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Identificación de fuentes contaminantes de hidrocarburos en el suelo (página 2)




Enviado por Rutilio Ortiz S.



Partes: 1, 2, 3

 

2. MARCO TEÓRICO

2.1 GENERALIDADES DE LOS HIDROCARBUROS

Se denomina hidrocarburos
a los compuestos
orgánicos que contienen únicamente carbono e
hidrógeno en sus moléculas (Textos
científicos, 2005). Los hidrocarburos extraídos
directamente de formaciones geológicas en estado
líquido se conocen comúnmente con el nombre de
petróleo y los que se encuentran en estado
gaseoso se les conoce como gas natural.
Estos constituyen una fuente de desarrollo en
la actividad económica debido a su importancia por ser los
principales combustibles fósiles de uso (petróleo y
gas natural),
así como ser parte de la materia prima
de todo tipo de plásticos,
ceras y lubricantes (PEMEX, 1998).

Los hidrocarburos se clasifican de la siguiente
forma:

  

* Saturados (parafinas-alcanos): No tienen enlaces dobles, triples,
ni aromáticos. Involucran a los cicloalcanos,
hopanos e isoprenoides (fitano y pristano).

 

Hidrocarburos alifáticos

* Insaturados: Tienen uno o más enlaces
dobles (alquenos u olefinas) o triples (alquinos o
acetilénicos) entre sus átomos de
carbono.

Hidrocarburos

Hidrocarburos cíclicos

– Nafténicos: Tienen cadenas cerradas de 3,
4, 5, 6, 7 y 8 átomos de carbono saturados o no
saturados (terpenoides y esteranos).

  

– Aromáticos no saturados: Poseen al menos
un anillo aromático además de otros tipos de
enlaces (monoaromáticos, diaromáticos y
poliaromáticos).

 

Además dentro de los hidrocarburos
cíclicos existen por lo menos anillos con un carbono
sustituido por O, N y S pertenecientes a otro tipo de
compuestos orgánicos (resinas y
asfaltenos).

 

La composición y productos
derivados del
petróleo son extremadamente complejos. Destacando los
siguientes compuestos: A) alcanos se obtienen principalmente del
petróleo y del gas natural, donde se encuentran mezclados
como productos de la descomposición anaeróbica de
la materia
orgánica, representan un 90 a 95% del total de los
hidrocarburos. B) los alquenos (doble enlace) que se encuentran
junto con otros grupos
funcionales, y en menor proporción C) los alquinos (triple
enlace). En el caso de alquenos y alquinos estos pueden formarse
por los organismos principalmente vegetales como resultado de su
metabolismo y
ser parte de sus defensas contra parásitos. Además
hay que considerar a los HAPs que se presentan en menor
proporción entre, 2 y 15 % de la composición total
de petróleo o combustibles.

Hay dos clases de HAPs: los de bajo peso molecular que
tienen de 2 a 3 anillos aromáticos como el Nap, Flu, Phe,
Ant y sus
derivados; y los de alto peso molecular que tienen de 4 a 7
anillos aromáticos como el Cry, conocidos como HAPs padre.
Los HAPs alquilados son aquellos que tienen un grupo metilo
ligado en el anillo aromático y las series homologas de un
compuesto son aquellos congéneres con metilos ubicados en
distintas posiciones del compuesto en cuestión como es el
caso del Nap, (C1, C2 y C3). Sus características
físicas y químicas varían de acuerdo a su
peso molecular, influyendo, en su distribución y persistencia en el ambiente
así como en sus efectos sobre los sistemas
biológicos.

La importancia de los HAPs está relacionada con
su movilidad en los diferentes compartimientos ambientales,
debido a su peso molecular, presentándose en un intervalo
de 128.16 a 300.36 u. m. a. (unidades de masa atómica),
para el Nap y Cor, respectivamente. Los de alto peso molecular
son relativamente inmóviles con una baja volatilidad y
solubilidad. Existen más de 100 tipos de HAPs diferentes
pero sólo se han clasificado 16 HAPs: Nap, Acy, Ace, Flu,
Phe, Ant, Fla, Pyr, BaA, Cry, BbF, BkF, BaP, Ind, DaA y Bghi que
son considerados como contaminantes prioritarios por la Agencia
de protección Ambiental de los Estados Unidos
(EPA), la
Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Comunidad
Económica Europea (CEE) debido a sus efectos
carcinogénicos (Menzie et al., 1992). La selección
de estos compuestos se ha basado en un número variado de
factores como son: toxicidad, facilidad de obtener información acerca de ellos, exposición
humana a estos compuestos a lo largo de la historia y su frecuente
aparición en sitios contaminados.

