DESCRIPCIÓN DE UN ÁREA DE SUELOS DEGRADADA

DAVID ROSERO HIGUERA

CELESKY MARIEL REYES CABALLERO

KAREN JOHANNA PINZÓN DE LA ROSA

Profesor:

JUAN CARLOS MONTOYA

UNIVERSIDAD DE MANIZALES

FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS

MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

MANEJO INTEGRADO DEL SUELO

2016

INTRODUCCIÓN

Durante los últimos 20 años el departamento de Casanare pasó de ser una región dedicada

a la agricultura y a la ganadería a ser uno de los principales departamentos productores de

petróleo de Colombia.

Con motivo de este auge petrolero en Casanare, se han adelantado una serie de proyectos

de exploración petrolera en varios municipios de este departamento, generando consigo los

impactos positivos y negativos que trae esta actividad. Dentro de los impactos negativos,

son evidentes los generados por el manejo inadecuado de los residuos provenientes de

esta industria petrolera, afectando los recursos naturales cuando la disposición de estos,

se hace de manera inadecuada sobre el suelo específicamente.

La contaminación por hidrocarburo se produce por su liberación accidental, intencionada

en el ambiente, o por un mal tratamiento, provocando efectos adversos sobre el hombre o

sobre el medio, directa o indirectamente.

Por lo tanto se deben promover tecnologías alternativas que conduzcan a la conservación

y un mejor aprovechamiento del suelo de manera que mitiguen los impactos ocasionados,

por el desarrollo de proyectos relacionados con el sector de hidrocarburos.

OBJETIVOS

Diagnosticar las condiciones a las que están sometido el recurso suelo, en el proceso de

perforación y extracción de hidrocarburos en el departamento de Casanare

Proponer alternativas de solución para el adecuado manejo de sistemas de tratamiento para

el manejo de residuos peligrosos, en el departamento de Casanare

Identificar las condiciones químicas del suelo contaminado, identificando la variabilidad en

las características propias de este.

DIAGNOSTICO DE SUELOS CONTAMINADOS POR HIDROCARBUROS

Una de las operaciones más importantes que posee la industria petrolera es la perforación

de pozos, y en ella se utilizan diferentes mezclas de productos químicos los cuales son

utilizados para enfriar el trépano, presurizar y arrastrar fragmentos de roca provenientes de

esta operación. Este proceso genera unos subproductos denominados lodos de

perforación, pueden estar constituidos en base acuosa o en base aceite, es importante

mencionar que parte de estos fluidos son recuperados para la reutilización en el mismo

pozo y el resto se elimina, muchos de esos desechos son los denominados emulsiones

inversas las cuales poseen alta concentración de gasoil y sales.

Estos desechos son lodos que contienen un tipo de aceite muy similar al diesel en

concentraciones de aproximadamente 10% y son sumamente arcillosos, este tipo de suelos

contaminados por hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la atmosfera, iniciando

una serie de procesos fisicoquímicos simultáneos, como evaporación y penetración, que

dependiendo del tipo de hidrocarburo, temperatura, humedad, textura del suelo y cantidad

vertida pueden ser procesos más o menos lentos lo que ocasiona una mayor toxicidad.

Además de tener una moderada, alta o extrema salinidad, dificulta a un más su tratamiento,

dado que altos gradientes de salinidad pueden destruir la estructura terciaria de las

proteínas, desnaturalizar enzimas y deshidratar células, lo cual es letal para muchos

microorganismos usados para el tratamiento de aguas y suelos contaminados

(BENAVIDES, 2006).

