de área. Para poder representar las primeras solo hace falta contar con dos coordenadas (Ej.: entre que cruces de rutas queda un establecimiento industrial.); en tanto que las de área poseen la misma descripción que la realizada para las fuentes móviles.

El suelo es una mezcla de materia orgánica, partículas minerales y aire en proporciones variables. La formación del suelo, es un proceso dinámico y muy lento, nace y evoluciona bajo acción de los "factores activos" del medio, el clima y la vegetación. El factor climático tiene la propiedad de conseguir suelos análogos a partir de rocas madres diferentes. El suelo, se originó como consecuencia de la desintegración física en pequeños fragmentos de la roca madre. La vegetación que se desarrolla sobre el suelo va dejando cierta cantidad de residuos constituyéndose así el soporte orgánico. En función de un relieve y de un clima determinado, la evolución progresiva de este suelo puede ser erosiva o sedimentaria. La vegetación, fauna y microorganismos que se adaptan a esta situación intervienen a su vez poderosamente en el proceso de maduración del suelo. La doble evolución de los perfiles del suelo y de la vegetación asociada conducen a un equilibrio denominado clímax, pero para llegar a esto hacen falta varios centenares de años.

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Constituyentes y estructura del suelo:

Un suelo es un sistema biogeoquímico que mantiene con la biosfera, la atmósfera y la hidrosfera un intercambio de materia y energía. La multitud de constituyentes que lo forman se distinguen por termino medio en tres categorías: 1ª Categoría: Aproximadamente el 45%. Es la materia inorgánica o mineral (especies iónicas, carbonatos, sulfuros,…) 2ª Categoría: Aproximadame nte el 5%. El la materia orgánica. (Sustancias húmicas, proteínas, sales…) 3ª Categoría: El 20% o 30% restante de los constituyen las fases liquidas y gaseosas ocupando los espacios porosos existentes entre las partículas sólidas. Esta distribución de los materiales que constituyen el suelo, no es homogénea y según evoluciona el suelo, pasa de ser superficial al principio hasta hacerse cada vez más profundo destacándose así extractos sucesivos de color, textura y estructura diferentes, denominados horizontes. El conjunto de estos horizontes constituyen el perfil de un suelo y es el estudio de este perfil lo que refleja la acción de procesos bioquímicos y físico-químicos que han tenido lugar en él. En un suelo bien desarrollado se distinguen en profundidad 3 horizontes A, B, C:

A Capa superficial (profundidad máxima 0.5 m.) Constituido mayoritariamente por materia orgánica. Color oscuro. Partículas muy finas. Muy poroso. Tabla 2. Composición de suelo a primer nivel de profundidad

B Subsuelo (profundidad máximo 1 metro) Formado por productos de alteración de las rocas subyacentes y recibe material orgánico y mineral de horizonte superior. Color pardo-rojizo por la presencia de oxido de hierro. Tabla 3. Composición de suelo Al segundo nivel de profundidad

C El más profundo. Formado por material disgregado del fondo rocoso. Cantos sueltos con una matriz de arcilla y arena que cada vez son mas numerosas y de mayor tamaño.

Tabla 4. Composición de suelo a primer nivel de profundidad.

Material sólido:

El material sólido que forma parte del suelo es muy diverso y se divide en dos clases: material orgánico y material inorgánico.

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Material inorgánico:

1. Partículas coloidales: Provienen de la erosión de las rocas subyacentes y están constituidos por minerales arcillosos. Tienen gran capacidad de adsorción convirtiéndose en almacenes de agua y nutrientes para las plantas. 2. Minerales: Los principales son el cuarzo y diversos silicatos procedentes de la disgregación de las rocas ígneas y metamórficas. 3. Óxidos:Principalmente los óxidos de hierro de ahí la típica coloración ocre. Y en menor proporción los óxidos de magnesio, titanio, aluminio y cinc. 4. Los carbonatos: El principal es el carbonato y calcio, son una gran fuente de carbono con abundante presencia en el suelo.

Material orgánico:

Consiste en una mezcla de biomasas, plantas parcialmente degradadas, organismos vivos microscópicos y el humus. El humus es el residuo originado por la acción de hongos y bacterias sobre las plantas y esta compuesto por una fracción soluble y una fracción insoluble: la humina. Este componente desempeña un papel importante en los procesos físicos y químicos que tienen lugar en el suelo.

Características de los suelos:

Cada suelo se caracteriza por sus propiedades físicas y químicas. El conocimiento de las características físico-químicas de un suelo, nos permitirá prever la dinámica de las sustancias contaminantes:

1. LA POROSIDAD: Condiciona la movilidad de los compuestos solubles y de los volátiles.

2. LA TEMPERATURA: De ella dependen los procesos de alteración de los materiales originarios o la difusión de los contaminantes.

3. LOS PROCESOS ÁCIDO-BASE: Influyen en el grado de descomposición de la materia orgánica y de los minerales, en la solubilidad de algunos contaminantes y en conjunto, los procesos controlados por el pH del suelo.

4. LAS REACCIONES REDOX: Originados en el metabolismo de los microorganismos del suelo, afectan a elementos naturales y contaminantes.

5. LAS PROPIEDADES COLOIDALES: Explican los procesos de agregación e inmovilización de partículas.

6. LAS INTERACCIONES SUPERFICIALES: Como por ejemplo la adsorción entre componentes del suelo y otros compuestos ya sean naturales o contaminantes.

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7. LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO IÓNICO: Corresponde a la cantidad de iones metálicos que una determinada cantidad de suelo es capaz de intercambiar. Estos intercambios son vitales para que los iones metálicos pueden acceder a la planta.

La modificación o transformación por contaminación, deforestación,… de alguno de los factores que conforman un suelo implica un desequilibrio que afecta al resto de los factores y activa normalmente, procesos de regresión en ese suelo.

Tipos de suelos:

Clasificaremos los suelos de una manera general eligiendo las condiciones climáticas como principal factor, porque el clima proporciona al suelo un carácter típico determinado con independencia del tipo de roca madre del que procede.

I.- PODZOL: - Suelo de climas húmedos y fríos -Tiene abundante materia vegetal - Horizonte A: Arenoso y de carácter ácido. - Horizonte B: Recibe materiales coloidales que son arrastrados hasta las zonas más profundas formando en ellos una zona endurecida. II.-CHERNOZEN: - Suelo de regiones con clima húmedo y veranos cálidos. -Horizonte A: rico en humus y en óxidos de hierro lo que le da un color pardo-amarillento. - Horizonte B: rico en carbonato cálcico lo que le da un color gris-pardo. III.- LATERITAS: - Suelo de regiones tropicales de clima cálido y húmedo -Horizonte A: prácticamente inexistente. - Horizonte B: rico en óxidos de hierro y aluminio lo que le da un color rojizo. IV.- SUELOS DESÉRTICOS: - Suelo de regiones de clima desértico. - Horizonte A: Color gris claro. - Horizonte B: En el se forman nódulos de carbonato cálcico por las aguas de infiltración.

Contaminantes de los suelos

Generalidades Entre los múltiples elementos y compuestos que conforman un suelo natural, se encuentran sustancias que por sus características pudieran considerarse contaminantes pero que salvo excepciones se encuentran en el suelo, en niveles traza. Se entiende por suelo contaminado una porción delimitada de terreno (superficial o subterráneo) cuyas cualidades originales han sido modificadas por la acción humana al incorporarse algún factor que según la clasificación de agentes contaminantes podría ser: I. Contaminación física: Con variaciones en parámetros como temperatura y radiactividad. II Contaminación biológica: Al incluir putrefacción de especies o cepos patógenos.

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III.- Contaminación química: Por la adición de elementos o compuestos en concentraciones que alteran la composición originaria del suelo. El criterio para establecer el umbral máximo de concentración para posibles agentes contaminantes de los suelos debe ser su capacidad para degradar la calidad del mismo al perder características originales generándose por tanto un riesgo o daño al medio ambiente. La variedad y cantidad de productos contaminantes de un suelo es prácticamente inabarcable por lo que solo recogemos aquí los grupos más característicos y peligrosos de contaminantes químicos:

Metales pesados La presencia natural de metales en el suelo es en cantidad de traza. El riesgo se produce cuando se acumulan en grandes cantidades en el suelo.

Contaminantes inorgánicos Los contaminantes inorgánicos están presentes en el suelo de forma natural pero en concentraciones reguladas por los ciclos biológicos asociadas a cada suelo. La sobresaturación de alguno de ellos hace que se alcancen concentraciones considerables como contaminantes alterando así los ciclos de regulación.

Contaminantes orgánicos Constituyen un grupo formado por un elevadísimo número de sustancias que en su gran mayoría están producidas por el hombre. Estas sustancias tienen diferentes efectos en el medio siendo muchas de ellas altamente tóxicas.

TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Los residuos La proximidad física del suelo hace que este sea el lugar al que con más probabilidad vayan a parar residuos originados por la actividad del hombre. Estos son rápidamente incorporados al suelo a través de procesos degradativos. En un principio eran fácilmente metabolizados y asimilados por la naturaleza pero a medida que la sociedad fue creciendo industrialmente y demográficamente, los residuos generados son cada vez más y más peligrosos. La época actual esta muy marcado por la sociedad de consumo pero además existe otro agravante y es la cantidad diaria que en el planeta se genera de todo tipo de residuos que aunque puedan ser degradados de forma natural, eltiempo que para ello se necesitará es tan elevado que son focos potenciales de contaminación. Las consecuencia de este aumento de residuos son por una parte la disminución de las materias primas y por otra, que el abandono incontrolado de estos residuos origina serios problemas ambientales. Esto nos lleva a la conclusión de que se produce una dispersión de los contaminantes y por lo tanto la magnificación del problema. En este momento se entiende por residuos aquellos productos generados en las actividades de producción y consumo que no alcanzan en el contexto en el que son producidas, ningún valor

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económico pudiendo ser debido tanto a la falta de tecnología adecuada para su aprovechamiento como a la inexistencia de un mercado para los posibles productos a recuperar.

Clasificación de los residuos

Los residuos industriales son los contaminantes principales de los suelos y se pueden clasificar del siguiente modo: 1 ) RESIDUOS INERTES: No representan riesgo alguno para el medio ambiente. Son desechos de características abrasivas que no necesitan tratamiento alguno para su disposición en el medio ambiente. 2 ) RESIDUOS URBANOS O ASIMILABLES A URBANOS: Son los residuos fermentales y combustibles obtenidos en las distintas actividades de los núcleos de población. La solución mas adecuada es su recogida y tratamiento como basuras domiciliarias. 3 ) RESIDUOS ESPECIALES: Estos suponen un grave riesgo para la salud humana y el medio ambiente: requieren por lo tanto un tratamiento especial. Entre estos residuos especiales, distinguimos los residuos tóxicos y peligrosos de los residuos radiactivos.

A.- RESIDUOS TÓXICOS PELIGROSOS:

Son aquellos materiales que siendo el resultado de un proceso de producción o transformación, su productor destina al desecho. En su composición contienen sustancias o materiales constituyentes en una concentración que da un carácter de peligrosidad. En las diferentes normativas siguen un procedimiento común para establecer la peligrosidad de un residuo: - Que se encuentre catalogado como especial. - Que contenga sustancias tóxicas. - Que al someterse al test de toxicidad o peligrosidad, no supere alguno de ellos. En la normativa española se considera un residuo tóxico o peligroso cuando tiene alguno de los constituyentes del cuadro A ("Agentes contaminantes") o presenta características del cuadro B (que son los que miden la peligrosidad de manera directa por sometimiento de una muestra de residuo a un test).

B.- RESIDUOS RADIACTIVOS.

Son materiales de desecho que contienen o están contaminados con nucleoides inestables. Esta propiedad que presentan los núcleos de algunas especies atómicas consiste en una desintegración espontánea de los mismos, con emisión de partículas y radiaciones electromagnéticas.

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Fuentes de contaminación

El abandono o depósito de todo tipo de contaminantes en el suelo ha sido durante décadas una solución efectiva y barata para deshacerse de estos residuos. En los años 60 y 70 se evidencia el error de estas practicas al producirse en diversos países notables casos de intoxicación en la población por los residuos enterrados durante años.

