Biorremediación: contaminacion por hidrocarburos

MAESTRÍA EN ECOTECNOLOGÍA

BIORREMEDIACIÓN PARA LA DEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS
TOTALES PRESENTES EN LOS SEDIMENTOS DE UNA ESTACIÓN DE
SERVICIO DE COMBUSTIBLE

DIANA CRISTINA ÑUSTEZ CUARTAS
Ingeniera Ambiental

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
PEREIRA
MAYO 2012


BIORREMEDIACIÓN PARA LA DEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS
TOTALES PRESENTES EN LOS SEDIMENTOS DE UNA ESTACIÓN DE
SERVICIO DE COMBUSTIBLE

DIANA CRISTINA ÑUSTEZ CUARTAS
C.C. 24585489
Maestría en Ecotecnología

Proyecto de Grado presentado como
requisito para optar al título de
Magíster en Ecotecnología

Director
Dr. DIEGO PAREDES CUERVO

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
PEREIRA
MAYO 2012


CONTENIDO

1

RESUMEN ...................................................................................................................... 1

ABSTRACT ............................................................................................................................ 2
2

INTRODUCCIÓN........................................................................................................... 3

3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 4

4

JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................... 6

5

OBJETIVOS ................................................................................................................... 7
5.1
5.2

6
7

OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................................. 7

HIPÓTESIS .................................................................................................................... 8
MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 8
7.1
LA IMPORTANCIA DEL PETRÓLEO EN LA SOCIEDAD ............................................................. 8
7.2
IMPACTOS AMBIENTALES DE LOS HIDROCARBUROS ........................................................... 10
7.3
ACTIVIDADES DE LAS ESTACIÓNES DE SERVICIO ................................................................. 11
7.4
CONTAMINACIÓN GENERADA EN LAS ESTACIONES DE SERVICIO.................................... 13
7.4.1 Emisiones Atmosféricas ............................................................................................................. 13
7.4.2 Residuos Líquidos ...................................................................................................................... 13
7.4.3 Residuos Sólidos ........................................................................................................................ 14
7.5
TASAS DE GENERACIÓN DE LODOS Y/O RESIDUOS EN LAS ESTACIONES DE SERVICIO 15
7.6
REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS .............................. 18
7.6.1 Biorremediacion In situ: ............................................................................................................. 20
7.6.2 Biorremediacion Ex Situ ............................................................................................................. 21
7.7
DEGRADACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS ............................................................................. 22
7.8
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIORREMEDIACIÓN........................................................ 24
7.8.1 Temperatura ................................................................................................................................ 24
7.8.2 pH ............................................................................................................................................... 25
7.8.3 Humedad..................................................................................................................................... 26
7.8.4 Nutrientes ................................................................................................................................... 26
7.8.5 Aceptor de electrones ................................................................................................................. 27
7.8.6 Microorganismos ........................................................................................................................ 28
7.9
EXPERIENCIAS DE BIORREMEDIACIÓN EN SUELOS CONTAMINADOS CON
HIDROCARBUROS. .................................................................................................................................... 29

8

MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................................... 34
8.1
8.1.1
8.1.2
8.1.3
8.1.4
8.1.5
8.1.6
8.2
8.2.1
8.3
8.4

9

DISEÑO EXPERIMENTAL............................................................................................................. 34
Factores....................................................................................................................................... 34
Niveles ........................................................................................................................................ 35
Tratamientos ............................................................................................................................... 35
Variables de Respuesta ............................................................................................................... 35
Variables de Control ................................................................................................................... 35
Diseño Estadístico ...................................................................................................................... 35
COMPARACIÓN DEL EFECTO DE BIOAUMENTACIÓN Y BIOESTIMULACIÓN ................... 37
Montaje de los Mesocosmos ....................................................................................................... 38
SEGUIMIENTO DE LOS MESOCOSMOS .................................................................................... 44
DETERMINACIÓN DE LAS ESTRATEGIAS DE BIOAUMENTACIÓN Y BIOESTIMULACIÓN 47

RESULTADOS Y DISCUSION ................................................................................... 48
I


9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.6.1
9.6.2
9.6.3
9.6.4
9.7
9.7.1
9.7.2
9.8
9.9
9.9.1
9.9.2
9.9.3
9.10

CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LOS SEDIMENTOS ............................................................... 48
TEMPERATURA ............................................................................................................................. 50
pH ................................................................................................................................................... 51
HUMEDAD ..................................................................................................................................... 53
PRESENCIA DE MICROORGANISMOS ....................................................................................... 55
COMPORTAMIENTO DE NUTRIENTES ...................................................................................... 61
Nitrógeno .................................................................................................................................... 61
Fósforo ........................................................................................................................................ 63
Potasio ........................................................................................................................................ 65
Materia Orgánica ........................................................................................................................ 67
BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS .............................................................................. 69
Tasas de Degradación ................................................................................................................. 69
Concentraciones de HTP en los Mesocosmos ............................................................................ 70
CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCIÓN ......................................................................... 77
ANALIS ESTADÍSTICO .................................................................................................................. 80
Pruebas de normalidad ................................................................................................................ 80
Pruebas no paramétricas ............................................................................................................. 82
Análisis ANOVA no paramétrico ............................................................................................... 84
CARACTERÍSTICAS FINALES DE LOS SEDIMENTOS ............................................................... 85

10

CONCLUSIONES .................................................................................................... 87

11

RECOMENDACIONES ........................................................................................... 88

12

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 90

13

ANEXOS ................................................................................................................... 96

II


LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Cantidad de lodos y arenas contaminados con hidrocarburos producidas en las
EDS de Risaralda. ------------------------------------------------------------------------------------------- 16
Tabla 2. Rangos Óptimos para procesos de biorremediación ------------------------------------ 39
Tabla 3. Gramos de Urea aplicada ---------------------------------------------------------------------- 41
Tabla 4. Volumen, densidad y peso, tratado en los mesocosmos -------------------------------- 42
Tabla 5. Cantidad de agua aplicada y volteos manuales a los mesocosmos.------------------ 44
Tabla 6. Análisis de características físicas: ------------------------------------------------------------ 46
Tabla 7. Análisis a los parámetros químicos, contenido de nutrientes: ------------------------ 46
Tabla 8. Parámetros iniciales de los mesocosmos --------------------------------------------------- 48
Tabla 9. Relación de C:N:P:K----------------------------------------------------------------------------- 49
Tabla 10. Datos Degradación de Hidrocarburos (HTP). ------------------------------------------- 70
Tabla 11. Constantes de velocidad de reacción química de los mesocosmos. ---------------- 80
Tabla 12. Datos estadísticos, concentración HTP (mg/kgss).------------------------------------- 81
Tabla 13. Prueba de Normalidad, datos de concentración de hidrocarburos. ---------------- 81
Tabla 14. Rangos Prueba de Mann-Whitney para la bioestimulación y bioaumentación -- 82
Tabla 15. Estadísticos de contraste para las estrategias de bioestimulación y
bioaumentación (a) ----------------------------------------------------------------------------------------- 83
Tabla 16. Frecuencias de la Prueba de Kolmogorov-Smirnov ------------------------------------ 83
Tabla 17. Estadísticos de contraste para las estrategias bioestimulación y bioaumentación
(a) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 83
Tabla 18. Datos comparación de las medias entre los niveles de la investigación. ---------- 85
Tabla 19. Prueba estadística de Kruskal Wallis para los niveles (a). ---------------------------- 85
Tabla 20. Parámetros finales de los mesocosmos ---------------------------------------------------- 86
Tabla 21. Cálculos adición de la Urea. ----------------------------------------------------------------- 96
Tabla 22. Datos Densidad y Peso mesocosmos.------------------------------------------------------ 96
Tabla 23. % Capacidad de campo, del sedimento y de la mezcla de este con el suelo. ----- 97
Tabla 24. Concentración de HTP mg/kgss ----------------------------------------------------------- 97
Tabla 25. Unidades de pH en los mesocosmos. ------------------------------------------------------ 98
Tabla 26. Temperatura (°C), en los mesocosmos.---------------------------------------------------- 99
Tabla 27. % de Humedad, en los mesocosmos. -----------------------------------------------------100
Tabla 28. Microorganismos (U.F.C/g), en los mesocosmos. -------------------------------------101
Tabla 29. % de Nitrogeno, en los mesocosmos. -----------------------------------------------------101
Tabla 30. % de Materia Orgánica, en los mesocosmos.--------------------------------------------101
Tabla 31. Fósforo (p.p.m), en los mesocosmos. -----------------------------------------------------102
Tabla 32. Potasio (meq/100g de suelo), en los mesocosmos. ------------------------------------102
Tabla 33. Proyección Sedimento Contaminado -----------------------------------------------------103
Tabla 34. Proyección Sedimento Contaminado más Nutriente (Urea) ------------------------104
Tabla 35. Proyección Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados -------------105
Tabla 36. Proyección Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados más
Nutriente (Urea) --------------------------------------------------------------------------------------------106

III


LISTADO DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Comportamiento Temperatura, 24 datos y barras de error=1DS ......................... 50
Gráfica 2. Promedio Comportamiento Temperatura, para las estrategias Bioestimulación
y Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS .................................................................. 51
Gráfica 3. Comportamiento pH, 24 datos y barras de error=1DS........................................... 52
Gráfica 4. Promedio Comportamiento pH, para las estrategias de Bioestimulación y
Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS...................................................................... 53
Gráfica 5. Comportamiento Porcentaje de Humedad, mesocosmos bioestimulación, 24
datos y barras de error=1DS. ........................................................................................................ 54
Gráfica 6. Comportamiento Porcentaje de Humedad, mesocosmos bioaumentación, 24
datos y barras de error=1 DS. ....................................................................................................... 54
Gráfica 7. Promedio Comportamiento Porcentaje de Humedad, para las estrategias de
Bioestimulación y Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS. .................................... 55
Gráfica 8. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos 1 sed y
3 sed: Sedimento contaminado (Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS. ............. 56
Gráfica 9. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos 2 SN y
4 SN: Sedimento contaminado más nutriente (Urea) (Bioestimulación), 6 datos y barras de
error=1DS. ....................................................................................................................................... 57
Gráfica 10. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos 5 SSM
y 7 SSM:60% Sedimento contaminado más 40% Suelos con Microorganismos Adaptados
(Bioaumentación), 6 datos y barras de error=1DS. .................................................................... 58
Gráfica 11. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos 6
SSMN y 8 SSMN: 60% Sedimento contaminado, más 40% Suelos con Microorganismos
Adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6 datos y barras de error=1DS. .......... 59
Gráfica 12. Promedio Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, para las
estrategias de Bioestimulación y Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS. ............. 60
Gráfica 13. Comportamiento Nitrógeno, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y
2 SN, 4 SN: sedimento contaminado más nutriente (Urea)
(Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS. .................................................................... 61
Gráfica 14. Comportamiento Nitrógeno, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSMN sedimento
más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN: sedimento más suelo con
microorganismos adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6 datos y barras de
error=1DS. ....................................................................................................................................... 62
Gráfica 15. Promedio Comportamiento Nitrógeno, para las estrategias de Bioestimulación
y Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS. ................................................................... 63
Gráfica 16. Comportamiento Fósforo, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y
Gráfica 17. Comportamiento Fósforo, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM sedimento más
suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN: sedimento más suelo con
error=1DS. ....................................................................................................................................... 64

IV


Gráfica 18. Promedio Comportamiento Fósforo, para las estrategias de Bioestimulación y
Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS........................................................................ 65
Gráfica 19. Comportamiento Potasio, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y
Gráfica 20. Comportamiento Potasio, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM: sedimento más
suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN: sedimento más suelo con
error=1DS. ....................................................................................................................................... 66
Gráfica 21. Promedio Comportamiento Potasio, para las estrategias de Bioestimulación y
Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS........................................................................ 67
Gráfica 22. Comportamiento Materia Orgánica, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y
Gráfica 23. Comportamiento Materia Orgánica, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM:
sedimento más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN sedimento más
suelo con microorganismos adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6 datos y
barras de error=1DS. ...................................................................................................................... 68
Gráfica 24. Promedio Comportamiento Materia Orgánica, para las estrategias de
Bioestimulación y Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS. ...................................... 69
Gráfica 25. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 1 Sed y 3 Sed:
Sedimento contaminado (Bioestimulación), 13 datos y barras de error=1DS. ...................... 71
Gráfica 26. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 2 SN y 4 SN
Sedimento contaminado más nutriente (Urea) (Bioestimulación), 13 datos y barras de
error=1DS. ....................................................................................................................................... 72
Gráfica 27. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmo 5 SSM y 7 SSM:
60% Sedimento contaminado más 40% Suelos con Microorganismos Adaptados
(Bioaumentación), 13 datos y barras de error=1Ds. .................................................................. 73
Gráfica 28. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 6 SSMN y 8
SSMN: 60% Sedimento contaminado, más 40% Suelos con Microorganismos Adaptados
más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 13 datos y barras de error=1DS. ............................ 74
Gráfica 29. Promedio Comportamiento Degradación de Hidrocarburo, para las estrategias
de Bioestimulación y Bioaumentación, 13 datos y barras de error=1DS................................ 76
Gráfica 30. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento contaminado
(Bioestimulación). ........................................................................................................................... 78
Gráfica 31. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento contaminado más
Urea (Bioestimulación). ................................................................................................................. 78
Gráfica 32. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento con suelo con
microorganismos adaptados (Bioaumentación). ....................................................................... 79
Gráfica 33. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento con suelo con
microorganismos adaptados más Urea (Bioaumentación)....................................................... 79

V


1

RESUMEN

En la presente investigación se evaluó el efecto de la Bioaumentación y
Bioestimulación de sedimentos contaminados con hidrocarburos de la Estación de
Servicio de Combustible INTEGRA de Dosquebradas – Risaralda - Colombia, estos
sedimentos son producto del mantenimiento de las unidades de tratamiento de aguas
residuales industriales, como son: la trampa de grasa, canales perimetrales de la zona
de distribución y/o venta del combustible, canales perimetrales de la zona de llenado
de tanques de almacenamiento de combustible y desarenador del lavado de vehículos
en la Estación de Servicio. Para el desarrollo de esta investigación, en la técnica de
bioaumentación se adicionaron a los sedimentos de la Estación de Servicio,
microorganismos adaptados a hidrocarburos, los cuales fueron incorporados con un
suelo que fue contaminado anteriormente por un derrame de combustible, para la
técnica de bioestimulación, a los sedimentos contaminados, se les adicionó un
nutriente (Urea), se les agregaba agua y se realizaba un volteo manual, beneficiando el
desarrollo y crecimiento de los microorganismos degradadores. Para esta
investigación se utilizaron ocho (8) mesocosmos, compuestos por canastas de
polietileno de alta densidad (57x37x15 cm), estos estaban conformados, primero, solo
los sedimentos contaminados de la Estación de Servicio, segundo se tomaron
sedimentos contaminados y se les adicionó urea como nutriente, tercero se tomaron
40% de suelos con microorganismos adaptados, más 60% de sedimentos contaminados
y cuarto se tomo nuevamente 40% de suelos con microorganismos adaptados, más
60% de sedimentos contaminados y se le adicionó urea como nutriente, a cada
mesocosmo se les realizó una réplica.
Para su seguimiento y control, se realizaron mediciones a lo largo de los experimentos,
de temperatura, pH, y porcentaje de humedad una vez por semana, hidrocarburos
totales de petróleo dos veces al mes, porcentaje de nitrógeno, porcentaje de materia
orgánica, Fósforo, Potasio y microorganismos degradadores de hidrocarburos, una vez
al mes. La duración total fue de veintitrés (23) semanas.
Los mesocosmos presentaron tasas de degradación entre el 87,32 mg de Hidrocarburos
totales de petróleo (HTP)/kg de suelo seco y 105,41 mg de HTP/kg de suelo seco, con
porcentajes de reducción de contenido de hidrocarburo entre 79,7% y 95,1%. Las dos
estrategias de biorremediación, la bioestimulación y bioaumentación, no presentaron
diferencias estadísticamente significativas (p>0,05) (Tablas 17 -19).

1


ABSTRACT
The present investigation evaluated the impact of Bioaugmentation and
Biostimulation of contaminated sediment with hydrocarbons from the Fuel Service
Station INTEGRA Dosquebradas – Risaralda - Colombia, these sediments are the
result of the maintaining in treatment units of industrial wastewater, as: the grease
trap, perimeter channels of distribution area and/or fuel sale machines, the
perimeter channels of storage tanks and vehicle washing, sand trap at the service
station. For the development of this research, in the bioaugmentation technique the
sediments were added with microorganisms adapted to hydrocarbon of the
Service Station, these were incorporated with soil that was contaminated earlier by
an oil spill; for biostimulation technique the contaminated sediments were added
with Urea fertilizer (CON2H4) and water by a manual disposition, benefiting the
development and growth of degraders. This tests used eight (8) mesocosmos,
compounds high density polyethylene baskets of 57x37x15 cm, the experimental
mesocosmo were formed, first, contaminated sediments from the service station
only, second mesocosmo, contains contaminated sediments and were added urea a
nutrient, third mesocosmo contains 40% of adapted soil microorganisms, and 60%
of contaminated sediments; and the fourth mesocosmo was taken with 40% of
adapted soil microorganisms and 60% of contaminated sediments also added urea
a nutrient, for all these units were create a replica, resulting in eight (8)
mesocosmos in total.
For monitoring and control were measured throughout the experiments once a
week temperature, pH, and moisture percentage, twice a month total petroleum
hydrocarbons, and once a month nitrogen percentage, organic matter percentage,
phosphorus, potassium and hydrocarbon degraders. The entire duration of the
tests were twenty (23) weeks.
The mesocosmos showed degradation rates between 87.32 mg TPH (Total
hydrocarbon oil)/kg of dry soil and 105.41 mg TPH/kg of dry soil, with the
reduction in content hydrocarbon percentage between 79.7% and 95.1%. The two
strategies for bioremediation, biostimulation and bioaumentación, no statistically
significant differences (p> 0.05) (Tables 17 -19).

2


2

INTRODUCCIÓN

Uno de los problemas ambientales más importantes de la actualidad es la
contaminación de ecosistemas terrestres y acuáticos por derrames de
hidrocarburos de petróleo y sus derivados. En el caso de los suelos, las principales
consecuencias ambientales que se presentan después de un evento de
contaminación por hidrocarburos son: la reducción o inhibición del desarrollo de la
cobertura vegetal en el lugar del derramé, cambios en la dinámica poblacional de
la fauna, de la biota microbiana y contaminación por infiltración a cuerpos de agua
subterráneos (Pardo, J., et al., 2004). Además del impacto ambiental negativo, los
derrames de hidrocarburos generan impactos de tipo económico, social y de salud
pública en las zonas aledañas al lugar afectado.
En Colombia las principales fuentes de contaminación por hidrocarburos son las
actividades de explotación, transporte y almacenamiento de combustibles (Pardo,
J., et al., 2004).
La biorremediación surge de la necesidad de disminuir el impacto ambiental
negativo de los derrames de hidrocarburos en los diferentes ambientes (agua y
suelos) usando microorganismos, plantas o enzimas, de manera estratégica con el
fin de restaurar la calidad ambiental, de acuerdo con las necesidades y
dimensiones del problema (Pardo, J., et al., 2004).
Entre las estrategias de biorremediación se encuentran la bioestimulación y la
bioaumentación. La bioestimulación se define como la adición de nutrientes,
principalmente fuentes de nitrógeno y fósforo, para favorecer el crecimiento y
desarrollo microbiano, al igual que la estimulación por medio de adición de agua,
oxigeno y otros elementos que mejoren el desarrollo de los microorganismos
(Pardo, J., et al., 2004). La bioaumentación se entiende como la adición de
microorganismos endógenos o exógenos en un lugar específico, en este caso los
degradadores de hidrocarburos, para aumentar rangos de reducción orgánica o
proporcionar la habilidad de degradar él contaminante. La utilización o presencia
en el medio contaminado de estos microorganismos es esencial ya que poseen
sistemas enzimáticos capaces de fraccionar las moléculas de hidrocarburo
haciéndolas menos tóxicas y así poder asimilarlas e incorporarlas a sus procesos
metabólicos, “transformándolas” en dióxido de carbono y agua, en procesos
3


aerobios, para procesos anaerobios las transformaciones pueden llegar hacer de
biomasa, CO2, N2, Mn2+, S2+, Fe2+, CH4, entre otros (Boyer, R., 2000).
Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de
carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos
de carbono a los que se unen los átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos son los
compuestos básicos de la química orgánica. Las cadenas de átomos de carbono
pueden ser lineales o ramificadas y abiertas o cerradas. Los hidrocarburos se
pueden diferenciar en dos tipos que son alifáticos y aromáticos. Los alifáticos, a su
vez se pueden clasificar en alcanos, alquenos y alquinos según los tipos de enlace
que unen entre sí los átomos de carbono (Vallejo, V., et al., 2005). Dado que la
sociedad moderna usa gran cantidad de productos basados en hidrocarburos,
como la gasolina, el queroseno y el diesel, la contaminación del ambiente es un
riesgo latente. Una de las actividades de riesgo es la venta de combustible en las
Estaciones de servicio, debido a que en estas instalaciones regularmente se
presentan pequeños derrames en las zonas de distribución, que son contenidos con
arena, estos, al igual que los sedimentos generados en el mantenimiento de sus
unidades de rejillas perimetrales de las zonas de almacenamiento, distribución,
trampas de grasas conectadas a estas rejillas y los desarenadores de lavado de
autos (Corporación Autónoma Regional de Risaralda y Universidad Tecnológica
de Pereira, 2007), son elementos considerados RESPEL por su contenido de
hidrocarburos (Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, 2005),
por lo tanto se ve la necesidad de presentar una estrategia viable para disminuir el
contenido de hidrocarburos, neutralizando el riesgo de contaminaciones mayores.
En esta investigación se evaluó el proceso de degradación de hidrocarburos
presentes en los sedimentos resultantes del mantenimiento en la estación de
servicio de combustible INTEGRA (Dosquebradas – Risaralda - Colombia), por
medio de las estrategias bioestimulación y bioaumentación.

