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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERIA AMBIENTAL
REEMPLAZO DE LA APLICACIÓN DE CLORO GAS PARA EL CONTROL DE Bimeria tunicata fraser EN EL LAGO DE MARACAIBO
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Autora: Aira Lusmila Carrero Mogollón Tutor: Edixón Gutierréz
Co-tutora: Ismenia Araujo
Maracaibo, noviembre de 2008
Carrero Mogollón, Aira Lusmila. Reemplazo de la Aplicación de Cloro Gas para el Control de Bimeria tunicata fraser en el Lago de Maracaibo. (2008) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 71 p. Tutor: M. Sc Ing Edixón Gutiérrez, Co-tutora: M. Sc Lic. Ismenia Araujo.
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue evaluar el reemplazo de cloro gas para el control del crecimiento de Bimeria tunicata fraser en la planta de inyección de agua (PIA 1-5) en el lago de Maracaibo. Se utilizaron los biocidas TK2439, TK2410, BT 4609 y dióxido de cloro. Se estableció una concentración de nitrógeno de 1,96 mg/L, en el laboratorio para el estudio del comportamiento de Bimeria tunicata fraser. Se realizó caracterización fisicoquímica y microbiológica del agua del lago de Maracaibo en la zona noreste circundante a la planta de inyección de agua, PIA 1-5. A Se montaron varios tratamientos a diferentes concentraciones de nitrógeno (1,96; 10 y 15 mg/L). Se midió el efecto de la concentración del nitrógeno sobre el desarrollo de la especie. y el efecto del biocida. El nitrógeno y la densidad de la Bimeria se midieron en los tratamientos al inicio y a los 2, 7, 15 y 21 días. Los heterótrofos mesófilos, fósforo, cloruro, salinidad, temperatura, pH, sulfato, dureza total, turbidez, nitrato sólidos suspendidos totales e hierro total se midieron al inicio, 7 y 21 días. Para determinar el efecto de los biocidas, se tomó una cantidad de Bimeria tunicata fraser y diferentes concentraciones de biocidas por un tiempo de 3 h, el efecto inhibitorio se evaluó en función de la disminución de peso y cambios morfológicos de la especie. A escala real, en el lago, se hizo crecer Bimeria tunicata fraser en cupones de prueba durante 21 días. Se dosificaron los biocidas y se evaluó el residual de cada producto en un tiempo de contacto de 6 s, simulando con el circuito de prueba en sitio las condiciones de operación de la planta de inyección. Se evaluó el mejor biocida en función del residual y remoción de Bimeria tunicata fraser en los cupones. El biocida que inhibió el crecimiento de la especie a nivel de laboratorio fue el dióxido de cloro a una concentración de 1,2 mg/L, y en lago fue TK2439, a una concentración de 25 mg/L. Palabras clave: Bimeria tunicata, nitrógeno, biocida.
E-mail del autor: [email protected]
Carrero Mogollón, Aira Lusmila. Replacement of the Application of Chlorine Gas for the Control Gives Bimeria tunicata fraser in the lake of Maracaibo. (2008) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 71 p. Tutor: M. Sc. Ing. Edixón Gutiérrez; Co-tutor: M. Sc. Lic. Ismenia Araujo
ABSTRACT
The objective of this investigation was evaluate the replacement of the application of chlorine gas for the control gives Bimeria tunicata fraser In the plant of water injection (PIA 1-5) in the lake of Maracaibo. There were in use the biocidas TK2439, TK2410, BT 4609 and dioxide of chlorine. There was established a concentration of nitrogen of 1,96 mg/L, in the laboratory for the study of the behavior of Bimeria tunicata fraser.A physical-chemical and microbiological characterization of the water from the Maracaibo lake was realized in the zone surrounding North-East of the water injection plant, PIA 1-5, several treatments were mounted by different concentrations of nitrogen and there measured up the effect of the concentration of this nutrient on the development of the species The nitrogen concentration and the growth of the species were measured in the samples of water at the beginning and at the 2nd, 7th, 15th and 21st days. The heterotrophic mesófilos, phosphorus, chlorides, salinity, temperature, pH, sulfates, total hardness, turbidity, nitrate, total suspended solids and total iron were measured at the beginning and at the 7th and 21st days. To determine the effect of the biocides on the growth of the species an amount of biomass of the B. tunicata was taken and placed at different concentrations of biocides for a period of 3 hours, the inhibitory effect was evaluated as a function of the weight loss and morphological changes of the species after the contact time. To real scale, in the lake, Bimeria tunicata fraser was made grow in coupons of test for 21 days. The biocidas were dosed and there was evaluated the residual one of every product in a time of contact of 6 s, simulating with the circuit of test the conditions of operation of the plant of injection. The best biocida was evaluated depending on the residual one and removal of Bimeria tunicata fraser in the coupons. The biocida that disabled the growth of the species to laborator level was the dioxide of chlorine to a concentration of 1,2 mg/L, and in lake it was TK2439, to a concentration of 25 mg/L. Key words: Bimeria tunicata, nitrogen, biocide.
Author’s e-mail: [email protected]
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a DIOS, motor principal de mi universo y luz de mi diario andar.
A mi hijo Luis Felipe, quien es mi inspiración en todo lo que hago y es mi razón de
existir.
A mi esposo Carlos Uribe, a quien le entregue mi vida y quien ha compartido
conmigo todos los momentos.
A mi madre Carmen Mogollón de Carrero, mi fiel soporte acompañante en sueños y
proyectos.
A mi padre Arecio Carrero, a quien quiero con todo mi corazón y quien sin saber
me ha enseño muchas lecciones de vida.
A Ismenia Araujo, mi segunda mama y amiga apoyo incondicional para el
desarrollo de mi trabajo
A todos mis familiares, porque de uno u otro modo han contribuido para hacer de
mí quien soy.
A todos mis amigos y amigas, a quienes recurro siempre que necesito la fuerza que
sólo se encuentra en la amistad verdadera.
Aira Carrero
AGRADECIMIENTO
El autor expresa su agradecimiento a Clariant Venezuela, INTEVEP, PDVSA y
Universidad del Zulia, por haber sido posible la realización de este trabajo.
A Ismenia Araujo, quien siempre me brindó su incondicional apoyo, guía y amistad
desde el momento en que nos conocimos, quien recorrió conmigo la elaboración de
este proyecto, gracias a sus ideas y conocimiento este proyecto es una realidad.
A mis amigos Rina, Chemary, Victor y Rafael por compartir conmigo momentos
inolvidables en la maestría, momentos que hicieron fusionar nuestras vidas.
A Gregorio Quijada, quien me ayudo incondicionalmente en el desarrollo de este
proyecto en el lago de Maracaibo, con quien compartí alegrías y tristezas.
A mi amigo Hebert Finol por su constante y desinteresado apoyo en todo mi
crecimiento profesional.
A los Profesores Nanci Rincon y Julio Marín, por haber aceptado ser mis jurados y
haberme ayudado en tiempo record a presentar este proyecto.
A todas aquellas personas que Dios puso en mi camino y de una u otra manera
colocaron un grano de arena en la construcción de este peldaño en la historia de mi
crecimiento.
TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN........................................................................................................ 3
ABSTRACT....................................................................................................... 4
DEDICATORIA.................................................................................................. 5
AGRADECIMIENTO......................................................................................... 6
TABLA DE CONTENIDO.................................................................................. 7
LISTA DE TABLAS........................................................................................... 9
LISTA DE FIGURAS......................................................................................... 10
INTRODUCCIÓN.............................................................................................. 12
CAPÍTULO
I REVISIÓN DE LA LITERATURA………......................................... 13
1.1. Antecedentes………………………………………………………. 13
1.2. Sistemas de inyección de aguas………………………………… 13
1.2.1. Descripción del proceso…………………………………….......... 15
1.3. Organismos causantes del problema en sistemas de inyección de agua……………………………………………….....
20
1.4. Descripción de la especie Bimeria tunicata fraser……………... 20
1.4.1. Clasificación de la B tunicata……….………………................... 20
1.4.2. Descripción del Phylum cnidaria................................................ 21
1.4.3 Estructura y función de los cnidarios 21
1.4.4. Crecimiento y reproducción………………………………….…... 23
1.4.5. Colonización de Bimeria tunicata.............................................. 24
1.4. Biocidas…………………………………………………………...... 25
1.5.1. Biocidas oxidantes..................................................................... 26
1.5.2. Biocidas no oxidantes……………………………........................ 27
II METODOLOGÍA EXPERIMENTAL……………..…………………… 29
2.1. Condiciones de crecimiento de B. tunicata (Efecto del nitrógeno)…………………………………………………………...
29
2.1.1. Caracterización del agua del lago de Maracaibo……...………. 29
2.1.2. Obtención de B. tunicata……………………………………….…. 30
2.1.3. Montaje del microcosmos en el laboratorio…..……….…..…..... 30
2.2. Estudio de selección de biocida…………………………………. 40
2.3. Comportamiento y adherencia de B. tunicata………………...... 42
2.4. Diseño, construcción y puesta en marcha del circuito de prueba
43
III RESULTADOS Y DISCUSIÓN……..………………………………... 54
3.1. Crecimiento de la B. tunicata en el laboratorio…………………. 54
3.2. Efecto sobre el crecimiento de la especie a nivel de laboratorio………………………………………….………………..
64
3.3. Selección de biocida y mejor dosis en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5………………...…………………..…....................
66
IV CONCLUSIONES……………………………………………………… 67
V RECOMENDACIONES………………………………………………... 68
VI REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………. 69
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
1 Metodología empleada en la determinación de los parámetros microbiológicos y físico químicos…………………………….…………
32
2 Nomenclatura de los biocidas y dosis inicial………................................ 40
3 Caudales de agua utilizados en el circuito de prueba en el lago de Maracaibo……………….................................................
47
4 Elementos usados para la fabricación del circuito en el lago de Maracaibo......
48
5 Caracterización del agua de planta PIA 1-5 al noreste del lago de Maracaibo...............................................................................................
53
6 Dosis aplicadas de biocidas y pérdidas de peso reportadas…............... 65
7 Resultado de los valores residuales obtenidos de acuerdo a las dosis aplicadas en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5..................................
67
8 Resultados de desprendimiento de B. tunicata en cupones de prueba a las dosis aplicadas en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5……………
67
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Esquema de tratamiento de inyección de agua….......................... 14
2 Sistema de filtros………………………………….............................. 15
3 Torre desaereadora…………………………………………………… 17
4 Forma corporal medusoide y polipoide........................................... 21
5 Pared del cuerpo de una hidra y célula epiteliomuscular…........... 22
6 Pared del cuerpo de una hidra y nematocistos punzante antes y después de ser disparado…………………………...........................
22
7 Ciclo de vida de Bimeria tunicata.................................................... 24
8 Ubicación geográfica de la planta…………………………….......... 30
9 Microcosmos para el mantenimiento de Bimeria tunicata.............. 31
10 Muestras de ensayo estándar para realizar efecto de la concentración de nitrógeno……………………………...……………
31
11 Metodología para el contaje de heterótrofos mesófilos.................. 33
12 Equipo de digestión y destilación para nitrógeno Kjeldahl............. 35
13 Espectrofotómetro HACH DR 2000…………………….................... 36
14 Diagrama de prueba con biocidas TK 2439, TK 2410, BT 4607 y dióxido de cloro…………………………………………………..........
41
15 Esquema de circuito de prueba instalado en planta PIA 1-5…...... 43
16 Imagen del circuito de prueba instalado en la PIA 1-5................... 44
17 Diagrama del numero de Reynolds……......................................... 45
18 Detalle del cupón de prueba y celda de almacenamiento……...... 46
19 Conexiones del equipo generador de dióxido de cloro..…............. 48
20 Diagrama del proceso usado para las pruebas con dióxido de
cloro…………................................................................................... 52
21 Estructura molecular del dibromo dimetil........................................ 53
22 Diagrama del proceso con dióxido de cloro……............................. 55
23 Valores de crecimiento de heterótrofos mesófilos.......................... 56
24 Morfología de Bimeria tunicata. Observación microscópica
(400X)............................................................................................. 58
25 Contenido de nitrógeno…............................................................... 60
26 Contenido de nitrato………............................................................. 62
27 Contenido de fósforo total............................................................... 58
28 Comportamiento del pH………….................................................... 59
29 Contenido de hierro total………...................................................... 60
30 B. tunicata observación microscópica (400X).……………………… 61
31 Contenido de cloruro …...…………………...................................... 61
32 Salinidad en los ensayos a nivel de laboratorio……………………. 62
INTRODUCCIÓN
La Bimeria tunicata fraser es un organismo que forma parte del ecosistema
acuático del lago de Maracaibo. Es un hidrozoo, especie menos conocida de todos los
organismos de la fauna acuática como consecuencia de su pequeñísimo tamaño. Este
organismo altera su vida entre la forma de medusoide (similar a una agua mala pero
mucho más pequeña) y la polipoide (se observa como una raíz que se adhiere a
cualquier superficie) y cuando está en su forma de medusoide se desplaza y genera
otras colonias en diferentes puntos del sistema; es allí donde radica el problema.
