Legislación Española Sobre Suelos Contaminados (PDF)

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 TEMA 2. PANORAMA LEGISLATIVO DESCONTAMINACIÓN En general, la prevención de la contaminación es el eje básico de la gestión ambiental. Por ello, el suelo debe ser utilizado, pero en el contexto de un desarrollo sostenible. La Comunicación de la Comisió...

a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 TEMA 2. PANORAMA LEGISLATIVO DESCONTAMINACIÓN En general, la prevención de la contaminación es el eje básico de la gestión ambiental. Por ello, el suelo debe ser utilizado, pero en el contexto de un desarrollo sostenible. La Comunicación de la Comisión Europea (COM) (2002) 179, “hacia una estrategia temática para la protección del suelo”, es la primera que aborda de forma específica la contaminación del suelo. La Comisión señalaba las 8 amenazas principales que afectan a los suelos de la Unión Europea: Erosión. Pérdida de materia orgánica. Contaminación. Salinización. Compactación. Pérdida de la biodiversidad del suelo. Sellado. Deslizamientos de tierras e inundaciones. Es la Directiva 2004/35/CE del Parlamento Europeo y del Consejo1, de 21 de abril de 2004, sobre responsabilidad medioambiental en relación con la prevención y reparación de daños medioambientales, quien establece un nuevo marco de responsabilidad medioambiental: quien contamina paga. Así, establece como contaminación del suelo cualquier acción que suponga un riesgo significativo de que se produzcan efectos adversos para la salud humana debidos a la introducción directa o indirecta de sustancias, organismos o microorganismos en el suelo o el subsuelo. En este sentido, obliga a realizar una acción preventiva y una acción reparadora de los daños al suelo. La Directiva Marco de Residuos 2008/98/CE obliga a los Estados Miembros a establecer planes de gestión de residuos en cada Estado. La Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados es la que transpone esta Directiva. LEGISLACIÓN SOBRE DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS Lo primero que hay que hacer antes de descontaminar es saber inequívocamente que el suelo está realmente contaminado. Quien establece si un suelo está contaminado es la ley, a partir de los niveles genéricos de referencia (NGR), los cuales salen de estudios que dicen que a partir de estos niveles se puede producir un daño a los seres humanos. ¿Está el suelo contaminado? La ley de residuos 10/1998 fue derogada y transpuesta por la Ley de residuos y suelos contaminados 22/2011, la cual habla de residuos y, por primera vez, de suelos contaminados. En este caso habla de agentes contaminantes y responsable de la descontaminación. 1 Transposición: Ley 26/2007, de 23 de octubre, de Responsabilidad Medioambiental. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ÁMBITO EUROPEO a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 ¿Dónde está el umbral? Los umbrales de contaminación se recogen en el Real Decreto 9/2005 de Actividades Contaminantes y Niveles de referencia, el cual establece la necesidad de un Informe Preliminar de Situación. Para saber quién y cómo descontamina recurrimos a la Ley 22/2011 de R y SC y a la Ley de Responsabilidad Ambiental 26/2007. Esta última ley, establece los procedimientos legales (no técnicos) para saber cómo hay que descontaminar y, además, establece de criterios para la atenuación natural de la contaminación. Es decir, en su Anexo II regula que se estudiará la posibilidad de optar por una recuperación natural, es decir, sin ninguna intervención directa del ser humano en el proceso de recuperación. Esto se hace cuando las empresas contratan una consultora que es capaz de demostrar a la administración que la contaminación causada no es perjudicial, no va a provocar nada grave y, por lo tanto, no hace falta tratarla. EN ESPAÑA La Ley de Residuos de 10/1998, de 21 de abril, fue derogada, pero es muy importante ya que introdujo en el ordenamiento jurídico español el concepto de suelo contaminado, atribuyendo a las Comunidades Autónomas la competencia para declarar, delimitar y hacer un inventario de suelos contaminados. Esto es así ya que cada comunidad tiene un tipo de suelo diferente. La Ley 22/2011 de 28 de julio, de Residuos y Suelos Contaminados, derogó la ley anterior y es la que está en vigor actualmente. El desarrollo de esta ley se hizo en el Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR) entre los años 2007-2015, el cual establece que los suelos contaminados, que jurídicamente son asimilables a residuos, constituyen un grave problema que aún no está cuantificado con precisión. Sin embargo, actualmente está vigente el Plan Estatal Marco de Gestión de Residuos (PEMAR) (2016-2011), el cual nos habla de todos los posibles contaminantes y ha sido publicado por el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente. ¿QUIÉN DEBE DESCONTAMINAR? Según establece la Ley 22/2011 quien debe descontaminar es el responsable de la contaminación. Será de obligado cumplimiento la descontaminación cuando así lo hayan requerido previamente las Comunidades Autónomas. Además, debemos tener en cuenta que si tenemos alquilado un terreno y el que está en el terreo contamina, nosotros también seremos responsables. Asimismo, si el suelo que se contamina es de dominio público, los responsables de la contaminación serán (en orden) el poseedor y el propietario y por último la administración. Igualmente, demos tener en cuenta que también se puede descontaminar voluntariamente los suelos. ¿QUÉ RESIDUOS PUEDEN PRODUCIR CONTAMINACIÓN DE SUELOS? La ley vigente sobre suelos contaminados (22/2011) define en el Anexo III todos los residuos que pueden considerarse tóxicos o peligrosos. Sin embargo, no tiene competencia sobre todos los elementos tóxicos o peligrosos, ya que no regula: Residuos radioactivos. Explosivos desclasificados. Materias fecales. Cadáveres de animales no sacrificados. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ¿Quién y cómo descontamina? a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 Depósitos mineros. Por otra parte, en el artículo 3 de esta misma ley se define el concepto de residuo peligroso. Residuo peligroso: residuo que presenta una o varias de las características peligrosas enumeradas en el Anexo III, y aquel que pueda aprobar el Gobierno de conformidad con lo establecido en la normativa europea o en los convenios internacionales de los que España sea parte, así como los recipientes y envases que los hayan contenido. ¿QUÉ ACTIVIDADES PRODUCEN RESIDUOS CONTAMINANTES? Las actividades causantes de la contaminación en el suelo. Los criterios aplicables en la declaración de suelos contaminados. Supuestos en los que se debe presentarse el Informe de Situación y tipos de informe. Publicidad registral de los suelos contaminados. De modo que, si tenemos en propiedad un suelo contaminando y lo queremos vender, esta ley obliga a poner una nota que informe que el suelo está contaminado. Además, este RD establece dos conceptos básicos: Criterios. Indicios racionales (evidencias analíticas) de la existencia o no de valores que superan los niveles máximos de riesgo admisible. Nivel genérico de referencia (NGR). Concentración de una sustancia contaminante en el suelo que no conlleva un riesgo superior al máximo aceptable para la salud humana o los ecosistemas y calculada de acuerdo a los criterios recogidos en el anexo VII. Para los suelos que se tengan sospecha de que puedan estar contaminados, este RD determina que requerirán análisis de riesgo aquellos que: Presenten concentraciones de HC totales del petróleo superior a 50mg/kg. Superen los NGR de las concentraciones de las sustancias recogidas en el Anexo V y VI en sus distintos usos, actual o previsto (HC, HC halogenados, aromáticos o pesticidas). Igualmente, el RD establece que cuando no se dispone de una valoración de riesgos, se podrá asumir que el riesgo es inaceptable y declarar contaminado un suelo si: Casos para la protección de la salud humana. La concentración supera 100 veces el NGR. Casos para la protección de los ecosistemas. Si menos de 10mg de una sustancia/g de suelo tiene un efecto de toxicidad sobre los organismos del suelo, según una serie de ensayos especificados. En aquellos casos en que se considere prioritaria la protección de los ecosistemas se considerarán las CL(E)50 (cuando mueren el 50% de los organismos) en ensayos de toxicidad: OCDE 208. Ensayo de emergencia y crecimiento de semillas. OCDE 207. Ensayo de toxicidad aguda en lombriz de tierra. OCDE 216. Ensayo de mineralización de nitrógeno en suelos. OCDE 217. Ensayo de mineralización de carbono en el suelo. Si después de hacer estos ensayos no se encuentra ningún problema, determinaremos que el suelo no está contaminado. