R
esumen
A
bstract
26
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
1
Fausto Yaulema Garcés,
1
Andrés Beltrán,
1
Jenner Baquero,
1
Cristian Carrera,
1,2
Alex Gavilanes
Montoya*
1
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
En el presente artículo se presenta las acciones y resultados de la electroremediación por derrames
de petróleo en el cantón Joya de los Sachas, Ecuador. Las acciones para la electrorremediación de
metales pesados como el cadmio y níquel de los pasivos ambientales de suelo contaminado, genera-
do por derrames de petróleo en el cantón Joya de los Sachas (sector la Parker) consistió en la deter-
minación de las características físicoquímicas y mineralógicas del suelo, además, la identificación
de los potenciales óptimos para su remediación durante 48 h a través de soluciones electrolíticas
para inmovilizar iones metálicos y el análisis de los fenómenos de transporte de los metales pesados
en base a los estudios de espectroscopia de absorción atómica y microscopia de barrido electrónico.
Estas acciones, fueron determinantes para definir que los procesos electrocinéticos son más efecti-
vos en suelos arcillosos debido a su carga superficial negativa. Como resultados más importantes se
tiene que para el cadmio de 25,55 ppm, permitiendo alcanzar una eficiencia máxima de remoción
de 93,71 %, para el níquel una concentración de 37,20 ppm alcanzando una eficiencia del 85,12 %,
permitiendo cumplir con la normativa aplicable para actividades hidrocarburíferas. Finalmente,
mediante la técnica de microscopia de barrido electrónico se pudo constatar una modificación de
los elementos iniciales, que también se vieron desplazados por efectos del campo eléctrico.
Palabras claves: Electrorremediación, Joya de los Sachas, Hidrocarburos, Pasivos ambientales,
Cadmio, Níquel.
The electroremediation of heavy metals such as cadmium and nickel, from the environmental
liabilities of contaminated soil, generated by oil spills in the canton Joya de los Sachas , la Parker
sector, consisted of determining the physical-chemical and mineralogical characteristics of the
soil; the identification of the optimal potentials for its remediation during 48 hours through elec-
trolytic solutions to immobilize metal ions and the analysis of heavy metal transport phenomena
based on the studies of atomic absorption spectroscopy and electron scanning microscopy; which
were determinant to define that the electrokinetic processes are more effective in clay soils due to
their negative surface charge. For the cadmium of 25.55 ppm, allowing a maximum removal effi-
ciency of 93.71%, for nickel a concentration of 37.20 ppm reaching an efficiency of 85.12%, allowing
compliance with the applicable regulations for hydrocarbon activities. Finally, by means of the
electronic scanning microscopy technique, we can observe a modification of the initial elements,
which were also displaced by effects of the electric field.
Key words: Electroremediation, Joya de los Sachas, Hydrocarbons, Environmental liabilities, Cad-
mium, Nickel
Fecha de recepción: 30-11-2018 Fecha de aceptación: 31-01-2019
ELECTRORREMEDIACIÓN DE CADMIO Y NÍQUEL DE PASIVOS
AMBIENTALES DE SUELO CONTAMINADO POR DERRAMES DE
PETRÓLEO
Electrorremediation of cadmium and nickel of environmental liabilities in
contaminated soils by petroleum spills
*a_gavilanes@espoch.edu.ec
2
Universidad de Transilvania de Brasov, Brasov, Rumania
27
Yaulema, Beltrán, Baquero, Carrera, Gavilanes
I. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador la contaminación por me-
tales pesados se debe principalmente a las
actividades mineras (1) e hidrocarburífe-
ras (2), en las principales provincias don-
de hay diferentes procesos de exploración
(3), explotación, transporte (4) y refina-
ción de hidrocarburos (5), accidental-
mente se producen roturas en las tuberías
causando derrames de petróleo que con-
taminan el agua, suelo, flora y fauna (6),
causando graves problemas ambientales y
socioeconómicos (7).
En el sector La Parker cantón Joya de los
Sachas, las distintas actividades petroleras
cada año generan miles de toneladas de
contaminantes sólidos, líquidos y gaseo-
sos (8) en concentraciones mayores a las
permitidas por las normativas ambienta-
les vigentes (9), y sin que sobre estos se
haya aplicado un correcto tratamiento de
remediación (10), generando significati-
vos pasivos ambientales (11).