Es por ello que la industria de los hidrocarburos, tiene un alto potencial de contaminación

en los diferentes recursos naturales renovables y no renovables, como por ejemplo en el

suelo, el cual es uno de los más sensibles de las actividades de exploración, perforación y

explotación. Este tipo de residuos peligrosos desde hace más de 20 años se vienen

generando en el departamento de Casanare, como consecuencia de ser una de las áreas

con mayor potencial para la extracción de crudo, pero esta actividad tan rentable hace

algunos años tanto para la nación como para las regiones productoras, al ser considero

como uno de los pilares más representativos dentro de la estructura económica del país,

está generando y dejando un de los problema de contaminación de los suelos y de las

fuentes hídricas más grandes en la región, por ejemplo en los municipios de Aguazul, Paz

de Ariporo, Tauramena, Maní, se han convertido en lugares muy susceptibles a daños al

recurso suelo, como consecuencia a derrames por tuberías corroídas, recortes de

perforación, en los procesos perforación y explotación realizados por esta actividad.

Si bien es cierto, como se mencionó anteriormente este sector al ser unos de los renglones

más importantes de la economía regional no solo por los ingresos tributarios que debe

pagar, sino también porque detrás de este proceso se desencadena una serie de

eslabonamientos productivos alrededor de esta industria petrolera, en el cual uno de ellos

está relacionado con el manejo que se le debe dar a estos residuos de suelos

contaminados, es por ello que con el boom petrolero en la región, en los últimos años se ha

generado un gran interés por el sector privado en adecuar áreas que permitan tratar y

recuperar estos suelos afectados por esta industria en el departamento de Casanare, pero

el manejo inadecuado de técnicas que han implementado algunas empresas para el

tratamiento de este tipo de residuos peligrosos, está ocasionando un problema de

contaminación aun mayor que el que ya se está generando en este sector de hidrocarburos,

especialmente en las áreas donde operan este tipo de plantas RESPEL.

Es así, que dentro del departamento de Casanare, de manera subjetiva y como se

mencionó anteriormente se puede determinar que se evidencia uno de los casos más

graves en el proceso del manejo de suelos contaminados con hidrocarburos, tal es el caso

de una planta de tratamiento de residuos peligrosos, ubicada en la vereda San José del

Bubuy, del Municipio de Aguazul.

Foto 1. Ubicación de la Planta de tratamiento de residuos.

En esta empresa, por ejemplo, se encontraron las siguientes alarmas de contaminación: 1)

en el área de manejo de suelos contaminados, se realiza una inadecuada técnica para el

tratamiento de estos residuos peligrosos, no se alcanza a determinar con claridad qué tipo

de proceso que está implementando para el tratamiento de suelos contaminados por

hidrocarburos (Véase foto 2), 2) Existe una gran acumulación de agua sobre el área de

tratamiento de suelos contaminados, y 3) se percibió la ausencia de un sistema de

impermeabilización (placa de concreto o una geomembrana) que impida la infiltración de

contaminantes lo cual podría afectar las características fisicoquímicas o bacteriológicas del

suelo o de fuentes hídricas subterráneas que se encuentren dentro de la zona, así como

también la afectación de microorganismos presentes en el suelo.

Foto 2. Suelos contaminados con hidrocarburo

Foto 3. Inexistencia de impermeabilización del suelo

Foto 4. Alteración de las características del suelo

METODOLOGIA DE ANALISIS DE SUELO

Para conocer las condiciones químicas del suelo contaminado, se verifico que la autoridad

ambiental regional en una visita de control y seguimiento realizó un análisis de suelos donde

se logró determinar que en relación al parámetro Grasas y Aceites, la muestra tomada en

el punto 1 (área de disposición final de suelos), presentó un valor de 12.300 Mg/Kg, valor

que es superior al máximo permitido por el Protocolo Louisiana 29b Capitulo 3, que

corresponde a 10.000 Mg/Kg, así mismo presenta hidrocarburos totales en un valor de

11.700 Mg/Kg. Que aunque no está relacionado en la norma es un indicador de que las

grasas y aceites contienen alta concentración de hidrocarburo (véase tabla 1).

