13. descontaminación de suelos13. descontaminación de...
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Suelos contaminados. Primeras experiencias. Situación hoy
13. Descontaminación de suelos13. Descontaminación de suelos
11
Técnicas de descontaminación:
- Aislamiento- Físico-Químicas- Biorremediación
22
Suelos contaminados. HoySuelos contaminados. Hoy
• comprobación de la situación• reconocimiento de las posibilidades
En Holanda
1981 → 350 sitios → 1.000 mill. €
1995 → 300.000 sitios → 50 bill. €
• nuevos planteamientos
� no máximo control: prioridades y niveles
� costes / resultado
� multifuncionalidad / funcionalidad
• objetivos
� reducción de riesgos� protección humana / ambiental� reducción mantenimiento
Superfund sites : lugares contaminados (abandonados o sin control) con riesgo potencial parael ecosistema o el ser humano.
Consideraciones (CLARINET)Consideraciones (CLARINET)
origen vías receptor
• procedencia: histórica o actual
� naturaleza del contaminante
� concentración del contaminante
� fraccionamiento y especiación
� propiedades del suelo
� usos del suelo
� niveles de contaminación
• caracterización
origen
• mediosuelo, agua, aire
� naturaleza del contaminante
� concentración del contaminante
� especiación del contaminante
� propiedades del suelo
• velocidad
vías
origen vías receptor
Consideraciones (CLARINET)Consideraciones (CLARINET)
• vías de exposicióningestión, inhalación, dérmica
niños, ancianos, adultosanimales, vegetalesecosistema
• tipo de receptores
receptor
• tiempo de exposicióndías al añonumero de años
origen vías receptor
Consideraciones (CLARINET)Consideraciones (CLARINET)
Metodología de trabajo (CLARINET)Metodología de trabajo (CLARINET)
• caracterización de la contaminaciónvaloración de riesgosestablecimiento de prioridades
elección de la técnica adecuadadesarrollo del método
• planteamiento de la limpieza
• control de rendimientos
valoración de la reutilización del suelovaloración de costes / beneficios (económicos y medio ambientales)
valoración de la evolución a largo plazo
Esquema de trabajo. 3 fases esenciales
7,5 %
6,3 %
Descontaminación. Primeras experienciasDescontaminación. Primeras experiencias
1980/90
• confinamiento en vertederos
• protesta generalizada de la comunidad científica¡Los suelos son un bien muy valioso!
• aparición primeras legislaciones
Descontaminación. HoyDescontaminación. Hoy
Prohibición de anular suelos reutilizables
1. caracterización de la contaminación
2. planteamiento de los métodos de descontaminación
3. definición de costes con obligación de realizar los tratamientosadecuados siempre que no se superen unos costes máximos
Legislación holandesa
Centro Gubernamental para el Tratamiento del Suelo de Holanda
1990/2003 → 19 mill tn
37% no aptos para reutilización → aislamiento
☞ Fase I. Valoración preliminar (Preliminary site assessment).
Valoración general de la contaminación y su peligrosidad.
Caracterización del sitio (edafología, geología, hidrología, población, ...)
Inspección del sitio y valoración in situ de la problemática.
☞ Fase II. Investigación detallada (Initial site investigation).
Naturaleza, localización, extensión y procedencia.
Muestreo superficial y con pozos. Análisis en el laboratorio.
Planificación de un proyecto de descontaminación de suelosPlanificación de un proyecto de descontaminación de suelos
☞ Fase III. Planificación (Remedial investigation/feasibility study).
Valoración de riesgos. Medidas urgentes de protección inmediata.
Definición de los objetivos de la limpieza y delimitación de las concentraciones máximas permisibles de contaminantes.
Posibles alternativas de remediación (comportamientos previsibles, probable efectividad, costes del proceso y costes del seguimiento) y su discusión.
Elección de la alternativa más recomendable.
☞ Fase IV. Plan de actuación (Record of Decision).
Planificación práctica de la alternativa más fiable.
Ensayo piloto y planteamiento final.
Estudio detallado de parámetros técnicos y seguimiento temporal.
Estudio de resultados y planificación del seguimiento posterior.
Planificación de un proyecto de descontaminación de suelosPlanificación de un proyecto de descontaminación de suelos
Laboriosos, complejos, lentos, costosos, de resultados incompletos.
¡Prevenir mejor que descontaminar!