2.2 COMPORTAMIENTO
DE LOS HIDROCARBUROS EN EL AMBIENTE

El comportamiento de los contaminantes orgánicos
en suelo
está en función de
sus características físicas y químicas como
la densidad,
solubilidad, polaridad, entre otras (Bonazountas &
Kallidromitou, 1993); además de las características
del medio como: el tipo de suelo, permeabilidad, estructura,
tamaño de las partículas, contenido de humedad y de
materia orgánica, así como la profundidad del manto
freático. Factores climatológicos como la temperatura y
la precipitación pluvial también tienen una gran
influencia (Jury, 1989). En la figura 1 se observan algunos
procesos que
sufren los contaminantes orgánicos en el suelo como son:
lixiviación, adsorción, envejecimiento,
transformación química y
biológica entre otros.

Lixiviación: El movimiento de
un compuesto químico hacia zonas profundas a través
del suelo por medio del agua es
llamado lixiviación. Es importante considerar la
posibilidad de que un contaminante orgánico se mueva en el
suelo y llegue a contaminar el agua
subterránea; de suceder, entonces los pozos de agua,
organismos acuáticos y la cadena trófica pueden
contaminarse (Fränzle, 1993; Ney, 1990).

Sorción: Es la interacción de un compuesto en
solución con un sólido. Este término incluye
la adsorción, retención del soluto en la superficie
de un material sólido, y la absorción, que se
refiere a la retención del soluto (contaminante) dentro
del sólido. La sorción de un contaminante en la
matriz del
suelo restringe su movilidad hacia el agua subterránea y
su disponibilidad para ser asimilado por los organismos,
disminuyendo así su toxicidad y genotoxicidad (Trapido,
1999).

Figura 1. Destino de los contaminantes
orgánicos (C. O.) en el suelo (modificado de Brady,
1999).

Cuando la materia orgánica en el suelo
está presente en más de un 0.1%, esta se considera
como el principal sorbente de los contaminantes orgánicos
no polares como los HAPs (MacLeod & Semple, 2000). Esta
sorción es el resultado de las fuerzas de Van der Waals,
las cuales involucran enlaces débiles entre unidades
polares, permanentes o inducidas por la presencia de
moléculas cercanas. Estas interacciones entre dos
moléculas son muy débiles, pero cuando se trata de
un gran número de moléculas en una estructura
polimérica como el humus, son aditivas y
fuertes.

Volatilización: La
volatilización es un proceso de
cambio
físico de una fase líquida o sólida a una
fase gaseosa. Esta situación normalmente implica a
contaminantes orgánicos en las zonas saturada y no
saturada del suelo.

Un compuesto químico presente en el suelo, agua,
plantas o
animales puede
volatilizarse hacia la atmósfera. La
presión
de vapor es uno de los factores más importantes que
gobierna la volatilización y además provee
información acerca de ésta bajo condiciones
ambientales.

Las emisiones atmosféricas contribuyen a la
contaminación del suelo a través de
precipitación de los hidrocarburos, principalmente de los
HAPs. Dichos compuestos gaseosos o ligados a partículas
pueden ser transportados a largas distancias antes de su
depositación (Garrett et al., 2000;
Fernández et al., 2003).

Fotodescomposición: Un contaminante
puede ser fototransformado según su capacidad de absorber
luz solar;
puede ocurrir en el aire, suelo,
agua, plantas y animales. Los productos pueden ser
químicos de alto y bajo peso molecular. La influencia
ambiental tiene un efecto en la velocidad de
fototransformación, tales como la profundidad del
contaminante en el suelo y en el agua, sorción en el suelo
y pH. La
velocidad de fotólisis puede determinar la persistencia en
el ambiente; entre más rápida sea la
degradación es poco probable que continúe en el
ambiente (vida media < 30 días), si tiene una vida
media de 30 a 90 días, el compuesto químico puede
tener una reacción hacia algunos compartimentos del
ambiente y, si tiene una vida media > 90 días, existen
problemas de
contaminación (Ney, 1990).

Envejecimiento: Se refiere al tiempo de
contacto entre el contaminante y el suelo que se requiere para
disminuir su biodisponibilidad (Alexander, 1995). El
envejecimiento se considera como resultado del aislamiento
(pérdida de disponibilidad física de un
contaminante) y de la sorción de los contaminantes
químicos en los nanoporos, que hace que su
liberación sea lenta hasta estar disponible para los
microorganismos capaces de degradarlo.

