Estudio de la Contaminación de Suelos por Hidrocarburos en la Comunidad Virgen del Carmen y Propuesta de Remediación mediante Bioventing

 

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

 

Estudo da Contaminação do Solo por Hidrocarbonetos na Comunidade Virgen del Carmen e Proposta de Remediação por Bioventilação

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: rzabala@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias Técnica y Aplicadas    

Artículo de Investigación

  

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

 

1. Ingeniero Forestal, Máster en Ingeniería Ambiental y Seguridad Industrial, Máster Universitario en Gestión Ambiental y Energética en las Organizaciones, Docente Investigador de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Facultad de Recursos Naturales (FRN), Ecuador.
2. Ingeniera Ambiental Independiente, Investigadora Independiente, Ecuador.
3. Ingeniera en Biotecnología Ambiental, Magister Universitario en Sistemas Integrados de Gestión en mención Seguridad, Calidad y Ambiente, Investigadora de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo sede Orellana (ESPOCH), Facultad de Ciencias, Ecuador.
4. Ingeniero Químico, Magíster en Química mención Química-Física Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), Facultad de Recursos Naturales´, Ecuador.

Resumen

En el presente estudio se examinó el impacto de los hidrocarburos en la salud del suelo y evalúa la eficacia del método de bioventing para mitigar los daños. Los tres suelos analizados presentaron una textura arcillo-arenosa y arcillosa, y aunque la contaminación no afectó significativamente su capacidad de retención de agua, sí hubo una pérdida de nutrientes. También se observó una perturbación en la conductividad eléctrica y la salinidad debido a la contaminación por hidrocarburos, mientras que la capacidad de intercambio iónico se mantuvo alta. A pesar de un alto nivel de acidez y una pérdida de peso en la materia orgánica, se confirmó que el método de bioventing puede ser eficaz para reducir la sobrecarga de contaminación y mantener los parámetros dentro de los límites permitidos. Además, la investigación valida la hipótesis de que el bioventing es una estrategia óptima para mitigar los daños causados por los hidrocarburos. Finalmente, se sugiere que se realice un análisis de la huella de carbono para controlar los gases emitidos a la atmósfera.

Palabras Clave: Hidrocarburos; Suelo; Bioventing; Conductividad eléctrica; Interambio iónico; 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 saúde do solo foi examinado e a eficácia do método de bioventilação para mitigar os danos foi avaliada. Os três solos analisados ​​apresentaram textura argilosa-arenosa e argilosa e, embora a contaminação não tenha afetado significativamente a capacidade de retenção de água, houve perda de nutrientes. Um distúrbio na condutividade elétrica e salinidade devido à contaminação por hidrocarbonetos também foi observado, enquanto a capacidade de troca iônica permaneceu alta. Apesar de um alto nível de acidez e perda de peso em matéria orgânica, foi confirmado que o método de bioventilação pode ser eficaz em reduzir a sobrecarga de poluição e manter os parâmetros dentro dos limites permitidos. Além disso, a pesquisa valida a hipótese de que a bioventilação é uma estratégia ótima para mitigar os danos causados ​​pelos hidrocarbonetos. Por fim, sugere-se que seja realizada uma análise da pegada de carbono para controlar os gases emitidos para a atmosfera.

Palavras-chave: hidrocarbonetos; Chão; bioventilação; Condutividade elétrica; troca iônica; Pegada de carbono.

                                                                                              

Introducción

La contaminación del suelo es un problema mundial cada vez más grave que afecta tanto a la salud humana como a la integridad de los ecosistemas ((Osuna-Osuna et al., 2015)). Entre los contaminantes más persistentes y dañinos se encuentran los hidrocarburos, compuestos principalmente de carbono e hidrógeno, que se originan de las actividades relacionadas con la extracción y el refinamiento de petróleo ((González, 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 área que ha experimentado contaminación del suelo por hidrocarburos debido a su ubicación en una región de alta actividad petrolera. Las consecuencias de esta contaminación son evidentes en los impactos ambientales y de salud que enfrenta la comunidad ((Velázquez 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 mitigación y remediación ((Vizuete, 2016, p. 11).

