INTRODUCCIÓN

La industria petrolera es considerada como una actividad fuertemente generadora de problemas ambientales. En efecto, en las diferentes etapas de exploración, explotación, producción y transporte del crudo se generan desechos, los cuales deben disponerse y tratarse de forma ambiental efectiva debido a su efecto negativo sobre los diferentes componentes de los ecosistemas; de lo contrario, se convierten en pasivos ambientales (^{Arellano 2008}). Asimismo, la producción petrolera implica el manejo y potencial derrame de hidrocarburos, los cuales son importantes contaminantes ambientales (^{Konečný et al. 2003}, ^{Gay et al. 2010}, ^{López-Hernández 2010}). Por la facilidad como se distribuyen en ambientes acuáticos, los agentes contaminantes pueden generar alta toxicidad en los diferentes componentes de las cadenas tróficas, en tanto que la contaminación por actividades petroleras en ambientes terrestres también puede producir un profundo deterioro; no obstante, puede aminorarse en cierta forma, ya que los componentes (orgánicos e inorgánicos) de los suelos contribuyen con su metabolismo interno a desintoxicar los ambientes afectados (^{Hernández-Valencia y Mager 2003}, ^{López-Hernández 2010}), a la vez que sirven como sumideros de sustancias extrañas al ambiente.

Las características intrínsecas de los ambientes terrestres que determinan la detención o difusión de la contaminación son el tamaño de las partículas (o tamaño granulométrico) y su reactividad, representada por las característica de cargas y la capacidad adsorptiva de iones y moléculas, propiedades íntimamente relacionadas con el contenido de materia orgánica y abundancia de minerales de arcilla (^{Weil y Brady 2017}, ^{López-Hernández y Bates 2018}). Asimismo, la actividad biológica del suelo (microorganismos y fauna del suelo) juegan un papel muy importante en los procesos de descontaminación por biorremediación (^{Macaulay y Rees 2014}, ^{Nagkirti et al. 2017}).

En la implementación de las actividades de perforación y extracción de crudos es necesaria la utilización de un conjunto de aditivos químicos, entre los que destacan los siguientes: barita (sulfato de bario), bentonita, cal (hidróxido de calcio), gasoil, soda cáustica (hidróxido de sodio) y diferentes polímeros, lignosulfonatos, lignitos y lignina. Estas sustancias pasan a formar parte de los fluidos de perforación, por lo que se pueden convertir en potenciales agentes contaminantes para los ambientes terrestres. Para el manejo de esa situación, el Instituto de Tecnología Venezolana para el Petróleo (Intevep), en conjunto con las filiales de petróleos de Venezuela, inició un estudio sobre tratamientos y disposición de lodos provenientes de los fluidos de perforación (^{Liendo et al. 1991}).

Para tal fin, los fluidos (aguas residuales, hidrocarburos acompañantes y desechos de la actividad de perforación) se depositan primero en una fosa, previamente impermeabilizada con una membrana epóxica para evitar la percolación del gasoil y otros contaminantes al subsuelo (^{Liendo et al. 1991}, ^{Arellano 2008}). Posteriormente, mediante el uso de sifones se separa la fase de hidrocarburos de las aguas residuales (AR), siendo estas últimas transportadas a una nueva fosa denominada fosa de floculación. Ahí las AR son tratadas con un agente floculante (sulfato de aluminio); si el pH del agua tratada es menor a 6.5, se le añade cal con el objeto de controlar la acidez. Realizadas estas operaciones, las aguas resultantes deben ser claras y sin restos de hidrocarburos; por tanto, con condición adecuada para ser regadas al ambiente.

El tratamiento que se realiza en la fosa de floculación-coagulación tiene la finalidad de precipitar las arcillas que se encuentran como coloides cargados. El sulfato de aluminio es un buen agente floculante; sin embargo, este compuesto se hidroliza con facilidad generando bajos pH, de ahí la necesidad del encalado (^{Weil y Brady 2017}). No es recomendable que las aguas con pH ácidos se rieguen al ambiente, no sólo por su acidez per se, sino porque a bajos pH los metales pesados que acompañan a los lodos de perforación se encuentran en formas altamente solubles (^{Lindsay 2001}) y constituyen un riesgo potencial de contaminación. Ha habido inquietud de parte de la industria petrolera venezolana por conocer los efectos de estas aguas residuales sobre los ecosistemas terrestres circunvecinos, especialmente en los acuíferos de zonas cercanas a las fosas de tratamientos y en los compartimentos de suelos y vegetación.

