ATENUACIÓN NATURAL POR MECANISMOS FISICOQUIMICOS EN

ACUIFERO CONTAMINADO POR COMPUESTOS CLORADOS

Atenuación Natural

La Atenuación Natural es un proceso de remediación relacionado con ladegradación y disipación de los compuestos orgánicos en el aguasubterránea y suelos. Este proceso se logra cuando existen en el sitiomecanismos que, naturalmente, generan una reducción del total de lamasa o concentración de un contaminante.

• Es una Acción Correctiva .

• Es un proceso pasivo.

• No requiere de obras de ingeniería.

• Se fundamenta en estudios previos.

• Se divide en procesos destructivos y no destructivos

C

Procesos Físicos. No Destructivos

Procesos Biológicos.

Destructivos

Los 15 compuestos orgánicos más frecuentes detectados en lasaguas subterráneas localizados en Alemania y U.S

Estructura Química de los Cloroetenos

TricloroetenoTetracloroeteno

Cloruro de Vinilo

Cis-Dicloroeteno

Eteno

•Compuestos moderadamente volátiles (punto de ebullición es de 87-121ºC), •Muy poco solubles en agua (solubilidad de ~129-1100 mg/L), • Alrededor de 1.5 veces más densos que el agua (gravedad especifica de 1.48-1.62 mg/cm³).

Límites regulatorios para agua potable y aguas subterráneas. (The Risk Assessment Information System)

Analito No. CAS Primary Drinking Water MCLGs (ug/L)

Human Health WQC for Aquatic

Organisms and Drinking Water

(ug/L)

Tetracloroeteno 7-18-4 0 0.69

Tricloroeteno 79-01-6 0 2.5

Dicloroeteno 75-35-4 7 330

Cloruro de Vinilo 75-01-4 0 0 0.25

http://rais.ornl.gov/tools/arar_search.php

Los estándares internacionales primarios para el agua potable de la USEPA incluyen al TCE y alPCE como “compuestos químicos con potencial de causar cáncer y daños al hígado”

Alternativas para la Atenuación Natural de Cloroetenos

C

Procesos Físicos. No Destructivos

Procesos Biológicos.

Destructivos

Degradación Abiótica

Atenuación Natural en acuífero contaminado con cloroetenos por procesos fisicoquímicos

Los acuíferos contaminados por CloroEtenos son propensos a Atenuación Natural por:

DispersiónMezcla del fluido debido al

movimiento de las aguas

subterráneas y

heterogeneidades del

acuífero

Depende de las propiedades del

acuífero. Independiente de las

propiedades del contaminante

Causa la propagación

longitudinal, transversal y

vertical de la pluma.

Reduce la concentración de

soluto

Difusión

Propagación y dilución del

contaminante debido a la

difusión molecular.

Depende de las propiedades del

contaminante y de los gradientes

de concentración. Descrito por las

leyes de Fick’s.

Difusión del contaminante

desde áreas con

concentraciones altas a áreas

con concentraciones bajas.

Volatilización Volatilización de los

contaminantes disueltos en

las aguas subterráneas

(fase líquida) a fase

gas/vapor.

Depende de la presión de vapor de

cada contaminante y de la

constante de la ley de Henry.

Los contaminantes pasan de

las aguas subterráneas a fase

gas. Proceso poco importante

cuando se trata de aguas

subterráneas.

Degradación Abiótica Transformación química

que degradación sin la

intervención de los

microorganismos. Únicamente los

disolventes clorados.

Depende de las propiedades de los

contaminantes y de las

características geoquímicas de las

aguas subterráneas..

Puede degradar

completamente o

parcialmente los

contaminantes.

Por Procesos Destructivos:

Volatilización

Dispersión

Difusión

Ecuaciones asociadas a los procesos de Atenuación Natural

Mecanismos de degradación de los contaminantes más comunes en acuíferos

[U.S EPA, 1998a, p.B3.29].

Decloración Reductiva de Cloroetenos

Implica el uso de los mismos compuestos clorados, en lugar del oxígeno,como aceptores finales de electrones.

La halorespiración da como resultado la remoción rápida de los átomos decloro produciendo compuestos menos clorados como el DCE, CV, y eteno(E).

Cometabolismo. Epoxidación de Cloroetenos

Proceso mediante el cual los microorganismos son capaces de transformar un compuesto orgánico (el contaminante), sin utilizarlo ni como sustrato primario para su crecimiento ni como aceptor de electrones.

El producto de la oxidación de TCE es TCE-epoxido, una molécula altamente reactiva que reacciona rápidamente con loscomponentes de las células, las cuales se debilitan debido a la toxicidad de dicho producto [Eweis, J.B. 1999, capítulo 6].La degradación aerobia de etenos clorados ocurre por epoxidación. Los epóxidos son posteriormente hidrolizados adióxido de carbono y cloruro de hidrógeno.