 

Entre los métodos utilizados para remediar la contaminación del suelo por hidrocarburos, el bioventing ha demostrado ser prometedor. Este método se basa en la estimulación de la actividad de los microorganismos en el suelo que son capaces de degradar los hidrocarburos ((Torres, 2019, p. 13)). La implementación 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 contaminación del suelo por hidrocarburos en la Comunidad Virgen del Carmen y proponer un plan de mitigación que incluya la implementación del método de bioventing. Esperamos que este estudio pueda contribuir a la recuperación de los suelos contaminados y la mejora de la salud y el bienestar de los residentes de la comunidad (Quijano, 2015, p. 23).Área de Estudio y Métodos

A. Localización

El estudio se llevó a cabo en la Comunidad Virgen del Carmen, ubicada en la Parroquia Unión Milagreña, en el cantón Joya de los Sachas, uno de los cuatro cantones de la provincia de Orellana en la Amazonía ecuatoriana. Esta región se encuentra a 175 metros sobre el nivel del mar, tal como se puede observar en la figura 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Localización del área de estudio

Elaboración propia

En esta comunidad se encuentra la estación 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 región están contaminadas con lodos no tratados que contienen hidrocarburos, extraídos de pozos y depositados en el área sin un tratamiento adecuado.

Para la presente investigación, se seleccionaron tres fincas que presentaban niveles de contaminación particularmente altos para un estudio más detallado. Las coordenadas geográficas 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 Geográficas de los sitios de muestreo y tratamientos (Zona 18 M)

Fuente: Elaboración propia

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

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1. Ubicación de la zona de estudio

Elaboración propia

 

Para el análisis de la contaminación del suelo y la propuesta de remediación, se utilizó una combinación de revisión documental, análisis de muestras de suelo y observaciones de campo. El objetivo principal fue evaluar la calidad del suelo y la extensión de la contaminación por hidrocarburos, para luego proponer un plan de mitigación basado en el método de bioventing.

A.      Métodos

Muestreo de Suelo

En cada una de las tres fincas, se realizó 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 única muestra homogénea de 2 libras por cada finca. Las muestras fueron etiquetadas con la información relevante y las calicatas cubiertas con plástico negro para prevenir la entrada de agua (Yumbo, Valarezo & Merizalde, 2023).

Análisis de Laboratorio

Las muestras fueron enviadas al Laboratorio de Análisis y Evaluación Ambiental (AQLAB) para la evaluación de los siguientes parámetros: conductividad eléctrica, bario (Ba), cadmio (Cd), níquel (Ni), plomo (Pb), hidrocarburos totales (TPH), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP’s) y el potencial de hidrógeno (pH) (AQLAB, 2023).

 

Análisis de Parámetros Físico-Químicos

Los análisis de parámetros físico-químicos se realizaron en el laboratorio de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo Sede Orellana, donde se determinó la textura, color, plasticidad, conductividad eléctrica, salinidad, capacidad de intercambio catiónico, pH y materia orgánica del suelo. Para determinar la textura del suelo, se utilizó el método de Bouyoucos (Andrades, Moliner & Masaguer, 2015) y el Triángulo Textural de los suelos (Pellegrine, 2019). Esta metodología implicó la preparación de una suspensión de suelo, la medición de las concentraciones de arena, limo y arcilla utilizando un hidrómetro, y la clasificación de la textura del suelo utilizando el triángulo textural (Recinos Derick, 2018).

 

Plasticidad:

Se empleó el método del límite de plástico (Ramírez, 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 homogénea. Esta pasta se dejó 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 volvió a mezclar durante 10 minutos. Luego se formó una esfera con la pasta y se moldeó en un crisol, dividiéndola en dos partes. De cada muestra se tomó una porción de 1 cm^3 y se amasó hasta formar un cilindro con diámetro de 3 mm. Este proceso se repitió hasta que el cilindro se fisuró al llegar a los 3 mm. Los cilindros se secaron en un horno y se pesaron para calcular el límite plástico mediante las fórmulas de Pilatasig Murillo (2021, pp. 11-12).