Esta contribución tiene como objetivo analizar los niveles de sales solubles y metales pesados en los suelos adyacentes a pozos petroleros, antes y después del riego con aguas floculadas y sin tratamiento de floculación.

MATERIALES Y MÉTODOS

Descripción general del área de estudio

El estudio se realizó en los alrededores de El Furrial, Estado Monagas (9º 41’ N y 63º 27’ O, altitud 120 msnm), en un área de sabana afectada por la perforación y el manejo de pozos petroleros (Fig. 1). El clima de los llanos de Monagas es del tipo Awg’i según Koeppen, correspondiente a clima tropical seco con temperaturas y precipitación media anual de 26.42 ºC y 1480 mm, respectivamente.

Fig. 1 Localización del área de estudio (El Furrial, Estado Monagas, Venezuela). El recuadro que indica la ubicación del Estado Monagas no está en escala. 

Los depósitos aluviales que cubren gran parte de las llanuras de Monagas se originaron en las antiguas sedimentaciones de pie de monte con largo tiempo de evolución pedogenética dando origen a Oxisoles y Ultisoles de texturas arenosas, con pH ácido y baja fertilidad natural (^{Colina et al. 1983}). Los suelos de la sabana estudiada se ubican dentro del grupo Oxic-Paleustults, franco arenoso dentro del orden de los Ultisoles. El paisaje dominante es de altiplanicie, dentro del subpaisaje de mesa conservada (mesa plano-ondulada con escurrimiento difuso) y con erosión laminar (^{Colina et al. 1983}), mientras que la vegetación natural está constituida principalmente por gramíneas de sabanas dominadas por Trachypogon sp. y Axonopus sp.

RESULTADOS

DISCUSIÓN

La explotación petrolera es una actividad que implica procesos complejos que tienen un gran potencial para afectar al ambiente, dañando los ecosistemas y en casos extremos hasta la salud de las poblaciones humanas (^{Gay et al. 2010}). Relativamente pocos estudios han abordado el impacto de la disposición de fluidos de perforación petrolera en el sistema suelo-planta-agua. Algunas investigaciones han señalado que los altos niveles de sales solubles, metales pesados y residuos de petróleo presentes en los fluidos de perforación son perjudiciales para la calidad del suelo y el crecimiento de las plantas (^{Wojtanowicz 2008}, ^{Zvomuya et al. 2011}). Sin embargo, la información no es del todo concluyente, ya que en algunos estudios se reporta un impacto positivo (o nulo) de los fluidos cuando éstos se aplican en dosis bajas a suelos de regiones áridas con texturas gruesas, como consecuencia del incremento de pH, la potencial adición de micronutrientes y el mejoramiento general de las propiedades del suelo (^{Bauder et al. 2005}, ^{Magalhães et al. 2014}, ^{Yao y Naeth 2014}). Son pocos los estudios que se han centrado en la liberación de elementos tóxicos de los fluidos de perforación de pozos petroleros, y su efecto en el suelo y los ecosistemas acuáticos (^{Zvomuya et al. 2011}, ^{Purser y Thomsen 2012}).

Los suelos analizados (tanto los correspondientes a los diferentes pozos estudiados como el suelo de la parcela experimental) corresponden en general a Ultisoles franco arenosos, por lo que todos los testigos analizados presentaron bajos niveles de pH (4.10-5.20), producto de un lavado intenso de los cationes básicos (Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Na⁺, K⁺) y el predominio de los cationes ácidos (Al³⁺, H⁺), tanto en los sitios de intercambio como en la solución del suelo. El contenido de sales de las aguas provenientes de efluentes de pozos petroleros que son regadas a las sabanas es mucho más alto que el que corresponde normalmente a las aguas de lluvias. La acidez natural de esos suelos fue ligeramente neutralizada con las dosis utilizadas de los efluentes (efluente tratado y efluente no tratado o crudo). Al comparar los diferentes tratamientos y los testigos, se encontraron diferencias estadísticamente significativas para el pH. Es importante señalar que, en casi todos los casos, las muestras de suelo tratadas con las aguas de perforación fueron recolectadas varios meses después de haber realizado el riego, lo que indica que aun transcurrido ese lapso de tiempo se observa el efecto de los tratamientos sobre el pH de los suelos de la zona. Resultados similares fueron presentados en ensayos con lodos y aguas de perforación en suelos cultivados (^{Whitfill y Boyd 1987}).