Bioacumulación: La
bioacumulación describe la tendencia de ciertas sustancias
(metales u
otras sustancias persistentes) a acumularse en los tejidos de
organismos vivos a partir de fuentes tanto
bióticas (otros organismos) como abióticas (suelo,
aire y agua).

La tendencia de una sustancia a bioacumularse se
relaciona con las características hidrofóbicas o
lipofílicas, por lo que la predicción de algunos
valores de
bioacumulación se basan en el coeficiente de
partición octanol/agua (Kow), el factor de
bioconcentración así como en otras
características fisico-químicas (INE, 2005), ver
cuadro 1.

Cuadro 1. Relación del coeficiente de
partición agua octanol con la bioacumulación en
organismos.

Calificación
MOE*

Log Kow

BFC**

10

> 6.0

> 15 000

7

4.0 – 6.0

500 – 15 000

4

2.0 – 4.0

20 – 50

0

³
2.0

0 -20

* MOE Ontario Ministry of the Environment Scoring System
peligrosidad inherente a las sustancias químicas (0:
inocuo y 10:Muy peligroso)

** BFC: Factor de bioacumulación con base al peso
corporal total, peso de algún órgano ó % de
contenido de lípidos.

  1. La bioacumulación se obtuvo al observar la
    absorción de compuestos orgánicos por parte de
    plantas comestibles, donde se analizaron los cultivos presentes
    en los terrenos agrícolas aledaños a zonas
    industriales, siendo estos otro medio de remoción de
    estos compuestos en el suelo (Fränzle, 1993).

Descomposición química: El
comportamiento químico del suelo es fundamental para la
degradación de muchos químicos orgánicos en
una o más reacciones
químicas (abióticas); en general, cinco
reacciones pueden ocurrir en el suelo: hidrólisis,
sustitución, eliminación, oxidación y
reducción (Ney, 1990). Sólo dos reacciones que
ocurren en el suelo pueden transformar los contaminantes
orgánicos considerados como los más importantes,
que son:

  1. a) Oxidación: Es el proceso en el cual
    se liberan electrones, se presenta en el suelo y afecta a
    muchos compuestos químicos aromáticos que
    experimentan una oxidación de radical libre; por
    ejemplo, benceno, bencidina, etilbenceno, naftaleno y fenol.
    Otro grupo incluye al tetraclorodibenzo-p-dioxina (TCDD),
    hexaclorobenceno, hexaclorociclopentadieno, bifenilos
    polibromados (PBB’s) y policlorados (PCB’s) y no
    aromáticos.
  1. b) Reducción: Definido en
    términos de transferencia de electrones, involucra a
    compuestos orgánicos en sistemas de agua-arcilla. El
    efecto se acelera con al incrementar el contenido de agua,
    sugiriendo la existencia del mecanismo de transferencia de un
    electrón donde la arcilla actúa como un aceptor.
    En general, uno puede esperar que un químico
    orgánico experimente una reducción química
    si el potencial del suelo (redox) es menor que el del compuesto
    orgánico en cuestión.

Biodegradación: La oxidación
de la materia orgánica produce compuestos
inorgánicos simples, tales como CO2 y
H2O. Estas reacciones se conocen como de
biodegradación o biotransformación ya que se
catalizan por microorganismos. En algunos casos, el oxígeno
actúa como aceptor de electrones:

¼ CH2O + ¼
O2 (g) = ¼ CO2 (g) + ¼
H2O

Sin embargo, cuando no hay oxígeno disponible,
otras especies, como por ejemplo NO3-, Fe(III),
Mn(IV), SO42- y CO2, aceptan
electrones. Algunas de las más importantes reacciones de
biotransformación son:

Reducción del Fe(III) ¼ CH2O +
Fe(OH)3 + 2H+ = ¼ CO2 (g)
+ Fe2+ + 1 1/4 H2O

Desnitrificación CH2O + 4/5
NO3- + 4/5 H+ = CO2 (g) + 2/5
N2 + 7/5 H2O

Reducción de sulfatos CH2O + ½
SO42- + ½ H+ = ½
HS- + H2O + CO2 (g)

Formación de metano
CH2O + ½ CO2 (g) = ½
CH4 + CO2 (g)

Las reacciones de biotransformación son
importantes cuando los compuestos orgánicos son
contaminantes de los suelos y aguas
subterráneas. Si la biotransformación ocurre
rápidamente, la reacción puede atenuar las
concentraciones de los contaminantes y quizás alterar la
química de los iones mayoritarios (Grupo de gestión
recursos
hídricos, 2004).

