Identificación de métodos de biorremediación por derrame de hidrocarburos

1. ESTRATEGIAS DE REHABILITACIÓN DE ECOSISTEMAS ANTE DERRAME
DE PETRÓLEO EN EL MUNICIPIO DE TUMACO EN EL DEPARTAMENTO DE
NARIÑO
PRESENTADO POR:
LILIANA VELA ZARAMA
MÓDULO: BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD CIENCIAS CONTABLES Y ECONÓMICAS
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
MARZO 2018

2. INTRODUCCIÓN
El río Mira está ubicado al suroeste de Colombia, nace en la confluencia de los ríos Chota y
Lita en Ecuador, y entra a la República de Colombia en el departamento de Nariño, posee un
total de 308 km y desemboca en el cabo Manglares, cerca de la bahía de Tumaco. Es una de
las principales fuentes de abastecimiento de agua en el departamento de Nariño, con un
caudal promedio anual 850 m3/s, se convierte en el eje fundamental de múltiples actividades
socioeconómicas de las cuales dependen miles de familias que se asientan en su ribera, así
como el municipio de Tumaco, donde cerca de 190.000 habitantes obtienen el suministro de
agua de este gran afluente. Asimismo, el río Mira presta servicios ecosistémicos
indispensables para las personas que habitan en este territorio, siendo fuente de alimento para
las poblaciones y su comercialización, al ser la principal ruta de acceso para las comunidades
de la región cuya única opción es el transporte fluvial. También está firmemente arraigado
en la identidad cultural ancestral de las comunidades(Univalle, Ministerio de Ambiente y
Desarrollo Sostenible, Invemar, & Corponariño, 2017).
Desde hace varios años, atrás el río Mira recibió impactos negativos por vertimientos
frecuentes de hidrocarburos, siendo área de influencia del Oleoducto Transandino (OTA),
afectando los servicios ecosistémicos que ofrece esta corriente y de los cuales ha dependido
la población que habita la región.
A raíz de la voladura del oleoducto trasandino OTA en el año 2015, se provocó el derrame
de 410.000 galones de crudo, evidenciandola presencia de hidrocarburos en aguas en
ecosistemas del río Mira, manglar y en la zona marino costera, a partir de lo cual se pudieron
identificar medidas de rehabilitación de las zonas afectadas por los derrames de crudo, por
medio de métodos de biorremediación, mediante el empleo de bacterias y plantas con el fin
de tratar de recuperar la dinámica de estos ecosistemas.

3. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN POR HIDROCARUBUROS
La contaminación de hidrocarburos en diferentes ecosistemas, se ha incrementado en los
últimos años, debido al aumento en la actividad de exploración y producción de la industria
petrolera. En relación a los suelos contaminados con estos compuestos, representan el 70%
del total de los ecosistemas impactados (Swannell et al citado por Petro Cardona & Montero,
2014). Los hidrocarburos afectan las propiedades físicas y químicas del suelo, como el pH,
textura, permeabilidad, pérdida de capacidad de soporte al crecimiento vegetal y causan un
impacto paisajístico. En los suelos, las principales consecuencias ambientales que se
presentan después de un evento de contaminación por hidrocarburos son: la reducción o
inhibición del desarrollo de la cobertura vegetal en el lugar del derrame, cambios en la
dinámica poblacional de la fauna y contaminación por infiltración a cuerpos de agua
subterráneos (Pardo et al, citado por Petro Cardona & Montero, 2014).
En el suelo, los hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la atmosfera, iniciando
una serie de procesos físico-químicos 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
(Pellini, citado por Petro Cardona & Montero, 2014)
En ecosistemas marinos los derrames de hidrocarburos representan una fracción
relativamente pequeña, alrededor de un 10%. Sin embargo, los daños al medio ambiente
pueden ser muy importantes. El origen de este tipo de contaminación es variable y sólo el
10% del total de petróleo derramado en el mar es debido a accidentes de petroleros. Los
efectos de la contaminación por vertido de hidrocarburos en el medio marino son diversos, y
el impacto depende principalmente de varios factores: si el vertido alcanza la costa, de si
alcanza ecosistemas débiles, y si alcanza a poblaciones de animales sensibles. Es probable
que un vertido importante en el océano tenga un impacto menor que un pequeño vertido cerca
de la costa o de poblaciones de aves (Corral et al., 2012).
CAUSAS DEL DERRAME POR ACTIVIDAD PETROLERA
Las causas más frecuentes de contaminación en la industria petrolera por transporte por
medio de tubería u oleoducto, son:
 Falla operacional: Se da por un desajuste o asincronismo en la actividad normal de la
operación de un oleoducto, un poliducto o estación, ya sea en la manipulación de los
instrumentos o en la parte operativa, que ocasiona una sobrepresión de la línea de
transporte.
 Fatiga de materiales: Ocasionado por el inadecuado mantenimiento de las
instalaciones, llámese tubo, pozo o múltiple abastecimiento, provocando un agujero
por el cual se genera una fuga del líquido.
Cuando un derrame es provocado por la acción dolosa de un tercero, en dicho caso es habitual
que el origen del mismo se pueda dar por:

