remediación electrocinética de suelos con lubricantes de

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 9(21):1461 – 1473 2018

Memoria en extenso. XVII Congreso Internacional XXIII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales

1461

Remediación electrocinética de suelos con lubricantes de residuos históricos de aceites

derivados de petróleo en matriz calcárea: estudio en Vanegas S.L.P.

Electro kinetic remediation of soils with historic waste lubricants of petroleum

derived oils in calcareous matrix: study in Vanegas S.L.P.

1Guadalupe Vázquez Rodríguez, 2Juan Carlos Baltazar Vera, 3David Tirado Torres, 4Francisco David Marroquín Figueroa y 5Roberto Carlos Medina Hernández.

1,2,3 Universidad de Guanajuato Campus Guanajuato, División de Ingenierías, Av. Juárez 77 CP.

36000 Guanajuato, Guanajuato México. Teléfono: +52 473 102 0100, [email protected]. 4Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad del Hábitat, Niño Artillero No. 150, Zona

Universitaria CP. 78290, 5H. Ayuntamiento de Vanegas S.L.P. Periodo 2009-2012.

RESUMEN El objetivo de este trabajo es desarrollar estrategias basadas en el proceso

electrocinético en suelo para la remediación de hidrocarburos aromáticos policíclicos

históricos contaminados del suelo calcáreo, utilizando una celda en voltaje continuo. El

resultado indicó que el suelo calcáreo soporta el pH y el proceso efectivo. Se utilizó un

análisis de mapeo con Sistemas de Información Geográfica y un sistema de

posicionamiento global para identificar el sistema ambiental y la delimitación de áreas. El

análisis de los hidrocarburos totales se realizó en suelos en las áreas de impacto que utilizan

extracción (US EPA 3541, 1994; Weisman, 1998, Hewari, 1995). El análisis de los totales

de petróleo se analizó en cromatografía FID (ASTM D 5134 1998, EPA 8015, 1996,

Hendrik Van De Weghe, 2006, Saari, 2007, NMX-AA-145-SCFI-2008). Los hidrocarburos

se extrajeron del suelo usando n-pentano como disolvente y utilizando un sistema de

extracción soxhlet. Las muestras se analizaron con un cromatógrafo de gases con un

detector de ionización de llama equipado con una columna capilar para detección,

utilizando gas nitrógeno como medio de arrastre. La determinación de los hidrocarburos de

fracción media se llevó a cabo antes y después de la prueba electrocinética. Los resultados

del análisis de hidrocarburos de fracción media antes y después del proceso electrocinético

se observan que los valores disminuyen significativamente.

Palabras claves: Remediación, Electrocinética, Suelos, Aceites.



1462

INTRODUCCIÓN

La disposición de residuos peligrosos es uno de los mayores retos a nivel mundial.

Residuos como aceites, grasas e hidrocarburos son de uso general e histórico. En el

contexto con el medio natural, los residuos de hidrocarburos forman parte de un reto en

términos de remediación de suelos contaminados debido a que éstos son poco volátiles por

lo que se dificulta la estrategia de remediación 3, 4. Se han desarrollado varias técnicas

que persiguen la remediación de suelos mediante tratamiento térmico, químico,

fisicoquímico, biológico e incuso electroquímico 5. En este contexto, el tratamiento de

suelos mediante procesos electrocinéticos es una tecnología enmarcada para tratamiento in-

situ en suelos de alta permeabilidad y baja conductividad. Consiste en aplicar directamente

una perturbación de corriente través de electrodos colocados en el suelo. Esta perturbación

produce procesos de electromigración, electroforesis y electro osmosis 6.

El Municipio se encuentra localizado en la parte norte del Estado de San Luis Potosí, en la

zona altiplano, sus límites son: Al norte, el estado de Coahuila; al noreste el estado de

Nuevo León; al este, Cedral; al sur, Catorce; al oeste, el estado de Zacatecas. Su distancia

aproximada a la capital del estado es de 256 kilómetros. La cabecera municipal tiene las

siguientes coordenadas: 100º57’ de longitud oeste y 23º53’ (Figura 1) de latitud norte, con

una altura de 1,730 metros sobre el nivel del mar.



1463

Figura 1. Localización del área de estudio.

METODOLOGÍA

Electro remediación

La celda se hizo con un tubo de metacrilato transparente dividido en cinco segmentos

donde se colocó el suelo contaminado. El compartimiento central contenía el suelo

contaminado. Los compartimentos de los electrodos estaban en un lado de cada sección de

suelo contaminado. También se separaron del suelo con una malla de nylon de 0.5 mm.