La importancia de controlar este crecimiento y proliferación de la especie en
diferentes partes del proceso de la planta de inyección radica en que al manifestarse,
en las líneas de succión de la bomba de levantamiento y el sistema de filtrado de la
planta, aumentan el diferencial de presión por taponamiento de los diferentes equipos,
causando dificultades para mantener la planta operativa, esto representa pérdidas de
volumetría de agua tratada e inyectada y por ende perdida de dinero.
La aplicación de cloro gaseoso para la generación del ion hipoclorito es bastante
efectiva, para controlar la especie como tal; pero, el punto débil de esta aplicación son
las emisiones ambientales y es el riesgo que implica tener este cloro en sitio. En
septiembre de 1999 se registró un evento relacionado con una fuga de cloro donde
hubo paralización de actividades y pérdida de tiempo, para controlar dicha fuga en
medio del lago de Maracaibo. Debido a esto las empresas relacionadas al ramo
buscaban una aplicación más segura y confiable para el personal que labora en las
plantas de inyección de agua, con una efectividad comprobada en el control de Bimeria
tunicata fraser (B. tunicata), conocida comúnmente como Pelo de Oso.
Se realizó la preservación de B. tunicata en el laboratorio del centro de
investigación del agua, captando una muestra de la misma en el lago de Maracaibo en
el área circundante a la planta de inyección 1-5 (PIA 1-5), la cual fue seleccionada para
la prueba de campo en sitio. Esto se hizo con la finalidad de evaluar la demanda de
cada producto propuesto, a nivel de laboratorio, previo a la prueba de campo. La
prueba de campo en la PIA 1-5 se realizo valiéndose de un circuito de prueba a escala
piloto.
El objetivo de esta investigación fue el reemplazo de cloro gas para el control del
crecimiento de B. tunicata en las plantas de inyección de agua del lago de Maracaibo.
CAPÍTULO I
REVISIÓN DE LA LITERATURA
1.1 . Antecedentes
De la revisión de la literatura para esta investigación se seleccionaron los autores
que ofrecían aportes importantes. Con base en dos importantes trabajos realizados el
primero en INTEVEP en marzo del 2004, donde se evaluó cloro y bromo para el control
de adherencias de bioensuciamiento, utilizando un circuito hecho a escala y la
investigación realizada en la universidad del Zulia en 2003, donde se evaluaron los
diferentes materiales de adherencia y valores de pH y temperatura para el crecimiento
de B. tunicata. Estos trabajos dieron pie a las diferentes pruebas de campo iniciadas en
Julio del 2006 donde se realizo la evaluación y aplicación de cloruro de bromo para
control y adherencia de B. tunicata.
En mayo y noviembre del 2006 se realizaron diferentes aplicaciones todas en el lago
de Maracaibo y los resultados obtenidos no controlaron el crecimiento de la especie.
1.2. Sistemas de inyección de agua
Los sistemas de inyección de agua, forman parte de los procesos de recuperación
secundaria del petróleo; la inyección de agua es un método de recuperación de crudo
tendiente a mantener la productividad de un yacimiento cuando éste ha llegado a un
estado de agotamiento que imposibilita la utilización de los métodos primarios de
producción, la inyección de agua permite aumentar la presión del yacimiento mediante
la reposición del producto previamente extraído con el objetivo de obtener cantidades
adicionales (Figura 1).
Figura 1. Esquema de tratamiento de inyección de agua
La función principal de las plantas de Inyección de agua, es inyectar agua tratada,
física y químicamente, a los yacimientos que han disminuido la presión necesaria para
que el crudo siga fluyendo hacia los cabezales de producción. Estos sistemas de
inyección son llamados también plantas de inyección de agua (PIA).
El proceso de las PIA´s con las fases que componen el tratamiento físico-químico del
agua incluye filtración, desaireado e inyección de químicos que permiten adecuar el
agua del lago a los requerimientos de calidad necesarios para la inyección en los
yacimientos.
El agua es succionada del lago por medio de una bomba de levantamiento vertical
de tres etapas con capacidad de cincuenta mil barriles. Estas bombas elevan un caudal
de agua 1600 galones por minuto (GPM) hasta la plataforma sobre la cual está
instalada la planta con una presión de descarga hacia el sistema de filtros de
aproximadamente 100 Psig (2).
S - 200
Levantamiento de Agua del
Lago
. .
-
. .
Tren de Filtración
Torre Desaireadora
Tanque de Alimentación Sistema de
Bombeo
Inyección de cloro
PrefiltroS-200
Inyección de Biocida, secuestrante de oxígeno e inhibidor de corrosión
1.2.1. Descripción del proceso en las plantas de inyección de agua
El proceso operacional de las PIA´s consta de diferentes etapas que van desde el
momento en que se eleva el agua del reservorio o del lago, hasta la inyección de la
misma al yacimiento por medio de los pozos inyectores.
En las plantas de inyección operadas por la empresa SIMCO, este proceso se lleva
a cabo a través de varios subsistemas como el levantamiento, filtración,
desoxigenación, tratamiento químico, bombeo y distribución.
Sistema de filtración: El sistema de filtración está constituido por dos etapas, la
primera constituida por un único filtro colador que trabaja bajo parámetros de presión
interna y la segunda etapa constituida por un tren de filtrado formado por 3 filtros de
lecho mixto (Arena-Antracita-Granate).
El agua succionada del lago por medio de las bombas de levantamiento, es
conducida a través de una tubería de 10” pasando como primera etapa por un filtro
colador o también llamado S-200 provisto de un tamiz de malla de alambre, el cual se
encarga de recolectar partículas mayores de 100 micrones, el mismo consta de un
sistema de lavado automático que será activado por medio de un suiche a una presión
diferencial de 5 Psi y un Push button que facilita el lavado manual. Este filtro esta
diseñado para operar en un rango de caudales desde 1600 GPM hasta 1900 GPM.
Para efectos de limpieza el filtro esta provisto con un mecanismo rotativo y una vez que
el mismo alcanza su presión mínima de diseño por acumulación de Bimeria tunicata,
caracoles, algas, entre otras, se activa y realiza el barrido de limpieza mecánica. (2)
Figura 2. Sistema de filtros
Una vez que el agua es filtrada en la primera fase, pasa al segundo sistema de
filtrado por lava que está constituido por tres elementos filtrantes instalados en paralelo
y el agua debe salir de allí con un tamaño de partícula no mayor a 3 micrones. La
presión de lavado automático se activará una vez alcanzado el valor de 25 Psig.
El sistema de filtrado es de lecho mixto (antracita, granate, arena) son instalados en
paralelo y capaces de remover hasta un 85% de las partículas de tamaño mayor a 5
micrones, cada unidad maneja 950 GPM, es decir un 50% del caudal de diseño del
paquete de filtración, por lo tanto, para alcanzar la capacidad total del sistema deben
operar, al menos, dos filtros simultáneamente.
Durante la operación normal, el agua prefiltrada, proveniente del filtro S-200, pasa a
través de un cabezal común, y luego, es distribuida en forma equitativa a los filtros bajo
control de flujo.
El agua ingresa a los filtros por la parte superior, bajando a través de cuatro
elementos de filtrado: el primero conformado por una capa de antracita de 15” de
espesor, el segundo compuesto de 11” de arena sílica, el tercero compuesto con una
capa de 10” de granate fino y el último compuesto por una capa de 13” de granate
grueso. Esta combinación permite una separación completa de los medios después del
proceso de retrolavado debido a la diferente granulometría de los tres elementos.
Para evitar el crecimiento microbiano que se produciría si los filtros permanecieran
fuera de servicio se ha establecido unos ciclos de retrolavado los cuales están
establecidos cada 24 horas, ejecutando de esta forma cada filtro un retrolavado.
Sistema de desaireación: El agua que abandona el sistema de filtración, es
enviada hasta la torre desaireadora, a través de una línea de 10”, con la finalidad de
reducir el contenido oxígeno disuelto en el agua desde 8 ppm hasta 0,5 ppm.
La reducción del contenido de oxígeno tiene como finalidad minimizar la corrosión de
los equipos y tuberías instalados abajo de la plataforma, limitar el consumo de agentes
secuestrantes de oxígeno y prevenir el crecimiento de microorganismos aerobios en los
sistemas de inyección.
La torre desoxigenadora, es una columna empacada que actúa como unidad de
despojamiento en contracorriente. El agua ingresa por la parte superior de la torre y al
descender a través del lecho es puesta en contacto con una corriente de gas natural
inyectado por el fondo a una presión aproximada de 20 psia, que al ascender garantiza
un intercambio eficiente del oxígeno disuelto en el agua.
Figura 3. Torre desaereadora
Esta torre cuenta con un lecho de 3 m de altura conformado por anillos tipo pall de 2”
de diámetro elaborados de polipropileno, y esta diseñada para manejar un caudal de
1900 GPM de agua (2).
El gas húmedo que abandona la torre por el extremo superior es descargado
directamente a la atmósfera a través de una chimenea provista de una arresta llama, un
anillo de enfriamiento y de un sistema de sofocación de llama con CO2.
El arresta llama tiene como finalidad evitar que cualquier llama que pueda originarse
en la salida de los gases penetre a la columna y ocasione daños mayores al equipo, el
anillo de enfriamiento permite disminuir la temperatura en la chimenea para prevenir
daños mecánicos en la estructura por efecto del calor mientras que el sistema de
sofocación con CO2 está en capacidad de extinguir el fuego tanto en el extremo de la
chimenea como en el interior de la torre desaireadora.
Sistema de almacenamiento: Desde la torre desaereadora el agua cae libremente
hasta el tanque de almacenamiento, instalado inmediatamente debajo de la misma. Se
trata de un tanque prácticamente atmosférico con una capacidad nominal de 1900
barriles.
La sección de 20” de la columna, se prolonga hasta el fondo del tanque, de forma tal
que la entrada de agua al tanque se produce por los orificios perforados en la parte
inferior de esta columna. Las perforaciones se ubican a una elevación mínima del fondo
del tanque (0,8 pies), posibilitando la salida del líquido hacia la periferia del mismo. Este
dispositivo permite la creación de un sello de líquido capaz de impedir la entrada de aire
o gases desde la torre hacia el interior del tanque.
Alrededor de esta columna interna se dispone una placa deflectora semicircular de
120° de arco, cuya finalidad es servir como placa de choque al flujo de agua que sale a
través de los orificios ubicados frente a las boquillas de succión de las bombas, y evitar
de esta forma la formación de turbulencia y/o vórtices que puedan originar la entrada de
gas a los sistemas de bombeo.
El tanque de almacenamiento sirve como amortiguador entre las secciones iniciales
de la planta (levantamiento, filtración y desaieración) y la sección de inyección en si
misma. La turbomba de inyección succiona desde el tanque de almacenamiento el agua
a ser enviada a los pozos así como también las bombas de retrolavado utilizan agua de
este tanque para la limpieza de los filtros.
El nivel del tanque es regido por el controlador lógico programable (PLC) del
paquete de filtración, el cual modifica la posición de las válvulas de control con la
finalidad de mantener el nivel del tanque en su punto de ajuste.