Presupuesto para descontaminar la Mina de pirita de Sudburi (Canadá)
Recuperar o destruir
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos
• In situ
• Ex situ � on site� off site
In situIn situ
tratamiento
depuracióngases
líquidos
aislarextraer
inmovilizardestruir
suelolimpio
suelocontaminado
In situIn situ
☞ ☞ ☞ ☞ Ventajas
• Costes bajos
☞ ☞ ☞ ☞ Inconvenientes
• Accesibilidad (superficial o puntual)
• Duración larga
• Comprobación de los resultados
EX situ: off siteEX situ: off site
suelocontaminado
planta detratamiento
planta dedepuración
gases y líquidos
residuos
transporte
suelo limpio
excavación
EX situ: on siteEX situ: on site
suelocontaminado
planta detratamiento
suelo limpio
planta dedepuración
gases y líquidos
residuos
excavación
Ex situEx situ
☞ ☞ ☞ ☞ Ventajas• Accesibilidad
• Homogeneización
• Fácil manejo en situaciones controladas
• Obtención de análisis
• Eficacia del tratamiento
• Duración del tratamiento
☞ ☞ ☞ ☞ Inconvenientes• Excavación• Transporte• Costes
� almacenamiento : vertederos controlados
� protección superficial : recubrimientos
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD
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Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
� almacenamiento : vertederos controlados� protección superficial : recubrimientos
� pantallas de aislamiento : paredes impermeables
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD
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� almacenamiento : vertederos controlados� protección superficial : recubrimientos
� pantallas de aislamiento : paredes impermeables
� sellado in situ : encapsulado
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD
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� almacenamiento : vertederos controlados
� protección superficial : recubrimientos
� pantallas de aislamiento : paredes impermeables
� sellado in situ : encapsulado
� estabilización/solidificación
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos
Procesos físicos o químicos, in-situ o ex-situ
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Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
� almacenamiento : vertederos controlados
� protección superficial : recubrimientos
� pantallas de aislamiento : paredes impermeables
� sellado in situ : encapsulado
� estabilización/solidificación
� vitrificación
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos
Calentamiento > 1.200º C para fundir al suelo junto a contaminantes.
Destrucción total del suelo, obteniéndose un residuo vítreo como la obsidiana.
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Ex situ (O
n site)S
imilar al in situ pero en hornos (>
1.500ºC).
Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
� almacenamiento : vertederos controlados
� protección superficial : recubrimientos
� pantallas de aislamiento : paredes impermeables
� sellado in situ : encapsulado
� estabilización/solidificación
� vitrificación
� incineración
1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos
Calentamiento, 870-1.200ºC en un horno.
Destrucción total suelo y contaminantes, dando gases y cenizas.
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Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
� Arrastre� Lavado
� Tratamiento químico
� Tratamiento electroquímico
� Desorción térmica
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicas
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD
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Extracción por fluidos (aire = arrastre; agua = lavado)
� Arrastre:
por inyección de aire (Air Sparging)
mediante vacío (Soil Vapor Extraction)
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicas
Soil Vapor Extraction (SVE)
inyección de airearrastre
Air Sparging
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� Arrastre. Extracción por aire.
Contaminantes volátiles:
Presión de vapor de mercurio < 0,5 mm y bajo peso
molecular: xileno, benceno, tolueno, tetracloruro de
carbono, tricloroetano, cloruro de metilo, etc.
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD
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Costes: 150 – 300 $/ m3 suelo
� Arrastre. Extracción por aire.
� Lavado. Extracción por agua con y sin aditivos (ácidos, bases,
tensioactivos).
Contaminantes solubles en agua. Metales pesados,
cianuros metálicos, disolventes nitrogenados,
hidrocarburos aromáticos, gasolinas, aceites minerales,
organoclorados, policlorobifenilos, etc
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD
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Costes: 300 $/ m3 suelo
� Arrastre.
� Lavado.
� Tratamiento químico. Reacciones de oxidación. Oxígeno y agua
oxigenada. Extracción por ácidos y reactivos orgánicos.
Aldehidos, ácidos orgánicos, fenoles, cianuros y
plaguicidas organoclorados.
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD
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Costes: 200 – 800 $/ m3 suelo
� Arrastre.
� Lavado.
� Tratamiento químico.
� Tratamiento electroquímico. Migración tras aplicación de
corriente eléctrica (ánodo – cátodo).
Metales pesados y compuestos orgánicos.
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD
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n.
Costes: 120 $/ m3 suelo
� Arrastre.
� Lavado.
� Tratamiento químico.
� Tratamiento electroquímico.
� Desorción térmica. Volatilización de contaminantes mediante
calor en cámara.
Contaminantes volátiles (herbicidas clorados y PAHs),
algunos metales pesados.
