1. Problema

El suelo estaba contaminado por fugas de gasolina y un disolvente de hidrocarburos alifáticos de cadena ramificada C13-C15 provenientes de tanques de almacenamiento subterráneos. El objetivo de este trabajo fue tratar biológicamente el suelo contaminado con gasolina y un disolvente de hidrocarburos alifáticos de cadena ramificada C13-C15 para reducir la concentración total de hidrocarburos de petróleo (TPH) a menos de 100 ppm mediante una técnica de biopila.

2. Productos utilizados

1. MICROCAT®-XBS, Degradador de Hidrocarburos y 

2. MICROCAT®-NPN, Nutrientes Biodegradables.

3. Historia del sitio

Se retiraron los tanques de almacenamiento subterráneo y se excavaron 1200 yardas cúbicas de suelo, que contenían un promedio de 230 mg/kg de TPH. Los niveles de otros compuestos estaban por debajo de los límites reglamentarios de la RCRA. En los puntos críticos del suelo excavado se observaron niveles de TPH superiores a 600 mg/kg. El suelo se colocó sobre una lámina impermeable y se cubrió mientras se realizaban pruebas para determinar la viabilidad de la biorremediación mediante un proceso de fase sólida. Si bien la gasolina es fácilmente biodegradable, se sabía poco sobre el disolvente de hidrocarburos o si podría ser degradado rápidamente por microorganismos presentes de forma natural.

4. Pruebas de tratabilidad

Se realizaron dos tipos de estudios de tratabilidad: uno que utilizó respirometría para medir el consumo de oxígeno de los microorganismos durante la biodegradación de los contaminantes en diversas condiciones; y un segundo que consistió en recipientes de simulación a escala de laboratorio que contenían compuestos de suelo del lugar, nutrientes, agua y bacterias.

4.1. Respirometría

En las pruebas de respirometría, los reactores que contenían el solvente C13-C15 mostraron un menor consumo de oxígeno que los controles no contaminados durante las primeras 80 horas de incubación. El reactor con mayor concentración presentó un retraso significativo en el consumo de oxígeno durante las primeras 16 horas. Entre las 70 y las 150 horas del experimento, el consumo de oxígeno de los reactores, tanto con alta como con baja contaminación, fue similar al del control. Después de 150 horas, ambos reactores comenzaron a mostrar un aumento constante en el consumo en comparación con el control, pero no lo suficiente como para indicar la biodegradación completa del sustrato de solvente de hidrocarburo. El análisis del contenido del reactor tras la incubación indicó una reducción superior al 90 % en los hidrocarburos totales de petróleo (TPH).

4.2 Simulación a escala de laboratorio

La reducción de TPH en los reactores de simulación con microbios autóctonos fue de solo el 15 por ciento después de 14 días y del 45 por ciento después de 28 días. Donde se había añadido el inóculo comercial (MICROCAT-XBS), las reducciones fueron del 39 por ciento después de 14 días y del 78 por ciento después de 28 días (Figura 1). Con base en los resultados de la prueba, que indicaron la naturaleza inhibitoria del solvente de hidrocarburo y una duplicación de la tasa de biodegradación por bioaumentación, el propietario seleccionó un proceso de fase sólida utilizando nutrientes y un inóculo microbiano comercial, como el tratamiento más rentable del sitio. Con base en los resultados de laboratorio, se esperaba que la reducción de los niveles de TPH al objetivo de menos de 100 mg/kg tomara de varias semanas a meses, dependiendo principalmente de la temperatura del suelo, que no se podía controlar.