4.  Hurto: Cuando los terceros que acometen el hecho punible no tienen por motivo nada
distinto que obtener un lucro con el crudo que extraen de la tubería.
 Actividad terrorista: Es aquel que se atribuye por lo general a grupos u
organizaciones armadas que enarbolando un carácter político acometen el daño con
el interés de desestabilizar (Torres citado por Petro Cardona & Montero, 2014).
METODOS DE BIORREMEDIACIÓN EMPLEADOS PARA DERRAMES DE
HIDROCARBUROS
Los derrames por petróleo a nivel global han ocurrido desde hace muchas décadas, lo que ha
generado una diversidad de tecnologías para la contención y limpieza de los suelos
impactados. En el caso del agua, se pueden utilizar procesos físicos, químicos y biológicos
para recuperar y remover petróleo, más sin embargo los nuevos esfuerzos se han enfocado
hacia el uso de tecnologías que promuevan los procesos naturales de remoción de
contaminantes, por esta razón se han identificado dos procesos ambientalmente pertinentes
como son la biorremediación y la fitorremediación (Olguín, Hernandez, & Sánchez, 2007)
Los procesos de biorremediación consisten en el uso de microorganismos como plantas,
hongos, bacterias naturales o modificadas genéticamente para neutralizar y transformar
sustancias toxicas, en compuestos que puedan ser degradados en el medio ambiente (Schmidt
& Plaza et al, citado por Benavides et al., 2006). Igualmente se considera que es un proceso
biológico en donde diversos microorganismos degradan diversos contaminantes hasta
compuestos no tóxicos presentes en suelo, agua o aire, trabajando de manera individual o
coordinadamente (mediante sinergias), dentro de un consorcio microbiano (Olguín et al.,
2007).
Figura 1. Estrategias de Biorremediación y Fitorremediación para descontaminación de
ecosistemas por hidrocarburos. Tomado de: Olguín et al. (2007)