 

Color

Se extrajeron pequeñas 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 eléctrica

Se midió la salinidad mediante la conductividad eléctrica. Se pesaron 100 gramos de cada muestra de suelo y se mezclaron con 100 mililitros de agua destilada. La conductividad eléctrica se midió con un multiparámetro previamente calibrado con una solución STD (Sólidos Totales Disueltos) 1413 uS/cm.

 

Capacidad de intercambio catiónico (CIC)

Se utilizó el método 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 añadió acetato de amonio C₂H₇(NO₂) al 1 N a pH 7 y se agitó. Luego, se filtró la solución y se realizaron lavados sucesivos con acetato de amonio, alcohol etílico y cloruro de sodio. Se neutralizaron las soluciones con formol y se tituló con hidróxido de sodio. Finalmente, se calcularon los valores de CIC utilizando la fórmula proporcionada por Vallejo et al. (2016).

 

 

 

 

pH

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

 

Textura del Suelo

Se utilizó el método de Bouyoucos (1962), que implica la dispersión de las partículas del suelo en agua mediante el uso de un agente dispersante, seguido de la sedimentación de las partículas por gravedad. Se pesaron 100 gramos de suelo seco y se colocaron en un tubo de sedimentación. Se agregó un dispersante (hexametafosfato de sodio) y agua destilada hasta el marcador de 1000 ml. El tubo se agitó y se dejó reposar durante 24 horas para permitir la sedimentación de las partículas. Después de este tiempo, se midió la altura de las diferentes capas de sedimento (arena, limo y arcilla). La textura del suelo se determinó utilizando el triángulo textural de USDA.

 

Materia Orgánica (MO)

Se utilizó el método de Walkley-Black (1934), que implica la oxidación de la materia orgánica del suelo con una solución de ácido sulfúrico y dicromato de potasio. Se pesaron 10 gramos de suelo y se añadió la solución oxidante. La mezcla se agitó y se dejó reposar durante 30 minutos. Luego, se añadió sulfato ferroso y se tituló con permanganato de potasio. La cantidad de materia orgánica se calculó utilizando la fórmula 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 plástico y se etiquetaron correctamente. Las muestras se transportaron al laboratorio y se almacenaron a temperatura ambiente hasta su análisis

 

Resultados Y Discusiones

Caracterización de la calidad del suelo

Resultados del análisis de textura en suelos

La composición de los tres suelos analizados en el laboratorio varía 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 retención 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 pérdida de nutrientes.

 

Tabla 2. Caracterización 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: Elaboración propia

 

 

Los índices de plasticidad para cada tipo de suelo muestran mínimas variaciones porcentuales. Así, la primera muestra de suelo tiene un índice de plasticidad del 29,87%. La segunda muestra presenta un índice de plasticidad más bajo, del 26,36%, en comparación con las otras dos. La última muestra de suelo tiene un índice de plasticidad del 29,13%. Esto indica que todas las muestras de suelo tienen un índice de plasticidad moderado, lo que sugiere una presencia media de arcilla

 

Resultados del límite de plasticidad.

 

Tabla 3. Resultados de análisis de plasticidad

Fuente: Elaboración propia

 

Resultados de la salinidad y conductividad eléctrica del suelo

Como se ha notado, hay una mínima variación entre los suelos examinados, lo cual fue considerado para su análisis correspondiente. Por lo tanto, si la conductividad eléctrica supera los 16, los suelos se vuelven extremadamente salinos, lo que significa que los tres suelos estudiados presentan una alta concentración de sales solubles. Esta situación, cuando se combinan con hidrocarburos, puede afectar de manera significativa a los suelos.

