CUESTIONARIO DE BIOPILAS Y COMPOSTAJE

1.    ¿DE QUÉ MATERIAL ES LA BASE DE LA BIOPILA? La base para la biopila consta de una sub-base de suelo o arcillas, una capa impermeable, una capa compactada de suelo limpio y a los lados, zanjas o canales para la conducción del exceso de agua fuera del área de tratamiento

2.    ¿DE QUÉ MATERIAL ES LA CUBIERTA DE LA BIOPILA? La biopila debe cubrirse con un material inerte (grava, aserrín, polietileno de baja densidad, entre otros). En el caso de las biopilas estáticas, se requiere de la instalación de tubos de respiración

3.    MEDIDAS DE UNA BIOPILA Dependerá de la cantidad de suelo a tratar
No existe una medida idealmente establecida para el largo y ancho de las pilas, esto generalmente depende del volumen de suelo a tratar y del área disponible. En el caso de biopilas estáticas, se recomienda que no excedan los 2.5 m de altura, con el fin de evitar problemas de difusión del aire a través de la composta

4.    ¿EN QUÉ TIPO DE PRUEBAS FISICOQUÍMICAS Y BIOLÓGICAS SE USAN PARA EL MONITOREO Y CONTROL DEL PROCESO?

 Fisicoquímicas incluyen determinaciones de:

• pH: El rango de pH recomendado para que se lleve a cabo una buena degradación de hidrocarburos en suelos se encuentra entre 5 y 9, con un óptimo en 7
• Temperatura
• Contenido Humedad: La humedad es una de las variables más importantes para favorecer la degradación de contaminantes orgánicos por los microorganismos. El rango de humedad recomendado para sistemas de composteo aplicados en la remediación de suelos contaminados por hidrocarburos es de 40 a 60%.
• Actividad de agua los valores de Aw indican la cantidad de agua disponible para que los microorganismos puedan desarrollar sus funciones metabólicas, la mayoría de ellos requiere valores mayores a 0.9 para su crecimiento de nutrientes
• Concentración de oxígeno en el interior de la composta: Cuando la velocidad de degradación de un compuesto es relativamente lenta, como en el caso de los hidrocarburos, el proceso puede seguirse continuamente por la cuantificación del CO2 producido y/o el O2 consumido. La cantidad de CO2 producido en un medio con hidrocarburos como única fuente de carbono, es una medida directa de su mineralización.
• Concentración del (los) contaminante (s)
• Conductividad eléctrica (CE): es uno de los parámetros más utilizados para estimar la salinidad en suelos

Biológicas que sirven para cuantificar la población y actividad microbiana, así como la capacidad de biodegradación de los contaminantes presentes en el suelo

5.    ¿CÓMO SE MONITOREA LA ACTIVIDAD DE LOS MICRO ORGANISMOS?

En las biopilas estáticas con sistema de inyección o extracción de aire, se puede determinar la actividad microbiana durante el tiempo real del proceso de composteo, mediante la medición del consumo de oxígeno o por la producción de bióxido de carbono en el vapor de salida de la biopila. Es recomendable realizar esta medición al menos en los primeros tres meses del tratamiento.
El resultado de estos análisis es de gran importancia para determinar el estado en el que se encuentra la biopila, lo que permite ajustar cada parámetro hasta obtener las condiciones óptimas de operación. De esta manera, es posible ajustar el pH, las velocidades del flujo de inyección o extracción de aire, el mezclado de la composta, la adición de agua, nutrientes y, en algunos casos, microorganismos exógenos adaptados para degradar cierto tipo de contaminantes.

       

6.     VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL COMPOSTEO

VENTAJAS

• Son sistemas económicamente factibles, comparados con las tecnologías térmicas y fisicoquímicas tradicionales.
• Son tecnologías relativamente simples, comparadas con la mayoría de las tecnologías tradicionales. El diseño y construcción de las biopilas son relativamente sencillos.
• Pueden considerarse estrategias efectivas y ambientalmente “amigables”, ya que biotransforman parcial o totalmente los contaminantes en biomasa y productos estables e inocuos.
• El objetivo del composteo es la biodegradación (destrucción) y detoxificación de contaminantes, mientras que otras tecnologías, como la adsorción en carbón activado, el lavado, el confinamiento y solidificación/estabilización, únicamente transfieren los contaminantes de un medio a otro. Una consecuencia común de la actividad microbiana es la detoxificación de químicos tóxicos.
• El suelo biorremediado con el uso de sistemas de composteo, no necesita ser confinado posteriormente.

