TEMA 7 Técnicas de descontaminación del medio (PDF)

CrisRG www.wuolah.com/student/CrisRG 8137 TEMA 7(hecho).pdf TDM (suelos) 4º Técnicas de Descontaminación del Medio Grado en Ciencias Ambientales Facultad de Ciencias UAM - Universidad Autónoma de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de est...

CrisRG www.wuolah.com/student/CrisRG 8137 TEMA 7(hecho).pdf TDM (suelos) 4º Técnicas de Descontaminación del Medio Grado en Ciencias Ambientales Facultad de Ciencias UAM - Universidad Autónoma de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 A las técnicas de confinamiento también se les denomina de estabilización o solidificación, porque lo que se hace es que el contaminante deje de estar soluble. Es decir, estas técnicas reducen la movilidad de los contaminantes en el suelo actuando sobre las condiciones fisicoquímicas de los contaminantes. Las formas de reducir la movilidad de los contaminantes son: Generan formas menos solubles y menos tóxicas (estabilización). Esto se suele hacer con metales. Se encapsulan los contaminantes en una estructura sólida (solidificación). Esta técnica se aplica sobre todo a metales y al arsénico. TÉCNICAS DE CONTENCIÓN Las técnicas de contención que encontramos son: Estabilización fisicoquímica. Inyección de solidificantes. Vitrificación. ESTABILIZACIÓN FÍSICO-QUÍMCIA Es una técnica que se puede hacer tanto in situ como ex situ que fundamentalmente se aplica a contaminantes inorgánicos. Si es ex situ el suelo contaminado se excava y se lleva en camiones a la planta del tratamiento para ver cual es la parte reactiva y cuál no. Para saber cuál es la parte reactiva lo que debemos hacer es un pretratamiento de separación: la parte gruesa (no reactiva) se elimina y la parte más fina (reactiva) se debe tratar. Se trata con diferentes sustancias en tanques de agua que contienen una serie de aditivos o agentes estabilizantes como cementos, fosfatos o álcalis, que aumentan el pH y favorecen la precipitación e inmovilización de determinados metales pesados. Si precipitamos algo con fosfatos principalmente nos referimos al Cu. También se pueden añadir arcillas y óxidos para hacer un proceso de absorción (esto se aplica sobre todo para el arsénico). Para estabilizar in situ lo que se puede hacer en añadir enmiendas orgánicas. Si el tratamiento es ex situ y tiene éxito, el suelo puede ser devuelto a su localización para ser reutilizado o puede acabar en un vertedero controlado. En conclusión, las reacciones fisicoquímicas que se están dando reducen la solubilidad de los contaminantes en el suelo y su lixiviado. Asimismo, los contaminantes son atrapados en la matriz del suelo. Esto también se puede hacer para suelos contaminados con elementos radioactivos, pero lo único que estamos haciendo es limitar su movilidad, pero tiene limitada su eficiencia para sustancias orgánicas. Algo que sí se puede añadir al suelo para absorber contaminantes orgánicos es MO o carbono. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. TEMA 7. TÉCNICAS DE CONFINAMIENTO (ESTABILIZACIÓN/ SOLIDIFICACIÓN) a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 ¿Estabilización = solidificación? La estabilización es la unión a agentes químicos para reducir la movilidad del contaminante. La estructura del suelo queda parcialmente conservada (proceso químico). La estabilización se puede llevar a cabo mediante procesos de adsorción y/o precipitación. En conclusión, en la estabilización se aplica una enmienda orgánica sobre el contaminante. También se puede hacer después una absorción. Por lo que se hará una reacción física o química. Sin embargo, en la solidificación se añade un agente que no reacciona con el contaminante, sino que forma agregados y retiene los contaminantes. Algunas enmiendas que se pueden aplicar son: Carbonato cálcico. Es decir, un encalado que sube el pH. Arcillas/zeolitas. Absorción de contaminaciones. Óxidos de Fe, Mn o Al (FeSO4). Absorción. Fe0. Fosfatos. Lo que se hace es incorporar estas enmiendas a la estructura formando, además de reacciones de adsorción, un complejo. Esto da lugar as a una estructura estable (caso del arsénico). En el caso del Pb, el Ca se puede sustituir por el Pb (en el caso de añadir apatito). Condiciones básicas→ El apatito (Ca5(PO4)3OH) es una sal en insoluble, por lo que su reactividad en el suelo será baja. Si la reactividad es baja, frente al plomo no va a ser una enmienda efectiva. En parte, va a haber cierto intercambio dentro de la estructura del Pb por Ca, pero el mineral a penas se va a modificar y va a ser muy poco efectivo. Por lo tanto, si metemos plomo en el suelo, el intercambio Ca-Pb va a ser muy pequeño. 