Clasificación de la contaminación

Las formas de contaminación de un suelo con orinen antropogénico común, se pueden clasificar de diferentes modos (no excluyentes entre sí):

Superficial: Deriva de una acumulación de residuos vertidos accidental o voluntariamente en el terreno.Subterránea: Se corresponde con el caso de enterramiento de residuos. Su localización es realmente compleja, teniendo como único indicio aparente el cambio en la textura superficial del terreno. Vertido alevoso: Es a menudo coincidente con los subterráneos, derivados de la ilegalidad de dicho vertido. Es una de las formas de contaminación más peligrosas dada la presencia de sustancias tóxicas y peligrosas y del desconocimiento del foco contaminante. Vertido no alevoso: Son aquellos en los que el origen de la contaminación es fortuita o por negligencias en la gestión de los contaminantes. Son los casos de fugas de depósitos, accidentes en los que se produce la liberación al medio de sustancias tóxicas,… Contaminación difusa: Es en la que no existe un foco concreto de contaminación del suelo sino que se manifiesta de forma extensiva. Normalmente son contaminaciones de escasa concentración pero de grandes volúmenes absolutos. Contaminación puntual: Es una contaminación localizada con un núcleo emisor desde el que pueden movilizarse los contaminantes a otros elementos del medio ( atmósfera, aguas superficiales y subterráneas) Tabla 5. forma de dispersión de los contaminantes.

Transporte y dispersión de los contaminantes:

A partir de un contaminante en el suelo se pueden desencadenar una serie de procesos de movilización del mismo, cuya acción efectiva dependerá de una parte de la composición y características físicas-químicas de la sustancia y por otra de las características geoquímicas de ese suelo. De forma general, el suelo por sí mismo no es un vector importante de dispersión de contaminantes, pero

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en combinación con otros factores ambientales se revela como un foco emisor de contaminación de gran importancia en el medio. El agua, y en menor medida el aire, son los agentes dispersantes de la contaminación presente en un suelo. También, hay que tener en cuenta el papel depurador de ciertos componentes del suelo, como son los coloidales, dentro del material sólido inorgánico los materiales humicos y los microorganismos (bacterias). La retención de los contaminantes se lleva a cabo por medio de fenómenos de absorción física, interacción química o bien los transforman por medio de reacciones químicas.

Efectos de la contaminación:

Dada la facilidad de transmisión de contaminantes del suelo a otros medios como el agua o la atmósfera, serán estos factores los que generan efectos nocivos, aun siendo el suelo el responsable indirecto del daño. La presencia de contaminantes en un suelo supone la existencia de potenciales efectos nocivos para el hombre, la fauna en general y la vegetación. Estos efectos tóxicos dependerán de las características toxicológicas de cada contaminante y de la concentración del mismo. La enorme variedad de sustancias contaminantes existentes implica un amplio espectro de afecciones toxicológicas cuya descripción no es objeto de este trabajo. De forma general, la presencia de contaminantes en el suelo se refleja de forma directa sobre la vegetación induciendo su degradación, la reducción del numero de especies presentes en ese suelo, y más frecuentemente la acumulación de contaminantes en las plantas, sin generar daños notables en estas. En el hombre, los efectos se restringen a la ingestión y contacto dérmico, que en algunos casos a desembocado en intoxicaciones por metales pesados y más fácilmente por compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles. Indirectamente, a través de la cadena trófica, la incidencia de un suelo contaminado puede ser más relevante. Absorbidos y acumulados por la vegetación, los contaminantes del suelo pasan a la fauna en dosis muy superiores a las que podrían hacerlo por ingestión de tierra. Cuando estas sustancias son bioacumulables el riesgo se amplifica al incrementarse las concentraciones de contaminantes a medida que ascendemos en la cadena trófica, en cuya cima se encuentra el hombre. Las precipitaciones ácidas sobre determinados suelos originan, gracias a la capacidad intercambiadora del medio edáfico, la liberación del ion aluminio, desplazándose hasta ser absorbido en exceso por las raíces de las plantas, afectando a su normal desarrollo. En otros casos, se produce una disminución de la presencia de las sustancias químicas en el estado favorables para la asimilación por las plantas. Así pues, al modificarse el pH del suelo, pasando de básico a ácido, el ion manganeso que está disuelto en el medio acuoso del suelo se oxida, volviéndose insoluble e inmovilizándose. A este hecho hay que añadir que cuando el pH es bajo las partículas coloidales como los óxidos de hierro, titanio, cinc, etc.… que pueden estar presentes en el medio hídrico, favorecen la oxidación del ion manganeso. Esta oxidación se favorece aun más en suelos acidificados bajo la incidencias de la luz solar en las capas superficiales de los mismos, produciéndose una actividad fotoquímica de

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las partículas coloidales anteriormente citadas, ya que tienen propiedades semiconductoras. Otro proceso es el de la biometilización, que es un proceso por el cual reaccionan los iones metálicos y determinadas sustancias orgánicas naturales, cambiando radicalmente las propiedades físico-químicas del metal. Es el principal mecanismo de movilización natural de los cationes de metales pesados. Los metales que ofrecen más afinidad para este proceso son: mercurio, plomo, arsénico y cromo. Los compuestos argometálicos así formados suelen ser muy liposolubles y salvo casos muy puntuales, las consecuencias de la biometilización natural son irrelevantes, cuando los mentales son añadidos externamente en forma de vertidos incontrolados, convirtiéndose realmente en un problema. Aparte de los anteriores efectos comentados de forma general, hay otros efectos inducidos por un suelo contaminado:

Degradación paisajística: la presencia de vertidos y acumulación de residuos en lugares no acondicionados, generan una perdida de calidad del paisaje, a la que se añadiría en los casos más graves el deterioro de la vegetación, el abandono de la actividad agropecuaria y la desaparición de la fauna. Perdida de valor del suelo: económicamente, y sin considerar los costes de la recuperación de un suelo, la presencia de contaminantes en un área supone la desvalorización de la misma, derivada de las restricciones de usos que se impongan a este suelo, y por tanto, una perdida económica para sus propietarios.

Tabla 6.impacto económico ambiental de la contaminación

CONTROL DE LA CONTAMINACION

Introducción

Los productos o contaminantes generados tanto por la industria como por la sociedad en general, se producen en los tres estados: sólido, liquido y gaseoso, y por tanto afectan a los tres medios: atmósfera, agua y suelo. El concepto de residuo ha ido cambiando con el tiempo, existen bastantes definiciones, pero quizás la más aceptada actualmente sea la que define a los residuos como aquellos productos de desecho generados en las actividades de producción y consumo que no alcanzan, en el contexto en que son producidos, ningún valor económico, lo que puede ser debido tanto a la falta de tecnología adecuada para su aprovechamiento como a la inexistencia de un mercado para los productos recuperados. Por tanto un producto considerado como residuo en la actualidad podría no serlo al cabo de unos años. Uno de los mayores problemas que tiene la sociedad actual es precisamente la gestión de estos residuos. El tratamiento de los residuos lo que hace en ocasiones es trasladar la contaminación de un medio a otro. Por ejemplo: La incineración de residuos

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sólidos producen gases, partículas y vapores que contaminarán el aire si no se realiza un adecuado tratamiento, el almacenamiento de residuos sólidos urbanos en un vertedero puede producir diversos efectos sobre el aire y las aguas superficiales y subterráneas si no existe una salida adecuada de los gases que emanan y una buena recogida y tratamiento de los lixiviados líquidos, dando lugar a incendios y explosiones, así como a la contaminación de las aguas. Desde los años setenta, el enfoque de los residuos ha variado radicalmente a nivel mundial. En los distintos programas de vegetación sobre el medio ambiente, se observa el cambio de actitud con respecto a la gestión de los residuos:

1er . Programa (1973-1976) : La gest ión es taba encaminada fundamentalmente al tratamiento y eliminación de residuos. 2º-3er y 4º Programa (1977-81; 1982-86 ; 1987-92): Entran cada vez más de lleno en lo que se ha llamado la minimización de los residuos, es decir, evitar que estos lleguen a producirse para no tener que tratarlos o eliminarlos. 5º Programa (1993-2000): Sigue profundizándose en la minimización de residuos, estableciéndose una jerarquía de opciones a la hora de gestionarlos: 1.- No generación de residuos 2.- Fomento de reutilización y reciclaje. 3.- Optimización del tratamiento o eliminación.

Tabla 7.Ejemplos de acciones tomadas para la reducción de contaminantes.

Control de la contaminación de suelos:

Se puede definir el tratamiento y recuperación de suelos contaminados como un conjunto de operaciones que se deben realizar con el objetivo de controlar, disminuir o eliminar los contaminantes y sus efectos. Una de las posibles divisiones de los sistemas de tratamiento se establece en función de tres categorías de actuación:

1. No recuperación: Cuando se opta por la medida de no recuperación del espacio, se debe tener en cuenta que se parte de un espacio contaminado, aunque el estudio de viabilidad determine esa opción. Así pues, se tiene que registrar la localización real del espacio. Esta sencilla solución evita una gama de problemas importantes generados a posterior, por un uso del suelo para el que ya no es adecuado (agricultura, residencial, espacios de ocio,…).

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2. Contención o aislamiento de la contaminación:Consiste en establecer medidas correctas de seguridad que puedan controlar la situación presente, impidiendo la progresión de la contaminación en el medio y mitigando riesgos relacionados con esta dispersión de contaminantes:

Aislamiento: Consiste en aislar el foco emisor de la contaminación, limitando el potencial de migración y difusión de los contaminantes mediante la construcción de barreras superficiales y/o subterráneas, de forma que se impida la movilización horizontal de los contaminantes. Esta tecnología suele usarse como medida temporal para evitar la generación de lixiviados, la entrada de los contaminantes en los cursos de agua o la infiltración en las aguas subterráneas. Reducción de las volatilizaciones: Pretende suprimir las corrientes de aire, para evitar la volatilización de compuestos orgánicos. Los métodos incluyen la reducción del volumen de poros del suelo, mediante la adición de agua, o por compactación o el sellado de la capa superficial del suelo mediante coberturas (con membranas sintéticas, arcillas, asfalto, cemento,…). Control de lixiviados: El objeto es impedir la dispersión de contaminantes a través de las aguas recogiendo los lixiviados procedentes del suelo contaminado en aquellas situaciones en que ello sea posible, como en vertederos controlados de residuos sólidos urbanos. Otro sistema de control consiste en el bombeo de las aguas subterráneas afectadas por la lixiviación de los contaminantes.

Tabla 8.Formas de control de la contaminación

3. Recuperación: La elaboración de un plan de saneamiento precisa una cierta delimitación del resultado mínimo a alcanzar. Se dividen en dos tipos de tratamiento y/o recuperación de suelos en dos grandes grupos:

Tratamiento IN SITU, que implican la eliminación de los contaminantes sobre el propio terreno, sin remoción del mismo. Tratamiento EX SITU, en los que se produce la movilización y traslado del suelo a instalaciones de tratamiento o confinación.

Tabla 9.Tipos de tratamiento del suelo según la ubicación de la remediación

A.- TÉCNICAS DE TRATAMIENTO IN SITU:

El tratamiento de un suelo contaminado sin necesidad de modificar su situación presenta múltiples ventajas sobre el caso contrario. Lógicamente, el impacto ambiental inducido es bajo, pues el tratamiento solo implica la instalación del equipo adecuado, los costes económicos suelen ser muy competitivos y en

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principio son métodos fácilmente aplicables a diversas situaciones. Los inconvenientes se centran en la incertidumbre sobre los resultados reales.

Biodegradación in situ:

Persigue la transformación de sustancias potencialmente peligrosas en productos inocuos por activación de los procesos biológicos naturales o mediante microorganismos específicos para cada contaminante. Las dificultades estriban en: Adaptar especies no nativas, Insuficiente nivel de oxigeno disuelto (incrementable mediante bombeo), Humedad y permeabilidad del suelo suficientes para permitir la movilidad de los microorganismos, Temperatura, Déficits de nutrientes (adicionables en caso de deficiencias), pH del suelo (>5,5), Factores de inhibición del crecimiento, Productos secundarios de la biodegradación.

Vitrificación:

La vitrificación es un proceso donde el suelo y los contaminantes se funden en una matriz vítrea mediante la creación de un campo eléctrico entre dos electrodos enterrados. La resistencia del terreno al paso de la corriente genera temperaturas suficientes par fundir el suelo. Los componentes no volátiles se integran en la matriz vítrea, mientras que los constituyentes orgánicos son destruidos en un proceso parecido a la pirólisis. Los gases que evaporan pueden ser recogidos en una campana instalada en la superficie del terreno. El proceso se favorece con bajos contenidos de humedad, pudiendo utilizarse en suelos saturados, pero con un alto coste, siendo necesaria una disponibilidad de electricidad suficientemente alta y un equipo técnico adecuado.

