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Estudio de la Contaminaci�n de Suelos por Hidrocarburos en la Comunidad Virgen del Carmen y Propuesta de Remediaci�n mediante Bioventing

 

Study of Soil Contamination by Hydrocarbons in the Virgen del Carmen Community and Remediation Proposal through Bioventing

 

Estudo da Contamina��o do Solo por Hidrocarbonetos na Comunidade Virgen del Carmen e Proposta de Remedia��o por Bioventila��o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: rzabala@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnica y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de abril de 2023 *Aceptado: 12 de mayo de 2023 * Publicado: �02 de junio de 2023

 

1. Ingeniero Forestal, M�ster en Ingenier�a Ambiental y Seguridad Industrial, M�ster Universitario en Gesti�n Ambiental y Energ�tica en las Organizaciones, Docente Investigador de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Facultad de Recursos Naturales (FRN), Ecuador.
2. Ingeniera Ambiental Independiente, Investigadora Independiente, Ecuador.
3. Ingeniera en Biotecnolog�a Ambiental, Magister Universitario en Sistemas Integrados de Gesti�n en menci�n Seguridad, Calidad y Ambiente, Investigadora de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo sede Orellana (ESPOCH), Facultad de Ciencias, Ecuador.
4. Ingeniero Qu�mico, Mag�ster en Qu�mica menci�n Qu�mica-F�sica Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Facultad de Recursos Naturales�, Ecuador.

Resumen

En el presente estudio se examin� el impacto de los hidrocarburos en la salud del suelo y eval�a la eficacia del m�todo de bioventing para mitigar los da�os. Los tres suelos analizados presentaron una textura arcillo-arenosa y arcillosa, y aunque la contaminaci�n no afect� significativamente su capacidad de retenci�n de agua, s� hubo una p�rdida de nutrientes. Tambi�n se observ� una perturbaci�n en la conductividad el�ctrica y la salinidad debido a la contaminaci�n por hidrocarburos, mientras que la capacidad de intercambio i�nico se mantuvo alta. A pesar de un alto nivel de acidez y una p�rdida de peso en la materia org�nica, se confirm� que el m�todo de bioventing puede ser eficaz para reducir la sobrecarga de contaminaci�n y mantener los par�metros dentro de los l�mites permitidos. Adem�s, la investigaci�n valida la hip�tesis de que el bioventing es una estrategia �ptima para mitigar los da�os causados por los hidrocarburos. Finalmente, se sugiere que se realice un an�lisis de la huella de carbono para controlar los gases emitidos a la atm�sfera.

Palabras Clave: Hidrocarburos; Suelo; Bioventing; Conductividad el�ctrica; Interambio i�nico; Huella de carbono.

 

Abstract

In the present study, the impact of hydrocarbons on soil health was examined and the effectiveness of the bioventing method to mitigate damage was evaluated. The three soils analyzed presented a clayey-sandy and clayey texture, and although the contamination did not significantly affect their water retention capacity, there was a loss of nutrients. A disturbance in electrical conductivity and salinity due to hydrocarbon contamination was also observed, while the ion exchange capacity remained high. Despite a high level of acidity and a weight loss in organic matter, it was confirmed that the bioventing method can be effective in reducing pollution overload and keeping the parameters within the allowed limits. In addition, the research validates the hypothesis that bioventing is an optimal strategy to mitigate damage caused by hydrocarbons. Finally, it is suggested that an analysis of the carbon footprint be carried out to control the gases emitted into the atmosphere.

Keywords: hydrocarbons; Floor; bioventing; Electric conductivity; ion exchange; Carbon footprint.