𝐶𝑎5 (𝑃𝑂4 )3 𝑂𝐻(𝑠) ↽ 𝐶𝑎+ + 𝑃𝑂43− + 𝑂𝐻 De modo que, en esta situación, lo que deberemos hacer es añadir una sal que sí sea soluble en estas condiciones (ya que bajar el pH es muy complicado). Es decir, lo que se añadirá KH2PO4 o NH4H2PO4. Si metemos el fosfato diácido, se disocia en un potasio, dos protones y el fosfato. Al estar en condiciones básica, los protones reaccionan el pH del suelo y van a neutralizar cierta basicidad. Una vez que hemos añadido esta sal, como en el suelo hay Pb y también OH (porque es básico) reaccionaran con el PO43- para formar Pb5(PO4)3OH. Si además añadimos KCl, que se disocia en K+ y Cl-, en vez de acabar la reacción de antes en OH acabará en Cl, derivado que aún es más insoluble. De esta forma, el Pb quedará retenido en formas insolubles. 𝐾𝐻2 𝑃𝑂4 ↔ 𝐾 + + 2𝑂𝐻 + + 𝑃𝑂43− 𝑃𝑂43− + 𝑃𝑏 2+ + 𝑂𝐻 − ↔ 𝑃𝑏5 (𝑃𝑂4 )3 𝑂𝐻 𝐾𝐶𝑙 ↔ 𝐾 + + 𝐶𝑙 − 𝑃𝑂43− + 𝑃𝑏 2+ + 𝐶𝑙 − ↔ 𝑃𝑏5 (𝑃𝑂4 )3 𝐶𝑙 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La solidificación se da cuando el agente solidificante no reacciona con el contaminante, sino que lo aglomera, lo recubre, lo bloquea y actúa localmente de modo disperso o, más frecuentemente, formando un bloque compacto. Por lo tanto, es un proceso típicamente físico, que incluye la vitrificación. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 Suelo ácido→ El apatito que antes no era soluble ahora sí que lo es porque en el medio hay protones. Por lo que se disociará en Ca2+, PO43- y OH. Los OH con los H+ del medio formarán agua. El Pb del suelo podrá combinarse con el PO43-, pero el problema es que no hay OH que puedan formar el derivado (la sal insoluble). Por ello habrá que añadir NaCl, para que haya cloro y se pueda formar la sal insoluble final. 𝐶𝑎5 (𝑃𝑂4 )3 𝑂𝐻(𝑠) ↔ 𝐶𝑎+ + 𝑃𝑂43− + 𝑂𝐻 𝑂𝐻 + 𝐻 + → 𝐻2 𝑂 𝑁𝑎𝐶𝑙 → 𝑁𝑎+ + 𝐶𝑙 − Si echamos CaCO3, en el suelo se disocia para dar lugar a Ca2+ y CO32-. El carbonato reacciona con los protones del medio (porque estamos en un suelo ácido) y se forma ácido carbónico, especie que no estable y se disociará en CO2 y H2O. Por lo tanto, al quitar protones del medio estamos generando OH, es decir, estamos basificando el suelo. Por lo que añadimos una sal que en el suelo se va a disolver. 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ↔ 𝐶𝑎2+ + 𝐶𝑂32− 𝐶𝑂32− + 𝐻 + → 𝐻2 𝐶𝑂3 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 En el caso de FeSO4 → El sulfato de hierro se disociará en Fe3+ + SO4-. El Fe3+ con OH da lugar a Fe(OH)3, que es un sólido que precipita porque no es soluble y permite adsorber las especies contaminantes. Pero en este caso va a haber una competición, porque se va a generar una coprecipitación, ya que en vez de tener Fe(OH)3 puro, al haber metal en el medio lo que tendremos FeM(OH)3+M. 𝐹𝑒𝑆𝑂4 → 𝐹𝑒 2+ + 𝑆𝑂42− 𝐹𝑒 3+ + 𝑂𝐻 → 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝐹𝑒 3+ + 𝑂𝐻 + 𝑀+ → 𝐹𝑒𝑀(𝑂𝐻)3+𝑀 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 𝑃𝑂43− + 𝑃𝑏 2+ + 𝐶𝑙 − ↔ 𝑃𝑏5 (𝑃𝑂4 )3 𝐶𝑙 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 Diagramas de cajas: ¿Adsorción, precipitación o REDOX? 2. En este caso tenemos arsénico, que sí que tiene juego REDOX (+3, +5). En el suelo nos interesa tener más As5+ porque es menos peligroso. Por lo que nos tendremos que situar en la parte alta del diagrama. Cuanta más cargas tenga un ion más soluble es, por lo que nos interesará más estar en zonas ácidas. Otra posibilidad sería adsorber el As mediante óxidos de Fe. 3. En el caso del Cr sí tenemos posibilidades REDOX (+3, +6). Nos interesa más tener Cr3+. Además, cuando tenemos Cr3+ tenemos especias catiónicas, lo cual también nos interesa porque podríamos hacer una enmienda con Fe0. Otra posibilidad sería meter MO. Sin embargo, en este caso, en un pH entre 513, si el Cr6+ se reduce a Cr3+ se forma una especie insoluble que precipita. Si el pH es muy ácido, después de añadir la enmienda tendríamos un catión, por lo que habría que añadir arcillas o añadir CaCO3 para subir el pH y formar la especie insoluble. 