8 Hidrocarburos

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Copyright 2007 por TECSUP

Contaminacin por Petrleo y Gas Natural Tecsup Agosto 2007

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INDICE

1. Introduccin ....................................................................................... 3 2. Objetivos ............................................................................................. 3 3. Los efectos de la contaminacin por petrleo................................ 3 4. El poder descontaminante de la propia naturaleza ...................... 5 5. Biotecnologa del petrleo ................................................................ 6 6. Biorremediacin de hidrocarburos ................................................. 7 7. Manejo ambiental en camisea ........................................................ 10 8. Contaminacin por gas natural ..................................................... 12 9. Contaminacin en los pozos de petrleo ..................................... 13 10. Tratamiento de lodos de perforacin............................................ 14 11. Prueba de autoevaluacin .............................................................. 17 12. Solucin a la prueba de autoevaluacin....................................... 18 13. Enlaces web ...................................................................................... 19 14. Tarea acadmica............................................................................... 19

Tecsup Contaminacin por Petrleo y Gas Natural Agosto 2007

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1. INTRODUCCIN

Los derrames de petrleo en el mar, ros o el mismo pozo, determinan un grado de contaminacin que tienen tremendas consecuencia con el medio ambiente y tambin afecta las comunidades que estn cerca de los yacimientos. El caso de la explotacin del gas de Camisea, implica tambin compromisos de ndole ambiental, con la comunidad, el entorno y el medio ambiente. Ante la eventualidad de los derrames de hidrocarburos en tierra, ro o mar, la naturaleza reacciona a travs de microorganismos que la metabolizan, es decir, las procesan convirtindolas en sustancias inocuas, este proceso puede ser muy largo. Los estudiosos han desarrollado tecnologas, como la biorremediacin que permite resolver el problema de contaminacin.

2. OBJETIVOS

Plantear soluciones a los problemas de derrames de petrleo. Describir el proceso de biorremediacin. Diferenciar los diversos tipos de alternativas para

contrarrestar los derrames de petrleo. Describir la contaminacin al utilizar el gas natural.

3. LOS EFECTOS DE LA CONTAMINACIN POR PETRLEO

Los efectos del petrleo sobre los ecosistemas marinos dependen de factores como: Tipo de petrleo (crudo o refinado), Cantidad, Distancia del sitio contaminado con la playa, poca del ao, Condiciones atmosfricas, Temperatura media del agua y Corrientes ocenicas.

Los hidrocarburos forman con el agua una capa impermeable que obstaculiza el paso de la luz solar que utiliza el fitoplancton para realizar el proceso de la fotosntesis, interfiere el intercambio gaseoso, cubren la piel y las branquias de los animales acuticos provocndoles la muerte por asfixia.


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El petrleo derramado en el mar se evapora o es degradado en un proceso muy lento por bacterias. Los hidrocarburos orgnicos voltiles matan inmediatamente a varios tipos de organismos acuticos, especialmente en etapa larvaria. En las aguas calientes se evapora a la atmsfera la mayor parte de este tipo de hidrocarburos en uno o dos das y en aguas fras este proceso puede tardar hasta una semana.

Esta capa de petrleo destruye el aislamiento trmico natural de los animales acuticos y tambin afecta su capacidad para flotar, por lo cual mueren de fro o porque se hunden y ahogan. Las capas de petrleo en el ocano

son degradadas por bacterias pero es un proceso lento en aguas calientes y mucho ms lento en aguas fras. Los componentes pesados del petrleo se hunden hasta el fondo del mar y pueden matar organismos que habitan en las profundidades como los crustceos. Adems los que quedan vivos no son adecuados para su consumo. La mayora de los ecosistemas marinos expuestos a grandes cantidades de petrleo crudo requieren unos 3 aos para su recuperacin. Sin embargo, los ecosistemas marinos contaminados por petrleo refinado, en especial en los estuarios, requieren de 10 aos o ms para su recuperacin. El derrame de petrleo causado por la embarcacin Barge Florida en Cabo Cod, en 1969, todava 20 aos despus se encontraron trazas de petrleo en los sedimentos marinos y en tejidos de algunos animales marinos.