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, por el que s establecen las actividades potencialmente contaminantes del suelo y la declaración de suelos contaminados, regula: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 ANEXOS REAL DECRETO 9/2005 SOBRE SUELOS CONTAMINADOS Anexo I. Actividades potencialmente contaminantes. Por ejemplo, la extracción de crudos del petróleo o gas natural. Si se desarrolla alguna de las actividades incluidas en este anexo, hay obligación de hacer un Informe Preliminar. Datos generales de la actividad. Materias consumidas. Productos intermedios o finales de carácter peligroso. Residuos o subproductos generados. Almacenamientos. Depósitos en superficie. Depósitos subterráneos. Actividades históricas. Anexo III. Criterios para la consideración de un suelo como contaminado. Se considerará que un suelo está contaminado cuando se determinan riesgos inaceptables para la protección de la salud humana o, en su caso, de los ecosistemas, debido a la presencia en este de alguna de las sustancias contaminantes recogidas en los anexos V y VI o de cualquier otro contaminante químico. Cuando no se disponga de la correspondiente valoración de riesgos, se determinará que un suelo está contaminando cuando se exceda 100 veces el NGR. En el caso de que haya valoración de riesgos, los NGR no se utilizan. Anexo IV. Criterios para la identificación de suelos que requieren valoración de riesgos. Un suelo necesita una valoración de riesgos cuando: Presenta concentraciones de HC totales de petróleo superiores a 50 mg/kg (ppm). Existan evidencias analíticas de que la concentración de alguna de las sustancias recogidas en el anexo V excede el NGR correspondiente a su uso, actual o previsto. Existen evidencias analíticas de que la concentración de cualquier contaminante químico no recogido en el anexo V es superior al NGR. Anexo V. Listado de contaminantes y NGR para la protección de la salud humana en función del uso del suelo. Los usos del suelo recogidos son: uso industrial, uso urbano y otros usos. Anexo VI. Listado de contaminantes y NGR para la protección de los ecosistemas. En este caso se tendrán en cuenta: organismos del suelo, organismos acuáticos y vertebrados terrestres. Anexo VII. Criterios para el cálculo de los NGR. Se debe tener en cuenta que el riesgo (inhalación, contacto o ingesta) puede ser mayor en uso que en otro. Anexo VIII. Valoración de riesgos ambientales. Este es el punto en el que se aplica/hace el modelo conceptual. NIVELES GENÉRICOS DE REFERENCIA PARA METALES Cada Comunidad Autónoma definirá sus valores de referencia. Las Comunidades que no dispongan de niveles genéricos de referencia para metales podrán aplicar el siguiente cálculo: Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Anexo II. Alcance y contenido mínimo del informe preliminar de situación del suelo. Este informe debe contener: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 Es decir, concentración media en suelos de zonas próximas no contaminadas y con sustratos geológicos de similares características ± 2 veces la desviación típica. Este cálculo podrá ser aplicable a cualquier uso del suelo y atendiendo tanto a la protección de la salud humana como a la protección de los ecosistemas. Por otra parte, el artículo 38 de la Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados, insta a la ejecución de trabajos de descontaminación sobre suelos: Si se hace una evaluación de riesgos y se considera que entrañan riesgos inaceptables y son declarados como contaminados. En ausencia de evaluación cuantitativa de riesgos, si presentan concentraciones de contaminantes que superan en 100 veces el correspondiente NGR. En este caso no es necesaria la previa declaración como suelo contaminado. NIVEL REGIONAL En España hay 63 elementos analizados, entre ellos todos los potencialmente peligrosos. A nivel regional, el gobierno de la Comunidad de Madrid aprobó el Decreto 326/1999, de 18 de noviembre, que regula el régimen jurídico de los suelos contaminados en la Comunidad de Madrid, encomendando a la actual Consejería de Medio Ambiente, Vivienda y Ordenación del Territorio el ejercicio de las competencias en esta materia. En conclusión, la Comunidad de Madrid regula a nivel regional. La política de la Comunidad de Madrid en materia de contaminación del suelo quedó plasmada en el Plan Regional de Actuaciones en materia de Suelos Contaminados de la Comunidad de Madrid (2001-2006), y posteriormente en el Plan Regional de suelos contaminados (2006-2016). Actualmente está publicado el Documento Preliminar para la Definición de la Estrategia de Gestión Sostenible de los Residuos de la Comunidad de Madrid (2017-2024). PROCESOS DE GESTIÓN DE LOS SUELOS CONTAMINADOS EN LA COMUNIDAD DE MADRID Para hacer este proceso se precisan de tres pasos: Identificación. Los responsables de este proceso son el órgano ambiental de la Comunidad de Madrid y la Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio, los cuales intervienen en los siguientes supuestos: 1. Intervienen mediante procedimientos previstos por la legislación al hacer los Informes Preliminares de Situación, debido a: a) Cambios de uso del suelo. b) Clausura o cambios sustanciales en actividades. c) Actuaciones propias de vigilancia y control. d) Valoración de informes preliminares y periódicos de situación. 2. Intervienen porque hay indicios de afección a la calidad de los suelos. Diagnóstico. Concluida la identificación se da paso al diagnóstico, en el que se pretende evaluar el grado de afección de la contaminación. En este caso, los responsables con la Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio, que deben: 1. Caracterizar la zona, el contaminante y los riesgos de afección. 2. Análisis de los riesgos mediante el modelo conceptual. Intervención. Actuaciones de recuperación y/o control y seguimiento de un emplazamiento. Este proceso tiene como objetivos: 1. Fijar el objetivo final. Es decir, la recuperación total, remediación, sellado, etc. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2. Plantear alternativas de recuperación, según el artículo 7 del Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, en lo relativo a: a) En alcance y ejecución de la recuperación garantizará que, si se quedase contaminación permanente, supondría niveles de riesgo aceptables para el uso del suelo. b) La recuperación se llevará a cabo aplicando las mejores técnicas disponibles en función de las características de cada caso. Priman las soluciones permanentes y los métodos in situ. c) La recuperación debe eliminar los focos y reducir la concentración de los contaminantes en el suelo. Si por razones justificadas de carácter económico, técnico o medioambiental no es posible la recuperación, se podrán aceptar soluciones para reducir la exposición, con medidas de confinamiento de los suelos afectados. d) Una vez seleccionada la alternativa de recuperación y demostrad su viabilidad técnica, económica y ambiental, sus características deben documentarse en un Proyecto de Recuperación. PROYECTO DE RECUPERACIÓN El Proyecto de Recuperación debe incluir: Proyecto técnico. Este proyecto debe describir: 1. Los niveles de calidad a alcanzar. 2. Seguimiento de las actuaciones. 3. Obras, instalaciones, condiciones de operación, medidas de seguridad y plazos. 4. Costes previstos para el conjunto de actuaciones de recuperación. Los proyectos de descontaminación se encuadran en las actividades a estudiar “caso por caso” por el órgano ambiental de la Comunidad de Madrid con el fin de determinar el procedimiento de evaluación ambiental aplicable. Estudio de Impacto Ambiental. Plan de control y seguimiento. Permite evaluar la influencia de las actividades de recuperación en las condiciones de riesgo, así como prevenir nuevas situaciones no contempladas inicialmente. MADRID En Madrid existen 5824 lugares con actividades potencialmente contaminantes. A NIVEL ESTATAL En los primeros años de aplicación del RD 9/2005 hube un elevado número de informe que con el paso del tiempo ha ido estabilizándose. Actualmente, la mayoría de los informes se hacen voluntariamente. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589264 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589265 TEMA 3. DESCONTAMINACIÓN BIOLÓGICA: BIORREMEDIACIÓN BIORREMEDIACIÓN Estos procesos de biorremediación se pueden hacer sin alterar la composición del suelo. Además, la biorremediación puede ser: In-situ. Ex-situ. Mediante bio.reactores, biopilas, etc. BIORREMEDIACIÓN DE CONTAMINANTES INORGÁNICOS Se trata de emplear seres vivos para recuperar el suelo mediante: transformación, volatilización, movilización o inmovilización de contaminantes. Es importante saber que, en este caso, lo único que se puede hacer es cambiar el estado de movilidad de los contaminantes. Para ello, debemos estudiar las reglas de solubilidad, es decir, de movilidad, que son: Todos los compuestos de metales alcalinos son solubles (Li, Na, K, Rb, Cs y Fr). Todos los compuestos formados por amonio son solubles. Todos los nitratos, cloratos, percloratos y acetatos son solubles (NO3-, ClO3-, CH3-COO-). La mayoría de los cloruros, bromuros y yoduros son solubles, a excepción de aquellos formados con los cationes Ag, Hg(I) y Pb, que son insolubles. La mayoría de los sulfatos son solubles. Aunque hay cierto descenso de la solubilidad cuando se trata del sulfato de Ca y el de Ag, mientras que los sulfatos de Ba, Hg(II) y Pb son insolubles. Todos los óxidos e hidróxidos son insolubles, excepto los hidróxidos alcalinos y el hidróxido de Ba. El hidróxido de Ca es ligeramente insoluble. Todos los carbonatos, fosfatos, silicatos y sulfuros son insolubles, excepto los formados por metales alcalinos y catión amonio. Como norma general, cualquier molécula cargada va a ser soluble, debido a que el agua es un dipolo que mantiene en solución las moléculas cargadas. Es decir, los metales que formen moléculas cargadas se disolverán. Mientras, los metales que forman compuestos neutros precipitarán, ya que las moléculas neutras no son solubles y se inmovilizarán. ¿QUÉ OCURRE EN EL SUELO? En el suelo, los cationes van a estar adheridos iónicamente a la superficie del suelo, contribuyendo a un “banco de cationes”. Por su parte, los aniones no suelen ligarse al suelo y, por lo tanto, se pierden fácilmente en la solución del suelo en lugares de mucho lavado por lluvias o inundaciones Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La biorremediación es el uso de organismos vivos para descontaminar. Puede realizarse tanto para contaminantes orgánicos como inorgánicos (elementos radiactivos, metales, hidrocarburos, explosivos y pesticidas). De modo que, prácticamente se puede biorremediar todo, ya que no estamos hablando de descontaminación, sino de remediación. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589265 Bioinmovilización o bioadsorción. Consiste en la inmovilización de los contaminantes inorgánicos. 