En el contexto nacional, existen escasos
estudios en relación a la remediación de
suelos contaminados por metales pesados
como el cadmio (Cd) y níquel (Ni) (12).
La exposición a las condiciones climáti-
cas prevalentes del lugar, puede ocasionar
una propagación de los contaminantes
por medios físicos (13), o bien una trans-
formación de los residuos con el conse-
cuente desplazamiento químico de los
elementos potencialmente tóxicos (14),
como la lixiviación de metales pesados
que alteran la estructura del suelo y los
niveles freáticos del agua (15), así afec-
tando al entorno ambiental y la salud de
la población expuesta (16)
En los tratamientos físicos y químicos
la electrorremediación es una tecnolo-
gía emergente que se viene desarrollado
desde las últimas 3 décadas (17) (18) y
prometedora como es el caso como es el
caso de la remoción de plomo (Pb), cercana a un 100% de
eficiencia (19) que aprovecha las propiedades conductivas
del suelo, cuyo objetivo es separar y extraer los contami-
nantes orgánicos e inorgánicos presentes en suelos, lodos
y sedimentos contaminados (20). Aunque también se ha
aplicado en la remoción de cromo, cadmio, mercurio, plo-
mo, manganeso, zinc y arsénico (21-24)
En este estudio, se determinaron las características físico-
químicas y mineralógicas del suelo contaminado (25), se
identificaron los potenciales óptimos para la remediación
de metales pesados (26) y finalmente se analizaron los fe-
nómenos de transporte de los metales pesados en base a
los estudios de espectroscopia de absorción atómica (27) y
microscopia de barrido electrónico (SEM) (28)
La contaminación por metales pesados se difunde en áreas
extensas (29) y de difícil acceso (30), por ende, es difícil
transportar estos suelos contaminados a un centro de tra-
tamiento ambiental “ex-situ” (31), viéndose reflejados pro-
blemas como: transporte, tiempo, costos y riesgos etc. (32).
Por esta razón se presenta al tratamiento electrocinético
como una alternativa viable para tratar suelos contamina-
dos (33), afectados por las actividades hidrocarburíferas
(34), mediante la aplicación de una diferencia de potencial
y la inyección de soluciones humectantes en el suelo (35),
movilizando los iones presentes hacia los electrodos (36),
así aislando el contaminante para su recuperación, trata-
miento y/o disposición final (37).
Esta técnica se hace atractiva por ser “in-situ”, amigable
con el medio ambiente (38), y principalmente no involucra
costos excesivos para su implementación (39) y, aplicación
frente a las otras tecnologías de tratamiento (40).
II. MATERIALES Y MÉTODOS
• El área de influencia se encuentra ubicado en las
coordenadas, Este: 291149.11 mE, Norte:9963334.93 mS,
z18m; a una altitud de270 m.s.n.m. Con una longitud:
-76.877804° y latitud: -0.333529°.
El área muestreada se inició a 100 m del centro poblado
sector la Parker vía Sacha – Coca. Con la finalidad de obte-
ner muestras compuestas de suelo, se realizó un muestreo
aleatorio simple a los alrededores de la estación de opera-
ciones central Petroamazonas (PAM), con una longitud de
muestreo de 3386 m;
28
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
Gráfico 1. Zona de Estudio en el cantón Joya de los Sachas, sector La
Parker (Yaulema et al, 2018)
Fuente: Google Earth, 2018.
Del área delimitada se observan 20 puntos equivalente al
número de submuestras de 1 kg cada uno, se realizó un
cuarteo donde se tomó una muestra compuesta homogé-
nea, colocadas en una funda ziploc y almacenadas en un
termo a baja temperatura evitando la volatilización, para
luego ser analizadas en el Laboratorio de Suelos de la Fa-
cultad de Ciencias de la ESPOCH; previamente se envió
una muestra de 100 g al Laboratorio de Análisis y Evalua-
ción Ambiental (AQLAB en Orellana, Ecuador) para de-
terminar la concentración de Cd y Ni en la muestra.
