Química del Petróleo

>>Contaminación del suelo<<

Ing. Barba Gutiérrez Antonio

Presenta:

Castañeda Cabañas Jorge Francisco

Cuevas Rivera Edgar Ignacio Mariscal Avalos Jesús Felipe

Navarro Ponce de León Dante Enrique Vargas Raymundo

Ingeniería Petrolera

2PM1 “La Técnica al Servicio de la Patria”

Mayo 14, 2014

“2014, AÑO DE OCTAVIO PAZ”

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

CIENCIAS DE LA TIERRA

ESIA Unidad Ticomán Av. Ticomán No. 600, Col. San José Ticomán, C.P. 07340, Del. Gustavo A. Madero, Ciudad De

México, Distrito Federal, Tel. 57296000 Ext.56001

Introducción

Estamos acostumbrados a considerar al suelo, que normalmente llamamos tierra, como algo muerto, donde podemos colocar, acumular o tirar cualquier producto sólido o liquido que ya no nos es de utilidad o que sabemos que es tóxico. Cuando en el suelo depositamos de forma voluntaria o accidental diversos productos como papel, vidrio, plástico, materia orgánica, materia fecal, solventes, plaguicidas, residuos peligrosos o sustancias radioactivas, etc., afectamos de manera directa las características físicas, químicas y de este, desencadenando con ello innumerables efectos sobre seres vivos.

¿Cómo afecta la basura al suelo?

Cuando amontonamos la basura al aire libre, ésta permanece en un mismo lugar durante mucho tiempo, parte de la basura orgánica (residuos de alimentos como cascaras de fruta, pedazos de tortilla, etc.) se fermenta, además de dar origen a mal olor y gases tóxicos, al filtrarse a través del suelo en especial cuando éste es permeable, (deja pasar los líquidos) contamina con hongos, bacteria, y otros microorganismos patógenos (productores de enfermedades), no solo ese suelo, sino también las aguas superficiales y las subterráneas que están en contacto con él, interrumpiendo los ciclos biogeoquímicos y contaminado.

En la contaminación del suelo influyen varios factores, como son: Desarrollo de las ciudades.- La concentración de núcleos urbanos en zonas concretas genera gran cantidad de residuos que pueden quedar en el suelo. La industrialización.- La industria da lugar a la existencia de contaminantes químicos y biológicos (residuos peligrosos). La agricultura.- Por medio abonos sintéticos, herbicidas e insecticidas, los plaguicidas. Industria petrolera.- Debido al derrame de hidrocarburos.

AGENTES Y CONSECUENCIAS DE LA CONTAMINACIÓN AGENTES: a ) Basura no biodegradable. b ) Sustancias tóxicas procedentes de la basura descompuesta. c ) Plaguicidas d ) Fertilizantes e ) Sustancias radiactivas f ) Derrames de petróleo. CONSECUENCIAS: a ) Muerte de la flora y la fauna de la región del suelo contaminado. b ) Alteración de los ciclos biogeoquímicos. c ) Contaminación de mantos freáticos. d ) Interrupción de procesos biológicos.

Tipos de Contaminación

Contaminación natural o endógena • Elementos metálicos en minerales de algunas

rocas. • Los fenómenos naturales. Contaminación antrópica o exógena. • Residuos industriales. • Tirar basura. • Usos de sustancias tóxicas.

Contaminación por metales pesados.

Según estimaciones, el material de la corteza terrestre que la minería mundial remueve en un año equivale al doble de los sedimentos que arrastran todos los ríos del mundo. El resultado es que cada año el hombre vierte en el medio ambiente cantidades de elementos metálicos abrumadoramente mayores que los aportes originales que de estos mismos elementos hace la naturaleza.

Metales pesados, propiedades.

La peligrosidad de los metales pesados es mayor al no ser química ni biológicamente degradables. Una vez emitidos, pueden permanecer en el ambiente durante cientos de años.

Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La bioacumulación significa un aumento en la concentración de un producto químico en un organismo biológico en un cierto plazo, comparada a la concentración del producto químico en el ambiente

Factores del suelo que afectan la

acumulación y disponibilidad

de los metales pesados

La toxicidad de un agente contaminante no sólo va a depender de sí mismo sino que las características del suelo donde se encuentre van a ser decisivas.

pH. Es un factor esencial. La mayoría de los metales tienden a

estar más disponibles a pH ácido Textura. La arcilla tiende a adsorber a los metales pesados, que

quedan retenidos en este sustrato. Por el contrario los suelos arenosos carecen de capacidad de fijación de los metales pesados, los cuales pasan rápidamente al subsuelo y pueden contaminar los niveles freáticos.