4. 5. 6. 7. 8. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 1. Dentro del rectángulo tenemos Cd2+ y Cd(OH)+. Nos debemos mover dentro del rectángulo en la línea punteada. En este caso, el Cd no tiene juego REDOX ya que solo tiene una valencia, por lo que deberíamos hacer procesos de adsorción de cationes con, por ejemplo, materia orgánica. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 4. En el caso del Cu, si ponemos una situación de un suelo bien aireado, tendríamos Cu2+. Lo que podemos hacer es aumentar el pH para llegar a 8-9, donde se formará la especie CuOH2 (s) que es un sólido y precipitará. 5. En el caso del Fe tenemos Fe3+ y Fe2+. Lo que nos interesa inmovilizar es el Fe2+ por la especie sólida que hay. Aumentando el potencial REDOX, simplemente aireando el suelo, podríamos pasar de Fe2+ a Fe3+. Si quisiéramos acelerar el proceso podríamos añadir CaCO3. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Otra posibilidad sería adsorber el Cu2+ sin modificar el pH. En este caso el juego REDOX no nos interesa. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 6. El Zn no tiene especies REDOX. El pH tampoco es muy importante porque no se van a formar especies sólidas (según el diagrama). Por lo que la solución sería hacer adsorción mediante carbón activo, MO, etc. DE SUELO: En las técnicas de contención, los óxidos de Fe son muy efectivos para el arsénico vienen, al igual que para Pb, Zn y Fe. Los óxidos de Mn también son muy efectivos para el arsénico. Los fosfatos se emplearán con Pb, el Cr con adsorción por MO, al igual que el Cu y el Zn. INYECCIÓN DE SOLIDIFICANTES Los agentes estabilizantes (cementos, polietileno, etc.) son inyectado in situ en el suelo contaminado a través de pozos o mezclados en el suelo. Simplemente consiste es que una máquina con una tubería profundiza hasta la contaminación e inyecta a presión estos materiales, de tal manera que van creando bolsas. Por lo que los contaminantes quedan atrapados físicamente. A ser posible se prefiere que sean suelos arenosos, muy permeables, para que las bolsas que se han creado se puedan expandir. El problema es que en estos suelos no estamos manteniendo la estructura. Es decir, la contaminación sí que las estamos inmovilizando, pero el suelo se va a degradar muchísimo. Es útil para contaminantes inorgánicos (estabilización con cementos), pero limitada para orgánicos estabilización con polietileno, parafinas, etc.). VITRIFICACIÓN Al suelo se le introducen electrodos, se pone una cubierta para controlar los gases generados y comenzamos a calentar el suelo hasta que se consigue que éste se funda (1600-2000ºC). La profundidad dependerá de hasta donde haya llegado la contaminación. Como se está fundiendo el suelo, los contaminantes orgánicos se volatilizan y los inorgánicos (no volátiles) van a permanecer, por lo que cuando el suelo se enfríe conseguiremos un bloque vítreo donde los contaminantes inorgánicos van a quedar atrapados en esa masa vítrea. En cuanto a los contaminantes orgánicos, cuando la temperatura sea relativamente baja (80-100ºC), en función de su volatilidad, van a comenzar a desprenderse del suelo. Además, los que sean de naturaleza no volátil, van a permanecer en el suelo, pero al llegar altas temperaturas se va a destruir. Una vez que tenemos esta roca vítrea lo que podemos hacer es taparla y dejarla ahí. Otra posibilidad es trasladar esta capa vítrea a un vertedero, lo cual va a encarecer el proceso. Además, debemos tener en cuenta que esta técnica puede ser tanto in situ como ex situ (hornos similares a la producción de vidrio). Las principales limitaciones que presenta son: Alto gasto energético. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. TÉCNICAS FISICOQUÍMICAS DESCONTAMINACIÓN DE CONTENCIÓN a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589273 Producción de gases. Es una técnica compleja. No modifica la toxicidad de los contaminantes (metales). Destruye el suelo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.