EFECTO DE LOS HIDROCARBUROS EN LOS SUELOS ARCILLOSOS
EFECTO DE LOS HIDROCARBUROS EN LOS SUELOS ARCILLOSOS
EFECTO DE HIDROCARBUROS EN LAS PROPIEDADES FISICAS Y
QUIMICAS DE SUELO ARCILLOSO
Effects of Hydrocarbon Pollutants on the Physical and Chemical Properties of Clay Soil
Víctor E. Martínez
1
M. y Felipe López S.
2
RESUMEN
La contaminación de suelos por hidrocarburos ha
cobrado importancia tal que, como consecuencia, se
requiere remediarlos a niveles aceptables. Para esto,
es necesario saber hasta qué grado se han afectado. En
este trabajo, se realizaron pruebas con un suelo
arcilloso en el que se determinó que la presencia de
gasolina, diesel o combustóleo interfieren en la
determinación de parámetros como la textura, la
materia orgánica, la densidad real y la porosidad. El
suelo arcilloso se analizó sin presencia de
contaminantes y los valores se utilizaron como testigo.
Con el mismo
suelo se prepararon muestras
individuales contaminadas con gasolina, diesel y
combustóleo a concentraciones de 100, 500, 1000,
5000,
10 000,
20 000,
30 000,
50 000
y
150 000 mg kg
-1
. Tanto el suelo testigo como cada una
de las muestras preparadas se analizaron para
determinar el efecto de los hidrocarburos sobre los
parámetros: textura (arena, limo y arcilla), pH,
conductividad eléctrica, materia orgánica, capacidad
de intercambio catiónico, densidad real y aparente, así
como porosidad. El suelo contaminado con gasolina y
diesel mostró un incremento en los valores de arenas y
arcillas, disminuyendo los limos, sin embargo, la clase
textural no cambió. Cuando el contaminante en el
suelo fue combustóleo, las arenas aumentaron
marcadamente en tanto que el valor de las arcillas
disminuyó, esto provocó una modificación de la
textura del suelo arcilloso a migajón-arcilloso. La
materia orgánica presentó incrementos proporcionales
al
contenido
de
hidrocarburos,
siendo
el
mayor
1
Instituto Mexicano del Petróleo. Gerencia de Protección
Ambiental. Laboratorio de Remediación de Suelos. Eje Central
L. Cárdenas 152, Col. Sn. Bartolo A., 07730 México, DF.
Tel. 5333 6894 (vmartine@www.imp.mx)
2
Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Zacatenco
del Instituto Politécnico Nacional. Edificio 12. 3er. Piso Unidad
Profesional A. López Mateos México, DF. Tel. 5729 6000
ext. 53039.
Recibido: Junio de 2000.
Aceptado: Abril de 2001.
Publicado en Terra 19: 9-17.
ocasionado por 150 000 mg kg
-1
de diesel alcanzando
21.22%, el cual sin contaminar fue de 6.11%. La
capacidad de intercambio catiónico presentó una
ligera disminución conforme aumentó el grado de
contaminación con gasolina o diesel; en cambio, se
observó un ligero incremento cuando el contaminante
fue combustóleo. La densidad real presentó una
tendencia a disminuir ligeramente en presencia de
gasolina y diesel disminuyendo marcadamente en
presencia de combustóleo. A su vez, la porosidad
también mostró una disminución marcada cuando hay
presencia de combustóleo a partir de 30 000 mg kg
-1
La conductividad eléctrica, la densidad aparente y el
pH no presentaron variación de importancia en los
valores obtenidos.
Palabras
clave
:
Caracterización,
evaluación,
contaminación, gasolina, diesel, combustóleo.
