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CrisRG www.wuolah.com/student/CrisRG 8139 TEMA 8 (hecho).pdf TDM (suelos) 4º Técnicas de Descontaminación del Medio Grado en Ciencias Ambientales Facultad de Ciencias UAM - Universidad Autónoma de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de es...

CrisRG www.wuolah.com/student/CrisRG 8139 TEMA 8 (hecho).pdf TDM (suelos) 4º Técnicas de Descontaminación del Medio Grado en Ciencias Ambientales Facultad de Ciencias UAM - Universidad Autónoma de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-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 extraen los que no están adsorbidos en el suelo. Lo único que hacemos es sacar el líquido. Extracción en fase densa. Lo que se extraen son fases más densas que el agua. Principalmente nos centramos en HC clorados, que son más densos que el agua. Por lo que se perfora para llegar al acuífero y por succión se extrae. Extracción química (con disolventes y ácidos). Se hace entrar en contacto el disolvente o el ácido con el suelo para disolver los contaminantes. Los ácidos nos sirven para metales y los disolventes orgánicos actúan sobre contaminantes orgánicos. 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 que podemos encontrar son: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 EXTRACCIÓN DE AIRE/DE VAPOR DEL SUELO Se trata de la extracción de contaminantes en fase gaseosa mediante volatilización a través de pozos de extracción que conducen los contaminantes hasta la superficie (mejora aplicación calor). Es decir, los contaminantes deben ser volátiles y se hacen unos pozos en los que se aplica presión negativa, es decir, se adsorbe el aire del terreno, de manera que este aire arrastre los contaminantes orgánicos. Posteriormente se trata este aire en plantas especializadas. Si los contaminantes son semivolátiles a la vez que se extrae el aire, también se aporta aire caliente, de tal manera que los contaminantes que antes eran semivolátiles ahora son volátiles del todo. Esto podría servir, por ejemplo, para mercurio. Algo que es muy importante en este caso es la humedad del suelo. La relación de cómo de soluble es el suelo se mide mediante la constante de Henry. Cuanto menor sea la constante de Henry, más fácil se extraerá. Si la constante es muy alta, habrá que desecar el suelo. Si el suelo tiene baja permeabilidad, se puede forzar la extracción de aire inyectando aire. A la vez que hacemos esta extracción de vapor, se va a favorecer el metabolismo por la inyección de aire. Es decir, esto también va a favorecer la biodegradabilidad de compuestos de baja volatilidad. En conclusión, esta técnica se aplica a contaminantes volátiles y semivolátiles: HC derivados del petróleo, disolventes, PAHs, compuestos organoclorados volátiles, etc. Aplicaciones Sus aplicaciones son: Es muy utilizada con un alto desarrollo comercial por sus rendimientos y costes. Es muy efectiva para COVs. Es una técnica descontaminante que no modifica la estructura del suelo. Se utiliza con otras técnicas. Es decir, es una técnica mixta. Condiciones ideales Las condiciones ideales del contaminante en esta técnica son: Presión de vapor elevada (> 1,0mm Hg). Constante de Henry > 0,001atm m3/mol. Baja solubilidad del agua. Las condiciones ideales del suelo son: Humedad baja. Para que los contaminantes no compitan en quedarse disueltos o en la fase de vapor. Permeabilidad del aire alta. Bajo contenido en materia orgánica. Limitaciones Las limitaciones que presenta esta técnica son: Suelos con un alto contenido en humedad. Que haya mucha MO, por lo que los contaminantes orgánicos se van a adsorber ahí. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Los pozos de extracción se utilizan normalmente a profundidades de 2m (o más, hasta 100m con éxito). Asimismo, se pueden utilizar bombas de agua para mantener la zona no saturada y favorecer la descontaminación. Suelos de baja permeabilidad que impidan el flujo del aire (mala difusión). No es válida para la extracción de PCB, dioxinas, fueles y metales. Se deben aplicar otras técnicas ex situ para eliminar los vapores contaminados. Es decir, una vez que hemos generado los gases donde están los contaminantes, se deben tratar esos gases mediante: 1. Adsorción. 2. Combustión. 