DESVENTAJAS

• Está limitado a contaminantes orgánicos.
• Concentraciones muy altas de contaminantes pueden resultar tóxicas e inhibir la biodegradación. En el caso de hidrocarburos (HTP), es recomendable que la concentración no exceda 50,000 ppm. Por otra parte, concentraciones de metales pesados mayores a 2,500 ppm pueden inhibir el crecimiento microbiano.
• Una disminución en la actividad microbiana provoca una disminución en la degradación y aumenta el periodo del tratamiento. Por ello, el éxito del proceso depende de la capacidad para crear y mantener las condiciones ambientales necesarias para el crecimiento microbiano.
• Existe el riesgo de que ciertos compuestos originalmente inocuos, puedan ser convertidos en productos tóxicos para una u otra especie.
• Es necesario contar con un espacio adecuado para montar los sistemas.
• El suelo contaminado debe excavarse, lo que puede provocar la liberación de compuestos orgánicos volátiles.
• El arrastre de vapores durante el proceso de aireación requiere de tratamiento antes de descargar a la atmósfera.
• Existe un incremento volumétrico del material a tratar por la adición de los agentes de volumen. Sin embargo, este problema queda solucionado con el tiempo de tratamiento.
• En general, los procesos de biorremediación requieren mayor tiempo de tratamiento que los físicos y químicos.

7.    COSTOS Y TIEMPOS DE TRATAMIENTO

$70 MEX. INCLUYENDO COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

$58-260 USA. NO INCLUYE COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO (DEPENDE DE LAS CONDICIONES DEL SITIO).

TIEMPOS: pueden oscilar desde algunos meses hasta uno o dos años, dependiendo del tipo y condiciones del suelo, de la biodisponibilidad del contaminante y de las condiciones climáticas del sitio.

Bibliografía:

·         SANEAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS MEDIANTE BIOPILAS; Adriana Roldán Martín, Rosario Iturbe Arguelles. Instituto de Ingeniería, UNAM, archivo pdf

·         http://www2.ine.gob.mx/publicaciones/gacetas/381/volke.html

·         http://www.ine.gob.mx/descargas/dgcenica/composteo2003.pdf

·         Universidad de oriente “biorremediación de ecosistemas contaminados con xenobióticos. Centro de estudios de biotecnología industrial. Archivo pdf.

ELECCION D TEMA D CASOS

PROFE YO ELEGI ESTE TEMA Petroleum Product Recovery and Contaminated Groundwater Remediation at Amoco Petroleum Pipeline, Constantine, Michigan.

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS DE SUELOS CONTAMINADOS: CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS…

Biodescontaminación: es un proceso espontáneo o dirigido en el cual se utilizan procedimientos biológicos, fundamentalmente microbiológicos, para degradar o transformar los contaminantes hasta formar menos toxinas o no tóxicas y mitigar.
Algunos parámetros que se incluyen son; la biodegradabilidad, la destrucción del contaminante en las distintas fases, lixiviado, reactividad química, tipo y propiedades del suelo, disponibilidad del oxígeno y la presencia o ausencia de sustancias inhibidoras.
Los hongos basidiomicetos producen un conjunto de enzimas extracelulares para metabolizar la lignina que les confieren, la capacidad de degradar un amplio grado de contaminantes.
En 1980 se empezó a retirar contaminantes de suelos contaminados con confinamiento.
Algunos de los accidentes que se consideran como muy elevados en impacto ambiental son; Exxon Valdez, la central nuclear de Chernobil, la rotura de la presa de Aznalcóllar, etc.
Entre las técnicas posibles de tratamiento para descontaminar están los procesos de degradación biológica, los cuales son procesos naturales que no suponen un impacto ambiental sobre los ecosistemas y que se pueden realizar a un bajo costo.
El resultado final de estos depende de la toxicidad y concentración inicial de los contaminantes, biodegradabilidad, propiedades del suelo, etc. La eficacia del tratamiento se reduce debido a la toxicidad de los microorganismos.

