Tratamiento a cortes de perforación contaminados con diesel utilizando un producto natural

Las operaciones de perforación en la industria petrolera generan residuos que se asocian principalmente con el material excavado, recortes y/o ripios del pozo.

Cuando se utilizan fluidos de perforación a base de aceites, los recortes de rocas transportados por el fluido de perforación a lo largo del pozo son impregnados con el residual del tipo de aceite utilizado. Lo mismo ocurre cuando se perfora con lodo a base de agua, los recortes de lutitas y areniscas ricas en contenido de petróleo se transportan a la superficie del pozo. En ambos casos se generan ripios contaminados con hidrocarburos, los cuales deberán ser manejados y dispuestos, sin que estos provoquen un impacto adverso a los ecosistemas asociados.

Los hidrocarburos son uno de los grupos de sustancias potencialmente contaminantes más importantes, por su abundancia, por su distribución espacial en entornos urbanos y por su persistencia en distintos sectores ambientales (Vinas, 2005). Se considera que son los compuestos dominantes del crudo (petróleo) representando entre el 50 y el 98% en peso del contenido total. Estos son mezclas complejas de diferentes moléculas, y pueden agruparse en 4 clases: saturados, hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos asfáltenos y resinas, en donde cada uno difiere significativamente respecto a su susceptibilidad frente a posibles procesos de biodegradación (Ramírez et al., 2014).

Una alternativa costo/eficiente para restablecer la calidad del ambiente en el recurso suelo es la biorremediación (Agudelo, 2010). El éxito de ésta tecnología depende de la existencia, en el Iugar contaminado, de microorganismos con la capacidad metabólica apropiada para transformar los compuestos xenobioticos, en compuestos que puedan ser reincorporados a los ciclos biogeoquímicos (Mena, 2015). Por ésta razón, es indispensable realizar la caracterización microbiológica del contaminante y/o sitio del derrame (Hernández et al., 2006); ésta debe constar de 2 estudios: la cuantificación de los microorganismos presentes, la cual incluye las pruebas de biofactibilidad; y los estudios de biodegradabilidad en laboratorio; en su conjunto ésta información es indispensable para predecir el tiempo que tomara la biodegradación en campo (Nápoles et al., 2015).

La tasa de degradación microbiana de hidrocarburos en suelos ésta condicionada por parámetros fisicoquímicos como: presencia de nutrientes (Nitrógeno, Fosforo), contenido de oxígeno (02, presión parcial (Pv) de gases, temperatura (T), pH, contenido de sales, tamaño (Diámetro) y distribución de partículas (Tamices), capacidad reguladora del suelo y por la solubilidad (Ksp y %8), concentración, cantidad y biodisponibilidad de los contaminantes (Mena, 2015).

El objetivo de esta investigación consiste en aplicar a escala de banco un proceso de biorremediación, a cortes de perforación con contaminantes de lodo base combustible diésel. Para este propósito se evalúa la efectividad de la técnica de landfarming y el método de bioestimulación, mediante la incorporación de un producto mejorador a base de acondicionadores orgánicos, nutrientes y desechos que aportan microbiota degradadora de hidrocarburos.

Se evaluó a escala de banco un proceso de biorremediación por la técnica de landfarming y el método de bioestimulación, a cortes de perforación con contaminantes lodo base combustible diésel, mediante dos ensayos experimentales en composteros:

Experimento 1:

Experimento 2:

Para ambos experimentos se estableció una base de cálculo de 5 Kg para una relación 2:1 (3322 g de suelo limpio: 1668 g de cortes de perforación contaminados).

Se empleó un producto mejorador de suelos contaminados con hidrocarburos que contiene, bagazo natural (residuo de la actividad agrícola azucarera) - paja de arroz (residuo de la cosecha arrocera) lodo residual seco (de plantas de tratamiento de residuales domésticos), fertilizantes químicos (Urea), (Romero et al., 2016), figura 1.

Se realizó un seguimiento físico - químico y microbiológico que incluyó: la realización de los ensayos de Grasas y Aceites (G y A), Hidrocarburos totales (HCT), pH (T ^oC), Conductividad Eléctrica en el extracto de saturación, Conteo de Microorganismos Totales (MOT), Conteo de Microorganismos Degradadores de Hidrocarburos (MDH), determinación de Nitrógeno Total (N_T) y Fósforo Total (P_T). Los análisis reflejados se realizaron a tiempo 0, 30, 60 y 90 días de proceso. Las muestras fueron tomadas mediante el muestreo tipo estrella recomendado por el especialista japonés Dr. Itaru Okuda, (2002), homogenizadas y secadas, de las cuales se tomó una muestra representativa para ser analizada.

Los ensayos de G y A e HCT se ejecutaron según metodologías establecidas internacionalmente (APHA, 2005).Los análisis microbiológicos, según la ISO 8199:2005; ISO 7954:2002; MBH Medium (Modified Bushnell and Hass Salt solution). (Wyndham et al., 1981; Bergey¨s, 1994).

En el estudio del contenido de N_T y P_T se empleó el método FIRI/T 137. En la determinación del pH y la conductividad eléctrica, se emplearon métodos estándares establecidos en la NC 32: 2009.