3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una de las actividades principales de las Estaciones de Servicio es la venta de
combustibles líquidos, entre los que se encuentran la gasolina y el diesel,
principalmente; otros servicios alternos son el lavado, lubricación y engrase, de
automotores así como cambio de aceite y de filtros de los mismos, también pueden
incluir montallantas y/o servicios de minimercado, restaurante y en algunos casos
4


hospedaje. El departamento de Risaralda cuenta en la actualidad con alrededor de
70 Estaciones de Servicio, la mayoría de las cuales están ubicadas dentro de la zona
urbana (Corporación Autónoma Regional de Risaralda y Universidad Tecnológica
de Pereira, 2007). Del total de Estaciones de Servicio identificadas, alrededor del
20% tienen más de 20 años en funcionamiento y por lo tanto, los equipos entre los
cuales se encuentran tanques de almacenamiento y surtidores ya han superado su
vida útil. Como consecuencia, se han encontrado equipos en deterioro, así como la
ausencia de accesorios para control de derrames como cajas contenedoras y cierres
automáticos de válvulas de suministro, entre otras (Corporación Autónoma
Regional de Risaralda y Universidad Tecnológica de Pereira, 2007). Lo anterior se
debe a que la normatividad que reglamenta a las Estaciones de Servicios en
aspectos técnicos y ambientales (decreto 1521 de 1998) son posteriores al
establecimiento de la gran mayoría de las Estaciones de Servicio.
Los derrames menores de combustible ocurren regularmente durante las
actividades de operación de las Estaciones de Servicio, más aún cuando los
equipos no cumplen con los requerimientos técnicos para la prevención de los
mismos. Las pérdidas en tanques y tuberías debido a fugas, derrames accidentales,
han causado problemas ambientales en el suelo superficial y en el subsuelo. Una
vez que los combustibles penetran el suelo, afectan las características físicas y
químicas, dañando su productividad y la población microbiana presente, además
de amenazar la salud pública, como una consecuencia de su migración y contacto
con los mantos freático, aguas superficiales y subterráneas (Corporación
Autónoma Regional de Risaralda, 2005), que en su mayoría son la fuente de
abastecimiento de agua en el departamento, para el desarrollo de actividades
agropecuarias, domesticas e industriales. Por otra parte, los combustibles también
pueden afectar la estructura, fertilidad y productividad de los suelos (Corporación
Autónoma Regional de Risaralda, 2005).
Además las actividades de las estaciones de servicio generan residuos sólidos y
líquidos contaminados con hidrocarburos, estos compuestos formados
principalmente por carbono e hidrógeno con contenidos menores de otros
elementos como azufre, oxígeno, nitrógeno o trazas de metales, dependiendo del
lugar de donde provengan (Benavides, L., y Quintero, G., 2006) y debido a la alta
toxicidad y genotoxicidad, fueron clasificados como contaminantes primarios por
la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (por sus siglas en
5


ingles: Environmental Protection Agency. EPA, 2001). Asimismo las actividades de
mantenimiento dentro de las estaciones de servicio, generan sedimentos
contaminados con hidrocarburos, que son depositados en lechos de secado,
canecas y en otros casos, en terrenos baldíos cercanos a la estación de servicio,
estos elementos se convierten en un riesgo latente para la comunidad y los
recursos naturales aledaños, si no se plantean buenas prácticas de remediación y
tratamiento de los recursos contaminados.

4

JUSTIFICACIÓN

En Colombia, los residuos sólidos y líquidos contaminados con aceites e
hidrocarburos son considerados como residuos peligrosos según el anexo I y II
numeral nueve (9) del convenio de Basilea, aprobado por la Ley 253 de 1996
(Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, 2005). En esta categoría
entran de igual manera los sedimentos contaminados con hidrocarburos, producto
del mantenimiento de las estructuras, de las estaciones de servicio, entre los
procesos de remediación de hidrocarburos, la biorremediación activa está
emergiendo como una tecnología prometedora, ya que se ha definido como "el acto
de utilizar procesos naturales inducidos a ambientes contaminados para producir
una aceleración de los procesos de degradación", logrando mejores tasas de
remediación en menor tiempo. Esta tecnología se basa en la premisa de que un
gran porcentaje de los componentes del hidrocarburo son biodegradables en la
naturaleza, además de presentar varias ventajas potenciales sobre las tecnologías
convencionales, como menor costo, son menos intrusivos en el sitio contaminado,
más respetuosas del medio ambiente en términos de sus productos finales y
requieren de un mínimo o ningún tratamiento posterior (EPA, 2004)
La investigación consideró la tecnología de biorremediación con las estrategias de
bioestimulación y bioaumentación, que se pueden llevar a cabo dentro de las
instalaciones de la estación de servicio, contribuyendo a si a la disminución de los
impactos negativos a los recursos naturales, dados por esta actividad, además de
aportar un referente científico-práctico de estas estrategias, que pueden ser
consideradas parte de las actividades dentro del plan de contingencia, que estas
instalaciones deben presentar a las autoridades ambientales, según Decreto 3930 de
2010, según el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial6


Colombia. Con base a esta investigación se pueden plantear estrategias similares
para la remediación de los sitios contaminados anteriormente, tanto por
actividades de estaciones de servicio de combustible, como talleres mecánicos,
diagnósticentros, lavaderos de autos, entre otros, con similares condiciones,
traduciéndose así en empresas que llevan a cabo iniciativas de soluciones
ambientales, que promueven el desarrollo y difusión de tecnologías amigables y
como consecuencia empresas más competitivas y con mayor responsabilidad
social.

5
5.1

OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
 Evaluar la efectividad de la biorremediación en la degradación de
hidrocarburos totales presentes en los sedimentos generados en una
estación de servicio de combustible

5.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Comparar el efecto de la bioaumentación (adición de microorganismos
adaptados a hidrocarburos) y la bioestimulación (adición de fertilizante
como fuente de nutrientes, la estimulación con la adición de agua y volteo
manual como fuente de oxigeno) en la biodegradación de hidrocarburos en
sedimentos generados por una estación de servicio de combustible.
 Establecer las tasas de degradación de hidrocarburos totales, en los
diferentes mesocosmos de biorremediación de sedimentos a implementar.
 Definir la estrategia de biorremediación aplicable acorde a las condiciones in
situ de los sedimentos generados por la estación de servicio de combustible.

7


6

HIPÓTESIS

Es posible que la degradación de hidrocarburos presentes en los sedimentos
contaminados de la estación de servicio, se vea afectada negativamente por la falta
de nutrientes o por baja población microbiana degradadora.
La aplicación de nutrientes, la estimulación adicionando agua y realizando un
volteo manual como fuente de oxigeno, favorece el crecimiento microbiano y esto
ayuda a asimilar todos los compuestos presentes en el suelo degradando así los
hidrocarburos en menor tiempo (Yaohui, X., y Mang, L., 2010).
La introducción de población microbiana adaptada a los hidrocarburos en suelos
contaminados, beneficia la degradación de hidrocarburos totales (Ruberto, L., et al,
2003).
Pregunta de investigación
¿Cuál estrategia de biorremediación (bioestimulación y/o bioaumentación), genera
mayor efecto en la degradación de hidrocarburos de sedimentos provenientes de la
estación de servicio de combustible?

7
7.1

MARCO TEÓRICO
LA IMPORTANCIA DEL PETRÓLEO EN LA SOCIEDAD

El petróleo es un recurso natural no renovable, es el resultado de la degradación
anaeróbica de materia orgánica, durante largos períodos de tiempo y bajo
condiciones de alta temperatura y presión, que la convierte en gas natural, crudo y
derivados del petróleo. El petróleo es una mezcla extremadamente compleja y
variable de compuestos orgánicos, donde la mayoría de los ellos son
hidrocarburos, que varían en peso molecular desde el gas metano hasta los altos
pesos moleculares de alquitranes y bitúmenes. Estos hidrocarburos pueden
presentarse en un amplio rango de estructuras moleculares: cadenas lineales y
ramificadas, anillos sencillos, condensados o aromáticos. Los dos grupos
principales de hidrocarburos aromáticos son los monocíclicos, el benceno, tolueno
8


y xileno (BTEX) y los hidrocarburos policíclicos (PAHs) tales como el naftaleno,
antraceno y fenantreno (Vargas, P., et al., 2004).
El petróleo y sus derivados, han sido una fuente de energía y materia prima, que el
hombre ha aprovechado en su beneficio, para el transporte aéreo, acuático y
terrestre, se utiliza en las industrias químicas, farmacéuticas, manufactura de
plásticos y materiales diversos, incluyendo sus primeros usos: de
impermeabilización, iluminación, como generador de electricidad, este
corresponde al energético más importante en la historia de la humanidad, alimenta
un porcentaje muy alto del consumo de energía del mundo, entre el 32% de Europa
y Asia, hasta el 53% de Oriente Medio, en Sudamérica y América Central el 44%,
África el 41% y Norteamérica el 40% (Vasallo, J., y Herrera, D., 2002).
La historia del petróleo como elemento vital y factor estratégico de desarrollo es
relativamente reciente, de menos de 200 años. Se comercializó por primera vez bajo
el nombre de "aceite de roca", en el año 1850, Samuel Kier, un boticario de
Pittsburg, Pennsylvania de EE.UU., a partir de entonces se puede decir que
comenzó el desarrollo de la industria del petróleo y el verdadero aprovechamiento
de un recurso que indudablemente ha contribuido a la formación del mundo actual
(Vasallo, J., y Herrera, D., 2002).
El petróleo contiene tal diversidad de componentes que difícilmente se encuentran
dos tipos idénticos. Existen parámetros internacionales, como los del Instituto
Americano del Petróleo (API) que diferencian sus calidades y por tanto su valor.
Así, entre más grados API tenga un petróleo, mejor es su calidad.
Los petróleos de mejor calidad son aquellos que se clasifican como "livianos",
"suaves" y/o "dulces". Los llamados "livianos" son aquellos que tienen más de 26°
API. Los "intermedios" se sitúan entre 20º y 25º API, y los "pesados" por debajo de
20º API.
El sector petrolero en Colombia ha tenido una importancia creciente en la
economía del país en los últimos años. Este sector es estratégico para la economía
por su alta participación en el producto interno bruto, porque genera un porcentaje
muy alto de las exportaciones totales y porque es también una fuente muy

9


importante de recursos fiscales para el gobierno nacional y para los gobiernos
seccionales (Vargas, P., et al., 2004).
7.2

IMPACTOS AMBIENTALES DE LOS HIDROCARBUROS

En la actividad petrolera, las disposiciones y el manejo habitual de hidrocarburos y
combustibles, en algunos casos conlleva a la contaminación del ambiente, cuando
tanques, oleoductos y diversas instalaciones sufren daños. Los líquidos migran
hacia el suelo, subsuelo (zona vadosa) y hacia el agua subterránea (zona saturada –
acuífero) o superficialmente hacia un bajo topográfico o curso de agua, y sus
componentes volátiles a la atmosfera. No solo las contaminaciones se producen por
roturas de los sistemas de almacenaje o de transporte, sino que el mal manejo del
producto puede provocar impactos negativos en la ecología regional (Vasallo, J., y
Herrera, D., 2002).
El petróleo en el suelo, que pasa a considerarse como un contaminante, se
convierte en un riesgo para la salud humana y el ecosistema. En algunos casos, la
contaminación no solo provoca problemas de toxicidad, sino que además puede
ocasionar grandes riesgos de explosiones y/o incendios.
La industria petrolera en su conjunto ha tenido un gran impacto negativo en
materia ambiental. Debido a la amplia gama de productos derivados del petróleo
que se manejan y que no ha sido posible evaluar cuantitativamente la
contaminación involucrada desde la fase de explotación hasta la obtención de los
petroquímicos básicos, ni del seguimiento a la infraestructura petrolera, esta se
integrada por:








Pozos de explotación.
Baterías de separación.
Complejos procesadores de gas.
Centrales de almacenamiento y bombeo.
Redes de ductos y piletas para el confinamiento de desechos sólidos y
líquidos procedentes de la perforación y mantenimiento de los pozos.
Transporte y distribución en general.
Estaciones de servicio de combustible.

10


Estas instalaciones poseen riesgos inherentes de fugas de petróleo, diesel y
gasolina por roturas de los ductos, por filtración de aguas aceitosas, por daños en
las estructuras de almacenamiento y transporte, por malas prácticas, entre otras, lo
cual genera un riesgo a nivel de la contaminación ambiental e impactos negativos a
los ecosistemas (Vasallo, J., y Herrera, D., 2002).
7.3

ACTIVIDADES DE LAS ESTACIÓNES DE SERVICIO

De acuerdo con el decreto 1521 de 1998, expedido por el Ministerio de Minas y
Energía, las estaciones de servicio son: “establecimientos destinados al
almacenamiento y distribución de combustibles líquidos derivados del petróleo y
gas licuado del petróleo (GLP), para vehículos automotores a través de equipos
fijos (surtidores) que llenan directamente los tanques de combustible”. Además,
puede incluir facilidades para uno o varios de los siguientes servicios:
lubricación, lavado general y/o motor, cambio y reparación de llantas, alineación
y balanceo, servicio de diagnóstico, trabajos menores de mantenimiento
automotor, venta de llantas, neumáticos, lubricantes, baterías, accesorios y demás
servicios afines. En las estaciones de servicio también podrán operar
minimercados, tiendas de comidas rápidas, cajeros automáticos, tiendas de video
y otros servicios afines a estos, siempre y cuando se obtengan de las autoridades
competentes las autorizaciones correspondientes y se cumplan todas las normas
de seguridad para cada uno de los servicios ofrecidos. Estas actividades
comerciales no deberán interferir con el objeto principal para el cual se autorizó
la operación de la estación de servicio, vale decir, el almacenamiento, manejo,
transporte y distribución de combustibles líquidos derivados del petróleo y/o
gaseosos (Ministerio del Medio Ambiente, 1999).
Las etapas principales en el desarrollo de una estación de servicio son:
planeación, construcción e instalación, operación y eventualmente cierre o
abandono. Tanto en sus actividades básicas como almacenamiento, distribución
de combustibles y sus actividades complementarias, las estaciones de servicio
tienen una interacción considerable con el medio ambiente.
La etapa de planeación es muy importante, pues en ella se prevén las posibles
interacciones de las estaciones de servicio con el medio ambiente, en la etapa de

11


construcción el impacto real es similar al de cualquier otra construcción civil de
igual tamaño.
En la etapa de operación, los efectos potenciales sobre el medio ambiente pueden
verse ampliamente reducidos gracias a las tecnologías utilizadas, a las tareas de
monitoreo que se realicen y al cuidado en la prestación del servicio; si a esto se
suma las medidas preventivas implementadas en la etapas de planeación y de
construcción, el impacto al medio ambiente se ve reducido a los efectos que
puedan tener las actividades secundarias de la estación de servicio o a casos
aislados y fortuitos (Ministerio del Medio Ambiente, 1999).
La etapa de cierre y abandono de estaciones, interactúa con el medio ambiente en
la medida en que exista contaminación por combustible en la zona, como
consecuencia de no realizar operaciones de mantenimiento. De no existir este tipo
de condiciones y si el cierre incluye el retiro del tanque, de acuerdo con la
legislación o criterio técnico, la influencia sobre el medio ambiente puede
equipararse a la de la etapa de construcción e instalación.
Según el Ministerio del Medio Ambiente (1999), entre los impactos significativos,
adversos o benéficos, dentro de las diferentes etapas de una estación de servicio
se encuentran:









Contaminación potencial de aguas superficiales y subterráneas.
Contaminación de suelos.
Alteración del paisaje o entorno natural.
Afectación sobre infraestructura y población adyacente derivado de
eventuales riesgos generados por incendios o explosiones.
Afectación sobre el espacio público, especialmente en las etapas de
construcción, cierre y desmantelamiento.
Generación de empleo.
Aumento del PIB local y regional.
Concentración de sistemas de distribución.

12


7.4

CONTAMINACIÓN GENERADA EN LAS ESTACIONES DE SERVICIO

Las actividades de operación de las estaciones de servicio de combustibles,
generan tanto emisiones evaporativas (compuestos orgánicos volátiles - COV),
como residuos líquidos y residuos sólidos.
7.4.1

Emisiones Atmosféricas

La mayor fuente de emisiones evaporativas ocurre en el llenado de los tanques de
almacenamiento en la estación de servicio, las emisiones se generan cuando los
vapores de gasolina son desplazados a la atmósfera por la gasolina que está siendo
descargada en los tanques de almacenamiento, la cantidad de emisiones depende
de varios factores: el método de llenado, la tasa de llenado, la configuración del
tanque, la temperatura, la presión de vapor y la composición de la gasolina. Otra
fuente de emisión es la respiración de los tanques subterráneos, estas ocurren
diariamente y son atribuibles a cambios en la presión barométrica. Finalmente se
producen emisiones por derrames de combustibles y posterior secado evaporativo
debido a reboses, derrame de mangueras o circunstancias operativas. Las mayores
emisiones evaporativas en las estaciones de servicio son producidas por la
gasolina. El petróleo diesel y kerosene, por tener presiones de vapor muy bajas, no
evaporan considerablemente (Comisión Nacional del Medio Ambiente, 1999).
7.4.2

Residuos Líquidos

Los residuos líquidos en las estaciones de servicio, se generan en las siguientes
operaciones:
 Lavado de pisos.
 Derrames y pérdidas de gasolina, solventes, aceites y grasas.
 Manutención de vehículos.
 Aguas lluvia.
 Lavado automático de automóviles y/o lavado manual de carrocería, chasis
y motores.
Los residuos líquidos contienen principalmente sólidos suspendidos (lodo y/o
sedimentos), aceites y grasas, solventes halogenados y restos de combustibles. En

13


los casos donde las estaciones de servicio cuentan con lavado de vehículos,
contienen además desengrasantes, detergentes y ceras especiales.
Los demás residuos líquidos que se generan en las estaciones de servicio, son las
aguas residuales domésticas, provenientes de los baños, duchas y demás unidades
construidas con que cuente las estaciones de servicio (Comisión Nacional del
Medio Ambiente, 1999).
7.4.3

Residuos Sólidos

De acuerdo a la normativa vigente, se define como residuos sólidos tanto a los
sólidos, como a los semi-sólidos, líquidos y gaseosos que están confinados; y se
catalogan de peligrosos cuando presentan algunas de las siguientes características:
toxicidad, inflamabilidad, reactividad o corrosividad.
Los residuos sólidos generados son:
 Aceites y lodos (sedimentos) provenientes de la limpieza de los tanques de
almacenamiento, de los equipos de transporte dentro de las EDS, de las
unidades conductoras y de tratamiento de aguas residuales industriales,
como las rejillas perimetrales, canales, trampas de grasas, decantadores,
arenas utilizadas en contención de derrames entre otras.
 Aceite usado proveniente de la mantención de motores y filtros.
 Emulsiones de aceite como consecuencia de la limpieza de pisos, etc.
 Solventes usados.
 Textiles contaminados: materiales de absorción (para derrames) y paños de
limpieza.
 Envases, plásticos y metálicos, contaminados con aceites, solventes, grasas,
etc.
 Baterías agotadas.
 Neumáticos usados.
 Repuestos de vehículos.
 Misceláneos (eventualmente cambios esporádicos de radiadores,
refrigerantes, etc.).

14


Otros residuos sólidos que se generan, son los residuos domiciliarios, provenientes
de oficinas, de los minimercados y centros de expendio de alimentos (Comisión
Nacional del Medio Ambiente, 1999).
7.5

TASAS DE GENERACIÓN
ESTACIONES DE SERVICIO

DE

LODOS

Y/O

RESIDUOS

EN

LAS

Los lodos, arenas y/o sedimentos contaminados con diferentes fracciones de
hidrocarburo provenientes de las Estaciones de Servicio (E.D.S.), durante muchos
años han sido dispuestos de manera inapropiada en lotes baldíos, junto con los
residuos ordinarios y en las fuentes de agua sin un control estricto. En la
actualidad, dada la aparición del decreto 1713 de 2002 del Ministerio de Desarrollo
Económico de la República de Colombia y los intensos controles que se han
iniciado, se exige que estas dispongan estos residuos de manera apropiada
teniendo en cuenta su naturaleza como residuos peligrosos y su entrega a un
movilizador debidamente registrado ante la autoridad ambiental (Corporación
Autónoma Regional de Risaralda y Universidad Tecnológica de Pereira, 2007).
No obstante, en el departamento de Risaralda sólo se cuenta con un movilizador
autorizado, el cual, debe disponer dichos residuos en una celda de seguridad
ubicada en el municipio de Mosquera en Cundinamarca, a 360 Km
aproximadamente de la capital del departamento, por lo que los costos para los
generadores son muy altos (Corporación Autónoma Regional de Risaralda y
Universidad Tecnológica de Pereira, 2007).
Durante el año 2008 fueron analizadas cuarenta y ocho (48) estaciones de servicio
(EDS), correspondientes al 68,5% del total de EDS existente en el departamento de
Risaralda (aproximadamente 70). La cantidad de residuos generados en cada EDS
depende de su tamaño y de los servicios que preste, si la EDS presta el servicio de
lavado, lubricación y posee sistema de tratamiento o trampa de grasas para cada
servicio, generará una cantidad mayor de lodos, arenas y/o sedimentos
contaminados, que si prestara sólo el servicio de distribución de combustible o si
tuviera un sistema de tratamiento conjunto para el servicio de lavado y zona de
suministro (Corporación Autónoma Regional de Risaralda y Universidad
Tecnológica de Pereira, 2007).