En vista que las concentraciones Cd y Ni originales de las
muestras tomadas en el lugar de estudio no tuvieron la
concentración suficiente como para llevar a cabo los expe-
rimentos de electrorremediación, se procedió a adicionar
Cd en el suelo contaminado debido a que, las concentra-
ciones estaban debajo de los límites permisibles para llevar
a cabo esta investigación.
Caracterización física, fisicoquímica y mineralógica de
la muestra de suelo.
Los principales parámetros físicos y fisco-químicos del
suelo que se tomaron en cuenta y se analizaron por tripli-
cado fueron: tamaño de la partícula, densidad aparente,
densidad real, porosidad, color, porcentaje de humedad,
textura, capacidad de intercambio catiónico (C.I.C) bajo
la norma PEE/SFA/14, pH con norma EPA 9045D y con-
ductividad eléctrica (CE) con la norma EPA 9050A. Para
el análisis estadístico, se empleó la prueba de Tukey.
Determinación del tamaño de partícula
Se tomaron 500 g de muestra de suelo seco y homogéneo
contaminado con Cd y Ni. Se dispuso
de un arreglo de tamices formado por el
tamiz #01 (475 mm) y el tamiz #11 (53
μm), sobre este se colocó el material, y
se agitó durante 15 min; se retiró el arre-
glo de tamices y se cuantificó el peso del
material retenido en cada uno de ellos.
El material retenido en el fondo se colo-
có sobre un segundo arreglo de tamices
para luego repetir el proceso anterior-
mente descrito con el propósito de dife-
renciar el área específica de reacción.
Determinación de la densidad aparen-
te:
Se dispuso de una probeta de 50 mL pre-
viamente tarada en la balanza analítica
BOECO BAS 31 plus y se colocó un vo-
lumen de 20 mL ¿de qué?; se registró el
peso de 4,84g ocupado por el material
para establecer la relación entre la masa
(22,16 g) y el volumen ocupado por la
misma. Para la determinación de la den-
sidad real, se utilizó un picnómetro ISO-
LAB (27).
Determinación de la acidez del suelo
(pH) y la conductividad eléctrica (CE)
Se pesaron 10 g de suelo seco, tamizado y
homogenizado y se añadieron a un vaso
de precipitación de 100 mL, junto con
25 mL de agua destilada. La suspensión
se agitó durante 30 min con un agitador
magnético, se dejó en reposo durante 1 h
para favorecer su decantación y se deter-
minó el pH y la CE de la muestra.
Caracterización mineralógica y ele-
mental de la muestra de suelo conta-
minada con metales pesados.
Para estos análisis se envió 100 g de
muestra compuesta, seca y homogeni-
zada al Departamento de Metalurgia
extractiva de la Escuela Politécnica Na-
cional (EPN), en el cual se determinó:
compuestos cristalinos, empleando el
difractómetro D8 ADVANCE y el pro-
29
grama Diffrac plus (EVA Y TOPAS)
para cualificación y semi-cuantificación;
así como también un análisis semi-cuan-
titativo por Microscopia Electrónica
de Barrido, empleando el microscopio
TESCAN-VEGA, con micro analizador
de rayos X Bruker (41).
Otros parámetros analizados.
Parámetros como el color, humedad,
textura, granulometría y la concentra-
ción de metales pesados (Cd, Ni) se de-
terminaron en el Laboratorio de Análisis
y Evaluación Ambiental (AQLAB) acre-
ditado por el Servicio de Acreditación
Ecuatoriana N° OAE LE C 14-009; y el
parámetro capacidad de intercambio ca-
tiónico (C.I.C) se determinó en AGRO-
CALIDAD.
Diseño e implementación del sistema
experimental.
El equipo de electrorremediación se re-
diseñó, determinando el tiempo y las
distancias optimas entre los electrodos,
definiendo que para un sistema de elec-
trorremediación a escala laboratorio se
debe trabajar a una distancia de 15 cm
entre los electrodos anódico y catódico,
en un tiempo superior a las 24 h.
El material de la cubeta donde se reme-
dió el suelo contaminado con metales
pesados es de vidrio templado de 10
mm, cuyas dimensiones son 25 cm de
largo, 10 cm de ancho y 13 cm de alto;
la distancia entre electrodo es de 15 cm
con pozos de 2,5 cm cada uno. El com-
partimento medio, puede albergar apro-
ximadamente 1200 cm3 de muestra de
suelo a tratar.
