Técnicas de Recuperación de Suelos Contaminados...

Técnicas de Recuperación de Suelos Contaminados Aplicadas a

Sedimentos Marinos. Posibilidades Irene Ortiz Bernad

Dpto. de Edafología y Química Agrícola Universidad de Granada

Restauración Ambiental y Medidas Compensatorias Aplicadas al Ámbito PortuarioPuertos del Estado, Madrid 24 de Enero, 2017

Lodos marinos de dragado

-‐ Esenciales para posibilitar el acceso a los puertos de los buques y para el desarrollo de las estructuras portuarias

-‐ Con5enen carga contaminante �  Categoría I: Efectos nulos, se pueden verter libremente al mar �  Categoría II: Concentraciones moderadas, ver5do controlado �  Categoría III: Concentraciones elevadas contaminantes, no deben ser

ver5dos y requieren un proceso de descontaminación

Metales pesados, metaloides (As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn), PCBs, HAPs, TBT y productos de degradación, hidrocarburos, pesBcidas organoclorados

Contaminación del suelo

Poder de amortiguación: Capacidad natural de depuración. El suelo actúa como barrera protectora de otros medios más sensibles como el hidrológico o biológico (la fracción arcilla, < 2μm, tiene gran capacidad de retención de contaminantes; efecto de la materia orgánica)

SUELO

Persistencia: regula el periodo de actividad de la sustancia y su peligrosidad

Biodisponibilidad: asimilación del contaminante por los organismos

Movilidad: regula la distribución del contaminante y su posible transporte a otros sistemas

Carga crítica: cantidad máxima de un determinado componente que puede ser aportado al suelo sin que se produzcan efectos nocivos

CONTAMINANTE

Planificación de un proyecto de descontaminación de suelos •  Fase 1. Valoración preliminar (Preliminar site assessment) -‐ Valoración general de la contaminación y su peligrosidad -‐ Caracterización del si5o (geología, hidrología, población, etc.) -‐ Inspección del si5o y valoración in situ de la problemá5ca

•  Fase 2. Inves5gación detallada (Ini5al site inves5ga5on) -‐ Naturaleza, localización, extensión y procedencia -‐ Muestreo superficial y subsuperficial. Análisis en el laboratorio

•  Fase 3. Planificación (Remedial inves5ga5on/feasibility study) -‐ Valoración de riesgos. Medidas urgentes de protección inmediata -‐ Definición de los obje5vos de la limpieza y delimitación de las concentraciones máximas permisibles de contaminantes -‐ Posibles alterna5vas de recuperación (comportamientos previsibles, probable efec5vidad, costes del proceso y costes del seguimiento) y su discusión -‐ Elección de la alterna5va más recomendable

Fase IV. Plan de actuación (Record of Decision) -‐ Planificación prác5ca de la alterna5va más fiable -‐ Ensayo piloto y planteamiento final -‐ Estudio detallado de parámetros técnicos y seguimiento temporal -‐ Estudio de resultados y planificación del seguimiento posterior

Procesos responsables de la redistribución y acumulación de contaminantes en los suelos

Riesgo importante: almacenaje de compuestos tóxicos inactivos que pueden activarse en otras condiciones (moléculas orgánicas y metales pesados: solubilización, importancia de las condiciones rédox y la especiación)

Mecanismos para el control de contaminantes: reacciones de precipitación-disolución, reacciones ácido-base, reacciones de oxidación-reducción, reacciones de adsorción-desorción, reacciones de complejación, procesos metabólicos

Mecanismos de salida de contaminantes: volatilización, bioasimilación, disolución en agua, erosión

Tratamientos de descontaminación de suelos

Laboriosos, complejos, lentos, costosos, de resultados incompletos ¿Recuperar los suelos o destruirlos?

Lodos marinos ¿Devolverlos al mar o almacenarlos en vertederos controlados?

Técnicas de recuperación de suelos

•  Contención Aíslan el contaminante sin actuar sobre él, mediante barreras físicas •  Confinamiento Reducen la movilidad del contaminante actuando sobre condiciones físico-químicas de los contaminantes •  Descontaminación Disminuyen la concentración del contaminante

(Kaifer et al., 2004)

In situ: en el lugar donde se localizan Ex situ: excavación previa on-site u off-site

Tipo de Tratamiento Tratamiento Aplicación

Descontaminación

Biológico

Extracción Lavado Flushing Electrociné5ca Adición de enmiendas Barreras permeables ac5vas Inyección aire comprimido Pozos de recirculación Oxidación ultravioleta