15


En la tabla 1 se muestran las cantidades de lodos y arenas producidos en las EDS
de Risaralda que fueron analizadas.
Tabla 1. Cantidad de lodos y arenas contaminados con hidrocarburos producidas
en las EDS de Risaralda.
Municipio
Apia
Guática
Marsella
Pueblo Rico
Belén de Umbría
La Celia
Mistrató
Santuario

Dosquebradas

La Virginia

Santa Rosa

Pereira

EDS

Lodos (Kg/mes)
42.3
N.G
317
N.G
N.G
365
N.G
N.G
N.G
96
43.6
385
386.4
453
380
235
247
360
43.6
551
330
240
95
41
288
188
98
138
1152
164
2800
592

El Crucero
Guática
Marsella
La Esperanza
Panamericana
Cootransbel
El Carmen
El Recreo
El jardín
Mistrató
Tatamá
Card Ltda
La tractomula
Risaralda/La carlota
Viaducto
Metropolitana
Otún
Codi
La Virginia
JRC
La Antioqueña
Araucarias
Modelo
San Eugenio
Campestre La Manuela
Coochoferes Av del Rio
Coochoferes La 28
De Pereira
Aeropuerto
La Pista
San Fernando
Terminal
16

Arenas (Kg/mes)
8
8
18
8
8
16
12
8
8
8
8
20
16
20
8
25
20
8
8
18
16
8
8
8
10
20
4
20
16
8
8
20


Municipio

EDS
Ciudad Victoria
Corales
Don Ernesto
Matecaña
Los Pizamos
Santa Elena
Urbanos Pereira
Cuba
El Camionero y su automóvil
Fonda Central
Parque Olaya
Servimotor
TOTAL

Lodos (Kg/mes)
237
200
130
300
216
386.4
N.G
N.G
404
294
236
168
12602.3

Arenas (Kg/mes)
16
25
10
15
15
8
10
10
16
10
20
15
569

Fuente: Corporación Autónoma Regional de Risaralda y Universidad Tecnológica
de Pereira, 2007.
Con estos resultados, se observa que para las estaciones de servicio evaluadas en
Risaralda se generan un poco mas de 12602,3 kg/mes de lodos y 569 kg/mes de
arenas contaminadas con hidrocarburos, los cuales, en la mayoría de los casos son
dispuestos de manera indiscriminada junto con los residuos ordinarios o en lotes
baldíos cercanos a la EDS.
Por otro lado, en el año 2000 en dieciséis (16) EDS y talleres automotores de los
municipios de Pereira y Dosquebradas se realizaron 51 perforaciones exploratorias
para analizar el grado de contaminación de los suelos por hidrocarburos. En este
estudio se encontró que la contaminación de suelos por hidrocarburos en las EDS
es leve en términos generales pues el 70% de los dieciséis sitios donde se realizaron
perforaciones presentan contaminación leve (<100 mg/kg), el 13% presenta
contaminación leve a moderada (100<500 mg/kg), el 12% presentan contaminación
moderada (500<1000 mg/kg), el 4% presenta una contaminación de moreda a alta
(1000<5000 mg/kg) y Solamente el 1% presentan contaminación alta (>5000
mg/kg). Así mismo, el estudio concluye que no existe una relación directa entre la
antigüedad de la estación, la profundidad y el grado de contaminación (Gallego,
O., 2000).

17


Finalmente, no existen registros exactos del número y las dimensiones de la
contaminación de aguas superficiales y subterráneas en las EDS estudiadas. De las
cuarenta y ocho (48) EDS analizadas tan solo veinticuatro (24) tienen instalados
pozos de observación y/o monitoreo alrededor de los tanques de almacenamiento
que permitan detectar una fuga que pueda estar afectando los mantos freáticos.
Sin embargo, en la mayoría de los casos el número de pozos es insuficiente o solo
existen pozos de observación siendo necesaria la instalación de pozos de
monitoreo. De igual manera, al inspeccionar los pozos existentes se detectó la
presencia de combustibles en siete (7) EDS, las cuales, deben entregar un reporte
de caracterización de dicha agua a la autoridad ambiental. Sin embargo, no se
conoce el contaminante presente, sus concentraciones y la antigüedad de la
contaminación (Gallego, O., 2000).
7.6

REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS

Las estrategias para el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos
pueden ser físicas-químicas-biológicas (Gan, S., et al, 2009), entre las más comunes
se encuentran:
Físico-química: Extracción con disolventes (lavado con agua y disolventes
orgánicos, agentes tensioactivos, ciclodextrinas, aceite vegetal), extracción con
fluidos supercríticos, la extracción con fluido subcrítico.
Químico: Oxidación química con diversos oxidantes (por ejemplo, el reactivo de
Fenton, el ozono, peróxido-ácido, KMnO4, H2O2, Persulfato de sodio), la
degradación fotocatalítica y la remediación electrocinética.
Físicos-Térmicos: La incineración, desorción térmica, el suelo térmicamente
mejorado con la extracción de vapor.
Biológico: La biorremediación in situ como la biolabranza y el compostaje,
tratamiento aeróbico, anaeróbico y la fitorremediación.
Las estrategias Físico-químicas, se pueden implementar fácilmente ya que el
proceso se lleva a cabo a presión ambiente y temperaturas bajas, Las ciclodextrinas
y los aceites vegetales proporcionan alternativas no tóxicas, biodegradables y
respetuosos con el medio ambiente a los convencionales disolventes. En
comparación con el lavado convencional del suelo, las extracciones de fluido
supercrítico y subcrítico son opciones "más verdes", pero éstas generen el uso de
equipos de alta presión, y no obstante, la extracción con disolventes es sólo un
18


proceso de separación que transfiere los hidrocarburos, por lo tanto se requiere de
un el tratamiento secundario y/o adicional de los extractos. La oxidación química
es capaz de degradar hidrocarburos, sin embargo, existe la preocupación de que se
puedan formar subproductos tóxicos durante el tratamiento. Tanto la degradación
fotocatalítica y la remediación electrocinética, han sido aplicados recientemente
para el tratamiento de suelos contaminados, pero el éxito en campo, debido a las
extensiones requerirá una mayor optimización y estudios de factibilidad
económica de estas estrategias. Las estrategias térmicas, por otro lado, pueden
destruir eficazmente el hidrocarburo, pero implican altos costos debido a las altas
temperaturas que se requieren y a la necesidad de un tratamiento de los gases
producidos. La biorremediación y fitorremediación, por su parte, requieren un
proceso de larga duración en comparación con todas las demás estrategias, las
principales ventajas de estos procesos biológicos son el alto potencial de las
estrategias in situ y que no se requiere de más tratamientos adicionales ya que los
subproductos que se forman generalmente son dióxido de carbono, agua y
biomasa (Gan, S., et al, 2009).
La biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos, se ha convertido
en un tema importante en la investigación ambiental, muchas de las estrategias de
biorremediación se han desarrollado y mejorado para tratar los suelos
contaminados, estas consisten en la aceleración de los procesos naturales de
biodegradación (Xu, Y., y Lu, M.,
2010), mediante bacterias u otros
microorganismos que alteran y convierten moléculas orgánicas en otras sustancias,
como CO2, agua y metano. La biorremediación por lo general, consiste en la
aplicación de fertilizantes nitrogenados y/o de fósforo, en ajustar el pH, mantener
el contenido de agua necesaria, oxigenar y se acompaña a menudo con la adición
de bacterias. Además, cuando los contaminantes tienen mala solubilidad del agua,
la adición de emulsionantes y agentes de superficie activa (surfactantes) aumenta
la velocidad de biodegradación mediante el aumento de la biodisponibilidad del
contaminante (Calvo, C., et al, 2009). La fitorremediación, es una estrategia que se
define como el uso de las plantas y sus raíces, asociadas con las bacterias para
eliminar, transformar, o asimilar los productos contaminantes ubicados en el suelo,
en sedimentos, agua subterránea, aguas superficiales, e incluso la atmósfera, al
mismo tiempo, la fitorremediación tiene un enfoque de tratamiento de
profundidad, que según las características del sitio contaminado, las siembra de

19


plantas puede ser la única intervención a bajo precio y eficiente (Peng, S., et al,
2009).
La Biorremediación de suelos se puede dividir en estrategias in situ y ex situ, en la
biorremediación in situ se refiere al tratamiento biológico de suelos contaminados
sin excavar antes del tratamiento y ex situ a tratar el suelo contaminada en un lugar
dispuesto para esto, las estrategias in situ presentan mayores ventajas sobre las ex
situ, por su menor costo en traslado y la poca generación de residuos en el proceso
(Xu, Y., and Lu, M., 2010). Las estrategias, más empleadas en biorremediación son:

7.6.1

Biorremediación In situ:

La Biolabranza: Al suelo contaminado se le mezcla con agentes de volumen y se la
realiza una la labranza periódica para favorecer la aireación. Dentro de las ventajas
se puede decir que es un proceso considerado de bajo nivel tecnológico que no
requiere exigentes consideraciones de ingeniería, y a la vez permite una fácil
manipulación y control de las variables de diseño y operación. Entre sus
desventajas está que requiere grandes extensiones de área, otro inconveniente es
que si los hidrocarburos contaminantes son livianos, estos pueden volatilizarse, lo
cual generaría problemas en el aire y cuando la contaminación es profunda los
costos de excavación y movimiento de tierras pueden ser muy altos, esta estrategia
puede aplicarse ex situ de igual manera (Duran, M., y Contreras, N., 2006).
La Bioaireación: Consiste en proporcionar oxigeno al subsuelo estimulando la
degradación por medio de microorganismos nativos, se ha convertido en una de
las estrategias in situ más costo-efectivas disponibles para hacer frente a derrames
de hidrocarburos de petróleo, ya que el aire se suministra mediante un sistema de
inyección, en cuanto a costos no requiere maquinaria pesada ni excavaciones
grandes, ni áreas adicionales para llevar a cabo el tratamiento, Sin embargo, la
aplicación de esta estrategia tiene obstáculos considerables debido a la
biodisponibilidad de los diferentes contaminantes y esto influye en la velocidad de
degradación, en particular los contaminantes de baja solubilidad en el agua,
pueden bajar el contenido de humedad en el suelo, si el suelo a tratar es
demasiado húmedo puede presentar dificultad para lograr que el aire penetre a
través de la zona contaminada (García, J., et al, 2010).
20


La Bioestimulación: se define como la estimulación de los microorganismos
nativos, para activar y acelerar la degradación de contaminantes, se puede llevar a
cabo con la adición de agua, oxigeno, nutrientes, aceptor de electrones, entre otros
parámetros que permitan el buen desarrollo de los microorganismos, dentro de los
nutrientes se encuentran principalmente el nitrógeno y fósforo, el nitrógeno
proporciona el elemento necesario para la producción de aminoácidos y enzimas, y
la fuente de fósforo interviene en la formación de compuestos energéticos dentro
de la célula que se utilizan en los procesos de reproducción y degradación, estos
fertilizantes pueden ser de uso agrícola o de origen orgánico como estiércol,
también se puede llevara a cabo una estimulación con adición de agua y oxigeno, si
el área contaminada ya cuenta con buena presencia de nutrientes (Taccaria, M., et
al, 2012).
La Bioaumentación: consiste en la adición de cepas microbianas externas
(diferentes a las nativas), al suelo contaminado, estos microorganismos están
adaptados o incluso modificados genéticamente y cuentan con la capacidad de
degradar el contaminante. Esta estrategia no requiere área adicional, ni maquinaria
pesada, como desventaja esta la inoculación a gran escala, el que entran a competir
con los microorganismos nativos y pueden tener limitaciones con las condiciones
climáticas del sitio a tratar. Con un buen estudio de las condiciones del área a
inocular, esta estrategia puede aumentar las tasas de remoción del contaminante
mediante el aumento de la población bacteriana (Ta-Chen, L., et al, 2010).

7.6.2

Biorremediación Ex Situ

El Compostaje: es un proceso biológico controlado, esta estrategia de compostaje se
diferencian de los sistemas convencionales de compostaje, ya que son sistemas
cerrados, como las incubadoras de gran tamaño, ofreciendo la oportunidad de
asegurar el uso de altas temperaturas (> 70 ° C) con el fin de cumplir con requisitos
regulatorios para el control de patógenos, esta estrategia debe ser más controlada
por los operadores y permite seleccionar los parámetros adecuados de operación
por ejemplo, temperatura, contenido de humedad (CH), las proporciones de
mezcla (agentes de volumen, paja, aserrín, estiércol, desechos agrícolas) para
promover tanto la actividad microbiana y la degradación del contaminantes. La
21


aplicación de compostaje como una estrategia de biorremediación tiene dos
objetivos: (1) maximizar la eliminación del contaminante y (2) para producir un
compuesto maduro que podría ser utilizado en la restauración de la tierra para uso
industrial. Los sistemas de compostaje incluyen tambores rotatorios, tanques
circulares, recipientes abiertos y biopilas (Ladislao, B., et al, 2007)).
Las biopilas se conforman con el suelo contaminado en ambientes cerrados para
aumentar la temperatura, con agentes de volumen, con microorganismos del suelo
contaminado, en donde la actividad microbiana principalmente aeróbica,
estimulada a través del agua y la adición de nutrientes y junto con aireación
degrada los contaminantes, se construyen típicamente sobre una base impermeable
para reducir la potencial migración de lixiviados, estas funcionan eficazmente en
climas templados, pero también puede ser utilizado en climas más fríos si se les
introduce aire caliente a través del proceso de aireación, para esta técnica se debe
considerar el tipo de contaminante, porque puede presentar liberación de gases y
requiere mucho espacio (Coulon, F., et al, 2010).
Los Biorreactores: esta estrategia es utilizada para suelos que se caracterizan por
un alto contenido de arcilla y materia orgánica, acoplado a baja conductividad
hidráulica y la baja permeabilidad, se caracteriza por ser de contacto líquidosólido, el suelo es depositado en tanques cerrados, donde se le adicionan
nutrientes, agua, oxigeno y cultivos microbianos adecuados, se mezclan para que
se lleve a cabo la degradación, en comparación con otras estrategias de
biorremediación este proporciona el mayor contacto entre los contaminantes, los
microorganismos, el oxígeno, el agua y los nutrientes, lo cual, lo hace una
tecnología más efectiva. Como desventaja esta estrategia es más costosa y requiere
un tratamiento adicional del agua resultante al realizar la separación del liquido y
el suelo, no es viable para contaminantes volátiles (González, I., et al, 2006).
7.7

DEGRADACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS

En la degradación ocurren procesos fisicoquímicos entre la interacción natural del
contaminante con el ambiente que incluyen la dispersión, dilución, absorción,
volatilización, estabilización química o la biodegradación del contamínate
(Biorremediación). En la mayoría de los casos, la biorremediación es la mejor
alternativa para el tratamiento de esta contaminación (Arroyo, M., et al., 2001).
22


En los procesos de biodegradación que tienen lugar de forma natural en el medio,
se les conoce como atenuación natural. La atenuación natural Transforma el
contaminante en formas menos toxicas, por procesos físicos (evaporación,
dispersión, dilución), químicos (oxidación/reducción) y biológicos (degradación),
que reduce la movilidad, la masa y la concentración del contamínate (Gideon, O., y
Paschal, O. 2008). Entre los factores que influyen en la eficacia y viabilidad de la
degradación se destacan (Arroyo, M., et al., 2001):
 Condiciones geológicas y geoquímicas favorables.
 Confirmación de la existencia de los tipos y número de poblaciones de
microorganismos que puedan biodegradar los contaminantes.
 Producción y conservación en el medio de subproductos de carácter
persistente o más tóxicos que los iniciales, durante y después.
 La no existencia de producto libre en flotación sobre el nivel freático.
 Condiciones óptimas de concentración de oxígeno disuelto.
 Presencia de compuestos utilizados como aceptores de electrones en
condiciones anaerobias como nitrógeno, fosforo, sulfatos entre otros.
 Existencia de un coeficiente de retardo favorable para que se produzcan los
fenómenos de sorción con suficiente eficacia.
 Que se produzca una dilución suficiente para que la concentración se vea
disminuida.
Una característica común de los hidrocarburos es que son biodegradables de forma
aerobia y anaerobia. Sin embargo, la tasa de biodegradación aerobia depende de la
complejidad de la molécula contamínate y de la disponibilidad de aceptores de
electrones. Los hidrocarburos grandes muy ramificados, o que contienen muchos
anillos aromáticos son difíciles de degradar. Uno de los aspectos de su escasa
biodegradabilidad es su baja solubilidad en agua. El otro es que la compleja
estructura hace difícil que los organismos encuentren el lugar para realizar el
ataque enzimático inicial. El paso inicial en la degradación de hidrocarburos por
bacterias, es generalmente, la introducción de oxígeno en la molécula, que requiere
una inversión de energía y oxígeno elemental. El hidrocarburo se oxida mediante
dos electrones. La ventaja para los microorganismos es que los productos de las
reacciones de oxigenación están más disponibles. Específicamente los productos

23


son fácilmente atacados en posteriores reacciones de deshidrogenación e
hidroxilación y son más solubles en agua (Arroyo, M., et al., 2001).
En la actualidad son muchos los hidrocarburos aromáticos que se sabe son
biodegradables en ausencia de oxígeno, se han aislado organismos que efectúan la
biodegradación de muchos hidrocarburos aromáticos y se han descubierto
trayectorias bioquímicas por medio de las que el oxígeno procedente del agua o de
hidrocarburos carboxílicos se introduce en el anillo aromático. En general, las
reacciones anaerobias son bastante lentas comparadas con sus contrapartidas
aerobias, pero se producen y tienen importancia en el caso de los hidrocarburos
aromáticos. Está surgiendo la evidencia de que los hidrocarburos alifáticos también
pueden degradarse en ausencia de oxígeno (Arroyo, M., et al., 2001).
7.8

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIORREMEDIACIÓN.

Uno de los principales problemas de la biodegradación, es que en presencia de
altas concentraciones del contaminante en el suelo, pueden existir efectos de
toxicidad sobre la población microbiana. Otro, es la insuficiencia de nutrientes en
el suelo; sin embargo, la presencia de cantidades mínimas de nitrógeno y fósforo
permiten la biodegradación, aunque en tiempos más largos. Los factores
ambientales que influyen en la biodegradación son: temperatura, pH, humedad,
nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo), aceptores de electrones (oxígeno,
nitrato, sulfato) y presencia de microorganismos (Roldán, A., y Iturbe, R., 2002).
7.8.1

Temperatura

Es uno de los factores ambientales más importantes, esta tiene una gran influencia
en la biodegradación por su efecto sobre la naturaleza física y química del petróleo
y sus derivados (Pardo, J., et al., 2004). A bajas temperaturas la viscosidad de los
hidrocarburos aumenta, la volatilización de alcanos de cadena corta se reduce y
disminuye la solubilidad del O2 en agua, afectando así la biodegradación. Las tasas
de degradación generalmente aumentan cuando la temperatura incrementa (Ríos,
R., 2005).
La temperatura también afecta la actividad metabólica de los microorganismos y la
tasa de biodegradación. Generalmente, las especies bacterianas crecen a intervalos
24


de temperatura bastante reducidos, entre 18 y 30ºC (condiciones mesófilas),
Cuando supera los 40ºC se produce una disminución de la actividad microbiana,
una rotación poblacional hacia especies más resistentes a las altas temperaturas o
puede decrecer la biorremediación debido a la desnaturalización de enzimas y
proteínas de las bacterias. Cuando la temperatura esta a 0ºC se detiene
substancialmente la biodegradación (Gómez, S., et al., 2008), también se ha dado la
biodegradación de hidrocarburos a temperaturas extremas: a 10ºC en suelos
subárticos y subalpinos, a 5ºC en suelos árticos, a 60ºC por una cepa termófila de
Bacillus stearothermophilus aislada de un suelo contaminado con crudo de petróleo
del desierto kuwaití (Torres, K. y Zuluaga, T., 2009). Los cambios climáticos y de
estaciones, seleccionan de manera natural a las poblaciones de los
microorganismos degradadores de hidrocarburos, los cuales se adaptan a las
temperaturas ambientales (Ríos, R., 2005).
7.8.2

pH

El pH es un factor químico importante que influye en la recuperación de suelos
contaminados por hidrocarburos, ya que determina el grado de adsorción de iones
por las partículas del suelo, afectando así su solubilidad, movilidad, disponibilidad
y sus formas (Volke, T., y Velasco, J., 2002).
Las formas catiónicas (NH4+, Mg2+, Ca2+) son más solubles a pH ácido mientras que
las formas aniónicas (NO3 -, NO2 -, (PO4)3- , Cl-) son más solubles a pH alcalino. Por
lo tanto, si es necesario alcalinizar un suelo se utiliza arena de caliza e iones Ca 2+ y
Mg2+, mientras que para acidificar un suelo se utiliza FeSO4. En otros estudios se
ha reportando que la acidificación o la reducción del pH en el suelo se puede
realizar adicionando compuestos del azufre (Gómez, S., et al., 2008).
El pH afecta las poblaciones microbianas, por la biodisponibilidad de fuetes de
carbono y energía. A pH extremadamente alcalinos o extremadamente ácidos la
biodegradación se hace lenta. Generalmente los suelos contaminados por
hidrocarburos tienden a ser ácidos, lo cual limita el crecimiento y la actividad de
los microorganismos. El rango óptimo para la biodegradación está entre 6 – 8
unidades de pH. Sin embargo, para mantener una mejor capacidad degradante,
por periodos de tiempo prolongados, el pH debe ser neutro, entre 7.4–7.8, evitando
al máximo las fluctuaciones. El pH también tiene efecto en la disponibilidad de
25


nutrientes, debido a que afecta la solubilidad y estado de los compuestos. La
solubilidad del fósforo se maximiza a pH de 6.5, mientras que el plomo se
encuentra menos soluble a pH de 7 a 8. En general para minimizar el transporte de
metales se recomienda un pH mayor a 6 (Ríos, R., 2005).
7.8.3

Humedad

La humedad es un factor importante porque actúa como medio de transporte de
nutrientes y oxígeno a la célula ya que forma parte de su protoplasma bacteriano,
este proceso es necesario para su crecimiento y desarrollo. Es conveniente
mantener una humedad del orden del 20 - 75 % de la capacidad de campo, la cual
se define como la masa de agua que admite el suelo hasta la saturación (Gómez, S.,
et al., 2008). Un exceso de humedad inhibirá el crecimiento bacteriano al reducir la
concentración de oxígeno en el suelo y una poco o nula humedad priva el
intercambio de gases y da como resultado zonas anaeróbicas. Por lo anterior, la
humedad del suelo puede limitar de forma severa la biodegradación (Torres, K. y
Zuluaga, T., 2009).
7.8.4

Nutrientes

Los nutrientes son uno de los factores más relevantes por ser sustancias químicas
necesarias para la actividad microbiana y metabólica de los microorganismos, por
lo que estos constituyentes se deben encontrar disponibles para su asimilación y
síntesis, la disponibilidad de estos aumentan la eficiencia y el buen desarrollo de la
biorremediación (Gómez, S., et al., 2008).
Los nutrientes se dividen en dos grandes grupos: macronutrientes y
micronutrientes. Los macronutrientes de mayor importancia metabólica se
encuentran; el carbono (C) en este caso los hidrocarburos como contaminantes
proporcionan la energía necesaria para la fabricación de compuestos celulares y
productos metabólicos (dióxido de carbono, agua, enzimas); el Nitrógeno (N),
forma parte principal de las biomoléculas de las células, es un elemento necesario
para la producción de aminoácidos, proteínas, enzimas, ácidos nucléicos y otros
constituyentes celulares. En ocasiones la utilización de estos nutrientes es rápida,
los suelos no alcanzan a cubrir todas las necesidades, siendo un factor limitante
para la degradación, por lo cual se puede incorpora fertilizantes de uso agrícola
26


como urea o sulfato de amonio y de origen orgánico como estiércol, para acelerar
el proceso de biorremediación (Gómez, S., et al., 2008). El fósforo (P) que interviene
en la formación de compuestos energéticos dentro de las células y es requerido
para la síntesis de ácidos nucléicos y fosfolípidos en los procesos de reproducción
y degradación, puede ser adicionado al suelo como fosfato diamónico o fosfato
tricálcico. El Potasio (K) requerido por una gran cantidad de enzimas para catalizar
diferentes reacciones. Por lo general suele haber en el suelo una concentración de
macronutrientes suficiente, sin embargo, sí estos no se encuentran en el rango
normal se pueden adicionar al suelo. Si la concentración de nutrientes inorgánicos
como N y P es baja, se produce una relación C/N y C/P muy altas, lo que no es
favorable el crecimiento microbiano, la relación C:N:P debe estar dentro de un
rango normal de 100:10:2 a 100:2:0,4, que beneficia los procesos de metabolismo
microbiano en el suelo y contribuyen al proceso de degradación del contaminante.
La fuente de micronutrientes, oligoelementos o elementos minoritarios constituye
un conjunto variado de elementos entre los que se encuentra el hierro (Fe), cobre
(Cu), zinc (Zn), azufre (S), cobalto (Co), manganeso (Mn), magnesio (Mg) y calcio
(Ca), normalmente no se incorporan en el proceso de biorremediación, puesto que
el suelo provee estos elementos en cantidades suficientes (Vallejo, V., et al., 2005,
Gómez, S., et al., 2008).
Una característica común en suelos contaminados con hidrocarburos, es que
presente altas concentraciones de carbono, sin las cantidades suficientes de
nitrógeno y fosforo en el suelo, se pueden limitar los procesos de crecimiento y la
actividad metabólica de los microorganismos degradadores, disminuyendo las
tasas de biodegradación. La adición de fuentes de N y P inorgánicas, suplen las
necesidades fisiológicas de los microorganismos, dando como resultado el
incrementando de las poblaciones microbianas y las tasas de biodegradación de
hidrocarburos en suelos contaminados (Vallejo, V., et al., 2005).