1. Bioadsorción. Es un proceso de inmovilización. Ejemplo de ello, es la oxidación de Fe2+ a Fe3+, para formar hidróxidos de Fe que precipitan, mediante bacterias como Gallionella ferruginea. Otro ejemplo es la reducción de sulfatos (SO42-) a sulfuros (S2-), mediante Desulfurobacterias o Desulfovibrios, provocando la precipitación de ion ferroso Fe2+ como pirita o el mercurio (Hg2+) como cinabrio. El último ejemplo que encontramos es el caso de la reducción de Cr6+ a Cr3+, mediante Aspergillus o Penicillium, que provocan la precipitación como óxidos, sulfuros o fosfatos de Cr. 2. Biomineralización. Consiste en la transformación de un metal disuelto en el agua en un mineral que se deposita en el suelo, ya que la pared celular de microorganismos es un punto de partida para la formación de minerales. Esto se consigue mediante el anclaje de los cationes a las paredes celulares de los microorganismos que están cargadas negativamente. Es decir, las cargas negativas de polisacáridos, aminoácidos, etc. son ligandos de cationes. Pero debemos saber que el proceso de mineralización es extracelular. De modo que todos los metales que estaban disueltos en la disolución del suelo pueden formar minerales. Un ejemplo de la biomineralización es la inmovilización de contaminantes radioactivos, como el uranio móvil (U6+), el cual en presencia de electrones se reduce a uranio insoluble (U4+), precipitando y quedando una forma de uranio menos tóxica e inmóvil. Esto lo hace Geobacter, que utiliza el uranio como aceptor de electrones. En la pared celular de esta bacteria, se produce la absorción del uranio y se crean minerales de uranitita, es decir, de un mineral inmóvil. En presencia de fosfatos (insolubles) se produce una precipitación más rápida, pero cuando no hay fósforo en el medio, podemos tener bacterias Gram-, que producirán preferentemente esta mineralización, o Gram+ que no crean complejos tan estables y más movilizables. Por eso para estos procesos no valen cualquier tipo de bacterias. Esta propiedad se puede utilizar si, por ejemplo, tenemos residuos radioactivos, y lo que podemos hacer son inyecciones de sustancias en las que haya este tipo de organismos, los cuales van a reducir estos elementos, formando compuestos inmóviles. De modo que cuando pase la disolución del agua estos compuestos van a precipitar. Además, debemos añadir agentes oxidantes (como O2, NO3 y Fe3+) para que el proceso no se revierta. Pero esto no se puede hacer en cualquier suelo, sino que tiene que ser suelos preferentemente arenosos, sin grandes fisuras. Además, también debemos tener en cuenta los nutrientes del suelo, ya que hay veces que no hay suficientes nutrientes para que le proceso se pueda producir. Biolixiviación. La célula produce ácidos orgánicos de pequeño peso molecular, que se combina con metales insolubles y liberan los metales a la disolución. Biotransformación. Una sal se puede reducir en la pared de los organismos para formar un óxido insoluble. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Los microorganismos son elementos capaces de atrapar cationes. Pero, además, los microorganismos median en procesos que cambian la movilidad de los contaminantes. Para cambiar la movilidad existen diferentes mecanismos: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589265 BIORREMEDIACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS La biorremediación de contaminantes orgánicos solo es posible si no se superan las concentraciones tóxicas para los organismos. Cuando hablamos de contaminantes orgánicos nos referimos a hidrocarburos. El objetivo de esta biorremediación es acelerar la capacidad natural de recuperación del suelo. Es decir, contaminado con compuestos orgánicos se puede descontaminar por sí mismo, pero tarda mucho. Por ello, cuando añadimos estos organismos la velocidad aumenta mucho. Procesos físicos. Volatilización, dispersión y adsorción. Procesos químicos. Metabolismo aerobio y anaerobio. PROCESOS FÍSICOS Volatilización. Los HC más ligeros se volatilizarán mejor, en función de su naturaleza, temperatura, viento o porosidad del suelo. Dispersión. Es la extensión espacial del contaminante, arrastrado por el agua o por la fuerza de la gravedad. Depende del clima, de las características del terreno, etc. Es decir, depende del medio donde se dispersen. Adsorción. Es la unión a los elementos del suelo (arcillas y materia orgánica), que frenan el desplazamiento de los HC y dan más tiempo de biorremediación. Nos puede interesar que la pluma de contaminación se vaya cuanto antes o que se quede más tiempo. De modo que hay veces en las que los cuales arenosos serán favorables y hay veces que no. Ejemplo 1 ¿Qué suelo presenta más facilidad para la dispersión de contaminantes? El suelo que favorece más la dispersión sería el A, porque tiene más macroporos, por lo que su estructura favorece el flujo. Ejemplo 2 ¿Cuál de estos suelos está más compactado? ¿Qué suelo presenta más facilidad para la dispersión de contaminantes? El suelo más compactado será el 2. Al suelo 3 lo que le pasa es que está saturado de agua, es un suelo mal drenado. El suelo 1 es uno en condiciones óptimas. De estos tres suelos, el que presenta mayor facilidad para la dispersión de contaminantes es el 1, porque tiene más huecos por donde puede fluir el contaminante. Sin embargo, si el suelo 3 comienza a secarse, como tiene mucha porosidad efectiva, puede favorecer los procesos de dispersión. Los suelos muy secos suelos ser hidrofóbicos. Permeabilidad intrínseca La permeabilidad intrínseca es un factor que va a influir en la volatilización, dispersión o adsorción de los HC, su textura y su naturaleza. De modo que este factor nos dice cómo se Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. En este caso, los mecanismos de biorremediación o biotransformación de contaminantes orgánicos pueden ser: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589265 moverán las partículas en el suelo, es decir, la “facilidad” que ofrece un medio poroso a para que circule por él un fluido. Cuanto más grande son las partículas del suelo, mayor será la permeabilidad intrínseca. Asimismo, los suelos que tiene partículas muy pequeñas dificultarán el movimiento de las partículas. Además, a medida que se van complicando las estructuras moleculares de los HC, éstos son más difíciles de mover. Por ejemplo, la gasolina, el diésel, etc. tiene muy pocos átomos de carbono, por lo que la biorremediación será más efectiva, mientras que los HC cíclicos o de cadenas largas serán más difíciles de biorremediar. En conclusión, la biorremediación también depende de la estructura química del HC. Una vez que los contaminantes han quedado atrapados en la matriz del suelo hablamos de adsorción. Debemos tener en cuenta que los HC del petróleo se degradarán mejor en ambientes aerobios, es decir, con abundancia de oxígeno. Por lo que normalmente van a experimentar procesos de oxidación, produciéndose CO2 y H2O. También pueden tener procesos de fotodegradación. Pero a veces el oxígeno se consume rápidamente, encontrándonos con medios que no son oxidantes. En este caso tendremos fenómenos diferentes, ya que el O2 no actuará como aceptor de electrones permitiendo que se oxiden los contaminantes, sino que los aceptores de electrones serán el metano, el Fe3+, etc. El O2 presente en el suelo se encuentra en la porosidad efectiva, y la difusión del O2 desde la atmósfera hasta la porosidad efectiva del suelo es lenta. Además, la tasa de difusión va disminuyendo a medida que aumenta la profundidad del suelo. Es decir, al profundizar tendremos menos microrganismos, menos concentración de O2, más densidad aparente (menos porosidad). Por lo que hay un cambio de condiciones que van aumentando con la profundidad. Y esto es lo que nos va a permitir tener un metabolismo aerobio o anaerobio, en función de que los poros estén llenos de agua o de aire. En el caso de que haya suficiente O2 y se pueda producir la degradación aerobia, ésta más rápida que la anaerobia. Una vez que el O2 libre se ha agotado, los organismos son capaces de encontrar O2 en otras moléculas (condiciones anóxicas). Sin embargo, si el consumo de O2 es muy alto, mayor que la tasa de reposición, comenzaremos a tener condiciones anaerobias, siendo los aceptores de los electrones en este caso el Mn4+, Fe3+, NO3-, SO42- y CO2. Es decir, estos compuestos se reducen y permiten la oxidación de los HC. Se ha descubierto que hay muchos aceptores de electrones en condiciones anaerobias en aguas subterráneas. La mayoría de la biodegradación tiene lugar en condiciones anaerobias (es la más lenta pero la más habitual). Procesos biológicos Los organismos utilizan los contaminantes, es decir, los HC, como fuente de carbono (orgánicos) para sus estructuras y/o como fuente de electrones para obtener energía. Si las condiciones son oxidantes, el aceptor de e- será el O2, pero en condiciones reductoras, los aceptores serán Mn4+, Fe3+, NO3-, SO42-, convirtiéndose en moléculas o compuestos reducidos: N2, metales en formas más reducidas (Fe2+ o Mn2+), sulfuro de hidrógeno (H2S) o CH4. Ejemplos Degradación anaerobia de tolueno utilizando Fe3+ como aceptor de electrones. Las bacterias del género Geobacter oxidan compuestos orgánicos reduciendo al Fe3+. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Biodegradación de HC adsorbidos en el suelo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589265 Degradación anaerobia de COV halogenados mediante bacterias como Dehalococcoides, hasta formar etileno (inocuo). Para formar el etileno es esencial que el proceso termine, ya que hay bacterias capaces de realizar parte del proceso de degradación, pero no terminarlo. Biodegradación de explosivos. La transformación de TNT en ADNT se detecta por el color rosa de los depósitos de agua en zonas contaminadas por explosivos. El TNT es más tóxico y cancerígeno que sus derivados reducidos. La bioestimulación consiste en añadir nutrientes al medio para que aumente la cantidad de bacterias. Es decir, se inyectan sustancias que favorezcan el desarrollo microbiano (O2, P, N, MO, etc.). Por su parte, la bioaumentación consiste en la inyección directa de microrganismos al suelo con la finalidad de degradar contaminantes específicos para ese organismo. Suele ir acompañada de bioestimulación. Otra posibilidad es la bioventilación, el cual es un método en el que se suministra oxígeno a microorganismos aerobias para que degraden contaminantes orgánicos. También puede cambiar el estado de oxidación de los contaminantes inorgánicos. En conclusión, la biodegradación es útil en el tratamiento de suelos o lodos moderadamente contaminados por HC, pesticidas o explosivos. Los más efectivos son: PAHs (HC aromáticos policíclicos), VOCs no halogenados y BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos) y VOCs derivados del petróleo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. En cualquier caso, los microrganismos tienen muchas moléculas que son capaces de aceptar electrones, reduciéndose. Además, cuantos más microrganismos hay en el medio mayor será el potencial de biorremediación. Esto se consigue mediante la bioestimulación y bioaumentación. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589263 TEMA 3.1. DESCONTAMINACIÓN BIOLÓGICA: FITORREMEDIACIÓN Eliminar. Inmovilizar. Transferir. Las diferentes interacciones que pueden ocurrir entre metales contaminantes y las plantas son: Metales disueltos en forma catiónica. Como están disueltos pueden entrar por los sistemas radiculares de las plantas. Metales disueltos unidos a sulfatos y cloruros. Forman compuestos solubles uniéndose a sulfatos y cloruros, para posteriormente aprovechar los sistemas radiculares. Quelación de metales. Las raíces pueden excretar ácidos orgánicos y otras sustancias de bajo o medio peso molecular que pueden quelar metales. Micorrizas. Son hongos que pueden magnificar la absorción de metales. Suelos salinos. En estos suelos hay más posibilidad de que los metales se introduzcan en las plantas, al intercambiarse el Na por los M+. Algunos metales pueden precipitar al formar óxidos de metales. Por otra parte, los distinguimos tres mecanismos de fitorremediación: Fitoestabilización. Fitodegradación. Fitoextraccion y fitovolatilización. FITOESTABILIZACIÓN La fitoestabilización se basa en la producción de compuestos químicos por las plantas para inmovilizar contaminantes en la interfase suelo-raíz (la rizosfera). Por lo que se trata de la inmovilización de los metales en suelo mediante: La prevención de la erosión. La reducción de la movilidad de los contaminantes. Esto favorece que los metales se acumulen en la zona de la raíz. La reducción de su disponibilidad en la cadena trófica. Estos metales se deben acumular en la parte radicular. Para poder llevar a cabo este mecanismo, las plantas deben cumplir algunas características: Acumular los contaminantes en las raíces y/o zona radicular. No acumular los contaminantes en su parte aérea. Su factor de translocación debe ser bajo. Además, se puede potenciar la capacidad de este sistema empleando sustancias que aumentan la capacidad de precipitación y/o absorción (materia orgánica, fosfatos, agentes alcalinos, etc.). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La fitorremediación es una técnica de biorremediación in situ, que sirve tanto para contaminantes orgánicos como inorgánicos. Existen tres formas de utilizar la fitorremediación: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589263 La fitoestabilización debe producirse en lugares moderadamente contaminados, cuando la contaminación es muy extensa o cuando otros métodos han fracasado o son inviables técnica o económicamente. Además, la fitoestabilización mejora la estética, puede corregir los factores que limitan el crecimiento (si añadimos MO), reducen la infiltración (para que los metales disueltos no se vayan a la capa freática), reduce la escorrentía y la erosión y puede reparar en cierta medida el suelo. FITODEGRADACIÓN Cuando la biodegradación tiene lugar en la rizosfera se denomina rizodegradación y se degradan los contaminantes en el suelo mediante el estímulo de la actividad microbiana (fitoestimulación natural). Esto puede ocurrir por: La liberación de azúcares, carbohidratos, aminoácidos, acetatos, enzimas, etc. La mayor concentración de oxígeno que asegura la transformación aeróbica. Las micorrizas son hongos que están presentes en las zonas radiculares y también degradan contaminantes orgánicos. Están presentes en el 80% de las raíces de las plantas. ACTIVIDADES ENZIMÁTICAS EN LA RIZOSFERA En la rizosfera podemos encontrar: Enzimas que degradan compuestos aromáticos. Enzimas (fosfatasas) que rompen los grupos fosfatos en los organosfosforados (pesticidas). Organismos con Nitrolasas que rompen grupos nitrilos de los aromáticos. Nitroreductasa. Reduce los grupos nitro (TNT) y da lugar a derivados del nitrógeno. Citocromo P450s-. Es una enzima que está en las paredes de los microrganismos y es capaz de hidroxilar compuestos aromáticos. Gracias a este proceso se puede degradar la atractina, Oxidasas e hidrolasas. Degradan contaminantes orgánicos. Cambios de pH que cambian la acidez/basicidad para poder oxidar metales. Respiración de los organismos, que afecta al pH del suelo (carbonato a ácido carbónico). Esto es una mínima parte del conjunto que de las reacciones que se pueden producir en el suelo en la rizosfera, ya que la planta crea las condiciones adecuadas para que se pueda producir esto. Además, en la rizosfera no solo puede producirse la acumulación (fitoestabilización) o degradación (fitodegradación) de contaminantes. Dependiendo de las plantas presentes y su tolerancia a la contaminación o su capacidad natural de transportar los contaminantes hacia la parte aérea, también es la zona donde puede favorecerse la fitoextracción. Asimismo, debemos tener en cuenta que es una zona ácida, donde aumenta la disponibilidad de nutrientes a los organismos (plantas y microorganismos) gracias a: Su unión a ácidos orgánicos. Agentes quelantes. Cambios en la solubilidad (REDOX). Transformaciones diversas por la actividad de microorganismos. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La fitodegradación se basa en el metabolismo o degradación enzimática de contaminantes orgánicos en el interior de la planta o en la rizosfera, pudiéndose dar tanto en condiciones aerobias como anaerobias (porque hay rizosfera). Para ello, los contaminantes son transformados en formas no tóxicas o disminuyen su toxicidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589263 FITOEXTRACCIÓN Es la captación de los contaminantes a través de las raíces hacia la parte aérea de las plantas (zonas cosechables, tallo u hojas) para extraer los contaminantes del suelo a medio o largo plazo. Se están extrayendo metales. La biomasa cosechada suele ser incinerada o tratada para obtener metales. Es decir, la planta absorbe el metal, luego nos llevamos las plantas, las incineramos y obtenemos en las cenizas los metales. En este caso, hablamos de tratamiento de kilos, no de toneladas. Capacidad para crecer fuera de su zona natural. Tolerancia a elevadas concentraciones de contaminantes. Rápido crecimiento. Elevada acumulación de biomasa. Fácil cosecha. Acumulación de metales en zonas cosechables. De manera natural, ninguna planta conocida presenta todas estas características. Sin embargo, existe la posibilidad de manipulación genética. FUNDAMENTO DE LA FITOEXTRACCIÓN La fitoextracción se basa en el hecho de que hay muchos metales (como el Ni, Cu, Mn o Zn) que son micronutrientes esenciales para las plantas, por lo que las plantas tienen mecanismos naturales para absorber estos metales. Todas las plantas lo pueden hacer, pero algunas los pueden acumular en muy grandes cantidades. Este hecho se puede deber a una adaptación evolutiva a terrenos naturalmente enriquecidos con metales pesados, o a un mecanismo de protección frente a herbívoros. Pero esta hiper-acumulación de metales no es habitual, solo se ha observado en un 0,2% de las angiospermas, sobre todo de las Brassicaceae. HIPERACUMULADORAS Thlaspi caerulescens tiene una capacidad de acumular metales muy grande. Ésta pertenece a la familia Brassicaceae, presentando como problema de que se trata de una planta muy pequeña y, por lo tanto, la cantidad de metales que puede absorber no es demasiado grande. Sebertia acuminata es otra hiperacumuladora que al tener mucha biomasa es muy buena para extraer metales del suelo, ya que puede extraer mayor cantidad de metales. Normalmente, la mayoría de las plantas tienen capacidad para acumular (biodisponibilidad) Cd, Ni, Zn, As, Se y Cu, lo que no es frecuente es que las plantas acumulen Pb, Cr y Uranio. TIPOS DE PLANTAS QUE VIVEN EN SUELOS CONTAMINADOS Se pueden clasificar en tres grupos: Excluyentes. Son plantas que viven en entornos contaminados, pero ellas no acumulan metales contaminados, sino que tiene sistemas de bombeo para eliminarlos. Son las fitoestabilizadoras, que se usan para evitar la contaminación por erosión hídrica o eólica. Acumuladoras. Independientemente de si viven en suelos contaminados o no, tienen tendencia a hiperacumular metales en sus tejidos, incluso en zonas no contaminadas. La acumulación puede ser en la raíz o en las partes aéreas. Son las fitoextractoras. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las plantas fitoextractoras deben tener las siguientes características: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589263 Indicadoras. Resisten la contaminación y concentran metales en relación directa a la concentración del suelo. Se utilizan para la prospección. Por ejemplo, en minería cuando no había capacidad de hacer análisis en el suelo, se fijaban en las plantas. Al trasladar los metales del suelo a las zonas cosechadas de la planta pueden extraerse los metales del suelo. Las hiperacumulativas de forma natural acumulan metales, de 50 a 500 veces más concentración que otras plantas, sin mostrar síntomas de toxicidad. Su eficiencia depende de: Su capacidad de producir biomasa. Su factor de bioconcentración (FBC: 50-500). Las plantas combaten la toxicidad catalizando reacciones REDOX que cambian el estado de oxidación de los metales, transformándolos en sus formas no tóxicas. Ejemplo de ello es el Cr6+ a Cr3+. En otros casos (Pb, Zn o Cd) los metales se unen a las moléculas orgánicas de bajo peso molecular o a algunos aminoácidos y se localizan en vacuolas. TIPOS DE RELACIONES A la hora de hablar de la fitoextración tenemos dos factores: Factor de translocación. Es la relación de la concentración en la parte aérea con la concentración de las raíces. Factor de bioconcentración. Relación de la concentración de la planta con la concentración que hay en el suelo. Considerando el factor de bioconcentración, podemos tener las siguientes situaciones: En el caso A, tendríamos una planta que toleraría la contaminación, pero no la acumularía (indicadoras), ya que ambos factores están más o menos en equilibrio. El caso B sería una planta fitoestabilizadora o de fitodegradación en la zona radicular. Finalmente, el ejemplo C, se trata de una planta que extrae contaminantes del suelo, por ello presenta factores altos (fitoextracción o fitodegradación hacia la atmósfera). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. MECANISMOS PARA SOBREVIVIR A LA TOXICIDAD a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589263 Por último, es importante saber que, en general, las raíces tienen más frecuencia a acumular metales. FITOVOLATILIZACIÓN Una variante de la fitoextracción implica la eliminación del contaminante de la planta, es decir, volatilizan los contaminantes hacia la atmósfera. Estas plantas son las fitovolatilizadoras. COMPARATIVA DE COSTES FITOEXTRACCIÓN La vitrificación es cara, ya que supone el uso de energía. La fitoextracción es muy barata y la fitoestabilización es mucho más barata aún. FITORREMEDIACIÓN: VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas: Bajo coste. Preserva el suelo. No destruye su estructura ni fertilidad. Evita la dispersión y lavado de los contaminantes. Puede degradar contamines orgánicos, aunque también es efectiva para los inorgánicos. Genera poco volumen de residuos secundarios (cenizas). Aceptación social (ecología). Inconvenientes: Profundidad efectividad limitada. Es un proceso lento (años). La producción de biomasa es baja, ya que suelen ser plantas pequeñas. No es útil para concentraciones muy elevadas, ya que causaría toxicidad en la planta. La eficacia se va reduciendo, ya que la producción de biomasa decrece con el tiempo. Transmisión a la cadena trófica. Solo se puede aplicar en unas determinadas condiciones climáticas. EJEMPLOS Algunas plantas tienen una capacidad de fitoextracción muy elevada, como es el caso de: Sebertia acuminata. Es acumulativa de níquel. Pteris vittata. Es un acumulador natural de arsénico, pudiendo llegar a concentrar 1500 mg/kg de arsénico en el suelo. Además, puede acumular hasta 23 mg de As/g de biomasa. Pero sobre todo destaca por su poder de translocación, acumulando hasta un 95% de As en sus hojas. Por otra parte, cuando está en suelos muy contaminados con arsénico crece hasta un 45% más. Sesbania drummondii. Es acumulativa de plomo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Esto implica que podemos utilizar la manipulación genética para mejorar lo fitoextracción, como es el caso de extraer metil mercurio del suelo contaminado. En este ejemplo, se extrajo de una bacteria resistente al mercurio el gen que codifica para una enzima que reduce el mercurio (mercurio-reductasa). Este gen se ha podido introducir en plantas (algodón, chopo, etc.), pudiendo hacer que la planta tenga mayor resistencia a la presencia de mercurio y permita reducir el mercurio a mercurio elemental. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 TEMA 4. BIORREMEDIACIÓN. TÉCNICAS EX-SITU La biorremediación puede realizarse para contaminantes orgánicos e inorgánicos. Si se trata mediante técnicas ex situ emplearemos bio-reactores, biopilas, bioleaching, etc. TRASLADO A VERTEDERO, RESIDUOS INERTES Y PELIGROSOS Es preciso saber que, de media, en la UE el precio de traslado por tonelada es de 160€. BIORREMEDIACIÓN/HIDROCARBUROS La biorremediación se utiliza para la descontaminación de HC. El objetivo es acelerar la capacidad natural de recuperación del suelo (atenuación natural) mediante el empleo de seres vivos. Los procesos que se dan son: transformación, volatilización, movilización o inmovilización de contaminantes. Cuantos más microrganismos haya en el suelo mayor será la eficiencia de la biorremediación. Este aumento de microorganismos se consigue mediante: Bioestimulación. Bioaumentación. La biodegradación tardará más tiempo cuanto menor sea la biodegradabilidad del contaminante y cuanto mayor sea la cantidad vertida. BIOPILAS En las biopilas, la biorremediación es ex situ. Lo que hacen las biopilas es acelerar o posibilitar la atenuación natural de la contaminación. Es decir, estimula la actividad microbiana añadiendo nutrientes, minerales, agua y oxígeno. La biopila se diferencia del land farming en: Es ex situ. Tiene aireación forzada en vez de remoción del suelo. Requiere menor superficie. Se puede usar la bio-pila para contaminantes orgánicos o inorgánicos. En este ultimo caso, se deben recoger los lixiviados. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Los residuos sólidos inertes tienen un valor medio aproximado muy variable de 60€/t. los residuos peligrosos reciclables que se producen en España son exportados a terceros países o, en el caso de industrias irresponsables, dejados en vertederos inertes. Los residuos peligrosos no reciclables. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 En las biopilas el suelo debe estar aislado. Para ello, debe apilarse sobre una superficie impermeable y debe ser cubierto por una capa impermeable. BIO-LIXIVIADO PARA INORGÁNICOS: BIOMINERÍA La pila de suelo/mineral es un montón de mineral triturado que se riega con una disolución diluida de ácido sulfúrico que contiene bacterias y nutrientes. La solución drena a través de la pila y se recoge en canales de lixiviado. Esto se ve favorecido gracias a que las pilas tienen una cierta inclinación para la recogida de estos lixiviados. Dichos lixiviados se acumulan y se someten a tratamientos tradicionales. El resto de líquido ácido se vuelve a recircular a la pila, hasta que está suficientemente enriquecido en metal. Después se hace una extracción convencional, por ejemplo, electrocinética. Por lo que es un sistema bastante autónomo y eficiente. Al trabajar con una disolución de ácido sulfúrico, las bacterias que puede haber, debido a los bajos pH (aproximadamente de 2), son acidófilas. Además, estas reacciones son muy exotérmicas, por lo que las bacterias también tienen que ser termófilas (Tº de la pila 45-60ºC). Por otra parte, es necesario airear la pila, para así jugar con la oxidación del medio con el fin de tratar sulfatos y otras sustancias. Además, aunque los microrganismos pueden reproducirse libremente, es aconsejable inocular de tiempo en tiempo nuevas poblaciones y proporcionar sus correspondientes condiciones (aire, humedad y nutrientes). Asimismo, es necesario controlar la temperatura. Para ello se emplean geotextiles que cubren la pila y reducen la pérdida de calor (a mayor temperatura mayor es la lixiviación). BIOPILA Como se ha mencionado anteriormente, las biopilas se emplean para la descontaminación de suelos con hidrocarburos. (VÍDEOS). El coste de una biopila es muy variable y depende del tipo de suelo (mejor suelos arcillosos), concentración del contaminante, facilidad de accesos y complejidad de las instalaciones. PASOS PARA CONSTRUIR UNA BIOPILA Ejemplo de un estudio de caso Un emplazamiento con una importante actividad industrial durante más de 70 años ha tenido derrames y pérdidas de combustibles (aceites, fueloil y diésel) desde 11 tanques enterrados. Primero hicieron una caracterización del subsuelo para ver el tipo de contaminantes, grado de afección y extensión espacial) y elaboran un estudio de evaluación de riesgos, para establecer los Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Al biolixiviado de orgánicos se suele llamar biominería. Se usa para la extracción de metales, sobre todo para Cu y para extraer Au de ciertos minerales que presentan dificultados a la extracción con cianuros. Su uso en el Zn y Ni es minoritario. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 objetivos de limpieza para suelo y aguas subterráneas en el emplazamiento. En este estudio, hubo que tener en cuenta la caracterización del suelo, las vías de transmisión los receptores. Se evaluaron distintas alternativas de remediación, en base a criterios de coste, tiempo necesario para alcanzar los objetivos, condiciones ambientales, etc. una vez analizado todo, se optó por la excavación selectiva de suelos y su posterior tratamiento mediante biopilas aireadas. Ensayo de nivel I. Principales características fisicoquímicas del suelo (pH, conductividad, capacidad de campo, COT, contenido en nutriente, etc.). Ensayos de nivel II. Profundizar en los aspectos de la biodegradabilidad. Se distinguen tres grandes grupos de ensayos realizados dentro del Nivel II: 1. Respirometrías. 2. Determinación de HC. 3. Determinación microbiológica. La construcción de la biopila requiere las siguientes capas: Base de material limoso-arcilloso, compactado y nivelado (cimiento de la biopila). Manta geotextil. Geomembrana de polietileno de alta densidad (PEAD). Capa de drenaje con gravas silíceas y un tubo de drenaje central. Permite que cuando se añade agua y nutrientes, ésta circule y se vaya a los canales centrales. Sistema de recogida de lixiviados y aireación. Simultáneamente a la construcción del cimiento de las biopilas, en este ejemplo, se realizaron: Excavaciones de los suelos, después de un proceso de homogenización, desterronado, aireación y adición de nutrientes. Colocación de estos suelos sobre la base descrita, para posteriormente ser tapados con láminas PEAD. El conjunto se tapa con otra geomembrana. Mensualmente, se realizan muestreos con hand auger (barrena manual) desde la parte superior de la biopila para comprobar la concentración de HC de los suelos y establecer el grado de biodegradación alcanzado. En el ejemplo anterior, la reducción de los distintos compuestos del aceite hidráulico contaminante llegó hasta una concentración próxima a los objetivos de este caso. Sin embargo, se sigue estando por encima del NGR, aunque no se supera 100 veces. En este momento el técnico decide si le vale o no. PARÁMETROS NECESARIOS PARA EVALUAR LA EFECTIVIDAD DE LAS BIOPILAS En el suelo debemos conocer: Población de organismos. pH. Temperatura. Humedad. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Con carácter previo a todo este estudio, lo que hicieron fue un ensayo de biotratabilidad, para determinar la capacidad del suelo contaminado a ser biodegradado y establecer qué condiciones eran las óptimas para el tratamiento. Es decir, si había bacterias en el suelo que se pudiesen emplear posteriormente para descontaminarlo. Los estudios de biotratabilidad se dividieron en dos ensayos: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 Nutrientes. 1. Nitratos. 2. Fosfatos. 3. Relación C/N. Indicador de que el suelo está metabolizando nutrientes. Lo normal es menos de 20 (entre 8-15). 4. Otros iones. Textura y estructura. 1. Contenido en arcillas, limos y arenas. Es un inconveniente tener mucha arcilla. 2. Porosidad. Un suelo arcilloso puede tener mucha porosidad, dependiendo de su estructura. 3. Permeabilidad. 