TRATAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOSGeneralidades:Aplicación de procesos químicos, biológicos o físicos aplicados a los contaminantes para cambiar su estado en forma permanente.Se viene trabajando desde 1980 (Ley Superfund, Congreso EEUU)Para la selección de la técnica apropiada se hace un estudio de tratabilidad en tres niveles

Prueba preliminar en laboratorioPrueba a pequeña escala: Simulación de un proceso de tratamiento con cantidades pequeñas de material contaminado.Se hace sobre el terreno o en el laboratorio: requiere de instalación de equipos.

Técnicas de descontaminación del suelo

En las técnicas EX SITU:El volumen de suelo contaminado es excavado, transportado y tratado en una instalación a tal efecto. Dentro de esta categoría, se incluyen las denominadas técnicas ON SITE, en las cuales el suelo es excavado y tratado en instalaciones desplazables situadas en la zona de trabajo, minimizando el transporte.En las técnicas IN SITU:El suelo contaminado es sometido a tratamiento en su localización original, sin existir un traslado del mismo, aunque se remueva o mezcle en su mismo emplazamiento.La elección entre una u otra técnica depende de diferentes factores:La presencia de viviendas o instalaciones en funcionamiento en la zona que se desearecuperar no permite, en muchos casos, la excavación del suelo y su tratamiento ex situ. Por lo que las técnicas in situ son la única alternativa.

La principal diferencia entre ambos tipos de tratamiento radica en los costes. Las técnicasex situ son mucho más costosas.

En cualquier caso, a pesar de sus ventajas, los métodos in situ presentan varios problemas o limitaciones en su aplicación:Se requieren tiempos de limpieza muy largos para la completa eliminación de los contaminantes de un suelo y los porcentajes de degradación de los contaminantes son menores.

Difícilmente aplicables en suelos de baja permeabilidad porque la mayoría se basa enincorporar los contaminantes a una solución acuosa, y eliminarlos por flujo convectivo, el cual depende fuertemente de la permeabilidad del suelo.

Existe una gran incertidumbre a cerca del grado de contaminación inicial y final de los delos contaminantes tras el tratamiento.Descripción de algunas técnicas de tratamiento innovadorasExtracción de vapores del suelo (sin excavar) mediante pozos de aspiración.Aspersión de aire debajo de la zona contaminada para subir atrapados en las burbujas de aire y se capturan por procesos de extracción de vapor.Biocorrección para descomponer contaminantes orgánicos en sustancias inocuas.Desorción térmica calentando el suelo para vaporizar contaminantes con bajo punto de ebulliciónLavado con agua o soluciones especiales para depurar suelos excavados.Descripción de algunas técnicas de tratamiento innovadorasDeshalogenación química para convertir los contaminantes que contienen halógenos (cloro, fluor) en menos tóxicas.Extracción con solventes para separar los contaminantes orgánicos peligrosos del suelo.Enjuague del suelo in situ: inundación subterránea de los suelos contaminados con una solución que arrastra los contaminantes hasta un lugar donde puedan extraerse. Consideraciones generales en la contaminación del sueloNiveles de efectosAl máximo nivel o nivel de ecosistema: Biomasa, diversidad y productividad de poblaciones, nutrientes.

A nivel de comunidad: cambios en estructura, diversidad y dominanciaA nivel de población: Tasa de mortadidad/crecimiento/reproducciónA nivel de organismo: Funciones, patologías, procesosA nivel molecular: Alteraciones sistema enzimático/energético/genético

Instalaciones de recuperación y reciclado: Recuperación de materiales y productos vendibles (disolventes, aceites, ácidos, metales), o recuperación de energía a partir de residuos.Instalaciones de tratamiento: Alterar las características químicas de los residuos o degradar o destruir sus componentes con métodos físicos, químicos, térmicos o biológicos.Instalaciones para el vertido en terrenos: Emplazamientos permanentes para residuos superficiales o subterráneos. Reconocimiento de la necesidad de minimizar la producción de residuos.Planificación y organizaciónLograr el compromiso por parte de la gerenciaConcretar los objetivos globales del programa de valoraciónOrganizar el programa de valoración del equipo negociadorFases de valoraciónRecoger los datos del proceso Dar proridad y seleccionar objetivosCaracterizar el terreno y estudiar los datosEstablecer opciones

