Acar ley , Fu i len

Esp inoza , José

Ingaroca , E r ick

El aprovechamiento de los recursos naturales (maderas, minerales, agua, etc.) ha sido base fundamental para el desarrollo de la humanidad.

Como resultado de la tecnificación de los procesos de producción a partir de la revolución industrial (1750 d.C.), el uso de estos recursos se incrementó, y en consecuencia, también se comenzaron a generar grandes volúmenes de desechos industriales y urbanos.

Estos desechos, debido al lento desarrollo y a la ineficiencia de las técnicas de manejo, han generado una gran cantidad de sitios contaminados con metales pesados, compuestos orgánicos y otros materiales peligrosos (Virkutyte et al. 2002).

INTRODUCCIÓN

En las últimas tres décadas se han desarrollado diversas tecnologías para la remediación de suelos contaminados que actualmente se aplican exitosamente. Sin embargo, a pesar de la existencia de estas tecnologías, se continúa realizando investigación orientada a mejorar la eficiencia de las ya existentes así como el desarrollo de técnicas innovadoras, por lo cual muchas de ellas se encuentran en etapa de investigación para determinar su factibilidad técnica y económica.

Dentro de la diversidad de tecnologías, figuran las aplicables in situ, las cuales al evitar operaciones de excavación y transporte, suponen una reducción de costos y riesgos. Dentro de este grupo de tecnologías destacan algunas como: electrorremediación, arrastre de fluidos, extracción forzada con vapores, oxidación química y “landfarming”

En el caso de la electrorremediación, esta técnica ha demostrado su capacidad de remover algunos contaminantes orgánicos como tricloroetileno e hidrocarburos, ya sea en estudios de laboratorio, a nivel piloto y de campo, (Martínez 2001, Molina et al. 2004); sin embargo, su principal aplicación ha sido en suelos contaminados con metales, para remover elementos como Cr, Cd, Hg, Pb, Mn, Zn y As (Hamed et al. 1991, Acar et al. 1994, Hicks y Tondorf 1994, Reed et al. 1995, Acar y Alshawabkeh 1996, Cox et al. 1996, Hansen et al. 1997, Kim y Kim 2001, Suer et al. 2003, Pazos et al. 2006).

- Remediacion electrocinética (Electrokinetic

Remediation: EKR) es una tecnología en desarrollo

que se pretende separar y extraer metales

pesados, radionucleidos, y contaminantes

orgánicos saturados o insaturados de suelos, lodos

y sedimentos, y las aguas subterráneas.

- El objetivo de la remediación electrocinética es

efectuar la migración de los contaminantes

subsuperficiales en un campo eléctrico impuesto a

través de electroósmosis, electromigración y / o

electroforesis.

Si la geoquímica, la interacción de suelo-

contaminantes y la heterogeneidad del

subsuelo son bien conocidas, los sistemas

de remediación electroquímica se pueden

diseñar exitosamente para lograr una

remediación eficaz y económica.

La implementación de este sistema de remediación

electroquímica es relativamente sencilla, su diseño y

funcionamiento para el éxito de la remediación es complicado

debido a la compleja dinámica de transporte electroquímico que

se produce por el potencial eléctrico aplicado.

La eficacia de la recuperación electroquímica

depende fuertemente de las características del medio

contaminado, como la capacidad de amortiguación,

la mineralogía y contenido de materia orgánica, entre

otros.

En el tratamiento electrocinético situ se ha desarrollado en gran medida para hacer

frente a los contaminantes presentes en suelos de baja permeabilidad.

Aplicabilidad:

Contaminantes afectados por procesos electrocinéticos incluyen:

• Los metales pesados (plomo, mercurio, cadmio, níquel, cobre, zinc, cromo)

• Especies radiactivas (CS137, SR90, Co60, Ur)

• Aniones tóxicos (nitratos, sulfatos)

• Líquidos en fase no acuosa densos (DNAPLs)

• Cianuros

• Los hidrocarburos de petróleo (diesel, gasolina, queroseno y aceites lubricantes)

• Contaminantes iónicos / orgánicos mixtos

• Los hidrocarburos halogenados (TCE)

• Contaminantes orgánicos no halogenados (BTEX)

• Hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAP)

Las concentraciones que pueden ser tratados van desde unas pocas partes por millón

(ppm) a decenas de miles de ppm.