En operación normal el nivel del tanque permanece constante y sólo desciende
durante el ciclo de retrolavado de los filtros cuando la acción conjunta de las bombas de
retrolavado y la bomba de inyección resulta superior a la capacidad de la bomba de
levantamiento. Esta situación trae como consecuencia una reducción del nivel de 3 pies
por cada ciclo de retrolavado (2).
El tanque de almacenamiento cuenta con un sistema de gas de manto destinado a
prevenir la reabsorción de oxígeno en el agua y a minimizar el consumo de gas de la
planta. Una reducción del inventario de agua en el tanque producirá una disminución de
la presión que será inmediatamente compensada por la inyección de gas al tanque para
mantener la presión en 1” de H2O.
Por el contrario un aumento del nivel producirá un incremento de la presión en el
tanque como resultado de la compresión de los gases atrapados por encima de la
superficie del líquido, en esta situación la válvula de alivio rompe vacío y permite el
escape del gas a la atmósfera para impedir que la presión en el tanque supere las 6” de
H2O.
Sistema de inyección de químico: Los sistemas instalados en la planta requieren
la inyección de cuatro compuestos químicos comerciales destinados a favorecer el
proceso de filtración, a prevenir el crecimiento de microorganismos anaeróbicos y
minimizar la corrosión en las instalaciones agua abajo de la planta (28).
Inyección de cloro: El crecimiento de micro y macro flora lacustre en líneas y
equipos es minimizado mediante la inyección de cloro al agua del proceso. La cloración
es realizada a través de la dilución de una solución de cloro en la entrada de agua a la
bomba de levantamiento horizontal. La solución de cloro es preparada por la dilución de
una corriente continua de cloro gaseoso en una pequeña corriente de agua
suministrada por una línea de 1” instaladas aguas arribas del filtro S-200.
El cloro es almacenado en la plataforma en tres bombonas horizontales. En
condiciones de operación normal, el cloro es suministrado por un solo contenedor
quedando dos de respaldo, al disminuir la presión el cambio de bombonas se ejecuta
manualmente por un técnico especialista.
El sistema de dosificación funciona en condiciones de vacío. El vacío es producido
por un ejecutor de alta eficiencia al forzar el agua a través de una boquilla a alta
velocidad. En el área cercana a las bombas de cloro se han instalado detectores de
cloro en la atmósfera los cuales indican la concentración de cloro en el ambiente.
Adicionalmente se ha instalado un sistema de luces estroboscópicas y sirenas que
advierten a través de señales auditivas y luminosas la necesidad de tomar
precauciones especiales al acercarse a la instalación (2).
Inyección de biocida: Para reducir el efecto corrosivo generado por la proliferación
de bacterias reductoras de sulfato en las líneas y en los pozos, la planta posee
facilidades para la inyección de un biocida. La dosis recomendada es una vez a la
semana a una concentración de 300 mg/L. Este producto es inyectado a la salida del
tanque de almacenamiento (2).
Inyección del inhibidor de corrosión: La planta cuenta con las facilidades para la
inyección de un inhibidor de corrosión para el control de agentes corrosivos presentes
en el agua. Este producto (sal de cloruro de amonio cuaternario) es inyectado a la
salida del tanque de almacenamiento en forma continua (2).
Inyección de secuestrante de oxígeno: Con la finalidad de minimizar la
concentración de oxígeno libre disuelto en el agua enviada a los pozos se han instalado
facilidades para la inyección de una solución de bisulfito de amonio capaz de actuar
como agente secuestrante de oxígeno.
El producto es inyectado a la salida del tanque de almacenamiento en forma continua
(2).
1.3. Organismos causantes de problemas en sistemas de inyección de agua
Los sistemas de inyección utilizan como materia prima agua del lago para tratar y
luego inyectar a los pozos, esta agua contiene una gran variedad de especies tales
como bacterias reductoras de sulfato (BSR), capaces de reducir sulfato a sulfuro
causando problemas de corrosión microbiológica, bacterias formadoras de limo que
forman limo denso, pegajoso, con el subsiguiente ensuciamiento. Bacteria
ferrooxidantes: son bacterias que obtienen la energía de la oxidación del hierro ferroso
(Fe+2) la mayor parte crecen sólo a pH ácido y se presentan asociadas a menudo con la
polución ácida derivada de actividades mineras y bacterias sulfurooxidantes que
obtienen su energía de la oxidación de sulfuro y producen sulfatos, que luego es
utilizado por las BSR.
Sin embargo, aun cuando la mayor parte de los problemas en el campo petrolero es
causada por bacterias, de vez en cuando algas y otras especies de organismos pueden
causar problemas de taponamiento y corrosión en sistemas de levantamiento, filtros y
tanques. Bimeria tunicata fraser es una especie que vive en el agua del lago de
Maracaibo y obstruye los sistemas que utilizan dicha agua en su proceso (1).
1.4. Descripción de la especie B. tunicata
1.4.1. Clasificación de la B. tunicata
Reino animal, eumetazoa, phylum cnidaria, clase hidrozoo, orden hidroide,
suborden Anthomedusae, familia Bougainvillidae, género Bimeria, especie Bimeria
tunicata (5). También es conocida como Bimeria franciscana (Torrey 1902) y
Perigonimus megas (Kinne 1956) (11).
Se desconoce la región de origen aunque la región Indo-pacifico ha sido sugerida
como tal. Este hidroide tiene una gran distribución mayormente en regiones de
temperatura tropical a cálida, y en áreas de alta salinidad (11). El mismo crece sobre
una gran variedad de superficies naturales hechas por el hombre como: muelles, botes,
ostras, rocas, embarcaderos y sistemas de agua en plantas de vapor (11).
1.4.2. Descripción del Phylum cnidaria
El Phylum cnidaria comprende a las conocidas hidras, las anémonas marinas, los
corales y las medusas. Estos animales tienen simetría radial y en uno de sus extremos
tienen la boca y los tentáculos. Algunos viven fijos, con la boca dirigida hacia arriba;
otros son libres nadadores y tienen la boca dirigida hacia abajo (5).
1.4.3. Estructura y función de los cnidarios
Los cnidarios son radialmente simétricos y el extremo oral de su eje termina en la
boca y en un círculo de tentáculos (Figura 4).
Figura 4. Forma corporal medusoide y polipoide (4).
La boca conduce hacia una cavidad gastrovascular ciega. Poseen una capa de
células, la epidermis, que cubre la superficie externa del cuerpo y otra capa, la
gastrodermis, que recubre el interior de la cavidad gastrovascular (Figura 4).La
mesoglea se localiza entre las dos capas mencionadas y en las hidras es una delgada
membrana no celular (5).
Se distinguen dos tipos de forma corporal entre los cnidarios. Los cnidarios
polipoides, como las hidras y las anémonas, tienen un cuerpo cilíndrico con el extremo
oral (donde están la boca y los tentáculos) dirigido hacia arriba, mientras que el extremo
aboral esta fijo al sustrato (5) (Figura 5).
Figura 5. A) Pared del cuerpo de una hidra; B) Célula epiteliomuscular (5).
En cuanto al movimiento, el cuerpo y los tentáculos de los cnidarios suelen ser
extendidos, contraídos o doblados en cualquier dirección (Figura 6).
Figura 6. Pared del cuerpo de una hidra y nematocistos punzante antes y
después de ser disparado (4).
A)
El movimiento se realiza gracias a la contracción de fibras musculares longitudinales
y circulares. Sin embargo, las fibras no se encuentran en el interior de células
musculares, sino en extensiones basales de células epidérmicas y gastrodérmicas
(Figura 6). En el caso de las hidras el movimiento de ellas se debe en gran parte a la
contracción de las células epidérmicas (5).
Sobre su nutrición se puede decir que casi todos los cnidarios son carnívoros. Las
formas pequeñas, como las hidras y los corales, se alimentan de animales planctónicos,
sobre todo de crustáceos. Las células glandulares que recubren el intestino secretan
enzimas proteolíticas que digieren con prontitud la presa. La mezcla del contenido de
los intestinos es auxiliado por el movimiento de los flagelos las células gastrodérmicas,
luego, los fragmentos pequeños de tejidos son englobados por otras células
gastrodérmicas, de modo que la digestión termina intracelularmente (5) (Figura 5).
Los cnidarios capturan sus presas con ayuda de células urticantes especiales,
llamadas cnidocitos, que en su mayor parte están en la capa epidérmica (Figura 6). Un
cnidocito contiene una proyección superficial, el cnidocito, y el nematocisto (cnido), que
es un elemento punzante. El nematocisto no disparado consta de un bulbo y un largo
filamento enrollado en el interior del mismo (Figura 6).
Al ser descargado, el nematocisto es expulsado violentamente del cnidocito y el
filamento se evagina a partir del bulbo durante el proceso. Algunos tipos de
nematocistos tienen como función enredarse o adherirse a la presa; otros se introducen
en el cuerpo de la presa y le inyectan una toxina (5).
En las hidras, el contacto con la presa puede ocasionar la descarga de 25 % de los
nematocistos tentaculares, los cuales son reemplazados cada 48 horas
aproximadamente (5).
1.4.4. Crecimiento y reproducción
Los cnidarios polipoides exhiben un alto nivel de regeneración; por ejemplo cuando
una parte significativa de su cuerpo se pierde la parte restante se reorganiza para
formar una nueva región (5).
La reproducción asexual es muy común, sobre todo en las especies polipoides. Los
nuevos individuos suelen formarse por gemación. Cada yema se origina como una
evaginación de la pared del cuerpo y, por lo tanto, contiene una extensión de cavidad
gastrovascular y de todas las capas de la pared misma (Figura 7). La yema se separa
del progenitor o, puede permanecer fija como un nuevo individuo de la colonia (5).
Los sexos están separados en la mayoría de las especies de cnidarios. Los gametos
se originan a partir de células intersticiales y forman conjuntos en lugares específicos de
la epidermis o la gastrodérmis (5).
La fecundación suele ser externa y el desarrollo tiene lugar en el plancton. Al
terminar la gastrulación, se llega a una fase larvaria característica denominada plánula
Esta larva es un tanto alargada simétrica, formada por una masa celular interior sólida o
hueca rodeada por una capa externa de células ciliadas (5).
1.4.5. Colonización de Bimeria tunicata
Bimeria tunicata forma colonias ramificadas hasta 30 cm de altura y puede exhibir
una forma corporal medusoide o polipoide, o ambas, durante su ciclo de vida. En su
fase medusoide, se producen larvas plánulas que se desarrollan hasta convertirse en
una colonia hidroide, donde por gemación, se producen nuevas medusas (Figura 7).
Figura 7. Ciclo de vida de B. tunicata (5).
Los individuos o pólipos de la colonia suelen estar fijos a un pedúnculo principal, que
a su vez está anclado al sustrato (algas, rocas, conchas o pilotes de muelles) mediante
un estolón en forma de raíz. Los pólipos de la colonia, reciben el nombre de zooides,
estos zooides son polimorfos, es decir, que cada uno de ellos desempeña una función.
Así pueden ser gastrozoides cuando se encargan de la alimentación, dactilozoides
cuando se encargan de la defensa y ataque o pneumatóforos los cuales permiten la
flotabilidad de la colonia. En éste cnidario, la reproducción asexual de los pólipos
aumenta de modo significativo el potencial de proliferación de la especie (5).
1.4. Biocidas
Son sustancias químicas que permiten erradicar o controlar el crecimiento de
organismos en un sistema determinado (2). La aplicación de biocidas es el más práctico
y eficiente método usado para el control de la actividad microbiológica. Esta química
tiene la habilidad de destruir el organismo o inhibir su crecimiento y ciclo reproductivo.
Los biocidas realizan su función de diferentes maneras, algunos biocidas alteran la
permeabilidad de la pared celular de los microorganismos, interfiriendo así en sus
procesos vitales, otros dañan las células interfiriendo con el flujo normal de nutrientes y
descarga de agua (3).
