Modelo Fenomenológico para Biorremediación in-situ de un Suelo Contaminado con Hidrocaburos del Petróleo Luz Adriana Quintero 1, Santiago Cardona 1, Hernán Álvarez 1 1 Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Medellín. Colombia. Tel: (57-4) Fax.: (57-4) Área de estudio Se formuló un modelo fenomenológico para biorremediación in-situ de suelos contaminados con hidrocaburos de Petróleo (gasolina y diesel) determinado mediante balances de masa, energía y transporte y gracias a la reducción del complejo sistema de proceso de un derrame en medio poroso Introducción Resultados y discusión Conclusión Referencias COLE, G. Mattney. Assessment and remediation of petroleum contaminated sites. Lewis Publishers. Estados Unidos, EWEIS, Juana B; Ergas, Sarina J; Chang, Daniel P.Y; Schroeder, Edgard D. Principios de biorrecuperación. Editorial Mc Graw Hill. España, LEVIN, Morris; Gealt, Michael A. Biotratamiento de residuos tóxicos y peligrosos. Editorial Mc Graw Hill. España, LOGAN, Bruce E. Environmental transport processes. Jhon Wiley & Sons. Estados Unidos, NAZAROF, William W; Cohen Lisa Àlvarez. Environmental engineering science. Jhon Wiley & Sons, Inc. New York, OCAMPO O. Alonso. Introducción a la ingeniería de los reactores químicos. Universidad Nacional De Colombia. Facultad de Minas. Escuela de procesos y energía. Medellín RISER, Eve. Remediation of petroleum contaminated soils. Lewis Publishers. Estados Unidos, SUTHERSON, Suthan S. Remediation engineering, design concepts. Lewis Publishers. Estados Unidos, Ronald J Baker, Arthur L. Baehr, Matthew A. Lahvis. Estimation of hydrocarbon biodegradation rates in gasoline-contaminated sediment from measured respiration rates. Journal of contaminant hydrology. 41. Pág Resumen Se presenta la construcción de un modelo fenomenológico de base semifísica para la biorremediación (atenuación natural estimulada) de un suelo contaminado con una mezcla de diesel y gasolina. Se realiza una abstracción del sistema en fase homogénea: pluma contaminante de mezcla de hidrocarburos en el suelo con una biodegradación estimulada a través de peróxido de hidrógeno (como fuente de oxígeno) y nutrientes (nitrógeno y fósforo) en forma de sales. Se determina un modelo de parámetros concentrados que permite conocer los cambios de concentración en el tiempo de los componentes de interés (mezcla de hidrocarburos, oxígeno, amonio, nitrato, biomasa heterótrofa), el cambio de la temperatura con el tiempo, variable que afecta en gran medida el proceso biológico de biorremediación y un modelo de parámetros distribuidos para el transporte de la mezcla de hidrocarburos del petróleo. El reactor a considerar es el modelo conceptual de flujo pistón. El modelo permite conocer el comportamiento de la mezcla de contaminantes, la interacción con los componentes del suelo y el crecimiento microbiano, además de brindar una posibilidad de escalamiento y diseño en el proceso de atenuación natural (de laboratorio a campo). La ruta de modelamiento comprende la aplicación del principio de conservación de materia, energía y cantidad de movimiento a cada sistema de proceso una vez determinados los procesos biológicos más relevantes. Se subdivide la zona contaminada en cuatro zonas de acuerdo a las características de saturación, procesos biológicos, físico-químicos y condiciones ambientales: zona vadosa, zona capilar, zona fluctuante y zona saturada. En una primera etapa de la investigación se construye el modelo para la zona vadosa de acuerdo a las dinámicas de interés en función de variables y parámetros interrelacionados gracias a la reducción del complejo sistema de proceso de un derrame en medio poroso. El Modelo fenomenológico integra dinámicas de concentración, energía y cantidad de movimiento de componentes y permite relacionar; propiedades energéticas, químicas, bioquímicas y físicas como son: temperatura del sistema reaccionante, capacidad calorífica másica del contaminante, coeficiente de transferencia de calor entresuelo y mezcla de hidrocarburos, calores de reacción para oxidación, coeficiente de distribución de contaminante entre fase líquida y sólida, densidad aparente seca del terreno, velocidad a lo largo de la dirección de flujo, entre otros. El modelo permite conocer la concentración de los componentes y la temperatura en el tiempo y en el espacio. A través de las variables de entrada es posible determinar las condiciones óptimas para biodegradar la mezcla de gasolina y diesel; tiempo, cantidades necesarias de oxígeno, nutrientes y temperatura óptima del hidrocarburo, aplicadas a estados de suelo diferentes para cada proyecto de biorremediación in situ que se desee emprender Objetivos Determinar sistema de biorremediación in situ estimulada con oxígeno y nutrientes de una mezcla de hidrocarburos gasolina y diesel, en fase líquida y medio poroso. Determinar los componentes químicos de interés en el estudio, a través de un análisis de condiciones limitantes y puntos críticos. Seleccionar reacciones de oxidación de hidrocarburos, síntesis celular, nitrificación, muerte celular y sus correspondientes cinéticas o velocidades de reacción. Desarrollar un modelo a partir de balances de masa, energía y cantidad de movimiento. Materiales y métodos I Etapa: Selección de sistema: reactor de flujo pistón con operación continua y bajo caudal de flujo contaminante para fase homogénea líquida donde existen cambios en las propiedades del reactor con el tiempo y a través del reactor. II Etapa: Estudio de sustrato como grupo contaminante. Gráfico 1. Representación esquemática de reactor flujo pistón. Gráfico 2. Sistema I Zona vadosa. El modelo fenomenológico planteado para biorremediación in situ de suelo contaminado con hidrocarburo de petróleo gasolina-diesel, no tiene en cuenta la fase gaseosa, lo cual limita la conversión del hidrocarburo derramado y biodegradado después de cierto tiempo, es decir, para tener una concentración inicial de sustrato apta para el proceso biológico es necesario, contar con la concentración después de volatilización. El modelo fenomenológico no tiene en cuenta los factores medioambientales: ph y humedad que afectan en gran medida el proceso biológico de biorremediación y especifican la óptima actividad microbiana. El modelo fenomenológico no representa los cambios de volumen en el tiempo propio de las fases: líquida, gaseosa y sólida. Balances de masa Balance energético Balance de transporte Gráfico 3. Sistema de control de reactor flujo pistón para balance de energía. Ecuaciones Constitutivas III Etapa: Selección de reacciones químicas: oxidación en ambiente aerobio, síntesis de biomasa, muerte celular y nitrificación. IV Etapa: Selección de componentes químicos: sustrato como mezcla de hidrocarburos, amonio, nitrato, biomasa, oxígeno y fosfatos. V Etapa: Aplicación de balances de masa, energía y transporte.