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Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambent (MAiMA)

Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada

Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona

http://www.ub.edu/minegeo

Modelos conceptuales de

aplicación

Albert Soler Gil

Director del grupo de Mineralogia

Aplicada y Medioambiente


- La directiva Marco del Agua indica que

“Quien contamina paga”

necesario conocer el origen.

Identificación de Fuentes de Contaminación

INTRODUCCIÓN


Conocer el origen de la contaminación

d13CPCE= -20‰d13CPCE= -35‰

d13CPCE= -35‰

d13CPCE= -20‰

d13CPCE= -20‰


En casos complejos

La combinación con otros isótopos (d13C, d37Cl y d2H)

mejora la discriminación

d13C

d37Cl

d2H

d37Cl

d13C

2D o 3Dimensiones

APLICACIONES: FINGERPRINTING



d34S= -15‰

d15N= +15‰

d15N= +15‰

d15N= +20‰

d34S= -15‰

d15N= +20‰

d11B= +35‰

d11B= +35‰

d15N= +2‰

d15N= +2‰

d11B= -5‰

d11B= -5‰


δ18O

NO

3(‰

) V

SM

OW

+10-10 0 +20 +30

NO3

Fertilitzantes

+10

0

+20

+30

+40

+50

δ15NNO3 (‰) AIR

Fertilitzantes NH4+ Estiercol, Residuales

El nitrato tiene diferentes composiciones isotópicas en

función de su origen.



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Fertilizantes

Minería

potasas

d1

8O

(S

O4)

d34S (SO4)

“ “ Llobregat

Tributario Anoia

Bajo LlobregatEvaporitas

Oxidación

Sulfuros

Cardener

Alto Llobregat

Anoia

error

El sulfato tiene diferentes composiciones isotópicas en

función de su origen.



Identificación de procesos de degradación

APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN



16O

14N

16O

16O

El Fraccionamiento isotópico al no estar influenciado por la dispersión,

sorción, dilución, etc. permite poner de manifiesto la degradación

natural de los contaminantes.

15N

16O

16O 16O

Ej. Reacción de desnitrificación:

4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3

- + 7H2O

16O

14N

18O

16O

15N

16O

16O 16O

16O

14N

16O

16O

15N 14N

14N 14N

14N 14N

15N 14N

14N 14N

14N 14N

14N 14N

d15N = 0 per mil + 4 ‰ d15N = - 4 ‰

14N 14N

15N

16O

16O 16O 14N 14N

14N 14N

14N 14N

REACCIÓN


FERT NO3

54

56

51

59

58

55

72

70

52

62

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35

d15

N (‰)

d18

O (‰

)d

18O

d15N

NH4

+PURIN / URBANOSUEL

O


Cual es la reacción de desnitrificación ?

14NO3- + 5FeS2 + 4H+ 7N2 + 10SO4

2- + 5Fe2+ + 7H2O

4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3

- + 7H2O

Utilidad

isótopos 13C y 34S


Dilución + Dispersión + Biodegradación + etc. Atenuación Natural

Solo la degradación

produce

FRACCIONAMIENT

O ISOTÓPICOBiodegradación verdadera reducción de contaminantes

C12 C12

C12

C12

C12

C12

C12C12

C12C12C12

C12 C12

C12

C12

C12 C12

C12

C13

C12

C12

C12

C13

C13

C12

C12

C12

C12

C13

C12C12

C12C12

C12 C12

C12

C12

C13

PCE

TCE



Hunkeler, D., et al. (1999) ES&T, 33: 2733 - 2738

d13Cini = XPCE· d13CPCE + XTCE· d13CTCE + XcDCE· d13CcDCE + XVC· d13CVC .....

A PESAR DE LA EXISTENCIA DE BIODEGRADACIÓN,

TAMBIÉN SE PUEDE CONOCER LA COMPOSICIÓN INICIAL

Y POR TANTO LA FUENTE DE CONTAMINACIÓN.



Cálculo de eficiencia de degradación

INTRODUCCIÓ


- En las actuaciones de descontaminación “in situ” es difícil

discriminar entre los cambios de concentración debidos a procesos

físicos y los relacionados con la degradación del contaminante.

Christ JA, Ramsburg CA, Abriola LM, Pennell KD, Löffler FE - Environ.

Health Perspect. (2005)

APLICACIONES: CÁLCULO EFICIENCIA DEGRADACIÓN

Barreras Reactivas Permeables Oxidación Quimica Avanzada

Bioestimulación


0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0

δ15

NNO3 (‰)

δ1

8O

NO

3 (

‰)

zone 1zone 2zone 3εN=-26.3‰ and εO=-20.4‰

60%

40%

20%

MNL-019

LMV-005

TON-001

SPT-010

NO3

Fertilitzantes

Fertilitzantes NH4+Estiercol, Residuales



fCC ln0

1313 dd ƒ = 0.13 Eficiencia = 87%

δ13C = -21.5‰ δ13C = +12.4‰ε

-17.1‰

PCE PCE


f = fracción remanente contaminante % Eficiencia 1-f*100


días

C/C

0

δ13C

-30

+10

-10

0 5 10 15 20

1

0.5

0

días

C/C

0

δ13C

-30

+10

-10

0 5 10 15 20

1

0.5

0

días

C/C

0

δ13C

-30

+10

-10

0 5 10 15 20

1

0.5

0

Eficiència= 1-Ct\C0

(degradación + dilución +

dispersión +

sorción…)

Eficiència=1- e(δt- δ

0)

(solo degradación)

días

C/C

0

δ13C

-30

+10

-10

0 5 10 15 20

1

0.5

0

días

C/C

0

δ13C

-30

+10

-10

0 5 10 15 20

1

0.5

0

C/C0

δ13C



FUNDAMENTO:

Los procesos abióticos como la volatilización, sorción, dilución i dispersión

no producen cambios isotópicos

Biodegradación

Fraccionamiento isotópico

Enriquecimiento isotópico del compuesto remanente

UTILIDADES:Discriminar entre diferentes plumas o orígenes

Estimar el grado de biodegradación

RESUMEN


Jornada de Transferencia I+D+I El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

¡Gracias!

En colaboración con

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