manual de prácticas laboratorio de remediación de suelos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA MANUAL DE PRÁCTICAS LABORATORIO DE REMEDIACIÓN DE SUELOS Elaborado por: M. en C. Cinthya Pamela Del Río Galván IBT. Sonia Michel González Baños Con la colaboración de: Dra. Claudia Guerrero Barajas Revisión 1.0 México, D.F. Abril de 2009 Remediación de suelos y acuíferos
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ÍNDICE
1. TECNICAS DE MUESTREO................................................................................................................ 3 2. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO ........................................................................... 6 3. DETERMINACIÓN DE PH DEL SUELO........................................................................................... 9 4. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS VOLÁTILES ............................................................................ 13 5. DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL SUELO ........................................................... 16 6. DETERMINACIÓN DE TEXTURA DEL SUELO ........................................................................... 19 7. DETERMINACIÓN DE PERMEABILIDAD DEL SUELO ............................................................ 25 8. CUENTA DE MICROORGANISMOS VIABLES POR DILUCIÓN EN PLACA ........................ 33 9. ACTIVIDAD DESHIDROGENASA EN EL SUELO ....................................................................... 38 10. PROPUESTA DE REMEDIACIÓN DE UN SITIO CONTAMINADO.......................................... 43 Del Río-Galván y González-Baños, 2009
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LABORATORIO DE REMEDIACIÓN DE SUELOS Y ACUÍFEROS
1. TECNICAS DE MUESTREO
Objetivos
•
El alumno conocerá cuales son las diferentes técnicas de muestreo de
suelo
•
El alumno explicará la relación la importancia de cada una de las
técnicas de muestreo de suelos contaminados para la remediación de
los mismos.
Introducción
Material y reactivos
• Pala
• Bolsa plástica
• Palangana
• Etiquetas
• Plumón
Desarrollo experimental
PASOS A SEGUIR EN EL MUESTREO DE SUELOS.
El análisis de suelos será tan bueno como la calidad de las muestras tomadas,
pues la muestra enviada al laboratorio, debe de ser de 0,5 a 1,0 kg.
1. Recorra el área a muestrear y haga un plano o croquis sencillo de las
superficies más o menos homogéneas.
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2. Registre lo siguiente:
CRITERIO
RESULTADO
Apariencia física
Clase
de
manejo
recibida
anteriormente
Coloración del suelo
Arenoso o pesado
Partes altas o bajas, planas o
inclinadas
Vegetación alta, media o baja
3. Recorra los lotes al azar en forma de zig-zag y cada 15 o 30 pasos (si la
área a muestrear es pequeña cada 15 o 30 cm), tome una submuestra
limpiando la superficie del terreno y depositándola en la palangana. Las
submuestras deben ser tomadas entre 20 y 30 cm de profundidad. Luego
de
tener
todas
las
submuestras
en
la
palangana
se
mezclan
homogéneamente y se toma 1 kg aproximadamente.
4. Para identificar la muestra se debe colocar: el nombre del propietario,
nombre del lugar, ubicación geográfica, número de muestra y lote.
5. Recomendaciones cuando se tomen muestras para análisis de suelos:
•
Evite muestrear suelos muy mojados.
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•
Use bolsas plásticas nuevas y limpias, no de papel.
•
No fume durante la recolección de muestras, para evitar contaminarlas
con las cenizas del cigarro, ricas en potasio.
•
No tome muestras en áreas recién fertilizadas, sitios próximos a
viviendas, corrales, cercas, caminos, lugares pantanosos o erosionados,
áreas quemadas, lugares donde se amontonan estiércol, fertilizantes,
cal u otras sustancias que pueden contaminar la muestra.
Referencias
Apha-Awwna-Wpcf., Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y
residuales, Ediciones Diaz de Santos, S.A, pp 2-87.
Olivia Franco- Minerva Juárez, Manual de prácticas de química ambiental II,
UPIBI-IPN, 2006.
Héctor M. Coraspe*; Sergio Tejera, Procedimiento para la toma de muestras de
suelos, TAI FONAIAP Estación Experimental Trujillo, Pampanito.
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2. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO
Objetivo
Realizar la técnica para determinar la humedad contenida en la muestra de suelo
Introducción
La humedad del sitio a tratar es un factor importante para la elección de una
tecnología en particular. Una alta humedad puede impedir el movimiento de aire a
través del suelo, lo que afecta los procesos de biorremediación, así como provocar
problemas durante la excavación y transporte, además de aumentar costos
durante el uso de métodos de remediación térmicos (Van Deuren et al. 1997)
La humedad del suelo se calcula por la diferencia de peso de una misma muestra
húmeda y secada en la estufa hasta obtener peso constante.
Material y equipo
•
Muestra de suelo
•
Cápsulas de porcelana
•
Estufa
•
Desecador
•
Balanza analítica
Procedimiento
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1. Utilizar una cápsula de porcelana a peso constante. Para ello se coloca en
la estufa a 100ºC durante 24 horas. Posteriormente
colocar en un
desecador para que se enfríe.
2. Pesar la cápsula de porcelana que esté a peso constante y registrar el peso
3. Tarar la balanza y agregar a la cápsula de porcelana aprox. 2 g de suelo.
Registrar el peso exacto del suelo agregado a la cápsula.
4. Dejar en un horno a 100°C por 24 h. Posteriormente
colocar en un
desecador para que se enfríe y pesar. Registrar el peso.