7.8.5

Aceptor de electrones

Los aceptores de electrones aumentan la actividad de las poblaciones microbiana
nativas o inoculadas (Hamdi, H., et al, 2007). En la biorremediación es
fundamental el proceso metabólico de transferencia de electrones. La energía
necesaria para el crecimiento microbiano se obtiene durante el proceso de
oxidación de materiales reducidos, donde las enzimas microbianas catalizan la
27


transferencia de los electrones. Los aceptores más utilizados por los
microorganismos, son el oxígeno y los nitratos. Cuando el oxígeno es utilizado
como aceptor de electrones la respiración microbiana se produce en condiciones
aerobias, los microorganismos convierten en última instancia los contaminantes en
dióxido de carbono, agua y masa celular, por enzimas oxigenasas. Sin embargo, sí
utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono, se produce en condiciones reductoras o
anaerobias (Gómez, S., et al., 2008).
El proceso de biorremediación aerobia y anaerobia puede esquematizarse de la
siguiente manera:
Degradación aerobia:
Sustrato + O2 = biomasa + CO2 + H2O
Degradación anaerobia:
Sustrato+ (NO3 -, SO4 -, Fe3+, Mn4+, CO2) = Biomasa+CO2+(N2, Mn2+, S2+, Fe2+,
CH4)
El oxígeno generalmente es el mejor aceptor de electrones, es decir, el que produce
la mayor energía libre en una reacción completa. En consecuencia, para un mismo
substrato orgánico, los microorganismos que emplean el oxígeno como agente
oxidante pueden generar mayor energía que aquellos que emplean nitratos,
sulfatos u otros aceptores de electrones alternativos, logrando de esta forma crecer
a mayor velocidad, lo que implica un mayor consumo del sustrato. Por lo tanto la
biorremediación aerobia es típicamente más eficiente que la biorremediación en
forma anaerobia (Gómez, S., et al., 2008).

7.8.6

Microorganismos

La biodegradación de hidrocarburos en diferentes ecosistemas (suelo y agua)
requiere de la presencia de microorganismos (bacterias, hongos, algas) que, a
través de la actividad bioquímica, oxiden los hidrocarburos. Algunas especies de
microorganismos pueden metabolizar un número limitado de hidrocarburos, de
manera que la presencia de poblaciones mixtas con diferentes capacidades
metabólicas, es necesaria para degradar mezclas complejas de hidrocarburos como

28


el crudo. La degradación de hidrocarburos se lleva acabo principalmente por
bacterias, seguidas por los hongos, levaduras y algas, entre otros (Ríos, R., 2005).
Los reportes del porcentaje de bacterias y hongos presentes en suelos, varían de
forma importante de entre 0.13% y 50% para bacterias, y de 6% a 82% para hongos,
con respecto a la comunidad heterótrofa total del suelo. La proporción de hongos y
bacterias dependerá de las condiciones del sitio. El número de microorganismos
heterótrofos totales en suelo, considerado como típica se encuentra en una cuenta
total de 107 a 109 UFC/g de suelo; para degradadoras potenciales en suelos no
contaminados entre 105 y 106 UFC/g; y entre 106 y 108 UFC/g en suelos
contaminados (Ríos, R., 2005).
En ecosistemas en donde las poblaciones microbiológicas degradadoras no son
significativas, se han utilizado la bioaumentación con el propósito de incrementar
la tasa de biodegradación de los contaminantes. Se prefiere la bioaumentación
empleando microorganismos nativos, ya que otros microorganismos pueden
presentan problemas de adaptación. Recientemente se ha considerado el uso de
microorganismos genéticamente manipulados para la biorremediación de sitios
contaminados (Ríos, R., 2005).

7.9

EXPERIENCIAS DE BIORREMEDIACIÓN EN SUELOS CONTAMINADOS
CON HIDROCARBUROS.

Las primeras estrategias de biorremediación que se aplicaron fueron similares a la
“biolabranza”, lógicamente fueron utilizadas por compañías petroleras,
fundamentalmente para la remediación de vertidos de gasolina, estas aparecen en
los años 70, en los años 80 se generalizó el uso del aire y peróxidos para
suministrar oxígeno a las zonas contaminadas mejorando la eficiencia de los
procesos de degradación, durante los años 90, el desarrollo de estrategias de
“burbujeo de oxígeno” hizo posible la biorremediación en zonas por debajo del
nivel freático. Al mismo tiempo, la implementación en la práctica de
aproximaciones experimentales en el laboratorio permitió el tratamiento de
hidrocarburos clorados, los primeros intentos con metales pesados, el trabajo en
ambientes anaerobios, etc. Paralelamente, se desarrollaron métodos de ingeniería

29


que mejoraron los rendimientos de las estrategias más populares para suelos
contaminados (“biolabranza”, “compostaje") (Torres, K. y Zuluaga, T., 2009).
En la biorremediación se usan microorganismos tales como bacterias, protozoos y
hongos para degradar contaminantes en compuestos menos o no tóxicos (United
States Environmental Protection Agency, 2001). Los microorganismos usan el
carbón del contaminante como fuente de energía, degradando de esta forma el
contaminante, Saval, S., y Lesser, J. (2000), documentaron una experiencia de
caracterización y
remediación de un suelo arcilloso contaminado con
hidrocarburos sobre la superficie de un terreno en el que existieron fugas de
combustibles con anterioridad, este fue sometido a tratamiento de biorremediación
por medio de reactores a nivel piloto agregando microorganismos y algunos
nutrientes. El estudio concluyó que la concentración de diesel se redujo de 20000 a
menos de 300 mg/l y el contenido de gasolina no fue detectable.
En el 2002, Schmidt, W., evaluó la biorremediación como una solución
ecológicamente compatible y encontró que en comparación con las tecnologías
disponibles, la biorremediación, aún de larga duración (mayor a 90 días) y de
extensa labor, alcanza costos de limpieza por tonelada de suelo tratado
considerablemente más bajos que cualquier otra tecnología disponible en el
mercado.
Mehrasbi, M., et al. (2003), estudiaron la adición de nutrientes para la
biodegradación de hidrocarburos presentes en el suelo durante un período de 5
meses y los análisis mostraron la descontaminación biológica para gasolina,
queroseno y una mezcla sintética de gasolina, queroseno y aceite de caldera los
porcentajes de de fueron del 60%, 36% y 55%, respectivamente, Ayotamuno, M., y
Okparanma, N. (2007), demostraron que con labores regulares de adición de agua
y mezclado, se pueden alcanzar reducciones de hidrocarburos totales en lodos
contaminados con hidrocarburos, que varían entre 40.7% y 53.2% en dos semanas
de tratamiento y entre 63.7% y 84.5% después de 6 semanas de tratamiento.
A nivel mundial las investigaciones de suelos contaminados con hidrocarburos
han aumentado e implementado diferentes estrategias de biorremediación, en
china, Xu, Y. y Lu, M., en el 2010, emplearon la bioestimulación con fertilizantes
inorgánicos y bioaumentación con bacterias nativas para el tratamiento de suelo
30


contaminado con aceite de crudo por 12 semanas, el suelo fue recogido en la
provincia de Liaoning. China, se utilizó un bioportador de microorganismos
preparado y manejado en el laboratorio que consistía en cascara de mani en polvo
por sus propiedades porosas, granulares y de fácil acceso económico, las bacterias
fueron cultivadas desde una muestra de suelo contaminado con aceite de crudo y
puestas en el bioportador, para luego ser puestas en el sistema de tratamiento, el
fertilizante aplicado fue (NH4)2SO4 y K2HPO4, cada unidad se mezcló a fondo cada
dos días para permitir una buena aireación, las bandejas se incubaron en un
invernadero a 25-30◦C, y el porcentaje de humedad se mantenía entre un 18% a
20% con la adición de agua, este estudio demostró que la bioaumentación con
especies nativas y el bioportador era la manera más eficaz para eliminar el petróleo
con remociones del 26 al 61%.
Una revisión en Portugal por Tyagi, M., y Fonseca, M. en el 2010, discutió sobre la
efectividad y las limitaciones de los procesos de bioaumentación y la
bioestimulación, bajo condiciones controladas (laboratorio) y de estudios de casos
reales en el campo, deducen que las estrategias tienen buenos resultados en
condiciones controladas, hay diferencias en la aplicación en campo ya que se deben
considerar las condiciones ambientales y parámetros asociados al suelo, como el
contenido de nutrientes y su disponibilidad, la población microbiana, la
temperatura, pH y entre otras, antes de su implementación, pero la combinación
de las dos estrategias aplicados en condiciones de campo han generado buenos
resultados en la reducción de contaminantes. Estas estrategias también se han
considerado para climas muy fríos, en Filandia por Kauppi, S., et al, en el año 2011,
se plantearon como primer objetivo el de determinar si la manipulación de los
niveles de nutrientes del suelo y la porosidad, tienen un efecto significativo en la
biorremediación en condiciones boreales, el segundo objetivo fue comprobar si la
bioaumentación con un consorcio de enriquecimiento o de una cepa aislada
degradara, podría acelerar la degradación del aceite de hidrocarburo y/o influir en
la población microbiana en el suelo tratado, llegando a la conclusión de que la
bioestimulación mediante la optimización de nitrógeno y oxígeno mejora de
manera significativa la biorremediación de aceite de petróleo en el suelo
contaminado, mientras que la bioaumentación no tuvo ningún efecto adicional.
En Barcelona - España, Sayara, T., et al., en el 2011, señaló la influencia de la
bioestimulación y bioaumentación, en el compostaje de suelos contaminados con
31


hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), en la bioestimulación se uso
compost de una fracción orgánica seleccionada de los residuos sólidos municipales
(FORM) y comida de conejo como sustratos orgánicos, la bioaumentación con los
hongos de pudrición blanca Trametes-versicolor, el proceso duro treinta (30) días
de incubación, se evaluó a través de diferentes análisis, incluyendo: índice de
respiración dinámica (DRI), el consumo de oxígeno acumulado durante 5 días
(AT5), la actividad enzimática y biomasa de hongos, después de los análisis se
demostró que el hongo Trametes-versicolor no mejora significativamente la
degradación de los PAHs, sin embargo, la bioestimulación fue capaz de mejorar la
degradación de PAHs en un 89% del total PAHs en el período de compostaje (30
días) en comparación con el 29,5% del total PAHs, que logró los microorganismos
nativos del suelo sin sustrato (control, no modificado) y de hecho, los resultados
mostraron que el compost estable a partir de la FORM tiene un mayor potencial
para mejorar la degradación de los HAP en comparación con los sustratos estables,
tales como comida para conejos.
En Italia, Taccaria, M., et al, en el año 2012, examinó la evolución de la comunidad
bacteriana durante la remoción de suelo contaminado con diesel, utilizando
biorreactores a escala de laboratorio, la evaluación de la influencia de la adición
individual o conjunta, de un compost, un agente tensioactivo (b-ciclodextrina) y un
consorcio bacteriano, esto por 120 días, durante la etapa inicial del proceso, en la
bioestimulación y la bioaumentación alcanzaron mayor diversidad de especies
(evaluados por análisis Electroforesis en Geles con Gradiente Desnaturalizante
DGGE) y un aumento del contenido de biomasa, después se presentó una caída
transitoria causada por el contaminante, al final del proceso se encontró diversa
comunidad bacteriana y alto contenido de biomasa, la densidad y la actividad de la
microflora fueron similares en biorrectaores con o sin b-ciclodextrina, pero bajo las
condiciones ensayadas, una reducción en la eliminación de los hidrocarburos
totales de petróleo (HTP) se observó en el biorreactor que contenía b-ciclodextrina,
el uso combinado de compost maduro y de un consorcio microbiano seleccionado,
es la estrategia más útil para la eliminación HTP, logrando una degradación del
96% de HTP al final del proceso de biorremediación.
En Colombia los procesos de biodegradación han sido enfocados principalmente al
tratamiento de suelos. El Centro de Investigaciones Microbiológicas de la
Universidad de los Andes ha desarrollado diferentes estudios encaminados al
32


aislamiento y bioaumentación de bacterias nativas degradadoras de crudo en
suelos impactados por derrames del oleoducto Caño Limón Coveñas. En otros
estudios se han tratado suelos a través de biolabranza y adición de nutrientes,
obteniendo porcentajes de degradación de hidrocarburos totales del petróleo entre
el 35%-61% (Castro, L., et al., 2004; Vallejo, V., et al., 2005).
En el 2004, Vargas, P., et al., resaltaron la importancia de la selección de
microorganismos nativos aislados del lugar contaminado para con estos llevar a
cabo el proceso de biorremediación, debido a que estos, se encuentran mejor
adaptados al contaminante, a diferencia de otros microorganismos foráneos, que
aunque con una gran actividad biorremediadora, pueden no funcionar bajo las
condiciones ambientales del lugar.
En el 2010, Roldan, F., et al, evaluó, la biodegradación y la lixiviación de
hidrocarburos totales de petróleo (HTP) durante la atenuación natural (AN) en los
procesos de los lodos aceitosos utilizados en el mantenimiento de caminos no
pavimentados, este estudio fue realizado por un camino situado en Arauca
(Colombia) y al mismo tiempo en el laboratorio donde las condiciones de lluvia se
han simulado mediante el uso de columnas. En el estudio in situ, se evaluaron tres
profundidades (5, 50 y 80 cm). La degradación de HTP se evaluó mediante el
control de las condiciones fisicoquímicas y microbiológicas in situ y en las
columnas durante 538 y 119 días, respectivamente. Los niveles de pH observados
durante el estudio fueron relativamente constantes, oscilando entre los valores
óptimos para la biodegradación (6,2 ± 0,9). El contenido de agua in situ fue baja
(<14%) y las concentraciones observadas de nitrógeno (amoníaco y nitrato) fueron
<30 y <10 mg/kgdw, respectivamente, lo que indica que ningún balance de masa se
mantuvo, ambos factores limitaron las posibles de biodegradación intrínseca.
Durante el estudio in situ un 95% de degradación de HTP se observó a 5 cm de
profundidad, mientras que no era evidente la degradación de 50 y 80 cm de
profundidad. En los experimentos de las columnas, la concentración de HTP en el
lixiviado fue menor a 1 mg/l, lo que indicó que el proceso de lixiviación no jugó
un papel clave en este estudio.
García, E., et al, en el año 2011, evaluó el proceso de bioestimulación por nutrientes
utilizando fertilizantes inorgánicos compuestos (FIC) N:P:K 28:12:7 y sales
inorgánicas simples (SIS) NH4NO3 y K2HPO4 en suelos contaminados con
33


hidrocarburos utilizando respirometría. El suelo fue contaminado con lodos
aceitosos a una concentración 40.000 mgHTP/kgps en condiciones de laboratorio.
Para cuantificar el consumo de oxígeno se utilizaron dos respirómetros de
medición manométrica HACH® 2173b y OXITOP® PF600 durante ensayos de 13
días (n=3). Se evaluaron dos estrategias (FIC y SIS) y tres controles (abiótico,
sustrato de referencia y sin nutrientes). Se analizaron parámetros físico-químicos
(pH, nutrientes y HTP) y microbiológicos (heterótrofos y degradadores) al inicio y
al final de cada ensayo. SIS y el control sin nutrientes presentaron las mayores
tasas de respiración, en el equipo HACH se obtuvieron valores de 802,28 y 850,72
mgO2/kgps/d, respectivamente, y en OXITOP fueron de 936,65 y 502,05
mgO2/kgps/d, respectivamente, indicando que los nutrientes de SIS estimularon el
metabolismo microbiano. Por otro lado, FIC presentó los recuentos y tasas de
respiración más bajas (188,18 y 139,87 mgO2/kgps/d, en HACH y OXITOP,
respectivamente), esto pudo estar relacionado a un efecto inhibitorio generado por
la acumulación de amoniaco, limitando el crecimiento de la población
degradadora.
En general, las experiencias en procesos de remediación biológica cuentan con
abundante literatura científica, pero muy pocos hacen referencia al tratamiento "in
situ" para la problemática de los sedimentos contaminados provenientes de las
estaciones de servicio de combustible, con estrategias de Biorremediación.

8

MATERIALES Y MÉTODOS

Dentro del proceso de investigación y análisis de la bioaumentación y
bioestimulación para la degradación de hidrocarburos totales presentes en los
sedimentos de una estación de servicio de combustible, se realizaron las siguientes
actividades:
8.1

DISEÑO EXPERIMENTAL

8.1.1 Factores
Para esta investigación se consideró un factor o variable importante a ser
controlado durante el experimento:
1. Biorremediación.
34


8.1.2 Niveles
Se consideraron cuatro (4) niveles:
Para la bioestimulación:
1. SN: Se adicionó nutriente (Urea).
2. Sed: Se adicionó H2O y se volteaba manualmente (Oxigeno) como
control biótico.
Para la bioaumentación:
3. SSM: Se adicionaron Microorganismos, Se adicionó H2O y se volteaba
manualmente (Oxigeno) como control biótico.
4. SSMN: Se adicionó Nutriente (Urea) más Microorganismos
8.1.3 Tratamientos
El número de tratamientos está dado por el producto de los factores y sus niveles,
para esta investigación, el resultado fue: un factor por cuatro (4) niveles es igual a
cuatro (4) tratamientos, a los cuales se realizó una réplica con fines estadísticos.
(Figura 1).
8.1.4 Variables de Respuesta
Para la investigación se tuvo en cuenta una variable de respuesta:
1. Hidrocarburos totales.
8.1.5 Variables de Control
Para la investigación se tuvo en cuenta tres (3) variables de control:
1. Presencia de Microorganismos.
2. Características químicas (contenido de nutrientes).
3. Características Físicas (Temperatura, pH, Humedad).
8.1.6 Diseño Estadístico
El diseño estadístico de la presente investigación corresponde a un modelo
matemático factorial con asignación completamente al azar, la variable de
respuesta más importante a analizar es hidrocarburos totales, entre los niveles de
la investigación.
35


Yijklm    Bijkl   ijklm

Donde:
Y: la variable de respuesta HCT, ij: Bioestimulación, kl: Bioaumentación, m: del
error.
µ: promedio total del experimento
Bijkl: Biorremediación con sus niveles
m: Error experimental
Las hipótesis matemáticas que se manejan según el modelo matemático son:
A) Ho: µBi=µBj=µBk=µBl vs Ha:µBi≠µBj≠µBk≠µBl
Para Ho: no hay diferencias significativas en las medias de los niveles versus Ha:
que existen diferencias significativas entre algunos o todas las medias de los
niveles.
B) Ho: Bi=Bj=Bk=Bl vs Ha: Bi≠Bj≠Bk≠Bl
Para Ho: no hay diferencias significativas entre los niveles de la técnica de
Biorremediación, para la degradación de hidrocarburos, versus Ha: que existen
diferencias significativas entre los niveles de la técnica de Biorremediación, para la
degradación de hidrocarburos.
Para el análisis del comportamiento en el tiempo los datos de las diferentes
variables de interés se utilizó el programa de Microsoft Office Excel 2007, para el
análisis estadístico se utilizó el programa SSPS 17 “Software Estadístico para las
Ciencias Sociales”, primero se realizó un análisis de normalidad para comparar la
probabilidad de que la variable de concentración de hidrocarburos totales, sigue
una distribución homogénea, después del resultado de esta prueba los datos de la
variable no presentaron un comportamiento normal, se realizaron
transformaciones de datos como elevar al cuadrado, sacar raíz cuadrada y
logaritmo natural, de las tres solo el logaritmo natural de esta variable presentó
normalidad, pero al ser una de tres, se optó por realizar el análisis con pruebas no
paramétricas para datos no normales y para muestras independientes, estas para
definir si hay o no diferencias significativas entre las estrategias, también se realizó
un análisis ANOVA no Paramétrico para los cuatro niveles de esta investigación,
para definir si presentan diferencias estadísticas significativas entre ellos.
36


8.2

COMPARACIÓN
DEL
BIOESTIMULACIÓN

EFECTO

DE

BIOAUMENTACIÓN

Y

Para esta actividad se ubicaron los mesocosmos en las instalaciones del
Laboratorio de Procesos Unitarios, de la Facultad de Ciencias Ambientales, de la
Universidad Tecnológica de Pereira (UTP) y se contaran con (8) mesocosmos
(Figura 1), que se distribuyeron de la siguiente manera:
Bioestimulación:

Sed: Sedimento contaminado: 100% de sedimentos
contaminados provenientes de la estación de servicio.
SN: Sedimento más Nutriente: 100% de sedimentos
contaminados con hidrocarburos de la estación de servicio,
más nutriente (Urea).