La desinfección de cualquier sistema utilizando biocidas debe cumplir con tres
funciones principales: bactericida, fungicida y alguicida (polivalencia). Determinado
compuesto químico puede ser bactericida, pero no necesariamente será fungicida o
alguicida. De igual manera, por lo que se refiere a un mismo grupo de bacterias o de
hongos, el producto puede que actúe sobre una especie y no necesariamente sobre
otra (2).
La efectividad del biocida depende de la naturaleza de los organismos a eliminar y la
selección de las condiciones de operación del sistema a tratar, por lo que se
recomienda realizar un ensayo, preferiblemente en las condiciones de operación o en
su defecto a nivel de laboratorio, para determinar la dosis óptima así como el
componente activo más apropiado para el sistema que se va a tratar (2).
Los principales requisitos de un biocida para ser aplicado son: selectividad para los
microorganismos a eliminar, capacidad de mantener su efecto inhibidor frente a la
acción de otras sustancias presentes en el medio, no ser corrosivo para el sistema, ser
biodegradable y tener un bajo costo (2).
Los biocidas pueden ser oxidantes como el cloro, dióxido de cloro y el bromo, o no
oxidantes como la isotiazolina, compuestos de amonio cuaternario y aldehídos como
glutaraldehído (3).
1.5.1. Biocidas oxidantes
El Cloro es utilizado frecuentemente de forma gaseosa y se hidroliza para formar
ácido hipocloroso (HClO) y clorhídrico:
HClHOClOHCl 22
El ácido hipocloroso es la especie activa y se disocia en función del pH:
OClHHOCl
A un valor de pH de 7,5 existen concentraciones iguales de ácido hipocloroso y su
ión. A pH más alcalinos, el equilibrio se desplaza a favor del ión y para un valor de pH
de 9,5, todo el cloro se encuentra como ión hipocloroso de baja acción biocida.
Debido a este equilibrio sensible a las variaciones de pH, el intervalo de 6,5 a 7,5 es
considerado como ideal para la acción biocida ya que, valores menores de pH podrían
acelerar la corrosión (3). El ácido hipocloroso es un poderoso agente oxidante, que
difunde a través de la pared celular de los microorganismos y reacciona con
compuestos citoplasmáticos para producir enlaces cloro-nitrógeno estable con las
proteínas celulares (3).
El cloro es un excelente alguicida y bactericida a pesar que recientemente se ha
encontrado que la concentración efectiva de cloro se ve reducida considerablemente
cuando penetra la biopelícula bacteriana. Se ha determinado, que la concentración de
cloro dentro de la biopelícula es solo 20 % de la concentración presente en la solución
en contacto con el mismo. Esto explica la resistencia a los biocidas desarrollada por
diversas especies de bacterias redactoras de sulfato o consorcios microbianos mixtos
(6).Otra fuente de cloro son las sales del ácido hipocloroso como el hipoclorito de sodio,
NaOCl, o de calcio, Ca(OCl2), que funcionan de igual manera que el cloro gaseoso (3).
Otro biocida no oxidante es el dióxido de cloro, es utilizado como sustituto del cloro
gaseoso, no forma ácido hipocloroso en agua pero existe solamente como dióxido de
cloro en solución. En determinadas condiciones operacionales, proporciona una
relación costo/beneficio más ventajosa que el cloro (3).
Los compuestos de bromo forman ácido hipobromoso (HBrO) y se caracterizan por
tener una acción biocida más efectiva que el ácido hipocloroso en un intervalo de pH
amplio. A un pH de 7,5, un 90 % de ácido hipobromoso está presente (solo un 50 % en
el caso del ácido hipocloroso) y se reduce a un 50 % cuando el pH se eleva a 8,7 (sólo
10 % en el caso del ácido hipocloroso) (8).
1.5.2. Biocidas no oxidantes
Pueden ser más efectivos que los biocidas oxidantes debido a que tienen control
sobre algas, fungi y bacterias. Tienen una mayor persistencia y muchos son
independientes del pH.
Las izotiazolinas contienen azufre, nitrógeno y oxígeno. Las Izotiazolinas son
desactivadas por el H2S por lo que no se espera un buen control microbiológico en
ambientes que contengan este compuesto. Son utilizadas en aguas de inyección y
aguas de enfriamiento (2).
Los compuestos de amonio cuaternario constituyen una clase de compuestos
catiónicos que son usados como biocidas e inhibidores de corrosión. Como biocidas los
compuestos de amonio cuaternario actúan sobre las células de los microorganismos
disolviendo los lípidos y causando pérdida a nivel del material celular. Las propiedades
detergentes de estos compuestos proveen una protección adicional contra la formación
de material polisacárido que se forma durante la colonización bacteriana. Los biocidas
conteniendo cuaternarios de amonio pueden ser formulados con una gran variedad de
aditivos, incluyendo hidróxido de potasio, alcoholes y agua (2).
Las aplicaciones principales de los compuestos de amonio cuaternario son en
sistemas cerrados y en separadores gas/líquido. En operaciones de producción de
crudo (recuperación secundaria de crudo) se usan poco ya que pueden afectar la
permeabilidad de las arenas productoras. Además son incompatibles con agentes
oxidantes como el cloro, peróxidos, cromatos, percloratos y permanganato (2).
El glutaraldehído es un componente activo en una gran variedad de biocidas
comerciales usados para el control de hongos, algas y bacterias (bacterias reductoras
de sulfato entre otras y biopelículas bacterianas). Actúa en amplios intervalos de pH y
temperatura. El grupo funcional aldehído es un agente alquilante que reacciona con los
constituyentes básicos de las proteínas (como por ejemplo los grupos: OH-, COOH-, y
SH-) en las membranas de las células, pared celular y el citoplasma (8).
Las formulaciones con glutaraldehído pueden contener agua, metanol, isopropanol o
combinaciones de ambos, estos alcoholes son adicionados con el propósito de mejorar
su capacidad de penetración y para evitar que se congele durante su almacenamiento.
Algunos productos pueden contener de 2 a 5 % de compuestos cuaternarios de amonio
los cuales favorecen la actividad biocida bajo ciertas condiciones. El glutaraldehído es
incompatible con sustancias alcalinas y con ácidos fuertes, además es muy reactivo con
amoníaco y sustancias que contengan aminas (2).
CAPÍTULO II
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Fase I: Tratabilidad en laboratorio
El estudio de selección de biocida para inhibir el crecimiento de B. tunicata a nivel a
nivel de laboratorio consistió en la caracterización fisicoquímica y microbiológica del
agua del Lago de Maracaibo, preservación de la especie en el laboratorio, estudio y
dosificación para inhibir el crecimiento de B. tunicata.
2.1. Condiciones de crecimiento de B. tunicata (efecto del nitrógeno)
Se realizaron varios tratamientos con diferentes niveles de nitrógeno y se midió el
efecto de la concentración del nutriente sobre el crecimiento de la B. tunicata.
2.1.1. Caracterización del Agua del lago de Maracaibo
Se tomaron 5 L de agua a dos metros de profundidad en la zona cercana a la
succión de las bombas de levantamiento de la PIA tres 3 veces por semana durante 21
días y se caracterizó mediante análisis físico-químicos y microbiológicos
determinándose: heterótrofos mesofilos, hongos y levaduras, nitrógeno total, fosforo
total, salinidad, pH, sulfato, dureza total, turbidez, sólidos suspendidos totales, hierro
total, cloruro y temperatura.
Figura 8. Ubicación geográfica de la PIA, Noreste del lago.
2.1.2. Obtención de B. tunicata
Para obtener la biomasa activa de B. tunicata se colocó un cilindro de malla metálica
de 40 cm de largo y 10 cm de diámetro sumergido en el agua circundante a la planta de
inyección de agua a una profundidad aproximada de 1 m, se dejó un tiempo
aproximado de un mes para lograr la adherencia y crecimiento de la especie a su
superficie. Luego el cilindro se trasladó en agua del lago hasta el laboratorio para ser
colocado dentro del microcosmos, donde se simularon las condiciones naturales para
mantener el organismo en su hábitat, debido a que la misma especie formada en la
zona circundante es la responsable de los problemas ocasionados en las plantas de
inyección.
2.1.3. Montaje de microcosmo en el laboratorio
Se integró un microcosmo de 60 cm x 30 cm x 40 cm en el laboratorio para el
crecimiento de Bimeria tunicata, con 45 L de agua de la zona circundante a la PIA, dos
bombas de aire para el suministro de oxígeno (Figura 9) y se depositó el cilindro con
Bimeria tunicata. Se realizaron análisis periódicos en los tiempos cero, siete, quince y
21 días (To, T7, T15 y T21) de heterótrofos mesófilos, nitrógeno total, fósforo total, cloruro,
salinidad, temperatura, pH, sulfato, dureza Total, turbidez, sólidos suspendidos totales,
hierro total y la micro y macro-morfología de Bimeria tunicata.
Figura 9. Microcosmo para el mantenimiento de B. tunicata en el laboratorio.
Para el estudio del efecto del nitrógeno se colocaron aproximadamente 10 g del
organismo en un recipiente con 400 mL de agua del Lago, y se llevó a una incubadora
con agitación continua a 120 rpm y a 25º C (temperatura media del Lago). Se aplicaron
tratamientos a 1,96 mg/L de nitrógeno (concentración media de este nutriente en el
área de la planta), 10 mg/L y 15 mg/L durante 21 días (Figura 10).
Figura 10. Unidades experimentales para realizar efecto de la concentración de nitrógeno.
Se tomaron muestras de agua al inicio y a los 2, 7, 15 y 21 días de incubación y se
determinó en el agua del sistema, nitrógeno. Los heterótrofos mesófilos, fósforo total,
cloruro, salinidad, temperatura, pH, sulfato, dureza total, sólidos suspendidos totales,
hierro total y turbidez, se midieron al inicio y a los 7 y 21 días de incubación. Cada
ensayo se realizó por triplicado (9).
En todos los tratamientos, se registraron las variaciones morfológicas,
macroscópicas tales como color y volumen de B. tunicata y microscópicas tales como
color, forma, animación / inanimacion de B. tunicata. La Tabla 1 resume la metodología
empleada en los análisis realizados.
Tabla 1. Metodología empleada en la determinación de los parámetros microbiológicos y fisicoquímicos
PARÁMETROS MÉTODO
Heterótrofos mesófilos 9215- B Contaje en placa vertida (7)
Hongos y levaduras 9610- B Contaje en placa vertida (7)
Nitrógeno total 4500-NH3 C Kjeldahl Volumétrico (7)
Fósforo total 4500 –C vadanato-molibdato (7)
Cloruros D 512-89 (1999) Titulación con AgNO3 (8)
Salinidad 2520. B Método conductividad
Temperatura 2550 B Métodos de campo y laboratorio (7)
pH 4500-H+ Electrodo selectivo (7)
Sulfato 4500- 2
4
SO E Método turbidimétrico (7)
Dureza total 2340- C Titulación con EDTA (7)
Turbidez 2130-B Método nefelométrico (7)
Sólidos suspendidos totales 2540-D Sólidos suspendidos totales (7)
Hierro total 3500-D Método fenantrolina (7)
2.1.4. Análisis microbiológicos
2.1.4.1. Heterótrofos mesófilos
El contaje de los heterótrofos mesófilos se llevó a cabo mediante la técnica de placa
vertida. Se tomaron 10 mL de la muestra de agua cada unidad experimental y se
adicionaron a un matraz con 90 mL de solución salina peptonada (SSP). De esta
suspensión se tomó 1 mL con una pipeta estéril y se agregó en un tubo de ensayo que
contenía 9 mL de SSP, luego se agitó y sucesivamente se prepararon diluciones
seriadas hasta 10-8. Se tomó una alícuota de 1 mL de cada dilución y se vertió en una
cápsula de Petri después se agregó en la cápsula con el agar plate count combinado
con nistatina para contaje en placa (12-15 mL) fundido, previamente enfriado a 45° C, y
se mezcló por unos minutos para lograr una total dispersión de la muestra en el agar
(Figura 11).
Figura 11. Metodología para el contaje de heterótrofos mesófilos en un medio agar de plate count y hongos y levaduras en un medio agar de clorafenicol.
Una vez lograda tal dispersión, se procedió a incubar por 48 h a 37° C.