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La contaminacin de las playas por petrleo causa serios problemas econmicos a los habitantes de las costas porque pierden ingresos por la actividad pesquera y la turstica. Las playas contaminadas por petrleo requieren de al menos un ao para su recuperacin, pueden limpiarse eficazmente. Tambin se considera que algunos componentes qumicos del petrleo pueden interferir con algunas sustancia qumicas como las feromonas que los animales marinos secretan para llevar a cabo procesos vitales y de comunicacin. Estos compuestos qumicos les sirven para realizar diferentes procesos como escapar de los animales de presa, atraccin sexual, seleccin de su hbitat y la alimentacin.

4. EL PODER DESCONTAMINANTE DE LA PROPIA NATURALEZA

Mientras tanto, el ecosistema natural est trabajando sin descanso en respuesta a la contaminacin con hidrocarburos. Se conoce perfectamente que algunas bacterias del suelo aumentan el proceso microbiolgico el cual puede a su vez, degradar y descomponer el aceite mineral y restituirlo al ciclo natural en una forma no txica. Se ha comprobado la biodegradacin de hidrocarburos hasta en aguas marinas. La naturaleza puede subsanar incluso los peores daos ambientales ocasionados por hidrocarburos del petrleo empleando para ello su capacidad de autoregeneracin, siempre y cuando sta tenga tiempo para hacerlo. Para lo anterior, podran ser necesarias varias decenas de aos hasta que el crudo se haya descompuesto totalmente, a menos que el hombre promueva el proceso apoyando a los microorganismos en ese trabajo.

El principio bsico del proceso de biorremediacin consiste en la destruccin de la estructura de los hidrocarburos para

convertirlos en los componentes no txicos de bixido de carbono, agua y biomasa

Trabajadores controlando un derrame de petrleo


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Esto se logra mediante el cultivo de bacterias endmicas con capacidad de adaptacin a las condiciones ambientales y a las caractersticas del suelo en el sitio del tratamiento. Las respectivas muestras microbiolgicas originales (blancos) fueron tomadas de los perfiles del suelo alrededor de los sitios contaminados.

El proceso en cuestin consisti en la inoculacin del material contaminado por petrleo con varias cepas de microorganismos combinadas con aminocidos, enzimas, vitaminas, minerales y nutrientes que mejoran la bioreceptividad y la capacidad metablica de las bacterias aumentando su capacidad de oxigenacin y mineralizacin de los hidrocarburos. Tal como cualquier otro organismo, los pequeos comedores de petrleo necesitan alimentos para vivir y multiplicarse, incluso carbono, fsforo, nitrgeno y oligoelementos; en otras palabras, con su enorme apetito por los hidrocarburos, las bacterias literalmente se los comen y van limpiando el suelo.

5. BIOTECNOLOGA DEL PETRLEO

A medida que ha sido posible transformar genticamente a los seres vivos y hacer intercambio de material gentico entre especies, se han generado nuevos procesos, entre ellos la aplicacin de la biotecnologa a la industria petrolera. Hoy, se reconoce la necesidad de introducir tecnologas limpias en el procesamiento del petrleo, reducir consumo energtico y disminuir la contaminacin. Por ello, la biotecnologa ha empezado a ser utilizada en proyectos de investigacin que permitan el bio-procesamiento del petrleo disminuyendo la contaminacin por ejemplo:


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Remocin biolgica de azufre por bacterias; Remocin de metales por enzimas y Transformacin de asfaltenos en crudos ms ligeros por

accin biolgica.

Se logra un doble propsito: el producto tiene mayor valor agregado y el bioproceso es ms limpio y barato. Otra rea de la industria petrolera en la que se investiga y que utiliza procesos biolgicos --aerbicos y anaerbicos-- es la biorremediacin de efluentes, aguas residuales y sitios contaminados con hidrocarburos o subproductos petroleros. Tambin se ha empezado a utilizar la biorremocin de compuestos orgnicos txicos o desagradables, por medio de bacterias presentes en un filtro cuya actividad metablica transforma y/o elimina estos compuestos. La biorremediacin de suelos contaminados con petrleo es desarrollada para limpiar y/o disminuir el contenido de hidrocarburos de diferentes niveles de toxicidad presentes en los suelos despus de ocurrido un derrame; son numerosas las metodologas biolgicas que se utilizan con este propsito, pero todas estn basadas en la capacidad de los microorganismos de biotransformar compuestos orgnicos, por lo general hacia productos menos txicos o de ms fcil degradacin.