Es importante la presencia de microorganismos nativos en
los sistemas contaminados por su papel fundamental en la ausencia
y/o permanencia de compuestos orgánicos ya que es
considerada como una vía de pérdida de los
compuestos orgánicos. Los compuestos químicos que
presentan estructuras
diferentes a los azúcares, aminoácidos y ácidos
grasos, no pueden entrar inmediatamente dentro del metabolismo
microbiano, por lo que requieren los microorganismos estrategias de
degradación que pueden definirse en horas o meses, tiempo
en el cual poco o nada se degrada. La baja degradación por
parte de los microorganismos es causada por: a) la nula
información genética
responsable de la degradación y b) la falta de nutrimentos
y humedad que favorezcan el desarrollo de los microorganismos
capaces de degradar el compuesto (EPA, 1983).

Finalmente, la combinación de las
características del suelo, contaminantes y condiciones
climatológicas del sitio pueden dar lugar a los diferentes
procesos de transporte y
distribución de los contaminantes (Figura 1). Para
entender el transporte y destino de los contaminantes en el
subsuelo es necesario realizar una buena caracterización
del lugar. Con esta información es posible ajustar
modelos
matemáticos que sean representativos de la
distribución tridimensional de los contaminantes en la
zona afectada (Saval, 1995). Los parámetros a considerar
en un estudio y monitoreo de los contaminantes orgánicos
en suelo son descritos en el cuadro 2, debido a la
interacción de estas variables el
destino de los contaminantes pueden variar ampliamente en el
tiempo y espacio (Douglas et al., 1996).

Cuadro 2. Parámetros que influyen en el
transporte del contaminante a través del suelo.

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

 

Para ambientes tropicales, los HAPs presentes provienen
principalmente de los grandes incendios, la
industria y el
tráfico vehicular (Wilcke, 2000). Las altas emisiones se
ven reflejadas en los suelos, ya que son reservorios importantes
de HAPs atmosféricos, hallando concentraciones altas (>
10 ppm) en suelos urbanos y áreas tropicales de Brasil
principalmente (Krauss et al., 2000).

Existen factores que controlan el destino de los
compuestos orgánicos en el ambiente, sobre todo de
aquellos que son biodegradables. Entre ellos se
encuentran:

Temperatura. Este parámetro incide
principalmente en compuestos orgánicos volátiles,
lo cual influye a su vez en la pérdida de HAPs,
principalmente para los compuestos de bajo peso molecular
(Wilcke, 2000). Este fenómeno en el suelo es regido por la
humedad y fluctuaciones diurnas.

En los países industrializados del norte de
Europa y en
Norteamérica, la temperatura del suelo durante gran parte
del año es baja y con ello existe una baja eficiencia de la
degradación microbiana de los contaminantes. Lo mismo
puede ocurrir en horizontes más profundos del suelo para
otras regiones del mundo.

La temperatura que favorece el crecimiento de los
microorganismos en general es de 27ºC; existe una mayor
velocidad de degradación de contaminantes de
petróleo en función al tipo de materia
orgánica cuando las temperaturas van de 20ºC a
30ºC, pero disminuye ligeramente cuando las temperaturas
aumentan por arriba de los 40ºC o cuando están por
debajo 20°C (EPA, 1983).

Condiciones anaeróbicas. La
degradación en estas condiciones es lenta, algunos
compuestos no son degradados en este ambiente y otros pueden ser
degradados parcialmente y generan compuestos tóxicos. El
contenido de oxígeno en el suelo es un factor decisivo en
la bioremediación.

Los microorganismos requieren condiciones mínimas
de humedad para su crecimiento; el agua forma parte del
protoplasma bacteriano y sirve como medio de transporte a
través del cual, los compuestos orgánicos y
nutrientes son movilizados hasta el interior de las células.
Un exceso de humedad inhibe el crecimiento
bacteriano al reducir la concentración de
oxígeno en el suelo.

Nutrimentos y co-sustratos. Un suelo contaminado
generalmente presenta un desbalance de nutrimentos. Cada sitio
tiene que ser evaluado caso por caso, se tiene que tomar en
cuenta el material soluble del contaminante para no
sobrefertilizar el terreno (Weissenfels et al.,
1992).

Los nutrientes principalmente requeridos para favorecer
el crecimiento microbiano son el fósforo y el
nitrógeno. Por lo general suele haber en el suelo una
concentración de nutrientes suficiente; sin embargo, si
estos no se encontrasen en el rango normal se puede adicionar
mayor cantidad al medio. El rango recomendado de C:N:P depende
del sistema de
tratamiento a emplear, siendo de modo habitual
100:10:1.