Tabla 1. Resultados de los Análisis de Laboratorio realizados al recurso suelo

Parámetro

Resultado

Unidades Método Técnica

Protocolo

Louisiana 29b

Capitulo 5 Punto 1 Punto 2

Arsénico 0,523 0,557 Mg/Kg EPA ABSORCIÓN ATÓMICA

ELECTROMAGNÉTICA 10

Bario 494 8,43 Mg/Kg PLASMA ACOPLADO

INDUCTIVAMENTE 20000

Cobre 8,05 8,56 Mg/Kg ABSORCIÓN ATÓMICA

ELECTROMAGNÉTICA -

Grasas y

Aceites 12300 8600 Mg/Kg

EXTRACCIÓN POR

ULTRASONIDO 10000

Hidrocarburos 11700 8300 Mg/Kg EXTRACCIÓN POR

ULTRASONIDO -

pH1:1 8,93 8,22 Unidades de

pH ELECTROMÉTRICO 6-9

Porcentaje de

Sodio

Intercambiable

11,25 6,77 % ABSORCIÓN ATÓMICA <15

Zinc 27,6 26,5 Mg/Kg PLASMA ACOPLADO

INDUCTIVAMENTE 500

Fuente: Corporinoquia.

Aunado a lo anterior la autoridad ambiental realizó un análisis de laboratorio al agua,

muestra extraída sobre el campo perimetral del campo de aspersión, arrojo con respecto al

parámetro de fenoles concentración de 2,45 mg/L, valor que está por encima del máximo

permito por el decreto 1594 de 1984 en su artículo 38 y 39, cuyo valor permisible

corresponde a 0,002 mg/L. de acuerdo a lo anterior se establece que el agua contenida en

los canales presenta altas concentraciones de fenoles los cuales están siendo drenados

por cunetas hacia los predios aledaños al área de proceso (véase tabla 2). De otro lado, en

lo referente a Grasas y Aceites, los resultados obtenidos arrojaron concentraciones de

96,20 mg/L y 89,50 mg/L, presentando incumplimiento a los artículos 38 y 39 del decreto

1594 de 1984.

Tabla 2. Resultados de los Análisis de Laboratorio realizados al recurso suelo

Muestras AG-01793 AG-01794 Decreto 1594 de 1984

Fecha de Reporte 17/09/2013 17/09/2013 Artículos

Parámetro Unida-

des

Método/Refer

encia (*)

Agua Superficial

Canal perimetral

Campo de

Aspersión

Agua

Subterránea

piezómetro 4.

38 39 40 72

SST mg/l SM 2540 D 19,00 18,00 N.E N.E N.E >80%

Fenoles mg/L SM 5530 B,D 2,45 0,04 0.002 0.002 N.E. N.E.

pH Unidades SM 4500 H,B 7,64 4,83 5-9 6.5-

8.5 4.5-9 5-9

Grasa y aceites mg/L SM 5520 D 96,2 89,50 S.P.V. S.P.V. N.E. >80%

DBO5 mg/L O2 SM 5210 B 117,40 <1,6 N.E. N.E. N.E. >80%

DQO mg/L O2 SM 5220 C 300,00 80,00 N.E N.E N.E >80%

Conductividad us/cm SM 2510 B 1160,00 753,00 N.E. N.E. N.E. N.E.

Cloruros mg/L Cl- SM 4500 Cl,B 3236,10 185,4 250 250 N.E. N.E.

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Y RECOMENDACIONES

Uno de las aplicaciones de la Biotecnología es, el tratamiento realizado a los suelos

contaminados por medio de la Biorremediación, esta tecnología se fundamenta en el uso

los microorganismos para desintoxicar o eliminar contaminantes del medio, permitiendo la

transformación de los contaminantes en productos inocuos, mediante la actividad

enzimática microbiana. Por lo tanto, el proceso se comporta como una solución al problema,

ya que no genera un residuo final, como puede pasar en otros tipos de tratamientos.

En las plantas de manejo de Residuos Peligrosos del sector de hidrocarburos, se realiza el

tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburo, lodos base aceite, lodos base agua,

borras y material de retro lavado de filtros de sistemas de inyección, mediante Landfarmin,

la cual es una tecnología de Biorremediación. Este proceso se desarrolla en tres etapas, en

la primera de ellas, el suelo con altas concentraciones de hidrocarburo y humedad es

procesado en una zona de mezcla. En esta zona, el material contaminado es mezclado con

tierra nativa en proporciones establecidas previamente, la cual proviene del proceso de

biorremediación y cuenta con cultivos bacterianos que previamente han sido inoculados.