Se calcularon las tasas de biodegradación según la siguiente expresión:

Se evaluó estadísticamente el proceso ejecutado, que parte de un diseño factorial multinivel: Número de factores experimentales: 3; Número de respuestas: 2. Para esto se utilizó el programa Design Expert versión 6.0.1 de Stat - Ease Corporation (2000). Los factores de diseño seleccionados se describen en la tabla 1. Las variables de respuestas son la G y A (mg/Kg) e HCT (mg/Kg). Se realizó la prueba de múltiples rango por el método LSD Fisher.

En las figuras 2, 3, 4 y 5 se exponen las curvas de comportamiento de los procesos degradativos ocurridos para las G y A y los HCT de ambos experimentos ejecutados.

En la figura 2, se muestran los resultados del experimento 1, donde se aprecia que existió una degradación de las G y A desde los primeros 30 días de proceso, siendo superior a los 90 días de experimentación para el corte de TPMr-T, según la disminución de los niveles de concentración obtenidos y en comparación con el corte de TPMr.

En la figura 3, correspondiente al mismo experimento 1, se aprecia que existió una degradación de los HCT durante el proceso ejecutado, siendo superior a los 90 días de experimentación para el corte de TPMr-T, cuando los niveles de concentración obtenidos son inferiores en comparación con los obtenidos para el corte de TPMr.

Los resultados del experimento 2 que nos muestra la figura 4, nos indica que existió una degradación similar de las G y A en 30 días de proceso en comparación con el experimento 1. Estos niveles de concentración de G y A fueron inferiores a los 60 y 90 días de proceso para el tratamiento con producto. Sin embargo, no se aprecia haya existido degradación de este parámetro para este último intervalo de tiempo del proceso acometido; existiendo variabilidad de los resultados, que solo podrían ser reflejos de la heterogeneidad en la toma de las muestras analizadas y/o incremento de la materia orgánica presente.

En la figura 5 (experimento 2) no se aprecia una correlación uniforme de los niveles de concentración de HCT cuantificados desde el inicio del proceso. A pesar de esto, se constata que existió una degradación superior de los HCT a 90 días de proceso, siendo inferiores los niveles de concentración obtenidos con el tratamiento con producto.

En la figura 6 se muestran las tasas de biodegradación promedio calculadas a tiempo o y 90 días del proceso.

En la anterior figura se aprecia, que los porcientos de remoción más altos se corresponden con ambos tamaños de partículas con presencia de producto. Estas son mayores para los cortes con un TPMr-T en comparación con el TPMYr -T. Sin embargo los cortes con un TPMr son inferiores a las alcanzadas para los cortes con un TPMYr.

En las tablas 2 y 3 se muestra el comportamiento microbiológico durante los 0-30 días y 60-90 días de los experimentos con presencia de producto. Además se reportan las cuantificaciones realizada de las fuentes de Nitrógeno y Fósforos totales presentes.

En general, las concentraciones obtenidas de los conteos de MOT y MDH, demuestran la activa biota existente en el proceso de biorremediación aplicado, siendo muy superior a lo recomendado según la literatura referenciada. Se corrobora el aporte que brinda en este sentido el producto mejorador, el cual aporta fuentes de nitrógeno y fósforo que estimulan los microorganismos presentes, que a su vez encuentran en esta composta las condiciones necesarias para su reproducción.

Los resultados del análisis realizado a cada representación gráfica mostrada, corroboran la utilidad de la aplicación del producto en el proceso de biorremediación ejecutado. Su incorporación proporciona la energía necesaria, que garantiza las fuentes de nitrógeno y fósforos, que facilitan a la biota presente en el proceso, la estimulación necesaria para acometer la degradación del contaminante. Sin embargo aún es insuficiente la degradación acontecida para la contaminación evaluada, al no alcanzarse los valores estipulados por la normativa (NC 819:2017), que plantea la necesidad de disminuir la contaminación hasta los 10000 mg/kg ó 1%.

A continuación se expresan los resultados del análisis estadístico realizado. La siguiente figura muestra los efectos asociados y sus interacciones para las G y A e HCT.

Este diagrama nos indica que existe un efecto marcado del tiempo para el proceso ejecutado, así como por el tamaño de partícula evaluada, ambos considerados positivos.

En el caso de las G y A, el tiempo tiene un efecto e interacción asociado al producto y a la combinación de éste con el tamaño de partícula. Así como también muestra igual comportamiento con la combinación del tamaño de partícula con el producto. No existe interacción de la combinación del producto con el tiempo, siendo este un efecto negativo. Esto último podría suponer que a 90 días de proceso podría ser necesaria una nueva incorporación de producto al proceso en aras de lograr que continúen las degradaciones acontecidas para este parámetro.

En el caso de los HCT, el tiempo tiene un efecto asociado al producto, siendo el mismo positivo, pero a su vez tiene un efecto e interacción negativo con la combinación de éste, con el tamaño de partícula y el producto. Además existe efecto e interacción negativa para la combinación del producto con el tamaño de partícula. También se aprecia este último comportamiento de la combinación del tamaño de partícula con el producto. Estos resultados podrían suponer que la adición del producto ha sido una condición del proceso adecuada. Lo que no podría decirse que las cantidades del mismo han sido suficientes y que con solo éste podría lograrse la degradación de los HCT atendiendo a su tamaño de partícula y tiempo de 90 días transcurrido.

Como se observa en el diagrama de las medias obtenidas (figura 8), existen diferencias significativas de los parámetros G y A e HCT para una ausencia o presencia del producto, a partir de la disminución acontecida de las medias obtenidas en los casos de estar presente el producto (tabla 1).