Materia Orgánica. Reacciona con los metales formando complejos de cambio y quelatos. Los metales una vez que forman quelatos o complejos pueden migran con mayor facilidad a lo largo del las rutas metabólicas de los seres vivos.

Condiciones Redox. El potencial de oxidación-reducción es responsable de que el metal se encuentre en estado oxidado o reducido y esto condiciona su movilidad.

Cadmio.

Exposición al cadmio: En general en la población no fumadora el camino principal de la

exposición está a través de alimento, con la adición del cadmio en el suelo por vía agrícola desde varias fuentes (deposición atmosférica y aplicaciones fertilizantes).

Una exposición adicional en los seres humanos se presenta a través del cadmio en el aire ambiente, agua potable y con el humo del tabaco.

Efectos del cadmio: En seres humanos, la exposición a largo plazo se asocia a: Disfunción renal. Enfermedad obstructiva del pulmón y se ha ligado al

cáncer de pulmón. Efectos en el tejido óseo (osteomalacia, osteoporosis) en

seres humanos y los animales.

Arsénico.

Efectos del arsénico. La exposición al Arsénico inorgánico puede causar:

Irritación del estómago e intestinos, disminución en la producción de glóbulos rojos y blancos, cambios en la piel, e irritación de los pulmones. Se sugiere la posibilidad de desarrollar cáncer: de piel, pulmón,hígado y linfa.

A exposiciones muy altas de Arsénico inorgánico puede causar infertilidad y abortos en mujeres, pérdida de la resistencia a infecciones, perturbación en el corazón y daño del cerebro tanto en hombres como en mujeres. Finalmente, el Arsénico inorgánico puede dañar el ADN. El Arsénico orgánico puede causar ciertos efectos sobre la salud humana, como es lesión de nervios y dolores de estómago.

Plomo.

Efectos del plomo En la exposición de los seres humanos al

plomo pueden dar lugar a una amplia gama de efectos biológicos dependiendo del nivel y duración de la exposición. Los altos niveles de la exposición pueden dar lugar a efectos bioquímicos tóxicos en los seres humanos que causan problemas en la síntesis de la hemoglobina (anemia), efectos sobre los riñones, aparato gastrointestinal, sistema reproductivo, y daños agudos o crónicos al sistema nervioso. Se tiende a acumular en huesos y dientes. Los efectos son más graves en niños y fetos.

MERCURIO.

Efectos del mercurio Es una sustancia tóxica que no tiene ninguna

función conocida en bioquímica humana o fisiología y no aparece naturalmente en organismos vivos. El envenenamiento por mercurio se asocia a temblores, y/o cambios psicológico, junto con el aborto espontáneo y malformación congénita.

Efectos del níquel

Las cantidades pequeñas de níquel son necesarias para producir las células rojas de la sangre (oligoelemento).

En cantidades excesivas, pueden llegar a ser tóxicos. La sobre exposición a corto plazo al níquel no se sabe que cause ningún problemas de salud, pero la exposición a largo plazo puede causar peso corporal disminuido, daño del corazón y del hígado, e irritación de piel (reacciones alérgicas).

Efectos del selenio

La inhalación en cantidades grandes puede irritar los ojos, la nariz, la garganta, y el tracto respiratorio.

La acumulación de selenio en el tejido vivo, es causada por la ingestión de selenio en pescados y otros organismos. Los problemas de salud que el exceso de selenio en los tejidos ocasiona incluyen pérdida del pelo y de las uñas, daño al riñón y al hígado, daño al sistema circulatorio, y un daño más severo al sistema nervioso.

Efectos del antimonio

El antimonio es un metal usado en el compuesto

del trióxido de antimonio, es un retardador de la llama. Puede también ser encontrado en baterías, pigmentos, cerámica y cristal.

La exposición a altos niveles del antimonio por períodos del tiempo cortos causa náuseas, vómitos, y diarrea.

Hay poca información sobre los efectos de la exposición a largo plazo del antimonio, pero es un agente carcinógeno humano sospechado.