 

Resumo

No presente estudo, o impacto dos hidrocarbonetos na sa�de do solo foi examinado e a efic�cia do m�todo de bioventila��o para mitigar os danos foi avaliada. Os tr�s solos analisados ​​apresentaram textura argilosa-arenosa e argilosa e, embora a contamina��o n�o tenha afetado significativamente a capacidade de reten��o de �gua, houve perda de nutrientes. Um dist�rbio na condutividade el�trica e salinidade devido � contamina��o por hidrocarbonetos tamb�m foi observado, enquanto a capacidade de troca i�nica permaneceu alta. Apesar de um alto n�vel de acidez e perda de peso em mat�ria org�nica, foi confirmado que o m�todo de bioventila��o pode ser eficaz em reduzir a sobrecarga de polui��o e manter os par�metros dentro dos limites permitidos. Al�m disso, a pesquisa valida a hip�tese de que a bioventila��o � uma estrat�gia �tima para mitigar os danos causados ​​pelos hidrocarbonetos. Por fim, sugere-se que seja realizada uma an�lise da pegada de carbono para controlar os gases emitidos para a atmosfera.

Palavras-chave: hidrocarbonetos; Ch�o; bioventila��o; Condutividade el�trica; troca i�nica; Pegada de carbono.

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Introducci�n

La contaminaci�n del suelo es un problema mundial cada vez m�s grave que afecta tanto a la salud humana como a la integridad de los ecosistemas ((Osuna-Osuna et al., 2015)). Entre los contaminantes m�s persistentes y da�inos se encuentran los hidrocarburos, compuestos principalmente de carbono e hidr�geno, que se originan de las actividades relacionadas con la extracci�n y el refinamiento de petr�leo ((Gonz�lez, 2015)). Estos contaminantes tienen una toxicidad alta y pueden causar graves problemas de salud en los humanos y alterar significativamente los ecosistemas ((Codesido et al., 2017)).

La Comunidad Virgen del Carmen en la Provincia de Orellana es un �rea que ha experimentado contaminaci�n del suelo por hidrocarburos debido a su ubicaci�n en una regi�n de alta actividad petrolera. Las consecuencias de esta contaminaci�n son evidentes en los impactos ambientales y de salud que enfrenta la comunidad ((Vel�zquez et al., 2019)). Para abordar este problema, es crucial caracterizar la calidad del suelo y los agentes contaminantes presentes, lo que puede proporcionar la base para el desarrollo de un plan de mitigaci�n y remediaci�n ((Vizuete, 2016, p. 11).

 

Entre los m�todos utilizados para remediar la contaminaci�n del suelo por hidrocarburos, el bioventing ha demostrado ser prometedor. Este m�todo se basa en la estimulaci�n de la actividad de los microorganismos en el suelo que son capaces de degradar los hidrocarburos ((Torres, 2019, p. 13)). La implementaci�n de bioventing puede, por lo tanto, ofrecer una estrategia eficaz para remediar los suelos contaminados y mejorar las condiciones de vida en las comunidades afectadas ((Cipradec, 2015, p. 77)).

El presente estudio tiene como objetivo evaluar la contaminaci�n del suelo por hidrocarburos en la Comunidad Virgen del Carmen y proponer un plan de mitigaci�n que incluya la implementaci�n del m�todo de bioventing. Esperamos que este estudio pueda contribuir a la recuperaci�n de los suelos contaminados y la mejora de la salud y el bienestar de los residentes de la comunidad (Quijano, 2015, p. 23).�rea de Estudio y M�todos

A. Localizaci�n

El estudio se llev� a cabo en la Comunidad Virgen del Carmen, ubicada en la Parroquia Uni�n Milagre�a, en el cant�n Joya de los Sachas, uno de los cuatro cantones de la provincia de Orellana en la Amazon�a ecuatoriana. Esta regi�n se encuentra a 175 metros sobre el nivel del mar, tal como se puede observar en la figura 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Localizaci�n del �rea de estudio

Elaboraci�n propia

En esta comunidad se encuentra la estaci�n de Enap Sipetrol S.A., cuyas actividades han impactado en el entorno, particularmente en las viviendas cercanas. Como resultado de la labor de la empresa, varias fincas en la regi�n est�n contaminadas con lodos no tratados que contienen hidrocarburos, extra�dos de pozos y depositados en el �rea sin un tratamiento adecuado.