Biodisponibilidad. La distribución
espacial de los contaminantes en relación con los
organismos degradadores y su solubilidad son, en parte,
interrelacionadas como factores principales que afectan la
velocidad de degradación. Un compuesto que sea soluble al
agua se puede biodegradar y al ser insoluble en agua puede ser
adsorbido en el suelo y/o al material orgánico donde puede
ser biodegradado lentamente.

La biodisponibilidad está ligada con el tiempo de
contacto suelo-contaminante (Alexander, 1995; Loerhr, 1996); la
contaminación puede ser reciente (semanas o meses) o
envejecida (se encuentra de años o décadas). En los
suelos, los contaminantes recientes son más disponibles a
la degradación, microbiana debido a la presencia de
compuestos de bajo peso molecular que los contaminantes
envejecidos que presentan compuestos recalcitrantes. Una vez que
el organismo se ha adaptado a dicho contaminante puede presentar
una alteración en la información genética y
puede activar una tolerancia y
capacidad de enzimas capaces
de degradar dicho compuesto en forma natural (Romant et
al
., 2000).

Contenido de agua. Tiene gran influencia en el
transporte por difusión líquida o gaseosa. Para la
difusión líquida el transporte aumenta con el
contenido de agua, debido a su trayectoria en los espacios
porosos reemplazando el aire contenido; inversamente, la
difusión de vapor disminuye con el contenido de agua.
Cuando el contenido de agua disminuye a un bajo porcentaje (la
cual ocurre en la superficie del suelo durante una intensa
sequía) las moléculas que ocupaban los sitios de
adsorción son desplazadas y la capacidad de
adsorción química aumenta considerablemente,
causando que las concentraciones líquidas y gaseosas
disminuyan reduciendo el mecanismo de transporte líquido y
gaseoso; sin embargo, este efecto de adsorción es
reversible cuando la superficie vuelve a rehumedecerse (EPA,
1983).

Materia orgánica del suelo. Es el sorbente
más importante de los HAPs al igual que el hollín
de la atmósfera y tiene lugar en dos fases. La primera,
que es la más rápida, corresponde en la
sorción de las macromoléculas orgánicas; y
la segunda parte del proceso es lenta (envejecimiento) y es por
la difusión de los HAPs en los sitios de enlace
internos.

Actualmente se ha establecido que el tipo de materia
orgánica del suelo influye en la sorción de los
HAPs; por ejemplo se observó un fuerte aumento de
sorción del pireno en la parte menos polar de la materia
orgánica del suelo (Wilcke, 2000). Un efecto inmediato del
aumento de este parámetro es el incremento de los sitios
de adsorción, disminuyendo la concentración en la
fase acuosa y gaseosa del contaminante orgánico como
también su transporte y su biodisponibilidad (Alexander,
2000).

Textura del suelo. Este parámetro es
importante en el proceso de lixiviación ya que en texturas
gruesas (suelos arenosos y grava) es más rápida en
comparación a texturas finas (suelos arcillosos) debido a
su mayor capacidad de retener los contaminantes y prevenir su
alcance a aguas subterráneas. Por otro lado, la
permeabilidad, estructura y espacio poroso son dependientes de la
textura (Barcelona et al., 1990). En las partículas
del suelo se da el fenómeno de
adsorción-desorción de los contaminantes
orgánicos.

En experimentos
realizados por Morrill et al, (1982), se muestra que las
moléculas aromáticas como son los HAPs pueden
interactuar con las superficies arcillosas a través de sus
electrones p ; por ejemplo, el benceno
forma un complejo estable a través de sus electrones
p en la arcilla o con el cobre, bajo la
condición de tener un suelo seco como en el caso de la
época de estiaje.

2.3 FUENTES DE HIDROCARBUROS EN SUELOS

Los HAPs comprenden una amplia variedad de compuestos
químicos que tienen distintos orígenes. Una vez
liberados al ambiente, estos pueden distribuirse en el aire,
agua, suelo y sedimentos. Aunque el origen de los HAPs es muy
diverso se pueden diferenciar los siguientes:

2.3.1 Hidrocarburos
biogénicos.
La síntesis
de este tipo de hidrocarburos está controlada por rutas
metabólicas, lo cual da como resultado mezclas de
compuestos de limitada complejidad estructural relacionada
directamente con una función biológica
específica (Bedair & Al Saad, 1992); por ejemplo, el
fitoplancton sintetiza alifáticos de número impar
entre los carbonos del C15 al C21 y en
algunos casos compuestos de carbonos pares. La vegetación terrestre y el sargazo marino
producen cadenas de n alcanos del C21 al
C33 con carbonos dominantes del C21 al
C29. Los pastos marinos y marismas producen alcanos
con carbonos típicos del C33 (Botello,
1995).