2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD
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Costes: 200 – 400 $/ m3 suelo
In situ- Bioventing- Biorremediación- Bioaumentación- Fitorremediación
Ex situ- Biopilas- Compostaje- Landfarming- Lodos
3. Biorremediación3. Biorremediación
Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD
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TÉCNICAS BIOLÓGICAS
Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de
sus actividades metabólicas.
Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo
(nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)
Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos
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BIOVENTING
CONCEPTOInyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la
concentración de oxígeno y estimular la biodegradación. Utiliza bajas tasas de flujo (diferencia con Soil Vacuum Extraction (SVE))
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio – largo plazo (meses – años)
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APLICABILIDAD
LIMITACIONES
- Hidrocarburos del petróleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros orgánicos (fuels).- Favorece la degradación de VOCs por la lenta migración hacia zonas biológicamente activas del suelo.- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgánicos (cambio de estado de valencia, cambio en movilidad)
- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.- Posible emisión de vapores (control y monitoreo)- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio)- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradación.- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediación.
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BIOVENTING
COSTES 10 - 70 $ (8 – 55 €) m3 suelo
BIORREMEDIACIÓN
CONCEPTOEstimulación de la actividad de microorganismos del suelo (o
inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas ricas en nutrientes o productos enmendantes y sautradas en oxígeno disuelto.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
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APLICABILIDAD
- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extraíbles por volatilidad (SVE))- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas de extracción, limpieza o remoción.
Aeróbica:Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular
Anaeróbica:Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)
(a veces el residuo puede ser más tóxico; ej: TCE = cloruro de vinilo)
Podredumbres blancas (hongos):Enzimas que degradan lignina. Aplicadas al TNT (laboratorio)
BIORREMEDIACIÓND
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COSTES
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)- Bloqueo de pozos de inyección nutrientes (colonización de orgs.)- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Se requiere tratamiento del agua extraída.
30 - 100 $ (25 – 80 €) m3 suelo
LIMITACIONES
BIORREMEDIACIÓND
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BIOAUMENTACIÓN
CONCEPTOIntroducción en el suelo de organismos seleccionados,
adaptados o genéticamente modificados para degradar contaminantes específicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
Los tratamientos electroquímicos pueden mejorar los resultados
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APLICABILIDAD
- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.- Descontaminación de campos de batalla (US Dep. Defense).
Organismos más usados:
Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.
Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.
BIOAUMENTACIÓND
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COSTES
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)- Texturas finas o suelos heterogéneos (limitan el contacto entre los microorganismos y el contaminante)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Poco efectiva para contaminantes inorgánicos.
25 - 105 $ (20 – 80 €) m3 suelo
LIMITACIONES
BIOAUMENTACIÓND
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FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar
y destruir contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
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FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOAbsorción de contaminantes (inorgánicos o radionucléidos)
por plantas y traslocación / acumulación en raíz, tallo y/o hojas.
Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante / kg suelo.(algunas se usan con fines extractivos, minería (Ni, Cu))
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FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
Biodisponibilidad:Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, CuModerada: Co, Mn, FeBaja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Cítrico ∆ biodisp.)
EspecieThlaspi caerulescensThlaspi calaminare
Haumaniastrum robertiiHaumaniastrum katangense
Ipomoea alpinaThlaspi rotundifolum subsp.
Macadamia neutrophyllaAlyssum bertoloniiBerkheya coddii
Psychotria douarreiAstragalus pattersoni
Iberis intermediaAtriplex confertifolia
Pteris vittata
ElementoCd, Zn
ZnCoCuCuPbMnNiNiNiSeTlUAs
Conc. (mg/kg)3000, 10000
100001020083561230082005500013400170004750060003070100
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COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.- Adaptación de las plantas al medio contaminado (tolerancia).- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).- Condiciones climáticas.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
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FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOMetabolismo o degradación enzimática de contaminantes
orgánicos en el interior de la planta, transformándolos en no-tóxicos o disminuyendo su toxicidad (incluye la fitovolatilización).
Procesos:- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificación).- Degradación en CO2 y H2O.
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Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trófica.- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorción de los contaminantes (lixiviados).- Está en fase de investigación.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
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FITOESTABILIZACIÓN
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProducción de compuestos químicos por las plantas para
inmovilizar contaminantes en la interfase suelo – raíz.
Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros métodos de remediación fracasan.
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COSTES
- Grado de contaminación del suelo.- Condiciones climáticas adversas.- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).- No extrae ni degrada contaminantes, sólo los inmoviliza.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITORREMEDIACIÓN
FITOESTABILIZACIÓND
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FITORREMEDIACIÓN
FITOESTIMULACIÓN
CONCEPTODegradación de contaminantes orgánicos (plaguicidas,
PAHs y disolventes orgánicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la rizosfera (biodegradación por rizosfera mejorada o rizodegradación).