Efectos del cromo.

El cromo se utiliza en el cemento, aleaciones del metal y los pigmentos para las pinturas, el papel, el caucho, y otros materiales.

La exposición baja puede irritar la piel (dermatitis) y causar la ulceración. La exposición a largo plazo puede causar daño del riñón y en el hígado, es típica la aparición de perforaciones en el tabique nasal. Tras una intoxicación masiva en Japón se asoció con aumento de cáncer de pulmón.

El cromo se acumula a menudo en las plantas y animales acuáticos (hasta 4000 veces por encima de los niveles normales).

Efectos del cobre

En altas dosis puede causar anemia, daño del hígado y del riñón, irritación del estómago e intestino y daños cerebrales .La gente con la enfermedad de Wilson (exceso de cobre en el organismo por trastorno enzimático) tiene mayor riesgo de padecer enfermedad por la sobre exposición al cobre.

La vía de entrada es digestiva, por utilización de agua potable conducida por tuberías de cobre, cocinar con cacharros de cobre y por consumir productos tratados con alguicidas a base de cobre.

Métodos para la limpieza

de suelos contaminados

Tecnologías establecidas o

tradicionales

Entre las tecnologías de remediación tradicionales usadas con más frecuencia para la limpieza de sitios contaminados con metales, se encuentran: vitrificación in situ, excavación y disposición, lavado e

inundación de suelos, solidificación, uso de cubiertas sobre los residuos y tecnologías de bombeo y tratamiento para el caso de aguas y lodos

Tecnologías innovadoras

La aplicación de este tipo de tecnologías nació como resultado de la observación de que los humedales (wetlands) removían, de manera natural, metales contenidos en aguas.

Las tecnologías innovadoras incluyen:la biorremediación, la inundación de suelos. el tratamiento químico, la fitorremediación,etc

Lugar de tratamiento

Con base en el lugar en donde se lleva a cabo el tratamiento de un suelo las tecnologías se pueden clasificar en tecnologías in situ y ex situ.

In situ. Los tratamientos in situ son aquellos que permiten tratar el suelo contaminado sin la necesidad de excavar y transportar el suelo fuera de la zona (espacio) contaminada, lo cual genera una disminución de los costos. Generalmente requiere de periodos largos, además de que existe la posibilidad de que el tratamiento de remediación no sea uniforme dada la variabilidad de las características del suelo.

Ex situ. Los tratamientos ex situ son aquellos que requieren de una excavación del suelo contaminado antes de realizar los procesos de remediación, lo cual incrementa los costos.

Este tipo de tratamiento generalmente requiere de periodos cortos y presenta una mayor certeza en la uniformidad de los procesos empleados debido a que se puede obtener una adecuada homogeneización del suelo.

En general, existe un mejor manejo del suelo contaminado (mezclado, tamizado), sin embargo, esto puede presentar condiciones de exposición a los trabajadores y a las poblaciones.

1) Métodos biológicos:

Biorrestauración

También se le conoce con el nombre de “medidas biocorrectivas”. Consisten en el uso de microorganismos para degradar las substancias tóxicas, de ser posible, convirtiéndolas en bióxido de carbono, agua y sales minerales inocuas.

La biorrestauración se usa para la eliminación de tóxicos en suelo y agua.

La biorrestauración in situ consiste, en modificar las condiciones físicoquímicas en la zona contaminada para que se incremente, tanto el número de microorganismos capaces de degradar los tóxicos presentes, como su tasa metabólica.

Las ventajas principales de estos procesos son: no producen polvos tóxicos durante el proceso de limpieza se pueden tratar grandes cantidades de tierra a la vez.

La desventaja principal es: que el tratamiento in situ es más lento que los procesos ex situ y

pueden durar varios años.

Fito-restauración

Consiste en utilizar cultivos de plantas para eliminar tóxicos presentes en agua y suelo. Se han utilizado para eliminar iones metálicos, plaguicidas, disolventes, explosivos, derrames de hidrocarburos (tanto crudos como compuestos poliaromáticos) y lixiviados de basureros tóxicos.

Las plantas pueden fijar los tóxicos o bien pueden metabolizarlos tal como lo hacen los microorganismos en los procesos de bio-restauración.