Degradación química:

Consiste en la adición de una sustancia química para inducir la degradación química. Existen tres tipos de degradación: 1 - Oxidación mediante aireación o adición de agentes oxidantes. 2 - Reducción por adición de agentes reductores. 3 - Polimerización de ciertas sustancias orgánicas mediante la adición de hierro y sulfatos. Los factores que controlan la eficacia del sistema son: el tipo de contaminante, las características del suelo (permeabilidad para la inyección de aditivo, arenas o materiales no finos para facilitar su mezclado en situ, la presencia de obstáculos subterráneos que impidan el mezclado superficial, profundidad de la contaminación del suelo y la posible generación de contaminantes más tóxicos que los originales (oxidación de mercurio, cromo,…)).

Estabilización / solidificación:

Consiste en mezclar el suelo contaminado con un medio de fijación conformando una masa endurecida y poco permeable en la que se inmovilizan los contaminantes. Puede realizarse in situ o en suelos extraídos. Los factores que controlan la eficacia de estos tratamientos son: el tipo se duelo y

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distribución del tamaño de las partículas, el alto contenido en materia orgánica, aceites y grasas en cantidades superiores al 1%, el uso potencial de materiales estabilizantes / solidificantes, la aceptación legislativa, el impacto generable a largo plazo, así como la presencia de cromo, mercurio, plomo, plata u otras sustancias transformables por oxidación en formas más tóxicas y/o móviles.

Lavado del suelo: Consiste en la adición de agua, por inyección superficial o subsuperficial con un aditivo químico que favorezca la disolubilidad de los contaminantes movilizándose éstos en el medio de extracción. El liquido resultante es recogido mediante sistemas de drenajes o por pozos de bombeo, pudiendo en algunos casos recuperarse los aditivos empleados. La eficacia estará determinada por la presencia de otros contaminantes no considerados, de la variabilidad de las concentraciones en el espacio y del conocimiento de la dinámica de flujo de la mezcla de lavado.

Aireación del suelo: Este es un método de extracción basado en el movimiento de los vapores a través del suelo mediante una diferencia de presión generadas por bombeo de aire desde el exterior que tras circular a través del espacio contaminado, es evacuado por el poza de extracción para su liberación o tratamiento. Los factores clave a considerar e la aplicación de esta técnica son las propiedades fisico-quimicas del contaminante (presión de vapor, solubilidad, densidad,…) las características del suelo y las condiciones particulares del lugar de vertido. Se trata de una técnica de muy amplias posibilidades dadas su características de facilidad de instalación y operación, bajos costes y mínimo impacto.

B. TÉCNICAS DE TRATAMIENTO EX SITU:

Entre las ventajas de estas técnicas destaca su efectividad, en cuanto que el suelo contaminado es físicamente eliminado y se optimiza el proceso de tratamiento al homogeneizarse el suelo tras su excavación. Además, se puede controlar el proceso y la bondad del tratamiento por sus resultados y actuar con independencia de factores externos (clima, hidrología,…). Sin embargo, se plantean también inconvenientes, especialmente de tipo económico que limitan la posibilidad de tratamiento de grandes volúmenes de suelo. Son métodos más experimentados que lo in situ aunque todavía sujetos a un continuo proceso de desarrollo y mejora de resultados.

Tratamiento químicos:Consisten en tratamientos similares a los explicados en el apartado de degradación in situ, pero que en este caso presentan mejores eficiencias de tratamiento al homogeneizarse el suelo con el reactivo controlándose el proceso. Degradación biológica (compostaje): Este sistema de tratamiento persigue la transformación de contaminantes altamente tóxicos en sustancias asimilables por la naturaleza mediante procesos metabólicos de microorganismos específicos para los diferentes tipos de

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contaminación. El suelo contaminado se extiende en capas finas para optimizar la admisión de oxigeno (landfarming), o se emplean sistemas más sofisticados que implican un control de parámetros como humedad , temperatura y contenido de oxigeno (compostaje). Para la efectiva metabolización de los contaminantes se requiere que estos sean susceptibles de su biodegradados, aerobia o anaerobicamente y unas instalaciones que posibiliten controlar las condiciones del suelo (contenido en humedad, permeabilidad, temperatura, nutrientes, pH,…), obteniéndose buenos resultados con suelos arenosos, arcillosos y turbosos. Debe existir un control y medidas de seguridad para evitar una potencial migración de los contaminantes hacia aguas subterráneas y una posible emisión aérea.

Extracción o lavado del suelo: Es un sistema de tratamiento en el que se trasladan los contaminantes del suelo a un liquido, movilizándose así los contaminantes absorbidos en las partículas de suelo.Los factores a considerar para la utilización de este sistema de tratamiento son: las características de los contaminantes, las características del suelo, la cantidad de suelo a tratar, las variaciones en la concentración del contaminante, el uso previsto para el suelo tratado y el tratamiento y la eliminación de las aguas residuales.

Depósito de seguridad:Supone el confinamiento de los residuos en un ambiente subterráneo seguro, previsto de algún tipo de sistema de impermeabilización y de sistemas de recolección de lixiviados y escorrientias superficiales. Este tratamiento consiste en la consideración del suelo contaminado como un residuo tóxico y peligroso con destino en vertedero de seguridad. Las condiciones de tratamiento serán: tipo de contaminante (problemas con sustancias reactivas, corrosivas, etc., que cambian a lo largo del tiempo) disponibilidad de emplazamiento adecuado, diseño del sistema de impermeabilización y aceptación pública y administrativa.

Evaluación de la contaminación

IntroducciónEl concepto de evaluación en medio ambiente es de gran importancia. Son muy numerosos los métodos existentes para llevar a cabo el muestreo y el análisis de muestras ambientales, recurriéndose habitualmente a criterios internacionales de orígenes diversos. La evaluación implica la utilización de numerosas herramientas con el objetivo ultimo de conocer y valorar una situación, permitiendo el posterior planteamiento de actuaciones. Toda evaluación requiere como mínimo una toma de muestras y datos en campo y un posterior análisis en laboratorio.

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Muestreo

Cualquier estudio de contaminación del medio, ya sea del aire, del agua o del suelo, comienza con la obtención de los datos sobre el estado inicial del mismo, ya que son imprescindibles a la hora de adaptar posterior medidas de tratamiento y control de la contaminación y, en definitiva, de su conservación. Al diseñar una campaña de toma de muestras hay que tener en cuenta si esos se van a tomar directamente en el foco emisor o bien el estudio se enfoca al efecto producido en el medio. En el primer caso, se buscará la cantidad y tipo de contaminante, mientras que en el segundo se intentará cuantificar la dispersión, el grado de contaminación y la influencia que éste produce. La finalidad de la toma de muestras es conseguir que una fracción extraída del medio a estudiar sea representativa del medio, así como de fácil manipulación, determinación y conservación. Es esencial que la manipulación de la muestra no afecte a la composición de la misma desde que se toma hasta el momento en que se realiza el análisis.

Muestra de suelos:

La forma de tomar las muestras de suelos potencialmente contaminados está detallada en una serie de normas, como las ISO. Para la recogida de muestras en suelos hay que utilizar los aparatos adecuados para cada caso particular.

Barreras manuales: utilizadas en muestreos superficiales. Taladros mecánicos: se usan cuando se necesita tomar muestras más profundas. Perforadoras: para acceder a niveles de profundidad mucho mayores. Perforación de pozos: para la posterior recogida de la muestra liquida como con archivadores, barreras huecos y barreras espirales. Muestreadores de cerámica porosa hueca: para la recogida de muestras de humedad del suelo. Tubos de carbón activado, bolsas de muestra o contenedores especiales: para la obtención de gases.

Tabla 10.Forma de obtención de muestras.

Las principales consideraciones a tener en cuenta para diseñar un plan de muestreo sobre suelos contaminados son:

1) Al tomar una muestra de suelo y para evitar contaminarle, debe extraerse del muestrador con una herramienta que no modifique su composición, utilizando también guantes de protección desechables después de cada uso.

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2) Para las muestras en las que se analizan compuestos volátiles, se deben utilizar tubos de acero inoxidable. Estos tubos deben ir perfectamente cerrados para evitar fugas o cualquier transformación de la muestra durante su transporte al laboratorio.

3) Hay que tener especial cuidado con la contaminación cruzada entre las capas del suelo, pues al recoger la muestra se ésta se presenta en estado liquido o pastoso, pueda caer en la perforación que se está haciendo y contaminar capas más profundas.

PROCEDIMIENTO DE PREPARACION DE SUELO Y SIEMBRA:

En el caso de la preparación de suelo, se debe efectuar con la participación de la humedad del suelo, para permitir la acumulación del agua y se debe llevar un previo control de las malezas. Se procede a arar la tierra que consiste en aflojarla y quitarle todas las plantas para que no afecten el cultivo en este caso nos enfocaremos en el la siembra de alfalfa y festuca.

Actividad experimental

Materiales y métodos

Plantas

Alfalfa (medicago sativa)

La alfalfa germina en un rango muy amplio de temperaturas, que llegan desde 5°C hasta 35°C. Puede germinar con temperaturas que serian límites para su crecimiento posterior. En las épocas más recomendables para la siembra de alfalfa y avena son a finales de verano y principio de otoño, pero esto no es un impedimento para efectuarlas en cualquier parte del año siempre y cuando se tenga un control sobre malezas su uso en la fitorremediación esta documentado para la remoción de HPA, petróleo, glicoles (Liste H., 1999, Reynoso L., 2004, Macek 2000).

Festuca (festuca arundinacea).

Variedad perenne desarrollada en EUA, de crecimiento semipostrado. Una vez establecido rinde una alta producción de materia seca la que supera al pasto (rye grass) perenne en verano y otoño, se adapta óptimamente en alturas de 2,500 a 4,200 m, de buena persistencia, tiene excelente rendimiento en suelos de turba donde el pasto (rye grass) no responde, además tiene gran resistencia a las heladas, sequías y encharcamiento; resistente al gusano de grass y a royas. Tiene hojas suaves muy y digestibles. Se debe evitar el pastoreo hasta que esté bien establecido. Crece bien en suelos con pH de 5 a 7(Reynoso 2004).

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Preparación de los cultivos

Escarificación de las semillas

Las semillas de alfalfa y festuca fueron separadas de su cáscara y se colocaron dentro de un sobre de papel filtro, se sumergieron en un vaso de precipitado con solución detergente durante 15 min en agitación manual constante; se enjuagaron con abundante agua corriente. Dentro de la campana de flujo laminar, aun dentro del sobre de papel filtro, se sumergieron en un solución de etanol 70 % durante 30 s, a continuación se trataron con una solución de hipoclorito de sodio 10% y 0.1 ml de Tween durante 20 min agitando constantemente. Se lavaron 5 veces con 150 ml de agua desionizada estéril. El sobre se abrió con pinzas y bisturí esterilizados para tomar semillas que se sembraron.

Tubos de cultivo

Se preparó el medio de cultivo Murashigue y Skoog (MS), se ajusto el pH a 5.8 y se agregaron 2 g de phytagel (sustituto de agar Sigma Chemical), para los tubos de prueba de germinación y se llevo a ebullición por dos min. Se vació 10 ml de MS cada frasco para prueba de germinación, se tapo y se esterilizó por 18 min a 15 lb / in2. Para el caso de los tubos de cultivo, se omitió el gelificante (phytagel) y se agrego a cada uno 3 g de agrolita.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP)

Como sustancia contaminante se utilizo el fenantreno (FEN) 96% de Sigma Chemical Co. La solución de los hidrocarburos se preparó con diclorometano (DCM) de J.T. Baker.

Prueba de germinación:

Con el fin de determinar la calidad de la semilla y su tiempo de germinación a cada uno de los tubos con phytagel se agregó en la campana de flujo laminar una semilla previamente escarificada, de tal forma que se tenían 10 tubos con una semilla de festuca y 10 con una semilla de alfalfa, se sellaron los tubos y se colocaron en un amiente controlado con 25 ° C, con fotoperiodos de 16 h de luz y 8 h de oscuridad.

Bioensayos de sobrevivencia

Se utilizó una concentración de 400 ppm de FEN. Se incorporó 0.5 ml de la solución de FEN en los tubos de cultivo esterilizados, se mantuvieron a

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temperatura ambiente y se permitió que el solvente se volatizará durante un periodo de 3 días antes de incorporar las semillas.

Se colocó una semilla por tubo (tres por especie) y se selló con parafilm. Se mantuvieron a 25° C, con foto periodos de 16 h de luz y 8 h de oscuridad durante 40 días, teniendo como total 21 tubos de ensayo: 3 con MS y con semilla sin solvente y contaminante que fungieron como testigos, 3 con solvente, 3 con MS y 6 tubos con una semilla de cada especie teniendo como resultado dos triplicados de cada especie.