Caso: SELECTING REMEDIATION GOALS BY ASSESSING THE NATURAL ATTENUATIONCAPACITY OF GROUND-WATER SYSTEMSBy Francis H. Chapelle and Paul M. Bradley

D= coeficiente de dispersión Hidrodinámica (m), V= velocidad del flujo de agua subterranea (M/d), Kd= Coeficiente de Distribución lineal de sorciónK= Constante de degradación de primer orden (d-1)NAC= Capacidad de Atenuacion Natural C0= Concentración InicialC= Concentración final

Rea

ccio

nes

RED

OX

en p

lum

a co

ntam

inan

te

Valores estimados

para Constante de Degradación, K, y rangos de Cte. de

Degradación para TCE, cis-DCE y

VC.

Rangos de Valores Estimados para Cte. De Biodegradación de Cloroetenos.

Distancia estimada de transporte para PCE y TCEen fuente, las concentraciones fueron reducidas a100 ug/L.

Distancia estimada de transporte para DCE y VC en fuente, las concentraciones fueron reducidas desde 100 ug/L.

Distancia estimada de transporte para PCE y TCE si la velocidad lejos del área de la fuente disminuye de 0.25 a 0.05 m/d.

Conclusiones

El establecimiento de la cinética de la capacidad de atenuación natural indica que las concentraciones de PCE y TCE deben ser reducidas debajo de los 100 μg/L al menos 70 metros desde el punto de no resistencia, y para concentraciones de DCE y VC las concentraciones deben estar debajo 100 μg/L al menos 30 metros del punto de no resistencia. Debido a la capacidad de atenuación natural del sistemas pueden haber incrementos y decrementos en el flujo de agua subterránea lejos de la fuente de contaminación, las metas de remediación también pueden ser alcanzadas implementando Bioventeo.

Como evidenciar la ANUna vez puesto en práctica el proceso de AN, su ocurrencia debe serindudablemente corroborada y documentada mediante líneas deevidencia que surgen de los diferentes eventos de monitoreo y evaluaciónde los datos resultantes.

Existen tres líneas de evidencia:

• Comportamiento de la pluma del contaminante

• Determinación de indicadores de la biodegradación

• Recuento microbiano

Compuestos Clorados

Comportamiento de la pluma

La demostración más confiable y más directa de la remediación mediante atenuación naturalse basa en el comportamiento histórico real de la pluma del contaminante. Si los datoshistóricos demuestran que un pluma se ha estabilizado o se ha reducido, significa que laremediación por atenuación natural está ocurriendo.

Ciclo de Vida de una pluma que se Atenúa Naturalmente

Vista aérea de la atenuación natural de una pluma de Compuestos Clorados

Monitoreo

Parámetros que deben ser monitoreados

• Contaminantes de riesgo

• Electrones aceptores primarios para el sitio

• pH

• Temperatura

• Potencial Oxido-Reducción

• Bio-productos

• Fluctuaciones del nivel freático

Ventajas y Desventajas

Conclusiones Generales

• La AN no debería ser seleccionada para cualquier sitio ocondición

• Su aplicación requiere de un conocimiento del sitio másexhaustivo que otras técnicas de remediación

• Su implementación resulta muy adecuada como complementode tecnologías activas

• Requiere un monitoreo a largo plazo

• En general es menos costosa que las tecnologías activas

Referencias

• EWEIS, J. B., [et al.], Principios de Biorecuperación. Tratamientos para la descontaminacióny regeneración de suelos y aguas subterráneas mediante procesos biológicos y físico-químicos. WCB/McGraw-Hill, Madrid 1999. p. 97-143.

• SINKE, A.J.C. Monitored Natural Attenuation; Moving Forward to Consensus. LandContamination & Reclamation. Volume 9. Number 1. TNO Environment, Energy and ProcessInnovation. The Netherlands, 2001.

• U.S.EPA. Technical Protocol for Evaluating Natural Attenuation of Chlorinated Solvents inGround Water, EPA/600/R-98/128. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Researchand Development, National Risk Management Research Laboratory. Cincinnati, OH, 1998a.[http://www.epa.gov/ada/download/reports/protocol.pdf]

• U.S. EPA. Seminars on Monitored Natural Attenuation for Ground Water. EPA 625/K-98/001. United States Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste and Development. Washington, DC, Septiembre 1998b.

• Guía técnica de Atenuación Natural Monitorizada en emplazamientos contaminados.http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/2749/1/37786-1.pdf

Artículos Consultados

•Chapelle and Bradley. Selecting Remediation Goals by Assessingthe Natural Attenuation Capacity of Ground-Water Systems. Ground Water 34: 691-702.1998.

•Lacko, P.G. , Brinker, Leins. Case Study of Monitored Natural Attenuation of Dissolved Chlorinated Hydrocarbons at a FormerRailroad Maintenance Facility, Sanford,Florida.

•Margesin and Schinner. Bioremediation (Natural Attenuation and Biostimulation) of Diesel-Oil-Contaminated Soil in an AlpineGlacier Skiing Area. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, 0099-2240/01/$04.0010 DOI: 10.1128/AEM.67.7.3127–3133.2001 July 2001, p. 3127–3133.

•Romaniuk, Brandt, Rios-Giuffré. Atenuación Natural y Remediación Inducida en Suelos Contaminados con Hidrocarburos. Edafología-FAUBA - Av. San Martín 4453 (1417). Buenos Aires. Argentina.