6. BIORREMEDIACIN DE HIDROCARBUROS

La descomposicin microbiana de hidrocarburos es de considerable importancia econmica y ambiental por los perjuicios que ocasiona. Una de las principales causas de contaminacin del ambiente son los derrames de petrleo, tal como ocurri en marzo de 1989 cuando el superpetrolero Exxon Valdez choc con varios icebergs en el estrecho del Prncipe Guillermo en Alaska, derramando 11 millones de galones de petrleo en el agua ocasionando un impacto ecolgico inimaginable cuyo gasto de limpieza se estim en U$ 1 500 millones.


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Los hidrocarburos varan en su habilidad de ser degradados, los derrames de estos en el agua tienden a formar lminas en la superficie en donde el viento y el oleaje crean microscpicas emulsiones. Esto permite que los microorganismos predominantemente bacterias (pseudomonas, corinebacterias y micobacterias), algunas levaduras y hasta algas verdes tengan una mayor superficie de contacto con la partcula, facilitando el acceso a la misma y permitiendo su degradacin.

Pero la biorremediacin en el agua se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes debido a que estos generalmente se encuentran en bajas concentraciones, por lo que generalmente tras


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un derrame se adiciona fsforo y nitrgeno como forma de estimular el crecimiento de los microorganismos que potencialmente degradarn el hidrocarburo. En el caso de que el derrame sea en el suelo el proceso es diferente, la oxidacin es llevada a cabo por hongos y bacterias y el movimiento del hidrocarburo es ms vertical, adems el proceso de humificacin tiende a atrapar el residuo hacindolo ms persistente.

En este caso el factor limitante no est en la disponibilidad de nutrientes sino que la disponibilidad de oxigeno es baja, por lo que se debe airear el suelo o agregar perxido de hidrogeno (H2O2) para mejora el proceso. En los derrames, la fraccin de hidrocarburo ms voltil es evaporada con facilidad dejando a los componentes alifticos y aromticos para ser oxidado por diversos grupos de microorganismos. En experimentos llevados a cabo tras los derrames de petrleo se demuestra que el nmero de bacterias oxidantes aumenta de 103 a 106 veces poco despus del mismo y en condiciones favorables ms del 80% de los componentes no voltiles son oxidados entre 6 meses y un ao del derrame. Algunas fracciones, como los hidrocarburos de cadena ramificada y los policclicos, permanecen mucho ms tiempo en el ambiente principalmente si llegan a zonas anaerobias ocasionando perjuicios a largo plazo.

Estacin de tratamiento de derrames de petrleo.

Un antes y un despus del proceso de biorremedicin.


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7. MANEJO AMBIENTAL EN CAMISEA

Las operaciones en Camisea se desarrollan en un rea muy extensa y sensible, que cuenta con una considerable variedad en trminos de geografa, clima, flora y fauna, as como de grupos tnicos. Se ha elaborado un Estudio de Impacto Ambiental y Social (EIA) para evaluar el impacto potencial del Proyecto Camisea sobre el medio ambiente y el estilo de vida del rea y para disear planes adecuados de prevencin y mitigacin. Se han elaborado tres EIAs, uno para cada segmento del Proyecto. Environmental Resources Management (ERM), Walsh Per S.A. y Consorcio Pacific S.A. fueron las agencias de consultora ambiental a cargo de llevar a cabo el EIA y todos sus componentes para los segmentos Explotacin, Transporte y Distribucin, respectivamente. Los tres EIAs incluyen un Estudio de Impacto Social y un Plan de Manejo Social y Ambiental, en los cuales se proponen medidas de mitigacin para los impactos identificados. Los EIA fueron elaborados de conformidad con los requisitos de la legislacin ambiental para el Sector de Hidrocarburos en el Per. Tanto el consorcio del Upstream como TGP han coordinado los siguientes principios socio-ambientales:

Cumplimiento de la legislacin socio-ambiental y de las

Polticas Corporativas de los Consorcios sobre temas de Medio Ambiente, Salud y Seguridad.