SUMMARY
Soil pollution by hydrocarbons has become so
important that reducing them to acceptable levels has
become a major task. Thus it is necessary to know to
what degree soil is affected. In this study, tests with
clay soil were done to determine how parameters,
such as texture, organic matter, particle density and
porosity, are modified by the presence of gasoline,
diesel or kerosene. Clay soil without pollutants were
analyzed and the resulting values were used as
control. With the same soil individual soil samples
were contaminated with gasoline, diesel and kerosene
at concentrations of 100, 500, 1000, 5000, 10 000,
20 000, 30 000, 50 000 and 150 000 mg kg
-1
. Control
soil and each of the prepared samples were analyzed
to determine the effect of hydrocarbons on the
parameters texture (sand, silt, and clay), pH, electric
conductivity, organic matter, capacity for cationic
exchange, real and bulk density and porosity. The soil
contaminated with gasoline and diesel showed an
increase in the values for sand and clay, while those
for silt decreased; however, the texture class did not
change. When the pollutant in the soil was kerosene,
sand increased markedly while the value of clays
MARTINEZ Y LOPEZ.
EFECTO DE HIDROCARBUROS EN PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE SUELO
ARCILLOSO
10
decreased, provoking a modification in soil texture
from clay to silt loam. Organic matter increased
proportionally with the content of hydrocarbons, with
the largest increase corresponding to 150 000 mg kg
-1
of diesel, reaching 21.22%, compared to 6.11% in
unpolluted soil. Capacity for cationic exchange
decreased slightly as the degree of gasoline or diesel
pollution increased. Particle density showed a
tendency to decrease slightly in the presence of
gasoline and diesel, and decreasing markedly with
kerosene. Porosity also showed a marked decrease
with kerosene at 30 000 mg kg
-1
and above. Electric
conductivity, bulk density, and pH did not show
important variation in the values obtained.
Index
words
: Characterization, evaluation, soil
pollution, gasoline, diesel, kerosene
.
INTRODUCCION
Durante muchos años, se cuestionó el efecto
tóxico de los hidrocarburos del petróleo en el suelo y
en algunas plantas, de tal manera que algunos autores
consideraron benéfico la presencia de éstos cuando la
concentración era baja. Plice (1948) encontró que el
crudo, agregado a un suelo arenoso en proporción de
0.75%, estimulaba el crecimiento de soya, además
observó que con un incremento de 4% del
hidrocarburo las mismas plantas morían.
El carbono orgánico podría ser incrementado
directamente debido a la adsorción de gases propano y
butano por las partículas del suelo (Ellis y Adams
,
1960).
Suelos contaminados con gas natural o crudo
mostraron incrementos en materia orgánica, carbono
total y nitrógeno comparado con suelos normales
(Ellis y Adams, 1960). Plice (1948) encontró grandes
incrementos en la materia orgánica en suelos que se
han contaminado con crudo y también encontró que
los suelos contaminados con gas natural tienen pH
alrededor del punto neutral. Evgin
et al.
(1989)
determinaron efectos de los hidrocarburos en algunas
propiedades mecánicas del suelo como la cohesión.
Simultáneamente a los efectos en las propiedades
físicas y químicas del suelo, suceden cambios en las
condiciones de fertilidad, donde se observaron
incrementos en nitrógeno y contenido de materia
orgánica
(Plice,
1948).
De
manera
similar,
Dobson
y Wilson (1964)
observaron mayor actividad
microbiológica
en
suelos
impregnados
con
hidrocarburos que en suelos libres del mismo.
Por otra parte, cuando se realiza un estudio de
evaluación o de caracterización de un sitio
contaminado con hidrocarburos, se determinan
diversos parámetros físicos y químicos y no se
considera que se han afectado de alguna forma, de tal
manera que el resultado que se obtiene se considera
aceptable. Sin embargo, el valor real puede estar
modificado de acuerdo con el tiempo, tipo y cantidad
de hidrocarburo que se haya derramado sobre un suelo
específico así como a sus propiedades. Un factor
determinante
en
los
posibles
efectos
por
hidrocarburos, es la textura del suelo, es decir, por la
presencia proporcional de partículas como arenas,
limos o arcillas. Por eso, se utilizó un suelo con alto
porcentaje de arcillas (partículas menores que
0.002 mm) de acuerdo con la clasificación del
Departamento de Agricultura de los Estados Unidos,
para
realizar
las
pruebas
experimentales
correspondientes (Brady, 1990).
Además, es muy importante conocer las
características físicas y químicas de un suelo que se ha
impactado con hidrocarburos y que son básicos si se
requiere diseñar alguna tecnología de restauración.
