Biorremediación de Suelos Contaminados por Hidrocarburos Totales de Petróleo (HTP’S) mediante el Método de Biopilas con dos Tipos de Sustrato (Tierra y Abonos Orgánicos)

En el Perú existen antecedentes de derrames de petróleo desde el año 1978 hasta la actualidad, durante estos 3 últimos años se registró 5 derrames de petróleo; en el 2014 se dio el más grande derrame en Urarinas, Loreto con 3,000 barriles derramados y un total de 60,000 afectados, durante el 2016 se dio en 3 diferentes pueblos entre Amazonas y Loreto con 3,600 barriles y un total de 5,393 afectados. Estos derrames contaminan el medio ambiente perjudicando el ecosistema y la salud, tanto en animales como en humanos; una alternativa biotecnológica a este problema es la biorremediación, que consiste en la biodegradación de hidrocarburos. En el presente trabajo se evaluó la biorremediación de Hidrocarburos Totales de Petróleo, mediante el uso de sistemas de biopilas con dos sustratos (tierra y abonos orgánicos); con el objetivo de reducir el porcentaje de HTP´s en los suelos procedentes de un taller mecánico con el consorcio bacteriano aislado. Se realizó el análisis fisicoquímico de las muestras de suelo, procedente del “Taller Mecánica Automotriz 54”, según las metodologías planteadas por el Ministerio del Ambiente del Perú. Se aislaron cepas bacterianas y se hizo la caracterización microbiológica mediante tinción Gram y pruebas bioquímicas. A cada cepa obtenida se le realizó la prueba de actividad emulsificante (A.E) planteada por Goldman y col. en 1982 y la prueba de capacidad degradativa (C.D) según Mills y col. 1978. El rango de la Actividad Emulsificante estuvo entre 0.84 UAE/mL y 2.31 UAE/mL; mientras que, la Capacidad Degradativa alcanzó un valor máximo de (3+) y un mínimo de (2+). En las pruebas mencionadas anteriormente, 4 cepas dieron resultados óptimos, a las cuales se les realizó la caracterización molecular, mediante la extracción de DNA, amplificación del gen 16S rRNA. Estas cepas fueron identificadas como: Uncultured bacterium (cepa 9); Citrobacter youngae (cepa 7); Bacillus sonorensis (cepa 5) y Enterobacter hormaechei (cepa 3). Se acondicionaron cuatro biopilas cada una con 10 kg de suelo contaminado con petróleo crudo. La primera biopila sirvió de “Testigo” para determinar la degradación por consorcio bacteriano nativo, con una concentración inicial a 0 días de 3.38 x 105 UFC/mL (100%) y una final a 40 días de 5.88 x 104 UFC/mL (17.3%); en la segunda biopila (Exp 1), se hizo con sustrato “tierra”, se inoculó en el día 0 con el consorcio seleccionado, con una concentración inicial de 9.73 x 108 UFC/mL (100%) y a los 40 días se obtuvo una concentración final de 2.25 x 106 UFC/mL (0.23%); mientras que en las biopilas (Exp 2 y Exp 3), se hizo con los sustratos “compost” y “humus”, se inocularon el día 0 con el consorcio seleccionado, con una concentración inicial de 8.93 x 108 UFC/mL (100%) y de 8.31 x 108 UFC/mL (100%), respectivamente; y a los 40 días se obtuvo una concentración final de 1.96 x 106 UFC/mL (0.22%) y 3.74 x 107 UFC/mL (4.5%), respectivamente. Cada veinte días se monitoreó pH, humedad, temperatura, número de microorganismos y concentración de HTP´s. Esta investigación demostró que el consorcio bacteriano seleccionado aislado, tuvo mayor porcentaje de biorremediación en la biopila Exp 1 con el sustrato “tierra” dando un 38.7% de remoción de HTP´s a 40 días, mientras que en las biopila Exp 2 y Exp 3 con el sustrato “compost” y “humus” dando un 37.9% y 3.1% de remoción de HTP´s a 40 días, respectivamente. PALABRAS CLAVE: Biorremediación, biodegradación, HTP´s, consorcio seleccionado, emulsificante, biopilas, compost y humus

Application of computational fluid dynamics to the biopile treatment of hydrocarbon contaminated soil

Biopiles are a common treatment for the ex-situ remediation of contaminated soil. Much research has been carried out on understanding and modelling of bioremediation techniques related to biopiles, but hitherto no study has attempted to model the effect on a biopile by its ambient surroundings. A hydraulics-based approach to simulating a biopile in the context of its ambient surroundings is presented in this study, taking into account physical, chemical and biological processes within the pile, external conditions of wind and temperature, the location of aeration pipes and venting pressure, and considering the spatial distribution of treatment as well as contaminant within the pile. The simulation approach was based upon a fluid flow model which couples Eulerian multiphase flow model and Darcy’s Law for immiscible fluid flow through porous media, a species transport model integrating advection, diffusion/dispersion and biodegradation, and a heat transfer model considering the interphase temperature equilibrium. A Computational Fluid Dynamics (CFD) system has been developed to solve this set of mathematical models by applying the commercial CFD package FLUENT, and various trial simulations have been carried out to examine the potential of the hydraulics approach for practical applications. The simulation produces reasonable results: the biodegradation process relates to the temperature within the pile, and the temperature in turn relates to wind speed and aeration details; due to the various fluid flow patterns, the contribution of each remediation mechanism (contaminant loss to atmosphere via pile surface, contaminant loss to aeration pipe and biodegradation) varies according to the aeration method; contaminant interphase transfer between different pairs of phases have greatly different impacts on contaminant removal. A number of counter-intuitive results are presented, indicating that simulations of this type will give valuable insight into the practical design of biopiling systems. The simulation system also allows the total environmental footprint of biopiling to be considered, examining not just degradation of contaminant but also its removal via volatilization and the energy used in heating air for venting. Further, the application of the approach formulated in this study is not limited to biopiles, but can also be expanded to related in situ bioremediation techniques

Sustainable treatment of hydrocarbon-contaminated industrial land

Land contamination by petroleum hydrocarbons is a widespread and global environmental pollution issue from recovery and refining of crude oil and the ubiquitous use of hydrocarbons in industrial processes and applications. Sustainable treatment of hydrocarbon-contaminated industrial land was considered with reference to seven published works on contaminated railway land including the track ballast, crude oil wastes and contaminated refinery soils. A methodology was developed to assess the level hydrocarbon contamination of track ballast (Anderson et al., 2000) and in Anderson et al. (2002, 2003) solvent and surfactant cleaning of ballast was investigated and potential environmental impacts of the processes examined. Optimisation of ex situ bioremediation of diesel-contaminated soil (Cunningham & Philp, 2000) demonstrated the efficacy of the addition of microorganisms (bioaugmentation) to enhance diesel biodegradation rates at field pilot scale. This work motivated a further study that examined a novel aeration approach incorporating ventilator turbines (cowls) for soil biopiles (Li et al., 2004). An optimised ex situ bioremediation for crude oil wastes was developed in Kuyukina et al. (2003) which demonstrated the efficacy of bioaugmentation and the application of biosurfactants. The final study investigated the potential application of biosurfactants to in situ remediation (Kuyukina et al., 2005) in laboratory soil columns contaminated with crude oil. The collected works are informative to those seeking to remediate hydrocarbon-contaminated industrial land and the sustainability of the approaches was considered