LOS SUELOS CONTAMINADOS LOS SUELOS CONTAMINADOS LOS SUELOS CONTAMINADOS LOS SUELOS CONTAMINADOS

Y SU GESTIÓNY SU GESTIÓNY SU GESTIÓNY SU GESTIÓN

Master en Planificación Territorial y Gestión Ambie ntal UTEM - UB

METODOLOGIAS DE SANEAMIENTO DE SUELOS

TECNICAS “OFF SITE”

TECNICAS “ON SITE”

TECNICAS “IN SITU”

AISLAMIENTO O MACROENCAPSULACION

CONTROL FASE LÍQUIDA

AISLAMIENTO O MACROENCAPSULACION

Control hidráulico

METODOS DE SANEAMIENTO DE SUELOS

Físicos: Extracción, Solidificación-estabilización

Químicos: Degradación química, Deshalogenación

Electroquímicos: Vitrificación

Térmicos: Incineración

Biológicos: Degradación biológica, Fitorestauración

FÍSICOSSoil washing

Soil flushing

Solidificación / Estabilización

Vitrificación

ELECTROCINETICA

TÉCNICAS ALTERNATIVAS

• menor riesgo sanitario y ambiental

• menores costos económicos

• menores impactos negativos sobre la calidad de suelos yaguas subterráneas

• menor cantidad de subproductos residuales

BIORREMEDIACIÓN microbiana

Consisten en el uso de microorganismos (levaduras, hongos y bacterias) para descomponer o degradar sustancias contaminantes peligrosas presentes en suelos, sedimentos o aguas subterráneas, bien a sustancias de carácter menos tóxico, bien a sustancias inocuas para la salud humana y los ecosistemas.

TIPOS DE COMPUESTOS SUSCEPTIBLES

SUELOS

plaguicidas

gasoil

gasolina

aceites pesados

HTPs

compuestos halogenados

explosivos

AGUAS SUBTERRÁNEAS

plaguicidas

gasoil

gasolina

aceites pesados

HTPs

compuestos halogenados

explosivos

nitratos

Estos sistemas se basan en la digestión de las sustancias orgánicas por los microorganismos. De aquellas obtienen los microorganismos la fuente de carbononecesaria para el crecimiento de sus células y una fuente de energíapara llevar a cabo todas las funciones metabólicas que necesitan para su crecimiento.

PRINCIPIO

REACCIONES Y PROCESOS

• reacciones de oxido-reducción

• procesos de sorción

• intercambio iónico

• reacciones de complejación

• quelación

TRANSFORMACIONES MÁS FRECUENTES

REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN

DADOR DE e- ACEPTOR DE e-

CONT. ORGANICO OXÍGENO, NITROGENO, HIERRO (III), AZUFRE y DIÓXIDO DE CARBONO

DEGRADACIÓN AEROBIA

DEGRADACIÓN AEROBIA

DEGRADACIÓN AEROBIA

DEGRADACIÓN ANAEROBIA

DEGRADACIÓN ANAEROBIA

DEGRADABILIDAD

DINÁMICA DE LOS CONTAMINANTES

CONSIDERACIONES

La biodegradación, la absorción, y la difusión ocurren simultáneamente.

Los índices de biodegradación de productos químicos absorbidos son generalmente más bajos en suelo que en agua.

Los índices de biodegradación en suelos son función del coeficiente de difusión, y del coeficiente de sorción Kd o Koc de los contaminantes, de la distancia entre el sitio de la absorción y las poblaciones microbianas que pueden degradarlos, y de la constante de la tasa de biodegradación.

TIPOS BIORREMEDIACIÓN MICROBIANA

• BIORREMEDIACIÓN IN SITU

• BIORREMEDIACIÓN ON SITE

• BIORREMEDIACIÓN OFF SITE

• BIORREMEDIACIÓN AUMENTADA

microorganismos

• BIORREMEDIACIÓN NO AUMENTADA

activadores (aire, oxígeno, agua, nutrientes)

• BIOESTIMULACIÓN

• BIOVENTING

EXXON VALDEZ

MICROORGANISMOS

� autóctonos, presentes en las matrices afectadas BD

� inoculados previo aislamiento de otros sistemas BRA

� modificados genéticamente BRA

MICROORGANISMOS NATURALES DEGRADADORES DE PETRÓLEO

BIORREMEDIACIÓN AUMENTADA

Aplicaciones. Suelos contaminados con herbicidas (2,4-D), insecticidas (Lindano, Clordano, Paratión), clorofenoles(PCP) y nitrofenoles, BPCs, HTPs y HAPs. También para suelos con concentraciones relativamente altas de metales.

Limitaciones. Antes de llevarla a cabo deben realizarse cultivos de enriquecimiento, aislar microorganismos capaces de cometabolizar o utilizar el contaminante como fuente de carbono, y cultivarlos hasta obtener grandes cantidades de biomasa.