Realizar el procedimiento por duplicado
Resultados
Registrar los siguientes datos:
Muestra 1
Muestra 2
Promedio
Peso de la cápsula
(g)
Peso del suelo
húmedo (g)
Peso de la cápsula
+ suelo seco (g)
Obtener el peso del suelo seco mediante la diferencia de peso de la siguiente
manera:
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Peso del suelo seco = (Peso de la cápsula + suelo húmedo) – (Peso de la cápsula
+ suelo seco)
⎛ Peso _ suelo _ húmedo − Peso _ suelo _ sec o ⎞
⎟⎟ *100
% _ de _ humedad _ perdida _ del _ suelo = ⎜⎜
Peso _ suelo _ húmedo
⎝
⎠
EL porcentaje de humedad del suelo se obtiene de la siguiente manera:
% humedad del suelo = 100 - % humedad perdida del suelo
Reportar el porcentaje de humedad del suelo promediando los valores obtenidos
de las 2 muestras
Discusión
Discutir la influencia de la humedad del suelo en un proceso de remediación.
Referencias
Eweis, J.B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y., Schroeder, E.D. 1999. Principios de
biorrecuperación. Ed. Mc Graw-Hill. España.
Muñoz, I.D., C.A. Mendoza, G.F. López, A.A. Soler, M.M. Hernández. 2000.
Manual de métodos de análisis de suelos. UNAM-Iztacala. México, D.F.
Volke-Sepulveda, T. y Velasco-Trejo, J.A. 2002. Tecnologías de remediación para
suelos contaminados. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos NaturalesInstituto Nacional de Ecología (SEMARNAT-INE). México.
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3. DETERMINACIÓN DE pH DEL SUELO
Objetivo
Determinar el pH de una muestra de suelo
Explicar la relación entre la disponibilidad de nutrientes y el pH como factor para la
remediación del suelo.
Introducción
El pH es la medida de la concentración de iones de hidrógeno [H+]. Un suelo
puede ser ácido, neutro o alcalino, según su valor de pH.
La Fig. 1 muestra la relación entre la escala de pH y el tipo de suelo. El rango de
pH de 5.5 a 7.5 incluye la mayoría de las plantas; pero algunas especies prefieren
suelos ácidos ó alcalinos. Sin embargo, cada planta necesita un rango específico
de pH, en el que poder expresar mejor su potencialidad de crecimiento.
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NEUTRO
ALCALIN
ÁCIDO
MUY
FUERTE
FUERTE
MODERADO
MUY
FUERTE FUERTE
MODERADO
ADECUADO
SUELO
3
4
5
6
7
8
9
10
11
ESCALA
DE pH
Fig.1 Tipos de suelo según valor de pH.
El pH tiene una gran influencia en la disponibilidad de nutrientes y la presencia de
microorganismos y plantas en el suelo.
Por ejemplo, los hongos prefieren condiciones ácidas mientras que la mayoría de
las bacterias, especialmente aquellas que facilitan nutrientes a las plantas, tienen
preferencia por suelos moderadamente ácidos o ligeramente alcalinos. De hecho,
en condiciones de fuerte acidez, la fijación de nitrógeno y la mineralización de
residuos vegetales se reducen.
Las plantas absorben los nutrientes disueltos en el agua de suelo y la solubilidad
de los nutrientes depende en gran medida del valor pH. Por este motivo, la
disponibilidad de elementos es diferente a diferentes niveles de pH.
Material
•
Muestra de suelo Seco
•
Potenciómetro
•
Balanza analítica
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•
Espátula
•
Agitador de vidrio ó magnético
•
Probeta de 50 ml
•
Vaso de precipitado de 250 ml
•
Agua destilada
•
Soluciones reguladoras de pH 4 y pH 7
Procedimiento
1. Pesar en la balanza analítica con la ayuda de la espátula 15 g de suelo.
2. Colocar el suelo en el vaso de precipitado.
3. Adicionar 37.5 ml de agua destilada.
4. Agitar durante 5 minutos con la ayuda de la varilla de vidrio
5. Calibrar el potenciómetro con las soluciones reguladoras de pH 4 y pH 7.
6. Enjuagar el electrodo con agua destilada e introducir en la muestra y
cuando la lectura se mantenga constante registrar el valor de pH.
7. Sacar el electrodo de la muestra y enjuagar con agua destilada.
Resultados
Reportar el promedio de dos mediciones así como la desviación estándar
Registrar los resultados en la siguiente tabla:
Fuente de
extracción
Valor de pH
Temperatura
ambiental (ºC)
de suelo
Discusión
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Discutir la importancia del valor de pH en el suelo para la aplicación de estrategias
de remediación en un sitio contaminado
Referencias
Hanna Instruments. Manual y análisis de suelo. Ciencia y Gestión del suelo,
Versión 12, pp.5-7.
J.F Tah Luit (1987) El análisis químico de suelos, Universidad Autónoma de
Chapingo, Primera Edición.
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4. DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS VOLÁTILES
Objetivos
•
El alumno determinará los sólidos volátiles del suelo
•
El alumno explicará la importancia de los sólidos volátiles como factor
para la remediación del suelo.
Introducción
Los sólidos volátiles son la porción de la materia orgánica que puede eliminarse o
volatilizarse cuando una materia orgánica se quema en un horno mufla a una
temperatura de 550ºC.
Los sólidos volátiles Biodegradables son: La porción de sólidos volátiles de
materia orgánica que son biodegradables.
El contenido de sólidos volátiles se interpreta en términos de materia orgánica,
teniendo en cuenta que a 550±50°C la materia orgánica se oxida formando el gas
carbónico y agua que se volatilizan. Sin embargo, la interpretación no es exacta
puesto que la pérdida de peso incluye también pérdidas debido a descomposición
o volatilización de ciertas sales minerales como por ejemplo las sales de amonio o
carbonato de magnesio.