Cada compartimento de electrodos tenía un desbordamiento para recoger el agua

transportada debido al proceso de electro-osmosis. Los electrodos de grafito se ubicaron en

los compartimentos de electrodos y se conectaron a la fuente de alimentación de la propia

NORTE



1464

elaboración. La corriente eléctrica que se suministró en el rango de funcionamiento de la

fuente es de 0-5 V al potencial y de 0 a 5 A para la intensidad. La perturbación del

potencial y la corriente fue seguida por un equipo multímetro. La solución electrolítica

utilizada NaHCO3 y Na2SO4, como surfactante para mover el diésel a través del suelo se

utilizó dodecil sulfato de sodio 7.

Se utilizó un análisis de mapeo con Sistemas de Información Geográfica y un sistema de

posicionamiento global para identificar el sistema ambiental y la delimitación de áreas. El

análisis de los hidrocarburos totales se realizó en suelos en las áreas de impacto que utilizan

extracción (US EPA 3541, 1994; Weisman, 1998, Hewari, 1995). El análisis de los totales

de petróleo se analizó en cromatografía FID (ASTM D 5134 1998, EPA 8015, 1996,

Hendrik Van De Weghe, 2006, Saari, 2007, NMX-AA-145-SCFI-2008). Los hidrocarburos

se extrajeron del suelo usando n-pentano como disolvente y utilizando un sistema de

extracción soxhlet. Diez gramos en proporción 1:1 con sulfato de sodio anhidro. El extracto

se concentró a 2 ml en un destilador, el extracto se almacenó a -6 grados (US EPA 3541,

1994). Las muestras se analizaron con un cromatógrafo de gases con un detector de

ionización de llama equipado con una columna capilar para detección, utilizando gas

nitrógeno como medio de arrastre. El análisis cromatográfico se realizó para discriminar

gasolina, gasolina y gasolina. La concentración de hidrocarburos de fracción media se

determinó mediante la integración del cromatograma que considera el área bajo la curva de

los picos resueltos frente a la curva de calibración. La determinación de los hidrocarburos

de fracción media se llevó a cabo antes y después de la prueba electrocinética.

Dispositivo experimental

La celda se hizo con un tubo de metacrilato transparente dividido en cinco segmentos

donde se colocó el suelo contaminado. El compartimiento central contenía el suelo

contaminado. Los compartimentos de los electrodos estaban en un lado de cada sección de

suelo contaminado. También se separaron del suelo con una malla de nylon de 0.5 mm.

Cada compartimento de electrodos tenía un desbordamiento para recoger el agua

transportada debido al proceso de electro-osmosis. Los electrodos de grafito se ubicaron en

los compartimentos de electrodos y se conectaron a la fuente de alimentación de la propia

elaboración. La corriente eléctrica que se suministró en el rango de funcionamiento de la

fuente es de 0-5 V al potencial y de 0 a 5 A por ocho días. La perturbación del potencial y

la corriente fue seguida por un equipo multímetro.

Análisis de conductividad

El seguimiento de la conductividad durante el proceso se llevó a cabo con un equipo hermo

Scientific™ STARA2120.



1465

Figura 2. Dispositivo experimental electrocinético.

Caracterización del suelo

Clasificación textural

El suelo se tamizo a través de una malla para un tamaño de partícula menor a 2 mm. El

suelo menor a 2 mm fue triturado con la finalidad de liberar las partículas separadas.

Posteriormente se pesó 10 gr de la muestra y se tamiza en una serie de tamices para obtener

una muestra menor a 0.1 mm de tamaño de partícula, cada muestra de suelo fraccionada fue

pesada para calcular posteriormente como porcentaje del peso total inicial de tierra fina.

Las partículas de limo y arcilla se midieron por sedimentación expresado posteriormente en

porcentaje del peso total. La asignación de la clase textural se realizó utilizando el triángulo

textural 8.

pH

El suelo previamente tamizado se colocó en un vaso de precipitados y se agregó agua des

ionizada en una relación 1:25 agua-suelo, se agitó por 10 minutos y se registró el pH.

Conductividad

Se colocó 100 g de suelo previamente tamizado en un vaso de precipitados y se agregó

agua hasta que se obtuvo una pasta saturada, se reposó por 4 horas y posteriormente se



1466

se midió a conductividad al extracto colectado.

Cationes intercambiables

Se colocaron en un matraz 5 gramos de suelo tamizado y se agregó 25 mL de acetato de

amonio 1 M y se agitó por 30 minutos. Posteriormente se filtró al vacío donde el filtrado se

colocó en matraz volumétrico de 100 mL y se aforó con agua doble de ionizada. E

sobrenadante fue analizado mediante absorción atómica y/o emisión.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se llevaron a cabo recorridos exploratorios por el municipio de Vanegas, con el objetivo de

identificar espacios públicos invadidos por vegetación invasora, fauna urbana nociva y

acumulación de diésel y aceites provenientes del mantenimiento a las máquinas de

ferrocarril. Particularmente se trabajó en la cabecera municipal, detectando algunas

ausencias en la jerarquización de áreas prioritarias, por ejemplo, de la afluencia peatonal de

escolares, para asegurar su integridad. Por otra parte, se analizó la población y

equipamiento en el radio de influencia de cada una de las áreas identificadas como

prioritarias a intervención y rescate.