5. La fitorremediación, es el uso de plantas para la remoción de contaminantes de suelo y aguas,
es una técnica apropiada para la remoción de metales pesados y radionucleos (Benavides
et al., 2006). Igualmente se refiere al uso de las plantas con capacidad para remover los
contaminantes y con resistencia para crecer en suelos contaminados con hidrocarburos totales
del petróleo (HPT). La presencia de vegetación afecta las propiedades físicas del suelo,
incluyendo la estructura, porosidad, conductividad y tasas de infiltración. Estas plantas son
capaces de fitodegradar y estimular a poblaciones de microorganismos en los sistemas
rizosféricos. Se ha demostrado que las plantas pueden metabolizar o inmovilizar
hidrocarburos del petróleo por medio de numerosos procesos como la oxidación metabólica
o la co-oxidación dependiendo de los niveles de concentración de los hidrocarburos (Pérez
citado por (Pulgarin, 2012).
Cabe destacar que en el caso de derrames con hidrocarburos, no es fácil aplicar tecnologías
de fitorremediación utilizando plantas vivas, dado que las plantas también son sensibles a
estos compuestos tóxicos. Se ha demostrado que ciertas plantas costeras de pantano son
sensibles al petróleo crudo, sin embargo, al utilizar la biomasa seca, dichos efectos tóxicos
fueron eliminados (DeLaune et al. 2003). Por lo anterior, la fitorremediación dirigida a la
adsorción de hidrocarburos disueltos en la columna de agua o adheridos a partículas
suspendidas en el agua de ambientes de manglar, utiliza biomasa muerta no sensible a los
efectos tóxicos de estos compuestos.
Hoy en día las investigaciones en fitorremediación se encaminan igualmente en el tratamiento
de contaminantes orgánicos, algunas especies de plantas probadas con éxito en la
fitorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos del petróleo son: Zea mays L.,
Panicum maximun Jacq., Paspalum virgatum L., Echinochloa polystachya Kunth., Sorghum
vulgare L., Phaseolus vulgaris L., Phaseolus coccineus L., Chamae cristanictitans (L.)
Moench., Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich) Stapf., Triticum aestivum L., Hordeum
vulgare L.(Petro Cardona & Montero, 2014)
MICROORGANISMOS EN LA BIORREMEDIACIÓN
La biodegradación de hidrocarburos en diferentes ecosistemas ya sea suelo y agua, requieren
de la presencia de microorganismos que a través de la actividad bioquímica, los oxiden.
Algunas especies de microorganismos pueden metabolizar un número limitado de
hidrocarburos, pero se requiere reforzar esta capacidad con la presencia de poblaciones
mixtas para degradar mezclas mucho más complejas de hidrocarburos como es el caso del
crudo (Ñustez, citado por Petro Cardona & Montero, 2014). La degradación de hidrocarburos
se lleva acabo principalmente por bacterias, seguidas por los hongos, levaduras y algas, entre
otros [24].
En ecosistemas en donde las poblaciones microbiológicas degradadoras no son significativas,
se ha utilizado la bioaumentación con el propósito de incrementar la tasa de biodegradación
de los contaminantes. En este proceso se pueden emplear microorganismos nativos, ya que
otros microorganismos pueden presentan problemas de adaptación, así como de
microorganismos genéticamente modificados y generar resultados efectivos en la
descontaminación de ecosistemas por hidrocarburos (Ríos, citado por Petro Cardona &
Montero, 2014).

6. Uno de los géneros bacterianos más empleados en bioprocesos no convencionales es
Rhodococcus, es un grupo de microorganismos que presentan una gran diversidad
metabólica, capaz de transformar, biodegradar y utilizar como única fuente de carbono
compuestos hidrófobos (Flavio et al, citado por Benavides et al., 2006)
Las bacterias del género Pseudomonas poseen la habilidad para utilizar diversos substratos,
incluyendo aquellos creados por el petróleo.
Las Pseudomonas son bacterias productoras de biosurfactantes que solubilizan y facilitan la
penetración de los hidrocarburos a través de la pared celular hidrofílica; contienen además
enzimas degradadoras de hidrocarburos en la membrana citoplasmática (Petro Cardona &
Montero, 2014).
TÉCNICAS EMPLEADAS EN BIORREMEDIACIÓN
Biorremediación In Situ: Las técnicas más empleadas son las siguientes:
Biolabranza: Al suelo contaminado se le mezcla con agentes de volumen y se la realiza una
la labranza periódica para favorecer la aireación. Dentro de las ventajas se puede decir que
es un proceso considerado de bajo nivel tecnológico que no requiere exigentes
consideraciones de ingeniería, y a la vez permite una fácil manipulación y control de las
variables de diseño y operación. Entre sus desventajas está que requiere grandes extensiones
de área, otro inconveniente es que si los hidrocarburos contaminantes son livianos, estos
pueden volatilizarse, lo cual generaría problemas en el aire y cuando la contaminación es
profunda los costos de excavación y movimiento de tierras pueden ser muy altos, esta
estrategia puede aplicarse ex situ de igual manera (Duran & Contreras, 2006).
Bioestimulación: Se define como la estimulación de los microorganismos nativos, para
activar y acelerar la degradación de contaminantes, se puede llevar a cabo con la adición de
agua, oxigeno, nutrientes, aceptor de electrones, entre otros parámetros que permitan el buen
desarrollo de los microorganismos. Dentro de los nutrientes se encuentran principalmente el
nitrógeno y fósforo, el nitrógeno proporciona el elemento necesario para la producción de
aminoácidos y enzimas, y la fuente de fósforo interviene en la formación de compuestos
energéticos dentro de la célula que se utilizan en los procesos de reproducción y degradación.
(Taccaria et al, citado por Petro Cardona & Montero, 2014).
Bioaumentación: consiste en la adición de cepas microbianas externas (diferentes a las
nativas), al suelo contaminado, estos microorganismos están adaptados o incluso
modificados genéticamente y cuentan con la capacidad de degradar el contaminante. Esta
estrategia no requiere área adicional, ni maquinaria pesada, como desventaja esta la
inoculación a gran escala, el que entran a competir con los microorganismos nativos y pueden
tener limitaciones con las condiciones climáticas del sitio a tratar. Con un buen estudio de las
condiciones del área a inocular, esta estrategia puede aumentar las tasas de remoción del
contaminante mediante el aumento de la población bacteriana (Ta-Chen,citado por Petro
Cardona & Montero, 2014).