Bioaumentación:

SSM: Sedimento más Suelo con Microorganismos: 60%
sedimentos contaminado con hidrocarburos de la estación de
servicio, 40% de suelos con microorganismos adaptados.
SSMN: Sedimento más Suelo con Microorganismos más
Nutriente: 60% sedimentos contaminados con hidrocarburos
de la estación de servicio, 40% de suelos con microorganismos
adaptados, más nutriente (Urea).

Bioestimulación
1 sed

Bioaumentación

100%
de
sedimentos
contaminados provenientes
de la estación de servicio.

5 SSM
7 SSM

3 sed

2 SN

100% de sedimentos
contaminados con
hidrocarburos de la estación de
servicio, más nutriente (Urea).

6 SSMN

4 SN

8 SSMN
Figura 1. Esquema de los ocho (8) mesocosmos.

37

60% sedimentos contaminado
con hidrocarburos de la
estación de servicio, 40% de
suelos con microorganismos
adaptados.

60% sedimentos contaminados
con hidrocarburos de la estación
de servicio, 40% de suelos con
microorganismos
adaptados,
más nutriente (Urea).


8.2.1

Montaje de los Mesocosmos

Los Materiales fueron:





Sedimentos contaminados de la estación de servicio.
Suelo con microorganismos adaptados a la presencia de hidrocarburos.
Nutriente (Urea).
8 canastas de polietileno de alta densidad (57x37x15 cm), este material fue
escogido por su baja permeabilidad y mínima absorción de HCs (Vallejo, V.,
et al. 2005).
 Palas de jardinería para mezclar el sedimentos.
Para el montaje de los mesocosmos se consideraron las instalaciones de la estación
de servicio INTEGRA (Dosquebradas-Risaralda-Colombia), en el lecho de secado
los sedimentos están confinados y después de un tiempo (2 semanas) sin
humedad, ni volteo, se deshidrata y toma una apariencia de una arena negra o gris
oscura, (Figura 2), se realizaron dos muestreos: el primero el 16/07/2010,
presentando, pH: 9,05 unidades, humedad: 10%, hidrocarburos totales 21523,5
mg/kg de suelo seco, el segundo muestreo se realizo tres (3) meses después, al
sedimento no se le agrego agua ni se volteo, no se le hizo nada, se dejo en el lecho
de secado aparte de los nuevos sedimentos que llegaban del mantenimiento de la
estación de servicio, se muestreo el 02/10/2010, presentando, pH: 8,9 unidades,
humedad: 2%, hidrocarburos totales 16040,25 mg/kg de suelo seco, es este tiempo
se redujo 5483,25 mg/kg de suelo seco del hidrocarburo, un 25%, cuando en un
término de 80 días con alguna estrategia de biorremediación, se plantea una
reducción del 80% (Ayotamuno, M., y Okparanma, N., 2007), considerando estos
primeros muestreos, los bajos niveles de degradación y la posibilidad de que los
sedimentos contaminados de la estación de servicio en el lecho de secado, presente
problemas de disponibilidad de agua para los microorganismos, afectando
gravemente el proceso de biorremediación (Gómez, S., et al, 2008), se planteo que
en el manejo de los mesocosmos y en la implementación de las estrategias, se
maneje el sedimento con agua y volteo manual, como punto de partida, dando un
aporte real a la necesidad de reducir la concentración de hidrocarburos totales
presentes en estos sedimentos.

38


También se consideraron los rangos óptimos de los factores que influyen en la
degradación de hidrocarburos totales (Tabla 2).
Tabla 2. Rangos Óptimos para procesos de biorremediación
PROPIEDAD

RANGO

REFERENCIA

18° - 30°

Gómez, S., et al, 2008

6–8

Ríos, R., 2005

20% - 75%

Gómez, S., et al, 2008

100:10:2 – 100:2:0,4

Gómez, S., et al, 2008.

106 – 108

Ríos, R., 2005

Temperatura (°C)
pH (unidades)
Humedad (% capacidad de campo)
Nutrientes C:N:P
Microorganismos degradadores (UFC)
Fuente: elaboración de este estudio.

Figura 2. Materiales de los Mesocosmos.
Los sedimentos contaminados utilizados provenían de la trampa de grasas de la
estación de servicio de la empresa de transporte masivo INTEGRA en el Municipio
de Dosquebradas-Risaralda-Colombia, esta recoge las aguas residuales del área de
distribución de combustible y del área de lavado de los buses, estos sedimentos
son recopilados en un lecho de secado al cual no le hacen ningún tipo de
tratamiento, cada semana se realiza el mantenimiento de la trampa de grasas y los
sedimentos son dispersos a un lado de anteriores, hasta que se sequen y son
entregados a una empresa inmovilizadora de RESPEL.

39


Figura 3. Sedimentos de la Estación de servicio Integra.

El suelo con microorganismos adaptados a la presencia de hidrocarburos, fue
tomado de una contaminación anterior por un derrame de ACPM (hidrocarburos),
del poliducto Medellín - Cartago, ocurrido en el Km 226+350, predio Chapinero,
entrada 14 vía Cerritos – Cartago, el 20 de Mayo del 2009, se derramaron 1.100
barriles en un área aproximada de 20 m2, en este derrame se contamino la
quebrada Las Pilas situada en la entrada a la Hacienda Sotará, 2 Km abajo del
derrame, de las orillas de esta quebrada se tomaron las muestras de suelo para los
mesocosmos, este suelo se homogenizo y se le realizaron pruebas de laboratorio,
para determinar la presencia de microorganismo, se tomaron ocho puntos,
manejando un rango de bacterias hidrocarbocíclicas de 1x106 y 1.9x107 Unidades
Formadoras de Colonias por gramo de suelo seco, Saval, S., y Lesser, J., 2000, en
documentaron experiencias in situ en la superficie de un terreno donde existieron
fugas con anterioridad, para aprovechar la población de bacterias en él y en el
2004, Vargas, P., et al., resaltaron la importancia de aprovechar los
microorganismos nativos del suelo contaminados, aislándolos y con ellos llevar a
cabo procesos de remediación.

40


Figura 4. Suelo de las orillas del la Quebrada las Pilas.

En la aplicación del nutriente, se precedió a tomar unas muestras iniciales de los
mesocosmos, para saber el contenido de nutrientes presentes y con estos datos se
realizaron los cálculos para encontrar la dosis a aplicar a los cuatro (4) mesocosmos
que contarían con la adición de este nutriente, según los análisis iniciales del
laboratorio y los cálculos realizados (ANEXO A), para llegar a un nivel de
nitrógeno óptimos para favorecer el crecimiento microbiano, este rango se
encuentra entre 0,127% y 0,22% de Nitrógeno (Ríos, R., 2005), el cual compensara
1a relación de C/N, por la contaminación del hidrocarburo y le permitirá a los
microorganismos contar con nutrientes suficientes para llevar a cabo los procesos
de Biorremediación (Vallejo, V., et al., 2005). La urea ha sido utilizada para alcanzar
concentraciones de nitrógeno optimas en cuanto a la relación de C/N (Gan, S., et al,
2009; Kauppi, S., et al, 2011), en la Tabla 3, se observan las cantidades de urea
aplicada en gramos, estos fueron diluidos en agua destilada con un agitador y una
plancha agitadora, se dejo reposar hasta temperatura ambiente y se adiciono a los
mesocosmos, esta adición se realizo solo al inicio de la investigación.
Tabla 3. Gramos de Urea aplicada
MESOCOSOS
2 Sedimento + nutriente
4 Sedimento + nutriente (Replica)
6 Sed + suelo Microo + nutriente
(Replica)

ESTRATEGIA
Bioestimulación
(Urea, H2O y Aire)
Bioaumentación
(Microorganismos)

Fuente: Elaboración de este estudio.
*%N1: porcentaje de Nitrógeno inicial.
*%N2: porcentaje de Nitrógeno final.
41

%N1*
0,09
0,07
0,07

UREA (g)
223,8
207,21
141,33

% N2*
0,12
0,13
0,18

0,06

175,40

0,1


Figura 5. Nutriente aplicado a los Mesocosmos.
Finalmente se contó con el montaje de los mesocosmos que se utilizaron en la
investigación, se manejaron volúmenes de sedimentos de 21,09 litros a tratar en los
mesocosmos, se tomaron muestras de cada mesocosmo y se les hallo la densidad,
para determinar el peso de cada uno de ellos, estos datos son presentados en la
Tabla 4 (ANEXO B).

Tabla 4. Volumen, densidad y peso, tratado en los mesocosmos
MESOCOSOS

1 Sedimento
2 Sedimento + nutriente
3 Sedimento (Replica)
4 Sedimento + nutriente (Replica)
5 Sed + suelo Microorganismos
7 Sed + suelo Microorganismos (Replica)
(Replica)

VOLUMEN
SUELO

21.09 litros

0

12,65 litros

8,43 litros


42

DENSIDAD
MESOCOSMO
(g/ml)

PESO
(Kg)

1,9
1,8
1,6
1,8
2,0
1,9
2,0

40,2
38,1
33,5
38,1
42,4
40,6
42,8

1,9

VOLUMEN
SEDIMENTO

40,3


Figura 6. Mesocosmos.
A los mesocosmos se les adicionó agua, tres veces por semana, con el fin de
mantener la humedad necesaria para el proceso de degradación que llevan a cabo
los microorganismos, ya que estos, pueden acceder más fácilmente al contaminante
en estado acuoso; para ello se realizó una prueba de capacidad de campo
siguiendo la metodología propuesta por Ochoa, E., en el año 1999, (ANEXO C), con
el fin de establecer la cantidad necesaria de agua, que permitiera mantener en los
mesocosmos, un porcentaje de humedad entre el 20% y 30% (Figura 7 y 8). El
sedimento presentó un porcentaje de capacidad de campo de 25,57% y la mezcla
del sedimento y el suelo con microorganismos adaptados fue del 22,18%, estas
capacidades de capo corresponde a suelos con texturas franco limosas (Ochoa, E.,
1999), a estos mesocosmos también se les realizó un volteo manual tres veces por
semana para incrementar el contenido de oxigeno.

Figura 7. Prueba de capacidad de Campo.

43


Tabla 5. Cantidad de agua aplicada y volteos manuales a los mesocosmos.
DIAS A LA
SEMANA
Lunes
Miércoles
Viernes

ACTIVIDAD

CANTIDAD DE AGUA

A todos los mesocosmos se les
adición agua y volteo manual

600 ml
600 ml
1000 ml

Fuente: elaboración de este estudio
Figura 8. Volteo manual y aplicación de agua.
En cada evento de muestreo, se utilizaron guantes de látex desechables, palas de
jardinería, las cuales de un mesocosmos a otro se enjuagaban previamente con
agua y una esponja, para evitar contaminación cruzada, se realizaba el volteo
manual y se tomaba sedimento de puntos aleatorios dentro de cada mesocosmo
con la pala aproximadamente 20g hasta alcanzar unos 100 a 160g, muestra
compuesta, para los diferentes análisis de laboratorio.
8.3

SEGUIMIENTO DE LOS MESOCOSMOS

Los análisis realizados en esta investigación:
Temperatura: termómetro de esfera o termómetro de sondeo. (Zagal, E., y
Sadzawka, A., 2007).
pH: mezcla de suelo y agua, luego se utiliza un electrodo y/o pHmetro (Zagal, E.,
y Sadzawka, A., 2007). Se toman 30 ml de suelos en pasta Saturada, se le agregan
60 ml de agua destilada se agita durante una hora y se hace lectura. Directamente
sobre la suspensión.
Humedad: método gravimétrico. (Zagal, E., y Sadzawka, A., 2007).
Pi  P'
%h 
P'
%h= porcentaje de Humedad
Pi= Peso inicial (g)
P’= peso seco en estufa a 110°C por 24 horas (g)

44


Bacterias Hidrocarbocíclicas: Se uso el método de recuento en placa profunda por
triplicado, ya que al inicio de la investigación se comparo esta técnica con un
ensayos con tubos, presentando mejores resultados el recuento en placa, esta es
una técnica tradicional que cuantifica el numero de microorganismos presentes en
el suelo, inicialmente de una muestra de suelo fragmentada manualmente para
disgregar los gránulos más grandes, se pesaron 10 g de suelo y se diluyeron en 90
ml de agua estéril, esta mezcla se agitó durante 15 min y a partir de esta dilución
(10-1) se prepararon diluciones seriadas, se utilizo diesel comercial previamente
esterilizado, para recrear una atmósfera saturada de hidrocarburo en las cajas, se
utilizaron discos de papel craft estériles, impregnados con diesel y ubicados en la
tapa de la caja de petri, las bacterias fueron cultivadas en agar nutritivo e
incubadas a 22 ±3°C por 24 h (Yanine, H., 2010), los resultados de las bacterias
degradadoras de hidrocarburos fueron en unidades formadoras de colonia por
gramo de suelo (UFC/gss), estas pruebas fueron realizadas por Laboratorio de
Análisis de Aguas y Alimentos, de la vicerrectora de Investigaciones, de la
Universidad Tecnológica de Pereira.
Hidrocarburos totales: se realizó mediante extracción por reflujo soxhlet,
empleando hexano como disolvente, este método de extracción asegura el contacto
de la matriz de la muestra con el disolvente, para la óptima extracción de los
compuestos el suelo se seco se pulverizo en partículas pequeñas, para asegurar un
mejor contacto, se evaporó el solvente la final de la prueba y el extracto se
cuantifico gravimétricamente (EPA 3540C., 1996).
Las pruebas de % Nitrógeno, % de materia Orgánica, fosforo y potasio, fueron
enviadas al laboratorio de Análisis de Suelos, Facultad de Tecnología, Programa
de Tecnología Química de la Universidad Tecnológica de Pereira (Tabla 7).
Para este fin se realizaron los siguientes análisis desde el inicio de los montajes
experimentales, a través del tiempo de la investigación (6 meses):

45


Tabla 6. Análisis de características físicas:
ANÁLISIS

MÉTODO

Temperatura

Termómetro

pH

pHmetro
(1 suelo:2 agua)

Humedad

FRECUENCIA

Método Gravimétrico

Estas
características se
midieron una vez
a la semana

LABORATORIO
Mediciones directas en
los mesocosmos
Laboratorio de
Procesos, Facultad de
Ciencias Ambientales
UTP

Fuente: elaboración de este estudio

Tabla 7. Análisis a los parámetros químicos, contenido de nutrientes:
ANÁLISIS
% Nitrógeno
% Materia
Orgánica (Carbono
Orgánico total)
Fósforo (p.p.m)
Potasio (meq/100g
suelo)

MÉTODO
Semimicro-Kjeldahl

FRECUENCIA

Walkley-Black
Bray y Kurtz II
Acetato de Amonio
Absorción Atómica

Bacterias
Hidrocarbocíclicos

Recuento en Placa profunda
por triplicado

Hidrocarburos
totales

Extracción por Soxhlet
Método gravimétrico

Una vez al mes


46

Cada 15 días

LABORATORIO
Laboratorio de
Análisis de Suelos,
Facultad de
Tecnología,
Programa de
Tecnología Química,
UTP
Laboratorio de
Análisis de Aguas y
Alimentos,
Vicerrectora de
Investigaciones UTP
Laboratorio de
Procesos, Facultad
de Ciencias
Ambientales, UTP


Figura 9. Análisis de Laboratorio.

8.4

DETERMINACIÓN DE LAS ESTRATEGIAS DE BIOAUMENTACIÓN Y
BIOESTIMULACIÓN

Para este fin se realizó un análisis de los parámetros medidos en la investigación y
el comportamiento de las estrategias de Bioaumentación y Bioestimulación,
deduciendo así cuál de las dos estrategias, degrada mayor cantidad de
hidrocarburos en el tiempo, evaluando la condiciones más favorables, definiendo
cual estrategia es más apropiada para tratar los sedimento contaminados con
hidrocarburos de la estaciones de servicio de combustible y así poder recomendar
una de las estrategias, para el manejo de datos en esta investigación, se utilizó
Microsoft Office Excel 2007 y el programa SSPS 17 para el análisis Estadístico.

47


9

RESULTADOS Y DISCUSION

9.1

CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LOS SEDIMENTOS

Las características físicas, químicas y biológicas iniciales de los sedimentos de los
mesocosmos, utilizados en esta investigación se presentan en la Tabla 8. La mezcla
del sedimento, con el suelo con microorganismos adaptados, presentaron una
concentración de hidrocarburos totales de 17.636, 68 mg HTP/kg suelo seco y los
sedimento de la EDS Integra, presentaron una concentración de hidrocarburos de
18.238,68 mg HTP/kg suelo seco.
Tabla 8. Parámetros iniciales de los mesocosmos
PARÁMETROS
Temperatura (°C)
pH (unidades)
% humedad
Microorganismos
hidrocarbocíclicos
(U.F.C/g)
HTP mg/kgss
% Nitrógeno
% Materia Orgánica
Fósforo (p.p.m)
Potasio (meq/100g
Suelo)
Textura

19
7,8
20,3

7
SSM
Replic
a
20
7,4
20,9

8
SSMN
Replic
a
19
7,15
24,9

1,70E+
07

1,90E+
07

5,60E+
06

1
Sed

2
SN

3
Sed
replica

4
SN
replica

5
SSM

6
SSMN

19
7,55
23,7

20
7,53
24,7

19
7,22
25,0

20
7,39
23,1

20
7,46
23,9

6,7E+
06

1,60E+
07

1,00E+
06

5,80E+
06

1,10E+
07

0,07
2,2
12

18238,68
0,09
0,04
3,6
3,1
10
24

0,07
3,2
12

0,07
3,5
14

17636,51
0,07
0,08
2,3
3,8
31
34

0,06
2,6
28

0,29

0,31

0,25

0,39

0,38

0,38

0,3

0,4

FRANCO LIMOSO (Ochoa, E., 1999)
Bioestimulación:
Bioaumentación:

Sed: Sedimento contaminado.
SN: Sedimento más Nutriente.
SSM: Sedimento más Suelo con Microorganismos.
Nutriente.

De acuerdo con estos parámetros los sedimentos de cada mesocosmos, presentan
buenas características, la temperatura se encuentra dentro del rango optimo 18 y
48


30°C, que permite la actividad enzimática y intercambio celular (Gómez, S., et al.,
2008), el pH se encontró entre 7,15 y 7,8 unidades, este intervalo es adecuado para
el crecimiento de bacterias, rango optimo entre 6,0 y 8,0 unidades (Ríos, R., 2005),
la humedad se encuentra entre el orden del 20% - 75% de la capacidad de campo,
que es importante porque actúa como medio de transporte de nutrientes y oxígeno
a la célula (Gómez, S., et al., 2008).
El resultado de la población inicial de bacterias hidrocarbocíclicas, presentaron
valores típicos de suelos contaminados con microorganismos adaptados, según
Atlas, R., y Unterman, R., 1999, las poblaciones de bacterias degradadoras en
suelos no contaminados varía de 1x103 a 1x104 y para los contaminado de 1x106 a
1x108 U.F.C/g. El conteo de bacterias hidrocarbocíclicas observadas en los
mesocosmos están entre 1x106 a 1,9x107 U.F.C/g correspondientes a poblaciones
altas, que se podrían considerar como adaptadas, típicas de suelos con presencia
de hidrocarburos. De acuerdo con las recomendaciones reportadas en la literatura
estos niveles corresponden a suelos con un alto potencial de biodegradación (Ríos,
R., 2005).
En cuanto a los nutrientes, todavía no se cuenta con información precisa o con
clasificaciones generalizadas de rangos óptimos para cada parámetro, que se
relacione con un buen resultado de degradación de hidrocarburos, en cambio se
habla de las relaciones de C:P:N necesarias con que debe contar el suelo, para su
biorremediación, esta relación debe estar en un rango normal de 100:2:0,4 a
100:10:2, que beneficia los procesos de metabolismo microbiano (Vallejo, V., et al.,
2005, Gómez, S., et al., 2008), para esta investigación se realizó un análisis de
laboratorio antes y después de la adición del nutriente con el fin de hallar esta
relación en el suelo de estudio.
Tabla 9. Relación de C:N:P:K
Nominación
Sedimento Contaminado
Sed + suelo Microorganismos

Inicio C:N:P:K
100:1:0,03:0,3
100:3:0,13:0,6

después de la aplicación
de Urea C:N:P:K
100:8:0,2:0,3
100:10:0,4:0,6

De acuerdo con estos datos, los mesocosmos se encuentran entre el rango descrito
como adecuado para llevar a cabo procesos de degradación, con estas
49


características se inicio el proceso de bioaumentación y bioestimulación en esta
investigación.

9.2

TEMPERATURA

El metabolismo de los microorganismos, la actividad enzimática y celular
dependen de la temperatura, así mismo esta influye en los cambios estructurales y
químicos del petróleo.
A bajas temperaturas, la viscosidad de los compuestos de hidrocarburo
incrementan y sus componentes tóxicos de bajo peso se reducen, retrasando el
proceso de biodegradación, el rango optimo es de 18 a 30°C. (Gómez, S., et al,. 2008;
Atlas, R., 1996., Levin, M., y Gealt, M., 1997)

Gráfica 1. Comportamiento Temperatura, 24 datos y barras de error=1DS
SSMN: Sedimento más Suelo con Microorganismos más Nutriente.

50


La temperatura presentó para todos los mesocosmos un aumento entre las
primeras cinco semanas, alcanzando temperaturas de 26°C para los mesocosmos
2SN: Sedimento contaminado más Urea y 6 SSMN Sedimento contaminado más
suelo con microorganismos adaptados mas Urea, para los demás mesocosmos fue
de 25°C, este comportamiento se atribuye a la actividad microbiana dentro de los
mesocosmos, luego descendió y se estabilizo en la semana once, en un rango entre
19°C y 22°C, las temperaturas promedio de los ocho mesocosmos fueron de 21°C
en el tiempo de la investigación (ANEXO D).

Gráfica 2. Promedio Comportamiento Temperatura, para las estrategias
Bioestimulación y Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS

9.3

pH

Este parámetro es importante para la actividad enzimática y para el desarrollo de
los microorganismos degradadores de hidrocarburos, el rango optimo está entre 6 8 unidades, para los procesos de biorremediación, Valores de pH inferiores a 6
unidades (ácidos) inhiben el crecimiento de la gran mayoría de los grupos
microbianos, lo mismo pasa con valores mayores de 8 unidades (alcalinos) (Ritter,
W., y Scarborought, 1995., Mehrasbi, M., et al., 2003., Vallejo, V., et al., 2005).