La determinación de sólidos volátiles
es de gran utilidad en modelos de
compostaje y otros métodos de biorremediación para el tratamiento de residuos
que contengan materia orgánica por medio del cual se dispone un residuo.
Material y reactivos
• Suelo seco
• Balanza analítica, con sensibilidad de 0.0001 g
• Estufa eléctrica
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• Mufla
• Desecador
• Capsulas de porcelana
• Pinzas para crisol
Desarrollo experimental
DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES.
1. Tomar una muestra de suelo y retirar los fragmentos grandes, pulverizar si
es necesario.
2. Con la ayuda de las pinzas para crisol tomar del desecador una capsula de
porcelana que esta a peso constante, registrar el peso.
3. Colocar la capsula en la balanza analítica, tarar la balanza y pesar 3 g de
suelo.
4. Introducir las capsulas de porcelana en la estufa a una temperatura de
105ºC, por 24 h.
5. Colocar la capsula de porcelana en el desecador, dejar que enfríe y pesar.
6. Llevar la capsula a la mufla a una temperatura de 550ºC durante 1 h.
7. Dejar enfriar, sacar la capsula colocarla en el desecador y determinar su
masa.
8. Realizar los cálculos correspondientes de acuerdo a la siguiente fórmula:
%SSV= ((A-D)*100)/A-B
Donde:
%SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles
A: Peso del suelo seco + placa, mg
B: Peso de la placa
D: Peso del suelo + placa después de ignición, mg
Resultados y discusión
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De acuerdo al porcentaje de sólidos suspendidos volátiles, explicar la importancia
de este parámetro como factor para la remediación del suelo.
Bibliografía
Apha-Awwna-Wpcf., Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y
residuales, Ediciones Diaz de Santos, S.A, pp 2-87.
Olivia Franco- Minerva Juárez, Manual de prácticas de química ambiental II,
UPIBI-IPN, 2006.
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5. DETERMINACIÓN DE CONDUCTIVIDAD DEL SUELO
Objetivos
Determinar la conductividad de una muestra de suelo
Explicar la importancia de la determinación de la conductividad eléctrica en el
análisis de suelos para la remediación del mismo.
Introducción
La determinación de la conductividad eléctrica se utiliza normalmente para indicar
la concentración total de los componentes ionizados en las soluciones.
Las sales solubles en el suelo determinan la presencia en solución de una serie de
combinaciones de los cationes: calcio, magnesio, sodio, potasio y de los aniones:
carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, entre otros. El valor de la
conductividad está relacionado con la suma de los cationes o aniones y en general
tienen correlación con los sólidos totales disueltos. El origen de estas sales
solubles es la meteorización de los minerales primarios, pero la presencia de sales
en grandes cantidades es debida a procesos concretos como drenaje oblicuo,
intrusión salina, condiciones topográficas, entre otras.
La conductividad eléctrica del suelo depende de la capacidad de las partículas del
suelo de conducir electricidad. A mayor superficie específica, mayor es la
capacidad del suelo para conducirla. Las arcillas tienen mayor superficie
específica y por lo tanto tienen una conductividad eléctrica más alta.
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La conductividad eléctrica de un suelo es alterada, entre otros, por factores como
la porosidad, el contenido de humedad, la salinidad, la capacidad de intercambio
catiónico y la materia orgánica.
Material
•
Muestra de suelo
•
Conductímetro
•
Agitador de vidrio o magnético
•
Probeta de 25 ml
•
Vaso de precipitado de 100 ml
•
Agua destilada
•
Balanza analítica
Procedimiento
1. Pesar 20 g de la muestra de suelo y colocarlo en el vaso de precipitado
2. Adicionar suficiente agua destilada hasta observar s mm de agua por
encima de la superficie del suelo teniendo precaución de no hacer espuma
y tapar con papel aluminio
3. Dejar reposar durante 24 horas
4. Decantar el agua
5. Introducir el electrodo del conductímetro en el líquido decantado y tomar la
lectura directamente del aparato (en milisiemens).
6. Realizar el procedimiento por duplicado
Resultados
Reportar el promedio de dos mediciones así como la desviación estándar
Registrar los resultados en la siguiente tabla:
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Fuente de extracción
del suelo
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Número de muestra Conductividad (ms)
Discusión
Discutir la importancia de la conductividad en un suelo contaminado y su influencia
para proponer estrategias de remediación.
Referencias
Domènech, X. y Peral, J. (2006) Química ambiental de sistemas terrestres. Ed.
Reverté. España
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6. DETERMINACIÓN DE TEXTURA DEL SUELO
Objetivo
Determinar la composición textural de una muestra de suelo
Introducción
Los suelos se clasifican en función de su tamaño de partícula, siendo sus tres
principales componentes las arcillas (< 0.002 mm), los limos (0.002 - 0.05 mm) y
las arenas (0.05 - 2.0 mm). Es importante considerar esta propiedad, ya que la
relación área/volumen de los diferentes tipos de partícula, tienen un impacto
directo sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, y por
consiguiente en las tecnologías de remediación. En general, los materiales no
consolidados (arenas y gravas finas) son más fáciles de tratar (Van Deuren et al.