Transcurridas estas horas, se colocaron las placas en el contador de colonias marca
Fisher, modelo 133-8001, para obtener el número de colonias presentes. El resultado
de la densidad poblacional de las mismas se expresó en UFC/mL. El procedimiento es
ilustrado en la Figura 11.
2.1.4.2. Hongos y Levaduras
El contaje de hongos y levaduras se llevó a cabo mediante la técnica de placa
vertida. Se tomaron 10 mL de la muestra de agua de los tratamientos y se adicionaron a
un matraz con 90 mL de solución salina peptonada (SSP). De esta suspensión se tomó
1 mL con una pipeta estéril y se agregó en un tubo de ensayo que contenía 9 mL de
SSP, luego se agitó y sucesivamente se prepararon diluciones seriadas hasta 10-8. Se
tomó una alícuota de 1 mL de cada solución y se vertió en una cápsula de Petri
después se agregó en la cápsula el agar clorafenicol combinado con antibiótico para
contaje en placa (12-15 mL) fundido previamente enfriado a 45° C, y se agitó por unos
minutos para lograr una total dispersión de la muestra en el agar. Una vez lograda tal
dispersión, se procedió a incubar por 48 h a 25° C. Transcurridas estas horas, se
colocaron las placas en el contador de colonias marca Fisher, modelo 133-8001 para
obtener el número de colonias presentes. El resultado de la densidad poblacional se
expresó en UFC/mL. El procedimiento fue similar al utilizado para heterótrofos mesófilos
sólo que al agar extracto se le agregó clorafenicol para inhibir el crecimiento de las
bacterias.
2.1.5. Análisis físico-químicos
2.1.5.1. Nitrógeno total Kjeldahl
Se colocaron 50 mL de la muestra de agua de los tratamientos en un tubo digestor y
se agregaron 6 mL de la solución digestora (H2O2 y H2SO4). Paralelamente se preparó
un blanco con 50 mL de agua destilada y 50 mL de un patrón de 50mg/L de nitrógeno,
adicionándoles el mismo volumen de solución digestora de las muestras. Luego se
colocó cada tubo digestor en el equipo (previamente encendido) para digestar. Figura
12.
Finalizada la digestión, el siguiente paso fue la destilación Inicialmente, en un matraz
de 125 mL se agregarón 25 mL de una solución indicadora mixta con ácido bórico
H3BO3 (se preparó una por cada tubo) y se colocaron en el destilador. Antes de colocar
la muestra digestada en el destilador, se le agregaron 25 mL de una solución de NaOH
y tiosulfato de sodio e inmediatamente se procedió a destilar. La destilación finalizó
cuando la solución indicadora cambió de color púrpura hasta color verde.
Luego de terminada la destilación se titularon las muestras, el blanco y el patrón;
para ello, se tomó cada matraz con solución color verdosa y se procedió a titular con
ácido sulfúrico estandarizado 0,1 N hasta que la solución cambió de color desde verde
hasta púrpura, finalmente se registró la cantidad de titulante consumido. (9)
Para calcular la concentración de nitrógeno total kjeldahl, se aplicó la siguiente
fórmula:
Concentración de Nitrógeno total kjeldahl (mg/L) = muestramL
xSOHdxNormalidaBA 14000)( 42
A =Volumen gastado en la titulación de la muestra (mL)
B = Volumen gastado en la titulación del blanco (mL
Figura 12. Equipo de digestión y destilación para nitrógeno total, Kjeldahl
2.1.5.2. Fósforo total
Se tomaron 50 mL de muestra de agua de los tratamientos en un tubo digestor y se
le agregaron 2 mL de H2SO4 al 30 % y 0,5 g de persulfato de potasio. Paralelamente se
preparó un blanco y un patrón de 50 mg/L de fósforo bajo las mismas condiciones de la
muestra y se realizo la curva de calibración. Luego se procedió a digestar en
condiciones de temperatura del lago hasta 10 mL. Después de digestar se dejo enfriar,
se filtró y se le agregó de 2 a 3 gotas de fenolftaleína a cada tubo. Es importante
mantener el pH en 5 para que se pueda dar la reacción. Si al agregar las gotas de
fenolftaleina la muestra no se torno rosado, se procedió a agregar gotas de NaOH hasta
que se torne rosado. Luego se añade gota a gota H2SO4 hasta que la muestra sea
incolora (esto permite ajustar el pH a un valor de 5 aproximadamente). Se le agregó 1
mL de reactivo vadanato-molibdato y se mezcló completamente. Después de 10 min
pero no más de 30 minutos, se midió la absorbancia de cada muestra en un
espectofotómetro HACH DR 2000 (Figura 13) a 880 nm, usando el blanco como
solución referencia. Se calculó la concentración de fósforo a través de una curva de
calibración.
Figura 13. Espectofotómetro HACH DR 2000.
2.1.5.3. Cloruro
Se colocaron 10 mL de la muestra de agua de los tratamientos en un matraz de 500
mL y se diluyó con 100 mL de agua destilada. Se agregaron tres gotas de una solución
indicadora de cromato de potasio, luego se tituló con una solución de nitrato de plata
hasta que se obtuvo un color anaranjado ladrillo final. Paralelamente se tituló un blanco
bajo el mismo procedimiento (9).
Concentración de cloruro (mg/L)
muestramL
AgNOx35000x)blancoVmuestraV( 3
2.1.5.4. Salinidad
La salinidad se determinó a partir de la concentración de cloruro presente en la
muestra de agua de los tratamientos. (9)
Salinidad (mg/L) = 003.01000
805.1)/(
xLmgclorurodeiónConcentrac
2.1.5.5. Temperatura
Para medir la temperatura se introdujo un termómetro marca Fisher y cuyo rango de
medición es 0 a 100º C:
2.1.5.6. Potencial de hidrógeno (pH)
Se colocaron 50 mL de la muestra de agua de los tratamientos en un matraz y se le
introdujo el electrodo del pH-metro, para tomar la lectura después de estabilizar el
equipo.
2.1.5.7. Sulfato
Se prepararon patrones de SO 2
4
y se realizó una curva de calibración en el HACH
DR 2000 (Figura 13) a una longitud de onda de 450 nm. Se filtraron 100 mL de la
muestra y se colocaron 25 mL en la celda HACH y se procedió a añadir el contenido de
un sobre de Sulfa Ver 4 (solución acondicionadora que contiene cloruro de bario,
BaCl2). Se esperaron 5 min para desarrollar la reacción. Para el blanco se llenó una
celda con 25 mL de la muestra de agua de los tratamientos. El cloruro de bario (BaCl2)
reaccionó con los iones sulfato presentes en la muestra, formando un precipitado de
sulfato de bario (BaSO4). La luz absorbida por el sulfato de bario fue medida por el
espectrofotómetro, se comparó con la curva de calibración y se determinó la
concentración de sulfato (9).
2.1.5.8. Dureza total
Se tomaron 10 mL de la muestra de agua de los tratamientos y se diluyó hasta 50
mL con agua destilada, se agregaron 1 mL a 2 mL de solución amortiguadora de cloruro
de amonio y dos gotas del indicador Negro Eriocromo T. Se tituló con EDTA hasta que
la muestra cambió de un color vino tinto a azul. Paralelamente se realizó el mismo
procedimiento con 50 mL de agua destilada. Para calcular la dureza total se aplicó la
siguiente fórmula (9).
Dureza total (mgCaCO3) =muestramL
1000*50*N*)BA(
Donde:
A =Volumen gastado de solución E.D.T.A. en la titulación de la muestra (mL)
B = Volumen gastado de solución E.D.T.A en la titulación del blanco (mL)
N = concentración de E.D.T.A. (normalidad).
2.1.5.9. Turbidez
Se agregaron 25 mL de la muestra de agua de los tratamientos y 25 mL de agua
destilada en celdas Hach. Se seleccionó el método 750 a una longitud de onda de 860
nm, se insertó en primer lugar la celda con agua destilada (blanco) y luego se introdujo
la celda con la muestra.
2.1.5.10. Sólidos Suspendidos Totales
Se secaron y pesaron los filtros. Se tomaron 200 mL de la muestra de agua de
los tratamientos y luego de agitarla muy bien se hizo pasar a través del filtro. Antes de
retirar el filtro del equipo de filtración se lavó con 50 mL de agua destilada. Se retiró el
filtro y se colocó en un platillo de pesadas y se llevó a la estufa a 103° C por una hora.
Transcurrido este tiempo se retiró el filtró y se llevó a un desecador por 20 min,
finalmente se registró su peso final y se calculó los sólidos suspendidos totales
aplicando la siguiente fórmula (9).
Sólidos suspendidos totales (mg/L)= 610xmuestramL
)inicialPesofinalPeso(
2.1.5.11. Hierro total
Se prepararon patrones de hierro y se realizó una curva de calibración en el HACH
DR 2000 (Figura 13) a una longitud de onda de 510 nm. Se colocaron 10 mL de la
muestra de agua de los tratamientos en la celda HACH y se procedió a añadir el
contenido de un sobre de Ferro Ver (solución fenantrolina). Se esperaron 3 min para
desarrollar la reacción. Para el blanco se llenó una celda con 10 mL de la muestra. La
lectura de absorbancia obtenida del espectrofotómetro se comparó con la curva de
calibración y se determinó la concentración de hierro total (9).
2.2. Estudio de selección de biocida
Se realizó un estudio con cuatro biocidas diferentes para establecer el producto y
dosis a emplear que inhiba el crecimiento de Bimeria tunicata. Los productos
evaluados se muestran en la Tabla 2:
Tabla 2. Nomenclatura de los biocidas y dosis inicial
Nombres comerciales de los biocidas
Componente activo Dosis inicial (ppm)
TK-2439 HOBr 12
TK-2410 1.2- Benzisotiazolina + Hipoclorito de sodio
20
BT-4607 Dibromo-dimetil-idantoill
6
Dióxido de cloro Dióxido de Cloro 1
Este ensayó se basó en el procedimiento descrito en la norma API RP-38
Recomendad Practice for Biological of Wastesflood injection water.
La dosis inicial se obtuvo después de realizar curvas de demanda de residual de los
activos de cada biocida con agua del lago. Se aplico diferentes dosis a la misma, y el
valor que satisfizo la demanda de producto, obteniendo un residual, fue la establecida
como inicial para los ensayos en el laboratorio
Se peso 2 g de biomasa se observó su micro morfología, por medio de un
microscopio, se pesó y se introdujo en tubos de ensayo con concentraciones distintas
de cada biocida, como se observa en la Tabla 2, y se dejo reposar un tiempo de
contacto de 2 h. Esta biomasa se filtró con papel de filtro 0,45 µm de tamaño de poro,
se pesó, se observó su micro morfología y se introdujo en agua fresca del lago por un
tiempo de 1 a 2 h. Transcurrido este tiempo se filtró, se observó su micromorfología y se
pesó. La Figura 14 muestra esquemáticamente el procedimiento. Este ensayo se
realizó con una concentración de 1,96 mg/L de nitrógeno (concentración de nitrógeno
aproximada del agua del lago utilizada).
Figura 14. Diagrama de prueba con los biocidas TK-2439, TK-2410, BT-4607 y dióxido de cloro. Norma API RP-38
FASE II: Tratabilidad en el campo
Durante el desarrollo de la investigación en la planta de inyección de agua PIA 1-5
del lago de Maracaibo, se pudieron diferenciar las siguientes etapas:
Comportamiento y adherencia de B. tunicata.
Diseño, construcción y puesta en marcha del circuito de prueba, con cupones para
crecimiento de B. tunicata.
2.3. Comportamiento y adherencia de B. tunicata
En la planta de inyección de agua, al lado del filtro de presión se colocaron 6 pares
de cupones, los cuales fueron ubicados en 6 de las uniones dresser del sistema. Los
cupones utilizados fueron de diferentes tipos de acero al carbono (1020, 1030, 1040).
Se hizo circular el agua durante 21 días y se determinó la superficie de contacto como
superficie para establecer el criterio de crecimiento del organismo y de mantenimiento
de material determinando el color y la forma.