51


Gráfica 3. Comportamiento pH, 24 datos y barras de error=1DS

Se observa que dentro de las tres primeras semanas se aumento en casi dos
unidades el pH para los mesocosmos a los cuales se les adicionó nutriente en los
mesocosmos 2 SN y 4 SN: Sedimento contaminado más Urea, los mesocosmos
6SSMN y 8 SSMN: Sedimento contaminado más suelo con microorganismos
adaptados mas Urea, esto puede atribuirse a que suelos con pH mayores a 6,3
unidades, cuando se les agrega Urea, sufren procesos de hidrólisis:

CO(NH2)2 + H+ + 2H2O  2NH4 + HCO3
Urea + patrón + agua  amonio + bicarbonato
La Hidrólisis genera un incremento significativo del pH, ya que consume protones,
a lo largo de la investigación a los mesocosmos que se adicionó la Urea manejaron
notablemente unos valores por encima, con respecto a las que no se les adicionó
(1Sed y 3sed: Sedimento, 5 SSM y 7 SSM: Sedimento más suelo con
microorganismos adaptados). Los mesocosmos que contaban con nutriente
manejaron valores de pH entre 9,26 y 7,05 Unidades, con promedios de 8,2
unidades, para los demás mesocosmos, los rangos fueron entre 7,98 y 6,89
unidades de pH, con promedios de 7,3 unidades, esto puede ser causado por la
adición de Urea como nutriente y este puede llegar a alcalinizar el sedimento de
los mesocosmos (Vallejo, V. et al., 2005), con el paso de las semanas se presentó una
52


reducción de este valor para estos mesocosmo entre el 7,05 y 7,5 unidades de pH,
esta reducción se debe a la fijación y asimilación del nitrógeno, las bacterias oxidan
el amonio y lo convierten en nitritos y nitratos, esta oxidación reduce el pH con el
tiempo (Rodríguez, L., 2008) (ANEXO D), el proceso de oxidación es:
Primera etapa
Segunda etapa

NH4 + 1,5O2  NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 0,5 O2  NO3
NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O

La presencia de hidrocarburos en suelo, durante largos periodos, puede producir
la variación del pH original del suelo, esto posiblemente por la producción de CO 2
(Mehrasbi, M., et al., 2003).

Gráfica 4. Promedio Comportamiento pH, para las estrategias de Bioestimulación
y Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS

9.4

HUMEDAD

Los microorganismos toman los nutrientes necesarios para su crecimiento de la
fase liquida, el agua es un medio de transporte a través del cual los componentes
orgánicos y nutrientes son movilizados hasta el interior de las células a menor
humedad en el suelo se pueden generar zonas secas con baja actividad microbiana,
a mayor humedad se puede inhibir el intercambio de gases y da como resultado
zonas anaerobias (Si-Zhong, Y., et al, 2009, Ruberto, L., et al, 2003).

53


El contenido optimo de humedad se mide en relación a la capacidad de campo del
suelo, la cual se refiere al agua que queda en el suelo después de drenar libremente
entre este, esta capacidad de campo varía según la textura del suelo (Si-Zhong, Y.,
et al, 2009).
La capacidad de campo del sedimento se calculo con diferencias de pesos y de
cantidades conocidas de agua aplicadas al sedimento y a la mezcla del sedimento
con el suelo con microorganismos adaptados, dando los siguientes resultados, el
porcentaje de capacidad de campo para el sedimento fue 25,57% y el porcentaje de
capacidad de campo para la mezcla del sedimento con el suelo es de 22,18%
(ANEXO C), estos porcentajes se han tratado de mantener en el tiempo de la
investigación, con la aplicación del agua necesaria para cada mesocosmos.

Gráfica 5. Comportamiento Porcentaje de Humedad, mesocosmos
bioestimulación, 24 datos y barras de error=1DS.
Sed: Sedimento contaminado; SN: Sedimento más Nutriente.

Gráfica 6. Comportamiento Porcentaje de Humedad, mesocosmos
bioaumentación, 24 datos y barras de error=1 DS.

54


A lo largo de la investigación se realizó riego a los mesocosmos, tratando de
mantener el porcentaje de humedad en el rango óptimo para mejorar la toma de
nutrientes para el crecimiento microbiano, los mesocosmos mantuvieron una
humedad entre al 20 y 31,7%, Sin embargo, como puede observarse en las gráficas
5 y 6 la actividad de agua se mantuvo constante en este rango, durante todo el
proceso, se presentaron fluctuaciones de este parámetros en los mesocosmos, esto
atribuible a las condiciones climáticas de la zona.

Gráfica 7. Promedio Comportamiento Porcentaje de Humedad, para las estrategias
de Bioestimulación y Bioaumentación, 24 datos y barras de error=1DS.

9.5

PRESENCIA DE MICROORGANISMOS

Se realizaron análisis microbiológicos cada mes para la presencia de Bacterias
Hidrocarbocíclicas, con el método de recuento en placa profunda por triplicado,
dando los siguientes resultados para cada mesocosmos. Las bacterias tienen un
crecimiento muy rápido y una mayor capacidad de adaptación a los medios
contaminado, lo que incrementa la probabilidad de éxito en la biodegradación del
hidrocarburo (Velasco, N., 2004).

55


Gráfica 8. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos
1 sed y 3 sed: Sedimento contaminado (Bioestimulación), 6 datos y barras de
error=1DS.

El comportamiento de los microorganismos hidrocarbocíclicos para estos
mesocosmos mostro un crecimiento favorable gran parte del tiempo de la
investigación, el mesocosmo 1 Sed: sedimento contaminado, inicio con una
población del 6,7x106 U.F.C/g, llegando a un máximo de 3,8x108 U.F.C/g en la
semana diecinueve, el mesocosmo 3 Sed: sedimento contaminado, inicio con una
población de bacterias de 1,0x106 U.F.C/g, llegando a en la semana catorce a
7,8x108 U.F.C/g, los dos mesocosmos manejaron promedios de 1,67x108 U.F.C/g y
2,27x108 U.F.C/g, respectivamente, mostrando entre sí tendencias muy similares
en cuanto al recuento de bacterias hidrocarbocíclicas, esto indica que el sedimento
contaba con una buena población bacteria para llevar a cabo el proceso de
degradación. (ANEXO D).

56


Gráfica 9. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas, mesocosmos
2 SN y 4 SN: Sedimento contaminado más nutriente (Urea) (Bioestimulación), 6
datos y barras de error=1DS.

Para estos mesocosmos el comportamiento de los microorganismos mostro un
crecimiento en su población en la mayor parte del tiempo de la investigación, el
mesocosmo 2 SN: Sedimento contaminado más Urea, inicio con una población del
1,6x107 U.F.C/g, llegando a un máximo de 2,7x109 U.F.C/g en la semana catorce, el
mesocosmo 4 SN: Sedimento contaminado más Urea, inicio con una población de
bacterias de 5,8x106 U.F.C/g, llegando a en la semana diecinueve a un máximo de
9,6x108 U.F.C/g, los dos mesocosmos manejaron promedios de 6,85x108 U.F.C/g y
2,83x108 U.F.C/g, respectivamente, mostrando proyecciones similares en cuanto a
las poblaciones de estas bacterias, comparando los datos con los del sedimento solo
en la quinta semana, se evidencia que el aplicar el nutriente hizo que se
desarrollaran mas bacterias creando una buena población para la degradación del
hidrocarburo. (ANEXO D).

57


Gráfica 10. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas,
mesocosmos 5 SSM y 7 SSM:60% Sedimento contaminado más 40% Suelos con
Microorganismos Adaptados (Bioaumentación), 6 datos y barras de error=1DS.

En estos mesocosmos, el comportamiento de la población de las bacterias
hidrocarbocíclicas mostro un crecimiento constante en su población en la mayor
parte del tiempo de la investigación, el mesocosmo 5 SSM: Sedimento contaminado
más suelo con microorganismos adaptados, inicio con una población del 1,1x107
U.F.C/g, llegando a un máximo de 1,3x109 U.F.C/g en la semana diecinueve, el
mesocosmos 7 SSM: Sedimento contaminado más suelo con microorganismos
adaptados, inicio con una población de bacterias de 1,9x107 U.F.C/g, llegando a la
semana diecinueve a un máximo de 1,5x109 U.F.C/g, los dos mesocosmos
manejaron promedios de 3,54x108 U.F.C/g y 3,49x108 U.F.C/g, respectivamente.
Estos mesocosmos mostraron proyecciones muy similares en cuanto a las
poblaciones de bacterias a través del tiempo, comparando este comportamiento
con los datos de los anteriores mesocosmos, se evidencia que estos iniciaron con
una mayor población de bacterias lo que indica que el suelo contenía bacterias ya
adaptadas a hidrocarburos, que no fueron afectadas por esta mezcla. (ANEXO D).

58


Gráfica 11. Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas,
mesocosmos 6 SSMN y 8 SSMN: 60% Sedimento contaminado, más 40% Suelos con
Microorganismos Adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6 datos y
barras de error=1DS.
Para estos mesocosmos, el comportamiento de la población de las bacterias
hidrocarbocíclicas mostro un crecimiento constante en su población en la mayor
parte del tiempo de la investigación, el mesocosmos 6 SSMN: Sedimento
contaminado más suelo con microorganismos adaptados más Urea, inicio con una
población del 1,7x107 U.F.C/g, llegando a un máximo de 1,2x109 U.F.C/g en la
semana diecinueve, el mesocosmos 8 SSMN: Sedimento contaminado más suelo
con microorganismos adaptados más Urea, inicio con una población de bacterias
de 5,6x106 U.F.C/g, llegando a en la semana diecinueve a un máximo de 1,9x109
U.F.C/g, los dos mesocosmos manejaron promedios de 2,57x108 U.F.C/g y
4,52x108 U.F.C/g, respectivamente. Estos presentaron comportamientos muy
similares en cuanto al desarrollo de las poblaciones de bacterias a través del
tiempo, este comportamiento indica un buen desarrollo de las bacterias para el
proceso de degradación. (ANEXO D).
Todos los mesocosmos, mostraron una gran presencia de bacterias
hidrocarbocíclicas, que son responsables de la degradación de los hidrocarburos,
las poblaciones presentes permiten confirmar que el sedimento por si solo cuenta
con una población propia adaptada a condiciones de pH, temperatura y alto
contenido de hidrocarburos, que favoreciéndola con aireación frecuente y la
59


adición de agua, esta población se puede mantener y estimular favoreciendo la
degradación de los compuestos de hidrocarburos.
Se puede evidenciar poblaciones bacterianas un poco más altas en los mesocosmos,
a los cuales se les adicionó nutriente, esto puede ser atribuido al buen manejo de la
relación C:N:P:K que permitió su desarrollo y crecimiento a comparación de los
demás mesocosmos, aunque en todos el comportamiento de estas poblaciones fue
bueno.
Con respecto a las poblaciones de microorganismos, los mesocosmos que
contenían sedimento contaminado y se les realizó la bioestimulación, contra los
mesocosmo que se les mezclo sedimento contaminado con suelo con
microorganismos adaptados, en el proceso de bioaumentación, se evidencio un
desarrollo muy similar a través del tiempo de estas poblaciones de bacterias
hidrocarbocíclicas.
Los mesocosmos presentaron mayores poblaciones en la semana diecinueve, esto
puede llevar a deducir que para las características que se manejaron en la zona de
estudio, con los sedimentos resultantes de las actividades de la estación de servicio
de combustible, con una buena estimulación de la población nativa y sin la técnica
de bioaumentación, será suficiente para llevar a cabo un buen proceso de
degradación de hidrocarburos (Viñas, M., et al., 2002).

Gráfica 12. Promedio Comportamiento recuento de Bacterias Hidrocarbocíclicas,
para las estrategias de Bioestimulación y Bioaumentación, 6 datos y barras de
error=1DS.

60


9.6

COMPORTAMIENTO DE NUTRIENTES
9.6.1

Nitrógeno

El Nitrógeno (N), elemento necesario para la producción de aminoácidos,
proteínas, enzimas, ácidos nucleídos y otros constituyentes celulares (Gómez, S., et
al. 2008).

Gráfica 13. Comportamiento Nitrógeno, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed:
sedimento contaminado y 2 SN, 4 SN: sedimento contaminado más nutriente
(Urea) (Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS.

En los mesocosmos de sedimento contaminado de la estación de servicio,
comparando con los mesocosmos a los cuales se les adicionó nutriente (Urea), se
encontró un comportamiento similar a través del tiempo de la investigación, los
valores más altos de nitrógeno se encontraron en los mesocosmos a los cuales se les
adicionó el nutriente (urea), el mesocosmos 2 Sed: Sedimento mas Urea y 4 Sed:
Sedimento mas Urea replica, con un valor del 0,15%, en la semana nueve, la
concentración de nitrógeno aumento significativamente en las primeras catorce
semanas, este incremento puede ser debido a un proceso de nitrificación, llevado a
cabo por los microorganismos a partir del nitrógeno presente en cada mesocosmos
(Vallejo, V., et al., 2005), durante este periodo se presentaron las mayores

61


reducciones en la concentración de hidrocarburos totales de petróleo (HTP)
(ANEXO D).

Gráfica 14. Comportamiento Nitrógeno, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSMN
sedimento más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN:
sedimento más suelo con microorganismos adaptados más nutriente (Urea)
(Bioaumentación), 6 datos y barras de error=1DS.

Para estos mesocosmos, en los cuales se encontraba la mezcla del sedimento
contaminado con suelo con microorganismos adaptados y la aplicación de
nutriente, se evidencian comportamientos diferentes en el contenido de nitrógeno,
esto puede estar atribuido al metabolismo de las bacterias, a la inmovilización de
biomasa e inmovilización de coloides del suelo y a la incorporación de la biomasa
microbiana (Si-Zhong, Y., et al, 2009), se presentaron reducciones en su
concentración para todos los mesocosmos al final de los monitoreos, las
concentraciones más altas se dieron en la semana cinco para el mesocosmos 8
SSMN: Sedimento más suelo con microorganismos adaptados más Urea replica
con un valor de 0,18 % y para la semana catorce para el mesocosmos 5 SSMN:
Sedimento más suelo con microorganismos adaptados con 0,16% (ANEXO D).

62


Gráfica 15. Promedio Comportamiento Nitrógeno, para las estrategias de
Bioestimulación y Bioaumentación, 6 datos y barras de error=1DS.

9.6.2

Fósforo

El fósforo (P) interviene en la formación de compuestos energéticos dentro de las
células y es requerido para la síntesis de ácidos nucléicos y fosfolípidos en los
procesos de reproducción y degradación (Gómez, S., et al, 2008).

Gráfica 16. Comportamiento Fósforo, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y 2 SN, 4 SN: sedimento contaminado más nutriente (Urea)
(Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS.

63


Para estos mesocosmos se presentaron las mayores concentraciones de Fósforo, en
el mesocosmos 2SN: Sedimento más urea y el 3 SN: sedimento replica, con valores
de 48 p.p.m y 49 p.p.m respectivamente en la semana diecinueve el
comportamiento a través del tiempo para los diferentes mesocosmos fue similar, el
incremento del fósforo en los mesocosmos puede ser debido a una liberación de
fosfatos en los procesos de metabolismo microbiano y del decaimiento de la
población microbiana (Si-Zhong, Y., et al, 2009). (ANEXO D).

Gráfica 17. Comportamiento Fósforo, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM sedimento
más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN: sedimento más
suelo con microorganismos adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6

El comportamiento del Fósforo para estos mesocosmos, que contaban con la
mezcla del sedimento con el suelo con microorganismos adaptados fue diferente
con los otros mesocosmos (1Sed, 2SN, 3Sed y 4SN), ya que en estos se presentó una
reducción significativa en la semana catorce, esto pudo deberse a la incorporación
del fósforo dentro de las células microbianas, el incremento después de esta
semana se atribuye a la liberación de fosfatos en los procesos del metabolismo
microbiano y del decaimiento de la población microbiana (Gideon, O., y Paschal,
O. 2008), las concentraciones más altas se presentaron en los mesocosmos 6 SSMN
y 8 SSMN: Sedimento más suelo con microorganismos adaptados más Urea con
valores de 42 p.p.m y 31 p.p.m, respectivamente en la semana diecinueve (ANEXO
D).
64


Gráfica 18. Promedio Comportamiento Fósforo, para las estrategias de

9.6.3

Potasio

El Potasio (K) es requerido por una gran cantidad de microorganismo para
catalizar diferentes reacciones bacterianas, interviene en procesos químicos dentro
de las células y contribuye a mantener el agua en las células (Ríos, R., 2005).

Gráfica 19. Comportamiento Potasio, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed: sedimento
contaminado y 2 SN, 4 SN: sedimento contaminado más nutriente (Urea)
(Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS.

Para todos los mesocosmos se presentaron comportamientos muy similares en la
concentración de potasio a través del tiempo, en la semana catorce (14) se
presentaron los picos más altos para todos los mesocosmos, llegando a valores de
65


0,74 meq/100g para el mesocosmo 1 Sed: sedimento contaminado (ANEXO D). El
potasio es movilizado por los microorganismos según la textura, condiciones de
humedad del suelo y según sus necesidades (Ríos, R., 2005).

Gráfica 20. Comportamiento Potasio, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM: sedimento
más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN: sedimento más
suelo con microorganismos adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 6

En los mesocosmos que contenían sedimento mas la adición de suelo con
microorganismos adaptados más Urea, se presentó un comportamiento muy
similar en la concentración de potasio a través del tiempo, el mesocosmo 5 SSM:
sedimento más suelo con microorganismos adaptados, presentó el valor máximo
de 0,89 meq/100g, este comportamiento en la concentración de potasio, fue muy
similar a las otros mesocosmos 1Sed, 2SN, 3 Sed y 4 SN (ANEXO D), este puede ser
debido a que este elemento es liberado de las partículas del suelo y/o del
sedimento, a las necesidades de los microorganismos, como se puede observan en
los mesocosmos en la semana 14 y 19, para las estrategias de bioaumentación y
bioestimulación con referente a la población de microorganismos se presentaron
los valores más altos, en este tiempo, esta población de microorganismos
provocaban la mayor cantidad de proceso metabólicos, liberando y asimilando los
compuestos dentro de los mesocosmos (Ríos, R., 2005).

66


Gráfica 21. Promedio Comportamiento Potasio, para las estrategias de

9.6.4

Materia Orgánica

En la composición de la Materia Orgánica se encuentra un complejo número de
macromoléculas en estado coloidal constituido por proteínas, azúcares, ácidos
orgánicos, minerales, etc., en constante estado de degradación y síntesis. (García,
E., et al, 2011)

Gráfica 22. Comportamiento Materia Orgánica, en los mesocosmos 1 sed, 3 sed:
sedimento contaminado y 2 SN, 4 SN: sedimento contaminado más nutriente
(Urea) (Bioestimulación), 6 datos y barras de error=1DS.

67


Dentro de los mesocosmos donde se encontraba el sedimento contaminado de la
estación de servicio y a los mesocosmos que se les adicionó Urea, se presentó un
aumento en la materia orgánica al final de la investigación, este comportamiento
se puede relacionar con la descomposición y transformación de los nutrientes
presentes en los mesocosmos como Carbono, Nitrógeno, Fósforo y Potasio entre
otros (García, E., et al, 2011), los valores más altos fueron evidenciados en los
mesocosmos 1Sed: sedimento contaminado y 4 SN: sedimento contaminado más
Urea replica, con valores de 11,5 % y 9,1% respectivamente en la semana catorce,
donde se presentaron mayores poblaciones de microorganismos y mayor
disponibilidad de fosforo y potasio, asumiendo que esto posibilita la generación de
reacciones químicas dentro de los mesocosmos (ANEXO D).

Gráfica 23. Comportamiento Materia Orgánica, en los mesocosmos 5 SSM, 7 SSM:
sedimento más suelo con microorganismos adaptados y 6 SSMN, 8 SSMN
sedimento más suelo con microorganismos adaptados más nutriente (Urea)
(Bioaumentación), 6 datos y barras de error=1DS.

Para los mesocosmos con la mezcla del sedimento, con suelo con microorganismos
adaptaos y a los que se les adicionó Urea, presentaron comportamientos similar en
el contenido de materia orgánica a través del tiempo de la investigación, este
comportamiento está relacionado al proceso biológico de descomposición del
carbono, parte de este es asimilado dentro del tejido microbiano, en la biomasa del
suelo y es convertido en humus, en consecuencia el contenido de materia orgánica
puede aumentar o mantenerse estable dentro del suelo y/o sedimento. (García, E.,
et al, 2011), los mesocosmos que presentaron valores más altos de materia orgánica,
fueron la 6 SSMN y 8 SSMN: sedimento más suelo con microorganismos
68


adaptados más Urea, con valores de 7,1% y 9,7% respectivamente en la semana
catorce y diecinueve, coincidiendo con el tiempo donde se presentó mayor
población microbiana, mayor disponibilidad de fósforo y potasio, la reducción de
carbono y nitrógeno, dando lugar a los procesos metabólicos (ANEXO D).

Gráfica 24. Promedio Comportamiento Materia Orgánica, para las estrategias de

9.7

BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS

El seguimiento de la degradación de hidrocarburos en los mesocosmos se realizó
con análisis quincenales de concentración de hidrocarburos totales de petróleo
(HTP) con el método Extracción por Soxhlet y determinación gravimétrica.

9.7.1

Tasas de Degradación

En la Tabla 10, se relacionan los datos de las concentraciones iniciales, finales
(HTP), la reducción de hidrocarburo en el tiempo del seguimiento de la
investigación, el porcentaje de remoción y la tasa de degradación diaria, de cada
uno de los mesocosmos utilizados.

69


Tabla 10. Datos Degradación de Hidrocarburos (HTP).
Concentración
Mesocosmos
inicial
(mg/Kgss)
18238,68
1 sed

Concentración Reducción en
Tasa
% de
Final
161 días (23
Degradación
Reducción
(mg/Kgss)
semanas)
(mg/kgss*d)
2156,88
16081,80
88,2
99,89

2 SN

18238,68

1287,10

16951,58

92,9

105,29

3 sed replica

18238,68

2678,99

15559,69

85,3

96,64

4 SN replica

18238,68

1267,05

16971,63

93,1

105,41

5 SSM

17636,51

2563,87

15072,65

85,5

93,62

6 SSMN
7 SSM
replica
8 SSMN
replica

17636,51

836,01

16800,50

95,3

104,35

17636,51

3577,42

14059,09

79,7

87,32

17636,51

1162,99

16473,52

93,4

102,32

Kgss: Kilogramos de suelo seco.
Bioestimulación:
Bioaumentación:

9.7.2

Nutriente.