Costos y tiempos de remediación. Es una tecnología que puede durar varios meses o años, y su utilización no implica mucho capital ni costos de operación en las citadas condiciones.

BDA: PREPARADOS COMERCIALES

ENVIRONOC 101

Cultivos unicelulares que atacan diversas moléculas derivadas de hidrocarburos bajo condiciones aeróbicas y de oxigeno limitado.

Hongos:

Gram + y Gram – con un amplio rango de afinidad por moléculas de hidrocarburos derivados del petróleo y habilidad para remover sulfuro de hidrógeno.

Bacterias:

19 cepas diferentes de microorganismos naturales

Degradación de hidrocarburos alifáticos, de hidrocarburosaromáticos volátiles y de hidrocarburos aromáticos polinucleares.

BIOESTIMULACIÓN

Implica la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes y/u oxígeno) a través del suelo contaminado, para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos, y mejorar así la biodegradación de contaminantes orgánicos o la inmovilización de contaminantes inorgánicos in situ.

Aplicaciones: suelos contaminados con gasolinas, COVs, COSs, y plaguicidas, también suelos contaminados con municiones.

Limitaciones: no aplicable en suelos arcillosos, altamente estratificados o demasiado heterogéneos, ya que pueden producirse limitaciones en la transferencia de oxígeno. Otros factores que pueden limitar su aplicación son: tipo del suelo nofavorecedor del crecimiento microbiano; incremento en la movilidad de los contaminantes; obstrucciones en los pozos de inyección provocadas por crecimiento microbiano.

Costos y tiempos de remediación: Los costos pueden ser variables dependiendo de la profundidad de los contaminantes y del uso de técnicas de bioaumentación.

BIOESTIMULACIÓN

BIOVENTING

Persigue la degradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de pozos de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de losmicroorganismos degradadores.

BIOVENTING SOIL VAPOR EXTRACTIONVOLATILIZACIÓN in situ

AIR SPARGING

Aplicaciones: Tratamiento de compuestos orgánicos biodegradables semivolátiles (COSs) o no volátiles. Además de favorecer la degradación de contaminantes adsorbidos, pueden degradarse COVs, por medio de su movimiento a través del suelo biológicamente activo. Se ha utilizado con éxito para remediar suelos contaminados con HTPs, solventes no clorados, pesticidas y conservadores de la madera, entre otros.

Limitaciones: Algunos factores que pueden limitar su efectividad son: (i) el tipo y la concentración del contaminante, (ii) falta de nutrientes; (iii) bajo contenido de humedad; y (iv) dificultad para alcanzar el flujo de aire necesario.

Costos y tiempos de remediación:Es una tecnología en la que los tiempos de limpieza pueden variar desde algunos meses hasta varios años. Los costos pueden variar en función de la permeabilidad del suelo, espacio disponible, número de pozos y velocidad de bombeo.

BIOVENTING

BIOVENTING

BIOPILAS

FITOREMEDIACIÓN

Uso de sistemas basados fundamentalmente en la acción de las plantas para sanear suelos, sedimentos, residuos, aguas superficiales y subterráneas

FITORRESTAURACIÓN

SISTEMAS DE CUBIERTA VEGETAL

FITORREMEDIACIÓN

PLANTAS A UTILIZAR

• Plantas que crecen en el área afectada.• Cultivos y forrajes.• Plantas que han demostrado su eficiencia en estudios

científicos.• Plantas transgénicas.

DESTINO DE LOS CONTAMINANTES

DEGRADACIÓN EXTRACCIÓN RETENCIÓN

FITOEXTRACIONRIZOFILTRACION

FITOESTABILIZACIONRIZODEGRADACION

FITODEGRADACIONFITOVOLATILIZACION

SISTEMAS DE CUBIERTA VEGETAL

FITORESTAURACION DE SUELOS

• Características del área

• Características del suelo/agua

• Contaminantes: concentración y formas químicas

• Plantas potencialmente utilizables

• Requisitos legales a cumplir

• Objetivos de descontaminación

• Criterios a utilizar para la evaluación de los resulta dos

• Gestión de residuos

FACTORES A TENER EN CUENTA

PLANTAS A UTILIZAR

• Plantas que crecen en el área afectada.• Cultivos y forrajes.• Plantas que han demostrado su eficiencia en estudios

científicos.• Plantas transgénicas.

ESTRATEGIAS DE LAS PLANTAS FRENTE A LA CONTAMINACIÓN

FITOEXTRACCIÓN

Basada en la extracción de los contaminantes por las raíces y la posterior translocación hacia otras partes de las plantas.

CONTAMINANTES

• MetalesAg, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn

• MetaloidesAs, Se

• Radionúclidos90 Sr, 137 Cs, 239 Pu, 238 U, 234 U

• No metalesB

• Orgánicos?