El muestreo del suelo se llevó a cabo en referencia a NOM-138-SEMARNAT / SSA1-2012

9 para un área de 0.6 Ha (caja roja Figura 2). Los resultados del análisis de hidrocarburos

de fracción media antes y después del proceso electrocinético se presentan en la Tabla 1, se

observa que los valores disminuyen significativamente, sin embargo, no en todos los casos

analizados se cumple con el límite máximo permisible para fracciones de hidrocarburos en

suelos (1200 mg/kg). La densidad de corriente presentada en la Figura 3, sugiere un buen

control del movimiento de iones en el sistema.

Análisis de mecánica de suelo

Los suelos predominantes dentro del Sistema Ambiental Regional son los Litosoles, los

cuales se distribuyen en lomeríos y bajadas. Son muy someros, menores de 10 cm de

profundidad, sobreyacen directamente a la roca o a una fase dura, continua y coherente, y

presentan bastantes afloramientos rocosos. Son de origen residual, derivados de caliza-

lutita. Son de color grisáceo oscuro, con textura media y pH ligeramente alcalino; en esta

zona se asocian con Xerosoles. Por su escasa profundidad no se recomienda ningún tipo de

uso para estos suelos, sólo dejarlos para la vida silvestre. A continuación, se presenta la

descripción de las características morfológicas obtenidas en el terreno y los análisis de



1467

laboratorio para un perfil representativo de este tipo de suelo. Perfil representativo para:

Litosol Ubicación fisiográfica: Provincia de la Sierra Madre Oriental, Subprovincia Sierras

y Llanuras Occidentales. Sistema de topoformas: Bajada con lomeríos.

Figura 2. Área de estudio en Vanegas S.L.P., el cuadro rojo representa el área contaminada con

hidrocarburos históricos.



1468

Tabla 1. Resultados de TPH fracción pesada mg / kg de suelo en las coordenadas del

cuadrante 14Q y XY. Análisis A. antes y B. después del proceso electrocinético.

Horizonte A1 Profundidad 0-10 cm. Color pardo grisáceo muy oscuro. Separación de

contraste abrupto y forma plana. Reacción fuerte al HCl diluido. Textura franca.

Consistencia blanda en seco y friable en húmedo. Adhesividad y plasticidad ligeras. Gravas

de tamaño fino y muy fino, de forma subangular frecuentes, de naturaleza caliza y lutita,

Guijarros de forma subangular, escasos, de naturaleza caliza y lutita. Estructura granular,

Porosidad en cantidad moderada y constitución finamente porosa. Raíces muy finas, finas y

medias frecuentes. Drenaje interno: drenado. Denominación del horizonte: Ócrico. Roca

consolidada. Profundidad de 10 cm en adelante.

X Y A B

301634.63 2642761.58 5826 980

301650.92 2642758.54 5798 1380

301663.14 2642757.39 5720 1354

301678.99 2642756.61 5833 1398

301635.69 2642744.43 6203 1620

301651.07 2642742-32 6567 1786

301665.96 2642738.42 5898 1498

301675.43 2642736.43 5782 1330

301638.96 2642722.78 6239 1645

301652.96 2642721.59 6532 1890

301673.26 2642717.60 5412 1100

301643.16 2642700.30 5571 1460

301668.37 2642697.08 6745 2350

301665.87 2642678.58 6639 2280

301669.47 2642679.55 5639 1310

301765.73 2642686.68 6639 1900



1469

Tabla 2. Propiedades del suelo.

Horizonte A1

Profundidad (cm) 0-10

Textura:

% de arcilla

% de limo

% de arena

21

34

45

Clasificación textural C

Color en húmedo 10YR 3/2

Conductividad eléctrica (mmhos/cm) Menor de 2.0

pH en agua relación 1:1 8.2

% de materia orgánica 2.55

CICT (meq/100 g) 16.25

Cationes intercambiables 100

Sodio (meq/100 g) 0.30

Potasio (meq/100 g) 1.07

Calcio (meq/100 g) 18.20

Magnesio (meq/100 g) 0.55

% de saturación de bases 100

Fósforo (ppm) 0.68

Figura 3. Densidad de corriente y tiempo en el suelo de electroremediación.