Los electrodos utilizados son de grafito,
ya que es un material neutro, con una
alta capacidad conductora, y muy acce-
sible económicamente. Con las siguien-
tes dimensiones 10 x 8 x 1,5 cm de alto,
ancho y espesor respectivamente. Además, se contó con
una fuente de poder de voltaje y amperaje regulable de 0
a 60 V y 0 a 5 A, con dos conductores eléctricos dotados
con pinzas (roja carga positiva, negra carga negativa).
Preparación de los electrolitos.
Se calculó la cantidad de ácido acético (CH3COOH 0,1
M) y de ácido fosfórico (H3PO4 0,1 M) necesaria para
el experimento. La cantidad de ácido acético requerida,
con la ayuda de una pipeta se tomó 5,7 mL de ácido acé-
tico glacial con concentración 99,75%, y se aforó a 1000
mL en agua destilada; el mismo proceso se usó para pre-
parar el ácido fosfórico, se tomó 6,1 mL de H3PO4, con
concentración del 96% y se aforó a 1000 mL, (Nunca se
agrega agua al acido, si no acido al agua para evitar una
reacción explosiva) (42)
Preparación del agente humectante.
La solución humectante utilizada fue sulfato de hierro 0,1
M (FeSO4). Se saturó la muestra de suelo con 185 mL del
agente humectante (FeSO4 0,1 M), motivo por el cual se
pesó 28,07 g de FeSO4, y diluyó a 1000 mL, agitando ma-
nualmente hasta que el sólido se disolvió.
Condiciones iniciales de operación.
La duración de cada experimento fue de 48 h, sustituyen-
do las soluciones electrolíticas cada 4h. En la operación
experimental se trabajó con gradientes de voltaje de 25
V a 55 V con intervalos de 10 V, el paso de corriente en
el proceso se monitoreó mediante un multímetro, en pe-
riodos de 2 h.
En el pozo anódico se colocó una solución de 95 mL
de (CH3COOH 0,1 M), y en el pozo catódico 95 mL de
(H3PO4 0,1 M).
Para la humectación de 600 g suelo contaminado, la
muestra se saturó con 185 mL de (FeSO4 0,1 M), en un
depósito, mezclándola con movimientos homogéneos
circulares durante 5 minutos. Luego se dejó reposar du-
rante 5 h antes de iniciar el proceso de electrorremedia-
ción.
Durante el proceso, se llevó a cabo un seguimiento de las
variaciones de pH en los pozos anódico y catódico utili-
zando el pH-metro WTW pH 3110 en intervalos regula-
res.
Yaulema, Beltrán, Baquero, Carrera, Gavilanes
30
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización físicoquímica de la muestra de suelo.
Parámetro analizado Referencia Resultado Unidad
Capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) PEE/SFA/14 13,86 cmol/kg
pH EPA 9045D 4,61 ~
Conductividad eléctrica (C.E.) EPA 9050A 195,70 µS/cm
Tabla 1. Caracterización físicoquímica inicial de la muestra de suelo (Yaulema et al, 2018)
Fuente: Laboratorios FC-ESPOCH, AGROCALIDAD.
Caracterización mineralógica de la muestra de suelo.
Mineral Formula Contenido (%)
Cuarzo SiO
2
54
Caolinita Al
2
(Si
2
O
5
)(OH)
4
24
Muscovita KAl
2
(AlSi
3
O
10
)(OH)
2
8
Vermiculita (Mg,Fe,Al)
6
(OH)
4
(Al,Si)
8
O
20
*4H
2
O 3
Nontronita Na
0,3
(Fe
3+
)
2
(Si,Al)
4
O
10
(OH)
2
*nH
2
O 3
Clinocloro (Mg,Fe)
5
Al(Si,Al)
4
O
10
(OH)
8
2
Grupo plagioclasas (albita, andesina, anortita) (Na,Ca)Al(Si,Al)Si
2
O
8
2
Flogopita KMg
3
(F,OH)
2
AlSi
3
O
10
2
Dolomita CaMg(CO
3
)
2
1
Calcita CaCO
3
1
Tabla 2. Composición mineralógica inicial de la muestra de suelo. (Yaulema et al, 2018)
Fuente: Laboratorios DEMEX-EPN.