1997, Eweis et al. 1998)
El método de Bouyoucos es el más usado en la determinación de texturas y está
basado en el cálculo de la velocidad de sedimentación de las partículas, utilizando
el principio de la ley de Stokes que establece lo siguiente: “la densidad de una
solución acuosa en reposo varía directamente con la cantidad de partículas en
suspensión que se van asentando de acuerdo a su diámetro y al tiempo
transcurrido”
Material
•
Muestra de suelo seco
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•
Balanza
•
Agitador mecánico
•
Pipeta de 10 ml
•
Probeta de 1000 ml
•
Hidrómetro de Bouyoucos
•
Termómetro
•
Cronómetro
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Reactivos
•
Solución de metasilicato de sodio al 5%. Pesar 5 g de metasilicato de sodio
nonahidratado (Na2SiO3⋅9H2O), disolverlo en agua destilada y aforar a 100
ml.
•
Solución de oxalato de sodio al 5%. Pesar 5 g de oxalato de sodio
((COONa)2), disolverlo en agua destilada y aforar a 100 ml.
•
Solución de peróxido de hidrógeno al 10%. Diluir 33 ml de peróxido de
hidrógeno concentrado (H2O2) hasta completar un volumen de 100 ml con
agua destilada. Esta solución debe ser conservada en refrigeración.
•
Solución de ácido clorhídrico diluido. Diluir 20 ml de ácido clorhídrico
concentrado (HCl) hasta completar un volumen de 100 ml con agua
destilada.
NOTA: Los reactivos de sodio para la determinación de textura pueden ser
sustituidos al agregar 10 ml de una solución de hexametafosfato de sodio
((NaPO3)6) al 10%. Que se prepara pesando 10 g del reactivo y diluyéndolo en
100 ml de agua destilada.
Procedimiento
1. Para eliminar la materia orgánica tratar al suelo con la solución de peróxido
de hidrógeno en una proporción de 15 ml de reactivo por cada 50 g de
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suelo, dejándolo secar durante 24 horas a una temperatura de 80ºC antes
de la determinación de la textura.
2. Si el suelo es rico en carbonatos (más de 2%), tratarlo con la solución de
ácido clorhídrico diluido agregando el reactivo en pequeñas proporciones
hasta eliminar la efervescencia provocada por la liberación de burbujas de
CO2.
3. Pesar 50 g de suelo libre de materia orgánica y carbonatos.
4. Colocar en el vaso del agitador mecánico.
5. Agregar 5 ml de la solución de metasilicato de sodio y 5 ml de solución de
oxalato de sodio.
6. Aforar con agua de la llave hasta la segunda ranura del vaso.
7. Agitar durante 10 minutos en el agitador mecánico.
8. Pasar la solución a la probeta de 1000 ml.
9. Aforar a 1000 ml con agua de la llave.
10. Agitar 1 minuto el suelo en la probeta.
11. Dejar reposar 40 segundos y tomar la primera lectura con el hidrómetro.
12. Medir la temperatura.
13. Dejar reposar 2 horas y tomar la segunda lectura.
14. Medir nuevamente la temperatura.
15. De acuerdo a los valores de temperatura registrados, agregar 0.2 a las
lecturas por cada grado centígrado después de 20ºC, o restárselos en caso
contrario.
Cálculos
% de limos + % de arcillas = (1ª lectura / g de suelo) * 100
% de arenas = 100 – (% de limos + % de arcillas)
% arcilla = (2ª lectura / g de suelo ) * 100
% de limos = (% de limos + % de arcillas) - % de arcillas
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Con los porcentajes obtenidos determinar la clase textural que le corresponde al
suelo, de acuerdo al triángulo de texturas.
Fig. 1 Triángulo de texturas del sistema de clasificación de la USDA
(Departamento de Agricultura de Estados Unidos de América)
Determinación manual de textura del suelo
Otra técnica para la determinación de la textura del suelo en campo puede
realizarse de manera sencilla aplicando un poco de agua al suelo y manipulándolo
tal como se indica en la Fig. 2
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Fig. 2 Procedimiento para determinar manualmente la textura del suelo
Resultados
Reportar el porcentaje de arena, limo y arcilla del suelo trabajado así como la
composición textural a la que corresponde.
Discusión
Discutir la importancia de la textura del suelo en los procesos de remediación de
acuerdo a la composición textural determinada en la práctica y el impacto que
tiene sobre la selección y efectividad de las tecnologías de remediación.
Referencias
Eweis, J.B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y., Schroeder, E.D. 1999. Principios de
biorrecuperación. Ed. Mc Graw-Hill. España.
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Muñoz, I.D., C.A. Mendoza, G.F. López, A.A. Soler, M.M. Hernández. 2000.
Manual de métodos de análisis de suelos. UNAM-Iztacala. México, D.F.
Volke-Sepulveda, T. y Velasco-Trejo, J.A. 2002. Tecnologías de remediación para
suelos contaminados. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos NaturalesInstituto Nacional de Ecología (SEMARNAT-INE). México.
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7. DETERMINACIÓN DE PERMEABILIDAD DEL SUELO
Objetivos
•
Determinar la capacidad de permeabilidad de un suelo a través del cálculo
del coeficiente de permeabilidad k y de la velocidad media de filtración.
Introducción
La permeabilidad se define como la capacidad de un material para permitir que un
fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es
permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un
tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.
La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores
básicos:
•
La porosidad del material;
•
La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;
•
La presión a que está sometido el fluido.
Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener
espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios
deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a
través del material
La permeabilidad en el suelo tiene un efecto sobre el costo de excavación,
construcción y trabajos de remediación, haciendo más o menos redituable dichas
operaciones de acuerdo a la capacidad de permeado del suelo.