Se cree que el Per (aromático de 5 anillos) es
producido de manera biológica a partir de los pigmentos de
hongos,
insectos y organismos marinos y que tiene como posible precursor
al 4,9-dihidroxiperileno-3,10-quinona bajo condiciones
anaeróbicas en sedimentos subacuáticos, suelos y en
nidos de termitas (Wilcke, 2000; Thiele & Brummer, 2002). La
presencia de Phe, metilfenantreno y metilantraceno en sedimentos
de lagos preindustriales tienen un origen biológico debido
a la degradación de material vegetal (Simoneit, 2002). En
estudios realizados en suelos y sedimentos no contaminados se
detectó que los homólogos del Phe y Ret
(1-metil-7-iso-propilfenantreno) y el pimantreno
(1,7-dimetil-fenantreno) provienen de la reducción del
ácido abiético y pimárico de las especies de
Pinus; en suelos tropicales se presenta en sus microorganismos
procedentes de la descomposición de materia
orgánica. El Nap se ha encontrado en flores de Magnolia,
en la frente de los venados, plantas leñosas y en nidos de
las termitas como parte de su sistema de defensa contra
parásitos y enemigos naturales (Wilcke, 2000; Krauss et
al
., 2005). En las resinas y ceras de plantas se encuentra el
reteno (Bucheli et al., 2004; Yan et al.,
2005).

La descomposición de la materia orgánica
puede formar compuestos aromáticos y alifáticos de
bajo peso molecular que pueden ser condensados para dar lugar a
compuestos de mayor peso molecular; por ejemplo el Per es uno de
los más estudiados (Schnitzer & Khan, 1978; Blumer
& Youngblood, 1975; Krauss et al., 2005).

2.3.2 Hidrocarburos diagenéticos.
Se refiere a la alteración física, química y
biológica que se produce cuando los sedimentos se
depositan; puede incluir la disolución y la
alteración de partículas existentes y la
precipitación de materiales
nuevos en los espacios porosos. Estos cambios se dan a
temperaturas (hasta un valor de
temperatura de 50°C) y presiones relativamente
bajas.

Sí durante la sedimentación también
son enterrados residuos orgánicos provenientes de plantas
o animales, entonces los constituyentes orgánicos
(lípidos, proteínas,
carbohidratos,
ligninas, terpenos, esteroides, pigmentos carotenoides entre
otros compuestos) se descomponen debido al aumento de temperatura
y presión asociado a una acción
microbiana o bien por procesos químicos, creando de esta
manera una amplia variedad de nuevos hidrocarburos que contienen
más de 15 átomos de carbono (Hunt, 1996). Como
resultado existe una acumulación de hidrocarburos de
organismos muertos más hidrocarburos formados por la
actividad bacteriana.

Los constituyentes primordiales de los hidrocarburos
diagenéticos incluyen: HA, cicloalcanos, esteranos, HAPs
(perileno y reteno) y triterpenos pentacíclicos. Estos son
importantes en los sedimentos recientes cercanos a cuerpos de
agua, se localizan principalmente en sedimentos anóxicos a
través de la transformación de precursores
provenientes de plantas superiores.

2.3.3 Hidrocarburos antropogénicos.
Se clasifican en este grupo a todos aquellos compuestos que son
liberados al ambiente por las actividades del ser humano como
son:

1) Actividades de la industria petrolera: Entre ellas se
incluyen la extracción, distribución,
separación, transporte y refinación
del petróleo. Durante todo el proceso se genera una
serie de residuos que se disponen en el ambiente y que se
caracterizan por la presencia de HAPs como: Nap, Flu, Phe,
dibenzotiofeno y Cry.

2) Uso de productos derivados del petróleo: Los
productos del petróleo son utilizados ampliamente por
nuestra sociedad desde
la industria hasta nuestros hogares y se incorporan al ambiente a
través de las descargas de aguas municipales y residuos
sólidos. Los productos para uso doméstico son
los solventes (para diluir pinturas, en tintorerías y
productos de limpieza) y productos químicos como
aerosoles, adhesivos y aceites destacando el Nap, Phe y Ant. Los
residuos industriales como aceites, grasas, breas,
tinturas y diversos productos químicos sintéticos
como pinturas, plaguicidas tienen un alto contenido de Ind, Nap y
derivados.