TÉCNICAS PARA EL TRATAMIENTO DE EMPALZAMIENTOS CONTAMINADOS
La recuperación de un espacio se puede abordar en 3 diferentes categorías:
· Confinamiento: tiene la finalidad de al aislamiento del contaminante, evitando la salida de lixiviados, polvos o gases.
· Limpieza: incluye la aplicación de 1 o varias tecnologías para eliminación de contaminantes. Tiene 3 tratamientos a su vez; 1.- tratamiento in situ, 2.- excavación de remplazo y t. ex situ y 3.- excavación, retirada y depósito en vertederos.
· Estrategia de respuesta: tratamiento a largo plazo que incluye diversas actuaciones. Dependiendo de lo que se trate hay distintos tipos de tratamiento; in situ- ex situ – biológico. Y estos a diferentes situaciones. Fisicoquímico, biológico, térmico, etc.

PROCESO DE ATENUACIÓN NATURAL
Este es el conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos, que ocurren espontáneamente en un determinado espacio, posteriormente a la aparición de la contaminación en este.
De este pueden intervenir 5 grupos de mecanismos:
· Biodegradación
· Transformación química
· Estabilización
· Volatilización
· Dispersión y dilución
En la atenuación natural uno de los componentes más importantes es la biodegradación.
En algunos casos la atenuación no va a producirse con la celeridad y eficacia suficientes, para evitar los riesgos, tanto para la salud humana como para el ambiente, derivados del espacio contaminado, por lo cuál es necesario aplicar saneamiento y recuperación.

TRATAMIENTO IN SITU DE SUELOS CONTAMINADOS
Este no requiere excavar y retirar el suelo contaminado, por lo cuál provoca menos liberación de polvo y contaminantes por lo cuál permite descontaminar un mayor volumen de suelo que por el T. ex situ.
El tratamiento ex situ el suelo es quien funge como reactor por lo cuál se generan inconvenientes por que es más lento, tiene dificultad al mantener las condiciones y dependencia de los suelos.

TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS SUBTERRANEÁS
Este tratamiento pretende aumentar la velocidad del proceso de degradación natural.
Una de las principales limitaciones de este tipo de operación, es que el agua podría irse al reinyectarse, y que las vías de flujos no contengan el descontaminante, y pues sólo se descontamine algo y no todo.

TRATAMIENTO EX SITU DE SUELOS CONTAMINADOS
Estás técnicas pueden ser muy fáciles y rápidas de controlar y aplicables a un mayor abanico de contaminantes y suelos que las técnicas in situ. Sin embargo requieren excavación y acondicionamiento del suelo antes y después de la fase de tratamiento. Incluyendo técnicas de tratamiento en fase sólida como en forma de lodos.

BIODISPONIBILIDAD DE LOS CONTAMINANTES E INTERACCIONES CON LA MATRIZ DEL SUELO
La disponibilidad de un compuesto orgánico en agua se reduce, temporalmente, cuando se une a partículas suspendidas o a sedimentos.
El concepto de biodisponibilidad engloba diferentes factores, físicos, químicos y biológicos del entorno y es diferente para diferentes organismos.
Los distintos tipos de interacciones de los compuestos orgánicos en la matriz del suelo son 4;
· Residuo ligado covalentemente
· Residuos solubles ligados covalentemente
· Residuos adsorbidos
· Residuos inmovilizados (atrapados)

PROCESO DE ENVEJECIMIENTO DE LA CONTAMINACIÓN
El envejecimiento de los compuestos depende de diversos factores como; cantidad, naturaleza de la materia orgánica, constituyentes inorgánicos del suelo, estructura y tamaño de poro entre otros.
El resultado del proceso de envejecimiento es la movilización de compuestos desde los compartimientos más accesibles del suelo, a los menos accesibles o a los inaccesibles, con el cuál se produce 1 reacción en la capa de extracción de los componentes.

VALORACIÓN DE LA BIODISPONIBILIDAD
Esta puede ser evaluada con 2 perspectivas distintas; química y biológica.
Los aspectos biológicos de esta valoración son;
· Ser accesible al organismo
· Ser biodegradable
Aspectos químicos:
· Como objeto es la determinación de la concentración de compuestos totales y por tanto, se han aplicado métodos como la extracción en Soxhlet.
· Se debe tener en consideración la determinación de riesgo toxicológico o evaluación de la posibilidad de bioacumulación.