FITOEXTRACCIÓN

CONTINUA INDUCIDA

Plantas hiperacumuladoras Plantas productoras de biomasa

Coeficiente de fitoextracción

Es la relación entre la concentración de metal en la planta ( g metal / g peso secotejido) y la concentración inicial de metal en el suelo (g metal / g peso seco suelo).

METAL NÚMERO DE GRUPOS TAXONÓMICOS

Ni >300Co 26Cu 24Zn 18Mn 8Pb 5Cd 1

PLANTAS HIPERACUMULADORAS

Berkheya coddii

Thlaspi caerulescens

Thlaspi arvense

Formación de complejos del EDTA en función del pH

FITOEXTRACCIÓN INDUCIDA

Agente quelante: EDTA

SELECCIÓN CULTIVOS

En la práctica se precisan plantas capaces de:

a) acumular más de un 0.1% del metal en las partes jóvenes y

b) producir más de 20 Tm de biomassa / ha / año.

Cultivos como maíz, trigo o girasol han demostrado su eficiencia.

• ACCIÓN• PERSITENCIA• COSTE

SELECCIÓN AGENTE QUELANTE

DTPA – á. dietilentriamino pentaacéticoEDDS – á. etilendiamino disuccínicoEDTA – á. etilendiamino tetraacético y sus sales MGDA – ácido metilglicinodiacético

Ácido pirúvicoÁcidos fúlvicos Ácidos húmicosÁcido cítrico

Cloruro amónicoCloruro férrico

VENTAJAS

FITOESTABILIZACIÓN

Implica la inmovilización del contaminante/s a través de mecanismos tales como:

• absorción y acumulación en las raíces,

• adsorción sobre las raíces, o

• precipitación en la rizosfera

La inmovilización se puede producir además a través de

• Unión con los compuestos húmicos y los minerales de la arcilla;

• Por secuestro de los metales en las estructuras de los óxidos de Fe, Al, Mn, y/o de los silicatos;

• Por disminución de la solubilidad de los contaminantes al captar las plantas el agua necesaria para su desarrollo.

CONTAMINANTES

• Metales

As, Cd, Cr,

Cu, Hg, Pb, Zn

Brassica juncea

RIZOFILTRACIÓN

Consiste en la adsorción, precipitación sobre las raíces, o absorción en el interior de éstas de los contaminantes presentes en:

– aguas superficiales– aguas subterráneas, – solución del suelo

a través de procesos bióticos o abióticos.

CONTAMINANTES

• MetalesCd, Cr6+, Cu, Ni, Pb, Zn

• Radionúclidos90 Sr, 137 Cs, 238 U, 234 U

RIZODEGRADACIÓN

Consiste en la transformación de los contaminantes orgánicos a través de la actividad microbiana, favorecida por la presencia de los exudados radiculares, entre los que podemos citar:

azúcares aminoácidos ácidos orgánicos ácidos grasos esteroles factores de crecimiento nucleótidos flavononasenzimas

CONTAMINANTES ORGÁNICOS

HTP (TPH)PAHs

Criseno, benzo(a)antraceno, benzo(a)pireno, dibenzo(a,h)antraceno

BTEX Benzeno, tolueno, etilbenzeno, xilenos

Solventes cloradosTCE, TCA

Pentaclorofenol

CONTAMINANTES ORGÁNICOS

PCBs

PlaguicidasHerbicidas

Atrazina, Metolachlor, TrifluralinPropanil, 2,4-D, 2,4,5-T

InsecticidasParathion, Diazinon

TensioactivosLAS, LAE

Menta spicata

Medicago sativa

FITODEGRADACIÓN

Incluye, tanto las transformaciones de contaminantes por procesos metabólicos que se desarrollan en el interior de las plantas, com su transformación en el exterior de las mismas con la participación de los enzimas.

CONTAMINANTES ORGÁNICOS

Solventes cloradosTCE ⇒ trichloroetanol, tricloro-acético

y dicloro-acéticoPlaguicidas

HerbicidasAtrazina

InsecticidasMuniciones

TNTFenoles

ARBOL DE DECISIÓN SIMPLIFICADO

¿Puede ser el clima una limitación para el desarrol lo de las plantas?

¿Existen limitaciones de tiempo o de espacio?

¿Se halla la contaminación en la zona de desarrollo de l a rizosfera ?

¿Tienen las plantas posibilidades de asimilar los contami nantes ?

¿Será viable económicamente la disposición de los residu os vegetales ?

NO

NO

NO

NO

SI

SI

SI

LIMITACIONES

� La eficiencia se reduce a medida que disminuye la concentración de contaminante/s en el medio a descontaminar.

� La adaptabilidad al terreno no está garantizada.

� Condiciones climáticas distintas a las habituales puedenhacer fracasar la operación o alargar el período de tratamiento.