In situ Ex situ In situ In situ In situ In situ In situ In situ Ex situ

Biodegradación asis5da Biotransformación metales Fitorrecuperación Bioven5ng Landfarming Biopilas Compostaje Lodos biológicos

In situ In situ In situ In situ Ex situ Ex situ Ex situ Ex situ

Tipo de Contaminante

Orgánicos e Inorgánicos


Térmico

Físico-‐químico

Incineración Desorción térmica

Ex situ Ex situ

Explosivos-‐Org Orgánicos

Tanque de agitación

Filtro Filtro

Clarificador

Hidrociclón

Polímero

Tierra fina

Aire

Suelo contaminado

Suelo limpio

Tratamiento de aguas

Fracción gruesa desechada Tamiz

Agente de lavado

Agua limpia

Flotador de espuma

Lodos arcillosos y limosos para su eliminación

Agua

Agua reciclada

Lavado

Descontaminación Tratamiento físico-químico

•  Extracción ex-situ de contaminantes adsorbidos en el suelo mediante ataque químico tras tamizado •  Lavado con extractantes químicos que desorben y solubilizan, lavado posterior con agua •  Contaminantes orgánicos semivolátiles, hidrocarburos, cianuros y metales

Nivel del agua subterránea

Pozo de inyección

Suelo contaminado

Pluma de contaminación

Pozo de extracción

Tratamiento del agua subterránea

Separador Residuo

Emisión controlada de gases

Agua tratada

Gases tratados

Solución extractante

Solución extractante

Solución de lavado con contaminantes

Flushing


•  Extracción de contaminantes con agua o soluciones acuosas inyectadas •  Todo tipo de contaminantes, especialmente inorgánicos •  Eficaz en sedimentos permeables, requiere vigilancia estrecha

Cátodo - Ánodo +

Corriente eléctrica

+ + +

+

- -

- - -

Pozo de extracción Pozo de purga

Suelo contaminado

Nivel del agua subterránea

Extracción/Procesado de fluidos

Proceso electrocinético


•  Migración de contaminantes mediante aplicación de una corriente eléctrica con electrodos •  Aniones al electrodo positivo y cationes al negativo •  Metales solubles o complejados en forma de óxidos, carbonatos e hidróxidos. •  Bajo consumo energético y acumulación de contaminantes en electrodos que se pueden limpiar

H+ de oxidación del agua genera un frente ácido que provoca desorción

OH-‐ de reducción del agua provocan precipitación metales

Agua subterránea descontaminada Flujo de agua subterránea

Fuente de contaminación

Barrera permeable

Superficie del terreno

Barrera permeable activa


•  Pantalla perpendicular al flujo de la pluma contaminante que adsorbe, precipita o degrada •  In situ •  Contaminantes orgánicos e inorgánicos según el material de la pantalla (Fe0 para degradación abiótica por procesos oxido-reducción, nutrientes para biodegradación, carbón activo o arcillas adsorbentes)

Adición de enmiendas

Adición de carbonatos



Adición de óxidos de Fe Descontaminación Tratamiento físico-químico


Adición de zeolitas (adsorbentes)


BIORRECUPERACIÓN

•  Tratamientos de recuperación que degradan contaminantes orgánicos o disminuyen la toxicidad de contaminantes inorgánicos mediante la realización de las ac5vidades metabólicas de microorganismos, fundamentalmente bacterias.

•  Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo (nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc..).

•  Microorganismos autóctonos y alóctonos.

•  Tecnologías más sencillas, más baratas y respetuosas con el medio ambiente, pero lentas y di\ciles de extrapolar en tratamientos in situ.

Estimulación in situ de la actividad de microorganismos del suelo (o inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas saturadas en oxígeno, ricas en nutrientes, fuentes de carbono y donadores y aceptores de electrones.

Técnica a largo plazo (años)

Biodegradación asistida

Descontaminación Biológico in situ

Biotransformación de metales •  Reacciones rédox •  Metilación •  Formación de complejos •  Biosorción •  Acumulación intracelular


Procesos de inmovilización de metales tóxicos que dependen de la especiación de los metales y las condiciones del medio

Biotransformación de metales

Zona de bioprecipitación

Inyección de acetato

Geobacter

U(VI)

Acetato 2 CO2

Fe(III) Fe(II)

U(IV)

Flujo de agua subterránea

U(VI)

U(VI)

U(VI) V(V)

V(V)

V(IV) V(V)

Célula de combustible microbiana

Bacterias sobre el electrodo

Aceptores de electrones

O2 H2O

Estrategia de biorrecuperación de ambientes subsuperficiales contaminados con compuestos orgánicos