Tal como se muestra a continuación para la primera etapa se construye es una placa de

concreto, con el fin de evitar la infiltración al suelo y aguas subterráneas, así como generar

condiciones adecuadas para la acción de los microorganismos. Es importante la

construcción de canales perimetrales, los cuales deben estar conectados al skimmer en

caso de saturación de agua en el área de tratamiento, con el fin de evitar contaminación a

las áreas aledañas.

Foto 5. Placa de concreto fase inicial para iniciar el proceso de Biorremediación.

Otra opción es la construcción de celdas sobre la superficie de un terreno previamente

acondicionado para la instalación de una sistema de impermeabilización, debe contar con

sistema de evacuación de lixiviado con una capa de arena o algún material resistente y

permeable que evite el rompimiento de la geomembrana por acción de la maquinaria de

volteo de material y en la mayoría de las situaciones se recomienda doble sistema de

impermeabilización por esta situación. De la misma manera se debe contemplar un sistema

de canales perimetrales que contenga eventos de precipitación máxima con un periodo de

retorno de 15 años.

La segunda etapa de la técnica consiste en la formación de pilas del material biodegradable

de dimensiones variables formadas por suelos contaminados y materia orgánica, la cual es

tratada mediante la actividad microbiana, aireación manual y/o mecánica, adición de

minerales, nutrientes, y humedad. También se puede realizar bioestimulación, la cual

consiste en la adición de nutrientes (principalmente fósforo y nitrógeno) para beneficiar el

crecimiento y desarrollo microbiano y bioaumentación la cual se fundamenta en la adición

de la mezcla enriquecida de microorganismos que para este caso son los encargados de

degradar el hidrocarburo presente en el suelo, ya que poseen sistemas enzimáticos para

así poder incorporarlo al proceso metabólico y transformarlo en dióxido de carbono y agua.

Foto 6. Biopilas conformadas con material contaminado en condiciones adecuadas.

Las pilas generalmente se cubren con plástico para controlar los lixiviados, la evaporación

y la volatización de contaminantes, además de favorecer su calentamiento.

Foto 7. Biopilas cubiertas con material impermeable.

La aplicación de nutrientes, la estimulación adicionando agua y realizando un volteo manual

y/o mecánico como fuente de oxígeno, favorece el crecimiento microbiano y esto ayuda a

asimilar todos los compuestos presentes en el suelo degradando así los hidrocarburos en

menor tiempo

Foto 8. Volteo mecánico

Al final del tratamiento del suelo se deberá cumplir con los parámetros establecidos en la

Norma Loussiana 29B, a fin de evaluar la concentración de los compuestos y verificar la

eficiencia del tratamiento y las necesidades de aplicación de cepas bacterianas:

PARÁMETRO CONCENTRACIÓN

pH 6.5 – 9

Conductividad Eléctrica 10 mmhos/cm

Tasa de adsorción de Sodio 12

Porcentaje de Sodio intercambiable. 15%

TPH (hidrocarburos totales de petróleo). 3%

Metales

Arsénico 40 mg/L

Cadmio 10 mg/L

Cromo 1000 mg/L

Cobre 1500 mg/L

Plomo 300 mg/L

Molibdeno 18 mg/L

Níquel 420 mg/L

Mercurio 10 mg/L

Selenio 10 mg/L

Plata 200 mg/L

Zinc 2300 mg/L

Bario 10 mg/L

* Análisis por prueba de lixiviación. (TCLP)

Fuente: Protocolo LOUSSIANA 29 B. Environmental Protection Agency – USEPA

Para certificar la clausura del área de tratamiento, las muestras tomada de la zona

instaurada del sistema de monitoreo y del agua subterránea, junto con suelo en la zona de

tratamiento y el agua de escorrentía deberán cumplir con los siguientes criterios:

SUELO EN LA ZONA DE TRATAMIENTO

PARAMETRO VALOR

TPH < 3%

Conductividad Eléctrica 10 mmhos/cm

TCLP benceno <0.5 ppm

Tasa de adsorción de Sodio <12

Porcentaje de Sodio intercambiable. 15%

Metales

Arsénico < 10 mg/L

Cadmio < 10 mg/L

Cromo < 1000 mg/L

Cobre < 1500 mg/L

Plomo < 1000 mg/L

Mercurio < 10 mg/L

Molibdeno < 18 mg/L

Níquel < 420 mg/L

Selenio < 10 mg/L

Plata < 200 mg/L

Zinc < 2300 mg/L

Bario 10 mg/L

AGUA DE ESCORRENTIA

PARAMETRO VALOR

pH 6.5 – 9

TPH < 15 ppm

TCLP benceno <0.5 ppm

Conductividad Eléctrica <2 mmhos/cm

Tasa de adsorción de Sodio <10

TSS Z+<60 PPM

Cloro 500 ppm

Metales

Arsénico < 0.2 mg/L

Bario < 10 mg/L

Cadmio < 0.05 mg/L

Cromo < 0.15 mg/L

Cobre < 1.3 mg/L

Plomo < 0.1 mg/L

Mercurio < 0.01 mg/L

Selenio < 0.05 mg/L

Zinc < 1.0 mg/L

Fuente: Protocolo LOUSSIANA 29 B. Environmental Protection Agency – USEPA

Una vez el material alcanza concentraciones de TPH inferiores al 5%, en las pilas de

biorremediación, se continúa el proceso de volteo y aplicación de nutrientes según las

necesidades del material. Finalmente, una vez el material alcanza concentraciones por

debajo del 2% de TPH, es enviado hasta la zona de arado, donde se finaliza el proceso de

Landfarming mediante el volteo hasta alcanzar la concentración del 1%, la cual es el límite

máximo TPH para proceder a la utilización del material como recuperador de suelos o en

procesos de revegatalización.

Después del proceso de bioremediaciòn por biopilas o bioceldas se continúa con el proceso

de fitorremediación, en el que la concentración de contaminantes del suelo se reduce a

niveles tolerables a través de la acción de las plantas, su microflora asociada y de las

técnicas agronómicas apropiada. Se utilizan plantas tolerantes al contaminante, capaces

de estabilizarlo mecánicamente, y por tanto impiden su transporte a otros medios,

incluyendo el agua subterránea.

Las plantas que se utilizan en este proceso las encontramos en el grupo de las gramíneas

y/o las leguminosas; en el primer grupo encontramos pastos llaneros que normalmente ya

están en los suelos, y algunos de los pastos nativos. Las leguminosas que normalmente se

ven como coberteras, pueden tener también esta propiedad, por ejemplo, el frijol y el

terciopelo entre otras, debido a que las leguminosas tienen esta capacidad.

Foto 9. Proceso final de fitorremediación

Lo interesante de estas plantas es que tienen la capacidad de extraer del suelo los

contaminantes como si fueran nutrientes y acumularlos. Este proceso de fitorremediacion

tiene una duración aproximada de cuatro (4) meses aproximadamente, donde se espera

obtener material con características de abono orgánico de buena calidad, que luego será

reutilizado en recirculación como material matriz de nuevo material contaminado,

revegetalizacion de áreas desprotegidas y reforestación.

Foto 10. Suelo bioerremediado utilizado en áreas de reforestación

Finalmente es importante contar con un sistema de monitoreo de agua subterránea que

permita verificar la no permeabilidad de líquidos contaminantes al subsuelo. (Aguas arriba

y Agua abajo), de acuerdo a las siguientes guías y normas:

GTC 30 - guía para el monitoreo de aguas subterráneas.

NTC 3948 - especificaciones técnicas para la construcción de un pozo de monitoreo

para aguas subterráneas.

NTC-ISO 5667-11 g- muestreo. guía para el muestreo de aguas subterráneas.