Identificación de los potenciales óptimos de remediación.
Trata-
miento
[Cd] mg/kg [Ni] mg/kg
Voltaje
(V)
Amperaje
(mA)
Área de los
electrodos (cm
2
)
Densidad de corriente
(mA/cm
2
)
Inicial Final Inicial Final
T1 406 151,05 250 84,10 25 90 60 1,50
T2 406 84,80 250 61,55 35 180 60 3,00
T3 406 25,55 250 37,20 45 240 60 4,00
T4 406 39,70 250 45,65 55 280 60 4,67
Tabla 3. Resultados obtenidos después de los tratamientos electrocinéticos (Yaulema et al, 2018)
Prueba estadística
HSD Tukey
a
Subconjunto para alfa = 0.05
Voltaje apli-
cado
N
[mg/kg] Cd [mg/kg] Ni
1 2 3 4 1 2 3 4
45 3 25,55 37,20
55 3 39,70 45,65
35 3 84,80 61,55
25 3 151,05 84,10
Sig. 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Se visualizan las medias para los grupos en los subconjuntos homogéneos.
a.
Utiliza el tamaño de la muestra de la media armónica = 3,000.
Tabla 4. Prueba de Tukey. (Yaulema et al, 2018)
31
Análisis de los fenómenos de transporte mediante estudios de espectroscopia de absorción ató-
mica y SEM.
Parámetros Cadmio Níquel
Agente humectante empleado FeSO
4
0,1 M FeSO4 0,1 M
Concentración inicial de la muestra de suelo sin tratar (mg/kg) 406,00± 1,25 250,00± 2,20
Concentración promedio de la muestra de suelo tratado a 45 V, (mg/kg) 26,80 39,40
Observación Cambio signicativo Cambio signicativo
Tabla 5. Resultados de migración iónica de Cd y Ni después del tratamiento electrocinético (Yaulema et al, 2018)
Gráco 2 Perl de concentración del Cd y Ni a ciertos
volúmenes, durante 48 h, a 45 V (Yaulema et al, 2018)
En relación al Gráco 2, se debe estudiar la cinética y dinámica del proceso con una mayor cantidad
de experimentos, variando las condiciones.
Gráco 3 Velocidad de migración iónica del níquel hacia los
pozos anódico y catódico (Yaulema et al, 2018)
La curva mostrada en el Gráco 3, puede describirse con una función logarítmica, de la siguiente
manera y = -0,016ln(x) + 0,0574
Balance de masas de cadmio y níquel presente en la celda y los pozos.
Parámetro Concentración (ppm) Masa (mg)
Inicial cm 250,00 150,00
Región más concentrada
15-13 283,08
144,75
13-11 201,02
11-9 119,00
Región central 9-6 39,40 4,74
Región menos concentrada
6-4 35,07
22,63
4-2 32,01
2-0 27,20
Pozo anódico 1,63 0,15
Pozo catódico 1,31 0,12
Total solido ~ 172,12
Total solución ~ 0,27
Tabla 6. Balance del níquel durante el proceso de lectrorremediación (Yaulema et al, 2018)
Fuente: Laboratorios DEMEX-EPN.
Yaulema, Beltrán, Baquero, Carrera, Gavilanes
32
ISSN 2477-9105 Número 21 Vol. 1 (2019)
A continuación, se muestran los valores en concentra-
ción y masa del cadmio, antes y después del tratamiento
electrocinético:
Parámetro Concentración Masa
Inicial cm 406,00 ppm 243,60 mg
Región más concentrada
15-13 996,40 ppm
420,24 mg13-11 688,50 ppm
11-9 66,09 ppm
Región central 9-6 26,80 ppm 3,22 mg
Región menos concentrada
6-4 25,40 ppm
14,99 mg4-2 21,02 ppm
2-0 16,03 ppm
Total solido ~ 438,45 mg
Tabla 7. Balance del cadmio durante el proceso de electrorremediación (Yaulema et
al, 2018)
Fuente: Laboratorios DEMEX-EPN.
Análisis de microscopía de barrido electrónico.