Planeación de actividades:

Con base en las actividades mencionadas se realizó la distribución teniendo en consideración el plan trimestral de once semanas más una semana de exámenes

1.- Búsqueda de información bibliográfica específica

2.- Prueba de germinación: (limpieza y escarificación de semillas, preparación de medio de cultivo MS, esterilización de los tubos, sembrado y monitoreo)

3.-Bioensayos de sobrevivencia: (diseño del experimento, limpieza y escarificación de semillas, preparación de medio de cultivo MS, esterilización de los tubos con agrolita y MS, incorporación del contaminante, sembrado y monitoreo.

4.-Obtención de las muestras: extracciones con diclorometano, preparación de los viales con muestra para el análisis y cuantificación con el cromatógrafo.

5.-Análisis de resultados: interpretación de los cromatogramas y elaboración de la curva de calibración y obtención de resultados y reunión de observaciones.

6.-Elaboración del reporte de actividades y presentación en la semana 12

7.-Presentación de resultados

Actividad/sem 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 x x x x x x x x x2 x x3 x x x x x5 x6 x x x7 x

Tabla 11. Organizacion de actividades

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Métodos analíticos:

Plantas

La sobrevivencia de las plantas se evaluó a los 40 días de estudio, se midió la longitud de la raíz y del tallo de cada una de las plantas de estudio. Se lavó con DCM para eliminar los residuos de medio así como de FEN.

Fenantreno

La lixiviación del FEN de la agrolita con medio de cultivo se realizó con DCM (diclorometano), con tres lavados de 10 ml cada uno, después de los 40 días establecidos, incluyendo los testigos donde se obtuvo una eficiencia de extracción del 96% de FEN. Para la cuantificación se utilizó un cromatógrafo de gases varían 3900 con detector de ionización de flama y una columna DB PETRO (100m, D.I. 0.25 mm); helio como gas acarreador y una rampa de 100° C por 1 min, aumentando a 20° C/min hasta 180° C, sube a 15° C hasta 230° C, se mantiene por 5 min 4°C/min hasta 290 °, se mantiene 23 min y por último sube a 3°C/min hasta 300° C por 5 min.

Resultados y discusión

Prueba de germinación

Se obtuvo un 95% de germinación de las semillas sembradas en un periodo de una semana, el crecimiento se observó sin aparentes complicaciones mostrando que la semilla tiene altas probabilidades de desarrollarse. La grafica 1 muestra la forma de germinación con respecto al transcurso de la semana

1 2 3 4 5 6 7 8

alfalfa0

2

4

6

8

número de frascos

días transcurridos

especies

Germinación de las semillas

alfalfa

festuca

Gráfico 3. Prueba de germinación de semillas de alfalfa (medicago sativa)Y de festuca (festuca arundinacea)

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Desarrollo del bioensayo

Crecimiento

Se tienen antecedentes de la toxicidad del FEN en especies vegetales a comparación de otros HAP (Reynoso L, 2004) hecho que fue comprobado con este estudio, en ambas especies se realizó un estudio comparativo del tubo de cultivo contaminado vs el testigo teniendo como resultado una variación en el tallo de entre 0.5 ± 0.1 cm. y 1 ± 0.1 cm. de diferencia para el caso de la alfalfa y de 3 a 5 ± 0.1 cm. en la festuca dando como resultado la clara afectación en el desarrollo.

MS

SO

LV

EN

TE

FE

N

A L F A L F AF E S T U C A

0

2

4

6

8

1 0

( c m )

V A R I A C I O N

E S P E C I E S

L O N G I T U D D E L T A L L O

A L F A L F A

F E S T U C A

Gráfico 4. Variación en el crecimiento de la planta con y sin contaminante

Remoción del contaminante

Obtenidos los cromatogramas y con el apoyo de la curva de calibración para el FEN obtenidos con el cromatógrafo, se obtuvieron los siguientes resultados.

especie Alfalfa (medicago sativa) Festuca (festuca rundinacea)

Remoción (ppm) 224 96Porcentaje (%) 56 25

Tabla 12.porcentajes de remoción de contaminante en el bioensayo

La tabla dos muestra que la eficiencia de la alfalfa supera en 200 % al de festuca. Este valor ha sido reportado como un promedio (Reynoso 2004, Yanzheng, 2004) a la capacidad de remoción de festuca, sin embargo, se tiene la referencia que festuca al crear una red de raíces con las plantas vecinas, puede compensar su bajo desempeño (Qiu X et al, 1996). Es importante mencionar que con el

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método utilizado solo se puede asegurar la remoción del fenantreno, mas no cuantificar la degradación, ya que esto implicaría la detección de metabolitos en la planta, lo que complica el análisis. Por último es importante mencionar la acción que realizan los microorganismos asociados a la raíz en el suelo, si bien estos no se incorporaron al experimento, su presencia aumenta la remoción y con ello la limpieza del suelo.

Conclusiones de la segunda etapa del proyecto

La presencia del fenantreno afecta el desarrollo de la planta debido a su altatoxicidad sin embargo, pese a esa situación de estrés, se demuestra la capacidad fitorremediadora de las especies elegidas.

LA ORGANIZACIÓN DE LA EMPRESA:

Capacidad de almacenamiento de la planta

Además de los materiales utilizados para servicios generales, debemos considerar que se tenga el suficiente espacio para resguardar semilla en saco y residuo de planta cosechada, este espacio debe ser suficiente para almacenar un promedio de 15 ton de semillas es decir un promedio de 150 sacos de semilla variada a una temperatura y humedad que permita mantenerlas en buen estado de conservación, y en el caso del residuo, espacio para conservar un promedio de 10 toneladas diarias.

Para sobrevivir en un mercado de competencia, una empresa debe lograr al menos las siguientes condiciones.

La calidad de sus productos y/o servicios debe permanecer inalterable, este nivel permitirá al cliente determinar el nivel de excelencia y cubrirá sus expectativas.

La empresa debe gestionar estas expectativas, reduciendo en lo posible la diferencia entre la realidad del producto y/o servicio y lo que espera el cliente. El cliente es el único juez de la calidad y sus consejos por tanto, son fundamentales.

La empresa debe previamente conseguir los acuerdos necesarios entre el personal y la dirección.

El hecho de que la calidad sea, en parte, subjetiva, no impide que se deban definir normas precisas.

Los costos para alcanzar todas estas condiciones deben ser mínimos y la e m p r e s a d e b e f u n c i o n a r c o n l a m a y o r a u t o n o m í a f i n a n ciera.

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La empresa debe disponer de una estructura humana y funcional eficaz, diseñada para que con el mínimo esfuerzo las personas realicen su trabajo, sin p e r d e r d e v i s t a l a e f i c a c i a y r e n t a b i l i d a d d e s u s a c c i o n e s .

Si el diseño de la estructura minimiza los conflictos y evitan las tareas reiterativas o repetitivas, se podrá potenciar al máximo el tiempo y dedicación d e l o s t r a b a j a d o r e s .

Este diseño deberá contener los elementos de control que asegure que todas las acciones se concreticen en rendimiento real y efectivo, y cubra las expectativas de la dirección en cuanto a sus políticas presupuestarias para no extralimitarse de los mismos, al mismo tiempo que garantice el control y evaluación p e r m a n e n t e d e t o d o s l o s s e r v i c i o s .

Esta estructura debe garantizar o disponer del grado de información necesario para quienes trabajan en ella. El departamento de Marketing requiere información sobre las condiciones y evolución de los mercados. Sobre como funciona la competencia, si están o no satisfechos nuestros clientes.

Otras informaciones serán también importantes para los departamentos de p r o d u c c i ó n , i n v e s t i g a c i ó n , d e s a r r o l l o e i n n o v a c i ó n , e t c .

A través de la estructura de la organización deberemos detectar los problemas y como afrontarlos. El diseño de la organización permitirá conocer en cada momento quien tiene la responsabilidad para tomar decisiones en orden de r e s o l v e r d i c h o s p r o b l e m a s .

Si el Director de Producción ha asumido la responsabilidad para decidir lo que hay que comprar, esta decisión no deberá entrar en conflicto con la política presupuestaria de la empresa en esta materia. Se deberá determinar la capacidad de independencia de este responsable, sobre todo para agilizar la gestión.

Si es preciso, autorizar a otros departamentos más pequeños para realizar aprovisionamientos sin depender exclusivamente de la oficina central de compras.

LOS PILARES DE LA ORGANIZACIÓN:

Las modernas teorías sobre la organización empresarial, se apoyan en los estudios de W.G. Scout(*), quien sugería que el análisis funcional de una empresa se podría basar, en cuatro áreas bien definidas y distintas:

1.- División del trabajo.2.- Cadena de mando.3.- Alcance del control.4.- Identificación de tipos de estructura.

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(*).- Si estudiamos a Peter Drucker, en sus apreciaciones sobre la "Gestión", observaremos que pone como ejemplo de lo

anteriormente citado a w.G Scott. y cómo su empresa, tan próspera al principio.

Este proceso se conoce como cadena de mando y es una de las formas en las que puede resolverse el problema de la división del trabajo en las empresas. Esto permitirá que otros mandos intermedios puedan participar en la gestión tomando decisiones, lo que enriquecerá su trabajo; también podrá equivocarse y de los errores sacar las conclusiones que mejoren sus expectativas futuras dentro de la organización.

El diseño de la estructura de una organización empresarial tiene que estar claramente definida y asumida por todos sus componentes. El organigrama funcional de la empresa indicará claramente la pirámide de la organización, cadena de mando y sus vinculaciones a todos los niveles, tanto ascendentes como descendentes.

DISEÑO DEL TIPO DE ESTRUCTURA:

Los factores que influyen en el diseño de la estructura de una organización, son entre otros, los siguientes:

Tamaño de la empresa. Área geográfica que cubre, es decir si la empresa trabaja a escala local, nacional o internacional. La gama o líneas de productos que fabrica y vende. El nivel de control que la dirección quiere tener de la organización.

La mejor forma de conocer el diseño de la estructura de una empresa, es la forma en como se inició. Con el tiempo se verá como las personas hacen trabajos parecidos, lo que dará lugar a una revisión, para adaptarlos, y compartir experiencias y recursos.

La creación de departamentos será la mejor forma de estructurar la organización. Así todas las personas se agruparán por departamentos: producción, compras, finanzas, ventas, marketing, recursos humanos, etc.

Los grupos de trabajo pueden parecer la forma más lógica de estructurar una organización.

Muchas veces el personal responsable de un área determinada adquiere una visión excesivamente "compartamentalizada" de la empresa y pierde de vista el objetivo principal de la empresa.

Cuando la empresa es dinámica y moderna, y su organización ha crecido con la aplicación de una correcta gestión, esta tiende a aplicar el concepto de división.

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RESUMEN:

Llegado a este punto conviene reflexionar sobre las características que i d e a l m e n t e d e b e t e n e r c u a l q u i e r o r g a n i z a c i ó n :

1. Objetivos claramente definidos para la comprensión de toda la organización.2. El personal tanto directivo, mandos intermedios y de apoyo, adquirirá un a l t o n i v e l d e c o m p r o m i s o p a r a a l c a n z a r e s t o s o b j e t i v o s .3. La comunicación se verá libre de interferencias y bloqueos sistemáticos.4. Los conflictos son asumidos y serán resueltos dentro de la organización.5. La mano de obra a todos los niveles deberá ser tratada como personas responsables, potenciando su desarrollo y nivel de conocimientos.

Por desgracia no todas las empresas han alcanzado este nivel ideal. Usted puede reflexionar sobre las posibles razones, sobre todo a la vista de sus propias experiencias.

El objetivo de el siguiente proyecto de fitorremediación es crear una empresa, prestadora de servicios utilizando la técnica de fitorremediación para la recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos; basado principalmente en la propagación y supervivencia de especies vegetales como lo son la festuca, avena, debido a que presentan un alto nivel de retención , acumulación y degradación de los hidrocarburos en sus tejidos. A si como se propone utilizar la especie de alfalfa, con el fin de comparar su capacidad de acumulación de hidrocarburos en sus tejidos.

Esta técnica nos permite, aunada a la fitoacumulación y la fitoextraccion aplicar una metodología para la recuperación contaminados con hidrocarburos.