4.3 Remediación a gran escala

La remediación en fase sólida del sitio comenzó a mediados de octubre. El suelo se dividió en tres celdas de tratamiento sobre revestimientos plásticos de 10 milésimas de pulgada. Cada celda se cubrió para evitar la volatilización de hidrocarburos y la infiltración de la lluvia. El acondicionamiento inicial del suelo incluyó un producto microbiano comercial (MICROCAT-XBS) en suspensión acuosa, además de los niveles necesarios de nutrientes (MICROCAT-NPN) para el crecimiento microbiano. La primera celda se extendió a una profundidad de un pie, se roció con nutrientes e inóculo, y se añadió otro pie de suelo, que también se inoculó. Dado que este método resultó laborioso, el resto del suelo se inoculó utilizando un pulverizador de tanque mientras se extendía sobre el revestimiento con una excavadora de orugas. La distribución mecánica del suelo proporcionó la mezcla y aireación suficientes para el crecimiento microbiano.

5. Resultados del trabajo a gran escala

Un mes después de la inoculación, se tomaron muestras de cada celda y se analizó su contenido de hidrocarburos totales de petróleo (TPH). Cada celda se dividió en cuatro secciones y se preparó una muestra compuesta de tres muestras de cada sección para su análisis. El promedio de TPH en todas las celdas fue inferior a 100 mg/kg; sin embargo, persistieron algunos puntos críticos aislados debido a una mezcla incompleta. Se decidió dejar el sitio sin tratamiento adicional durante el invierno y re-inocular los puntos críticos específicos una vez que el hielo se derritiera en primavera. Estas secciones se extrajeron, trataron e incorporaron al suelo durante la primavera siguiente. El análisis final en abril mostró niveles de TPH muy inferiores a 100 mg/kg en todas las secciones, con 7 de las 12 muestras por debajo de 10 mg/kg de TPH. Los análisis adicionales de benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX) y de halógenos orgánicos totales (TOX) indicaron niveles por debajo de los límites detectables en todas las muestras compuestas de suelo (Figura 2). La biorremediación estática en pilas de suelo demostró ser un método de tratamiento rentable para estos suelos contaminados con hidrocarburos. Se demostró que la bioaumentación duplica la tasa de mineralización de hidrocarburos en las poblaciones autóctonas en pruebas piloto de laboratorio.

7. Análisis químicos

De acuerdo con los análisis químicos se obtuvo lo siguiente:

• Reducción de DQO 87%

• Reducción de DBO 76.8%

• Reducción de Sólidos suspendidos totales 89.5%

Los resultados anteriores son elocuentes sobre la capacidad que tiene Microcat® para bajar significativamente los parámetros de contaminación en poco tiempo.

Objetivo del tratamiento

Tratar biológicamente suelo contaminado con gasolina y un disolvente de hidrocarburos alifáticos de cadena ramificada C13-C15 hasta reducir la concentración de hidrocarburos totales de petróleo (TPH) a menos de 100 ppm.

Productos aplicados

Se añadieron el degradador de hidrocarburos MICROCAT®-XBS y los nutrientes biodegradables MICROCAT®-NPN para la biorremediación de suelos contaminados por fugas de gasolina y un disolvente de hidrocarburos alifáticos de cadena ramificada C13-C15 procedentes de tanques de almacenamiento subterráneos.

Historial del sitio

Se retiraron los tanques de almacenamiento subterráneos y se excavaron 1200 yardas cúbicas de suelo, con una concentración promedio de 230 mg/kg de TPH. Los niveles de otros compuestos se encontraban por debajo de los límites reglamentarios de la RCRA. En las zonas con mayor concentración de contaminantes, el suelo excavado presentaba niveles de TPH superiores a 600 mg/kg.

El suelo se colocó sobre una lámina impermeable y se cubrió mientras se realizaban pruebas para determinar la viabilidad de la biorremediación mediante un proceso en fase sólida. Si bien la gasolina es fácilmente biodegradable, se desconocía la biodegradabilidad del disolvente de hidrocarburos y si este podría degradarse rápidamente por microorganismos presentes de forma natural.

Pruebas de tratabilidad

Bioscience, Inc., de Bethlehem, Pensilvania, realizó dos tipos de estudios de tratabilidad: uno mediante respirometría para medir el consumo de oxígeno de los microorganismos durante la biodegradación de los contaminantes en diversas condiciones; y un segundo consistió en recipientes de simulación a escala de laboratorio que contenían compuestos de suelo del sitio, nutrientes, agua y bacterias.