Igualmente tenemos productos en carreteras (asfalto),
combustibles derramados (diesel, gasolina, turbosina) y desechos
de construcción urbana (adhesivos, pintura,
resinas, aceites lubricantes, solventes entre otros) (Aguamarket,
2006; Universidad de
Antofagasta, 2005).

Un ejemplo típico de uso cotidiano por la
sociedad, es el BaP que es el HAP más estudiado dado que
es representativo de los efectos de los compuestos
aromáticos. Se acostumbra expresar los impactos
ocasionados por los HAPs en términos de equivalencia con
el BaP, como se observa en el cuadro 7 refiriéndose a
petróleo y combustibles que son contaminantes comunes en
la vida diaria (Medical and Health Library, 2001).

Cuadro 3. Algunos ejemplos del contenido de BaP en
distintas sustancias.

Alquitrán de hulla

0,65%

Alquitrán para pavimento

0,51-1%

Brea, pez

1,25% (valor
máximo)

Aceites de impregnación

0,045-0,35%

Aceite de motor
(nuevo)

0,008-0,27 mg/kg

Aceite de motor (usado)

5,2-35 mg/kg

Gasoil (dieseloil)

0,026 mg/L

Combustible

0,09-8,3 mg/kg

Petróleo crudo (Kuwait)

2,8 mg/kg

Petróleo crudo (Libia)

1,32 mg/L

Petróleo crudo (Venezuela)

1,66 mg/L

Petróleo crudo (Golfo
Pérsico)

0,40 mg/L

3) Emisiones por quema o combustión de productos orgánicos:
Durante la combustión de cualquier material que contenga
carbono e hidrógeno se generan hidrocarburos, sobre todo
HAPs. Esto puede ocurrir durante los incendios
forestales o la quema intencional de vegetación
(residuos de cosecha, madera, etc),
carbón, combustibles fósiles (crudo, gasolina,
diesel, combustóleo, aceites -Padilla, 1989-) y
petróleo refinado (Adams et al., 1999). En estos
casos se encuentran un gran número de HAPs formados por
3-5 anillos bencénicos como los Phe, Ant, Pyr, BaA, BaP y
BeP. El Fla y el Pyr son generalmente los compuestos más
abundantes (Page et al., 1999). En estudios realizados en
la quema de vegetación de sabana y selva se
encontró valores de HAPs de 2.4 y 25 mg/kg en suelo
(Krauss et al., 2005).

En el cuadro 4, se observan los productos de la quema de
diferentes matrices
(residuos agrícolas, leña, combustible, rellenos
sanitarios, llantas y plásticos) resaltando por las altas
concentraciones los sustratos de los rellenos sanitarios, llantas
y fibra de vidrio con una
mayor presencia de HAPs de 3 a 5 anillos (Acy al BaP). Los
materiales como las llantas y la fibra de vidrio generan mayor
concentración de HAPs que los residuos agrícolas,
leña, combustibles y bolsas de plástico.
Los residuos agrícolas presentan una gran variación
de concentraciones de HAPs principalmente en la emisión
del Nap, BbF, BkF, BaP y BeP indicando una probable influencia
del material vegetal en el tipo y concentración de
contaminantes orgánicos. Sólo el maíz, paja
de arroz y paja de trigo presentan compuestos comunes como el
Ace, Flu y Phe.

Cuadro 4. Emisiones de HAPs durante la quema de
algunos sustratos.

Compuestos

Nap

Mnap

Acy

Ace

Flu

Phe

Ant

Fla

Pyr

BajA

Cry

BbF

BkF

BaP

BeP

Per

Bghi

Ind

DaA

Total

         

(mg/kg)

          

Paja de cebada 1

80.3

2.7

11.7

9.3

2.7

17.3

3.0

2.3

3.5

1.1

1.4

2.4

0.6

0.7

1.0

0.2

0.5

0.5

0.1

141.3

Maíz 1

4.4

2.6

0.4

0.6

0.1

1.6

0.1

0.8

0.7

0.1

0.2

4.6

2.8

9.5

11.2

2.0

0.5

9.6

0.5

54.0

Paja de arroz 1

8.3

5.4

1.0

0.3

0.3

1.5

0.2

0.4

0.3

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

18.6

Paja de trigo 1

196.2

1.0

1.5

0.1

0.3

4.0

1.0

3.9

2.4

1.3

1.3

1.1

0.4

0.4

0.5

0.4

1.0

0.6

217.4

Leña de abeto douglas
1

13.5

2.5

2.4

2.5

0.8

3.9

0.7

1.7

1.4

0.2

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

30.1

Leña de pino Ponderosa
1

16.9

2.2

1.4

1.8

0.6

2.5

0.4

1.3

1.0

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

28.6

Residuos de Roble 2

4.3

2.8

0.1

0.1

7.3

Quema de combustible líquido
3

162

 