Elemento
Contenido elemental antes del
tratamiento (%)
Contenido elemental después del
tratamiento (%)
Si 33,1 14,38
Al 26,7 8,05
Fe 5,96 3,20
K 4,5 0,39
Mg 2,72 0,33
Tabla 8. Caracterización química elemental final de la muestra de suelo (Yaulema et
al, 2018)
Fuente: Laboratorios DEMEX-EPN.
IV. DISCUSIÓN
En la Tabla 1, se observa que la baja capacidad de inter-
cambio catiónico, se debe al suelo franco limoso, por lo
tanto, esto afecta el movimiento y retención de cationes
y a la capacidad tampón del suelo (2). Además, la baja
conductividad eléctrica representa un suelo no salino,
esto se corrobora con las bajas concentraciones de sales,
reflejadas en la C.I.C. El pH, en base al departamento de
Agricultura de los Estados Unidos (USDA por sus siglas
en inglés) es un suelo fuertemente acido, por la presen-
cia de aluminosilicatos (43). Generalmente, los metales
son móviles a pH bajo, en forma de especies iónicas libres
o como órgano-metales solubles; al pH alcalino forman
carbonatos o fosfatos minerales insolubles (36).
Los resultados obtenidos durante el análisis de la muestra
de suelo contaminada con Cd y Ni (Tabla 3), fueron com-
parados con la Tabla 6 denominada “límites permisibles
para la identificación y remediación de suelos contami-
nados en todas las fases de la industria hidrocarburífe-
ra…”, del reglamento ambiental de actividades hidrocar-
buriferas (RAOHE 1215), los valores fueron mayores a
los límites máximos permisibles, donde
el cadmio tiene una concentración ini-
cial de 406 mg/kg de suelo, y el níquel
250 mg/kg de suelo, estos valores deter-
minan al suelo como altamente conta-
minado.
Suelos con altas concentraciones de me-
tales pesados como Cd y Ni en limites no
permisibles hacen imposible ser deposi-
tados directamente al medio ambiente,
la presencia de estos contaminantes en
el medio se ve relacionado con proble-
mas de bioacumulación, persistencia,
problemas desfavorables para la vida,
etc.
En la Tabla 2, se evidenció mayoritaria-
mente la presencia de minerales prima-
rios como los silicatos, aunque también
se presentaron óxidos e hidróxidos,
fluoruros y carbonatos, el alto porcen-
taje de cuarzo y caolinita se debe a la
presencia de silicio y aluminio, respon-
sables de la acidez de los suelos.
El silicato más resistente a la alteración
es el cuarzo y es el más abundante en las
arenas de los suelos. En las caolinitas, el
silicio no se sustituye nunca, su partícu-
la elemental es eléctricamente neutra, su
C.I.C es muy baja (1-10 cmol(+)/kg), lo
que explica la baja fertilidad de los sue-
los ricos en caolinita. La vermiculita no
es muy frecuente. Son arcillas de tipo
intermedio entre las cloritas y las micas,
son expandibles, lo que permite la entra-
da de agua y cationes que sustituyen al
Mg2+.
La Tabla 3, muestra que cada experi-
mento se realizó en un tiempo continuo
de 48 h, se usaron soluciones electrolíti-
cas para atraer la migración iónica de los
contaminantes hacia los pozos recepto-
res. En el pozo anódico se utilizó ácido
acético, y en el pozo catódico se utilizó
ácido fosfórico, humectando la muestra
durante 5 h con sulfato de hierro, cabe
mencionar además que todas las solu-
ciones utilizadas tuvieron una concen-
tración 0,1 molar. Siendo el tercer tra-
tamiento (T3) con condiciones de 45 V
y 240 mA, el que representa una mayor
33
eficiencia de remoción del 93,7% para el
caso del cadmio; y para el níquel 85,1%.
Existiendo además una diferencia entre
la aplicación de diferentes voltajes. La
diferencia con los tratamientos T1, T2 y
T4, es básicamente la diferencia de vol-
tajes: 25 V, 35 V y 45 V respectivamente,
y por tanto la variación de su amperaje y
densidad de corriente.