Después de 21 días se selecciono el cupón que presentara mayor adherencia de
Bimeria t. y dichos cupones fueron utilizados en el tratamiento con biocida.
Se puso en contacto por 21 días con diferentes materiales tales como acero al
carbono 1020, 1030 1040 y se determinó la superficie de contacto estableciendo como
criterio, aquel donde ella presentara el mayor crecimiento y mantuviera su color y forma.
El material seleccionado fue malla de acero, 1020 y la forma de los cupones de ensayo
que se utilizaron en el circuito de prueba en campo, fue cilíndrica para poder
introducirlas en una unión dresser y con superficie no lisa para aumentar la superficie
de contacto y facilitar la circulación de agua como fuente de nutrientes de B. tunicata
(19).
2.3. Diseño, construcción y puesta en marcha del circuito de prueba
2.3.1. Puesta en marcha del circuito de prueba con cupones, para
crecimiento de B. tunicata
Para controlar las adherencias de Bimeria tunicata en la plataforma de las plantas de
inyección de agua del lago, se diseñó un circuito experimental para ejecutar la prueba
de campo, que permitió hacer la evaluación y determinar la efectividad de los productos
biocidas controlando su descarga y con un mínimo de impacto ambiental.
Este sistema de prueba no interrumpirá las actividades de la planta y ofrecerá como
ventajas trabajar bajo las mismas condiciones de temperatura, presión y cambios
climáticos durante el crecimiento y desarrollo de Bimeria tunicata.
El circuito estuvo constituido por 16 celdas de PVC Figura 15, dentro de las cuales
se colocaron cilindros de mallas metálicas de acero al carbono 1020.
Figura 15. Circuito de prueba instalado en la PIA 1-5
Cupones de prueba
Entrada de
Agua al
sistema
Descarga
al lago
C
1
D D
Blan
co I
C
2
D D D
C
1
C
2
D
C
1
C
2
DD
C
1
C
2
D: Dosificación de
producto
C1: Celda N° 1
C2: Celda N° 2
D D D
C
1
C
2
D
C
1
C
2
DD
Biocida
C
1
C
2
D
C
1
C
2
Biocida Biocida Biocida
Cupones de prueba
Entrada de
Agua al
sistema
Descarga
al lago
C
1
D D
Blan
co I
C
2
D D
Blan
co I
C
2
D D D
C
1
C
2
D
C
1
C
2
DD
C
1
C
2
D: Dosificación de
producto
C1: Celda N° 1
C2: Celda N° 2
D D D
C
1
C
2
D
C
1
C
2
DD
Biocida
C
1
C
2
D
C
1
C
2
Biocida Biocida Biocida
El montaje se realizó teniendo como objetivo único el expuesto que es evaluar
simultáneamente el desempeño de los productos propuestos, garantizar la
reproducibilidad de los resultados y garantizar al menos dos celdas tratadas por
producto.
Figura 16 Circuito de prueba instalado en la PIA 1-5
Para evitar que el desprendimiento de la B. tunicata por efecto de la fuerza hidráulica
y no del biocida, se calculó un caudal de agua evitando que se mantuviera en flujo
turbulento.
Para un fluido incompresible o Newtoniano como el agua, se considero la ecuación
básica de Reynolds (Figura 17):
D vReN
ynoldsdeúmero
Donde:
tuberíaladeDiámetroD
fluiodoslosdeticacaracterísVelocidadv
fluidodelViscocidad
fluidodelDensidad
D
qynoldsdeúmero 48,1ReN
Donde:
adaspuentuberíaladeDiámetroD
bbdenCaudalq
CpenfluidodelViscocidad
pieLbfluidodelDensidad
lg
/ 3
Figura 17. Diagrama del número de Reynolds para el circuito de prueba PIA 1-5
Para garantizar la formación de biomasa en las celdas de prueba se deben manejar
caudales entre 24 y 26 bbl/día de esta forma el sistema estaría en flujo de transición,
permitiendo la formación de biomasa y protegiendo el desprendimiento, ya que en
pruebas previas con flujo laminar el caudal de agua no fue suficiente para mantener la
formación de Bimeria tunicata y en flujo turbulento desprendía la biomasa.
Las celdas fueron distribuidas de la siguiente manera:
Tres (4) celdas sin tratamiento, como blancos
Tres (3) celdas con TK2439
Tres (3) celdas con ClO2
Tres (3) celdas con Cl2 gas
Tres (3) celdas con TK2410
Los cupones de pruebas con sus respectivas celdas se dejaron disponibles para
revisarlas semanalmente y observar el comportamiento de la especie tratadas por el
período de 21 días. (Figura18).El circuito de prueba se encontraba dentro de una
protección de reja metálica para cuidar la prueba de factores externos que pudieran
afectarla.
Figura 18. Detalle del cupón de prueba y celda de almacenamiento
A cada trío de celdas se instalo una bomba dosificadora independiente con la
finalidad, de mantener la dosificación para cada tratamiento. Los rangos de las bombas
fueron de 0,06 a 150 ml/h y la marca Milton Roy del tipo de desplazamiento positivo.
Cada celda tuvo una válvula para graduar el caudal de agua que circulaba por la misma
y diariamente se revisaba la dosis de tratamiento para cada trío de celdas.
La suma del agua de descarga con tratamiento se hizo por la parte superior a través de
unas mangueras que caían a la bandeja colectora y el agua dosificada con producto
químico fue diluida con las celdas sin tratamiento, para posteriormente ser descargado
al lago (Tabla 3).
Tabla 3. Caudales de agua utilizada en el circuito de prueba en el lago de Maracaibo
Barriles /día Numero de
Reynolds log(bpd) Transición Turbulento
15 2310 1,17609 2100 4000
16 2464 1,20412 2100 4000
17 2618 1,23045 2100 4000
18 2772 1,25527 2100 4000
19 2926 1,27875 2100 4000
20 3080 1,30103 2100 4000
21 3234 1,32222 2100 4000
22 3388 1,34242 2100 4000
23 3542 1,36173 2100 4000
24 3696 1,38021 2100 4000
25 3850 1,39794 2100 4000
26 4004 1,41497 2100 4000
27 4158 1,43136 2100 4000
28 4312 1,44716 2100 4000
29 4466 1,46240 2100 4000
30 4620 1,47712 2100 4000
31 4774 1,49136 2100 4000
32 4928 1,50515 2100 4000
Los elementos del circuito de prueba se presentan para la aplicación de los
tratamientos en el lago de Maracaibo.
El tipo y calidad de los materiales (Tabla 4) que se utilizaron para realizar el circuito
fueron tomados basados en las descripciones de los elementos y circuitos utilizados por
intevep en estudios previos.
Tabla 4. Elementos usados para la fabricación del circuito de prueba en el lago
de Maracaibo
Número Descripción Cantidad función
1 Válvulas de 1" 32 Regular el flujo de agua y admitir el
producto químico
2 Juntas dress 1" 16 Almacenamiento de los cupones de
prueba
3 Uniones T de 1" 32 Medio de unión de la tubería del
circuito y la red de distribución de agua
4 Codos de 1" 90° 50 Conexión entre las tuberías y piezas
5 Niples de 1" De diámetro
y 2" de longitud 40
Ubicados 2 en cada esquina, una en
cada entrada de producto químico y
una en la parte superior en cada
esquina
6 Niples de 1" De diámetro
y 5" de longitud 76
Distribuidas de cuatro en cuatro por
cada celda y 3 en las dos esquinas
7 Niples de 1" De diámetro
y 11 3/4" de longitud 2
Uno a cada lateral del circuito como
base de la armadura
8 Cilindros metálicos de 3
3/8 " de longitud 16
Usados para capturar Bimeria y van
ubicados dentro de las uniones dresser
2.3.2. Instalación, montaje y puesta en marcha del circuito de prueba con
cupones, para crecimiento de B. tunicata
El circuito se alimentó por la parte inferior, con agua del lago, a través de una bomba
de succión (con respaldo) a un caudal entre 24 y 26 bbl/día. El mismo fue medido hasta
garantizar el caudal establecido en la Tabla 3 para la formación de biocapa en los
cilindros metálicos ubicados en el interior de las uniones dreser.
Este sistema se ubicó en el sitio de succión de agua del lago que alimentaba la
planta de inyección para recuperación secundaria. El montaje se concibió con el
objetivo de evaluar todos los biocidas al mismo tiempo y para garantizar el flujo en
transición dentro del sistema. El tratamiento químico fue aplicado en las condiciones
más críticas del sistema, es decir, en presencia de adherencias de B. tunicata, sobre las
celdas de prueba. Se tomó como criterio de evaluación de la efectividad de los
productos, la capacidad de los biocidas para limpiar las adherencias de Bimeria tunicata
y la capacidad de evitar la adherencia de nuevos organismos.
Se puede identificar la evaluación en dos etapas, una inicial que permitió la
formación de biocapa sobre la superficie de los cilindros de malla metálica y una
segunda que permitió la dosificación en las condiciones más adversas. La
bioacumulación tomó tres semanas y la evaluación del producto 21 días continuos.
2.3.3. Instalación de equipos de dosificación y generación de dióxido de
cloro
Los equipos de dosificación, generación de dióxido de cloro necesarios para la
prueba de campo fueron:
Bomba de levantamiento Marca pedrollo para el lago con motor normal de 0,5
HP, 110 V, altura de succión neta de 5-7 m
3 Bomba dosificadora marca ProMinent® , Modelo: MAKRO G/5
MG5A400150SS100D20000, Caudal: 0,06 a 150 mL/h (Por pulso: 1 - 50
microlitro), Presión: máx. 40 bar, Tensión: 115V - 50/60 Hz. (Anexas al equipo
generador de cloro)
3 bombas dosificadoras de desplazamiento positivo marca Milton Roy con
capacidad de 0,6 gal /d
Generador de dióxido Prominent, con accesorios tales como tanques de
almacenamiento de HCl y NaClO2 con capacidad de hasta 150g/h de dióxido de
cloro (Figura 19)
Figura 19. Conexiones del equipo generador de dióxido de cloro
Tanque de 35 L manufacturado en polietileno de color negro, estabilizado contra
la luz ultravioleta, para almacenamiento de TK 2439
Tanque de almacenamiento de agua para lavado y para dilución
Filtro de succión de acero inoxidable (15 µm)
Válvula de inyección en SS
10 m de manguera de teflón. O.D 1,75 mm x ID 1,15 mm
Generador de dióxido de cloro marca Prominent: Modelo, CDK1A12203800
Serial N° / PN 2006068415, Power Suplí 115 V 50/60 Hz 131/133 W 9,5 Amp,
rango de dosis 150 g/h, 10 bar / 145 psi.
2 bombas centrifugas marca Pedrollo de 110 V 0,5 hp, 0,37 KW una para
levantamiento y otra para circulación de água
Bombas de desplazamiento positivo para dosificación: 2 bombas marca milton
roy de 3/4 gph 480
En la instalación del motor de la bomba eléctrica de levantamiento marca Pedrollo
de 0,5 HP se realizo aplicando medidas de seguridad.
2.3.4. Dosificación de productos químicos
En cuanto a la dosificación de los productos, aquellos que se encontraban en estado
líquido estabilizado tales como TK2439 Y TK2410 y BT4607 fueron controlados a través
de las bombas de desplazamiento positivo y almacenados en tanques.
Para el caso del TK2439 se preparó una solución saturada de bromo en el
laboratorio y se diluyó con agua del lago hasta obtener un residual entre 2 y 3 ppm. La
fase activa como biocida es el ácido hipobromoso (HOBr) y el mecanismo de actuación
es idéntico al del cloro en agua (8) el cual se combina rápidamente con el citoplasma de
la célula del organismo desnaturalizando las proteínas. Estas reacciones con las
proteínas interrumpen el proceso metabólico y crean un ambiente indeseable para los
organismos vivos (24).
En el caso del dióxido de cloro, el mismo se produjo en sitio con el equipo generador
de dióxido, a una dosificación de 0,8 a 3 mg/L (ppm), manejando un residual de
0,2mg/L
El equipo trabajó en su rango mínimo, el cual fue 20% de su capacidad, por
seguridad para evitar fluctuaciones en las bombas, por tanto se pudo generar 30g/h y
como la dosis mínima fue de 0,8 ppm se requirió un caudal máximo de alimentación al
sistema de 9 L/s. En la figura 20 se puede observar el sistema.