Respirometría

En las pruebas de respirometría, los reactores que contenían el solvente C13-C15 mostraron un menor consumo de oxígeno que los controles no contaminados durante las primeras 80 horas de incubación. El reactor con una mayor concentración mostró un retraso significativo en el consumo de oxígeno durante las primeras 16 horas. Entre las 70 y las 150 horas del experimento, el consumo de oxígeno de los reactores con alta y baja contaminación fue similar al del control. Después de 150 horas, ambos reactores comenzaron a mostrar un aumento constante en el consumo en comparación con el control, pero no lo suficiente como para indicar la biodegradación completa del sustrato de solvente de hidrocarburo. El análisis del contenido del reactor tras la incubación indicó una reducción de más del 90 % en los hidrocarburos totales de petróleo (TPH).

Recipientes de simulación a escala de laboratorio

La reducción de TPH en los reactores de simulación con microorganismos autóctonos fue de solo el 15 % después de 14 días y del 45 % después de 28 días. En los casos en que se añadió el inóculo comercial (MICROCAT-XBS), las reducciones fueron del 39 % después de 14 días y del 78 % después de 28 días.

Con base en los resultados de las pruebas, que indicaron la naturaleza inhibitoria del solvente de hidrocarburos y una duplicación de la tasa de biodegradación mediante bioaumentación, el propietario seleccionó un proceso en fase sólida con nutrientes e inóculo microbiano comercial como el tratamiento más rentable para el sitio. Según los resultados de laboratorio, se esperaba que la reducción de los niveles de TPH al objetivo de menos de 100 mg/kg tomara de varias semanas a meses, dependiendo principalmente de la temperatura del suelo, la cual no se podía controlar.

Remediación a gran escala

La remediación en fase sólida del sitio comenzó a mediados de octubre. El suelo se dividió en tres celdas de tratamiento sobre revestimientos plásticos de 10 milésimas de pulgada. Cada celda se cubrió para evitar la volatilización de hidrocarburos y la infiltración de la lluvia. El acondicionamiento inicial del suelo incluyó un producto microbiano comercial (MICROCAT-XBS) en suspensión acuosa, además de los niveles necesarios de nutrientes (MICROCAT-NPN) para el crecimiento microbiano. La primera celda se extendió a una profundidad de 30 cm, se roció con nutrientes e inóculo, y se añadió otro 30 cm de suelo, que también se inoculó. Dado que este método resultó lento, el resto del suelo se inoculó utilizando un pulverizador de tanque mientras se extendía sobre el revestimiento con una excavadora de orugas. La distribución mecánica del suelo proporcionó la mezcla y aireación suficientes para el crecimiento microbiano.

Resultados

Un mes después de la inoculación, se tomaron muestras de cada celda y se analizó el TPH (hidrocarburos totales de petróleo). Cada celda se dividió en cuatro secciones y se preparó una muestra compuesta de tres muestras de cada sección para su análisis. El promedio de TPH en todas las celdas fue inferior a 100 mg/kg; sin embargo, persistieron algunos puntos críticos aislados debido a una mezcla incompleta. Se decidió dejar el sitio sin tratamiento adicional durante el invierno y re-inocular puntos críticos específicos después del deshielo en primavera. Estas secciones se extrajeron, trataron e incorporaron al suelo durante la primavera siguiente.

El análisis final realizado en abril mostró niveles de TPH muy inferiores a 100 mg/kg en todas las secciones, con 7 de las 12 muestras por debajo de 10 mg/kg de TPH. Los análisis adicionales de benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX) y de halógenos orgánicos totales (TOX) indicaron niveles por debajo de los límites detectables en todos los compuestos de suelo.

Conclusiones 

La biorremediación estática en pilas de suelo demostró ser un método de tratamiento rentable para estos suelos contaminados con hidrocarburos. Se demostró que la bioaumentación duplica la tasa de mineralización de hidrocarburos sobre las poblaciones nativas en pruebas piloto de laboratorio.