Las plantas presentan una adecuada opción para descontaminar suelos que acumulan elementos tóxicos y dañinos para la flora y la fauna. Al usar esta técnica se obtendrán beneficios, ya que la fitorremediación comparada con otras técnicas como el lavado de suelos, extracción de vapores, remediación electrocinética, destrucción térmica, vitrificación etc.

La empresa propuesta busca incursionar en el campo de las ya establecidas dedicadas a la remediación de suelos, ofreciendo un servicio de calidad garantizando el proceso de remediación.

La empresa será ubicada en el Estado de México, debido a que se han encontrado un buen número de industrias productoras de residuos peligrosos y bioacumulativos. Además este estado forma parte de una importante región económica dentro del país.

Las instalaciones contaran con oficinas de atención a clientes, laboratorio, cuarto de secado, almacén de semillas , unidades móviles y confinamiento de materiales.

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El siguiente organigrama nos muestra la organización que debe presentar una empresa, dedicada a prestar el servicio de fitorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos.

Fig.2. Diagrama de la estructura de una empresa de fitorremediación.

DIRECCION GENERAL

DIRECTOR ADMINISTRATIVO Y DE PRODUCCION

RESPONSABLE TECNICO Y DE CALIDAD

RESPONSABLE DE SECRETARIA Y CONTABILIDAD

RESPONSABLE DE RH Y CULTIVADORES

OFICIAL 1 OFICIAL 2

PERSONAL DE PRODUCCION (EVENTUAL).

CLASIFICADORES (EVENTUALES).

ANALISTA DE LABORATORIO

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Organigrama del diseño de la empresa de fitorremediaciòn

Fig.3Diagrama de la estructura de una empresa de fitorremediación.

DIRECTOR GENERAL

GERENTE DE MERCADOTECNIA

SEMBRADORES CAPACITADOS ING. AGRONOMO

GERENTE DE MERCADOTECNIA

CONTADOR

SECRETARIASUPERVISOR

LABORATORISTAS

AYUDANTES GENERALES ALMACENES

CHOFER

VIGILANTE

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De acuerdo al organigrama presentado anteriormente podemos observar en las siguientes tablas los sueldos que percibirían los empleados de una planta de fitorremediación. Todos los precios que se muestran en las siguientes tablas están en dólares (USD).

PERSONALNo. DE PERSONAL

SUELDO MENSUAL USD

Director General 1 2280Gerente de Mercadotecnia 1 547

Contador 1 700

Ing. Agrónomo 1 825

Almacenistas 2 600Encargado de Supervisión 1 340

Vigilante 2 700

Laboratoristas 4 2200

Chofer 2 600

Intedencia 2 340

Sembradores 20 4000

Ayudantes en general 4 980

Secretarias 3 1100

TOTAL 44 15212

Tabla.- 13 de sueldos de acuerdo a las funciones realizadas.

Encontramos haciendo un análisis el equipo necesario para hacer un análisis de suelo y poder determinar el tipo de contaminante. De esta manera se determina si el suelo es apto para remediarlo utilizando el método de fitorremediación.

Equipo CantidadCosto USD

Analizador multielemental de fluorescencia 1 3250.25Secador 1 22000Laboratorio móvil 1 29500

Empacadora 1 4490Tractor 2 7800Campana de flujo laminar 3 8500

Auto-clave 2 12000.5pH-metro 2 500

Refrigerador 2 2000carro de charolas 4 275Balanzas digitales 3 400

motor de inducción 1 188.6desionizador de agua 1 1200

camión 3/2 1 11000camioneta 1 7200

tanque 1 5000

TOTAL 115304.4

Tabla.- 14 De cantidad y artículos requeridos.

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El laboratorio móvil deberá de constar del siguiente equipo para poder hacer el análisis de suelo in situ.

Material de laboratorio Costo USDVasos de precipitados de 100 ml 2.86

Vasos de precipitados de 600 ml 4.52Matraces volumétricos de 500 ml 65.8 c/4 piezasMatraces volumétricos de 1000 ml 46.3 c/2 piezas

pipetas volumétricas de 10 ml 8.42pipetas volumétricas de 5 ml 7.2

bureta116.2 c/24 piezas

Cajas de petri140.2 c/60 piezas

Gradilla de 48 orificios233.5 c/75 piezas

tubos de cultivo de 25 X 15054.2 c/300 piezas

pinzas de 4 3/4 42

Frascos de 175 ml con tapas54.4 c/100 piezas

TOTAL 775.6

La siguiente tabla nos muestra los equipos que seran utilizados por los sembradores para evitar posibles infecciones u otro tipo de enfermedades.

Equipos de trabajo PIEZAS

COSTO TOTAL (USD)

Batas de laboratorio 10 130

Overoles 20 310

Cascos 20 180

Mascarillas 20 310

Guantes 15 28

total 85 958

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Proceso Involucrado.Este proceso engloba tres etapas independientes consecutivas: el análisis, la fitorremediación y el tratamiento del residuo.

Análisis.La determinación de si considera al terreno seleccionado candidato a la limpieza por esta técnica la determina esta fase, naturaleza del suelo, concertación promedio del contaminante y la localización de este son aspectos a tratar.Procedimiento a seguir para determinar la concentración de contaminante, remediación y recuperación del suelo contaminado.

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figura 6.Procedimiento a seguir para determinar la concentración de contaminante, remediación y recuperación del suelo contaminado

Recolección del sitio-Detallar las características del contaminante.

Calcular el riesgo quimico y el límite de exposición.

Determinar si existe riesgo humano y la ecología del sitio

Identificar la posible exposición y daños a futuro

Desarrollar las posibles vías de descontaminación, dependiendo las características del sitio

Estimar la posible duración de descontaminación

El riesgo a futuro esta basado en la exposición de los químicos pre-identificados por sus diferentes vías.

Es severo el riesgo humano y ecológico en el sitio a futuro

SI

NO

NO

SI Modelar un proceso que evalué las opciones para minimizar el riesgo.

Hacer un estudio para evaluar la remediación c o m o o p c i ó n p a r a minimizar a futuro el riesgo

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Parámetros AplicaciónpH Identificar y reducir el pH

en las regiones con dióxido de carbono, como una alternativa para incrementar el pH de las regiones y utilizar el oxigeno disponible mas eficazmente.

Salinidad Elevar la salinidad para poder reducir la actividad microvial.

Disolver el hierro:(Fe (II) y Fe (III).

Identificar las condiciones que faciliten la reducción de hierro y permita la degradación por alguna vía.

Metano Indicador anaeróbico de degradación, (con la utilización de un indicador potencial redox-400 Mv y ausencia de oxigeno).

Nitrogeno, Amonio, Nitratos. Evaluar la configuración de disolución a condiciones anaeróbicas.

Sulfatos. Evaluar su disolución para reducir la concentración de sulfatos.

Iones (Na,K,Cl,Mn). Son nutrientes esenciales; indican la biogeneración química del proceso.

Zona saturada de microcosmos Determinar los microorganismos indígenas (**) del sitio degradado por el contaminante, y evaluar los mecanismos abióticos.

Disolver el Hidrogeno. (*) Evaluar la degradación microbial de cloro.

Célula bacteriológica. (*) Determinar la densidad de las bacterias, tipo de bacteria actividad y viabilidad de bacteria indígena (**).

Datos de contaminantesDelineación de contaminante, fuente, tipo y concentración.

Seleccionar las características de sitio, evaluar las fases químicas: soluble, vapor, liquido, estimar estatus y el transporte de los contaminantes.

Presencia libre del producto. Verificar si el producto se puede remover con el método.

Datos libres del contaminante. Determinar velocidad de contaminación y migración del mismo.

Verificar volumen de contaminante liberado.

Estimar tamaño de migración removido.

Coeficiente de dispersión Evaluar el contaminante, su concentración y transporte distribuido

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(es esencial para modelar los parámetros).

Partición de los coeficientes del contaminante y sus componentes.

Evaluar las fases del contaminante (absorbidos, gases y solubilidad).

Clasificar la biodegradación de los componentes del contaminante.

Evaluar la destrucción de los componentes del contaminante, determinar si la atenuación natural es factible y prácticamente inferior en el sitio, especificar las condiciones; sino crear modelos de transporte para la limpieza del sitio.

Figura 7.Parámetros involucrados en el análisis del suelo.

Fitorremediación.Engloba desde la determinación cualitativa y cuantitativa de la especie útil para cada caso, hasta la cosecha y obtención de la planta adulta contaminada y cortada(residuo primario).

Tratamiento del residuo.Esta última etapa consta de tres partes principales: el secado parcial del residuo primario, la biodegradación a través de un biorreactor obteniendo un residuo secundario y el procesamiento de un posible residuo terciarios producto del anterior.

1. Secado. El objetivo primordial de esta operación es disminuir parcialmente la cantidad de humedad de la planta y lograr con esto el manejo y de una cantidad inferior de masa a procesar. Estudios realizados sugieren el rango de temperatura de entre 20° C y 40° C (Jahn y Avilés, 2003) con ventilación forzada permite reducir hasta en un 50% la humedad de la planta, para ello es necesario un equipo que opere in situ logrando con esto evitar que el traslado de biomasa fresca hacia la planta pueda generar nuevos focos de contaminación.

2. Biodegradación del residuo secundario Si bien es cierto que la operación de secado resulta para nuestro caso útil no resuelve el problema plateado que es destruir al contaminante para ello se requiere de una siguiente etapa en la cual, por medios biológicos-enzimaticos se reducirá la biomasa y la concentración aun presente de contaminante, ( la cual se espera lógico, sea notablemente mínima con relación a la inicial ) logrando con esto generar nuevas formas de contaminación, el uso de enzimas como la lacasa producida por el hongo cladosporium cladosporoides (Chávez y Esparza, 2005) para degradar fenantreno .Esta operación es realizada por un reactor que se situará dentro de la planta industrial teniendo como resultado de este un residuo terciario que será a su vez en cantidad, mínimo con relación al secundario.

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3.-Eliminación del residuo terciario Su tratamiento estará basado en tres parámetros: sus características

físicas la cantidad promedio que se genere y la concertación final de contaminante contenido, si este llega ser ínfimo y por debajo de los límites máximos permitidos, una opción es ser usado como abono orgánico en la etapa de fitorremediación.

OPERACIÓN DEL SECADOR:

? Los sólidos se colocan en una tolva y se alimentan mediante un alimentador tipo “áncora” que regula el flujo. El secador está inclinado aproximadamente 1º con respecto a la horizontal, para facilitar el flujo de los sólidos; cuenta además, con unas paletas de tipo aspas de borde 90º para levantarlos y esparcirlos en la corriente gaseosa.

? El aire para el secado se impulsa por un ventilador de tiro inducido y se calienta al cruzar una cámara en la que se quema gas doméstico.

? El flujo del aire es en la misma dirección del sólido; es decir, los flujos son paralelos.

? Los sólidos después de pasar a través del cilindro, salen por una compuerta y caen a un recolector.

? El aire a su vez, pasa por un recolector ciclónico para recuperar los sólidos que hayan sido arrastrados y finalmente, por un medidor de tipo Venturi con garganta cuadrada, con el cual se determina la velocidad de los gases.

? Las áreas transversales del Venturi son 4 x 4 pulg y 2 x 2 pulg.

? El diámetro del cilindro es de 15.2 cm (0.5 pies) y tiene una longitud de 1.98 cm (6.5 pies).

? La sección transversal (s) es de 0.018 m2

Consumo de Calor Unitario y Eficiencias Térmicas

Los consumos unitarios de calor y los valores de eficiencias térmicas de la operación de secado son expresiones del comportamiento de un secador.

En términos prácticos expresan la cantidad de calor necesario para producir una unidad de producto seco hasta una cierta humedad (según las

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especificaciones deseadas) o bien la cantidad de calor por unidad de agua evaporada.

Las ecuaciones siguientes presentan estas relaciones:

Jp= Producto por calor de unitario Consumo Jp …. (22)

J a = C o n s u m o u n i t a r i o d e c a l o r p o r a g u a e v a p o r a d a =

……(23)

La eficiencia térmica es directamente dependiente de las temperaturas de operación y en términos generales se define como la relación de:

De acuerdo a lo anterior la eficiencia se incrementa cuando la temperatura del aire de entrada se eleva (si la naturaleza del producto y el diseño del secador lo permite) y el secador se opera a una temperatura de salida tan baja como lo permite el proceso (calidad y especificaciones del producto).