Revisar y seleccionar las opcionesFase de estudio de viabilidadEnsayos preliminares de laboratorio: de las opciones más adecuadasDe la más adecuada, ensayos a nivel pilotoValoración técnica para aplicar al terrenoValoración económicaAplicaciónJustificar los proyectos y obtener financiaciónInstalación (equipo)Aplicación (procedimiento)Control de la puesta en marchaCONSIDERACIONESDiseño del producto:Empleo químicoFacilidad para el reciclajeFacilidad para la reutilizaciónFacilidad para el desmontajeTamañoMaterias primasUso de recursos renovablesReducción de las consecuencias de su transporteFabricación, venta y distribuciónPrevención de la contaminación, minimización de residuosGestión de riesgos de procesamientoEmbalajeReducción del embalajeTinturas de origen vegetalConcentración del productoUsoSustancias de limpieza libres de aerosolesDosificación reducida de pesticidasEliminación finalReciclajeDisposición finalESTRATEGIASPlanificación y organizaciónDescripción de los residuos y de las pérdidas: Causa o causas específicas, volumen de generación, características físicas, características químicas, proceso o actividad generadora, métodos actuales de gestión, costo de los métodos de gestiónCreación de alternativas para la minimización de residuos: Gráfico de procesos, balances de materiales, manuales operativos, equipo4. Viabilidad técnica, reguladora y económica: Alteraciones de las variables, alteraciones de los depósitos de almacenamiento, cambios en la química del proceso, modificaciones en el equipo, eliminación de los productos5. Aplicación (incluyendo la formación)6. Control y optimizaciónEl enjuague del suelo in situ es una técnica detratamiento innovadora que consiste en inundar suelos contaminados con una solución que lleva los contaminantes hasta un lugar donde pueden extraerse. "In situ" (que significa "en el lugar") se refiere al tratamiento de tierra contaminada sin excavarla ni sacarla de su lugar.El tipo de solución que se necesita para el tratamiento depende de los contaminantes que se hallen en el suelo en un lugar determinado.agua solamente agua con aditivos tales como ácidos (pH bajo), bases (pH alto)agentes tensioactivos (como detergentes).El agua se usa para tratar contaminantes que se disuelven fácilmente en el agua. Una solución acídica es una mezcla de agua y ácido, como ácido nítrico o ácido clorhídrico. Las soluciones acídicas se usan para extraer metales y contaminantes orgánicos, como los que se encuentran generalmente en el reciclaje de baterías o en procesos de cromado industrial. Por ejemplo, la contaminación con zinc, una de las posibles consecuencias de las operaciones de cromado, se trataría con una solución acídica. Una solución básica es una mezcla de agua y una base, como hidróxido de sodio. (El amoníaco es un ejemplo de una base que se usa comúnmente en el hogar.) Las soluciones básicas se usan para tratar fenoles y algunos metales. Un agente tensoactivo puede ser un detergente o un emulsor. Los emulsores facilitan la mezcla de sustancias que normalmente no se mezclan, como aceite y agua. Por esta razón, las soluciones tensioactivas son eficaces para retirar contaminantes oleosos.Combinación Metal-EDTA= Quelato

Un agente quelante, o antagonista de metales pesados, es una sustancia que forma complejos con iones de metales pesados. A estos complejos se les conoce como quelatosPropiedades de los quelantes

Alta solubilidad en agua Resistencia a la biotransformación Capacidad para llegar a sitios donde se pudiera almacenar el metal.

Capacidad para formar complejos no tóxicos a partir de metales tóxicos. Retención de su actividad quelante al pH de los fluidos corporales y excreción rápida del quelato Afinidad elevada por los metales, en comparación con los ligandos endógenos El proceso comienza con la perforación de pozos de