Para la presente investigaci�n, se seleccionaron tres fincas que presentaban niveles de contaminaci�n particularmente altos para un estudio m�s detallado. Las coordenadas geogr�ficas de los sitios de muestreo en estas fincas son las siguientes:

Puntos	Coordenada Este (X)	Coordenada Norte (Y)	Altitud
P1	0298429	9957411	252 msnm
P2	0298560	9957055	293 msnm
P3	0298445	9956763	339 msnm

 

Tabla 1: Coordenadas Geogr�ficas de los sitios de muestreo y tratamientos (Zona 18 M)

Fuente: Elaboraci�n propia

Se muestran las ubicaciones exactas de estas fincas en la figura 2

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Ubicaci�n de la zona de estudio

Elaboraci�n propia

 

Para el an�lisis de la contaminaci�n del suelo y la propuesta de remediaci�n, se utiliz� una combinaci�n de revisi�n documental, an�lisis de muestras de suelo y observaciones de campo. El objetivo principal fue evaluar la calidad del suelo y la extensi�n de la contaminaci�n por hidrocarburos, para luego proponer un plan de mitigaci�n basado en el m�todo de bioventing.

A.      M�todos

Muestreo de Suelo

En cada una de las tres fincas, se realiz� una calicata: en la primera finca perteneciente al Sr. Luis Yumbo, una calicata de 1,20 metros de profundidad; en la segunda finca del Sr. Daniel Valarezo, una de 1,90 metros de profundidad; y en la tercera finca del Sr. Santos Merizalde, una calicata de 2 metros de profundidad. En cada calicata se identificaron y midieron diferentes horizontes del suelo (A, B, C y D) y se tomaron 11 submuestras de los tres primeros horizontes. Las submuestras fueron removidas y colocadas en un balde esterilizado, formando una �nica muestra homog�nea de 2 libras por cada finca. Las muestras fueron etiquetadas con la informaci�n relevante y las calicatas cubiertas con pl�stico negro para prevenir la entrada de agua (Yumbo, Valarezo & Merizalde, 2023).

An�lisis de Laboratorio

Las muestras fueron enviadas al Laboratorio de An�lisis y Evaluaci�n Ambiental (AQLAB) para la evaluaci�n de los siguientes par�metros: conductividad el�ctrica, bario (Ba), cadmio (Cd), n�quel (Ni), plomo (Pb), hidrocarburos totales (TPH), hidrocarburos arom�ticos polic�clicos (HAP�s) y el potencial de hidr�geno (pH) (AQLAB, 2023).

 

An�lisis de Par�metros F�sico-Qu�micos

Los an�lisis de par�metros f�sico-qu�micos se realizaron en el laboratorio de la Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo Sede Orellana, donde se determin� la textura, color, plasticidad, conductividad el�ctrica, salinidad, capacidad de intercambio cati�nico, pH y materia org�nica del suelo. Para determinar la textura del suelo, se utiliz� el m�todo de Bouyoucos (Andrades, Moliner & Masaguer, 2015) y el Tri�ngulo Textural de los suelos (Pellegrine, 2019). Esta metodolog�a implic� la preparaci�n de una suspensi�n de suelo, la medici�n de las concentraciones de arena, limo y arcilla utilizando un hidr�metro, y la clasificaci�n de la textura del suelo utilizando el tri�ngulo textural (Recinos Derick, 2018).