Respeto hacia las Comunidades: Poltica del "Buen Vecino". Respeto por la propiedad y tenencia de tierras. Colaboracin con el Gobierno del Per para cubrir las

necesidades locales Desarrollo sostenible. Reconocimiento de alta sensibilidad y biodiversidad de la

regin.


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En el ao 2000 se inici un primer proceso de consulta dirigido por el Gobierno del Per, con la activa colaboracin de Pluspetrol, ERM, TGP y Walsh. Se celebraron diversas reuniones con varias de las principales partes interesadas agencias gubernamentales, organizaciones indgenas y poblaciones indgenas- con la finalidad de presentar el proyecto y familiarizarlos con el mismo, escuchar sus preocupaciones y pedir sus comentarios y opiniones. Todo ello con el objeto de incorporar los resultados al proyecto y as mejorar continuamente su desarrollo. Pluspetrol y ERM llevaron a cabo el proceso de consulta e informacin, empleando una metodologa basndose en la organizacin de talleres, en las 22 comunidades nativas del rea de influencia directa e indirecta del Proyecto de Explotacin. ERM llev a cabo su propio proceso de consulta para el EIA. Los resultados de ste fueron presentados a las comunidades por Pluspetrol y ERM durante las reuniones, mientras que el Plan de Manejo Ambiental (PMA) fue presentado por la agencia de consultora ambiental Medio Ambiente y Energa (EMA). Se realizaron once audiencias pblicas en relacin con los diferentes componentes del proyecto en setiembre del 2001 y marzo del 2002: 3 para la seccin Explotacin, 7 para Transporte y una para Distribucin.

Asimismo, a lo largo del 2001 se llev a cabo un activo dilogo participativo, el mismo que contina hasta la fecha.

La zona de Camisea se caracteriza por su biodiversidad y no debe afectarse lo ms mnimo esta caracterstica de la selva peruana.


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8. CONTAMINACIN POR GAS NATURAL

El gas natural es una fuente extremadamente importante de la energa para reducir la contaminacin y mantener un ambiente limpio y sano. Adems de ser una fuente abundante y segura de la energa, el uso del gas natural tambin ofrece un nmero de ventajas ambientales sobre otras fuentes de la energa, particularmente otros combustibles fsiles. Esta seccin discutir los efectos ambientales del gas natural, en los trminos de emisiones as como las consecuencias para el medio ambiente de la industria del gas natural s mismo. Emisiones de la combustin del gas natural El gas natural est el ms limpio de todos los combustibles fsiles. Integrado sobre todo por el metano, los productos principales de la combustin del gas natural son bixido de carbono y vapor de agua, los mismos compuestos que exhalamos cuando respiramos. El carbn y el aceite se componen de molculas mucho ms complejas, con un cociente ms alto del carbn y un contenido ms alto del nitrgeno y del sulfuro. Esto significa que cuando combustiona, niveles ms altos del lanzamiento del carbn y del aceite de emisiones daosas, incluyendo un cociente ms alto de las emisiones del carbn, xidos del nitrgeno (NOx) y dixido de sulfuro (SO2). El carbn y el fuel-oil tambin lanzan las partculas en el ambiente, las sustancias de la ceniza que no se queman sino que por el contrario se llevan en la atmsfera y no contribuyen a la contaminacin. La combustin del gas natural, por otra parte, lanza cantidades muy pequeas de xidos del dixido y del nitrgeno de sulfuro, virtualmente ninguna ceniza o materia de partculas y niveles ms bajos del bixido de carbono, del monxido de carbono y de otros hidrocarburos reactivos.


