Remediación de suelos contaminados con PAH por oxidación química: efecto de la concentración de oxidante

VERONICA C. MORA; MARINA PELUFFO; JANINA A. ROSSO; MARIA T. DEL PANNO; IRMA S. MORELLI

La Plata

Congreso; Congreso de Medio Ambiente de la AUGM; 2012

AUGM

Los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH), son principalmente producidos por fuentes antropogénicas, incluyendo la combustión incompleta de combustibles fósiles y biomasa, el tráfico vehicular y la liberación de productos del petróleo y sus derivados. En consecuencia, la concentración de PAH en el ambiente se ha incrementado considerablemente desde la última centuria. Los PAH constituyen un riesgo para el hombre y los animales, debido a sus propiedades tóxicas y carcinogénicas. La biorremediación tiene una aplicabilidad limitada cuando se trata de suelos contaminados con mezclas complejas de PAH, altamente hidrofóbicos. La oxidación química, utilizando oxidantes fuertes en suelos y aguas contaminadas con PAH, es una estrategia que ha sido considerada efectiva para superar las limitaciones de la biorremediación.En este trabajo se aplicaron cinco concentraciones diferentes de persulfato para la degradación de fenantreno en microcosmos artificialmente contaminados, en condiciones controladas (temperatura, humedad del suelo, disponibilidad de oxígeno) para que sea acompañado simultanemente con el proceso biológico.MARCO TEORICOEl suelo es esencial para la sociedad humana. Es la base para el 90% de todos los alimentos humanos, piensos para el ganado, fibra y combustible, además de servir de apoyo a los asentamientos humanos y proporcionar materias primas y aguas subterráneas. La contaminación del suelo es consecuencia de las industrias extractivas, la actividad industrial y agrícola y el vertido de residuos, que se han desarrollado durante años con poca consideración sobre el impacto sobre el ecosistema suelo. Además, el depósito de residuos industriales y basurales puede generar la contaminación de las aguas subterráneas (Oprea y col., 2009). A nivel mundial y con el objetivo de revertir los efectos negativos de la contaminación, se han propuesto acercamientos de tipo polifásicos, incluyendo i) leyes rigurosas para la producción y el uso de sustancias químicas complejas, ii) pretratamiento y disposición segura de desechos tóxicos químicos y iii) la restauración de sitios contaminados y ambientes (Robinson y col., 2001; Felsot y col, 2003). Respecto del último enfoque, se han desarrollado numerosos estudios aplicando métodos fisicoquímicos y/o biológicos para el tratamiento de ambientes contaminados (Udell y col., 1995; Bonaventura y Johnson, 1997; Lodolo y col., 2001; Scullion, 2006). De todos ellos, la biorremediacion ha tenido una aceptación general por ser una medida ecológica, eficiente y económica para la eliminación del contaminante y la restauración de sitios contaminados (Pandey y col., 2009). Sin embargo, el proceso tiene una aplicabilidad limitada ya que requiere intervalos mayores de tiempo que las técnicas térmicas y físicoquímicas (Sutton y col, 2011). La oxidación química, utilizando oxidantes fuertes en suelos y aguas contaminadas con PAH, es una estrategia que ha sido considerada efectiva para superar las limitaciones de la biorremediación.METODOLOGIA Suelo. El suelo seleccionado para la preparación de microcosmos fue un suelo no contaminado de un area cercana a la ciudad de La Plata, Argentina. Este fue analizado en el Laboratorio de Edafología de la Universidad de La Plata y mostro las siguientes propiedades fisicoquímicas: pH de 6,6, 4,67 % de carbono orgánico, 8.05 % de materia orgánica de suelo, 3,890 mg/kg de nitrógeno total y 4.0 mg/kg de fosforo disponible.Tratamiento de suelos. Se prepararon microcosmos contaminados con fenantreno (130 mg/kgTIERRA SECA). A las dos horas de efectuada la contaminación se trataron con diferentes concentraciones de Persulfato (0,83 (PS1); 4,17 (PS2); 8.33 (PS3); 21,00 (PS4) y 41,70 (PS5) g/kgTIERRA). Como controles se reservaron un microcosmo contaminado con fenantreno sin el agragado de persulfato, donde se evaluo el efecto de la atenuación natural (PS0), y uno de suelo estéril, con fenantreno y PS (8.61 g/kgTIERRA) (PSe). Los microcosmos se realizaron por triplicado y se incubaron a 24°C por 28 días. Persulfato, H2O2 y FeSO4/citrato fueron agregados en solución acuosa. Se determinó el pH, la concentración de fenantreno ([FEN]) por HPLC y las matrices de excitación emisión de fluorescencia de los extractos acuosos alcalinos (MExEm).RESULTADOS Y DISCUSIÓN Microcosmos. El efecto inicial de la concentración de PS en la concentración residual de fenantreno en los microcosmos luego de 28 dias de tratamiento pueden verse en la figura 1. (BUSCAR).El tratamiento oxidativo no produjo cambios inmediatos (24 hs) en la concentración residual de fenantreno. La mayor concentración de PS ensayada logró una significativa disminución en la concentración de fenantreno luego de 7 días de incubación, mientras que los microcosmos PS1, PS2 y PS3 mostraron una disminución en la concentración de fenantreno a los 14 días de tratamiento. Durante este período el control biológico no mostró evidencias de biodegradación. Al final del experimento (28 días), la eliminación de fenantreno en los microcosmos PS1, PS2 y PS3 alcanzó un 60-80%, sin mostrar diferencias significativas con PS0. Sin embargo, en los microcosmos PS4 y PS5 se observó una inhibición sobre los procesos de degradación, que podría deberse en parte al significativo descenso de pH observado en estos microcosmos, alcanzando niveles de eliminación de fenantreno significativamente menores (20-35%).Un efecto inhibitorio sobre la degradación de fenantreno fue observado también en los microcosmos activados con Fe/citrato, pero en este caso no se observó efecto sobre el pH del suelo. El microscosmo con suelo esteril no mostro disminución en la degradación de fenantreno, y el remanente de este al final del experimento fue del 90 %. (figura)Este comportamiento se correlaciono con los valores de pH de los microcosmos. Una disminución de pH se observo en los microcosmos a los que se le había agregado PS (tabla 1). En solución acuosa el PS, el pH disminuye con la concentracin molar de PS, sin embargo las condiciones buffer del suelo soportan este efecto cita]. En los microcosmos PS4 y PS5, la cantidad de PS rompe esa capacidad buffer dando como resultado un Ph extremadamente acido durante todo el experimento. La disminución de pH puede resultar en una perturbación significativa del ambiente que pueden limitar la superviviencia y actividad de los microrganismo y en consecuencia la biodegradación del proceso. Por lo tanto, la baja eliminación de fenantreno en los microcosmos PS4 y PS5 luego de 28 días de tratamiento podrían ser explicadas por el deterioro del suelo producto de efecto del pH en la comunidad bacteriana de suelo, a nivel de las bacterias del suelo cultivable (tabla 2) y la diversidad genética (fiura 2).El efecto en la activación de PS en dos concentraciones del complejo Fe(II)/citrato fue estudiado. La figura 1 b muestra el efecto residual del contenido de fenantreno para PS3, PS3FeC (alta concentración) y PS3FeC (baja concentración). Se observo la inhibición de la degradación de fenatreno debido a las ods concentraciones con el complejo Fe(II)/citrato, el porcentaje final de fenatreno residual fue de aproximadamente 85 %.