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Ley de Darcy
El flujo de agua a través de un medio poroso está gobernado por la Ley de Darcy,
quien investigo las características del flujo de agua a través de filtros de material
Ferrero. Utilizando diversos dispositivos, de diseñó, Darcy encontró que para
velocidades pequeñas, el caudal es:
Es posible relacionarlos de tal forma que:
V= k* i
La cual es conocida como la Ley de Darcy
Coeficiente de permeabilidad
Los estudios de Darcy utilizan un valor de velocidad v, dicha velocidad es la
velocidad de descarga que se define como la cantidad de agua que circula en una
unidad de tiempo a través de una superficie perpendicular a la línea de filtración.
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En arenas firmes y saturadas y en otros suelos compuestos de arenas finas,
donde la circulación del agua no afecta la estructura del material, la velocidad v
puede ser determinada por:
= Peso específico del agua (KN/m3)
El valor de k expresado en cm/s, puede ser considerado como la velocidad del
agua a través de un suelo cuando está sujeta a un gradiente hidráulico unitario.
Permeámetro de Carga Constante
En este permeámetro (Fig.1), los niveles de agua a la entrada y a la salida se
pueden mantener constantes a través de una bomba y una cuba hidráulica. N este
caso, la pérdida de carga h depende únicamente de la diferencia entre los niveles
de agua, así mismo las dimensiones de la celda del permeámetro pueden ser
medidas y el agua a la salida de este también puede ser colectada y medida con
el fin de determinar el coeficiente de permeabilidad k.
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Figura 1. Permeámetro de carga constante
Permeámetro de Carga Variable
En este permeámetro, la cantidad de agua escurrida es medida en forma indirecta,
por medio de la observación entre la caída del nivel de agua en un tubo recto
colocado sobre la muestra y el tiempo transcurrido.
Figura 2. Permeámetro de carga variable
7.1.1.
Materiales, reactivos y equipo
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• Permeámetro
• Celda del permeámetro
• Cuba hidráulica
• Bomba de recirculación
• Probeta de 500 ml
• Flexómetro
• Termómetro
• Cronómetro
• Balanza Granataria
• Agua
• Muestra de suelo
• Suelo poroso (material de empaque)
1.1.1.1.
Metodología
1.- Ensamblar el permeámetro y verificar que todas las conexiones se encuentren
correctamente, ya sea un experimento a carga variable o carga constante.
2.- Tomar las dimensiones de la celda (Diámetro interno y longitud total)
3.- Colocar material de empaque en la base de la celda del permeámetro
aproximadamente 1.5 cm de longitud.
4.- Pesar la muestra de suelo y colocarla en la celda hasta aproximadamente 2.5
cm antes del borde.
5.- Colocar material de empaque arriba de la muestra de suelo aproximadamente
1.5 cm después de este y presionar un poco para eliminar aire del interior.
6.- Medir las longitudes de los empaques en la cara superior e inferior en la celda,
así como la longitud que ocupa la muestra de suelo dentro de la celda.
7.- Colocar la tapa de la celda correctamente y volver a presionar un poco.
8.- Llenar el depósito de agua hasta la marca y colocar la pinza para evitar que
circule por el momento.
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9.- Colocar el depósito de agua a una altura aproximada de 1.7 m, la celda del
permeámetro a 1 m del suelo y el recipiente para la recepción de agua a una
altura media entre el depósito de agua y la celda del permeámetro.
10.- Permitir el paso de agua a través de la muestra, abriendo la pinza
correspondiente, verificando que no quede aire en las conexiones de la manguera
y regulando la cantidad de agua que pasa hacia la celda para que no haya un
contra flujo y se bote la tapa de la celda.
11.- Mantener constante el nivel de agua en el depósito de agua a través de la
cuba y la bomba.
12.- Cuando el caudal sea uniforme, iniciar la recolección de agua en el depósito y
al desbordarse este, comenzar a medir el flujo obtenido con la probeta y el
cronómetro.
13.- Tomar las medidas de alturas de trabajo correspondientes y registrarlas.
14.- Al terminar, recircular agua por el permeámetro para lavarlo y limpiarlo.
Resultados
De acuerdo a los datos registrados del suelo y del experimento, realizar los
cálculos necesarios para obtener el valor de k y de Vmf a partir de la Ley de
Darcy.
Para el experimento de Carga Constante se tiene:
Vmf = V/n
Donde:
Q = Caudal filtrado
D
(m)
=
Diámetro
del
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permeámetro
A (m2) = Área del permeámetro
h (m) = Diferencia de alturas
L (m) = Longitud de empaque
i = Gradiente piezométrico
n (KN - s/cm2) = Viscosidad del agua
k
(cm/s)
=
Coeficiente
de
permeabilidad
V (m/s) = Velocidad final del permeado
Vmf = Velocidad media de avance del agua
n = Porosidad del suelo
Para el experimento a Carga Variable se tiene:
Vmf = V/n
Donde:
Q = Caudal filtrado
n = Porosidad del suelo
a (m2) = Área de la manguera
L (m) = Longitud de empaque
h1 (m) = Altura 1 en un tiempo 1
t1 (s) = Tiempo 1
h2 (m) = Altura 2 en un tiempo 2
t2 (s) = Tiempo 2
k (cm/s) = Coeficiente de permeabilidad
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V (m/s) = Velocidad final del permeado
Vmf = Velocidad media de avance del agua
*Utilizar el programa de Excel como ayuda.
Cuestionario
1. Menciona algunos ejemplos de roca permeable.
2. ¿Cuáles son los factores que influyen en el coeficiente de permeabilidad de
suelo?
3. Reporta los coeficientes de permeabilidad de distintos suelos.
4. ¿Qué es un permeámetro?