La eficiencia térmica de la operación de secado puede expresarse de las siguientes maneras:

Eficiencia Térmica Global

Se define como la fracción total del calor suministrado al secador en relación al calor usado en el proceso. La relación siguiente proporciona un valor aproximado:

……………………………………….……….. (24)

Calor suministrado en la evaporación

Calor suministrado

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BALANCE DE MASA EN EL SECADOR:

El balance de masa queda:

BALANCE GLOBAL:

W1+ G’1 = W2 +G’2……………………… …….………………………….. ..... (1)

Donde:

W1 = Gasto másico de sólido a la entrada (M/lj).W2 = Gasto másico de sólido a la salida (M/lj).G’1 = Gasto másico de aire a la entrada (M/lj).G’2 = Gasto másico de aire a la salida (M/lj).

de otra forma:

X1WS + G’SY1 = X2WS + Y2G’S……………………………………………( 2)

donde:

WS = Gasto másico de sólido seco (M/lj).G’S = Gasto másico de aire seco (M/lj).Y1 = Humedad absoluta del aire a la entrada (Magua / Maire seco).Y2 = Humedad absoluta del aire a la salida (Magua / Maire seco).X1 = Humedad absoluta del sólido a la entrada (Magua / Msólido seco).X2 = Humedad absoluta del sólido a la salida (Magua / Msólido seco).

También se tiene que:

Wi = WS (1+Xi) y G’i = G’S (1+Yi)……………………………………………(3)Separador 2

Para el cálculo se G’2 se utiliza la caída de presión con las siguientes fórmulas:

G’1

W1

G’2

W2

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…………………………………… …………(4)

Donde:

v = Velocidad del aire en la garganta (pies/segundo).¨3� �&DtGD�GH�SUHVLyQ�HQ�HO�9HQWXUL��SLHV�+�2��ǒDLUH� �'HQVLGDG�GHO�DLUH��OE�SLH���ǒ�DJXD� �'HQVLGDG�GHO�DJXD��OE�SLH���Cv = 0.98.ǃ� ����g = 32.2 pies/s2.

La densidad del aire se calcula a partir de la siguiente ecuación:

ǒDLUH� ���9K�<�VH�WLHQH�TXH:

....................................................................................................(5 y 6)

Donde:

Vh = Volumen húmedo (L3/M)VA.S. = Volumen de aire seco (L3/M).VS = Volumen de aire saturado (L3/M).YS = Humedad de saturación absoluta (Magua / MA.S.).

Para resolver esta ecuación se deben obtener los valores de la carta psicrométrica a las condiciones del laboratorio (550 mmHg).

Otra forma de obtener el volumen húmedo es:

…………………………………………………….(7)

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Donde:

Vh = Volumen húmedo (pies3/lb).TG = Temperatura de bulbo seco (ºF).PT = Presión atmosférica (atm)

El valor del gasto másico de aire en el cilindro de secado (G2) se obtiene a partir de:

G’2 = Avǒaire……………………………………………………………… … ( 8)

A = Área de la garganta del Venturi (25 cm2).

El balance de calor en un elemento de volumen con longitud dz es:

Donde:

T = Temperatura del gas.t = Temperatura del sólido.Planteando el balance:

dqg = dqs + qp …………………………………………………………....(9)

Donde:

qs = Calor recibido por el sólido (H/lj).qp = Pérdidas de calor (H/lj).qg = Calor cedido por el gas (H/lj).

El calor cedido por el gas es:dqg = G’S CS dT ………………………………………………………....(10)

Donde:

qp

dZW1t1

G1T1

t

T

t + dt

T+dt

W2t2

G2T2

Z

50

CS = Calor húmedo del aire (H/Tlj).El calor recibido por el sólido es de acuerdo a la ecuación general de transferencia de calor:

dqs = U dA (T-t) dA = a S dZ ……………………………………...(11 y 12)

Donde:

U= Coeficiente de transferencia de calor (H/L2Tlj).a= Superficie de las partículas sólidas expuestas al aire por unidad de volumen de secador (L2/L3).

Generalmente se supone que el secador esta perfectamente aislado por lo que no existen pérdidas de calor; las ecuaciones (10) y (11) se pueden igualar y espejando dZ se tiene:

…………………………………..…………. (13)

Considerando a U y CS constantes e integrando se obtiene:

………………………………………………………(14)

Si sabemos que:

ZTeórica = LUT*NUT………………………………………………….... (15)

Donde Z sería la longitud teórica del secador.

Entonces:

……………………………………………. ....(16 y 17)

Con una serie de consideraciones se llega a que:

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Donde …………. (18y19)

Al producto Ua se le conoce como coeficiente volumétrico. Diversos autoreshan utilizado correlaciones que se pueden reducir a la forma:

Donde:

………………………………………………….......(20)

Ua = Coeficiente volumétrico (BTU/hr ºF pie3).K = 0.5 BTU/hr pie2.G = masa velocidad del gas (lb/hr pie2).N = 0.67.D = diámetro del cilindro del secador (pies)

El calor suministrado dentro del sistema se puede definir como:

qs = w’ * Cp * (T1-Tamb.) …………………………………………….… (21)

Consumo de Calor Unitario y Eficiencias Térmicas

Los consumos unitarios de calor y los valores de eficiencias térmicas de la operación de secado son expresiones del comportamiento de un secador.

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SECADOR MOVIL

Funcionamiento:

La columna de secado está formada por una tolva de carga y por un número de módulos en el interior de los cuales se encuentran conductos cónicos inmersos en el cereal, el cual baja por gravedad con un movimiento con corrientes mixtas y cruzadas. El cereal se embiste con un flujo de aire caliente en contra corriente en la parte superior y con un flujo de aire ambiente en la parte inferior (enfriamiento), el cual luego sale a la atmósfera. La cantidad de cereal en salida está predeterminada y regulada por un extractor neumático, sucesivamente el producto se recoge en una tolva de descarga.

Tractor Agrícola (John Deere 7420)

Características:Presentamos a nuestros agricultores una amplia variedad de tractores

que, además de su nuevo diseño, moderno y versátil, ofrecen la más avanzada ingeniería. La fuerza y la tecnología más moderna en las manos del productor agrícola, de una manera cómoda y funcional; para llevar a cabo sus tareas, con mayor economía y en menor tiempo.

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Los tractores 7420 con Motor John Deere PowerTech® de 6 cilindros, turbocargado, 138 caballos de fuerza al volante, además de una reserva de torsión 30% pueden superarcualquier tipo de labores agrícolas.

Estas son las características principales de la nueva generación de tractores John Deere Tracción

? Tracción sencilla ? Doble tracción

Motor John Deere PowerTech®

? De 6 cilindros, turbocargado con 6.8 l, con 138 Hp al volante

Transmisión

? Los tractores 7420 están equipados con una Transmisión Power Quad con palanca direccional del lado derecho, con 16 velocidades de avance y 16 de reversa. Esta transmisión permite desarrollar una velocidad máxima de 30 kilómetros por hora

? También tienen la ventaja de que la traba del diferencial es hidráulica, se acciona con el pie en un interruptor que está en la estación del operador

PermaEmbrague 2

? Embrague controlado hidráulicamente, el cual no requiere de mantenimiento durante la vida útil del tractor, esto representa mayor productividad y economía

Filtro de aire

? Filtro de aire con Sistema PowerCore®, de flujo doble, con esto el motor trabaja más eficientemente

Toma de fuerza

? Toma de fuera independiente de 540 rpm (tracción sencilla) y toma de fuerza independiente de 540/1000 rpm (doble tracción)

Tipo de dirección

? Dirección hidrostática, se traduce en comodidad para el operador, ya que no tiene conexiones mecánicas hacia el control del operador

Tipo de frenos

? Frenos hidráulicos, de disco húmedo, son autoajustables, eliminando el mantenimiento y ofreciendo alta potencia de frenado, esto es seguridad y comodidad

Sistema hidráulico

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? El Sistema Hidráulico de estos tractores es un sistema de Centro Cerrado, de presión y flujo compensado, con la ventaja de tener un control más rápido en el implemento y dirección

Varios

? Cuenta con un cofre abatible, esto permite realizar los servicios con facilidad, reduciendo notablemente el tiempo de mantenimiento

? El Eje de Levante con control electrónico, seguro de transporte y amortiguado brinda el beneficio de comodidad y seguridad. Su capacidad de levante de 3,805 kilogramos permite conectar implementos de mayor peso. Los brazos de enganche de tipo gancho permiten un acoplamiento fácil y rápido. Este ti

? Su gran Capacidad de 207 litros en el tanque de combustible, nos da mayor autonomía en el campo. Una ventaja importante de resaltar es que al tener un solo aceite para la transmisión, el diferencial y el sistema hidráulico, se reduce el tiempo empleado para su mantenimiento diario

? Conscientes de la necesidad de un mantenimiento práctico, los tractores 7420 están equipados con un Cofre Abatible que permite realizar los servicios con facilidad, reduciendo notablemente el tiempo para estas operaciones

Compatibilidad de Implementos

? Arado de Vertederas 975/3/4? Rastra 425/28/30/32/36? Sembradora Max Emerge/6? Sembradora MP25/6? Sembradora 812/6 ? Arado de discos 3745

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Laboratorio Móvil

El Centro está dotado de un Laboratorio Móvil y equipamiento e instrumental necesario para el trabajo de terreno para cumplir con las exigencias de las distintas áreas involucradas en la problemática ambiental

Además, para apoyar las tareas de investigación y docencia, se cuenta con vehículos todo terreno, botes Zodiac, de aluminio y de fibra con motores fuera de borda.

Para actividades de investigación en el ámbito oceanográfico, se utiliza un barco de la Universidad de Concepción, que cuenta con equipamiento y tecnología de última generación

.

CAMPANA DE FLUJO LAMINAR VERTICAL ( Clase II Tipo A marca Lumistell modelo LV-120 )Recomendada para realizar actividades tales como preparación de medios de cultivo, siembras de patógenos, llenado de productos estériles etc. Mediante el uso de dos filtros HEPA (uno filtra el aire que sale al laboratorio y el otro el aire que entra en la cámara de trabajo) se protege el medio ambiente, al usuario y el material de trabajo. Construida de acuerdo a las normas establecidas por The Nacional Sanitation Foundation en su NSF Standard No. 49, así como lo establecido por The National Institutes of Health (NIH). Los filtros HEPA cumplen con los ordenamientos DOP del Military Standard 282.Construida con exteriores en acero negro con acabados en esmalte poliéster electrostático horneado,con interiores en acero inoxidable. Puerta vertical contrabalanceada de corrimiento suave que puede fijarse en cualquier parte de su recorrido. La plataforma de trabajo es removible para facilitar la limpieza. La cámaras de presión positiva y negativa están completamente selladas. El aire es filtrado a través de filtro HEPA para producir un flujo de aire vertical descendente laminar que proporciona un ambiente libre de partículas con un diámetro mayor a 0.3m protegiendo los productos manejados dentro de la cámara de trabajo. El aire de escape es emitido al ambiente a través de un filtro HEPA protegiendo tanto almedio ambiente como al usuario permitiendo por tanto la manipulación de agentes con niveles de Bioseguridad 1, 2 y 3. . Monitoreo de la vida útil del filtro HEPA mediante un MEDIDOR DE PRESION DIFERENCIAL que muestra la presión estática positiva existente en la cámara de alimentación de aire.

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ACCESORIOS INCLUÍDOS: Base de 80 cm de alto, medidor de presión diferencial, iluminaciónfluorescente, lámpara de luz ultravioleta para esterilización, conexión para gas y dos tomas de corriente para 110V.

Especificaciones:Dimensiones: frente x fondo x alto (cm)Totales: 135 x 82 x 225Interiores: 120 x 64 x 62Flujo de aire: Laminar vertical.Filtros: Absolutos HEPA con eficiencia de 99.97% a 9.99%Alimentación: 110 V o 220 V (a escoger)

Generadores de aire calientePara secar hay grupos de calentamiento:

� a fuego directo � a fuego indirecto

Los combustibles pueden ser:

? gas metano ? GPL ? gas oil ? aceite denso o subproductos

Los quemadores son de tipo:

? presurizado ? a vena de aire ? especiales para varios tipos de combustible.

Contenido P.S. 0,75

Grano del 20% al 14%

Maiz del 35% al 14%

Maiz del 28% al 14% Dimensiones [m]

Mod.m³ ton. Capacitad

t/24hCapacitad

t/24hCapacitad

t/24hAncho abierta

Ancho serrada

Longitud Altura

MOB.10 23,00 17,2 187,2 76,8 103,2 2,50 4,10 3,10 8,90

MOB.16 34,00 25,5 295,2 139,2 187,6 2,50 4,10 3,10 11,90

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Los datos indicados tienen una tolerancia ± y fueron calculados bajo las siguientes condiciones: semilas maduras y limpias secadas antes de 24h; secador alimentado por gas metano.