Canal abierto de entrada de agua cruda
tratada en planta
Tanque de reacción
5.000L
Motobomba de 6.5Hp de
succión de agua del canal
Manguera 2"
Válvula 2"
Manguera 2"
Bomba 2 Hp 2"
Para impulsar el fluido al canalDesalojo del tanque manguera 2"
Agua tratada con dióxido de cloro
Canal mezcla rápida
Suministro Químico
Clariant
Entrada de agua
Cruda al equipo
Manguera1"
Manguera 2"
HCl
ÁcidoAgua de
dilusión
NaClO2
Clorito
PVC 1”
PVC1"
Generador de Dióxido
Prominent
Manguera 1"
agua mezclada con dióxido
Manguera 2"
Figura 20. Diagrama del proceso usado para las pruebas con dióxido de cloro.
Con caudal fijo y el rango de dosis, se calculó el requerimiento de clorito sódico y de
ácido clorhídrico:
El equipo generador de dióxido de cloro fue un reactor químico que tiene una eficiencia
del 95% y el reactivo limitante es clorito de sodio que se encuentra en un medio ácido
en exceso para asegurar la reacción, por tanto por estequiometria se tiene:
5NaCO2 + 4HCl 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
90,5 g/mol 36,5g/mol 67,5 g/mol
5 moles NaCO2 3,8 moles ClO2
1,764 Kg de clorito sódico puro 1 Kg de dióxido de cloro puro
Para producir un kilogramo ClO2 puro se necesitan 7 L de solución NaCO2 al 25% y
7 L de solución de HCl al 30%; Eel ácido en exceso para evitar formación de clorito
produce 1Kg de ClO2. Por tanto, para un caudal de 9 L/s, una dosis de hasta 3 ppm de
dióxido, para una dosificación continua de 48 h, se requiere 4,7Kg de dióxido de cloro,
lo cual se traduce en 33 L de NaCO2 al 25% clorito sódico y 33 L al 30% de ácido
clorhídrico.
El último de los biocidas probado en campo fue el cloro en estado gaseoso, el
mismo se combina con agua y forma ácido hipocloroso e ion hipoclorito, dependiendo
del pH del agua y crea su poder oxidante rompiendo la membrana de la pared celular e
interrumpiendo el proceso metabólico del organismo (8).
Como parámetros de control para todos los tratamientos con biocidas se midieron
los residuales de productos y espesores de B. tunicata que se desarrollaron en la
superficie externa de los cupones de prueba, medidos con un vernier. En esta etapa
experimental en campo los puntos de toma de muestra en el proceso, fueron las salidas
de las celdas con tratamiento de los diferentes biocidas.
CAPÍTULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Crecimiento de la B. tunicata en el laboratorio
La aplicación de las técnicas, métodos y el acondicionamiento del microcosmo
permitieron el desarrollo de la B. tunicata.
3.1.1. Caracterización del agua del lago de Maracaibo
3.1.1.1. Características Físico Químicas
Los resultados de la caracterización físico-química y microbiológica del agua del lago
de Maracaibo (Tabla 5) muestran que el agua presento un pH neutro y alto contenido
salino, que presentó un bajo contenido de nitrógeno total, heterótrofos mesófilos y
hongos y levaduras, mientras que la presencia de nitrógeno amoniacal y nitrato no fue
detectada.
Tabla 5. Caracterización del agua del lago de Maracaibo PIA 1-5 al noreste de lago de Maracaibo.
Análisis Valor
Nitrógeno total Kjeldahl (mg/L) 1,96
Fósforo total (mg/L) 0,95
pH 7,48 Turbidez (NTU) 3,00 Heterótrofos mesófilos (UFC/mL) 12,0E+03
Hongos y levaduras (UFC/mL) 1,0E+02 Hierro total (mg/L) 0,013 Sulfato (mg/L) 314
Dureza total (mg/L) 873 Sólidos suspendidos totales (mg/L) 16 Cloruro (mg/L) 3445 Salinidad (‰) 6,22 Temperatura (° C) 25,0
3.1.1.2. Bacterias heterótrofas mesófilas
El crecimiento bacteriano implica un aumento de la masa celular que conduce a la
multiplicación de microorganismos bajo condiciones favorables del medio en que se
encuentren (8).
El comportamiento del crecimiento alcanzado por los heterótrofos mesófilos en cada
tratamiento se presenta en la Figura 22.
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
1,0E+06
1,0E+08
1,0E+10
1,0E+12
1,0E+14
T0 T7 T21
Tiempo (días)
Hete
rótr
ofo
s M
esó
filo
s (
UF
C/m
l)
1,96 mg/L
10 mg/L
15 mg/L
Figura 21. Valores de crecimiento de heterótrofos mesófilos.
Al inicio del ensayo se observó que el crecimiento bacteriano fue leve ya que los
microorganismos en esta etapa se encuentran en la fase de adaptación donde
necesitan acumular enzimas, coenzimas y productos intermedios esenciales para la
síntesis de sustancias celulares, para luego iniciar el crecimiento bacteriano. Entre los
siete y quince días se observó un crecimiento exponencial de los microorganismos
durante el cual las células se duplicaron a velocidad constante. Cabe destacar que
durante el tiempo que duró el ensayo no se observó la fase estacionaria y declinación o
muerte.
En los tratamientos de 1,96 y 10,0 mg/L de nitrógeno el crecimiento bacteriano fue
mayor en comparación al tratamiento de 15,0 mg/L de nitrógeno. Al aplicar el análisis
de varianza a estos resultados se encontró que al inicio y a los siete días del ensayo del
efecto de la concentración de nitrógeno, no hubo diferencias significativas entre los tres
tratamientos; mientras que a los 21 días se observaron diferencias significativas entre
los tratamientos aplicados (p<0,05).
En todos los tratamientos y control presentaron un incremento exponencial en el
crecimiento bacteriano.
3.1.1.3 Crecimiento de B. tunicata
El crecimiento es definido como cualquier incremento en el tamaño o cantidad del
material y se puede describir en términos de longitud o peso (15). Además del peso, el
crecimiento de B. tunicata se evidenció por la presencia de gónadas en su forma
polipoide (Figura 22).
Figura 22. B. tunicata, microscopio óptico (400X)
En la Figura 23 se observa que a menor concentración de nitrógeno en los
tratamientos, mayor fue el crecimiento de la B. tunicata. Este resultado sugiere que la
especie se desarrolló mejor en su hábitat natural (tratamiento de 1,96 mg/L de
nitrógeno) que en los otros tratamientos. Para el día 15, en el tratamiento de 15,0 mg/L
el crecimiento fue mayor que en el tratamiento con 10,0 mg/L de nitrógeno, este
resultado se debió a que en el primero la cantidad de nitrógeno es más cercana a las
condiciones naturales que en el segundo. Asimismo, en los tratamientos de 10,0 mg/L y
15,0 mg/L para el día 21, la especie disminuyó de peso, lo que significa que la
velocidad de crecimiento fue menor que la velocidad de mortandad puesto que
microscópicamente se pudo observar gónadas en estos tratamientos indicando que la
especie estaba en reproducción (Figura 24).
0
1
2
3
4
T0 T2 T7 T15 T21
Tiempo (días)
Cre
cim
ien
to (
g)
1,96 mg/L
10 mg/L
15 mg/L
Figura 23. Crecimiento de B. tunicata bajo condiciones controladas de laboratorio.
Al aplicar el análisis de varianza se encontró que al inicio y a los siete días del
ensayo del efecto de la concentración de nitrógeno, no hubo diferencias significativas
entre los tres tratamientos; mientras que a los 21 días se observaron diferencias
significativas entre los tratamientos aplicados (p<0,05).
3.1.1.4. Nitrógeno total
El nitrógeno es un nutriente esencial para la vida de los organismos porque es
necesario para la formación de diversos componentes celulares como las proteínas, y
los ácidos nucleicos (8).
El contenido de nitrógeno a lo largo del tiempo se muestra en la Figura 24. Al inicio
del ensayo los valores de nitrógeno para cada tratamiento se fijaron en 1,96 mg/L
(concentración aproximada del agua del lago), 10,0 mg/L y 15,0 mg/L.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
T0 T2 T7 T15 T21
Tiempo (días)
Nit
róg
en
o t
ota
l (m
g/L
)
1,96 mg/L
10 mg/L
15 mg/L
Figura 24. Contenido de nitrógeno total en los ensayos a nivel de laboratorio.
Como se observa en la Figura 24, a los dos días hubo una disminución súbita en el
contenido de nitrógeno en los tratamientos de 10,0 mg/L y 15,0 mg/L., después de este
tiempo el contenido de nitrógeno disminuyó de forma proporcional para los tres
tratamiento y al aplicar el análisis de varianza a estos resultados no se encontró
diferencias significativas (p<0,05) entre los mismos.
Cuando se compara el comportamiento de nitrógeno con el crecimiento bacteriano
se observa que a mayor densidad poblacional de microorganismo mayor es la
utilización de nitrógeno, esto puede deberse a que durante ese período es cuando los
microorganismos se encontraban en su fase logarítmica de crecimiento bacteriano. En
cuanto al crecimiento de B. tunicata en función del nitrógeno se observa que a mayor
crecimiento de la especie mayor es el consumo de nitrógeno, esto se debe a que a
medida que la especie crece va incorporando el nitrógeno en sus tejidos y en esta
misma proporción consume este nutriente. Estos resultados son coincidentes con lo
reportado por Costello (13), quien señalo que el nitrógeno total es consumido por la
hidromedusa Cladonema californicum en una proporción constante a su crecimiento.
A medida que transcurre el tiempo la disponibilidad de este nutriente en el medio va
disminuyendo, observándose una disminución en el crecimiento y desarrollo de la B.
tunicata.
Nitrato
El nitrato es una de las formas del nitrógeno y se produce por la oxidación biológica
del amoniaco debido a microorganismos aerobios. El contenido de nitrato a lo largo del
ensayo se muestra en la Figura 25. Al inicio del ensayo no se detectó presencia de
nitrato en los tratamientos pero a medida que transcurre el tiempo y los
microorganismos crecen el contenido de nitrato aumenta, este proceso es conocido
como nitrificación dentro del ciclo del nitrógeno (8).
Al aplicar el análisis de varianza a los resultados al aplicar el análisis de varianza a
estos resultados no se encontró diferencias significativas entre las concentraciones de
10 mg/L y 15 mg/L (p<0,05).
0
2
4
6
8
10
12
T0 T7 T21
Tiempo (días)
Nit
rato
(m
g/L
)
1,96 mg/L
10 mg/L
15 mg/L
Figura 25. Contenido de nitrato en los ensayos a nivel de laboratorio
Fósforo total
El fósforo es otro nutriente esencial para el desarrollo de los organismos, ya que
interviene en la formación de compuestos energéticos dentro de la célula que se utilizan
en los procesos de reproducción y degradación (4).
El contenido de fósforo total para los tres tratamientos de nitrógeno se muestra en la
Figura 26. En esta Figura se evidencia un ligero aumento de este nutriente en todos los
tratamientos a lo largo del tiempo, esto puede deberse al aumento de la población
microbiana en el tiempo, teniendo algunas bacterias la capacidad de liberar fósforo en
sus proceso metabólico (12). Al aplicar el análisis de varianza a estos resultados no se
encontraron diferencias significativas (p<0,05) entre los tratamientos.
Estos resultados difieren con los obtenidos en los análisis periódicos que se realizó
al microcosmo, ya que para este último el contenido de fósforo fue disminuyendo en el
tiempo. Esta diferencia puede deberse al cambio periódico de agua al microcosmo lo
que produjo que la cantidad de microorganismos no aumentará en la misma proporción
que en los tratamientos y por lo tanto los microorganismos consumían el fósforo para
desarrollarse.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
T0 T7 T21
Tiempo (días)
Fó
sfo
ro (
mg
/L)
1,96 mg/L
10 mg/L
15 mg/L
Figura 26. Contenido de fósforo total en los ensayos a nivel de laboratorio
pH
En general cada organismo tiene un rango de pH dentro del cual es posible el
crecimiento, y posee un pH óptimo donde el crecimiento es mayor (5).