Concentraciones de HTP en los Mesocosmos

A continuación se presentan las gráficas de comportamiento de la concentración de
HTP en el tiempo de la investigación.

70


Gráfica 25. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 1 Sed y 3
Sed: Sedimento contaminado (Bioestimulación), 13 datos y barras de error=1DS.

Estos mesocosmo contenían el 100% de sedimento de la estación de servicio, se
volteaba tres veces a la semana y se le agregaba agua, proceso que se denomina
bioestimulación, iniciaron con unas concentraciones del 18238,68 mg/kgss,
presentando las mayores reducciones entre la semana trece y quince, después de
este tiempo se presentó un proceso de degradación más lento, los dos mesocosmos
manejaron comportamientos muy similares a lo largo del tiempo de la
investigación. Presentaron tasas de degradación diarias de 99,89 mg/kgss y 96,64
mg/kgss*d, porcentajes de remoción del 88,2% y del 85,3%, respectivamente.
(ANEXO D)

71


Gráfica 26. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 2 SN y 4
SN Sedimento contaminado más nutriente (Urea) (Bioestimulación), 13 datos y
barras de error=1DS.

Estos mesocosmos contenían el 100% de sedimento de la estación de servicio más
la adición de nutriente (Urea), se volteaba tres veces a la semana y se le agregaba
agua, proceso que se denomina bioestimulación, al inicio de la investigación
presentaron una concentración de 18238,68 mg/kgss, hasta la semana diecisiete se
presentó una baja en la concentración de HTP constante, las semanas siguientes no
redujo mucho su concentración, estos mesocosmos presentaron tasas de
degradación diarias de 105,29 mg/kgss*d y 105,41 mg/kgss*d, los porcentajes de
remoción fueron del 92,9% y del 93,1%, respectivamente, en comparación con las
tasas de degradación de los mesocosmos con el 100% de sedimentos, estas están un
poco por encima, gracias al nutriente (ANEXO D).

72


Gráfica 27. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmo 5 SSM y 7
SSM: 60% Sedimento contaminado más 40% Suelos con Microorganismos
Adaptados (Bioaumentación), 13 datos y barras de error=1Ds.

Estos mesocosmos contenían el 60% de sedimento contaminado, el 40% de suelo
con contenido de microorganismos adaptados a la presencia del hidrocarburo,
proceso que se denomina bioaumentación, el proceso inicio con una concentración
de HTP de 17636,51 mg/kgss, los mesocosmos presentaron una reducción en la
concentración de hidrocarburo más alta hasta la semana trece, luego disminuyó su
degradación, presentaron tasas de degradación diarias de 93,62 mg/kgss*d y 87,32
mg/kgss*d, porcentajes de remoción del 85,5% y del 79,7%, respectivamente
(ANEXO D).

73


Gráfica 28. Comportamiento Degradación de Hidrocarburo mesocosmos 6 SSMN
y 8 SSMN: 60% Sedimento contaminado, más 40% Suelos con Microorganismos
Adaptados más nutriente (Urea) (Bioaumentación), 13 datos y barras de
error=1DS.

Estos mesocosmos contenían el 60% de sedimento contaminado, el 40% de suelo
con contenido de microorganismos adaptados a la presencia del hidrocarburo, se le
adicionó nutriente (Urea), proceso que se denomina bioaumentación, este ensayo
empezó con una concentración inicial de HTP de 17636,51 mg/kgss, presentó una
reducción alta de la concentración de hidrocarburo hasta la semana trece, el resto
del tiempo de la investigación esta reducción fue más baja, presentaron tasas de
degradación diarias de 104,35 mg/kgss*d y 102,32 mg/kgss*d, el porcentaje de
remoción fue del 95,3% y 93,4%, respectivamente para los mesocosmos, al
comparar estos mesocosmos con los mesocosmos 5 SSM y 7 SSM, podemos
evidenciar que la adición de nutriente ayudo a que las tasas de degradación diarias
fueran más altas, al igual que el porcentaje de degradación de HTP. (ANEXO D)
Para todos los mesocosmos se presentó una mayor reducción de hidrocarburo en
las primeras trece y diecisiete semanas, tiempo en el cual se presentaron
temperaturas más altas dentro de los mesocosmos, esto puede deberse a un
incremento en la actividad microbiana en este tiempo, después de estas semanas
bajo la reducción de hidrocarburo en el tiempo, en todos los mesocosmos.

74


Los rangos de temperatura más apropiados para la degradación de hidrocarburos
en suelos son de 18 a 30°C, a la que se intensifica la actividad enzimática de los
microorganismos ayudando en los proceso de degradación (Pardo, J. et al., 2004),
los mesocosmos manejaron temperaturas más bajas a este rango, lo cual pudo
afectar el proceso de degradación y la actividad enzimática dentro de los
mesocosmos.
Todos los mesocosmos de bioestimulación, presentaron valores de tendencia de
degradación similares en las gráficas 25 y 26, una degradación rápida hasta la
semana trece y diecisiete, de ahí en adelante se nota una baja reacción en el proceso
de biodegradación, situación similar para los procesos de bioaumentación, en las
gráficas 27 y 28. Tal y como se ha descrito en otros estudios, la cinética de
degradación de contaminantes orgánicos en suelos, habitualmente muestra una
fase inicial de biodegradación rápida seguido de un periodo con pequeños o
inexistentes cambios de las concentraciones residuales. Esta cinética es conocida
como el fenómeno del “palo de hockey” (Alexander, M., 2000), esta dinámica
puede estar causada por una disminución de los nutrientes, por la disminución de
la población microbiana, por la baja biodisponibilidad de componentes orgánicos,
por las condiciones fisicoquímicas desfavorables y un aumento de la recalcitrancia
de los contaminantes residuales (Karamalidis, A., et al, 2010, Taccaria, M., et al,
2012, Alexander, M., 2000).
Con referente a las tasas de degradación en diferentes estudios de similares
condiciones se han manejado porcentajes de reducción que se encuentran entre
26% y 61% en procesos de 12 a 80 días (Xu, Y. y Lu, M., 2010, Ta-Chen, L., et al,
2010), pero a mas de 100 días el porcentaje puede ser de 60% a 70% (Karamalidis,
A., et al, 2010, Taccaria, M., et al, 2012), en esta investigación se obtuvieron
porcentajes de degradación para el proceso de bioestimulación del 85,3% al 93,1%
que corresponde a tasas diarias de degradación de 96,64 mg/Kgss*d y 105,41
mg/Kgss*d, para el proceso de bioaumentación se obtuvieron porcentajes del
79,7% al 95,1%, que corresponden a tasas diarias de degradación de 87,32
mg/Kgss*d y 104,18 mg/Kgss*d. datos que no están lejos de lo citado en otras
investigaciones. Según estos valores los procesos de bioestimulación y
bioaumentación presentaron buenos resultados, con respecto a las tasas de
degradación diarias, para sedimentos de la estación de servicio de combustible,
según otras investigaciones la adición de fuentes de nitrógeno y fósforo origina
75


cambios de la población microbiana y aumenta de la degradación del hidrocarburo
(Xu, Y. y Lu, M., 2010). Así mismo favorece el crecimiento de especies dominantes
(Ta-Chen, L., et al, 2010).
Se pueden evidenciar unas tasas de degradación un poco más altas en los
mesocosmos que se les adicionó nutriente, por lo que se puede decir que la
fertilización y el manejo de las condiciones ambientales del suelo, en la
biorremediación, ha sido exitosa. La biodegradación de hidrocarburos se puede
favorecer eficientemente con la adición adecuada de nutrientes y el manejo de
condiciones ambientales, como el contenido de humedad, temperatura pH, nivel
de aireación y otras condiciones de experimentación que favorece el
establecimiento de poblaciones con mayor actividad (Odukuma, L., y Dickson, A.,
2003).

Gráfica 29. Promedio Comportamiento Degradación de Hidrocarburo, para las
estrategias de Bioestimulación y Bioaumentación, 13 datos y barras de error=1DS.

76


9.8

CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCIÓN

Para este análisis de velocidad de reacción química de la degradación de
hidrocarburos, se determinaron las constantes cinéticas de velocidad de reacción
(k-1), de acuerdo con el modelo matemático de Monod-Herbert, al definir estas
constantes se podrá proyectar el comportamiento en el tiempo de la concentración
de hidrocarburos en los mesocosmos, esta investigación presentó un
comportamiento de degradación gradual y continua en el tiempo, con curvas
hiperbólicas, comportamiento al cual se le llama reacción de primer orden o de
orden uno (Cardona, S., 2002).
Ecuación de Primer orden y/o orden uno:

ln A  kt  A0
Donde:
A: concentración de HTP (mg/Kg suelo seco)
k: constante (tiempo-1)
t: tiempo
Ao: concentración inicial de HTP (mg/Kg suelo seco)
Para calcular la constante de velocidad de reacción (k-1), se gráfica el ln de los datos
de concentración de hidrocarburos totales de petróleo HTP (mg/kg suelo seco) en
el tiempo de la investigación, se trazo una línea de tendencia, presentando el
coeficiente de correlación (R2) y de la ecuación del grafico se saco el dato de la
constante (k-1) (Anexo E).

77


Gráfica 30. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento
contaminado (Bioestimulación).

Gráfica 31. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento
contaminado más Urea (Bioestimulación).

78


Gráfica 32. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento con suelo
con microorganismos adaptados (Bioaumentación).

Gráfica 33. Constante de degradación de hidrocarburo en el sedimento con suelo
con microorganismos adaptados más Urea (Bioaumentación).

79


Tabla 11. Constantes de velocidad de reacción química de los mesocosmos.
ESTRATEGIAS
Bioestimulación

Bioaumentación

NIVELES

k-1

R2

Sedimento
Sedimento mas Urea
Sedimento Suelo con
microorganismos
Sedimento Suelo con
microorganismos más Urea

0,0830
0,1115

0,9214
0,9802

0,0673

0,9272

0,0994

0,9567

PROYECCIÓN
A=E-KT+A°

Comparando los resultados se puede deducir que la constante de velocidad de
reacción (k-1) de orden uno de la técnica de bioestimulación del sedimento mas la
aplicación del nutriente (Urea) fue un poco más alta y que el coeficiente de
correlación (R2) es más cercano a uno, por lo cual se puede determinar que los
datos de estos mesocosmos, presentaron una porción de variabilidad baja. Si se
compara este comportamiento de cinética de reacción con las tasas de degradación
(Tabla 10), se presentan una relación estrecha entre el comportamiento de las tasas
de degradación y la constante de velocidad de reacción, para los diferentes
mesocosmos.

9.9

ANALIS ESTADÍSTICO
9.9.1

Pruebas de normalidad

Esta prueba se trata de comprobar si la distribución de probabilidad subyacente a
las variables de interés siguen una distribución normal (Risk, M., 2003).

80


Tabla 12. Datos estadísticos, concentración HTP (mg/kgss).
ESTADÍSTICA

Media

Bioestimulación

Intervalo de confianza
para la media al 95%

ERROR
ESTÁNDAR

6044.9381

ESTRATEGIA

664.00979

Límite inferior

4711.8828

Límite superior

7377.9934

Mediana

4464.6450

Varianza

2.293E7

Desviación Típica

4788.24271

Mínimo

1267.05

Máximo

18238.68

Rango

16971.63

Amplitud Intercuartíl

5508.86
1.396

.330

Curtosis

Hidrocarburos

Asimetría

1.196

.650

6228.2135

594.11234

Media
Intervalo de confianza
para la media al 95%

Límite inferior

5035.4832

Límite superior

7420.9438

Bioaumentación

Mediana

4852.5650

Varianza

1.835E7

Desviación Estándar

4284.20503

Mínimo

836.00

Máximo

17636.51

Rango

16800.51

Amplitud Intercuartíl

4376.10

Asimetría

1.459

.330

Curtosis

1.746

.650

Fuente: programa estadístico SPSS 17.
Tabla 13. Prueba de Normalidad, datos de concentración de hidrocarburos.
ESTRATEGIAS
Hidrocarburos

Kolmogorov-Smirnova

Shapiro-Wilk

Estadístico

gl

Sig.

Estadístico

Gl

Sig.

Bioestimulación

.185

52

.000

.823

52

.000

Bioaumentación

.162

52

.002

.840

52

.000

a. corrección de significación de Lilliefors.

81


Al realizar una descripción estadística de los datos de concentración de
hidrocarburos totales para los mesocosmos de bioestimulación y bioaumentación,
se encontró diferencias entre las medias, entre los limites superiores e inferiores del
intervalo de confianza, y al realizar la prueba de normalidad se halló diferencias
significativas entre los dos, lo que indica que los datos de concentración de
hidrocarburos a través del tiempo de la investigación, no siguen o no presentan
una distribución normal, para seguir con el análisis se realizaron transformaciones
de datos como elevar al cuadrado, sacar raíz cuadrada y logaritmo natural, de las
tres solo el logaritmo natural de esta variable presentó normalidad, pero al ser una
de tres, se optó por realizar el análisis estadístico con pruebas no paramétricas y
corroborar así diferencias significativas entre las estrategias (Risk, M., 2003).
9.9.2

Pruebas no paramétricas

Prueba de Mann-Whitney
Esta es una prueba no paramétrica aplicada a dos muestras independientes. Es de
hecho, la versión no paramétrica de la habitual prueba t de Student, esta se usa
para comprobar la heterogeneidad de dos muestras bajo parámetro ordinales
(Risk, M., 2003).
El planteamiento de partida es:
1. Las observaciones de ambos grupos son independientes
2. Las observaciones son variables bajo parámetros ordinales o continuas.
3. Bajo la hipótesis nula, las distribuciones de partida de ambas distribuciones
es la misma
4. Bajo la hipótesis alternativa, los valores de una de las muestras tienden a
exceder a los de la otra: P(X > Y) + 0.5 P(X = Y) > 0.5.
Tabla 14. Rangos Prueba de Mann-Whitney para la bioestimulación y
bioaumentación
ESTATEGIAS
HIDROCARBURO

N

Bioestimulación
Bioaumentación
Total

52
52
104


82

Rango
promedio
50,50
54,50

Suma de
rangos
2626,00
2834,00


Tabla 15. Estadísticos de contraste para las estrategias de bioestimulación y
bioaumentación (a)
HIDROCARBURO
1248,000
2626,000
-,676
,499

U de Mann-Whitney
W de Wilcoxon
Z
Sig. asintót. (bilateral)

a Variable de agrupación: estrategias.

Prueba de Kolmogorov-Smirnov para dos muestras
Es una prueba no paramétrica, que refiere a la concordancia entre dos
distribuciones acumulativas observadas, se contrasta la hipótesis de si las dos
muestras independientes provienen de distribuciones continuas idénticas, y es
sensible a las diferencias de población en lo referente a la localización, dispersión, o
dismetría (Risk, M., 2003).

Tabla 16. Frecuencias de la Prueba de Kolmogorov-Smirnov
N
52
52
104

ESTRATEGIAS
Bioestimulación
Bioaumentación
Total

HIDROCARBURO


Tabla 17. Estadísticos de contraste para las estrategias bioestimulación y
bioaumentación (a)
Diferencias Más extremas

Absoluta
Positiva
Negativa

Z de Kolmogorov-Smirnov
Sig. asintót. (bilateral)

a Variable de agrupación: estrategias

83

HIDROCARBURO
,192
,192
-,077
,981
,291


Con los resultados de las Pruebas no paramétricas de Mann-Whitney y
Kolmogorov-Smirnov, se puede concluir que no se presentan diferencias
significativas entre las distribuciones de los datos de concentración de
hidrocarburo totales de las dos estrategias, con lo cual se descartan las hipótesis
alternativa (Ha) del diseño estadístico y se aprueba la hipótesis nula (Ho) donde se
plantea que no hay diferencias significativas y/o estadísticas entre las dos
estrategias de biorremediación para tratar los sedimentos contaminados con
hidrocarburos de la estación de servicio de combustible. Con estos resultados
podemos recomendar a las demás estaciones de servicio de combustible a utilizar
la técnica de bioestimulación, que la hace más sencilla en su operación, ya que no
requiere inversión en la adición de microorganismos adaptados al hidrocarburo, y
que con la aplicación de fertilizantes comunes, si lo requiere el sedimento luego de
un análisis de laboratorio, agua y volteo, se pueden obtener buenos resultados en
el tratamiento de estos residuos.

9.9.3

Análisis ANOVA no paramétrico

Este análisis de varianza se realiza para verificar si hay diferencias significativas
entre las medias de los datos de concentración de hidrocarburos de los cuatro
niveles de la investigación, como los datos no presentan una distribución normal,
se realiza por la prueba de Kruskal Wallis la versión no paramétrica.

Prueba de Kruskal Wallis
Es un método no paramétrico para probar si un grupo de datos, mayores a tres
muestras proviene de la misma población.

84


Tabla 18. Datos comparación de las medias entre los niveles de la investigación.
Niveles
Sedimento

26

52.73

26

48.27

Sedimento + Microorganismos

26

60.46

Sedimento + Microorganismos + Nutriente

26

48.54

Total

Bioaumentación

Media del
rango

Sedimento + Nutriente

Bioestimulación

N

104


Tabla 19. Prueba estadística de Kruskal Wallis para los niveles (a).
Hidrocarburos
Chi-Square

2.773

Gl

3
.428

Sig. asintót.

a. Agrupación de variables: Niveles.
En las tablas 18 y 19, se presentan los resúmenes de los resultados la prueba
estadística de Kruskal Wallis, para los niveles de esta investigación, los resultados
indican que al comparar las medias de los datos de los mesocosmos, no se
presentaron diferencias significativas para un nivel de significancia de 0,05, entre
ellos con respecto al comportamiento de la concentración de hidrocarburos
(mg/kgss) a través del tiempo de la investigación.

9.10 CARACTERÍSTICAS FINALES DE LOS SEDIMENTOS
Las características físicas, químicas y biológicas, finales de los mesocosmos,
después de 23 semanas de investigación (161 días), se presentan en la Tabla 19. Los
sedimentos, la mezcla del sedimento con suelo con microorganismos adaptados y
la adición del nutriente, presentaron un rango de tasas de degradación entre 87,32
mg/kgss y 105,41 mg/kgss.
85


Tabla 20. Parámetros finales de los mesocosmos
PARÁMETROS
Temperatura (°C)
pH (unidades)
% humedad
Microorganismos
hidrocarbocíclicos
(U.F.C/g)
% Nitrógeno
% Materia Orgánica
Fósforo (p.p.m)
Potasio (meq/100g
Suelo)
HTP mg/kgss

Relación C:N:P:K

21
7,35
24,7

3
Sed
replica
20
7,02
25,0

4
SN
replica
20
7,39
23,1

19
7,8
20,3

7
SSM
replica
21
6,89
20,9

8
SSMN
replica
20
7,15
24,9

2,00E+
06

3,20E+
06

6,80E+
06

1,90E+
06

2,40E+
06

2,90E+
06

9,40E+
05

0,03
6,44
25,5

0,04
7,16
25,7

0,03
8,84
45,86

0,05
6,45
30,39

0,04
6,38
32,14

0,04
7,61
20,68

0,06
8,09
17,76

0,15

0,15

0,16

0,24

0,25

0,19

0,12

1287,1

2678,9

1267,0

2563,8

836,01

3577,4

1162,9

100:0.5
:0,03:0,1

100:0,8
:0,03:0,07

100:0,3
:0,05:0,07

100:0,7
:0,04:0,1

100:0,6
:0,05:0,1

100:0,5
:0,02:0,09

100:0,7
:0,02:0,05

1
Sed

2
SN

5
SSM

6
SSMN

21
7,02
23,7

21
7,3
23,9

1,60E+
06

0,06
7,43
22

0,19

2156,8
100:0,4
:0,04:0,09

FRANCO LIMOSO (Ochoa, E., 1999)
Textura

86


10 CONCLUSIONES
 Las estrategias de bioestimulación y bioaumentación, para el tratamiento de
sedimentos generados en la estación de servicio de combustible,
presentaron reducciones promedio de hidrocarburos totales de petróleo de
16391,18 mg/Kg de suelo seco y 15601,44 mg/Kg de suelo seco
respectivamente, en un tiempo de 23 semanas (6 meses), al ver los
resultados de la investigación podemos decir que las mayores reducciones
de hidrocarburo ocurrieron hasta la semana 15 (4 meses), a este tiempo las
estrategias presentaron reducciones de 15326,96 mg/Kgss para la técnica de
bioestimulación y 13815,60 mg/Kgss para la técnica de bioaumentación,
valores que cubren un gran porcentaje de los valores totales degradados, lo
que indica que el tratamiento puede plantearse en menores tiempos.
 Para esta investigación se encontró que no existen diferencias significativas
entre la estrategia de bioaumentación y la estrategia de bioestimulación,
para el tratamiento de los sedimentos contaminados con hidrocarburos,
producidos por la estación de servicio, ambas estrategias lograron efectos
positivos en la reducción de hidrocarburos totales de petróleo.
 En las primeras siete semanas se observan altas reducciones en las
concentraciones de hidrocarburos en los mesocosmos, tiempo en el cual se
evidencia también un incremento en la temperatura de los mesocosmos,
esto debido al aumento en el proceso metabólico de los microorganismos y
su actividad enzimática, llegando a beneficiar la degradación del
contaminante, los mesocosmos presentaron al final de la investigación tasas
de degradación entre el 87,32 mg/kgss*d al 105,41 mg/kgss*d, con
porcentajes de reducción de contenido de hidrocarburo del 79,7% al 95,1%,
los mesocosmos que presentaron valores un poco más altos en las tasas de
degradación fueron los mesocosmos a las cuales se les aplicó urea como
nutriente (bioestimulación), esto sin diferencias significativas.
 Con los resultados de esta investigación, se sustenta que la presencia de
microorganismos nativos, la adición de agua y los volteos manuales, para
los sedimentos contaminados producto de las actividades de la estación de
servicio de INTEGRA (Dosquebradas – Risaralda - Colombia), tienen efectos
87


positivos en la reducción de las concentraciones de hidrocarburos totales, no
se requiere la compra de nutrientes para tratar estos sedimentos, sin
descartar que se debe hacer un análisis del laboratorio al sedimento para
decidir el aplicar o no los nutrientes, ya que se puede favorecer la
degradación del hidrocarburo dentro de estos.
 Para tal caso con sedimentos contaminados de la estación de servicio no se
obtienen mejores resultados al introducir poblaciones microbianas
adaptadas al hidrocarburo, ya que con la población nativa, se puede llevar a
cabo un buen proceso de biorremediación utilizando la estrategia de
bioestimulación.