Parámetros AplicaciónpH Identificar y reducir el pH

en las regiones con dióxido de carbono, como una alternativa para incrementar el pH de las regiones y utilizar el oxigeno disponible mas eficazmente.

Salinidad Elevar la salinidad para poder reducir la actividad microvial.

Disolver el hierro:(Fe (II) y Fe (III).

Identificar las condiciones que faciliten la reducción de hierro y permita la degradación por alguna vía.

Metano Indicador anaeróbico de degradación, (con la utilización de un indicador potencial redox-400 Mv y ausencia de oxigeno).

Nitrogeno, Amonio, Nitratos. Evaluar la configuración de disolución a condiciones anaeróbicas.

Sulfatos. Evaluar su disolución para reducir la concentración de sulfatos.

Iones (Na,K,Cl,Mn). Son nutrientes esenciales; indican la biogeneración química del proceso.

Zona saturada de microcosmos Determinar los microorganismos indígenas (**) del sitio degradado por el contaminante, y evaluar los mecanismos abióticos.

Disolver el Hidrogeno. (*) Evaluar la degradación microbial de cloro.

Célula bacteriológica. (*) Determinar la densidad de las bacterias, tipo de bacteria actividad y viabilidad de bacteria indígena (**).

Datos de contaminantesDelineación de contaminante, fuente, tipo y concentración.

Seleccionar las características de sitio, evaluar las fases químicas: soluble, vapor, liquido, estimar estatus y el transporte de los contaminantes.

Presencia libre del producto. Verificar si el producto se puede remover con el método.

Datos libres del contaminante. Determinar velocidad de contaminación y migración del mismo.

Verificar volumen de contaminante Estimar tamaño de migración

Caja Negra

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liberado. removido.Coeficiente de dispersión Evaluar el contaminante, su

concentración y transporte distribuido (es esencial para modelar los parámetros).

Partición de los coeficientes del contaminante y sus componentes.

Evaluar las fases del contaminante (absorbidos, gases y solubilidad).

Clasificar la biodegradación de los componentes del contaminante.

Evaluar la destrucción de los componentes del contaminante, determinar si la atenuación natural es factible y prácticamente inferior en el sitio, especificar las condiciones; sino crear modelos de transporte para la limpieza del sitio.

Tabla15.- Parámetros importantes para el estudio natural y la atenuación de contaminantes.

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NORMAS OFICIALES MEXICANAS:

1. Objetivo

El objetivo de esta Norma Oficial Mexicana es establecer los límites máximos permisibles de contaminación en suelos afectados por hidrocarburos, la c a r a c t e r i z a c i ó n d e l s i t i o y l o s p r o c e d imientospara la restauración.El Programa Nacional de Medio Ambiente y Recursos Naturales 2001-2006, tiene como primer objetivo el de detener y revertir la contaminación de los recursos agua, aire y suelo, con el propósito de garantizar su conservación para las generaciones futuras.Que no se cuenta con un marco normativo suficiente y transparente que precise los límites máximos permisibles de contaminación en suelos, la metodología para caracterizar los sitios contaminados, ni los procedimientos que se deben llevar a cabo cuando se produce una emergencia por derrame de hidrocarburos y/o en las acciones de restauración de suelos contaminados por éstos o sus derivados.

La fracción XVI del artículo 3o. de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, define como “Emergencia ecológica: Situación derivada de actividades humanas o fenómenos naturales que al afectar severamente a sus elementos, pone en peligro a uno o varios ecosistemas”.Las principales sustancias involucradas en los derrames de hidrocarburos son: petróleo crudo, combustóleo, diesel, gasolina y turbosina.Los derrames de hidrocarburos, por las sustancias que involucran, se consideran como emergencias ambientales debido a que pueden poner en peligro en los lugares donde se producen, la integridad de los ecosistemas, así como la preservación de los recursos naturales. Un derrame de hidrocarburos, cuando permanece sin ser atendido, causa daños constantes y crecientes al suelo y a otros recursos naturales.Aun cuando en el país se cuenta con un número suficiente de empresas especializadas en la atención de emergencias ambientales y la restauración de suelos, quienes contratan sus servicios no tienen elementos de certidumbre sobre la efectividad de los resultados y sobre si éstos serán finalmente aceptados por la autoridad.

La falta de procedimientos estandarizados para la restauración de suelos contaminados por derrames de hidrocarburos constituye uno de los principales factores de dicha incertidumbre.En el documento Procedimiento para Atención de Emergencias Ambientales Asociadas con Sustancias Químicas, Caracterización y Restauración de Suelos, elaborado por el Grupo Interno de Trabajo de la SEMARNAT y la PROFEPA, se establecen criterios de limpieza de suelos contaminados por sustancias provenientes de la industria petrolera, pero que éstos no tienen el carácter jurídico de una Norma Oficial Mexicana.

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Precios internacionales

Los precios oscilan entre los 100 y los 300 dólares por tonelada de suelo, según la publicación Biotechnology Advances , lo que se traduce en aproximadamente entre 300 y 500 toneladas de suelo por hectárea lo que nos da como resultado aproximadamente si tomamos un precio promedio de $ 200.00 USD de entre USD $60,000.00 Y $100,000.00 por hectárea, si consideramos que el costo por remediación por bacterias se encuentra entre los USD $30,000 y los $60,000 por tonelada, haciendo la comparación por hectárea y por tonelada, el precio es bastante significativo.

Cinética de lar reacciones químicas

Una reacción química tiene dos características de importancia: la posición de equilibrio (estabilidad de la concentración de productos y reactivos) y la velocidad de reacción (las reacciones tienen por objeto determinar el mecanismo y la velocidad con que interaccionan las moléculas bajo determinadas condiciones).

La velocidad de una reacción química puede medirse como la velocidad de formación de uno o más de su productos o bien la velocidad de utilización de sus reactivos. Intuitivamente podemos suponer que al aumentar la concentración de los reactivos la probabilidad de interacción de los mismos aumenta conjuntamente con la velocidad que procede tal reacción. Ambas variables (velocidad de reacción y concentración de los reactivos) son directamente proporcionales, así que matemáticamente debe existir un valor constante, de esta manera podemos escribir:

vr = k. [reactivos]n

(Velocidad de reacción) = (constante). (Concentración de reactivos)n

El valor de la exponente n es el orden de la reacción. Así si n = 1, estamos en presencia de una reacción de primer orden donde la velocidad es proporcional a la reacción de un solo reactivo. vr = k. [A]

Análogamente, cuando n = 2, la velocidad es proporcional al producto de las concentraciones de dos reactivos o al cuadrado de la concentración de uno solo. Este tipo de reacciones reciben el nombre de segundo orden. vr = k. [A] [B] = k[A] 2

La importancia de determinar el orden de una reacción química radica en que a partir de ese parámetro puede obtenerse información sobre el mecanismo molecular en que opera.

63

Velocidad de reacción y equilibrio

En un estado de equilibrio químico las velocidades de reacciones directa e inversa son exactamente iguales. Considerando una reacción de primer orden:

k1 [A] = k– 1 [B]

Este principio nos permite llegar fácilmente a una reacción entre las constantes

de velocidad y de equilibrio:

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción: Energía de activación

La clave llevó al descubrimiento del criterio más importante para las reacciones químicas, las velocidades de reacción son generalmente sensibles a la temperatura. En el caso de las reacciones biomoleculares, un aumento de 10º C incrementa su velocidad entre 1,5 y 5 veces. Para explicar este hecho se postuló que al acrecentar la temperatura aumenta la fracción de moléculas capaces de tener una energía suficiente para alcanzar un "estado activado" que luego se transforme en producto de la reacción por formación o ruptura de enlaces químicos.

Se admite que las únicas moléculas que reaccionan son aquellas que al chocar llevan consigo una energía mayor que un cierto valor mínimo. A este valor de energía necesaria se lo denomina energía de activación y es un factor de suma importancia para determinar la magnitud de la velocidad de reacción.

Catalizadores

Para que una reacción química tenga lugar se debe superar el valor de la energía de activación. Una vez vencida esa barrera el sistema evoluciona de forma tal que llegará al estado final de la reacción. La velocidad de reacción podría incrementarse de dos maneras: aumentando la concentración del "complejo activado" o eventualmente disminuyendo la energía de activación. Este último mecanismo es el que se pone de manifiesto cuando se emplea determinadas sustancias llamadas catalizadores. Estas sustancias aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía libre de activación, se combinan con los reactivos para producir un estrato de transición de menor energía que el estado de transición de la reacción no catalizada. Cuando los productos de la reacción se forman, se regenera el catalizador al estado libre.

64

Enzimas: catalizadores biológicos

Las reacciones químicas en sistemas biológicos raramente ocurren en ausencia de un catalizador. Estos catalizadores se denominan enzimas y son en su totalidad moléculas de naturaleza proteica (aunque ha habido estudios acerca de enzimas de naturaleza glucosídica).

Es razonable pensar en la necesidad que tienen los seres vivos de poseer estos catalizadores, ya que las funciones vitales de cualquier célula serían imposibles de mantener si las reacciones que ocurren en ella fueran extremadamente lentas.

Además de incrementar la velocidad las enzimas exhiben una elevada especificidad y en algunos casos pueden ser reguladas por diferentes metabolitos, aumentando y otras veces disminuyendo, de acuerdo a las necesidades del momento, su actividad.

Todas estas propiedades pueden ser cumplidas por moléculas altamente complejas, que al ser moléculas orgánicas (macromoléculas) comparten características con las proteínas no enzimáticas y difieren de los catalizadores inorgánicos:

a) Son termolábiles y su actividad depende en ciertos casos del pH del medio.

b) El reconocimiento de la enzima con el reactivo a procesar (denominado sustrato) es altamente específico.

c) Tienen gran eficiencia, es decir, transforman un gran número de moléculas de sustrato por unidad de tiempo.

d) Están sujetas a una gran variedad de controles celulares y genéticos.

Como todos los catalizadores las enzimas aceleran notablemente la velocidad de una reacción química y cumplen con las siguientes características:

1) Son efectivas en pequeñas cantidades

2) No sufren modificaciones químicas irreversibles durante la catálisis. Es decir que luego de la reacción enzimática, las moléculas de enzimas que reaccionaron son indistinguibles de las que no lo han hecho, (la estructura de la molécula se mantiene, al principio y final de la reacción, exactamente igual).

3) No afectan la posición de equilibrio de la reacción que catalizan. El estado inicial y final de la reacción es el mismo, solo que se llega al equilibrio mucho más rápidamente.

65

Nomenclatura y clasificación

Una forma general de denominar a las enzimas es añadir el sufijo "asa" al nombre del sustrato. Así, la ureasa es la enzima que cataliza la hidrólisis de la urea formando amoníaco y dióxido de carbono.

Sin embargo con el descubrimiento de nuevas enzimas esta nomenclatura resulta a veces confusa. Actualmente se ha adoptado ciertas recomendaciones de la Internacional Enzime Comisión, que pretende sistematizar la nomenclatura y clasificación de las diferentes enzimas conocidas. Este sistema divide a las enzimas en seis clases que a su vez pueden tener diferentes subclases.Óxido – Reductasas(reacciones de oxido- reducción)

Actúan sobre ": CH – OH "

Actúan sobre ": C = O "

Actúan sobre ": C = CH – "

Actúan sobre ": CH – NH2 "

Actúan sobre ": CH – NH – "

Hidrolasas(reacciones de hidrólisis)

Esteres

Enlaces glucosídico

Enlaces pepsídicos

Otros enlaces C – N

Anhídridos de ácido

Isomerasas (reacción de isomerización)

Racemasas

Ligasas(F o r m a c i ó n d e enlaces con escisión de ATP)

: C – O

: C – N

: C – S

TABLA.18 Clasificación Internacional de las Enzimas.

Cofactores

Algunas enzimas dependen para su actividad catalítica además de la estructura proteica, de otras moléculas de naturaleza no proteica. Estas estructuras reciben el nombre de cofactores. Estos son resistentes al calor mientras que las proteínas generalmente no lo son.

El complejo enzima – cofactor recibe el nombre de holoenzima. A la fracción proteica aislada del cofactor que es inactiva se la denomina apoenzima. Los cofactores pueden ser simplemente iones metálicos o en algunos casos moléculas orgánicas complejas. Estas últimas el nombre de coenzimas.