La prueba estadística de Tukey que se
muestra en la Tabla 4, aplicada al trata-
miento de níquel demostró que, en los
cuatro tratamientos de electrorremedia-
ción el voltaje óptimo es el de 45 V, en el
cual se disminuyó con mayor eficiencia
el contaminante presente en la muestra.
Como segundo tratamiento más eficien-
te se presentó al experimento cuatro a 55
V.
La determinación del desplazamiento
iónico está basada en el experimento
tres (T3), donde existe una diferencia
con la concentración promedio del sue-
lo tratado; es decir se encuentra fuera
del rango de incertidumbre. En el caso
del níquel la concentración final del sue-
lo tratado se encuentra fuera del rango
de incertidumbre con respecto a la con-
centración de suelo sin tratar. Mediante
esta técnica de discriminación iónica, se
definió que existió un cambio significa-
tivo en las concentraciones de cadmio y
níquel después de aplicar el tratamiento
electrocinético; lo cual demuestra una
alta eficiencia en la aplicación de esta
tecnología.
En la Tabla 5, se observa que la mayor
concentración de cadmio reportada des-
pués del tratamiento electrocinético en
la muestra de 996,40 mg/kg de suelo, en
un volumen de 60 cm3, comprendidos
entre los centímetros 13 y 15 cercanos
al cátodo; mientras que en las zonas in-
termedias comprendidas entre los centí-
metros 6 y 9, en un volumen de 90 cm3
. Se obtuvo una disminución del metal,
que alcanzó un promedio de 26,80 ppm,
además, en los 2 cm cercanos al ánodo
se evidencia una concentración baja de
16,03 ppm, en estas regiones la concentración de cadmio
es menor. Esto se debe a que la mayoría de los metales se
encuentran en forma de cationes, los mismos que migra-
ron y se acumularon en las zonas cercanas al cátodo (polo
negativo).
Con relación al enriquecimiento de cadmio y níquel en
los pozos anódico y catódico que se muestra en los grá-
ficos 2 y 3. Se demostró que la migración iónica de los
metales de interés se encontró favorecida hacia el cátodo,
además, se presentan los perfiles de velocidad y la con-
centración acumulada del níquel en ambos pozos. Cabe
mencionar, que la migración del cadmio se despreció, ya
que mediante los análisis de absorción atómica los resul-
tados reportados fueron menores al rango de detección
del equipo (<0,05) ppm.
Durante el proceso, la velocidad de enriquecimiento
de níquel en ambos pozos fue disminuyendo progresi-
vamente, debido que las soluciones tienden a saturarse,
por ello se sustituyeron periódicamente las mismas. Esto,
favoreció una migración dirigida de los iones metálicos,
durante las primeras 10 h de tratamiento, en la que existió
una movilidad significativa en ambos pozos, y pasadas las
30 h se evidenció una cierta estabilización con un valor
promedio 0,004 mgNi/L∙h en el ánodo, y en el cátodo una
velocidad de enriquecimiento menor 0,003 mgNi/L∙h. La
presencia del contaminante en ambos pozos demuestra
la existencia de níquel en formas aniónicas y catiónicas.
En la Tabla 6, debido a la baja migración iónica en los
pozos, se debe saber la concentración total de níquel en el
sistema. La región de mayor acumulación fue la cercana
al cátodo en una distancia comprendida entre 9 y 15 cm;
mientras que en la zona céntrica comprendida entre los 6
y 9 cm en un volumen de 90 cm3 se obtuvo una concen-
tración baja en comparación a la inicial.
Entre los 0 y 6 cm contiguos al ánodo, la masa es menor
en comparación con la masa acumulada en la zona aleda-
ña al cátodo, esto se debe a que la mayoría del níquel se
encuentra en forma de cationes y es atraída por el cam-
po catódico. La masa acumulada de níquel presente en
los pozos es relativamente baja, en el pozo anódico existe
una mayor acumulación de níquel con respecto al pozo
catódico con valores de 0,15 y 0,12 mg, respectivamente.