Fitoextracción

Es la captación de iones metálicos por las raíces de la planta y su acumulación en tallos y hojas. Hay plantas que absorben selectivamente grandes cantidades de metales acumulandoen los tejidos concentraciones mucho más altas que las presentes en el suelo o en el agua.

En la zona contaminada se plantan las especies que se seleccionan. Cuando las plantas crecen se recolectan y se incineran. Las cenizas se pueden lavar para recuperar los metales o bien, pueden confinarse en vertederos de tóxicos, con la ventaja de que ocuparán un espacio mucho menor que el que se usaría si se desechara el suelo contaminado.

Rizofiltración

Es similar a la fitoextracción, pero en lugar de cultivar las plantas en el suelo, se cultivan en invernaderos. Las plantas se cultivan en tanques con agua contaminada y los tóxicos quedan fijados en sus raíces. A medida que las raíces se saturan del tóxico se van cortando y eliminando.

Este método se probó satisfactoriamente para eliminar iones radioactivos en las lagunas contaminadas en el accidente de la planta nuclear de Chernobyl. Usaron plantas de girasol.

Fitodegradación

Es un proceso por medio del cual las plantas degradan compuestos orgánicos. Los compuestos son absorbidos y metabolizados. Muy frecuentemente los metabolitos que producen tienen actividad de fitohormonas (aceleran el crecimiento de las plantas).

La flora microbiana del suelo es más abundante en las cercanías de las raíces, por lo que los procesos similares a la biodegradación tienen lugar a una velocidad mayor que en el resto del suelo, sin necesidad de estimular artificialmente la actividad microbiana.

2)Métodos químicos:

a) Deshalogenación

Es un proceso por medio del cual, se reduce el número de átomos de halógeno que se encuentra en una molécula orgánica. Los compuestos polihalogenados son tóxicos y, la disminución del número de halógenos en la molécula disminuye su toxicidad.

Para utilizar la deshalogenación química es necesario extraer el suelo contaminado y eliminarle las partículas mayores (piedras, palos, etc.). Esto hace necesario que en el sitio se disponga de una área adecuada para hacer esta tarea.

b) Polietilenglicol-potasa

En este proceso, la tierra contaminada con bifenilos policlorados se mezcla con el reactivo APEG (Poli Etilén Glicol Alcalino) y se calienta, a 150° C durante 4 horas, en una retorta. El compuesto policlorado reacciona con el APEG substituyendo los átomo de cloro por residuos de poli etilén glicol.

c) Deshalogenación catalítica

La tierra contaminada se mezcla con bicarbonato de sodio, en una relación de 5/1 y se calienta a 400°C. Los compuestos orgánicos se volatilizan, la tierra que sale del reactor se considera limpia y se envía de nuevo al sitio de donde se extrajo.

4) Extracción

Son procedimientos que se pueden hacer in situ o ex situ, normalmente no degradan el tóxico, sino que lo transfieren del medio contaminado a otro medio, donde puede ser destruido, utilizando cualquiera de los métodos químicos o biológicos que se describieron anteriormente, o bien pueden incinerarse o confinarse. Normalmente la transferencia de un medio a otro va acompañada de una reducción considerable del volumen de material a tratar o confinar. Enjuague del suelo in situ El procedimiento consiste en disolver los tóxicos absorbidos en las

partículas de suelo utilizando soluciones de lavado. Para lograr lo anterior se perforan pozos de inyección y extracción, cuya localización y profundidad depende de las condiciones del sitio. Por los pozos de inyección se introduce agua a la que se le puede agregar ácidos (clorhídrico o nítrico), bases (hidróxido de sodio o amoniaco), detergentes, disolventes orgánicos (alcohol etílico) o mezclas de ellos. Por los pozos de extracción se colectan las aguas de lavado, las cuales se tratan para eliminarles los tóxicos extraídos y volverlas a utilizar en la preparación de soluciones de lavado.

Lavado del suelo

Es un procedimiento ex situ en el que el suelo contaminado se remueve

y se le eliminan las partículas mayores (piedras, palos, etc.). El suelo se

lava con soluciones acuosas similares a las descritas anteriormente. Lo

que se logra con esta técnica es reducir el volumen de material que se

procesa o confina.

Extracción con disolventes

Es también un proceso de lavado de suelo ex situ en el que se usan

disolventes orgánicos en lugar de soluciones acuosas.