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Agente

contaminador Gas Natural Aceite Carbn

Bixido de carbono 117 000 164 000 208 000

Monxido de carbono 40 33 208 xidos del nitrgeno 92 448 457 Dixido de sulfuro 1 1 122 2 591 Particulates 7 84 2 744 Mercurio 0,000 0,007 0,016 Fuente: EIA - ediciones del gas natural y tendencias 1998

Cuando decimos que el metano es combustible, significa que es posible quemarlo. Qumicamente, este proceso consiste en una reaccin entre el metano y el oxgeno. Cuando ocurre esta reaccin, el resultado es bixido de carbono (CO2), agua (H2 O) y mucha energa. La ecuacin para representar la combustin del metano:

9. CONTAMINACIN EN LOS POZOS DE PETRLEO

El aspecto ambiental en la perforacin de pozos, en sus comienzos fue pobre, pero el auge mundial por el mantenimiento del medio ambiente, fue calando en nuestro pas, generando as una legislacin que regulara este aspecto. Dependiendo del tamao y caractersticas del proyecto este requiere un Estudio de Impacto Ambiental (EIA) con su respectivo Plan de Manejo Ambiental (PAMA); el estudio, declara la lnea base ambiental del rea y los posibles impactos al medio ambiente del proyecto y el plan, expresa el compromiso ante la autoridad ambiental, en cuanto a: uso de los recursos, afectacin, control, mitigacin y compensacin ambiental, adems, cada proyecto debe de tener interventora ambiental para garantizar el

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) + 891 kJ


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cumplimiento de los compromisos adquiridos, incluso en el aspecto tnico-social. Ciertos proyectos por su baja afectacin ambiental no requieren licencia, no obstante, deben presentar una Declaracin de Efecto y Manejo Ambiental (DEMA). Pero cuando la licencia es requerida, debe obtenerse de la siguiente manera, en forma general y especfica.

10. TRATAMIENTO DE LODOS DE PERFORACIN

Principalmente las aguas son ms propensas a contaminacin, estas son captadas para consumo humano o para los servicios operacionales del pozo; las aguas producto del uso domstico deben ser tratadas mediante biodegradacin volviendo a la naturaleza a travs de pozos spticos o mediante campos de infiltracin. Situacin diferente se vive con las aguas industriales, que agrupan, desde el agua lluvia que cae dentro del rea de accin del pozo, pasando por la que se usa para producir lodos de perforacin, hasta la que proviene de las formaciones atravesadas,


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llegando a las piscinas de cortes, donde quedan almacenados los slidos que tengan, como se muestra en la figura bajo estas lneas, luego el lquido pasa a la trampa de grasa, para luego pasar a tres piscinas. De manera consecutiva, estas son:

Piscina de floculacin y decantacin, donde se eliminan los

slidos y grasas que an contengan. Piscina de aireacin, donde se homogeniza la mezcla, para

luego determinar la cantidad y tipo de qumicos necesarios para dejar el agua en condiciones de ser devuelta al medio natural.

Piscina de oxigenacin, aqu el agua ya se encuentra lista para retornar al medio ya sea por vertimiento o aspersin, segn indique el Ministerio de Medio Ambiente.

Para los fluidos de perforacin observa: En cuanto a los slidos, si son de producto domstico, pueden ser incinerados o llevados a un relleno sanitario; pero los industriales, como los que proceden del lodo de perforacin, se retiran mediante un sistema de control de slidos, contenido en el Sistema Circulatorio del Pozo, siendo encapsulados posteriormente sus posibles contaminantes para ser enterrados en una fosa totalmente impermeabilizada. Paralelamente con lo que conlleva el instalar y operar un pozo, se afectan tambin la fauna y flora del rea, pues posiblemente para llegar al campo sea necesario construir carreteras, adems de quitar la capa vegetal del sitio exacto donde se localiza el pozo, inclusive ahora es prctica comn cultivar esta capa para despus de terminar el pozo y retirar los equipos ser colocada nuevamente; tambin se observa un impacto en el estilo de vida de los grupos sociales del territorio, debido a diferentes variables, como la llegada del personal del taladro, que eventualmente, si resulta productor comercial, representa el inicio de todo un desarrollo del yacimiento, implicando ms pozos, construccin de facilidades y asentamientos considerables de personal relativo a la industria, aunado al comercio que se mueve alrededor del cubrimiento de las necesidades de las compaas y de su personal (tiendas, bases de operacin, comercio regular, transporte, carreteras, etc.). Justificando la creacin y mantenimiento de toda una poltica ambiental, alrededor de cada proceso inherente al desarrollo de las operaciones en una perforacin.