 

Plasticidad:

Se emple� el m�todo del l�mite de pl�stico (Ram�rez, 2021, p. 44). Las muestras de suelo se secaron en un horno a 110 �C durante 24 horas, luego se trituraron y tamizaron. Las muestras tamizadas se dividieron en tres partes iguales y se acondicionaron. Para cada muestra, se pesaron 50 gramos de suelo y se mezclaron con 20 mililitros de agua destilada hasta obtener una pasta homog�nea. Esta pasta se dej� reposar durante periodos variables dependiendo de la textura del suelo (24 horas para la muestra de textura arcillosa y 12 horas para las de textura franca arcillosa-arenosa) y se volvi� a mezclar durante 10 minutos. Luego se form� una esfera con la pasta y se molde� en un crisol, dividi�ndola en dos partes. De cada muestra se tom� una porci�n de 1 cm^3 y se amas� hasta formar un cilindro con di�metro de 3 mm. Este proceso se repiti� hasta que el cilindro se fisur� al llegar a los 3 mm. Los cilindros se secaron en un horno y se pesaron para calcular el l�mite pl�stico mediante las f�rmulas de Pilatasig Murillo (2021, pp. 11-12).

 

Color

Se extrajeron peque�as muestras de cada sedimento y se compararon con la Tabla de Munsell (matrices 2.5 YR, 5 YR y 7.5 YR) para identificar el color del suelo.

 

Salinidad y Conductividad el�ctrica

Se midi� la salinidad mediante la conductividad el�ctrica. Se pesaron 100 gramos de cada muestra de suelo y se mezclaron con 100 mililitros de agua destilada. La conductividad el�ctrica se midi� con un multipar�metro previamente calibrado con una soluci�n STD (S�lidos Totales Disueltos) 1413 uS/cm.

 

Capacidad de intercambio cati�nico (CIC)

Se utiliz� el m�todo del acetato de amonio C₂H₇(NO₂) al 1 N a pH 7 (Vallejo et al., 2016). Las muestras de suelo se secaron en un horno a 105 �C durante 24 horas, se tamizaron y se pesaron 5 gramos de suelo. Se a�adi� acetato de amonio C₂H₇(NO₂) al 1 N a pH 7 y se agit�. Luego, se filtr� la soluci�n y se realizaron lavados sucesivos con acetato de amonio, alcohol et�lico y cloruro de sodio. Se neutralizaron las soluciones con formol y se titul� con hidr�xido de sodio. Finalmente, se calcularon los valores de CIC utilizando la f�rmula proporcionada por Vallejo et al. (2016).

 

 

 

 

pH

Se pesaron 100 gramos de cada suelo y se mezclaron con 100 mililitros de agua destilada. Se dej� reposar la mezcla durante 30 minutos y se removi� ocasionalmente. El pH se midi� con un pH-metro previamente calibrado con soluciones buffer de pH 4.0, 7.0 y 9.2.

 

Textura del Suelo

Se utiliz� el m�todo de Bouyoucos (1962), que implica la dispersi�n de las part�culas del suelo en agua mediante el uso de un agente dispersante, seguido de la sedimentaci�n de las part�culas por gravedad. Se pesaron 100 gramos de suelo seco y se colocaron en un tubo de sedimentaci�n. Se agreg� un dispersante (hexametafosfato de sodio) y agua destilada hasta el marcador de 1000 ml. El tubo se agit� y se dej� reposar durante 24 horas para permitir la sedimentaci�n de las part�culas. Despu�s de este tiempo, se midi� la altura de las diferentes capas de sedimento (arena, limo y arcilla). La textura del suelo se determin� utilizando el tri�ngulo textural de USDA.

 

Materia Org�nica (MO)

Se utiliz� el m�todo de Walkley-Black (1934), que implica la oxidaci�n de la materia org�nica del suelo con una soluci�n de �cido sulf�rico y dicromato de potasio. Se pesaron 10 gramos de suelo y se a�adi� la soluci�n oxidante. La mezcla se agit� y se dej� reposar durante 30 minutos. Luego, se a�adi� sulfato ferroso y se titul� con permanganato de potasio. La cantidad de materia org�nica se calcul� utilizando la f�rmula proporcionada por Walkley y Black (1934).