 

Tabla 4: Resultados de conductividad eléctrica y salinidad

Fuente: Elaboración 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 resultó ser altamente ácida, la segunda muestra fue levemente ácida, y finalmente, la tercera muestra demostró ser moderadamente ácida. 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: Elaboración propia

 

Al contrastar los resultados referentes a la calidad del suelo con los hallazgos recientes sobre la recuperación del suelo, se evidenció una disminución en la concentración de contaminantes. El bario mostró una concentración de 245 ppm, un valor dentro del rango aceptable. Igualmente, los metales como el cadmio, níquel y plomo contribuyeron a la reducción de la alta concentración del contaminante. Por otro lado, los TPH y HAP´s no fueron completamente eliminados, aunque sí se logró reducir significativamente su concentración. El potencial de hidrógeno, por su parte, retornó a un estado normal, lo que indica que el método de bioventing fue efectivo para reducir la presencia de estos elementos, incluso hasta niveles considerados normales de acuerdo a los límites establecidos en la normativa ambiental en vigor para la recuperación del suelo, según el Anexo 2 del TULSMA. Por último, no se realizó análisis en el tercer suelo ya que se utilizó como referencia de un suelo contaminado para comparar con los otros dos suelos sometidos al método de bioventing

 

Criterios de Remediación de la muestra 1

 

Tabla 6: Criterios de remediación muestra 1

Fuente: Elaboración propia

 

Criterios de Remediación de la muestra 2

 

Tabla 7: Criterios de remediación muestra 2

Fuente: Elaboración propia

 

Criterios de Calidad del suelo de la muestra 3

 

Tabla 8: Criterios de remediación muestra 2

Fuente: Elaboración  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 contaminación no ha influido significativamente en su capacidad de retención de agua, aunque sí se observa una pérdida de nutrientes. Además, la plasticidad de estos suelos exhibe rangos similares, sugiriendo un nivel de humedad intermedio en cuanto a su flexibilidad. Estos suelos también presentan tonalidades marrón oscuro y rojo, lo que sugiere un bajo contenido de materia orgánica.

Por otro lado, la conductividad eléctrica y salinidad presentan una elevada concentración, indicando una perturbación de la solubilidad del suelo como resultado de la contaminación por hidrocarburos. Sin embargo, la capacidad de intercambio iónico no parece verse gravemente afectada, ya que el porcentaje de capacidad de intercambio catiónico es altamente elevado, lo que sugiere un alto contenido de nutrientes y una sólida capacidad de retención 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 último, la materia orgánica muestra una marcada pérdida de peso, lo que implica un grave impacto en la formación del suelo y una alteración de sus propiedades fisicoquímicas.

La calidad del suelo ha sido gravemente impactada por la contaminación por hidrocarburos, ya que han provocado una alteración significativa de los compuestos fisicoquímicos del suelo y han excedido los límites máximos permitidos de conductividad eléctrica, potencial de hidrógeno, bario, cadmio, níquel, plomo, hidrocarburos totales y hidrocarburos aromáticos policíclicos establecidos en el Anexo-2 del TULSMA.

La aplicación del método de bioventing ha jugado un papel crucial en la disminución y degradación de los contaminantes presentes en el suelo. Esta conclusión se infiere al contrastar los suelos contaminados con aquellos expuestos al tratamiento de bioventing, donde se observa una notable disminución en los elementos metálicos, compuestos fisicoquímicos y volátiles perturbados por los hidrocarburos. Este método ha contribuido a reducir la sobrecarga de contaminación y a mantener los parámetros dentro de los límites permitidos según el Anexo-2 del TULSMA.

En conclusión, se acepta la hipótesis propuesta en la investigación, es decir, que el tratamiento dos es óptimo para mitigar el exceso de contaminación causado por los hidrocarburos durante su mayor tiempo de exposición al método de bioventing. Por último, se recomienda realizar un análisis de la huella de carbono para controlar los gases emitidos a la atmósfera.

 

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