66

Holoenzima = Apoenzima + Coenzima

Elemento Enzima Activada Zn++ Deshidrogenasas, anhidrasa carbónica, ARN y ADN

polimerasas. Mg++ Fosfohidrolasas, fosfotransferasas, fosfatasas. Mn++ Arginasas, peptidasas, quinasas. Mo Nitratoreductasa, nitrogenasa. Fe2+, Fe3+ Citocromos , ca ta lasas , fer redoxina , peroxidasas ,

nitritoreductasa. Cu2+ Citocromo oxidasa, tirosinasa, ácido ascórbico oxidasa,

plastocianina Ca2+ 1,3 b glucansintetasa, calmodulina. K+ Piruvato fosfoquinasa, ATPasa. Co Vitamina B12 hallada en microorganismos y animales, pero no en

plantas. Importante en la fijación simbiótica de nitrógeno. Ni Ureasa.

Tabla.19 Activadores Metálicos

Cinética de las Reacciones Enzimáticas

En principio, las consideraciones generales de la cinética química pueden aplicarse a las reacciones catalizadas por medios enzimáticos, aunque estas últimas tienen la particularidad de mostrar el fenómeno de saturación por el sustrato.

A una concentración constante de enzima, si vemos el gráfico de la velocidad de la reacción catalizadas por medios enzimáticos en función de la concentración del sustrato, es evidente que a bajas concentraciones del mismo la velocidad de formación de producto es proporcional a la concentración del sustrato. A medida que se aumenta la concentración de sustrato se aprecia una pérdida de la proporcionalidad, en esta zona la reacción es de orden mixto y finalmente, a altas concentraciones, la velocidad de la reacción es independiente de esta.

Ya se ha dicho que el sustrato se une a la enzima en una región determinada del mismo llamada sitio activo. El fenómeno de saturación junto con otras evidencias llevaron a postular la existencia de un complejo enzima – sustrato (E – S) como etapa previa a la formación de productos. En 1913 Lenor Michelis (*) dedujo la relación entre la velocidad máxima (vm) de una reacción catalizadas por medios enzimáticos en términos de la formación del complejo E – S. En base a estas consideraciones es lógico suponer que a altas concentraciones de sustrato, todos los sitios activos de la enzima están ocupados y por lo tanto la velocidad alcanza un máximo.

67

Una enzima E se combina con un sustrato S para formar el complejo E – S, con una constante de velocidad k1. Este complejo E – S puede seguir dos caminos: a) puede proceder para formar el producto con una constante de velocidad k3; b) el camino alternativo es disociándose, generando nuevamente E y S con una constante de velocidad k2.

).-El modelo propuesto sirve de base para explicar las propiedades de la mayoría de las enzimas y como se dijo antes asume la existencia de un complejo E – S como intermediario en la catálisis.

En base al modelo, la velocidad de la reacción catalizadas por medios enzimáticos será:

v = k3 [E – S]

El valor [E – S] no es fácilmente estimable de modo que se necesita una expresión equivalente con valores conocidos. Mediante desarrollo matemático se ha desarrollado la siguiente ecuación:

Fig.-(1) Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de una reacción catalizada enzimáticamente. Obtención del km y la vmax.

Resumiendo, si se mantiene la concentración de la enzima constante y variamos la concentración de substrato se obtiene una curva hiperbólica como la de la figura (arriba izquierda). Al principio un aumento de la concentración de substrato produce un aumento rápido de la velocidad de reacción, pero si se sigue aumentando la concentración de substrato, la velocidad de reacción comienza a disminuir; vemos que a muy altas concentraciones de substrato se observa que no cambia la velocidad de reacción, se dice que los centros activos de la enzima se encuentran saturados. La velocidad de reacción que se obtiene a esa alta concentración de substrato se define como la velocidad máxima (vm) de la reacción enzimática bajo las condiciones especificadas. La concentración de substrato [S], a la semivelocidad máxima de reacción (½ v ) se puede determinar de la figura y representa la constante de Michaelis o km, la cual es una característica para cada enzima. La inversa de km, o 1 / k m, mide aproximadamente la afinidad de la enzima por el substrato. Mientras más

68

pequeño sea el valor de km, mayor será la afinidad de la enzima por el substrato. Si varias enzimas compiten en el metabolismo por el mismo substrato, éste será transformado preferentemente por la enzima con mayor afinidad.

Así tendremos:

(Simplificando)

Si reordenamos la ecuación tendremos que: [S] + km = 2 [S] (despejamos) km = [S]

Esto significa que la concentración del sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad es el valor de km de la enzima.

La expresión de Michelis – Menten puede ser transformada algebraicamente en otras formas, que son más útiles para la expresión de los datos experimentales. Una de esas formas consiste en tomar los recíprocos (inversa) de ambos miembros de la ecuación.

Esta expresión conocida con el nombre de ecuación Lineweaver – Burk, corresponde a una recta de ecuación :

y = a.m + b

69

Midiendo las velocidades para distintas concentraciones de sustrato y representando gráficamente (al lado) obtendremos una gráfica del tipo lineal.

Centro activo de una enzima

Ya se había mencionado que la porción de la molécula en la enzima que se una a los sustratos en una zona relativamente pequeña de la misma. Esta zona, responsable de la actividad catalítica, que favorece la orientación de los grupos químicos (que reaccionan para dar los productos de la reacción) recibe el nombre de centro activo.

Los grupos responsables de la actividad catalítica propiamente dicho se los denomina sitios catalíticos. En algunos casos esos grupos pueden corresponder a los grupos prostéticos de los cuales ya se ha hablado.

Expresión de la actividad enzimática

La cantidad de enzimas presentes en un fluido biológico es muy difícil de determinar en valores absolutos, mg. o moles, una forma de resolver este problema es midiendo la velocidad de reacción catalizada por la misma empleando un sustrato específico. La velocidad de reacción puede expresarse como la cantidad de reactivo que se transforman en producto por unidad de tiempo. De allí que la unidad internacional (UI) de cualquier enzima se define como la cantidad de la misma que cataliza la transformación de un mol de sustrato por minuto, bajo condiciones definidas: pH, temperatura, concentración de sustrato/s y cofactores, etc.

En base a lo que se acaba de explicar es posible expresar la cantidad de una enzima en un fluido biológico en UI/cm3 o en UI/ mg. de proteína total. Esta última expresión denominada actividad específica es la cantidad de moles de sustrato transformados por minuto y por mg. de proteína, debiéndose indicar la temperatura, el pH, etc.

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Factores que influyen en la velocidad de las reacciones enzimáticas

Temperatura

Un aumento en la temperatura provoca un aumento de la velocidad de reacción hasta cierta temperatura óptima, ya que después de aproximadamente 450 C se comienza a producir la desnaturalización térmica. Las enzimas de muchos mamíferos tienen una temperatura óptima de 370 C, por encima de esa temperatura comienzan a inactivarse y se destruyen Sin embargo existen especies de bacterias y algas que habitan en fuentes de aguas termales y en el otro extremo ciertas bacterias árticas tienen temperaturas óptimas cercanas a 00

C.

Efecto Del pH Sobre La Actividad Enzimática

El pH no afecta la actividad enzimática directamente sino que modifica la concentración de protones. Los protones además de alterar la estructura de la enzima y el substrato, pueden participar también en la reacción como substrato o producto. En esos casos, la concentración de protones afecta directamente la velocidad de la reacción.

Cualquier cambio brusco de pH, sabiendo que las enzimas son proteínas, puede alterar el carácter iónico de los grupos amino y carboxilo en la superficie proteica, afectando así las propiedades catalíticas de una enzima. A pH alto o bajo se puede producir la desnaturalización de la enzima y en consecuencia su inactivación.

Inhibición Enzimática

La actividad enzimática puede ser disminuida o eliminada por la acción de ciertas sustancias a las cuales se les conoce con el nombre de inhibidores enzimáticos. Mediante el uso de inhibidores enzimáticos se ha obtenido información muy valiosa sobre la conformación del centro activo de algunas enzimas.

Tipos de inhibidores:

Los dos tipos más comunes son la competitiva y la no competitiva. La primera es cuando el inhibidor compite con el substrato por la unión con el centro activo de la enzima. Este tipo de inhibición puede reducirse si se aumenta la concentración de substrato. Un ejemplo clásico lo constituye la inhibición del malonato sobre la enzima succinato deshidrogenasa quecataliza la eliminación de dos átomos de hidrógeno de los átomos de carbono metilénico del succinato. En la segunda el inhibidor forma un enlace covalente con las enzimas cerca del centro activo sin modificarla irreversiblemente. Un ejemplo son los gases

71

nerviosos, como el fluorofosfato de di isopropilo (DFP) que forma un complejo con la enzima acetilcolinesterasa.

NOTA:

Los animales envenenados con este gas quedan paralizados, debido a la imposibilidad de transmitir adecuadamente los impulsos nerviosos. Ciertos

metales como el plomo, mercurio y arsénico inhiben enzimas que tienen en su centro activo grupos – SH libres. El proceso de inhibición enzimática es útil

para comprender los mecanismos de acción tóxica y farmacológica de algunos compuestos.

La siguiente tabla nos muestra la degradación de fenantreno con alfalfa sembrada en el suelo contaminado de acuerdo a 40 días desde el tiempo de sembrado.

abla.- ( ) Degradación de hidrocarburo fenentreno.

Fig.- ( ) desaparición de contaminante de acuerdo al crecimiento de la alfalfa.

DEGRADACION DE FENANTRENO (ppm).

TIEMPO (días).

400.00 0.000298.00 10.00230.00 20.00197.00 30.00176.00 40.00

-10

0

10

20

30

40

50

150200250300350400450

DEGRADACION DE FENANTRENO

B

TIEMPO (dias)

CONCENTRACION (ppm)

72

Se muestra, para una concentración de enzima dada, una grafica de la velocidad de desaparición del sustrato en función de la concentración del sustrato y cuando la concentración es baja,

ECUACION PAGINA 387

Figura.- ( ) Identificación de los parámetros de Michaelis-Menten.

-10

0

10

20

30

40

50

150 200 250 300 350 400 450

TIEMPO vs CONCENTRACION

B

TIEMPO (dias)

COPNCENTRACION (ppm)

-10

0

10

20

30

40

50

205 255 305 355 405

enzima-sustrato

B

Vmax / 2

Km Cs

73

Potencial económico

¿Es rentable el proyecto? Por ahora no podemos afirmarlo, ya que necesitamos más información al

respecto, pero lo que si podemos tener por ahora es una estimación del potencial económico para decidir si vale la pena desarrollar este proyecto hablando financieramente.Datos y estimaciones:

PE = Precio de producto por unidad de servicio al público- precio por materia prima- Costo Mano de obra calificada y no calificada – servicios generales –materiales y tecnología de tratamiento de residuos= ganancia

El resultado de esta operación debe arrojar un valor considerable como ganancia.

Una primera aproximación con base en la información recabada sería tomando como base la hectárea con menos tonelaje:

$60,000.00 -$5,000.00 (materia prima: semillas, fertilizantes, nutrientes adicionales, agua)-$15,000.00 (costo de mano de obra)-$10,000.00 (tratamiento de residuos)-$2,000.00( en investigación de las condiciones de suelo)-$5,000.00 (pago de servicios) -$3,000.00 en imprevistos $20,000.00 de ganancia.

Si consideramos como ejemplo una remediación de 100 hectáreas anuales, la ganancia se convertiría en USD $2,000,000.00 ganancia anuales, esta ganancia es relativa, ya que esta sirve para la recuperación de la inversión inicial de la construcción y el desarrollo de la planta.

Parámetros experimentales a considerar

Para encontrar las variables necesarias para la adquisición y dimensiona del equipo es pertinente tomar en consideración lo siguiente:

La concentración final de contaminante en la planta en estado de plena maduración así como su localización dentro de ella para determinar la forma de disposición previa (entera o seccionada mecánicamente) al biorreactor.

El estudio del impacto real de la rizodegradación dentro la etapa de fitorremediación para evaluar si es posible bioaumentar (estimular de forma externa el crecimiento de la población bacteriana cercana a la raíz y que promueven la limpieza del suelo) y con esto modificar el tratamiento de residuos finales.

La cantidad de enzima elegida dependiendo del t ipo de contaminante para la degradación del residuo secundario con base en los volúmenes promedio de generación de residuo secundario.

74

Las formas no consideradas como posibles nuevas formas contaminantes para ser evitadas realizando modificaciones en la etapa correspondiente.

Las condiciones medio ambientales reales para la consideración de los materiales útiles.

Las condiciones reales del residuo en cada etapa para su uso mas adecuado.

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