11 RECOMENDACIONES

 Es importante considerar en el diseño experimental y en el seguimiento de
los mesocosmos, la implementación de un control abiótico, para poder
definir el alcance de los procesos bióticos y abióticos, en la remoción de
hidrocarburos totales de petróleo dentro de los mesocosmos.
 Realizar una adición de nutrientes más amplia en el tiempo, a los
mesocosmos, según el seguimiento de las concentraciones de nutrientes a lo
largo del tiempo de la investigación, para manejar condiciones óptimas de
estos parámetros en el suelo.
 Los hidrocarburos totales de petróleo son compuestos químicos muy
contaminantes que deben ser evaluados en diferentes ambientes, con el fin
de buscar alternativas de tratamiento que permitan mejorar sus condiciones
antes de su disposición final. Estas problemáticas se vienen estudiando a
nivel de laboratorio, sin embargo, se deben plantear investigaciones a escala
real.
 Es importante considerar en primer lugar la cantidad de población
microbiana nativa en el suelo o sedimento, para decidir si se requiere la
adición de población microbiana adaptada al contaminante.
88


 Implementar otras técnicas de detección de Hidrocarburos para los
sedimentos generados en EDS.

 Utilizar diferentes pruebas bioquímicas para la identificación de diferentes
microorganismos presentes en estos sedimentos que degradan los
hidrocarburos.
 Se recomienda considerar en las variables de seguimiento introducir
pruebas de textura para los mesocosmos.
 Para futuras investigaciones se deben realizar análisis de correlaciones o
multivariados, para afirmar que los comportamientos de las propiedades
microbiológicas se deben a un parámetro en particular, bien sea
temperatura, pH, humedad, entre otros.

89


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92


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Elaborado con la participación de la Comisión de Normalización y
Acreditación de la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo por encargo del
Servicio Agrícola y Ganadero. Chile.

95


13 ANEXOS
A. Calculo del la adición del nutriente.

Tabla 21. Cálculos adición de la Urea.
Datos Iniciales
El requerimiento
UE % MO - C % N P K
%N
(g/1kgss) peo UE (kg)
2
3,6
0,09 10 0,31 0,36 0,27
2,7
38,13
4
3,2
0,07 12 0,25 0,32 0,25
2,5
38,13
6
2,3
0,07 31 0,38 0,23 0,16
1,6
40,63
8
2,6
0,06 28 0,38 0,26 0,2
2
40,34
Total Urea

gN
102,95
95,32
65,01
80,68

g Urea
223,80
207,21
141,33
175,40
747,74

B. Datos de densidad y peso, prueba de laboratorio.
Tabla 22. Datos Densidad y Peso mesocosmos.
UE

peso (g) vol (ml) Densid (g/ml) Vol UE cm3 peso UE (g) peso UE (g) peso UE (Kg)

1

8,1132

4

2,0283

21090

42776,85

1

8,0308

4,5

1,7846

21090

37637,68

2

8,0394

4

2,0099

21090

42387,74

2

8,0296

5

1,6059

21090

33868,85

3

7,806

5

1,5612

21090

32925,71

3

8,0912

5

1,6182

21090

34128,68

4

8,0406

4

2,0102

21090

42394,06

4

8,0276

5

1,6055

21090

33860,42

5

8,207

4

2,0518

21090

43271,41

5

7,8598

4

1,9650

21090

41440,80

6

8,0906

4

2,0227

21090

42657,69

6

8,2372

4,5

1,8305

21090

38605,01

7

8,2237

4

2,0559

21090

43359,46

7

8,0188

4

2,0047

21090

42279,12

8

8,8026

4,5

1,9561

21090

41254,85

8

8,4131

4,5

1,8696

21090

39429,40


96

40207,26

40,2

38128,29

38,1

33527,19

33,5

38127,24

38,1

42356,10

42,4

40631,35

40,6

42819,29

42,8

40342,12

40,3


C. Capacidad de campo
Tabla 23. % Capacidad de campo, del sedimento y de la mezcla de este con el suelo.
CC=[(Psh-Pss)/Pss]*100
1 día
2 día
1 día
2 día
Mx P suelo
P suelo + recipiente 12-ago-10 13-ago
% CC
% CC 48 horas
SED

50,1152
50,0088
25,2306

55,2619
54,5483
28,3117

68,7766
77,2176
36,6731

SSM

24,5
29,5

27,3

67,7315
68,3285
52,8192

50,0555
54,7426
50,1007
54,7698
38,5353
43,7282

68,4115
71,4758
36,0522

23,8

67,3452
67,9152
52,2573

23,7
24,8
20,8

23,0
24,0
19,5

25,57

22,18

D. Datos de laboratorio
Tabla 24. Concentración de HTP mg/kgss
Semanas

HC

1 sed

2 SN

3 sed

4 SN

5 SSM

6 SSMN

7 SSM

8 SSMN

0

22/03/2011 18238,68

18238,68

18238,68

18238,68

17636,51

17636,51

17636,51

17636,51

1

29/03/2011 13426,20

11955,12

14456,92

12030,61

12669,75

10653,01

11643,09

10645,40

3

12/04/2011

9564,91

8579,56

9021,34

8303,81

9567,46

8063,73

8589,09

8672,08

5

26/04/2011

7940,07

8189,66

7567,05

7545,65

8005,95

6934,34

7345,70

6585,10

7

10/05/2011

5887,35

6465,91

5207,54

6202,83

7818,85

6750,96

6654,54

6003,39

9

24/05/2011

4699,50

5013,48

5110,80

5866,69

6922,48

5450,97

5394,92

5533,50

11

07/06/2011

4092,58

4443,25

4486,05

5152,32

5466,48

4298,99

5261,94

4356,98

13

21/06/2011

3740,21

3083,16

4345,10

3876,10

4262,38

3600,03

4443,19

3643,38

15

05/07/2011

2689,87

2598,10

3578,88

2782,05

4143,99

3498,65

4164,28

3476,70

17

19/07/2011

2598,23

1591,71

3342,99

2569,06

3897,57

2376,57

3825,19

2339,37

19

02/08/2011

2329,10

1478,10

2973,51

1408,98

3765,98

2286,99

3773,56

2100,86

21

16/08/2011

2297,77

1367,88

2765,21

1367,33

2698,74

1998,78

3600,18

1995,99

23

30/08/2011

2156,88

1287,10

2678,99

1267,05

2563,87

836,01

3577,42

1162,99


97


Tabla 25. Unidades de pH en los mesocosmos.
Semanas
pH
1 sed 2 SN 3 sed 4 SN 5 SSM 6 SSMN 7 SSM 8 SSMN
0
22/03/2011 7,55
7,53
7,22
7,39
7,46
7,8
7,4
7,15
1
29/03/2011 6,89
7,29
7,36
7,34
7,51
7,71
7,78
7,73
2
05/04/2011 7,38
7,46
7,38
7,84
7,80
7,92
7,98
8,11
3
12/04/2011 7,73
9,26
7,71
9,22
7,01
9,26
7,06
9,25
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

19/04/2011
26/04/2011
03/05/2011
10/05/2011
17/05/2011
24/05/2011
31/05/2011
07/06/2011
14/06/2011
21/06/2011
28/06/2011
05/07/2011
12/07/2011
19/07/2011
26/07/2011
02/08/2011
09/08/2011
16/08/2011
23/08/2011
30/08/2011
promedio

7,53
7,20
7,46
7,34
7,17
7,17
7,07
7,17
7,20
7,16
7,09
7,06
7,05
7,05
7,02
7,01
7,01
7,01
7,02
7,02
7,2

8,83
8,57
8,45
8,82
8,83
8,87
8,86
8,38
8,38
8,34
8,26
8,18
8,12
8,12
8,10
8,08
8,03
7,47
7,4
7,35
8,2

7,76
7,30
7,45
7,36
7,32
7,24
7,20
7,17
7,08
7,05
7,10
7,14
7,02
7,09
7,03
7,09
7,05
7,1
7,03
7,02
7,2

8,96
9,04
8,97
8,68
8,72
8,33
8,62
8,37
8,39
8,58
8,62
8,39
8,40
8,04
8,39
7,52
7,26
7,33
7,4
7,39
8,2

7,71
7,89
7,72
7,67
7,57
7,66
7,93
7,85
7,80
7,84
7,39
7,30
7,18
7,12
7,00
7,30
7,5
7,5
7,4
7,3
7,5

8,91
8,56
8,90
8,53
8,72
8,53
8,45
8,37
8,01
8,53
8,45
8,01
8,32
7,92
8,39
8,05
8,25
8,15
7,56
7,8
8,3

7,61
7,70
7,62
7,50
7,58
7,49
7,95
7,82
7,72
7,80
7,50
7,42
7,37
7,12
7,06
7,05
7,02
7,01
6,98
6,89
7,4

8,99
8,55
8,99
8,49
8,73
8,24
8,77
8,36
8,78
8,43
7,77
7,78
7,86
7,98
7,65
7,44
7,17
7,15
7,05
7,15
8,1

7,73
9,26
Max
6,89
7,29
Min

7,76
7,02

9,22
7,26

7,93
7

9,26
7,56

7,98
6,89

9,25
7,05

98


Tabla 26. Temperatura (°C), en los mesocosmos.
Semanas
T°
0
22/03/2011
19
20
19
20
20
19
20
19
1
29/03/2011
22
21
22
22
22
22
22
22
2
05/04/2011
23
24
23
25
23
24
23
23
3
12/04/2011
24
24
24
24
24
23
23
23
4
19/04/2011
25
26
25
25
25
26
25
24
5
26/04/2011
25
25
25
25
25
25
25
25
6
03/05/2011
23
23
24
24
23
22
24
24
7
10/05/2011
22
23
22
23
22
22
23
23
8
17/05/2011
21
21
21
22
21
22
22
22
9
24/05/2011
22
22
21
22
22
22
22
22
10
31/05/2011
22
22
22
22
21
22
22
22
11
07/06/2011
21
20
20
20
19
20
20
20
12
14/06/2011
22
22
22
22
22
22
22
22
13
21/06/2011
21
20
20
21
20
20
21
21
14
28/06/2011
19
19
19
19
19
19
20
21
15
05/07/2011
20
19
21
19
20
20
19
20
16
12/07/2011
22
22
22
22
21
19
19
21
17
18
19
20
21
22
23

19/07/2011
26/07/2011
02/08/2011
09/08/2011
16/08/2011
23/08/2011
30/08/2011

21
20
20
19
20
19
21
21,4

22
21
19
19
21
19
21
21,5

promedio
25
26
Max
19
19
Min

21
21
21
20
21
19
20
21,5

22
20
21
21
21
20
20
21,8

22
20
22
21
21
20
21
21,5

21
19
20
20
20
19
19
21,1

22
20
21
19
20
19
21
21,4

21
21
20
19
21
19
20
21,5

25
19

25
19

25
19

26
19

25
19

25
19

99


Tabla 27. % de Humedad, en los mesocosmos.
Semanas Humedad
1 sed 2 SN 3 sed
0
22/03/2011 23,7
24,7
25,0
1
29/03/2011 20,0
22,1
25,7
2
05/04/2011 25,3
25,8
27,9
3
12/04/2011 28,4
27,2
27,5

4 SN 5 SSM 6 SSMN 7 SSM 8 SSMN
23,1
23,9
20,3
20,9
24,9
25,7
20,1
20,7
26,9
26,0
26,1
30,7
24,9
25,9
24,0
27,9
28,2
28,7
25,7
26,8

4
5
6
7
8
9
10
11
12

19/04/2011
26/04/2011
03/05/2011
10/05/2011
17/05/2011
24/05/2011
31/05/2011
07/06/2011
14/06/2011

25,9
22,9
28,5
28,8
28,7
22,3
30,5
23,0
20,8

23,1
22,1
28,5
28,8
21,3
22,1
28,1
24,3
23,1

23,0
22,0
26,5
29,0
24,9
22,8
22,9
25,6
24,2

24,4
20,6
29,2
27,5
20,4
22,6
25,5
24,8
25,3

20,9
22,6
23,7
25,2
20,8
24,3
25,4
22,6
22,1

21,8
27,0
26,6
23,8
22,6
23,4
28,1
27,1
25,3

20,8
22,5
21,7
23,8
20,8
23,2
21,5
29,6
22,1

20,6
23,0
25,6
28,3
22,1
24,6
23,9
25,7
27,6

13
14
15
16
17
18
19
20

21/06/2011
28/06/2011
05/07/2011
12/07/2011
19/07/2011
26/07/2011
02/08/2011
09/08/2011

20,9
24,7
25,5
24,1
28,8
28,6
28,2
28,9

21,9
22,8
22,8
20,4
24,9
25,2
24,9
25,2

23,3
25,4
20,9
20,7
22,2
22,1
21,9
22,9

20,1
22,5
22,3
21,1
25,2
26,4
27,4
27,4

23,0
21,8
20,5
22,3
26,5
28,5
28,2
26,2

21,6
27,5
28,5
27,5
25,0
26,1
23,3
30,4

20,8
21,1
20,2
20,8
26,5
28,6
31,7
28,2

24,8
25,9
25,8
24,7
28,2
27,9
26,9
27,2

21
22
23

16/08/2011
23/08/2011
30/08/2011

31,7
27,1
23,7
25,9

28,9
23,5
24,7
24,4

24,7
23,7
25,0
24,1

27,9
24,7
23,1
24,6

27,2
27,1
23,9
24,4

25,9
24,6
20,3
25,0

29,6
25,7
20,9
24,1

28,4
25,6
24,9
25,6

31,7
28,9
Max
20,0
20,4
Min

29,0
20,7

29,2
20,1

30,7
20,1

30,4
20,3

31,7
20,2

28,4
20,6

promedio

100


Tabla 28. Microorganismos (U.F.C/g), en los mesocosmos.
Semanas

microo

1 sed

2 SN

3 sed

4 SN

5 SSM

6 SSMN

7 SSM

8 SSMN

0

25/03/2011

6,7E+06

1,60E+07 1,00E+06 5,80E+06 1,10E+07 1,70E+07 1,90E+07 5,60E+06

5

29/04/2011

8,30E+06

5,80E+07 1,50E+07 1,80E+08 5,40E+07 6,50E+07 3,30E+07 3,80E+07

9

27/05/2011

2,30E+07

1,30E+08 1,80E+08 3,10E+08 3,20E+08 1,30E+08 1,80E+08 2,30E+08

14

28/06/2011

3,20E+08

2,70E+09 7,80E+08 2,40E+08 4,40E+08 1,30E+08 3,60E+08 5,40E+08

19

01/08/2011

6,40E+08

1,20E+09 3,80E+08 9,60E+08 1,30E+09 1,20E+09 1,50E+09 1,90E+09

23

01/09/2011

2,00E+06

3,20E+06 6,80E+06 1,60E+06 1,90E+06 2,40E+06 2,90E+06 9,40E+05

promedio

1,67E+08

6,85E+08 2,27E+08 2,83E+08 3,54E+08 2,57E+08 3,49E+08 4,52E+08

Max

6,40E+08

2,70E+09 7,80E+08 9,60E+08 1,30E+09 1,20E+09 1,50E+09 1,90E+09

Min

2,00E+06

3,20E+06 1,00E+06 1,60E+06 1,90E+06 2,40E+06 2,90E+06 9,40E+05

Tabla 29. % de Nitrógeno, en los mesocosmos.
Semanas % nitrógeno 1 sed 2 SN 3 sed
0
25/03/2011
0,07
0,09
0,04
5
29/04/2011
0,1
0,12
0,11
9
27/05/2011
0,12
0,15
0,09
14
28/06/2011
0,09
0,09
0,14
19
01/08/2011
0,05
0,07
0,07
23

01/09/2011

0,03
0,04
0,08
0,09
promedio
0,12
0,15
Max
0,03
0,04
Min

0,06
0,09
0,14
0,04

4 SN 5 SSM 6 SSMN 7 SSM 8 SSMN
0,07
0,07
0,07
0,08
0,06
0,13
0,08
0,18
0,13
0,09
0,15
0,1
0,14
0,15
0,08
0,1
0,16
0,06
0,14
0,08
0,06
0,05
0,1
0,07
0,12
0,03
0,09
0,15
0,03

0,05
0,09
0,16
0,05

0,04
0,10
0,18
0,04

0,04
0,10
0,15
0,04

0,06
0,08
0,12
0,06

Tabla 30. % de Materia Orgánica, en los mesocosmos.
Semanas
% MO
0
25/03/2011
2,2
3,6
3,1
3,2
3,5
2,3
3,8
2,6
5
29/04/2011
6,8
5,9
6,2
7,6
6,8
5,6
6,9
4,5
9
27/05/2011
4,9
2,2
3,6
3,1
3,2
3,5
2,3
3,8
14
28/06/2011 11,5
7,6
7,9
9,1
6,3
7,1
5,2
9,7
19
01/08/2011 7,47
8,79
7,06
7,4
7,18
6,51
6,62
7,54
23
01/09/2011 6,44
7,16
7,43
8,84
6,45
6,38
7,61
8,09
6,55
5,88
5,88
6,54
5,57
5,23
5,41
6,04
promedio
11,50
8,79
7,90
9,10
7,18
7,10
7,61
9,70
Max
2,20
2,20
3,10
3,10
3,20
2,30
2,30
2,60
Min

101


Tabla 31. Fósforo (p.p.m), en los mesocosmos.
Semanas
fosforo
1 sed 2 SN 3 sed
0
25/03/2011
12
10
24
5
29/04/2011
21
14
4
9
27/05/2011
14
12
10
14
28/06/2011
20
22
18
19
01/08/2011
39
48
49
23
01/09/2011 25,5
25,7
22
19,92 21,95 21,17
promedio
39,00 48,00 49,00
Max
Min
8,00
10,00

4,00

4 SN 5 SSM 6 SSMN
12
14
31
28
28
42
12
24
14
24
20
21
40
26
42
45,86 30,39
32,14
26,98 21,90
28,36
45,86 30,39
42,00
12,00

9,00

9,00

7 SSM 8 SSMN
34
28
35
28
31
28
20
21
29
31
20,68
17,76
26,78
23,96
35,00
31,00
11,00

11,00

Tabla 32. Potasio (meq/100g de suelo), en los mesocosmos.
Semanas
Potasio
0
25/03/2011 0,29 0,31
0,3
0,25
0,39
0,38
0,4
0,38
5
29/04/2011 0,27 0,32
0,24
0,27
0,29
0,3
0,35
0,41
9
27/05/2011 0,22 0,29
0,3
0,25
0,39
0,38
0,4
0,38
14
28/06/2011 0,74 0,71
0,7
0,7
0,89
0,82
0,83
0,77
19
01/08/2011 0,65
0,6
0,55
0,53
0,5
0,47
0,43
0,4
23

01/09/2011 0,15 0,19
promedio 0,39 0,40
0,74 0,71
Max
0,15 0,19
Min

0,15
0,37
0,70
0,15

0,16
0,36
0,70
0,16

102

0,24
0,45
0,89
0,24

0,25
0,43
0,82
0,25

0,19
0,43
0,83
0,19

0,12
0,41
0,77
0,12


E. Calculo constante de degradación

Tabla 33. Proyección Sedimento Contaminado
Proyección

HTP mg/kgss

Ln HTP (mg/kgss)

0

18239

9,81

-

1

13942

9,54

-

3

9293

9,14

-

5

7754

8,96

-

7

5547

8,62

-

9

4905

8,50

-

11

4289

8,36

-

13

4043

8,30

-

15

3134

8,05

-

17

2971

8,00

-

19

2651

7,88

-

21

2531

7,84

-

23

2418

7,79

-

25

-

-

1582

27

-

-

1340

29

-

-

1135

31

-

-

961

33

-

-

814

35

-

-

690

37

-

-

584

39

-

-

495

41

-

-

419

43

-

-

355

45

-

-

301

47

-

-

255

49

-

-

216

51

Sedimento Contaminado

Tiempo (semanas)

-

-

183


103

A=e-kt+A°


Tabla 34. Proyección Sedimento Contaminado más Nutriente (Urea)
Proyección

HTP mg/kgss

Ln HTP (mg/kgss)

0

18239

9,81

-

1

11993

9,39

-

3

8442

9,04

-

5

7868

8,97

-

7

6334

8,75

-

9

5440

8,60

-

11

4798

8,48

-

13

3480

8,15

-

15

2690

7,90

-

17

2080

7,64

-

19

1444

7,27

-

21

1368

7,22

-

23

1277

7,15

-

25

-

-

884

27

-

-

707

29

-

-

566

31

-

-

453

33

-

-

362

35

-

-

290

37

-

-

232

39

-

-

186

41

-

-

149

43

-

-

119

45

-

-

95

47

-

-

76

49

-

-

61

51

Sedimento Contaminado más Nutriente (Urea)

Tiempo (semanas)

-

-

49


104

A=e-kt+A°


Tabla 35. Proyección Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados
Proyección

HTP mg/kgss

Ln HTP (mg/kgss)

0

17637

9,78

-

1

12156

9,41

-

3

9078

9,11

-

5

7676

8,95

-

7

7237

8,89

-

9

6159

8,73

-

11

5364

8,59

-

13

4353

8,38

-

15

4154

8,33

-

17

3861

8,26

-

19

3770

8,23

-

21

3149

8,05

-

23

3071

8,03

-

25

-

-

2286

27

-

-

1998

29

-

-

1747

31

-

-

1527

33

-

-

1334

35

-

-

1166

37

-

-

1020

39

-

-

891

41

-

-

779

43

-

-

681

45

-

-

595

47

-

-

520

49

-

-

455

51

Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados

Tiempo (semanas)

-

-

397


105

A=e-kt+A°


Tabla 36. Proyección Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados más
Nutriente (Urea)
Proyección

HTP mg/kgss

Ln HTP (mg/kgss)

0

17637

9,78

-

1

10649

9,27

-

3

8368

9,03

-

5

6760

8,82

-

7

6377

8,76

-

9

5492

8,61

-

11

4328

8,37

-

13

3622

8,19

-

15

3488

8,16

-

17

2358

7,77

-

19

2194

7,69

-

21

1997

7,60

-

23

999

6,91

-

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332

39

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272

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183

45

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Sedimento más Suelo con Microorganismos Adaptados más Nutriente
(Urea)

Tiempo (semanas)

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