3. Biodegradación. Suelos con textura heterogéneas. Porque si hay un suelo arenoso, pero con zonas arcillosos, el aire fluirá por las zonas arenosas, pero en la parte arcillosa no fluirá el aire y el contaminante se quedará ahí. Si la capa freática es muy superficial, el suelo será muy húmedo y al hacer la succión podremos arrastrar agua, por lo que habrá que vaciar un poco el acuífero o utilizar otra técnica. Fases Por lo que en la tecnología SVE podemos hablar de dos fases: Extracción de vapores. Depuración de vapores. Los métodos de tratamiento de los gases son: Adsorción. No destruye los contaminantes, solo los separa. Funciona reteniendo los contaminantes al pasar por un medio o matriz, frecuentemente carbón. Es muy utilizada para los COVs. Este medio o matriz puede ser: 1. Carbón activo. Es el más utilizado, aunque presenta limitaciones para COVs polares, alcoholes y ácidos orgánicos de alta presión de vapor. 2. Otros materiales adsorbentes. Como las zeolitas y los polímeros sintéticos. Tratamiento térmico. Destruye determinados contaminantes como los COVs por oxidación, al someterlos a altas temperaturas (760-870ºC). Biofiltración. Consiste en la utilización de organismos para consumir o metabolizar a los COVs. En este caso, se hace pasar la corriente de gas contaminado a través de una o más vasijas que contienen los microorganismos. En conclusión, la adsorción por carbón y la oxidación térmica son las dos tecnologías más utilizadas en los sistemas de SVE ya que han demostrado su eficacia con un amplio abanico de contaminantes y concentraciones. El utilizar una u otra es cuestión de costes y consideraciones operativas. En líneas generales, para concentraciones bajas la adsorción por carbón es el método más barato y el que ofrece una más alta eficacia. Un método que da óptimos resultados es acoplar ambos métodos. La oxidación térmica se utiliza en las fases iniciales cuando las concentraciones son más elevadas y luego cuando decrecen las concentraciones se sustituye por la adsorción en carbón activo. Inyección de aire (Air sparging/in situ volatilización) A veces el SVE se complementa con la inyección de aire. Se trata de un mecanismo para mejorar esta técnica. La inyección de aire fuerza la transformación de COV a la fase gaseosa del suelo. El aire a presión sobre la zona no saturada del suelo favorece la biodegradación. Además, este aire que se inyecta en el terreno puede acelerar el proceso y vaporizar los COVs. 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 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 Este es un método típico para la descontaminación de acuíferos, aunque también se usa en zonas no saturadas del suelo. Las ventajas de esta técnica son: Fácil instalación. No altera las condiciones del suelo. No es costoso (14-35€/t suelo saturado). Se hace in situ, por lo que no requiere excavación. Se utiliza junto con SVE para aumentar la eficacia. No se debe utilizar cuando el producto está libre porque puede producir su difusión. La heterogeneidad del suelo disminuye su efectividad. EXTRACCIÓN DE AGUA Se trata de la extracción de agua contaminada del suelo y subsuelo, tanto de la zona saturada como de la no saturada. Posteriormente, el agua se trata y puede ser devuelta al suelo. Los contaminantes que sean capaces de disolverse son los que se pueden retirar. Aquí vamos a distinguir dos zonas: Zona saturada. Bombeo y tratamiento. Zona no saturada. Habrá que inyectar agua para que haya suficiente humedad y se puedan disolver los contaminantes. Además, se pueden añadir disolventes o compuestos químicos que favorezcan la desorción (disolución) del contaminante, es decir, si los compuestos son poco solubles, añadiendo estos productos se puede mejorar la solubilidad y aumentar la movilidad: Tensioactivos para orgánicos poco solubles. Agentes complejantes. Agentes REDOX. Se pueden cambiar las condiciones REDOX de los contaminantes para mejorar su solubilidad. Ácidos o bases. Sobre todo, se va a tratar metales pesados y arsénicos, así como contaminantes orgánicos. Este método es muy común pero no es eficiente en terrenos fracturados o poco permeables. Además, tiene un alto coste y tiempo de ejecución. En conclusión, esta técnica consiste en la adición de agua o agua con aditivos que aumenten la solubilidad del contaminante (quelantes, detergentes, etc.). Se aplica al suelo por inyección directa sobre la zona contaminada. De esta forma, los contaminantes pasan a la solución del suelo que se extrae mediante pozos de bombeo y posteriormente se trata. Existe la posibilidad del reinyectar el agua tratada o recircularla. Por lo tanto, los pasos de esta técnica son: Inyección. Disolución (desorción). Extracción. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Los inconvenientes son: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 Aplicaciones Esta técnica se puede aplicar a: A todo tipo de contaminantes, especialmente a compuestos inorgánicos y radioactivos. Se puede combinar con otros tratamientos como la biodegradación. Limitaciones Suelos con baja permeabilidad y gran heterogeneidad. Altos contenidos en arcillas donde los contaminantes migran en otra dirección distinta a la deseada. Riesgos de residuos del aditivo en el suelo, como agentes quelantes no biodegradables (EDTA). EXTRACCIÓN EN FASE LIBRE Se trata de la extracción de hidrocarburos en fase libre, es decir, los situados por encima del nivel freático (bolsas de contaminación). La fase libre extraída puede ser recuperada como HC o combustible en las refinerías. Lo que se puede hacer es una extracción previa de los volátiles que pudieran contaminar la atmósfera y luego se sacan los contaminantes libres que están un poco más abajo. Finalmente se extraen los que estén aún más abajo. Existen distintos métodos de extracción en función de la contaminación que tengamos: Excavación de una zanja en las zonas contaminadas poco profundas. Si la contaminación es libre, se hace una zanja en la zona adecuada para que el líquido contaminante pueda fluir hasta la zanja y salir. Creación de pozos verticales a profundidad del nivel freático (superior a 80m). Si lo que tenemos es contaminación mucho más en profundidad tendremos que excavar pozos verticales y succionar. Instalación de bombas skimmer a la profundidad de la interfase de agua. Si lo que tenemos es que hemos llegado al acuífero y hay una mezcla de agua y contaminantes, empleamos bombas que separen el agua y la fase orgánica. Por lo que esta técnica se emplea para hidrocarburos derivados del petróleo en fase libre. Su coste y tiempo de ejecución es elevado. EXTRACCIÓN EN FASE DENSA Se trata de la extracción de contaminantes en fase densa que se acumulan por debajo del nivel freático. El método de extracción es mediante pozos verticales, que pueden ser: En solitario, con bombas skimmer. Mezclados con agua. Se trata de un bombeo dual de ambas fases por separado. En este caso lo que se tratan son disolventes clorados, PCBs, hidrocarburos, etc. La desventaja que presenta es su elevado consumo energético. EXTRACCIÓN QUÍMICA Es una técnica obligatoriamente ex situ. No destruye los contaminantes, sino que utiliza un medio de separación de la matriz reduciendo el volumen del contaminante. Es decir, a un suelo contaminado se le añaden disolventes químicos para desorber la contaminación y quitarla del Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las limitaciones son: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 suelo. Lo primero que tendremos que hacer es excavar el suelo y llevarlo a una planta de tratamiento. La diferencia con los métodos de lavado es que éstos utilizan agua o agua con aditivos, mientras que la extracción química utiliza extractantes químicos, como HCl o metanol. Además, la extracción química es ex situ. Esta técnica utiliza el método de separación física como método previo para descartar la fase mineral de gran tamaño que no es preciso tratar. Esta técnica es muy efectiva pero muy cara. Extracción ácida. Se actúa sobre metales pesados para disolverlos, empleando para ello HCl. El procedimiento es: en un tanque de mezcla se añadirá él suelo y ácido y se agitará. Después, el suelo se separa del ácido y se lava para eliminar el ácido residual. Algunas consideraciones de esta técnica con: 1. El tiempo de interacción entre el ácido y el suelo es variable, pero generalmente entre 10-40min. 2. La solución líquida y la de lavado se trata con agentes precipitantes (NaOH, CaCO3, CaO, etc.) para precipitar y concentrar los metales pesados. 