99

10

1.0

13

15

20

2

9

7

5

5

348.0

Quema de crudo 3

44

 

4

0.5

6

1

4

5

1

2

1

1

69.5

Quema de residuos caseros
4

11.3

7.3

0.6

1.3

2.7

1.8

1.8

0.6

1.4

1.3

1.2

0.2

31.5

Quema de rellenos sanitarios controlados
(ng/m3) 5

90

50

120

520

160

100

120

60

80

50

20

10

10

10

1400.0

Quema de rellenos sanitarios no controlados
(ng/m3) 5

60

30

180

30

85

50

170

60

70

20

15

10

10

10

800.0

Quema de llantas 6

650

711

1368

223

245

52

398

92

81

78

86

99

112

68

0.5

4263.5

Quema de fibra de vidrio de la
construcción 7

5915

733

409

2156

202

694

214

458

72

1085.3

Quema de bolsas de pesticidas
8

370

4.5

17

4.5

17

4.5

4.5

422.0

Nap: Naftaleno, Mnap: 2-metilnaftaleno, Acy:
acenaftileno, Ace: acenafteno, Flu: fluoreno, Phe: fenantreno,
Ant: antraceno, Fla: fluoranteno, Pyr: pireno, BajA:
benzo(aj)antraceno, Cry: criseno, BbF: benzo(b)fluoranteno, BkF:
benzo(k)fluoranteno, BaP: benzo(a)pireno, BeP: benzo(e)pireno,
Per: perileno, Bghi: benzo(ghi)perileno, Ind:
indeno(1,2,3-cd)pireno y
DaA: dibenzo(a,h)antraceno. Nota: – No se tienen datos para los
compuestos.

1) Jenkins et al. 1996; 2) Illinois Institute of Natural
Resources. Document 78/19 1978; 3) Fingas et al. 1996; 4)
Lemieux, 1997; 5) Ruokojarvi et al., 1995; 6) Lemieux
& Ryan, 1993, 7) EPA, 2003, 8) Oberacker et al., 1992.
Estas referencias están citadas en Lemieux et al.,
2004.

Los perfiles de HAPs resultantes de la quema de diversos
materiales orgánicos dependen de la temperatura de
combustión, duración del proceso, las condiciones
de la flama y del tipo de material orgánico. A
temperaturas por debajo de los 700°C, los productos de
combustión producen además de los HAPs padre, HAPs
alquilados y muchas veces derivados metilados. Un ejemplo
típico es el humo de cigarro que produce hollín con
altos contenidos de HAPs alquilados (Bjorseth & Ramdahl,
1985). Mientras más baja es la temperatura de
combustión, mayor será el porcentaje de HAPs
alquilados. Por debajo de 200° C se han reportado las
concentraciones más altas de alquilados, mientras a
2000°C, sólo se forman HAPs padre (Blumer &
Youngblood, 1975).

Las emisiones de HAPs se pueden dividir en fuentes de
combustión estacionaria y combustión móvil
(Mastral & Callen, 2000). Las principales fuentes fijas que
emiten HAPs son instalaciones de generación de calor y
energía (termo y carboeléctricas),
calefacción con carbón y madera, quemadores de gas,
incineración de residuos orgánicos municipales e
industriales, quemas intencionales e incendios forestales
así como diversos procesos industriales (coque, cracking
del petróleo, fundidoras, producción de asfalto, etc.). Las fuentes
móviles son aquellas en donde se queman combustibles
fósiles utilizados en el transporte terrestre,
marítimo y aéreo.

La cantidad de HAPs que se genera en cada proceso,
depende en gran medida del material y de la tecnología de
combustión, y bajo condiciones predeterminadas,
producirá una cantidad específica e invariable de
HAPs; por ejemplo, se han reportado en la literatura compuestos
específicos para determinadas fuentes que inclusive, se
han utilizado como huellas digitales.

Varios autores han calculado factores de emisión
de HAPs a partir de investigaciones
que se han realizado sobre la emisión en diferentes
procesos (Bjorseth & Ramdahl, 1985; Wild & Jones 1995).
En el cuadro 5 se muestran algunos ejemplos de cantidades
emitidas reportados para diferentes fuentes de
emisión.

Partes: 1, 2, 3
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