Desorción térmica

Es un procedimiento ex situ que consiste en calentar en un horno

rotatorio la tierra contaminada extraída por excavación y cribada . El

tóxico se evapora y se recolecta, ya sea para reutilizarse o para

destruirse.

Contaminación del suelo por la

industria petrolera

En México, la industria petrolera en su conjunto ha tenido un gran impacto negativo en materia ambiental. Por la amplia gama de productos derivados del petróleo, no ha sido posible evaluar cuantitativamente la contaminación involucrada desde la fase de explotación hasta la obtención de los petroquímicos básicos.

La infraestructura petrolera está integrada por pozos, baterías de separación, complejos procesadores de gas, centrales de almacenamiento y bombeo, red densa de ductos y presas para el confinamiento de desechos sólidos y líquidos procedentes de la perforación y mantenimiento de los pozos. Estas instalaciones poseen riesgos inherentes de fugas de petróleo, diesel y gasolina por roturas de los ductos, por filtración de aguas aceitosas desde las presas y por los derrames del agua aceitosa de las presas por las inundaciones durante el periodo de lluvias.

Parámetros del Contaminante Parámetros del Suelo Parámetros Ambientales

Solubilidad Contenido y retención de agua Temperatura

Presión de vapor Porosidad, densidad y permeabilidad

Precipitación

Número y tipo de grupos funcionales

Contenido de arcilla Evapotranspiración

Polaridad Contenido de materia orgánica

Profundidad de agua subterránea

El comportamiento de los contaminantes orgánicos está en función de sus características físicas y químicas, las características del medio y los factores climatológicos

Parámetros del compuesto químico, suelo y ambiente que influyen en el transporte a través del suelo

Los compuestos orgánicos ligeros como las gasolinas, aceites y petróleo crudo tienden a formar una capa en forma de nata en el

nivel freático y se mueven horizontalmente en dirección al flujo del agua subterránea. Los compuestos orgánicos densos, migran hacia la base del acuífero creando una columna a partir de la cual pueden moverse en dirección al flujo de agua subterránea, contaminando

así el acuífero en toda su profundidad

Para la zona superficial se han conceptualizado algunas relaciones con respecto al suelo y la presencia de contaminantes, a través de observaciones indirectas de acumulación de los contaminantes orgánicos en asociación con adsorbentes naturales, estableciendo los siguientes procesos: 1. Absorción a la materia orgánica amorfa o natural o en Líquidos de la Fase No Acuosa (LFNA) como es el caso del petróleo 2. Absorción a la materia orgánica condensada o en polímeros o residuos de combustión 3. Adsorción a superficies orgánicas húmedas (hollín) 4. Adsorción en superficies minerales (cuarzo) 5. Adsorción dentro de los microporos o en minerales microporosos (zeolitas) con superficies porosas a saturación de agua < 100 %

Las propiedades químicas del suelo más afectadas por un derrame de hidrocarburos son: • Aumento del carbono orgánico ya que el 75 % del carbono del

petróleo crudo es oxidable • Disminución del pH, debido a la acumulación del carbono

orgánico y generación de ácidos orgánicos. • Aumento del manganeso y hierro intercambiable • Aumento del fósforo disponible.

Las propiedades físicas del suelo más afectadas por derrames de hidrocarburos son: • La estructura del suelo debido a la ruptura de los agregados • Aumento de la retención del agua en la capa superficial. • El potencial hídrico.

Los efectos tóxicos de los hidrocarburos en el ambiente dependerán de: • La cantidad y composición del petróleo • La frecuencia y tiempo de exposición • El estado físico del derrame. • Las características del sitio donde sucedió el derrame. • Variables ambientales como temperatura, humedad y oxígeno. • El uso de dispersantes químicos (está restringido su uso). • La sensibilidad de la biota específica del ecosistema

impactado.

RESIDUOS 103 T/año %

Desperdicios semisólidos 1,532.55 90.15

Desperdicios líquidos 163.2 9.6

Desperdicios sólidos 4.25 0.25

Residuos peligrosos 221.0 18.0

Residuos reciclados 1.7 0.1

Residuos susceptibles de ser utilizados

187.0 13.0

Residuos anuales generados por los procesos de Refinación y Petroquímica de Petróleos Mexicanos (PEMEX).