3. El suelo limpio se mezcla con caliza y fertilizantes para neutralizar el exceso de ácido residual. Extracción con disolventes orgánicos. Se utilizan disolventes orgánicos como extractantes (metanol, acetona, diclorometano, hexano, etc.). Cuando se haya disuelto el contaminante se separarán las dos fases. El suelo una vez descontaminado y lavado se devuelve a su sitio. Aplicaciones Es técnica es válida para PCBs, COVs, disolventes halogenados, PAHs y compuestos organometálicos, aunque se debe tener en cuenta la posible toxicidad del disolvente empleado y los residuos de su posterior tratamiento para ser reutilizado. Limitaciones Algunas de sus limitaciones son: Si la humedad en el suelo es alta, se hace inefectivo el uso de extractantes orgánicos. Las texturas pesadas reducen la efectividad del ácido. Pueden permanecer en el suelo trazas de los disolventes. Hay que neutralizar el exceso de ácido residual (encalado). LAVADO (WASHING: EX SITU) Es un tratamiento ex situ que cuenta con los siguientes pasos: Paso 1. Concentración de los contaminantes en la fase sólida más reactiva y separación de los finos (separación física previa → tamizado, densidad o gravedad) para eliminar las fracciones gruesas. Paso 2. Lavado con agua y aditivos (extractantes) para desorber y/o solubilizar los contaminantes. Posteriormente, se levará con agua para eliminar los contaminantes y agentes extractantes residuales. Paso 3. Devolución a su lugar. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Principalmente hay dos tipos de extracciones: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 Esta técnica se prefiere frente a la extracción química, ya que es más barata, debido a que en vez de usar un agente químico se está empleando solamente agua con algún aditivo. Además, es mucho más respetuosa. pH. Si es ácido habrá disolución y si es básico precipitación. Textura. Si es pesada estará favorecida la adsorción y si es ligera se favorecerá la adherencia. Capacidad de intercambio catiónico. Mineralogía. Contenido en materia orgánica. Tiempo. El envejecimiento de la contaminación afecta al grado de adsorción. Aplicaciones Sus aplicaciones son: Es muy utilizada en el norte de Europa y América. Posiblemente es la técnica con más proyección. Se puede emplear para tratar COVs, fueles y metales pesados. Limitaciones Las limitaciones son: Si el suelo tiene un alto contenido el MO, los contaminantes estarán muy retenidos en el suelo. Por lo que esta técnica, al no ser muy agresiva, puede no poder extraer bien con los contaminantes. Por ello, habrá que hacer primero un pretratamiento (oxidación con H2O2). Si los contaminantes están muy adsorbidos por la MO y arcilla, habrá que hacer primero una desorción térmica o incineración. Frente a la extracción in situ, como hay que hacer transporte, va a aumentar el coste y la peligrosidad. AGENTES QUELANTES Como queremos que se solubilice el metal, el complejo metal-quelante debe tener poca afinidad para no ser adsorbido en el suelo, ya que si está adsorbido no se va a solubilizar. Algunas de las propiedades para la elección de un agente quelante son: Poder de extracción. El quelante tiene que ser capaz de formar complejos estables y fuertes con los metales tóxicos en un amplio espectro de pH. Selectividad hacia metales tóxicos. Potencial para la recuperación del quelante una vez usado. Es decir, debe tener capacidad para reciclar y reutilizar varias veces el quelante, por lo que su biodegradabilidad debe ser baja. El complejo metal-quelante debe tener poca afinidad para ser adsorbido por el suelo. Debe tener baja toxicidad y peligrosidad para el medio ambiente. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Por otra parte, en esta técnica es muy importante tener en cuenta los factores del suelo, ya que su eficacia depende del grado de adsorción del contaminante, lo cual está controlado por: a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1589274 La eficacia de los tratamientos va a depender de: La especificidad del complejo agente-quelante. La concentración del metal. La concentración de otros metales. La posibilidad de añadir un exceso de quelante para asegurar que todo está en forma de quelato. Que haya cationes de cambio mayoritariamente (Ca2+). Si añadimos una concentración muy alta de quelante lo que estamos haciendo es favorecer el equilibrio. Por lo que, si ponemos una concentración muy alta de quelante, lo que estamos haciendo es favorecer la formación del complejo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Cuanto más alta sea la constante de estabilidad para cada uno de los metales más fácil es la formación de cada uno de los complejos.