Es importante mencionar que todas las muestras de suelo se recolectaron a una profundidad de 0 a 30 cm, con un barreno de acero inoxidable. Las muestras se almacenaron en bolsas de pl�stico y se etiquetaron correctamente. Las muestras se transportaron al laboratorio y se almacenaron a temperatura ambiente hasta su an�lisis

 

Resultados Y Discusiones

Caracterizaci�n de la calidad del suelo

Resultados del an�lisis de textura en suelos

La composici�n de los tres suelos analizados en el laboratorio var�a en cuanto a su textura. La primera y la segunda muestra corresponden a un suelo de tipo franco arcilloso-arenoso, mientras que la tercera muestra se caracteriza como un suelo arcilloso. Los suelos franco arcilloso-arenoso son conocidos por su alta capacidad de retenci�n de agua y su bajo contenido en nutrientes, mientras que los suelos arcillosos tienen la capacidad de almacenar el doble de agua y presentan una menor p�rdida de nutrientes.

 

Tabla 2. Caracterizaci�n de suelos por agregado

 

Muestra	Arena %	Limo %	Arcilla %	Clase textural
1	74,88 %	35,04 %	60,16 %	Franco arcillo-arenoso
2	84,72 %	44,16 %	59,44 %	Franco arcillo-arenoso
3	38,88 %	27,04 %	88,16 %	Arcilla

Fuente: Elaboraci�n propia

 

 

Los �ndices de plasticidad para cada tipo de suelo muestran m�nimas variaciones porcentuales. As�, la primera muestra de suelo tiene un �ndice de plasticidad del 29,87%. La segunda muestra presenta un �ndice de plasticidad m�s bajo, del 26,36%, en comparaci�n con las otras dos. La �ltima muestra de suelo tiene un �ndice de plasticidad del 29,13%. Esto indica que todas las muestras de suelo tienen un �ndice de plasticidad moderado, lo que sugiere una presencia media de arcilla

 

Resultados del l�mite de plasticidad.

 

Tabla 3. Resultados de an�lisis de plasticidad

Fuente: Elaboraci�n propia

 

Resultados de la salinidad y conductividad el�ctrica del suelo

Como se ha notado, hay una m�nima variaci�n entre los suelos examinados, lo cual fue considerado para su an�lisis correspondiente. Por lo tanto, si la conductividad el�ctrica supera los 16, los suelos se vuelven extremadamente salinos, lo que significa que los tres suelos estudiados presentan una alta concentraci�n de sales solubles. Esta situaci�n, cuando se combinan con hidrocarburos, puede afectar de manera significativa a los suelos.

 

Tabla 4: Resultados de conductividad el�ctrica y salinidad

Fuente: Elaboraci�n propia

 

 

Resultados del pH de los suelos

Se pudo observar que los valores de pH variaron en respuesta a la presencia de hidrocarburos. En este sentido, la primera muestra de suelo result� ser altamente �cida, la segunda muestra fue levemente �cida, y finalmente, la tercera muestra demostr� ser moderadamente �cida. Los niveles de pH resultaron ser altos y medios, lo cual no resulta particularmente favorable o beneficioso para estos tipos de suelos.

 

Tabla 5: Resultados del pH del suelo

Fuente: Elaboraci�n propia

 

Al contrastar los resultados referentes a la calidad del suelo con los hallazgos recientes sobre la recuperaci�n del suelo, se evidenci� una disminuci�n en la concentraci�n de contaminantes. El bario mostr� una concentraci�n de 245 ppm, un valor dentro del rango aceptable. Igualmente, los metales como el cadmio, n�quel y plomo contribuyeron a la reducci�n de la alta concentraci�n del contaminante. Por otro lado, los TPH y HAP�s no fueron completamente eliminados, aunque s� se logr� reducir significativamente su concentraci�n. El potencial de hidr�geno, por su parte, retorn� a un estado normal, lo que indica que el m�todo de bioventing fue efectivo para reducir la presencia de estos elementos, incluso hasta niveles considerados normales de acuerdo a los l�mites establecidos en la normativa ambiental en vigor para la recuperaci�n del suelo, seg�n el Anexo 2 del TULSMA. Por �ltimo, no se realiz� an�lisis en el tercer suelo ya que se utiliz� como referencia de un suelo contaminado para comparar con los otros dos suelos sometidos al m�todo de bioventing