4. Densidad aparente. Del contaminante debemos conocer: Volatilidad. Biodegradabilidad. Concentración. Toxicidad. 1. Contenido de metales. Si un metal tiene una concentración elevada puede ser tóxico, ya que en estos lugares además de haber contaminación por HC también puede haber contaminación por metales y lo debemos tener en cuenta para que la biopila funcione correctamente. 2. Tipo y concentración de HC. Del clima debemos conocer: Temperatura. Régimen de lluvias. Viento. POBLACIÓN DE MICROORGANISMOS Las bacterias implicadas en la biorremediación de contaminantes derivados del petróleo deben ser aerobias o facultativas y heterótrofas. Tomando una pequeña muestra de suelo se hace un cultivo bacteriano o de hongos y se cuenta el número de Unidades Formadoras de Colonias (CFU). El número de colonias es el indicador que el suelo está bien. Los valores normales son entre 104 y 107 CFU/g de suelo. Debido a la toxicidad de los HC en lo suelo, en biopilas suele haber un menor número de CFU. Por ello, se establece un mínimo de 103 CFU/g de suelo para que los procesos en la biopila sean efectivos. La velocidad de degradación del HC en el suelo es una función de procesos físicos (humedad del suelo, porosidad, temperatura, etc.), pero también depende de la capacidad de biorremediación del suelo, es decir, de la existencia de organismos vivos. En ausencia de toxicidad, la degradación del HC sigue una distribución exponencial negativa. La concentración final (Cf) tras la atenuación se puede calcular de la siguiente manera: 𝐶𝑓 = 𝐶𝑜 ∙ 𝑒 −𝑘𝑡 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 Para calcular la tasa de reducción suele emplearse un término denominado tiempo medio de degradación (t1/2) o tiempo de vida media, que supone el tiempo necesario para que la Cf se reduzca a la mitad: Ejemplo La línea de abajo es la rizosfera inoculada, porque si están inoculado microrganismos la degradación debe ser más rápida. La que al final se queda más arriba es la que no tiene rizosfera y la del medio sería un suelo con rizosfera. En la biominería las pilas tienen pH muy ácido. Sin embargo, las biopilas que sirven para degradar HC tiene pH neutros, con rangos entre 6-8. TEMPERATURA EFECTIVA: 10-45ºC La temperatura cubre un rango bastante alto (10-45ºC). A estas temperaturas la biopila funciona correctamente, aunque también es posible que funcione bien con otras temperaturas, ya que es relativamente fácil de controlar (inyectar aire caliente, etc.). Durante buena parte del año la temperatura está por debajo de los 0ºC. Cuando pasa esto, el TPH no se mueve. En el momento en el que empieza a aumentar un poco la temperatura, el TPH comienza a disminuir. Esto es posible porque las bacterias propias, autóctonas, son capaces de llevar a cabo la degradación, aunque las temperaturas no sean tan adecuadas. En el momento en el que se tienen buenas temperaturas (10ºC) el TPH disminuye muchísimo. HUMEDAD EN EL SUELO Para que una biopila funcione bien tiene que estar húmeda, pero no empapada. Lo ideal es entre un 40-85% de la capacidad de campo. Esta capacidad de campo va creciendo a medida que los suelos van siendo más arcillosos. Los suelos arenosos casi no tienen capacidad de campo. Si estamos considerando un suelo franco limoso, la capacidad de campo sería 30, es decir, la máxima capacidad que puede retener. La biopila funcionará muy bien entre el 40-80% de la capacidad de campo, es decir, entre un 12-26%. Si la biopila (o el suelo) tiene menos de un 40% de la CC se deberá proceder al riego. Si tiene más del 86%, será necesario un sistema de drenaje. NUTRIENTES Los nutrientes más importantes son nitrógeno y fósforo. Pueden aparecer en ratios C:N:P desde 100:10:1 a 100:1:0,5. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. pH EFECTIVO: 6-8 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589268 Los fertilizantes más utilizados son los NPK, los cuales tienen otras proporciones y dependen de donde procedan. Por otra parte, las texturas muy finas (arcillosas) disminuyen la eficacia de las biopilas ya que: Dificultan la distribución homogénea de nutrientes. Dificultan el flujo de aire y de agua. En el caso de que se den dichas texturas, será necesario añadir paja o serrín. TEXTURA CONCENTRACIÓN DE LOS HC Cuando tenemos un suelo muy contaminados (>50.000ppm) no son efectivas las biopilas, ya que las condiciones tóxicas inhiben la biorremediación. En este caso, será imprescindible mezclar el suelo con otros suelos. Por este motivo, deberemos hacer otros tratamientos previos para rebajar la contaminación por debajo de 50.000ppm para poder utilizar las biopilas. Idealmente, debería ser inferior a 10.000ppm, ya que sino la velocidad de degradación es muy baja. Además, si la concentración de TPH es superior a 10.000ppm se debe mezclar el suelo con un suelo limpio para reducir dicha concentración. REQUERIMIENTOS DE LA CONCENTRACIÓN FINAL Se sabe que es muy difícil reducir la concentración de TPH más del 95% de la concentración final debido a la presencia de HC no biodegradables (recalcitrantes). Si se requiere más del 95% de reducción o concentraciones menor a 0,1mg/kg la biopila no estará indicada. A partir de 700mm de pila es imperativo tener que tapar la pila. SÍNTESIS Las características de la biopila son: No más de 2-3m de altura y longitud variable. Si tenemos una biopila mas alta las partes de abajo se pueden llegar a compactar. Suelos húmedos, entre un 40-85% de la capacidad de campo. Se considera un método barato, con un coste entre 30-200€/t. Duración de varias semanas. Nutrientes C:N:P → 100:10:01 pH neutros. Tras la reducción > 100mgHC/kg suelo y día. HC < 50.000ppm. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La textura es la distribución de las partículas de tamaños arena, limo y arcilla. El drenaje, es decir, la capacidad de transmisión será menos cuanto mayor sea el contenido en arcilla. Las biopilas funcionan mejor con suelos de texturas más bien arenosas. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589266 TEMA 5. TÉCNICAS FÍSICOQUÍMICAS DE DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS Técnicas de contención. Aíslan el contaminante en el suelo sin actuar sobre él, es decir, actúan de barreras físicas. Técnicas de confinamiento. Reducen la movilidad de los contaminantes en el suelo actuando sobre las condiciones fisicoquímicas de los contaminantes. Técnicas de descontaminación. Disminuyen la concentración de los contaminantes en el suelo. Es decir, se retira la contaminación del suelo. Todas estas técnicas se pueden dividir en: Técnicas in situ. Actúan sobre los contaminantes en el lugar donde se localizan. Suelen ser técnicas algo más lentas y difíciles de llevar a la práctica, pero son menos agresivas para el suelo, lo que nos permitirá tener posteriormente usos medioambientalmente sostenibles. Técnicas ex situ. Requieren la excavación previa del suelo para su posterior tratamiento. Es decir, se excava el suelo hasta la profundidad en la que esté el contaminante. Estas técnicas son más costosas porque requieren excavar el suelo, pero, por otro lado, la descontaminación es más rápida y normalmente permiten una recuperación mayor del suelo. Estas técnicas se pueden clasificar en: 1. On-site. El tratamiento se lleva a cabo en el mismo lugar. 2. Off-site. El tratamiento se lleva a cabo en instalaciones externas, lo que requiere el transporte del suelo contaminando. TÉCNICAS FÍSICOQUÍMICAS DE DESCONTAMINACIÓN DEL SEULO Las preguntas claves que nos tenemos que plantear para saber qué técnica es la más adecuada a la hora de descontaminar un suelo son: Cuál es o son los contaminantes y la concentración en la que aparecen en el suelo. Tendremos que distinguir si son: 1. Metales y metaloides. Como Cd, Cu, Zn, Pb, Hg, As, etc. 2. Contaminantes orgánicos. Como hidrocarburos, plaguicidas, etc. 3. Mezcla de contaminantes orgánicos e inorgánicos. En qué forma se encuentra el contaminante. La naturaleza química de los contaminantes es importante para saber la reactividad que tendrá en el suelo. Podremos tener: 1. Cationes. 2. Aniones. 3. Estado metal. 4. Condiciones REDOX. 5. pH. 6. Volatilidad. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las técnicas fisicoquímicas de descontaminación del suelo las podemos clasificar en: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589266 Tipo de suelo, características y uso. Serán más fácil de descontaminar los suelos arenosos, ya que los contaminantes están menos retenidos. También deberemos tener en cuenta las características del suelo, es decir: 1. pH. 2. Potencial REDOX. 3. Permeabilidad. 4. Humedad. 5. Contenido en materia orgánica. Por último, tendremos que tener en cuenta el tipo de suelo, es decir, si es industrial, urbano u otros usos. Tiempo y presupuesto. Determinará la elección de la técnica en función de las necesidades de inmediatez de resultados y del coste del proceso. TIPO DE SUELO, CARACTERÍSTICAS Y USO pH y potencial REDOX El pH y el potencial REDOX modifican la forma química de los compuestos y su movilidad. Esto quiere decir que los contaminantes se moverán en el suelo dependiendo de estas características: Condiciones ácidas. Si hay metales en un suelo ácido predominan las formas catiónicas (Cd2+, Cu2+, Pb2+, etc.). En este caso, el metal estará más móvil. Condiciones básicas. Los metales en suelos básicos se presentarán en forma de óxidos e hidróxidos metálicos. Condiciones oxidantes o reductoras. Si se modifican las condiciones REDOX se puede disminuir la movilidad de los contaminantes. Por ejemplo, el As(V) es menor móvil y tóxico que el As(III). Asimismo, el Cr(III) es menor móvil y tóxico que el Cr(IV). Los estados REDOX se representan mediante los diagramas de Pourbaix o Eh-pH: Si estamos en el cuadrado abajo a la izquierda tenemos condiciones reductoras y ácidas. La parte de arriba del diagrama son condiciones oxidantes, y abajo reductoras. Según nos movemos en el eje x, cuanto más a la derecha, el pH será más básico. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589266 Ejemplo del aluminio: Si se sube el pH en exceso sería negativo, ya que al aumentar el pH por ejemplo a 9 se formaría aluminato, un anión, lo que provocaría que el aluminio volviese a ser móvil. Ejemplo del arsénico: El As(III) es más peligroso que el As(V). Una posibilidad para descontaminar el suelo, es decir, hacer inmóvil el contaminante, es aumentar el potencial oxidante del suelo para tenerlo como As(V). Para conseguir esto podemos inyectar oxígeno. En suelos encharcados lo normal es tener As(III). En este caso, se deberían hacer zanjas en el suelo para movilizar toda el agua e inyectar oxígeno. De esta forma, el arsénico que queda en el suelo poco a poco se irá convirtiendo en As(V). Respecto al pH, en condiciones ácidas vamos teniendo formas cada vez con menos carga y así serán más inmóviles. Cuanta menos carga, menos móvil. Textura del suelo (tamaño de partícula) En general, los materiales gruesos, como las arenas y gravas finas son más fáciles de tratar. El lavado del suelo no será eficaz cuando el suelo está compuesto de grandes porcentajes de limo y arcilla, debido a la dificultad de separar los contaminantes adsorbidos de partículas finas. Sin embargo, si lo que queremos es inmovilizar el contaminante, lo mejor serán texturas arcillosas. Además, las arcillas pueden provocar un mal funcionamiento de la tecnología de desorción térmica como consecuencia de la aglomeración. Asimismo, un alto contenido en limo y arcilla Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Nos tenemos que fijar en lo que está entre las líneas de puntos. Si queremos inmovilizar el aluminio, podemos echar cal o carbonato cálcico para aumentar el pH del suelo. El objetivo es aumentarlo hasta un pH de 7,5, ya que ahí predominan las formas de óxido de aluminio, que es un sólido y precipita. Si el aluminio precipita, ya no estaría móvil y se perdería su toxicidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589266 pueden ser la causa de una baja permeabilidad durante la extracción de vapor, reduciendo así la eficiencia del proceso. Por otra parte, es importante la homogeneidad del suelo en las técnicas in situ. Permeabilidad Además, una baja permeabilidad también obstaculiza el movimiento del aire y de los vapores a través de la matriz del suelo, lo cual puede disminuir la volatilización de los compuestos orgánicos volátiles. Asimismo, también puede limitar la eficacia de la vitrificación in situ disminuyendo las emisiones de vapores. Finalmente, debemos tener en cuenta que a menor densidad aparente mayor volumen poroso y mayor transferencia de vapor. Humedad del suelo Un alto contenido en humedad en el suelo puede obstaculizar la circulación del aire a través del suelo en los sistemas de extracción de vacío y puede causar problemas de excavación y transporte de materiales. Además, una alta humedad del suelo afecta a la aplicación de la vitrificación y otros tratamientos térmicos, a que aumenta los requerimientos de energía y, por lo tanto, aumenta los costos. Es decir, cuanta más agua tenemos más calor tenemos que aplicar al suelo, por tanto, en estas técnicas nos interesa tener el suelo seco. Sin embargo, la humedad del suelo favorece el tratamiento biológico in situ y las reacciones químicas, ya que si queremos añadir una enmienda caliza nos interesa que el suelo tenga agua para que se favorezcan las reacciones químicas que tienen que tener lugar. Materia orgánica Un alto contenido en MO favorece la adsorción de compuestos orgánicos e inorgánicos y, por lo tanto, favorece la estabilización/inmovilización de los contaminantes. Por el contrario, inhibe la extracción de vapor del suelo y el lavado del suelo, como resultado de la fuerte absorción del contaminante por el material orgánico. Por otra parte, un alto contenido en MO ralentiza procesos tales como la deshalogenación química y aumenta el gasto de reactivos como H2O2 en el proceso de oxidación química. Es importante saber de qué está compuesto la MO para determinar el comportamiento de ésta: Ácidos fúlvicos. Aumentan la CIC y, por lo tanto, los procesos de adsorción. Además, producen una bajada del pH del suelo, favoreciendo la solubilidad de contaminantes orgánicos. Ácidos húmicos. Disminuyen la acidez del suelo, pero aumentan la adsorción de compuestos orgánicos. Uso del suelo Al final, será el uso del suelo el que nos dirá qué técnicas utilizar ya que la legislación exige diferentes niveles según su uso. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La permeabilidad es muy importante en las técnicas in situ, ya que la capacidad de los líquidos de lavado del suelo (agua, disolventes, etc.) a contactar y eliminar los contaminantes puede ser reducida por una baja permeabilidad del suelo o por variaciones de la permeabilidad en las distintas capas del suelo. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 TEMA 6. DESCONTAMINACIÓN POR EXTRACCIÓN Y TÉCNICAS DE CONTENCIÓN TÉCNICAS DE DESCONTAMINACIÓN La primera técnica que explicaremos es la más obvia: la retirada del suelo y su depósito es un vertedero controlado, es decir, la extracción. Consiste en tomar el suelo contaminando, excavarlo, extraerlo y transportarlo en camiones a un vertedero habilitado (instalaciones autorizadas). Esta técnica no es tan fácil como puede parecer, ya que puede hacer falta un pretratamiento para evitar la pérdida de contaminantes volátiles durante la manipulación y traslado del suelo. Los contenedores donde se deposita el suelo deberán tener una base impermeable para evitar posibles lixiviados. Para ello se emplearán materiales de revestimiento como: arcilla, bentonita/cemento o geotextiles. Además, también se debe prestar atención al lugar donde se debe colocar el vertedero, tanto desde el punto de vista de uso del suelo como los materiales del suelo. De este modo, será necesario hacer un estudio del lugar de almacenamiento de dichos contenedores (material geológico, valor medioambiental de la zona, etc.). El problema de esta técnica es que al suelo no se le ha aplicado ningún tratamiento, y seguirá teniendo los mismos contaminantes. Por lo que será necesario hacer un seguimiento y mantenimiento de dicho suelo. APLICACIÓN Se puede aplicar a todo tipo de contaminantes. Sin embargo, suele utilizarse más para residuos que para suelos. VENTAJAS Y DESVENTAJAS Es muy rápido, simple y tiene una eficacia máxima. Además, es una técnica barata. Como inconvenientes es que el suelo ha sido retirado y no tratado, por lo que estamos acabando con este suelo. Por este motivo es una técnica irreversible que no actúa sobre la contaminación. Otras desventajas son: Posibilidad de emisión de contaminantes en el manejo (volátiles). El transporte encarece el precio. Hay que considerar la profundidad y composición del suelo. TÉCNICAS DE CONTENCIÓN Las técnicas de contención aíslan el contaminante, pero no actúan sobre él, simplemente ponen barreras físicas. Así previenen o reducen la movilidad de los contaminantes, sirviendo esta técnica tanto para contaminantes orgánicos como inorgánico (técnica no selectiva). Es una técnica in situ que no requiere excavación, ya que lo único que hay que hacer es cavar una zanja para poner esa barrera o inyectar la sustancia que actuará como barrera. De modo que es Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. EXTRACCIÓN Y ALMACENAMIENTO a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 simple, rápida y eficaz. Únicamente precisa tener inspecciones periódicas continuas para ver si el contaminante sigue en el suelo. Los tipos de técnicas de contención son: Barreras verticales. Barreras horizontales. Barreras de suelo seco. Desecamos una zona para que la contaminación no pueda moverse. Sellado superficial. Se asfalta el suelo contaminado para evitar que entre agua en el suelo y así frenamos la lixiviación. Barreras hidráulicas. Eliminamos las aguas subterráneas que entran en el suelo. El objetivo de esta barrera es reducir los movimientos laterales de los contaminantes. De forma que consiste en poner una barrera en un lateral, impidiendo así que la contaminación se mueva de formar vertical. La metodología para ello es la instalación de muros pantalla de hasta 100m de profundidad que se rellenan con un material aislante para formar pilotes. Para la implantación de estos muros podemos utilizar: Excavación de zanjas o inyección de cemento, bentonita, hormigón o mezcla de éstas. Mejora con geomembranas de polietileno de alta densidad. Uso. Se trata de una técnica óptima para suelos de textura gruesa, no muy compactados. La presencia de grandes bloques de piedra dificulta la excavación. Las barreras pueden ser: Impermeables, reactivas (técnica de descontaminación) y permeables (técnica de contención). Se pueden excavar (impermeables) o inyectar (de relleno). Pueden estar hecha de arcillas, bentonitas, cemento, cal, geomembranas, etc. En los de lechada se inyecta a baja presión un material de baja viscosidad que rellena los poros del suelo sin producir cambios significativos en la estructura del suelo. Uno de los materiales que más se utilizan en las barreras son las arcillas tipo esmectita. La bentonita es una roca industrial con arcillas del grupo de las esmectitas. Estas arcillas son filosilicatos con carga laminar que tienen gran capacidad para retener contaminantes, ya que tienen una gran capacidad de intercambio catiónico. Si utilizamos esta arcilla, que es reactiva, estaremos generado una barrera reactiva. Además, la esmectita es una arcilla expandible que cuando está seca el espacio interlaminar será pequeño, pero cuando se humedece aumenta el tamaño interlaminar y se expande. Cuando se expande, al estar confinado dentro de una pequeña zanja, provoca un sellado del suelo. Esto es tan útil que se utiliza incluso para galerías de almacenamiento de residuos radiactivos. En conclusión, las funciones que presentan las barreras hechas con este tipo de arcillas son: Soporte de los contenedores en las galerías de almacenamiento. Material de sellado al hidratarse, aislado los residuos de la roca. Adsorción de los radionucleidos, en caso de rotura de la cápsula. Regula la composición de las aguas subterráneas circundantes. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. BARRERAS VERTICALES a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 Aplicaciones y ventajas Las barreras verticales son útiles para contaminación muy extensa y un amplio grupo de contaminantes, pero los contaminantes deben ser de baja peligrosidad, ya que no se está actuando sobre ellos, simplemente se está evitando su movilización. Esta técnica puede ser temporal (se aplica esta técnica mientras al terreno se le aplican otras técnicas de descontaminación) o permanente (es la única técnica que se está empleando). Limitaciones e inconvenientes Costes Las barreras verticales pueden tener elevados costes de diseño e instalación, aunque son más baratas que otras tecnologías. Estos costes varían según: Tipo, actividad y distribución del contaminante. Profundidad, longitud y anchura de la barrera. Características geológicas e hidrogeológicas. Distancia entre la fuente y el equipo. Requisitos de protección y mantenimiento. Tipo de barrera y de escorrentía del contaminante. BARREAS PERMEABLES ACTIVAS Es una técnica de descontinuación fisicoquímica in situ, ya que no solo es una barrera impermeable que evita el transporte de los contaminantes, sino que reacciona con ellos. Por lo que es una transformación de la anterior. Se trata de una barrera permeable que permite el paso del agua a través de la barrera para que los contaminantes reaccionen con ella y se descontamine el suelo. Por lo que es una técnica novedosa que consiste en la instalación in situ de una pantalla perpendicular al flujo de la pluma de contaminación, permitiendo el paso del agua subterránea contaminada. El objetivo es que el agua que sale de esta barrera no esté contaminada. Los materiales más comunes de relleno de las barreras son: Elementos metálicos (Fe) para la degradación por REDOX y disolventes clorados. Mezcla de nutrientes para favorecer la biodegradación por microorganismos. Carbono activo o arcillas para la adsorción de contaminantes. Pantallas de calcita para la precipitación de contaminantes inorgánicos como el P en medios eutrofizados y Pb. En conclusión, es una técnica de recuperación en vías de desarrollo, por lo que aún faltan estudios a largo plazo para estudiar la fiabilidad, degradación y mantenimiento de estas barreras. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Estas barreras no eliminan la toxicidad o movilidad de los contaminantes, solo evitan su dispersión. Además, los materiales de las barreras pueden degradarse con el tiempo, romperse o ser atacadas por las soluciones contaminantes (por ejemplo, la bentonita no resiste pH extremos). Por lo que precisan de un control, ya que se pueden ir degradando con el tiempo. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 REACCIONES PRINCIPALES DE LAS BARRERAS PERMEABLES Oxidación/Reducción Una técnica de descontaminación es la reducción de algunos elementos contaminantes con el fin de que éstos se transformen en formas no tóxicas. Algunos ejemplos son: Reducción del nitrato. Reducción del Cr(VI) a Cr(III) y precipitación por hidrólisis. Reducción del Se(VI) a Se(0) sólido. Reducción del U(VI) a U(IV) amorfo. Los óxidos e hidróxidos de metales precipitaran en presencia de carbonatos. El caso de los fosfatos metálicos (Al, Fe, Pb), es muy útil para el plomo, ya que permite inmovilizarlo. BARRERAS HORIZONTALES Se trata de una técnica in situ física de contención que usa materiales naturales que reducen la permeabilidad (bentonita, mezcla de bentonita y cementos, geomembranas, etc.) junto con productos de alta permeabilidad para permitir el paso de lixiviados a las capas más profundas. En este caso, podemos poner diferentes capas (una permeable y otras impermeables) para añadir diferentes rellenos. Hay que intentar combinarla con un sistema de contención lateral y captación de volátiles. Por otra parte, es conveniente que el material sellado no esté sometido a continuos periodos de humectación y desecación que pueden deteriorarlo. La recubierta superficial es una técnica que proporciona una barrera entre el suelo contaminado y la superficie (aire y agua, hacia arriba) y hacia abajo (emisiones e infiltraciones para la protección de aguas subterráneas). Algunas de las características de estas barreras son: Evita la exposición directa del suelo a la contaminación. Limita la infiltración de agua de lluvia en el suelo contaminado. Controla la volatilización de ciertos contaminantes a la atmósfera. Capas En un ejemplo de una barrera horizontal, ésta estaría formada por: 1. 2. 3. 4. 5. Capa de vegetación. Capa de suelo no contaminado. Capa aislante, permeable. Capa de drenaje, de arena. Capa de baja infiltración, para prevenir la infiltración del agua al suelo contaminado. Como capa impermeable se emplean arcillas compactadas, geotextiles o polímeros PVC (cloruro de polivinilo) y otros polietilenos de distintas densidades. El asfalto también es utilizado con cierta frecuencia para formar una simple capa que aísla el suelo contaminado del medio ambiente. Además, estas barreras también cuentan con un sistema de recogida de gases. A veces estos gases pueden ser liberados directamente a la atmósfera, pero en ocasiones se eliminan quemándolos y solo para los más tóxicos es necesario recurrir a procesos de purificación. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Precipitación a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 Aplicaciones Algunas de sus aplicaciones son: En superficies extensas, donde no es recomendable desplazar la contaminación. Por ejemplo, en escombreras de las minas. Para prevenir las mitigaciones verticales, con la posibilidad de combinarlas con las barreras verticales. Para reservar el suelo temporalmente (evitar la dispersión) mientras se aplica otro tratamiento, aunque también se puede utilizar como técnica definitiva. Si se utiliza como técnica temporal es para recoger lixiviados y minimizar la infiltración; si se una como técnica definitiva es porque otra es inviable. No disminuye la toxicidad, la movilidad o el volumen de residuos peligrosos, simplemente mitiga las migraciones. Por sí mismo no puede impedir el flujo horizontal, solo el flujo vertical. Por lo que necesita la combinación con barreras verticales para minimizar el flujo horizontal y la migración. Algunas de sus láminas se pueden degradar, como la bentonita si las minas son muy ácidas. La vegetación puede penetrar a través de las capas y producir un “vía de escape”. El uso del suelo debe ser controlado para no degradar la secuencia de capas. Si lo gases son tóxicos, es necesario montar un sistema de recogida y determinación de gases. Costes Es el sistema menos caro de todos, ya que no hace falta prospección ni colocación de barreras. El coste principal viene dado por la naturaleza del contaminante y los ensayos de control necesarios. BARRERAS DE SUELO SECO Está ideado para mantener la contaminación en ambientes subsuperficiales donde otra tecnología no es viable. Esta técnica se basa en la desecación del suelo para aumentar la capacidad de retención de contaminantes y evitar su migración. Esta barrera cuenta con un entramado de pozos verticales y horizontales por donde se hace pasar el aire seco que vaporiza el agua del suelo y lo lleva a pozos de extracción. Se puede emplear para contaminantes que sean sustancias volátiles y derivados del petróleo. SELLADO SUPERFICIAL El sellado superficial evita la exposición directa del suelo contaminado, limita la infiltración de agua de lluvia y controla la volatilización del contaminante a la atmósfera. En este caso, se trata de sellar con una lámina de bentonita, asfalto, hormigones o materiales termoplásticos la parte superficial del suelo. Por ejemplo, sería añadir asfalto al suelo para evitar que entre agua y genere lixiviados. Esta técnica se emplea para contaminantes de sustancias volátiles y se usa en suelos que no presenten serios procesos de humectación-desecación. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Limitaciones a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589275 SELLADO PROFUNDO Se trata de alterar la estructura del suelo para disminuir la permeabilidad de los contaminantes a las aguas subterráneas. Para ello, se inyectan materiales plastificanetes (cemento-bentonita, silicato-sódico, etc.) a la profundidad deseada, con cuidado de nunca llegar al nivel freático (2030m), ya que, si sellamos el suelo por debajo del nivel freático, va a haber una corriente de agua que va a movilizar dicho sellado. Para esta técnica, la textura del suelo debe ser gruesa (tirando a arenosa) para que se pueda inyectar los materiales del sellado y con permeabilidad alta. Sirve para todo tipo de contaminantes. Se extrae agua subterránea en las proximidades del foco de la contaminación o aguas arriba para evitar su contaminación y mitigación. Las barreras de suelo seco se hacen una vez que el agua subterránea ha pasado por el suelo contaminado y las hidráulicas evitan que el agua subterránea atraviese la zona contaminada. Los suelos en los que se emplean estas barreras deben tener texturas gruesas y con alta permeabilidad. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. BARRERAS HIDRÁULICAS 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. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 TEMA 8. TÉCNICAS DE DESCONTAMINACIÓN (I) Las técnicas de descontaminación fisicoquímicas disminuyen la concentración de los contaminantes en el suelo a través de procesos fisicoquímicos. Son técnicas que pueden ser tanto in situ como ex situ y son selectivas (contaminantes orgánicos, inorgánicos, derivados del petróleo, etc.). En general todas ellas tienen un alto coste económico. Extracción. Lavado/ Flushing. Oxidación/Reducción. Barreras permeables activas. Adición de enmiendas. Electrocinéticas. El objetivo de todas ellas es eliminar los contaminantes del suelo. EXTRACCIÓN Es una técnica in situ cuyo objetivo es separar los contaminantes del suelo para su posterior tratamiento. Los requerimientos son: Que los suelos sean permeables. Que los contaminantes sean móviles. Cuanto menos adsorbido esté el contaminante en el suelo mejor será el proceso de extracción. Es mejor descontaminar un suelo recién contaminando que uno que lleva mucho tiempo contaminando, porque a la contaminación no le ha dado tiempo a reaccionar con los materiales del suelo. Los tipos de extracción son: Extracción de vapor del suelo. Los requisitos del contaminante es que tienen que ser volátiles o semivolátiles (si se inyecta aire caliente). Extracción con agua. Actúa sobre contaminantes solubles en agua. Extracción en fase libre. Se eliminan las bolsas de HC principalmente. Es decir, deben ser contaminantes líquidos que por succión se ext