Así, por ejemplo, la porosidad, pH, humedad,
temperatura y contenido de nutrimentos son
indispensables para los procesos de bioremediación
(Morgan y Watkinson, 1989). En el caso de aplicar
métodos de extracción de vapor del suelo, se requiere
conocer su porosidad, permeabilidad y textura
(Suthersand, 1998).
Es importante considerar el efecto que tienen los
hidrocarburos sobre la disponibilidad por las plantas
de macronutrimentos y micronutrimentos en el suelo,
mediante bioensayos con especies vegetales para
determinar su rendimiento con condiciones de
contaminación variable, que pueden ser motivo de
otros estudios para definir con mayor amplitud los
efectos de los hidrocarburos sobre propiedades físicas
y químicas del suelo.
El objetivo de este estudio fue determinar el efecto
que producen la gasolina, diesel y combustóleo, a
diferentes concentraciones, sobre propiedades físicas
y químicas de un suelo predominantemente arcilloso,
considerando que los suelos, en su estado natural,
presentan propiedades definidas, las cuales son
alteradas en función de la concentración y tipo de
hidrocarburo que se derrama sobre ellos.
TERRA
VOLUMEN 19
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11
MATERIALES Y METODOS
Se colectaron y analizaron suelos de diferente
procedencia, de los cuales se seleccionó un suelo
aledaño
al
campo
de
almacenamiento
de
hidrocarburos en domos salinos de Tuzandepetl, Ver.,
con la siguiente proporción de partículas minerales:
arena 6.74%, limos 35.75% y arcillas 57.50%, que
corresponden a un suelo de textura arcillosa. Se
consideró el contenido alto de arcilla como un factor
importante para las pruebas a realizar.
Las pruebas se iniciaron con el secado de 10 kg de
suelo, a temperatura ambiente y a la sombra durante
una semana. Posteriormente, se procedió a secar el
suelo en estufa a 30
°
C
durante 48 h para evitar
alteración alguna en las propiedades químicas de los
suelos. De esta manera se redujo la humedad
higroscópica de 2.7% a 0.26%, por lo que se
consideró un factor constante en todas las
determinaciones experimentales. Una vez secado el
suelo, se molió en mortero y se cribó en un tamiz de
malla 10 (apertura de 2 mm), se analizó para definir
sus características físicas y químicas mediante la
determinación de los siguientes parámetros y
métodos: textura (hidrómetro de Bouyoucos), pH
(potenciómetro),
conductividad
eléctrica
(conductímetro), materia orgánica (Walkley-Black),
capacidad de intercambio catiónico (EDTA), densidad
real (picnómetro), densidad aparente (probeta),
porosidad (relación entre densidad real y aparente)
(Jackson, 1976; Kunze y Dixon, 1986; Olson
et al
.,
1982).
Los mismos parámetros se determinaron por
duplicado de cada una de las muestras preparadas de
0.5 kg de suelo arcilloso contaminadas con 100, 500,
1000, 5000, 10 000, 20 000, 30 000, 50 000 y
150 000 mg kg
-1
con cada uno de los siguientes
derivados
del
petróleo;
gasolina,
diesel
y
combustóleo, que son los productos más comunes en
problemas de derrames de hidrocarburos. Los
resultados
se
compararon
con
el
testigo
correspondiente al mismo suelo sin contaminar.
Como punto de partida se prepararon las muestras
de suelo con 150 000 mg kg
-1
de gasolina, 150 000
mg kg
-1
de diesel y 150 000 mg kg
-1
de combustóleo.
El hecho de preparar previamente estos suelos con
concentración alta se debe a que por las características
propias de los hidrocarburos (gasolina, diesel y
combustóleo),
éstos
tienden
a
aglutinarse
a
concentraciones bajas al contacto con el suelo
pulverizado, formando grumos. En cambio, al nivel de
150 000 mg kg
-1
de hidrocarburos, se produce
“humectancia” del suelo, que se observa por
oscurecimiento como ocurre cuando se agrega agua
(Dragun, 1998).