En la Tabla 7, se demuestra que al igual que el níquel, el
cadmio tiene la misma tendencia de desplazamiento ió-
nico en la celda, presentando una baja o nula migración
iónica en los pozos, por ello se debe saber la concentra-
Yaulema, Beltrán, Baquero, Carrera, Gavilanes
34
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ción total de cadmio en el sistema, se analizó diferentes
volúmenes de muestra en la celda. La región de mayor
acumulación fue la cercana al cátodo en una distancia
comprendida entre 9 y 15 cm, mientras que en la zona
céntrica comprendida entre los 6 y 9 cm se obtuvo una
concentración baja en comparación a la inicial.
Entre los 0 y 6 cm contiguos al ánodo, la masa de cadmio,
es menor en comparación con la masa acumulada en la
zona aledaña al cátodo, esto se debe a que la mayoría de
iones de cadmio se encuentran en forma catiónica y son
atraídos por el campo catódico. La masa acumulada en
los pozos anódico y catódico fue despreciable debido a
valores reportados menores a <0,05 ppm, rango no de-
tectable por el equipo de absorción atómica.
Los análisis realizados por la técnica microscopia de ba-
rrido electrónico se efectuaron después del tratamiento
electrocinético (Tabla 8). En la muestra que se trabajó a
45 V en un tiempo de remediación de 48h, la zona ana-
lizada comprende desde 10 a 15 cm de la muestra, des-
de el ánodo hacia el cátodo, en un volumen de 150 cm3,
obteniéndose así, una disminución de los iones iniciales
presentes en la muestra sin tratamiento. El silicio presen-
tó una disminución del 43,44%, el aluminio 30,15%, el
hierro 53,69%, potasio 8,67% y el magnesio un 12,13%.
Esto se debe al desplazamiento de los iones hacia los elec-
trodos siendo atraídos por el campo eléctrico generado.
En el Gráfico 4, se muestran microfotografías capturadas
por el microscopio donde evidencia una mayor acumu-
lación y saturación de las partículas del suelo, además se
evidencia la reducción del tamaño de partícula.
Gráfico 4 Muestra tratada, obtenida por microscopía de barrido electrónico (Yau-
lema et al, 2018)
V. CONCLUSIONES
La electrorremediación es una técnica
poco estudiada en nuestro país, tiene
un gran potencial para tratar diversos
tipos de contaminantes como compues-
tos orgánicos e inorgánicos, se seleccio-
nó el potencial óptimo de remediación,
durante un periodo de 48 h, mediante
la aplicación de soluciones electrolíticas
e humectantes para movilizar los iones
metálicos presentes en la muestra que
permitieron recuperar el suelo contami-
nado.
La concentración inicial de metales pe-
sados cadmio y níquel en la muestra, su-
peran los límites máximos permisibles,
establecidos por la Tabla 6 del RAOHE
1215 para uso industrial, con una con-
centración de cadmio 406 ppm, y el ní-
quel 250 ppm en contraste con la norma
que sugiere 10 y 100ppm respectivamen-
te. Se debe mencionar, además, que la
aplicación de procesos electrocinéticos
es más efectiva en suelos arcillosos debi-
do a su carga superficial negativa.
En la identificación de los potenciales
óptimos de remediación de la muestra
de suelo contaminada con metales pe-
sados cadmio y níquel, se seleccionó al
tratamiento (T3) con un voltaje constan-
te de 45 V a una intensidad de corriente
inicial de 0,24 A.
La concentración final de Cd fue de
25,55 ppm y una eficiencia máxima de
remoción de 93,71 %, mientras que para
el níquel una concentración final de
37,20 ppm con una eficiencia de remo-
ción de 85,12 %, permitiendo cumplir
con la normativa aplicable para activida-
des hidrocarburíferas RAOHE 1215.
Existe una migración iónica dirigida ha-
cia el campo catódico, esquematizándo-
se una mayor acumulación de los iones
metálicos en una distancia comprendida
entre los 9 y 15 cm contiguos al cátodo,
R
eferencias
35
mientras que, en el otro extremo cercano
al ánodo, la concentración de estos me-
tales es relativamente baja.
La migración iónica de Ni en los pozos
tuvo una acumulación mínima de los
iones metálicos, sin embargo, presentó
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una mayor cantidad de migración al pozo anódico, que,
al catódico.
Esto se debe a la presencia de níquel en formas anicó-
nicas, el desplazamiento de cadmio fue despreciable no
existió una acumulación significativa de este metal en los
pozos.
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