Mecanismos en la rizosfera:- La exudación de compuestos mejora la activ. microbiana.- Oxigenación del suelo (transformaciones aeróbicas)- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.- Las micorrízas (hongos) degradan contaminantes orgánicos.- Mejora del hábitat para poblaciones microbianas.
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COSTES
- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.- Efectiva sólo en sitios con bajo grado de contaminación.- Está en fase de investigación.
10 – 150 (8 – 115 €) $ m3 suelo
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FITORREMEDIACIÓN
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VENTAJAS
- Bajo coste.- Preserva el suelo (no destruye su estructura ni fertilidad).- Evita dispersión y lavado de contaminantes.- Inmoviliza o degrada contaminantes (orgánicos).- Efectiva para cont. Inorgánicos.- Aceptación social (ecológica).
INCONVENIENTES
FITORREMEDIACIÓN
- Lenta (años).- Producción de biomasa baja (densidad y longitud raíz).- Contaminación elevada = toxicidad de la planta.- Tratamiento de plantas, riesgo a la cadena trófica.- Condiciones climáticas adversas.
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BIOPILAS
CONCEPTOMezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y
confinamiento en montones estáticos sometidos a aireación (inyección o vacío) y recogida de gases y lixiviado para su tratamiento.
DESCRIPCIÓN
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
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APLICABILIDAD
- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.- Incrementa la biodegradación favoreciendo las condiciones de humedad, temperatura, nutrientes, oxígeno y pH.- Impermeabilización completa de la pila (acompañar con técnicas de recogida y tratamiento de gases y lixiviados).
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COSTES130 - 260 $ (100 – 200 €) m3 suelo
LIMITACIONES
- Excavación del suelo = riesgo de liberación de VOCs.- Test previos de biodegradación del contaminante (cálculo de tasas de aireación y nutrientes).- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.- Uniformidad cuestionable (proceso estático, no mezcla periódica).
BIOPILASD
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COMPOSTAJE
CONCEPTOMezcla de suelo contaminado con materiales porosos y
enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación (incremento de temperatura ).
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
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APLICABILIDAD
- Explosivos y PAHs.- Mantener condiciones de oxidación (aireación), humedad (irrigación) y temperatura (54 – 65 ºC)- Métodos de aireación:
· Mezcla mecánica de montones (la más usada)· Estática, inyección o bombeo en pilas.· Agitación mecánica en contenedores.
- Controlar la emisión de VOCs y SVOCs.
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COSTES
150 – 180 – 220 $ (115 – 140 – 170 €) m3 sueloMezcla mecánica – Estática – Agitación mecánica
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.- La excavación del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
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LANDFARMING
CONCEPTODisposición del suelo contaminado en capas lineales y
remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación (humedad, nutrientes, etc.)
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
DESCRIPCIÓN
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APLICABILIDAD
- Hidrocarburos del petróleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.- Recogida y tratamiento de escorrentías y lixiviados.
LANDFARMINGD
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COSTES
150 $ (115 €) m3 suelo
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.- La excavación del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
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LODOS
CONCEPTOMezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos,
para favorecer la biodegradación al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante, dentro de un “bioreactor”.
Técnica a corto - medio plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
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APLICABILIDAD
- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCsal excavar un suelo).- Biorreactores secuenciales aeróbicos/anaeróbicos, mejoran la remediación de PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.- 1º Tamizar suelo; 2º Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3º Añadir oxígeno y nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4º Filtrado y secado del suelo y tratamiento de resíduos.
LODOSD
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COSTES
160 - 210 $ (125 - 165 €) m3 suelo
LIMITACIONES
- Tamizado previo del suelo (caro).- Problemática en suelos heterogéneos y arcillosos. - Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes (caro).
LODOSD
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MÉ
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SDescontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.
COMPARATIVA DE MÉTODOS
Las más usadas:In situ: Bioventing y Fitorremediación; Ex situ: Landfarming
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COSTE DEL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS CONTAMINADOS
Tratamientos in situ (en €/m3 suelo)Técnicas de extracción 50-80Técnicas biológicas 50-80
Tratamientos ex situRECUPERACIÓNExcavación y transporte 15-30Relleno con suelo limpio 15Limpieza de suelos 150-200Biorremediación 150-200ELIMINACIÓNIncineración 100-500Solidificación 100-150Vitrificación 250
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