 

Criterios de Remediaci�n de la muestra 1

 

Tabla 6: Criterios de remediaci�n muestra 1

Fuente: Elaboraci�n propia

 

Criterios de Remediaci�n de la muestra 2

 

Tabla 7: Criterios de remediaci�n muestra 2

Fuente: Elaboraci�n propia

 

Criterios de Calidad del suelo de la muestra 3

 

Tabla 8: Criterios de remediaci�n muestra 2

Fuente: Elaboraci�n� propia

 

 

Conclusiones

La incidencia de hidrocarburos en el suelo provoca un considerable deterioro en su salud, alterando sus funciones esenciales y desestabilizando su estructura. La textura de los tres suelos examinados, arcillo-arenosa y arcillosa, indica que la contaminaci�n no ha influido significativamente en su capacidad de retenci�n de agua, aunque s� se observa una p�rdida de nutrientes. Adem�s, la plasticidad de estos suelos exhibe rangos similares, sugiriendo un nivel de humedad intermedio en cuanto a su flexibilidad. Estos suelos tambi�n presentan tonalidades marr�n oscuro y rojo, lo que sugiere un bajo contenido de materia org�nica.

Por otro lado, la conductividad el�ctrica y salinidad presentan una elevada concentraci�n, indicando una perturbaci�n de la solubilidad del suelo como resultado de la contaminaci�n por hidrocarburos. Sin embargo, la capacidad de intercambio i�nico no parece verse gravemente afectada, ya que el porcentaje de capacidad de intercambio cati�nico es altamente elevado, lo que sugiere un alto contenido de nutrientes y una s�lida capacidad de retenci�n de agua. A pesar de esto, los niveles de pH son altos, indicando una considerable acidez, lo que limita la mejora de las propiedades del suelo. Por �ltimo, la materia org�nica muestra una marcada p�rdida de peso, lo que implica un grave impacto en la formaci�n del suelo y una alteraci�n de sus propiedades fisicoqu�micas.

La calidad del suelo ha sido gravemente impactada por la contaminaci�n por hidrocarburos, ya que han provocado una alteraci�n significativa de los compuestos fisicoqu�micos del suelo y han excedido los l�mites m�ximos permitidos de conductividad el�ctrica, potencial de hidr�geno, bario, cadmio, n�quel, plomo, hidrocarburos totales y hidrocarburos arom�ticos polic�clicos establecidos en el Anexo-2 del TULSMA.

La aplicaci�n del m�todo de bioventing ha jugado un papel crucial en la disminuci�n y degradaci�n de los contaminantes presentes en el suelo. Esta conclusi�n se infiere al contrastar los suelos contaminados con aquellos expuestos al tratamiento de bioventing, donde se observa una notable disminuci�n en los elementos met�licos, compuestos fisicoqu�micos y vol�tiles perturbados por los hidrocarburos. Este m�todo ha contribuido a reducir la sobrecarga de contaminaci�n y a mantener los par�metros dentro de los l�mites permitidos seg�n el Anexo-2 del TULSMA.

En conclusi�n, se acepta la hip�tesis propuesta en la investigaci�n, es decir, que el tratamiento dos es �ptimo para mitigar el exceso de contaminaci�n causado por los hidrocarburos durante su mayor tiempo de exposici�n al m�todo de bioventing. Por �ltimo, se recomienda realizar un an�lisis de la huella de carbono para controlar los gases emitidos a la atm�sfera.

 

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