7. Atenuación Natural: Es una técnica de remediación de bajo costo, su característica principal
es la utilización de los procesos fisicoquímicos de interacción contaminante suelo y los
proceso de biodegradación tienen lugar de forma natural. Estos procesos se conocen de
biotransformación natural, los cuales van a reducir la concentración de los contaminantes.
Éste proceso transforma el contaminante en formas menos toxicas, por procesos físicos entre
los que se encuentran la dilución, la dispersión, volatilización, adsorción, biodegradación y
las reacciones químicas que se producen en el suelo (Lee et al, citado por Petro Cardona &
Montero, 2014).
Biorremediación Ex Situ:
Disposición sobre el suelo: También conocido como “Landfarming”, tratamiento en lechos
o tratamiento vía sólida. Esta es la técnica más usada para la biorremediación de los lodos
contaminados con hidrocarburos y de otros desechos de la industria petrolera. Esta técnica
consiste en excavar los suelos contaminados, extenderlos sobre un área suficientemente
amplia y estimular las variables de incidencia en el proceso para promover la actividad de los
microorganismos encargados de degradar los hidrocarburos. Antes de extender el suelo
contaminado se deben adecuar las condiciones de la superficie para controlar los lixiviados
y las aguas lluvias (Margesin & Schinner, citado por Petro Cardona & Montero, 2014).
Figura 2. Contaminación y remediación del suelo. Tomado de:
https://www.emaze.com/@AWFWQWFF/Modos-de-producci%C3%B3n-(Biopilas
Compostaje Es un proceso biológico controlado que se diferencia de los sistemas
convencionales de compostaje, porque estos son sistemas cerrados, como las incubadoras de
gran tamaño, ofreciendo la oportunidad de asegurar el uso de altas temperaturas (> 70 ° C),
con el fin de cumplir con requisitos regulatorios para el control de patógenos. La aplicación
de compostaje como una estrategia de biorremediación tiene dos objetivos:
a. Maximizar la eliminación del contaminante.
b. Producir un compuesto maduro que podría ser utilizado en la restauración de la tierra
para uso industrial.

8. Los sistemas de compostaje incluyen tambores rotatorios, tanques circulares, recipientes
abiertos y Biopilas (Ladislao, citado por Petro Cardona & Montero, 2014).
Las Biopilas Se utilizan para reducir las concentraciones de (HTP) en suelos contaminados
con hidrocarburos a través de la biodegradación. La biopila se define como un proceso
biológico controlado, donde los contaminantes orgánicos son biodegradados y mineralizados.
El proceso consiste en formar pilas con el suelo contaminado y estimular la actividad
microbiana, aireando y adicionando nutrientes y humedad. El incremento de la actividad
microbiana es proporcional a la reducción de las concentraciones de HTP (Iturbe-Argüelles,
Flores-Torres, Chávez-López, & Roldán-Martín, 2002)
EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN POR
CONTAMINACIÓN DE HIDROCARBUROS IDENTIFICADAS PARA EL RIO
MIRA EN EL MUNICIPIO DE TUMACO
Con el propósito de definir una estrategia de rehabilitación de los ecosistemas afectados por
el derrame de crudo ocasionado por la voladura del Oleoducto Transandino en el municipio
de Tumaco en el año 2015, se realizó una revisión de métodos de rehabilitación ambiental,
en la que se consideraron la contención mecánica, la contención química y los procesos de
biorremediación. Paralelamente se procedió a realizar el aislamiento de microorganismos
autóctonos a partir de muestras de suelo, agua y sedimento, con el propósito de evaluar su
capacidad de degradar el hidrocarburo (HC). Posteriormente, se hizo una selección de las
cepas que presentaron mayor tolerancia al HC en medio mínimo de sales al 2% del crudo,
tomado en la zona del derrame. Con las cepas bacterianas seleccionadas se realizaron
bioensayos de degradación del crudo, cuyo proceso se midió por cromatografía de gases-
masas y el crecimiento bacteriano por el método de recuento estándar en placa (Univalle
et al., 2017).
Los resultados de los bioensayos permitieron definir que las bacterias nativas Acinetobacter
baumanii y Bacillus cereus, son microorganismos apropiados para la implementación de
procesos de remoción de hidrocarburos al evidenciarse su capacidad de remover
hidrocarburos de cadenas C26 a C32, con una eficiencia del 52 al 88%. Entre las estrategias
de rehabilitación que podrían implementarse para el caso de los suelos, se encuentra la
Bioestimulación, la Bioaumentación y las Biopilas con las cepas evaluadas. La
Bioestimulación consiste en la adición de nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo) y
fertilizantes orgánicos que estimulan el crecimiento de los microorganismos nativos
degradadores de HC, para incrementar la velocidad de biodegradación. La Bioaumentación
involucra la adición de microorganismos nativos con alta capacidad degradativa (como los
evaluados en este estudio), para enriquecer la comunidad existente en el sitio de la
contaminación. Las Biopilas, son un método ex -situ, que facilita el control de las poblaciones
bacterianas degradadoras y las condiciones ambientales como humedad, temperatura, pH,
oxígeno, toxicidad, etc ((Univalle et al., 2017).