Aprovechando este aspecto, las muestras con
menor concentración (100 a 50 000 mg kg
-1
) se
prepararon a partir de dichas muestras, evitando así la
formación de grumos. Por lo tanto, las muestras
iniciales con 150 000 mg kg
-1
se prepararon en
porcentaje en peso, de tal manera que cada una de
estas muestras contiene una mezcla de 425 g de suelo
limpio y 75 g de hidrocarburo (gasolina, diesel o
combustóleo) en cada caso. A partir de éstas, se
prepararon las de menor concentración, de acuerdo
con cálculos correspondientes para obtener la cantidad
de suelo contaminado y su correspondiente proporción
de
suelo
sin
contaminar
para
obtener
las
concentraciones mencionadas.
Los frascos con las mezclas se sometieron a
agitación vibratoria (equipo Shaker Sieve, Electric
Scientific) durante 2 h con objeto de homogeneizar al
máximo el hidrocarburo correspondiente en toda la
matriz de suelo. Dicha agitación no genera cambio de
temperatura del suelo por fricción. Además, se
dejaron en reposo por siete días para favorecer aún
más la adsorción de los hidrocarburos en las partículas
del suelo, similar a las pruebas realizadas por Chen
(1997),
para
realizar
las
determinaciones
mencionadas. En este caso, no se realizaron
determinaciones de hidrocarburos a las muestras.
La mezcla suelo-hidrocarburo se colocó en frascos
de vidrio de boca ancha y capacidad de 940 mL. Estas
se taparon colocando previamente una película de
teflón para evitar fugas por volatilización y
contaminación por contacto de la contratapa elaborada
con plástico. Unicamente las muestras preparadas con
gasolina se conservaron a una temperatura de 4
°
C,
para evitar la pérdida de compuestos volátiles.
Los resultados se sometieron a un análisis de
varianza factorial tipo simple mediante el programa
estadístico SPSS v.7.5.2S, comparando cada uno de
los parámetros (variables) contra los factores: tipo de
hidrocarburo y concentraciones del mismo, para
determinar las diferencias significativas de los efectos
sobre el suelo con un nivel de significancia de 0.05.
También se determinó el coeficiente de correlación
r,
entre los valores obtenidos de cada parámetro contra
los diferentes hidrocarburos.
12
Cuadro 1.
Caracterización del suelo arcilloso sin contaminar.
Textura
Arena Limo
Arcilla
pH
Conductividad
eléctrica
Materia
orgánica
Capacidad de
intercambio
catiónico
Densidad
real
Densidad
aparente
Porosidad
-
-
-
-
-
%
-
-
-
-
-
-
dS m
-1
%
cmol kg
-1
-
-
-
g cm
-3
-
-
-
%
Arcilloso
6.74
35.75
57.50
6.03
0.65
6.11
40.10
2.23
1.24
44.39
RESULTADOS Y DISCUSION
El suelo sin contaminar se analizó (Cuadro 1),
para determinar sus características físicas y químicas
y poder hacer las comparaciones respectivas con el
mismo suelo contaminado con hidrocarburos a
concentraciones de 100 hasta 150 000 mg kg
-1
. El
suelo es medianamente ácido (Moreno, 1978),
extremadamente
rico
en
materia
orgánica y con alta
capacidad de intercambio catiónico (Aguilar
et al
.,
1987) y no salino (Boulding, 1994).
Los resultados y discusión se orientaron
básicamente en la comparación de valores obtenidos
de cada parámetro entre suelo con concentración alta
(150 000 mg kg
-1
) de los hidrocarburos gasolina,
diesel o combustóleo y el mismo sin contaminar, así
como en aquellos casos en que la concentración de
hidrocarburo fue menor y que la diferencia entre los
resultados fue muy notable.
El efecto de diferentes concentraciones de
hidrocarburos en los tres tipos de suelo probado, se
reflejó con variaciones en los valores obtenidos de
algunos parámetros. En las discusiones subsiguientes,
se indican aquellos valores de los parámetros en los
que se observaron variaciones importantes con
respecto a las diferentes concentraciones de
hidrocarburos y por su grado de asociación mediante
correlación
r
.