Conclusiones
Concluya con respecto a los objetivos planteados y sus resultados, máximo media
cuartilla.
Referencias
1. Angelote, S. (2006) Permeabilidad de suelos, Geología y Geotecnia.
Universidad Nacional del Rosario, Facultad de ciencias exactas, Ingeniería
y Agrimensura. Lugar. Págs. 3 – 26.
2. Sánchez-San Román, F.J. (año) Flujo en medios porosos: Ley de Darcy.
Artículo T080. Pág.3. Lugar
3. Rodríguez,
N.J.
(2008)
Trabajo
práctico
de
laboratorio
Núm.
5.
Permeabilidad. U.N.N.E, Facultad de Ingeniería. Cátedra de Geotecnia.
México. Págs. 1 - 4.
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8. CUENTA DE MICROORGANISMOS VIABLES POR DILUCIÓN EN PLACA
Objetivo
Realizar el conteo en placa de las colonias de bacterias y de hongos a partir de
una muestra de suelo
Introducción
El suelo está formado por cinco componentes principales: materia mineral, agua,
aire, materia orgánica y organismos vivos. La porción viviente del suelo constituye
menos del 1% del volumen total; aún así, esta porción es indudablemente esencial
para el funcionamiento del ecosistema.
El suelo contiene cinco grupos principales de microorganismos: bacterias,
actinomicetos, hongos, algas y protozoarios. El suelo, como ecosistema, incluye a
estos grupos microbianos así como a los constituyentes orgánicos e inorgánicos
de un determinado lugar.
Debido al diminuto tamaño de las bacterias y a que los otros cuatro grupos poseen
células grandes o filamentos extensos, las bacterias representan mucho menos de
la mitad de la masa celular microbiana total. En suelos aireados adecuadamente
predominan bacterias y hongos, mientras que en los ambientes que contienen
poco o nada de oxígeno, sólo las bacterias son responsables de casi todos los
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33
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cambios químicos y biológicos. Aunque los otros grupos llevan a cabo muchas
transformaciones similares a las que realizan las bacterias, éstas sobresalen
porque son capaces de crecer rápidamente y de descomponer una gran variedad
de sustratos.
Se han desarrollado varias técnicas para el estudio de la biomasa microbiana,
principalmente para bacterias y hongos, cada una con ventajas propias. Sin
embargo, ningún procedimiento aislado describe por completo y en forma
adecuada la composición genérica de la flora. La técnica usada con más
frecuencia para contar los microorganismos del suelo es el recuento en placa en el
cual se colocan diluciones de un suelo sobre un medio de agar adecuado.
Material
•
Muestra de suelo
•
Tubos de vidrio de 15 ml con 9 ml de solución salina estéril al 0.85%
•
Balanza
•
Micropipetas de 1 ml y de 20 μl
•
Vórtex
•
Espátula
•
Campana de flujo laminar o área estéril
•
Papel aluminio estéril
•
Cajas Petri con medio de cultivo (agar nutritivo y agar papa dextrosa PDA)
•
Incubadora
Procedimiento
1. En condiciones estériles agregar 1 g de suelo a un tubo que contenga 9 ml
de solución salina estéril. Agitar dicho tubo con vórtex por alrededor de 1
minuto.
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34
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2. Tomar 1 ml de ese tubo y transferirlo a otro que contenga 9 ml de la
solución salina y agitarlo en vórtex
3. Repetir el procedimiento de manera sucesiva hasta alcanzar la dilución 10-7
asegurándose de utilizar una punta de micropipeta diferente entre cada
dilución.
4. Tomar 20 μl de las diluciones 10-2 a 10-7 e inocular en las placas con agar.
Cada dilución se colocará en una cuarta parte de la caja Petri, previamente
etiquetada.
5. Para el conteo de bacterias, se utilizará agar nutritivo y para el conteo de
hongos se utilizará agar papa dextrosa (PDA)
6. Una vez inoculadas las placas con agar, dejar que se seque la gota
depositada para evitar que el líquido se desplace por la caja y se mezcle
con las otras diluciones depositadas en la misma placa.
7. Cada dilución se sembrará por duplicado en cada medio de cultivo.
8. Incubar de manera invertida las placas en la incubadora. Las de agar
nutritivo por 24 horas a 37ºC y las de PDA por 48 horas a 28ºC.
9. Transcurrido el tiempo de incubación realizar el conteo de las colonias
donde sea posible y registrar el número de colonias y la dilución
correspondiente.
Cálculos
Los datos se reportan en UFC/g ss (unidades formadoras de colonias por gramo
de suelo seco), por lo que es necesario realizar el cálculo a partir del volumen
inoculado en la placa. Por lo tanto, se tiene lo siguiente:
UFC / g _ suelo _ sec o =
1 1
∗
FD V
P ∗ FH
NC ∗
Donde:
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35
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NC = Número de colonias contadas en la placa
FD = Factor de dilución correspondiente al tubo de donde se tomó la alícuota (10-2
a 10-7)
V = Volumen de la alícuota inoculada (en ml)
P = Peso de la muestra de suelo (aprox. 1 g)
FH = Factor de corrección de humedad
FH = 1 −
% _ humedad _ del _ suelo
100
Resultados
Reportar las UFC/g ss del promedio de los 2 conteos realizados, así como la
desviación estándar de cada uno, tanto para bacterias como para hongos.
Discusión
Discutir la importancia de la actividad microbiológica del suelo en un tratamiento
biológico de remediación, así como la influencia de los factores ambientales para
este tipo de tecnología y la relevancia del número de microorganismos presentes
en el suelo.