Técnicas de remediación electrocinéticos usan bajo voltaje DC del

orden de mA / cm2 de área de sección transversal entre los electrodos

o una diferencia de potencial eléctrico en el orden de unos pocos

voltios por cm de ancho electrodos colocados en el suelo en una

disposición de flujo abierto.

El agua subterránea en los pozos de sondeo o un fluido suministrado

externa se utiliza como el medio conductor.

Disposición de flujo abierto en los electrodos permite la entrada y

salida del fluido de procesamiento o del fluido de poro dentro y fuera

del medio poroso.

Los resultados de bajo nivel de DC en los cambios hidrológicos y

fisicoquímicos en la masa del suelo conducen al transporte de

especies en el medio poroso.

La entrada de las especies en el sistema en los electrodos (ya sea por

las reacciones de electrólisis o a través del fluido de procesamiento de

ciclismo) y la especie en el fluido de poro será transportado a través

del medio poroso por fenómenos de conducción en suelos bajo

campos de gradiente de tensión eléctrica, hacia electrodos respectivos

dependiendo de su carga.

Las especies no iónicas serán transportados junto

con el flujo de agua inducido por electroósmosis.

Este transporte, junto con las reacciones de

adsorción, precipitación y disolución, comprenden

los mecanismos fundamentales que afectan el

proceso de remediación electrocinética.

Extracción y eliminación se llevan a cabo por

varios medios, incluyendo la electrodeposición,

precipitación en el electrodo, el bombeo de agua

cerca del electrodo, etc. .

Adsorción en el electrodo también puede ser

factible debido a que algunas especies iónicas va

a cambiar de valencia cerca del electrodo

(dependiendo del pH del suelo) haciéndolos más

probable que se adsorben

En las aplicaciones en campo, los resultados

han sido variables dependiendo del tipo de suelo, el tipo de contaminante y la

variante tecnológica utilizada.

En diversos estudios de investigación la aplicación de la

electrorremediación ha permitido alcanzar

eficiencias de remoción cercanas al 100 %, principalmente si la contaminación es

causada por un solo metal

El presente tiene la finalidad de presentar una revisión técnica

sobre la electrorremediación

como tecnología para la restauración de

suelos contaminados con compuestos

orgánicos e inorgánicos.

Fundamento de la técnica

Los mecanismos de transporte de contaminantes primarios a través del

suelo hacia los electrodos son:

Electromigración:

Es el movimiento de las especies iónicas disueltas en el líquido hacia el electrodo opuesto. La

extensión de la electromigración de un ion dado depende de la conductividad del suelo, la

porosidad del suelo, gradiente de pH, potencial eléctrico aplicado, concentración inicial del

ion específico, y la presencia de iones competitivos. La velocidad de electromigración de un

ion es proporcional a la carga de iones y el gradiente eléctrico local.

La electroósmosis:

Es el transporte a través de un medio poroso de las moléculas de agua y de las partículas que

contenga, desde la zona del ánodo hacia la zona del cátodo, por diferencia de potencial. Las

especies no iónicas, tanto inorgánicos como orgánicos, también serán transportados junto con

el flujo de agua inducido por electroósmosis.

ELECTROMIGRACIÓN - ELECTROÓSMOSIS

Eliminación mejorada

Tratamiento sin extracción

Factores que afectan la tecnología electrocinética

Tasas electromigración en el subsuelo dependen del tamaño de grano, la movilidad iónica, la concentración

de la contaminación, la concentración iónica total y significativamente sobre la densidad de la corriente de

agua de poros del suelo.

La dirección y la cantidad del movimiento contaminante está influenciada por la concentración de

contaminante (aniones frente a cationes), tipo de suelo y estructura, de la química interfacial, y densidad de

corriente del agua de los poros del suelo.