1470

La estrategia para la reforestación de las áreas dispuestas se llevará a cabo mediante el

trazado de una malla con cuadrantes de 10 m2. Para el sembrado de especies cuyo follaje

requiera de un promedio de 5.0 metros de diámetro. Las especies vegetales mayores a 1.5

metros de altura, son propuestas como barrera vegetal inducida, mismas que tendrán la

función de minimizar la velocidad del viento. En el caso de especies vegetales con altura

menor de 1 metro, se aprovechará el follaje para la retención y recuperación de la capa

superficial suelo. En todos los casos, la siembra entonces se llevará a cabo en el centro de

cada cuadrante. La distribución de estas últimas especies se llevará a cabo considerando

también el diámetro de extensión de su follaje. En el caso de especies vegetales arbustivas

la plantación se llevará a cabo cada 2.5 m. En la Tabla 2, se presenta una descripción de la

vegetación nativa del municipio de Vanegas, misma que será primordial para la

reforestación, así como para áreas verdes.

Tabla 1. Especies nativas del municipio de Villa de Vanegas, San Luis Potosí.

Nombre científico Nombre común

Agave salmiana Maguey cimarrón (2) Roseta 2 m de ancho y 1.5 m de alto,

sus hojas son

lanceoladas y gruesas con espinas

grandes y anchas de color verde a verde

oscuro, su inflorescencia mide hasta 8

m con flores verde-amarillas, se

reproduce por semillas e hijuelos.

Agave striata Agave salmeana (2) Roseta de 1,5 metros de altura

aproximadamente y hasta 5 m de

ancho, cada una de las hojas es de 1 m

de largo y 35 cm de ancho con espinas

de 3 cm en el margen, de color negro y

forma de gancho.

Acacia farnesiana Huizache blanco (2) Arbusto espinoso o árbol pequeño,

perennifolio o subcaducifolio, de 1 a 2

m de altura la forma arbustiva y de 3 a

10 m la forma arbórea, con un diámetro

a la altura del pecho de hasta 40 cm.



1471

Cupressus

semperiverns

Cipes (1) Altura entre 25 y 30 metros.

Excepcionalmente pueden alcanzar

hasta los 35 metros. Hojas Se presentan

en ramillos con forma de escama entre

2 y 5 milímetros de longitud. Forman

un follaje denso de color verde oscuro.

Spheraloe

funifera

Samandoque (2) Espaciado: 24-36 pulgadas (60-90 cm)

Parkinsonia

aculeata

Retama 1) Altura de 6 a 8 m de alto y de 4 a 8 m

de diámetro de copa, de forma

extendida y crecimiento rápido.

Prosopis juliflora Mezquite blanco (1) Árbol o arbusto espinoso, caducifolio,

de 2 a 12 m (hasta 15 m) de altura con

un diámetro a la altura del pecho hasta

de 40 cm. Bajo condiciones favorables

de suelo y humedad, tienen hábito

arbóreo y en condiciones de aridez

extrema arbustivo.

Dasylirion

acrotriche

Sotol 2) Follaje firme hojas estrechas de 1 m de

largo y 1 cm de ancho y de diámetro de

1.8 m, florescencia blanca a mediados

de verano.

Yucca

carnerosana

Yuca (1) Planta arborescente, de 2.0 a 3.5 m de

altura y en ocasiones hasta 5.0 m,

ramificada de 1.5 a 2.0 m sobre el nivel

del suelo, de rosetas de hojas

simétricas. Hojas 50 a 100 cm de largo

y de 5.2 a 7.5 cm de ancho. Flores de

6.5 a 9.5 cm de largo y fruto carnoso,

semillas de color negro, grueso y sin

alas.

Yucca filifera Yuca 1) Planta con varios tallos que alcanza 10

m de alto o más, hojas de 30-45 cm de

largo por 2-2,4 cm de ancho, de color



1472

verde, con los márgenes delgados de

color pardo castaño y fibrosos.

Inflorescencias terminales, erectas en el

principio, colgante después de la

floración, en panículo oval, grande.

Flores blanco cremosas, segmentos del

tépalo ovales o anchamente oblongos,

agudos; filamentos más cortos que los

tépalos. Fruto oblongo, abayado, de 5-7

cm de largo; semillas negruzcas planas,

delgadas.

1. Especie arbórea 2. Especie arbustiva. Tomado de: J. Rezeowski, Vegetación de México,

CONABIO, Editorial Limusa, S.A. Primera Edición 1978.

CONCLUSIONES

La metodología utilizada permitió demostrar que es posible degradar parcialmente

hidrocarburos de fracción media. Es necesario incrementar los tiempos de imposición de

corriente y analizar en fraccciones de tiempo. La permeabilidad del suelo permitió el buen

funcionamiento de la metodología propuesta. Dentro de las perspectivas se propone utilizar

un consorcio de bacterias nativas que ayuden a la degradación del hidrocarburo residual.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la presidencia del Municipio de Vanegas, S.L.P. por las facilidades

prestadas durante el desarrollo del presente trabajo.

BIBLIOGRAFÍA



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remediación electrocinética de suelos con lubricantes de

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