Donadores de electrones

Electrodo de trabajo (cátodo)

Contraelectrodo (ánodo)

Electrodo de referencia

Potenciostato

Suministro de pequeñas corrientes eléctricas en suelos y aguas contaminadas puede servir para mantener biorreducción, precipitación y eliminación de metales tóxicos

Fitorrecuperación


•  Fitoestabilización •  Fitoextracción •  Fitodegradación •  Fitovolatilización •  Rizofiltración

•  Plantas extraen, acumulan, inmovilizan o transforman contaminantes. •  Metales, explosivos y otros compuestos orgánicos •  Procesos lentos, vigilar la toxicidad para las plantas

Técnica a corto plazo (semanas -‐ meses)

Biopilas

Mezcla suelo contaminado con orgánicos (petróleo) en montones o pilas sucesivas a los que se es5mula ac5vidad microbiana aerobia mediante inyección/extracción de aire y adición de nutrientes, minerales y agua.

Descontaminación Biológico ex situ

Lodos biológicos

Excavación, tamizado y mezcla con lodos, agua y otros adi5vos en un biorreactor controlado. Se favorece la biodegradación de contaminantes orgánicos al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante y permite un control de todos los parámetros de crecimiento biológico. Filtrado, secado y tratamiento de residuos.

Descontaminación Biológico ex situ

Técnica a corto (semanas -‐ meses)

Incineración

Ex situ, calentamiento 800-‐1200 ºC en horno, destrucción total del sedimento y contaminantes, dando gases y cenizas que pueden contaminar la atmósfera.

Descontaminación Térmico ex situ

Tipo de Tratamiento Tratamiento Aplicación

Contención

Confinamiento

Barreras ver5cales Barreras horizontales Barreras de suelo seco Barreras hidráulicas Sellado profundo

In situ In situ In situ In situ In situ

Estabilización \sico-‐química Inyección de solidificantes Vitrificación

Ex situ In situ In-‐Ex situ

Tipo de Contaminante


Inorgánicos Inorg.-‐Org.

Confinamiento

•  Reduce movilidad inorgánicos mediante reacciones químicas que reducen solubilidad •  Tamizado previo, aditivos o agentes estabilizantes como cementos, fosfatos o álcalis que suben pH •  Buenos resultados para contaminantes inorgánicos y orgánicos, reutilización o vertederos •  Inyección solidificantes: similar pero in situ en pozos

Estabilización físico-química

Electrodo Electrodo

No volátiles

Volátiles

Gases para su tratamiento

Capa flotante

Colector de gases

Cubierta porosa fría

Vitrificación

Confinamiento

•  Transformación a material vítreo (obsidiana) estable por calentamiento > 1500 ºC •  Ex situ (corriente eléctrica en hornos)- In situ (electrodos de grafito, solidificación) •  Buenos resultados para confinar contaminantes inorgánicos y orgánicos •  Elevado coste y consumo energético, modificación total del sedimento

Evaluación de riesgos potenciales para ecosistema o ser humano en lugares contaminados Caracterización de la zona Estudio de mejores alternaBvas de tratamiento Diseño, plan de tratamiento y monitorización Seguimiento del proceso de limpieza y reuBlización

https://www.epa.gov/superfund

COSTE DEL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS CONTAMINADOS (en €/m3 suelo)

Tratamientos in situ Técnicas de extracción 50-‐80 Técnicas biológicas 50-‐80 Tratamientos ex situ DESCONTAMINACIÓN Excavación y transporte 15-‐30 Relleno con suelo limpio 15 Limpieza de suelos 150-‐200 Biorrecuperación 150-‐200 Incineración 100-‐500 CONFINAMIENTO Solidificación 100-‐150 Vitrificación 250

Reflexiones finales: métodos más facBbles

-‐  Contención o confinamiento •  Estabilización \sico-‐química (agentes estabilizantes) •  Vitrificación

-‐ Descontaminación �  Métodos \sico-‐químicos: Lavado (extractantes), Electrociné5ca �  Biorrecuperación: Biodegradación, Lodos biológicos (orgánicos), células

microbianas de combus5ble???? �  Incineración o desorción térmica (buena ges5ón de gases residuales)

Valorar Bpo de contaminantes, volumen lodos marinos y costes Tratamientos mixtos In situ y/o ex situ

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Restauración Ambiental y Medidas Compensatorias Aplicadas al Ámbito PortuarioPuertos del Estado, Madrid 24 de Enero, 2017

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