Referencias
Alexander, M. 1994. Introducción a la microbiología del suelo. AGT Editor, S.A.
México.
Del Río-Galván y González-Baños, 2009
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Remediación de suelos y acuíferos
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Eweis, J.B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y., Schroeder, E.D. 1999. Principios de
biorrecuperación. Ed. Mc Graw-Hill. España.
Fernández, L.C., Rojas, N.G., Roldán, T.G., Ramírez, M.E., Zegarra, H.G., Uribe,
R., Reyes, R.J., Flores, D., Arce, J.M. (2006) Manual de técnicas de análisis de
suelos aplicadas a la remediación de sitios contaminados. IMP, SEMARNAT, INE.
México
Volke-Sepulveda, T. y Velasco-Trejo, J.A. 2002. Tecnologías de remediación para
suelos contaminados. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos NaturalesInstituto Nacional de Ecología (SEMARNAT-INE). México.
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9. ACTIVIDAD DESHIDROGENASA EN EL SUELO
Objetivo
Determinar la actividad de la enzima deshidrogenasa en una muestra de suelo
Introducción
Las deshidrogenasas son enzimas presentes en todos los organismos vivos. Estas
enzimas participan en diversas reacciones transfiriendo pares de electrones. En
reacciones catabólicas las deshidrogenasas catalizan la transferencia de pares de
electrones de un sustrato a NAD+ formando NADH. Luego el NADH transfiere los
electrones a otro compuesto, sirviendo así como intermediario en la transferencia
de electrones. Como las deshidrogenasas también participan en los sistemas de
transferencia de electrones de organismos aerobios, la actividad de estas enzimas
se usa como una medida de la respiración junto con la actividad metabólica. Las
deshidrogenasas no son activas en el suelo como enzimas extracelulares.
La técnica para medir la actividad de la deshidrogenasa consiste en incubar el
suelo mezclado con una solución de inhibidor competitivo NAD+, cloruro 2,3,5trifeniltetrazolio (TTC) en un medio con poco oxígeno. Este elemento sirve como
último aceptor de electrones en la respiración. La exclusión del oxígeno favorece
la transferencia de los electrones al TTC, reduciendo el compuesto soluble en
agua amarillo pálido al compuesto insoluble rojo trifenil formazan (TPF).
En suelos fértiles, no se requiere de adición de nutrientes, y de hecho una de las
ventajas del ensayo de deshidrogenasa respecto a otros ensayos enzimáticos es
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38
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que no requiere modificaciones y no estimula ningún grupo de microorganismos
en particular.
Después de la incubación, se realiza una extracción con solvente para remover el
TPF del suelo. Como estándar se utiliza metanol, aunque también se ha utilizado
acetona y triclorometano (cloroformo).
Luego de la extracción, la concentración de TPF en el suelo se determina por
espectrofotometría. El analito disuelto, es decir el TPF, absorbe la luz en la región
visible del espectro en una longitud de onda de 485 nm. El grado en el cual el TPF
absorbe la luz a 485 nm es una función lineal de la concentración de TPF en el
solvente. Por lo tanto, se puede elaborar una curva una curva de calibración con la
absorbancia leída de las soluciones estándar preparadas con concentraciones
conocidas de TPF.
PRIMERA ETAPA
Material
•
24 g de de suelo seco
•
1 tubo tipo Falcon de 50 ml con tapa (para el blanco)
•
4 tubos tipo Falcon de 50 ml con tapa para cada tipo de suelo
•
Balanza analítica
•
Espátula
•
Agua desionizada
•
1 ml de solución de TTC al 3% (p/v) por cada tubo
•
1 pipeta de 1 ml
•
Vórtex
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Reactivos
•
Solución de TTC al 3%. Pesar 3 g de TTC en 60 ml, disolverlo en agua
desionizada y aforar a 100 ml. Probablemente no todo el TTC se disuelva,
por lo que puede filtrarse con papel filtro. El TTC es un compuesto
fotosensible a una longitud de onda corta (ello permite la reducción a TPF),
por lo tanto no se exponga a la luz excesivamente.
Procedimiento
1. Para cada tipo de suelo, pesar 6 g de suelo seco en cada uno de los
4 tubos. A 2 de ellos agregar 0.5% de glucosa (0.03 g). A las otras 2
muestras no se les agregará glucosa. Elaborar un blanco sin
adicionar suelo.
2. Adicionar 1 ml de TTC al 3% y 2.5 ml de agua desionizada a cada
tubo, incluyendo al blanco. Mezclar el contenido de cada tubo con
ayuda de un vórtex y colocar la tapa a cada tubo. Incubar por 1
semana.
SEGUNDA ETAPA
Material
•
Suelo incubado de la etapa 1
•
Metanol
•
Probeta de 10 ml
•
1 embudo por cada tubo con suelo
•
1 papel filtro por cada tubo con suelo
•
1 tubo falcon de 50 ml por cada tubo con suelo incubado
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•
1 soporte universal con arillo
•
Matraces aforados para realizar las diluciones de la curva tipo
•
Espectrofotómetro (485 nm)
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Reactivos
•
Metanol
Procedimiento
1. A cada tubo, agregar 10 ml de metanol, mezclar y transferir la suspensión a
un embudo con papel filtro. Dicho embudo se colocará previamente en el
arillo del soporte universal. Colectar el filtrado en un tubo Falcon de 50 ml.
2. Lavar el tubo que contenía el suelo con 10 ml más de metanol y agregar
nuevamente al papel filtro. Repetir el procedimiento hasta que el filtrado sea
transparente (que ya no sea de color rojo).