9. Figura 3. Ataque al Oleducto trasandino en el municipio de Tumaco (Nariño), afectando al
río Mira, tomado de: (Univalle et al., 2017)
Bibliografía
Benavides, J., Quintero, G., Guevara, L., Jaimes, D., Gutierrez, S., & Mirand, J. (2006).
Bioremediación de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo,
4(5), 1794–24701. Recuperado a partir de file:///C:/Users/Asus/Downloads/60-402-1-
PB.pdf
Corral, M., Pablo, E., Nicolás, V., Barragán, R., Eugenia, M., & Córdova, L. (2012).
ESTUDIO DE DISPERSIÓN DE HIDROCARBUROS EN MEDIO MARINO.
Recuperado a partir de
http://www.aeipro.com/files/congresos/2012valencia/CIIP12_0838_0845.3761.pdf
Duran, M., & Contreras, N. (2006). ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO PARA
TIERRAS FULLER CONTAMINADAS CON ACEITE DIELECTRICO, 122–1701.
Recuperado a partir de file:///C:/Users/Asus/Downloads/6329-4169-1-PB.pdf

10. Iturbe-Argüelles, R., Flores-Torres, C., Chávez-López, C., & Roldán-Martín, A. (2002).
Saneamiento de suelos contaminados con hidrocarburos mediante biopilas.
Recuperado a partir de http://www.revistaingenieria.unam.mx/numeros/2002/v03n1-
04.pdf
Olguín, E., Hernandez, M. E., & Sánchez, G. (2007). CONTAMINACIÓN DE
MANGLARES POR HIDROCARBUROS Y ESTRATEGIAS DE BIORREMEDIACIÓN,
FITORREMEDIACIÓN Y RESTAURACIÓN. Revista internacional de contaminación
ambiental (Vol. 23). Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. Recuperado a partir
de http://scielo.unam.mx/scielo.php?pid=S0188-
49992007000300004&script=sci_arttext&tlng=es
Petro Cardona, P., & Montero, G. (2014). BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS
CONTAMINADOS POR DERRAMES DE HIDROCARBUROS DERIVADOS DEL
PETRÓLEO EN COLOMBIA. Recuperado a partir de
http://www.bibliotecadigital.usb.edu.co/bitstream/10819/2354/1/Biorremediación de
suelos contaminados por derrames_Piedad Petro Cardona_USBCTG_2014.pdf
Pulgarin, M. del P. (2012). EVALUACION DE LA FITOREMEDIACION COMO
ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS
CON HIDROCARBUROS PROCEDENTES DE LAS ESTACIONES DE SERVICIO
EN RISARALDA. Recuperado a partir de
http://recursosbiblioteca.utp.edu.co/tesisd/textoyanexos/6281683P981.pdf
Univalle, Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, Invemar, & Corponariño.
(2017). IMPLEMENTACIÓN DE ACCIONES QUE CONTRIBUYAN A LA
REHABILITACIÓN ECOLÓGICA DE ÁREAS AFECTADAS POR
HIDROCARBUROS EN ZONA COSTERA Y PIEDEMONTE DEL
DEPARTAMENTO DE NARIÑO.