Efectos en la Textura
En la Figura 1 se puede observar que las
variaciones en las partículas del suelo (arena, limo y
arcilla) por efecto de la gasolina son poco notables y
no provocan cambio en la textura. El diesel también
provoca cambios importantes (Figura 2) en los valores
de arena, limo y arcilla conservándose aún la textura
arcillosa. En cambio, cuando el suelo está
contaminado con 150 000 mg kg
-1
de combustóleo, las
partículas de arcilla disminuyen y los valores de
arenas aumentan marcadamente (Figura 3), mientras
que
el
limo
presenta
muy
poca
variación
aún
en
concentración
alta
de
este hidrocarburo. Las
Figura 1.
Variación
de
las
partículas en suelo arcilloso
contaminado con gasolina.
variaciones debidas al combustóleo provocan un
cambio de textura del suelo arcilloso a migajón
arcilloso.
De manera general, se observa que los valores de
la arena tienden a aumentar y de la arcilla a disminuir
en presencia de diesel y combustóleo, en tanto que los
limos permanecen sin variación importante.
El análisis de varianza entre la arcilla y los
factores concentración y tipo de hidrocarburo indican
una diferencia no significativa (P < 0.05) por efecto
del tipo de hidrocarburo que puede observarse cuando
se comparan los efectos causados por gasolina o diesel
o combustóleo.
El análisis de varianza entre los parámetros arcilla y
arena contra el factor tipo de hidrocarburo
determina una diferencia
significativa
(P < 0.05)
que
Figura 2.
Variación
de
las
partículas en suelo arcilloso
contaminado con diesel.
TERRA
VOLUMEN 19
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13
Figura 3.
Variación
de
las
partículas en suelo arcilloso
contaminado con combustóleo.
se manifiesta en el cambio de textura únicamente
cuando la concentración de combustóleo es de
150 000 mg kg
-1
en suelo. Estos mismos parámetros
contra el factor concentración indican que no hay
diferencia significativa, es decir, por sí solo un
hidrocarburo no provoca variación, por lo que se
requiere de concentración alta para observar cambios
importantes en los valores de arcilla y arena.
La textura se ve modificada debido a la adsorción
de diesel y combustóleo por las partículas del suelo
mediante interacciones electrostáticas del tipo fuerzas
de Van der Waals, puentes de hidrógeno, puentes de
agua y puentes catiónicos (Yong
et al.
, 1994;
Pignatello y Xing, 1996), provocando efectos en la
velocidad
de
sedimentación
de
las
mismas
establecidas en la Ley de Stokes (Brady, 1990), lo
cual repercute en la determinación de la densidad del
lodo formado por el suelo y agua durante el análisis,
induciendo una lectura de partículas con el hidrómetro
de Bouyoucos, que se interpretará como alterada.
Efectos sobre Materia Orgánica
La materia orgánica es uno de los parámetros con
variaciones importantes (Figura 4) la cual aumenta en
forma
proporcional
a
la
concentración
de
hidrocarburos gasolina y combustóleo También puede
apreciarse, que el diesel es el hidrocarburo que causa
un mayor aumento, disparándose a partir de
concentraciones de 30 000 mg kg
-1
obteniéndose hasta
347% de incremento, comparado con el suelo sin
hidrocarburos
Estadísticamente entre el parámetro materia
orgánica y los factores concentración y tipo de
hidrocarburo, se determinó que existe diferencia
significativa (P < 0.05) para ambos factores, lo cual se
Figura 4.
Variación de la materia orgánica por HC en suelo
arcilloso.
corrobora con los niveles que aumentan en forma
directamente proporcional a la concentración de los
hidrocarburos gasolina (r = 0.97), diesel (r = 0.88) y
combustóleo (r=0.97). Debido al tipo de hidrocarburo,
se observa un mayor contenido de materia orgánica
cuando los suelos son contaminados con diesel.
La materia orgánica determinada por el método de
Walkley-Black, consiste en una oxidación con
dicromato de potasio diluido en un medio fuertemente
ácido, donde el dicromato se consume para oxidar la
materia orgánica, la parte que no reacciona se
cuantifica con sulfato ferroso amoniacal valorado
(Olson
et al.