3. Registrar el volumen de solvente utilizado para cada muestra, ya que esa
cantidad será utilizado para calcular el factor de dilución de la muestra.
4. Leer la absorbancia en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 485
mn. Utilizar el blanco para ajustar a cero. Si al leer la absorbancia de una
muestra la lectura es mayor a 1, realizar una dilución con la intención de
que las lecturas estén en el intervalo de 0 a 1.
5. Para elaborar la curva patrón, preparar soluciones de TPF y metanol a 0, 5,
10, 15, 20 y 25 μg/ml y leer la absorbancia a 485 nm. Con los datos
obtenidos, realizar una regresión lineal para tener la ecuación de la curva y
de esta manera interpolar los datos obtenidos con las muestras de suelo.
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Resultados
Expresar los resultados en g TPF/ g suelo seco. Reportar el promedio de dos
duplicados y considerar el volumen de metanol utilizado en cada muestra para
utilizarlo como factor de dilución.
Mostrar los datos en una tabla mostrando los valores obtenidos de cada muestra,
tal como la que se muestra a continuación
Muestra
Abs (485 nm) Volumen de metanol
añadido
Discusión
Discutir la importancia de la determinación de actividad deshidrogenasa en el
suelo y la aplicación de la técnica para la remediación de suelos contaminados.
Referencias
Alef, K. y Nannipieri, P. (eds.) 1995. Methods in applied soil microbiology and
biochemistry. Academic Press. London, GB; San Diego, CA, USA.. 576 p.
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10. PROPUESTA DE REMEDIACIÓN DE UN SITIO CONTAMINADO
Objetivo
Realizar una propuesta de tecnología de remediación de un sitio contaminado de
acuerdo a los resultados obtenidos de la caracterización del suelo a lo largo del
curso de remediación de suelos.
Introducción
La Ley General para la Prevención y Gestión integral de los Residuos define a la
remediación como un conjunto de medidas a las que se someten los sitios
contaminados para eliminar o reducir los contaminantes hasta un nivel seguro
para la salud y el ambiente o prevenir su dispersión en el ambiente sin
modificarlos.
En México existe actualmente una gran cantidad de sitios contaminados con
diferentes tipos de compuestos, tanto orgánicos como inorgánicos, debido
principalmente a las actividades de la industria minera y petroquímica, además de
la disposición clandestina y derrames de residuos peligrosos. Antes de considerar
el uso de una tecnología de remediación para un sitio en particular, es
indispensable contar con información del sitio y llevar a cabo su caracterización,
así como la del contaminante a tratar. Posteriormente, la tecnología puede
elegirse con base en sus costos y a la disponibilidad de materiales y equipo para
realizar el tratamiento (Suárez y Ramírez, 2006).
Del Río-Galván y González-Baños, 2009
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En la actualidad existe una gran variedad de tecnologías de remediación
disponibles para aplicar de acuerdo a la naturaleza del contaminante y las
características del suelo, tales como métodos físicos, químicos, biológicos y
térmicos, los cuales pueden ser in-situ, ex-situ u on-site.
Para la selección adecuada de una tecnología de remediación con buenas
perspectivas de éxito, es indispensable considerar tanto las propiedades del
contaminante como las del sitio contaminado. En general, dentro de los factores a
considerar se encuentran los siguientes: (i) procesos químicos (reacciones de
hidrólisis, oxidación, reducción, fotólisis); (ii) procesos físicos o de transporte
(sorción, advección, dispersión, difusión) (Volke y Velasco, 2002)
Material y equipo
•
Resultados de las prácticas 1-6 (caracterización del suelo)
•
Información referenciada
Procedimiento
1. Asignar a cada equipo un contaminante problema. Se recomienda sean los
principales contaminantes con los que se presenta el mayor número de
casos en México, tales como petróleo y sus derivados, metales pesados,
agroquímicos, entre otros.
2. De acuerdo a los resultados obtenidos de la caracterización del suelo
(llevada a cabo en las prácticas 1-6), realizar una propuesta para la
remediación del suelo caracterizado si se encontrara contaminado con el
compuesto asignado.
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Resultados y discusión
Entregar por escrito un reporte que contenga los siguientes puntos:
⇒ Introducción (fuentes de contaminación, características del contaminante)
⇒ Antecedentes (sitios en México contaminados por el compuesto asignado,
tecnologías
de
remediación
aplicadas
históricamente
al
tipo
de
contaminante asignado)
⇒ Tabla resumen con resultados de caracterización del suelo
⇒ Análisis de resultados (señalar la relación de las características obtenidas
del suelo y el tipo de contaminante)
⇒ Tecnología de remediación propuesta (Justificar la tecnología elegida desde
el punto de vista técnico, económico, ambiental, social, legal y destacar las
ventajas respecto a otras tecnologías que podrían ser aplicadas)
⇒ Conclusiones
⇒ Referencias
Referencias
Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos (LGPGIR)
2006. México.
Suárez-Herrera, M.A. y Ramírez-Lara, E. (2006) Tecnologías utilizadas en la
remediación de sitios contaminados. Revista salud pública y nutrición.
Edición Especial No. 11. II Congreso de Ciencias Farmacéuticas de la
Conferencia Hispanoamericana de Facultades de Farmacia (COHIFFA) y el
VIII Congreso Regional de Químicos Fármaco Biólogos. México.
Volke-Sepulveda, T. y Velasco-Trejo, J.A. 2002. Tecnologías de remediación para
suelos contaminados. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos NaturalesInstituto Nacional de Ecología (SEMARNAT-INE). México.
Del Río-Galván y González-Baños, 2009
45

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