ENSAYOS PARA EVALUAR LA EFECTIVIDAD DEL TRATAMIENTO
Los contaminantes que son biodegradables bajo condiciones naturales incluyen;
· BTEX
· Creosota
· VOC
· TCE y PCE
· Pesticidas
· Solventes orgánicos
· Conservantes para madera
Muchos de los contaminantes son persistentes en le ambiente como; PCB, PAH son resistentes al tratamiento microbiológico por diferentes causas como; toxicidad, utilización preferente por los microorganismos, incapacidad genética, condiciones ambientales etc.
Aunque el tratamiento biológico no puede degradar contaminantes inorgánicos (metales y radionúclidos).
Las condiciones ambientales que pueden retardar o incluso detener el proceso de degradación;
· Concentración elevada del contaminante
· Gradientes de concentración muy rápidos
· Número o tipo de microorganismos inadecuado
· Condiciones demasiado ácidas o demasiado alcalinas
· Falta de nutrientes adecuados
· Baja permeabilidad o existencia de estratos; dificultad de eficiencia de la contaminación.
· Condiciones de humedad desfavorables
· Escasez de oxígeno, nitrato o sulfato como fuente de energía

VIABILIDAD DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
Debe tener las siguientes variables;
· Biodegradabilidad
· Distribución de los contaminantes
· Potencial de lixiviación
· Reactividad química de los contaminantes
· Extensión y profundidad de la contaminación
· Tipo y propiedades del suelo
· Competencia biológica
· Presencia o ausencia de sustancias tóxicas
· Capacidad de los microorganismos del suelo para degradar
Biodegradación en el suelo, es un complejísimo proceso, que integra difusión de contaminantes en la matriz porosa del suelo, adsorción a la superficie del suelo y biodegradación en las biopelículas que se configuran en la superficie de las partículas de suelo y grandes poros, así como en la fase acuosa.
Una forma de estudiar la capacidad de degradar biológicamente un cierto contaminante en el suelo, es evaluar, utilizando técnicas de respirometría. Se trata de conocer la tasa de respiración que puede servir para determinar la posibilidad de éxito al estimular el crecimiento biológico en ese medio.
La degradación de contaminantes orgánicos es difícil por la existencia de factores complejos como:
· Presencia de barreras que dificulten la difusión de contaminantes
· Efecto de la adsorción química a las arcillas y constituyentes húmicos
· Presencia de otros materiales orgánicos
· Cambios en el crecimiento microbiano
· Efecto de la solubilidad
· Formación de la biopelícula en la superficie
· Existencia de microflora no adaptada

VALORACIÓN DE LA EFICIENCIA DE UN TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE DESCONTAMINACIÓN
Es la evaluación del éxito obtenido después de la aplicación del tratamiento.
Algunos factores difíciles de valorar:
· La disminución de la concentración de los sustratos
· El ambiente es de gran heterogeneidad
· Lixiviación muy difícil

TÉCNICAS PARA PREDECIR LA EFECTIVIDAD DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE UN SUELO CONTAMINADO
Los factores que controlan la densidad de población;
· Factores fisicoquímicos como; pH, el contenido de agua, oxi-reducción, salinidad, textura del suelo, etc.
· Factores biológicos incluye; la competencia por los recursos, la existencia de predadores como protozoos y microartrópodos y los inhibidores metabólicos.

QUÍMICA DE LOS HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO
El grupo de los hidrocarburos del petróleo en donde se encuentran el combustible puro, fuentes de combustible como el gas natural, carbón y turba.
Existen 3 grupos:
· Alcanos(parafinas)
· Alquenos(olefinas)
· Hidrocarburos aromáticos

TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE CONTAMINACIONES POR PETRÓLEO Y SUS DERIVADOS
Condiciones generales a cualquier proceso de degradación biológica:
· Biodegradación de todos los hidrocarburos requiere la disponibilidad de aceptores electrónicos
· Biodegradación de alcanos así como las rutas metabólicas implicadas están bien identificadas
· Producen surfactantes como respuesta a la presencia de hidrocarburosCompuestos oxigenados