Los valores de pH medidos durante los ensayos se muestran en la Figura 27, donde
se puede observar que el valor del pH se mantiene neutro a lo largo del tiempo en los
tres tratamientos. Al aplicar el análisis de varianza a estos resultados se encontró que
no existen diferencias significativas entre los tratamientos (p<0,05)
Al comparar el pH con el crecimiento de la B. tunicata se observa que el crecimiento
de la especie es favorecido a pH neutros, este resultado da un aporte a lo expuesto por
Rincón y col. (1), quienes señalaron que la especie crece a pH básico (9,3) pero estas
investigadoras no determinaron si se producía crecimiento en otros rangos de pH.
Los microorganismos no pueden tolerar valores extremos de pH ya que, en
condiciones alcalinas o ácidas se hidrolizan algunos componentes microbianos o se
desnaturalizan algunas enzimas; la neutralidad del pH favoreció el crecimiento
microbiano el cual aumentó de forma exponencial durante el ensayo.
6,8
7
7,2
7,4
7,6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tiempo (días)
pH
1,96 mg/L
10,0 mg/L
15,0 mg/L
Figura 27. Comportamiento del pH en los ensayos a nivel de laboratorio
Hierro total
La mayoría de los organismos requieren hierro para su crecimiento puesto que
muchas enzimas y proteínas que cumplen funciones vitales lo contienen (5). Los
valores de hierro total medidos durante el ensayo se muestran en la Figura 28. Para los
tratamientos de nitrógeno, a medida que transcurre el tiempo se observa un ligero
aumento en la concentración de hierro, sin embargo estas variaciones son
despreciables ya que no se encontró diferencias significativas (p<0,05) entre cada
tratamiento.
Para el microcosmo se observa una pequeña disminución en el tiempo, esta
diferencia puede deberse al cambio periódico de agua al microcosmo lo que mantuvo el
crecimiento bacteriano por debajo de los tratamientos necesitando una cantidad mayor
de nutrientes para desarrollarse.
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tiempo (días)
Hie
rro
(m
g/L
)
1,96 mg/L
10,0 mg/L
15,0 mg/L
Figura 28. Contenido de hierro total en los ensayos a nivel de laboratorio.
Cloruro y salinidad
Una de las propiedades morfológica que caracteriza la B. tunicata es la turgencia
(Figura 29), la cual se evidenció durante todo el ensayo a pesar de las altas
concentraciones salinas reportadas (Figura 30 y 31). El análisis de varianza aplicado
muestra que no existen diferencias significativas entre cada tratamiento (p<0,05). Estos
resultados coinciden con lo expuesto por Rincón y col (1) y Vervoot, W (14), quienes
exponen que la B. tunicata prospera en ambiente altamente salinos.
Figura 29. B. tunicata. Observación microscópica (400X)
2.500
2.900
3.300
3.700
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tiempo (días)
Clo
ruro
(m
g/L
)
1,96 mg/L
10,0 mg/L
15 mg/L
Figura 30. Contenido de cloruro en los ensayos de laboratorio.
Control
4
5
6
7
8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tiempo (días)
Sa
lin
ida
d (
‰) 1,96 mg/L
10,0 mg/L
15,0 mg/L
Figura 31. Salinidad en los ensayos a nivel de laboratorio.
El Crecimiento de la B. tunicata fue evaluado en función del cambio de peso
registrado al inicio del ensayo del efecto de la concentración de nitrógeno y en cada
tiempo evaluado.
3.2. Efecto sobre el crecimiento de la especie a nivel de laboratorio
La Tabla 6 muestra los valores de diferencia de peso de la B. tunicata para los
biocidas aplicados. Los valores de crecimiento fueron reportados como diferencia de
peso con respecto al valor medido inicialmente; a medida que esta diferencia de peso
aumenta la B. tunicata disminuye de peso. Los biocidas producen un efecto inhibitorio
sobre el crecimiento de la especie en el tiempo, y al aplicar el análisis de varianza a las
tres dosis se encontraron diferencias significativas (p< 0,05) en el tiempo para la dosis
de 8,0 mg/L de los productos BT-4609 y TK-2439. En las dosis de 4,0 y 6,0 de BT-4609
no se encontraron diferencias significativas en el tiempo.
Control
Tabla 6. Dosis aplicadas de biocidas y pérdida de peso reportada en el laboratorio
Biocida Dosis (mg/L) Pérdida de peso (g)
BT-4609
4,0 0,27
6,0 0,37
8,0 0,04
TK-2439
8,0 0,1
12,0 0,31
16,0 0,06
TK-2410
15,0 0,01
20,0 0,05
25,0 0,1
Dióxido de cloro
0,8 0,42
1,0 0,52
1,2 0,65
Control 0,0 0,0
La tabla 6 muestra los resultados de cada uno de los biocidas usados en el
laboratorio y para el biocida BT-4609 se encontraron diferencias significativas p<0,05)
en el crecimiento de la especie a unas dosis de 4,0 mg/L y 6,0 mg/L con respecto al
control, mientras que para una dosis de 8,0 mg/L no se encontraron diferencias
significativas. Se puede inferir que la mejor dosis inhibitoria para este producto es 6,0
mg/L ya que en esta dosis la pérdida de peso fue la mayor obtenida.
Para el biocida TK-2439 se encontraron diferencias significativas (p<0,05) en el
crecimiento de la especie para las dosis de 12,0 mg/L y 8,0 mg/L con respecto al
control, para una dosis de 16,0 mg/L no se encontraron diferencias significativas. La
mayor pérdida de peso se reportó en la dosis de 12,0 mg/L, este resultado sugiere que
la mejor dosis para este producto es 12,0 mg/L:
Un análisis similar se realizó con el biocida TK-2410, para este producto se
encontraron diferencias significativas (p<0,05) en el crecimiento de la especie entre la
dosis de 25,0 mg/L y el control, mientras que en las dosis de 15,0 mg/L y 20,0 mg/L no
se encontraron diferencias significativas. De acuerdo a este resultado la mejor dosis
para este producto es 25,0 mg/L.
Para el dióxido de cloro, se encontraron diferencias significativas en el crecimiento
de la especie en las tres dosis aplicadas (0,8 mg/L, 1,0 mg/L y 1,2 mg/L) y el control. En
este sentido, se puede decir que la mejor dosis para este producto es 1,2 mg/L ya que
en esta se reportó la mayor pérdida de peso.
De acuerdo a los resultados expuestos anteriormente el dióxido de cloro a una dosis
de 1,2 mg/L tuvo una mejor acción inhibitoria en el crecimiento de la especie puesto que
reporto la mayor pérdida de peso.
En los ensayos obtenidos en el laboratorio se seleccionaron los biocidas que
mejores resultados aportaron. Sin embargo la selección del mejor biocida para la
aplicación en el lago estuvo influenciada por la disponibilidad operativa de la planta;
ejemplo, espacio disponible, acometida eléctrica y lanchas asignadas al traslado de la
misma.
3.3. Selección de biocida y mejor dosis en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5
De acuerdo a la tabla 7 el cloro a una dosis de 1,2 mg/L, el biocida tuvo mejor acción
inhibitoria debido al residual disponible con valor medio de 0,4. El TK-2439 resultó con
mejor acción inhibitoria a una dosis de 25 mg/L con un valor medio residual de 1,5 y el
cloro a una dosis de 30 mg/L con valor medio de 0,3.
De acuerdo a los resultados expuestos anteriormente el TK-2439, a una dosis de 25
mg/L en la prueba de campo, tuvo una mejor acción inhibitoria en el crecimiento de la
especie puesto que obtuvo mayor residual disponible; Sin embargo la aplicación del
dióxido de cloro fue mas eficiente en su efecto sobre el desprendimiento de la B.
tunicata; así, las celdas tratadas con este biocida reportaron, el mayor desprendimiento
de biomasa debido a que después de la aplicación los cupones no presentaron
formación de B. tunicata.
Tabla 7. Resultado de los valores residuales obtenidos de acuerdo a las dosis aplicadas en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5.
BiocidaDosis de
campo (ppm)Lunes Miercoles Viernes Lunes Miercoles Viernes Lunes Miercoles Viernes Lunes Miercoles Viernes
0,8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1,2 0,3 0,4 0,3 0,3 0,5 0,4 0,4 0,5 0,4 0,5 0,4 0,5
15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
25 1,5 2 1,5 2,5 2 1,5 1,5 2 2,5 2,5 2 2,5
25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
30 0,2 0,2 0,5 0,3 0,5 0,2 0,5 0,5 0,5 0,2 0,3 0,3
35 - - - - - - - - - - - -
0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
Semana 4
Tiempo de aplicación
Cloro gas
Control
Semana 1 Semana 2
ClO2
TK 2439
Semana 3
En la tabla 8 se muestra el espesor de la biopelícula desarrollada por la B. tunicata
en los cupones de prueba.
Tabla 8. Resultados de desprendimiento de B. tunicata en cupones de prueba a las dosis aplicadas en el lago de Maracaibo planta PIA 1-5
Productos
Administrados 1 2 3 1 2 1
ClO2 3,14 3,42 2,82 0 0 0
TK2439 2,73 3,26 2,90 1 2 1
Cl2 2,98 3,45 3,31 2 2 2
Celdas control Celdas control
Espesor (mm)
Los resultados de la aplicación de los biocidas sobre la adherencia de la biomasa del
organismo estudiado, se puede inferir el mas eficiente fue el dióxido de cloro, seguido
por TK 2439, siendo menos eficiente la aplicación del cloro gaseoso.
CONCLUSIONES
1. El nitrógeno total es un factor limitante del crecimiento para Bimeria tunicata, la cual
requiere de un rango específico del elemento para su desarrollo. Se pudo observar
que a la concentración de 1,96 mg/L de nitrógeno, el organismo aumentó su
biomasa, sin embargo, a concentraciones superiores el incremento de biomasa fue
mucho menor, probablemente porque la concentración de nitrógeno se convirtió en
un factor limitante del crecimiento.
2. El dióxido de cloro fue el biocida más eficiente en controlar el crecimiento de Bimeria
tunicata; sin embargo, todos los biocidas aplicados tuvieron efecto sobre el
crecimiento del organismo, lo cual se apreció en la disminución de la biomasa.
3. La mejor dosis a nivel de laboratorio, en el tratamiento para el control del crecimiento
de Bimeria tunicata, fue 1,2 mg/L de dióxido de cloro a un tiempo de contacto de 3
horas, seguido por el BT-4609 y TK-2439.
4. A nivel de campo, la dosis en el tratamiento para el control del crecimiento de la
especie que arrojo mayores valores residuales fueron en orden de eficiencia; TK-
2439 (25 mg/L), dióxido de cloro (1,2 mg/L), cloro gas (mg/L).
5. Los resultados obtenidos de esta investigación permiten afirmar que el cloro
gaseoso puede ser sustituido por el dióxido de cloro y/o el TK-2439 (en dosis más
altas), para incrementar la eficiencia del tratamiento y prevenir las emisiones del gas
al ambiente.
RECOMENDACIONES
6. Estudiar el crecimiento de la Bimeria tunicata a diferentes valores de pH.
7. Estudiar los efectos futuros de la aplicación de los biocidas seleccionados.
8. Evaluar el efecto de otros factores abióticos como: fósforo, salinidad, pH y
temperatura, sobre el crecimiento de la especie.
9. Evaluar el efecto de los biocidas sobre el crecimiento de la B. tunicata a tiempos de
contacto menores a tres horas, con observaciones a mayor tiempo.
10. Evaluar el efecto inhibitorio del biocida TK-2410 a dosis mayores de las estudiadas
en esta investigación.
11. Utilizar técnicas de microscopia electrónica para evaluar mejor el crecimiento y las
modificaciones morfológicas de la especie a nivel microscópico.
12. Realizar estudios de la B. tunicata complementados y relacionados con las algas y
bacterias presentes.
