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La lechuga le muestra cómo restaurar el suelo empapado de petróleo


Los ingenieros de la Universidad Rice han descubierto cómo el suelo contaminado por petróleo pesado no solo se puede limpiar sino que también se vuelve fértil.


David Ruth, Rice University

¿Cómo saben que funciona? Cultivaron lechuga.

Los ingenieros del arroz Kyriacos Zygourakis y Pedro Alvarez y sus colegas han perfeccionado su método para eliminar los contaminantes del petróleo del suelo a través del antiguo proceso de pirólisis. La técnica calienta suavemente el suelo mientras mantiene el oxígeno fuera, lo que evita el daño que generalmente se produce en el suelo fértil cuando la quema de hidrocarburos provoca picos de temperatura.

Mientras que los derrames marinos de gran volumen atraen la mayor parte de la atención, el 98 por ciento de los derrames de petróleo se producen en tierra, señala Alvarez, con más de 25,000 derrames por año informados a la Agencia de Protección Ambiental. Eso hace clara la necesidad de una remediación rentable, dijo.

«Vimos la oportunidad de convertir un pasivo, suelo contaminado, en un producto, suelo fértil «, dijo Álvarez.

La clave para conservar la fertilidad es preservar las arcillas esenciales del suelo, dijo Zygourakis. «Las arcillas retienen el agua, y si elevas la temperatura demasiado, básicamente las destruyes», dijo. «Si superas los 500 grados Celsius (900 grados Fahrenheit), la deshidratación es irreversible».

Los investigadores colocaron muestras de suelo de Hearne, Texas, contaminadas en el laboratorio con crudo pesado, en un horno para ver qué temperatura eliminaba mejor la mayor cantidad de petróleo y cuánto demoraba.

Sus resultados mostraron que las muestras de calentamiento en el tambor giratorio a 420 C (788 F) durante 15 minutos eliminaron el 99.9 por ciento de los hidrocarburos de petróleo totales (TPH) y el 94.5 por ciento de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), dejando los suelos tratados con aproximadamente los mismos niveles de contaminantes Se encuentra en suelo natural, no contaminado.

El artículo aparece en la revista Environmental Science and Technology de la American Chemical Society . Sigue varios artículos del mismo grupo que detalla el mecanismo por el cual la pirólisis elimina contaminantes y convierte algunos de los hidrocarburos no deseados en carbón, mientras deja el suelo casi tan fértil como el original. «Mientras que calentar el suelo para limpiarlo no es un proceso nuevo», dijo Zygourakis, «hemos demostrado que podemos hacerlo rápidamente en un reactor continuo para eliminar el TPH, y hemos aprendido cómo optimizar las condiciones de pirólisis para maximizar el contaminante. eliminar al mismo tiempo minimizar el daño del suelo y la pérdida de fertilidad.

«También aprendimos que podemos hacerlo con menos energía que con otros métodos, y hemos desintoxicado el suelo para que podamos volver a ponerlo en forma segura», dijo.

Calentar el suelo a aproximadamente 420 C representa el punto dulce para el tratamiento, dijo Zygourakis. Calentarlo a 470 C (878 F) hizo un mejor trabajo marginal en la eliminación de contaminantes, pero usó más energía y, lo que es más importante, disminuyó la fertilidad del suelo en la medida en que no se pudo reutilizar.

«Entre 200 y 300 C (392-572 F), los compuestos volátiles ligeros se evaporan», dijo. «Cuando llegas a 350 a 400 C (662-752 F), empiezas a romper primero los enlaces heteroátomos, y luego los enlaces carbono-carbono y carbono-hidrógeno que desencadenan una secuencia de reacciones radicales que convierten los hidrocarburos más pesados ​​en una reactividad estable y baja. carbonizarse.»

La verdadera prueba del programa piloto se produjo cuando los investigadores cultivaron la lechuga Simpson de semilla negra, una variedad para la cual el petróleo es altamente tóxico, en el suelo limpio original, un suelo contaminado y varios suelos pirolizados. Mientras que las plantas en los suelos tratados tardaron un poco más en comenzar, encontraron que después de 21 días, las plantas cultivadas en suelo pirolizado con fertilizante o simplemente agua mostraron las mismas tasas de germinación y tenían el mismo peso que las cultivadas en suelo limpio.

«Sabíamos que teníamos un proceso que limpia eficazmente el suelo contaminado con aceite y restaura su fertilidad», dijo Zygourakis. «Pero, ¿realmente hemos desintoxicado el suelo?»

Para responder a esta pregunta final, el equipo de Rice se dirigió a Bhagavatula Moorthy, profesora de neonatología en el Baylor College of Medicine, que estudia los efectos de los contaminantes del aire en el desarrollo neonatal. Moorthy y su laboratorio encontraron que los extractos tomados de suelos contaminados con aceite eran tóxicos para las células pulmonares humanas, mientras que la exposición de las mismas líneas celulares a extractos de suelos tratados no tenía efectos adversos. El estudio alivió las preocupaciones de que el suelo pirolizado pudiera liberar partículas de polvo en el aire con contaminantes altamente tóxicos como los HAP.

» Una lección importante que aprendimos es que los diferentes objetivos de tratamiento para el cumplimiento normativo, la desintoxicación y la restauración de la fertilidad del suelo no tienen por qué ser mutuamente excluyentes y se pueden lograr simultáneamente », dijo Alvarez.

Wen Song, académico visitante de Rice y estudiante de la Universidad de Jinan y la Universidad de Shandong, China, es el autor principal del artículo. Los coautores son la alumna de Rice Julia Vidonish de Arcadis US, Seattle; Investigador postdoctoral de arroz Pingfeng Yu; Roopa Kamath, un asesor ambiental de Chevron; Chun Chu, investigador asociado en Baylor College of Medicine; y Baoyu Gao, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Shandong. Alvarez es el Profesor George R. Brown de Ciencia de los Materiales y Nanoingeniería y profesor de ingeniería civil y ambiental en Rice. Zygourakis es el profesor de ingeniería química y biomolecular de AJ Hartsook y profesor de bioingeniería.

Más información: Wen Song et al. Remediación pirolítica a escala piloto de suelo contaminado con petróleo crudo en un reactor de alimentación continua: compensaciones de intensidad de tratamiento, ciencia y tecnología ambientales (2019). DOI: 10.1021 / acs.est.8b05825 

Referencia de la revista: Ciencia y tecnología ambiental Ciencia y tecnología ambiental   

Proporcionado por: Rice University

Información de: phys.org


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