La dirección y velocidad de movimiento de una especie iónica dependerán de su carga, tanto en magnitud y

polaridad, así como la magnitud de la velocidad del flujo inducido por electroósmosis. Cuando

electroósmosis procesos son operativos, las especies no iónicos serán transportados junto con el flujo de

agua inducido.

Los resultados experimentales indican que hay un contenido mínimo de humedad en el que la

electromigración puede tener lugar. El contenido de humedad del suelo debe ser alto lo suficiente para

permitir la electromigración, pero para obtener resultados óptimos, debe probable es que sea menos de

saturación, para evitar los efectos competitivos de la tortuosidad de los poros y contenido de agua.

La eficiencia de la extracción depende de varios factores tales como el tipo de especie, su solubilidad en el

suelo específica, su carga eléctrica, su concentración relativa a otras especies, su ubicación y la forma en el

suelo, y la disponibilidad de la materia orgánica en el suelo.

La tecnología es más eficiente cuando la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y la salinidad son bajos.

Remediación electrocinética es posible en suelos saturados e insaturados. La eficiencia del proceso no es

tan dependiente de la permeabilidad a los fluidos.

Durante el tratamiento electrocinético, los

resultados de electrólisis en la formación de H + en

el ánodo y en el cátodo OH-. migran uno hacia el

otro por procesos electrocinéticos.

A medida que estos dos frentes se encuentran, una

rápida transición de bajo a alto pH se produce,

creando una región de solubilidad mínima de los

metales.

Estas fuertes discontinuidades en el pH inducidos

dentro de la masa del suelo por electrocinética

podrían resultar en un frente de deposición donde

los minerales haciendo que precipiten en los poros

del suelo, reduciendo notablemente la

permeabilidad y la inhibición de la recuperación.

Esto se puede prevenir mediante el lavado del

cátodo con agua o un ácido diluido para detener la

migración de la parte delantera OH- en el suelo.

PH:

Antes de remediación electrocinética se lleva a cabo en un lugar, una serie de pruebas de detección de campo y

laboratorio para determinar si el sitio es susceptible a la tecnología, dentro de ellas se incluyen:

- Estudios conductividad eléctrica de campo:

La varianza espacial natural de conductividad debe ser delineado porque posibles rastros de metales enterrados

o material aislante pueden inducir en la variabilidad de la conductividad eléctrica del suelo. Además es

importante para evaluar si hay depósitos que presentan niveles muy altos de conductividad eléctrica, donde la

técnica puede ser ineficaz.

- El pH y la conductividad eléctrica del agua de los poros

El pH del agua de los poros y la conductancia deben ser determinada debido a que el pH tiene un efecto sobre la

valencia, solubilidad y absorción de iones contaminantes.

- El análisis químico del agua de los poros

El agua de los poros debe ser analizado para los principales aniones y cationes disueltos, así como para la

concentración predicha de contaminantes.

- El análisis químico de los suelos

La capacidad de amortiguación y geoquímica (CCA, salinidad, etc.) del suelo debe ser determinada.

ESTUDIOS PREVIOS :

En 1995 Geokinetics International Inc. reportó la remediación de un sitio de 213 m2 y 1 m de profundidad, contaminado con Cd, Cu, Ni,

Pb, y Zn, en 18 meses de electrorremediación, obteniendo eficiencias diferenciadas para cada elemento (desde 75 % para el cobre

hasta 99 % para el plomo) con un costo desde 300 hasta 500 dólares por yarda cúbica

(USEPA 1995).

En 1996 se realizó una demostración de extracción de plomo de un campo de pruebas balísticas de la armada norteamericana. Los

resultados mostraron una disminución del nivel de contaminación de 4500 mg/Kg a

menos de 300 mg/Kg de plomo en 30 semanas de operación (USAEC 1997).

En 1997 la empresa Environmental & Technology Services reportó la remediación de un sitio de 3700 m2 y 21 m de profundidad,

contaminado con compuestos orgánicos volátiles, BTEX e hidrocarburos totales

derivados del petróleo, en 12 meses. Se obtuvieron eficiencias mayores al 90 % con un

costo entre 17 y 50 dólares por tonelada de suelo (Loo y Chilingar 1997).