Con base en los resultados obtenidos para los macroelementos y microelementos analizados, se concluye que después de un tiempo de haber efectuado el riego no hay mayor alteración de la composición química del suelo tratado con los efluentes que provienen de la fosa de coagulación-floculación, ya que los análisis estadísticos de los resultados obtenidos para el contenido de esos elementos en los suelos y sus respectivos testigos señalan que no hubo diferencias estadísticamente significativas. Asimismo los altos niveles de Ca presentes en los efluentes provenientes de los pozos petroleros no afectaron de manera significativa el nivel del Ca soluble en el suelo.

En el experimento con riego controlado, el Na y el Al fueron los únicos que presentaron diferencias estadísticamente significativas (Na, F = 8.05; Al, F = 3.11; α = 0.05) cuando se compararon los suelos tratados con sus respectivos testigos. Esto se reflejó en una mayor concentración de Na y en algunos casos una disminución del contenido de Al luego del tratamiento con el efluente (Cuadros III y IV). Sin embargo, según reportes de la literatura los valores de Al y metales pesados en los suelos están generalmente sometidos a una alta variabilidad (^{Vallejo-Torres y López-Hernández 1993}), lo que dificulta la interpretación de resultados. En el caso del Ca y el Mg, estos mayores niveles no constituirían problema alguno para el ambiente; al contrario, debido a los bajos pH de estos suelos, dichos nutrientes actuarían como sustancias encalantes, mejorando la fertilidad natural del suelo y disminuyendo los niveles de Al soluble. No se puede afirmar lo mismo del Na, ya que éste no es considerado esencial para el desarrollo de las plantas, según reportes de la literatura, aunque sí se considera dentro de la dieta del ganado. Se ha señalado que los fluidos que contienen altas concentraciones de sales causan efectos significativos en el suelo y la vegetación (Sampaio et al. 2015). Los niveles de Na que se incorporan podrían constituir un problema ambiental delicado si los mismos se acumulan en suelos con mal drenaje, lo que podría inducir una salinización sódica. Ahora bien, en el caso específico del área de estudio, aunque se encontraron niveles importantes de Na en los suelos tratados, que contribuyen a desplazar el K del complejo de cambio en los suelos regados con AR, se debe descartar el peligro de salinización, ya que este elemento no tiende a permanecer por mucho tiempo en el perfil de los suelos estudiados debido a su buen drenaje y a la adecuada precipitación de la región. Tampoco los niveles de Ca y el pH fueron lo suficientemente altos para que se generaran sales carbonatadas. Más aún, el incremento del pH de los suelos tratados con dosis importantes del efluente (dosis alta en el experimento con riego controlado), no llega a valores extremos, lo que corrobora que no hay riesgo de salinización.

CONCLUSIONES

El tratamiento de coagulación-floculación reduce las concentraciones de Ca, Na, Ba y Al presentes en los fluidos de perforación. En las AR tratadas se observa un efecto positivo, ya que el pH de los suelos ácidos aumenta; asimismo, las concentraciones de Na de las AR tratadas con la técnica de coagulación-floculación disminuyen los niveles de Al soluble en el suelo. Tampoco se encontraron niveles altos de metales pesados (Fe, Mn, Cu y Zn) en los suelos, ya que las formas solubles de esos elementos decaen con la concomitante subida de pH.

No existe un riesgo ambiental potencial debido a los niveles de Na soluble que las AR transfieren al ambiente, ya que el buen drenaje interno de estos Ultisoles y la adecuada precipitación de la zona permiten el pronto desalojo de sales sin peligro de inducción de salinización; sin embargo, se recomienda una estricta vigilancia, en particular de los niveles de pH de las aguas residuales antes de ser regadas a las sabanas circunvecinas.