, 1982). En este caso, el contenido de
materia orgánica del suelo contaminado es la suma de
materia biogénica (por la descomposición de vegetales
y animales)
y materia petrogénica (por hidrocarburos).
Con base en lo anterior, es de suponer que los
componentes de la gasolina (la mayoría volátiles con
estructura C
5
a C
9
), al entrar a la reacción exotérmica
por el contacto con el dicromato diluido y el ácido
sulfúrico, se pierden y el resto es oxidado. En el caso
del diesel (cuyos compuestos tienen una estructura C
10
a C
23
) y con mínimo contenido de compuestos
volátiles se oxida en su mayor parte, reflejándose en
valores altos de materia orgánica.
En cambio, el combustóleo conformado por
productos
con
estructuras
de
C
25
a
C
35
correspondientes
a
compuestos
saturados,
poliaromáticos y de cadena larga son difíciles de
oxidar en las condiciones del método Walkley-Black,
por lo que sólo una parte de sus componentes es de
fácil oxidación los cuales reaccionan dando valores
menores comparados con el diesel. Esto sugiere que
un
porcentaje
considerable
del
combustóleo
no
es
fácilmente
oxidable.
De
manera
similar,
los
MARTINEZ Y LOPEZ.
EFECTO DE HIDROCARBUROS EN PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE SUELO
ARCILLOSO
14
microorganismos hidrocarbonoclásticos del suelo que
no pueden degradar estos compuestos son conocidos
como recalcitrantes (Rontani
et al.
, 1985).
El aumento de la materia orgánica, en estos casos,
no significa que sea benéfico como lo manejan
algunos autores (Plice, 1948), ya que dicho aumento
se debe a material petrogénico y no biogénico. Esto
realmente puede representar un riesgo ecotóxico por
la
presencia
de
hidrocarburos
aromáticos
polinucleares contenidos en mayor proporción en el
diesel y combustóleo (Fan
et al.
, 1994).
Efectos sobre pH
En la Figura 5, puede apreciarse que el pH
prácticamente no tiene una variación en presencia de
cualquier concentración y tipo de hidrocarburo, por lo
que se mantiene de medianamente a ligeramente ácido
(Moreno, 1978)
El análisis de varianza entre el parámetro pH,
contra los factores concentración y tipo de
hidrocarburo, determinó que no hay diferencia
significativa (P < 0.05), es decir, el suelo, sometido a
contaminación a dosis de 100 a 150 000 mg kg
-1
de
gasolina, diesel o combustóleo, produce efectos sobre
el pH, los cuales son mínimos de tal manera que no se
percibe efecto en esta variable. Como la variación
oscila con valores menores que 1, no repercutiría en
caso de usarse este dato en alguna tecnología de
limpieza como la bioremediación la cual requiere un
rango de pH de 6 a 8.
Efectos sobre Conductividad Eléctrica
Como puede verse en la Figura 6, la
conductividad eléctrica tiene una variación irregular
(entre 0.5 y 1.2 dS m
-1
), ya que los valores
aumentan
y
disminuyen
ante
la presencia de los tres
Figura 5.
Variación del pH por HC en suelo arcilloso.
Figura 6.
Variación de la conductividad eléctrica por HC en
suelo arcilloso.
hidrocarburos a diferentes concentraciones. Sin
embargo, hay una ligera tendencia a aumentar cuando
el contaminante es gasolina. A las concentraciones
probadas, el suelo se mantiene con valores menores
que 1.2 dS m
-1
considerado como no salino (Boulding,
1994).
Las variaciones importantes en los valores de este
parámetro que pueden mencionarse corresponden al
suelo con 20 000 a 150 000 mg kg
-1
de gasolina donde
la conductividad aumenta a 1.07 y 1.17 dS m
-1
,
respectivamente, y cuyo valor original es de
0.65 dS m
-1
.