Si bien los fluidos son esenciales para perforar con xito un pozo de petrleo, tambin pueden convertirse en uno de los aspectos ms problemticos de una operacin de perforacin. Se debe


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disponer de los recortes que se sacan del pozo, as como de cualquier fluido de perforacin que permanece unido a ellos. Y aunque el dao ambiental en el sitio del pozo es relativamente pequeo, puesto que se confina slo a la vecindad de la operacin de perforacin, el impacto ambiental cerca del equipo de perforacin puede ser importante. El grado de impacto que los fluidos de perforacin tienen en el ambiente depende de la clase de lodo utilizado y las condiciones ambientales predominantes. Mar adentro, en general, los lodos a base de agua son los que provocan un menor dao en comparacin con los aqullos a base de petrleo. (En contraste, las descargas de desechos de perforacin en tierra tienen diferentes tipos de impacto y el contenido de sal del lodo puede presentar mayores problemas que el contenido de hidrocarburos).

Alrededor del rea inmediata al equipo de perforacin, existe una zona de recuperacin donde habitan plantas y animales que son capaces de tolerar algn grado de contaminacin. Los organismos menos tolerantes, que viven ms lejos de la fuente de contaminacin, reaparecen de manera gradual en el rea cercana al equipo a medida que el sitio se recupera. Gran parte de la destruccin ocurre dentro de los 500 metros del sitio del equipo de perforacin, pero se han reportado efectos biolgicos a 10 km


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de distancia. Cuando se perfora mar adentro en regiones donde hay fuertes corrientes marinas, los recortes que se descargan tienden a esparcirse, dejando una cubierta ms delgada cerca del sitio de descarga en el lecho marino. Esto los hace an ms susceptibles a la accin de los microorganismos que actan para degradar el fluido de perforacin arrastrado, lo que acelera la recuperacin del lecho marino. La contaminacin de los buques petroleros se resumen en el siguiente cuadro sinptico:

11. PRUEBA DE AUTOEVALUACIN

1.- Qu factores influyen en los ecosistemas por derrames de petrleo? 2.- Cul es el principio bsico de biorremediacin? 3.- Cul es el mecanismo de dilucin del petrleo en el agua de mar? 4.- En qu consisten los procesos de bioprocesamiento de derrames?


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5.- Qu tipos de bacteria producen la degradacin en el derrame de petrleo?

12. SOLUCIN A LA PRUEBA DE AUTOEVALUACIN

1.- Los factores que influyen en el ecosistema por derrame de petrleo: Tipos de petrleo. Cantidad de petrleo. Distancia del sitio contaminado con la playa. Condicin atmosfrica. Temperatura media. Corriente ocenica.

2.- Consiste en una destruccin de la estructura de los hidrocarburos para convertirlos en los componentes no txicos de bixido de carbono, agua y biomasa. 3.- Los derrames de estos en el agua tienden a formar lminas en la superficie, donde el viento y el oleaje crean microscpicas emulsiones. Estos microorganismos tienen mayor superficie de contacto permitiendo su degradacin. 4.- Disminuye la contaminacin por: Remocin biolgica de azufre por bacterias. Remocin de metales por enzimas. Transformacin de alfaltenos en crudos ms ligeros por accin

biolgica.

5.- Las bacterias usadas son: pseudomonas, corinebacterias y microbacterias.


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13. ENLACES WEB

http://www.usc.es/uscmn/investigacion/documento/Prestige-Biorremediaci%F3n.pdf

http://www.oei.org.co/sii/entrega20/art08.htm http://www.gtz.org.mx/sitios-

contam/articulos/Bioremed_Mex2.pdf http://strategis.ic.gc.ca/Ces_Web/_matrices_.cfm?indicator=

soil_Chemical&target=spanish http://www.slb.com/seed/es/watch/mud/env.htm

14. TAREA ACADMICA

Para complementar la informacin del tema 4 le presentamos el Anexo 4 del texto, titulado: Biorremediacin del Medio Ambiente contaminado por vertidos petrolferos. Le recomendamos leerlo cuidadosamente pues es seguro que de su contenido se extraigan preguntas para el Examen Final.

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