Al realizar el análisis de varianza entre la
conductividad
eléctrica
contra
los
factores
concentración y tipo de hidrocarburo se determinó que
no hay diferencia significativa (P < 0.05), esto quiere
decir que el suelo sometido a contaminación a dosis
de 100 a 150 000 mg kg
-1
de gasolina, diesel o
combustóleo, no produce efectos sobre este
parámetro. Dichos hidrocarburos no impiden la
solubilización de sales presentes en el suelo, lo cual se
manifiesta en las determinaciones similares de
conductividad en el extracto de la pasta de saturación.
Efectos sobre la Capacidad de Intercambio
Catiónico
La Figura 7 muestra una variación irregular en los
valores de capacidad de intercambio catiónico, ya que
aumentan y disminuyen independientemente de la
concentración y tipo de hidrocarburo, por lo que la
tendencia es indefinida. Los cambios más notables
corresponden al suelo contaminado con gasolina,
conservándose aún así con alta capacidad de
intercambio catiónico (Aguilar
et al.
, 1987). Las
variaciones están relacionadas con el efecto de
adsorción de los hidrocarburos, en la superficie de las
TERRA
VOLUMEN 19
NUMERO 1,
2001
15
Figura 7.
Variación de la capacidad de intercambio catiónico
por HC en suelo arcilloso.
partículas minerales del suelo interfiriendo en los
sitios de intercambio de cationes (Karimi Lotfad
et al
.,
1996) y por las interacciones electrostáticas. (Yong
et
al.
, 1994; Pignatello y Xing, 1996).
Se determinó que no hay diferencia significativa
(P < 0.05)
entre
el
parámetro
capacidad
de
intercambio
catiónico
contra
los
factores
concentración y tipo de hidrocarburo, lo cual se
observa como un efecto sobre los valores con una
tendencia
irregular
a
aumentar
y
disminuir
(
±
10 cmol kg
-1
), alrededor del valor promedio del
suelo sin contaminar.
Efectos sobre Densidad Real
En la Figura 8, puede apreciarse la variación de la
densidad real del suelo arcilloso con respecto a la
concentración y tipo de hidrocarburo, donde el diesel
y la gasolina muestran mínima variación aún en
concentraciones altas de hidrocarburo. Cabe destacar
que el combustóleo sí causa una variación en la
densidad real tendiente a disminuir a partir de
concentraciones de 30 000 mg kg
-1
a 150 000 mg kg
-1
provocando una tendencia a disminuir de 2.23 g cm
-3
hasta
1.26 g cm
-3
.
Este
valor
debe
considerarse con
Figura 8.
Variación de la densidad real por HC en suelo
arcilloso.
mucho cuidado para efectos de seleccionar alguna
tecnología de remediación del suelo.
Sin embargo, estadísticamente entre densidad real
contra los factores concentración y tipo de
hidrocarburo, no existe una diferencia significativa
(P < 0.05).
La explicación tiene relación con el proceso de
determinación, ya que éste toma en cuenta el peso y
volumen únicamente de las partículas minerales del
suelo, ya que se tiene que eliminar la humedad del
suelo y el volumen de aire ocupado en los espacios
porosos. Sin embargo, el hidrocarburo queda
adsorbido a las partículas del suelo, que al momento
de determinar su peso, éste se encuentra modificado
por la combinación de partículas con mayor densidad
(> 2 g cm
-3
) con el hidrocarburo con menor densidad
(< 1 g cm
-3
). Si las partículas han adsorbido
hidrocarburos como el combustóleo, cuya densidad es
menor que 1, la densidad real se ve afectada
directamente reflejándose como una disminución.
Efectos sobre Densidad Aparente
En la Figura 9, se observa que las variaciones de
densidad aparente son mínimas, por lo que no
influyen los hidrocarburos a concentraciones de 100 a
150 000 mg kg
-1
sobre este parámetro.
El análisis de varianza entre el parámetro densidad
aparente contra los factores concentración y tipo de
hidrocarburo
indica
que
no
hay
diferencia
significativa (P < 0.05) por el tipo de hidrocarburo.
Pero la concentración sí causa una diferencia
significativa (P < 0.05), esto se debe a que en la
determinación por el método de la probeta se
considera a las partículas del suelo tanto como al aire
en los espacios porosos (Brady, 1990). De esta
manera, aunque existan abundantes hidrocarburos
adsorbidos
al
suelo,
se
conservarán
los
espacios
Figura 9.
Variación de la densidad aparente por HC en suelo
arcilloso.
MARTINEZ Y LOPEZ.
EFECTO DE HIDROCARBUROS EN PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE SUELO
ARCILLOSO
16
Figura 10.
Variación de la porosidad por HC en suelo
arcilloso.
porosos manteniéndose la densidad que de alguna
forma puede provocar una tendencia a disminuir a
concentraciones mayores que 150 000 mg kg
-1
.
Efectos sobre Porosidad
.
En la Figura 10, puede apreciarse que la porosidad
no varía significativamente cuando el suelo está
contaminado con gasolina o diesel. Sin embargo, con
combustóleo este parámetro disminuye drásticamente
a partir de concentraciones de 20 000 mg kg
-1
, de tal
manera que la porosidad del suelo sin contaminar es
de 44.39% y llega a disminuir hasta 7.14% cuando la
concentración de combustóleo es de 150 000 mg kg
-1
.
Esta tendencia se origina a partir del efecto en la
disminución de la densidad real (Figura 8), ya que
existe una relación matemática entre ambos
parámetros.
Estadísticamente entre el parámetro porosidad
contra el factor tipo de hidrocarburo, no hay
diferencia significativa (P < 0.05) para gasolina y
diesel. Sin embargo, ante la presencia de combustóleo
a concentraciones altas en suelo, la porosidad
disminuye notablemente por la ocupación del
hidrocarburo en los espacios porosos. Como la
porosidad se determina a partir de los datos de
densidad real y densidad aparente, si alguno de estos
datos aumentan o disminuyen (en función de la
concentración y tipo de hidrocarburo, así como por el
tipo de suelo), se reflejará directamente en la
porosidad.
CONCLUSIONES
Los hidrocarburos producen efectos importantes
sobre
las
propiedades
de
textura,
materia
orgánica,
densidad real y porosidad de suelo arcilloso, las cuales
varían en función del tipo y concentración del
contaminante.
La presencia de gasolina no provoca cambios
sustanciales en las propiedades físicas y químicas del
suelo probadas, excepto en la materia orgánica donde
se observó un ligero incremento proporcional a la
concentración del hidrocarburo. En cambio, la
presencia de diesel causa un fuerte cambio en el
contenido de materia orgánica, incluso mayor que el
causado por gasolina y combustóleo. También
produce cambios ligeros en el valor de las arcillas y
arenas del suelo, sin llegar a modificar la clase
textural.
A una concentración de 150 000 mg kg
-1
, el
combustóleo provoca cambios en la proporción de
partículas minerales del suelo al grado de modificar la
clase textural del suelo arcilloso a migajón-arcilloso
por aumento importante de las arenas y disminución
de las arcillas. El combustóleo también provoca
incrementos importantes en el contenido de materia
orgánica, aunque en menor grado que el diesel.
Además, este derivado del petróleo provoca ligera
disminución de la densidad real y, por consecuencia,
la porosidad disminuye marcadamente.
Con respecto a la capacidad de intercambio
catiónico, los hidrocarburos probados no causan una
tendencia definida, ya que se observan valores que
aumentan y disminuyen de manera irregular con
diferentes concentraciones.
Los parámetros pH, conductividad eléctrica y
densidad aparente no varían significativamente. Las
variaciones mínimas observadas son atribuibles a
errores sistemáticos en las metodologías de análisis.
Pruebas similares presentadas en este trabajo se
realizan con un suelo migajón limoso (el cual contiene
78.44% de limos) y otro migajón arcillo-arenoso (con
50.88% de arenas), cuyos resultados aún no se
concluyen.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo se realizó con el apoyo y uso
del Laboratorio de Remediación de Suelos del
Instituto Mexicano del Petróleo. Un agradecimiento
especial a Raúl Uribe H., por su colaboración en el
tratamiento estadístico de los resultados, así como a
Antonio Trujillo N. por la revisión del manuscrito.
TERRA
VOLUMEN 19
NUMERO 1,
2001
17
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