inyección y de extracción en el suelo contaminado. La cantidad, la ubicación y la profundidad de los pozos de inyección y de extracción dependen de varios factores geológicos y consideraciones técnicas. Los pozos pueden instalarse en forma vertical u horizontal. Además de la colocación de los pozos, hay que trasladar hasta el sitio otros equipos (como un sistema de tratamiento de aguas residuales) o construirlos in situ.La solución de enjuague se introduce en los pozos de inyección por bombeo y pasa por el suelo, arrastrando contaminantes mientras se dirige a los pozos de extracción. En los pozos de extracción se recoge el elutriado, o sea la solución de enjuague combinada con los contaminantes.ENJUAGUE IN SITUSe inyecta una solución de lavado (agua, ácidos, bases o detergentes) en suelos sin excavar para arrastrar los contaminantes hasta el lugar donde pueda extraerse.Es eficaz para el tratamiento de suelos con bajo contenido de limo y arcilla.Requiere la perforación de pozos de inyección y de extracción en el lugar.El equipo es portátil y puede llevarse hasta el lugar de operacionesExige una mayor comprensión de las características geológicas del sitio que otras técnicas.El elutriado se extrae del suelo por bombeo en los pozos de extracción y generalmente pasa a un sistema de tratamiento de aguas residuales para retirar los contaminantes. Los contaminantes son tratados o eliminados, y el agua tratada puede reutilizarse en la solución de enjuague o eliminarse de otra forma aceptable. En la selección de esta técnica influyen también los siguientesfactores, entre otros: Se debe comprender bien el flujo del agua subterránea a fin de proyectar el sistema de pozos para un lugar determinado. Posiblemente se necesiten extensos estudios sobre el terreno para lograr un conocimiento acabado del flujo del agua subterránea Es necesario comprender bien la composición y disposición de las capas subterráneas para prever el trayecto que seguirán el líquido de enjuague y los contaminantes y cerciorarse de que los contaminantes no se extiendan fuera del lugar donde se pueden recoger.Se separan las partículas finas (limo y arcilla) de las partículas gruesas (arena y grava)Reduce considerablemente la cantidad de tierra contaminadaEs una alternativa con un costo relativamente bajo para separar los desechos y reducir al mínimo la cantidad de desechos que requieren un tratamiento ulterior.Se usa equipo portátil que se puede llevar hasta el lugar de las operaciones.Separa y limpia la parte más contaminada del suelo. En ocasiones se requiere de otras técnicas para mayor eficiencia.Los suelos de grano fino (limo, arcilla) absorben más químicos que los de grano grueso (arena, grava).La técnica funciona mejor cuando el suelo tiene mayor cantidad de granos gruesos. Puede limpiar combustibles, metales y pesticidas.Se remueve el material contaminado y se tamiza el material para retirar objetos grandes. Se adiciona a la lavadora adicionando agua o detergentes. La mezcla se pasa por tamices para separar el limo y la arcilla. Parte del contaminante se disuelve en el líquido o flota en la superficie.El agua contaminada se lleva a planta de tratamiento.Las técnicas adicionales pueden ser:CASO AMAZONAS: Hubo en el Distrito Amazónico de Petroproducción desde el 2002, 223 derrames.Los ‘landfarming’ y el aprovechamiento de microorganismos endémicos se convirtieron en los métodos más utilizados por las empresas que operan en el Distrito Amazónico de Petroproducción, en la limpieza de derrames petroleros.Se trata de una práctica calificada y eficiente, para minimizar los daños ocasionados por los atentados y roturas de los oleoductos.La técnica fue presidida por la remediación que tuvo como factor común el lavado a presión de los suelos contaminados. Eso se evidenció en Conambo (Lago Agrio). LANDFARMING ó Biorremediación Ex-Situ " o laboreo: los suelos contaminados son excavados y tratados en espacios abiertos. Las capas del suelo son aireadas mediante volteo y los lixiviados son filtrados y recogidos. Es un sistema que permite tener el control en el proceso de la degradación biológica, mediante la construcción de una celda en la cuál se coloca el material contaminado y en seguida se aplica un riego y productos especialmente desarrollados para acelerar el ciclo de vida de los microorganismos y por consecuencia la degradación de el (los) contaminante(s) en un periodo de tiempo relativamente menor. Landfarming se lleva a cabo sobre una celda la cuál se construye sobre la superficie de un terreno previamente acondicionado, donde se colocan líneas de polietileno de alta densidad y un sistema de recolección de lixiviados. Algunas veces se opta por colocar una cama de arena, para proteger la celda contra rasgaduras y evitar así la migración del contaminanteA 100 metros del área remediada se construyó una celda de 600 m2 con la debida protección para tratar los suelos contaminados. Los ‘landfarming’ que se instalaron en la zona no superaron los 50 centímetros de espesor, para facilitar la remoción, aireación y degradación. La clave fue aplicar nutrientes para mejorar la multiplicación de los microorganismos”La remediación se inició con la recuperación de crudo, desbroce (maleza) primario y secundario Concluyó con el aprovechamiento de los microorganismos endémicos. Estos degradaron el hidrocarburo.Luego en el lavado se utilizaron mangueras aplicando un producto biodegradable para extraer el resto del hidrocarburo.A los métodos comunes se sumó la colocación de aserrín para mejorar la aireación los ‘landfarming’ se mantienen expuestos entre 90 y 180 días para conseguir la degradación del hidrocarburo.

Se instaló un laboratorio para identificar y bioaumentar los microorganismos degradadores de hidrocarburos. Luego de un proceso de muestreo, bioaumentación y conformación de colonias y consorcios de microorganismos; estos fueron aplicados en los ‘landfarmin’ y biopilas. En las aguas contaminadas con hidrocarburo, las empresas remediadoras apelaron a la técnica de la fitorremediación. Sucedió con Congemimpa, en el derrame de Conambo. Allí se cultivó media hectárea de lechuguines endémicos. Estos absorbieron los metales pesados del pantano.Para la degradación de los vegetales contaminados con hidrocarburos, las contratistas aplicaron el compostaje. Con ese fin, Congeminpa instaló un centro de tratamiento y biorremediación en Pacayacu, Lago Agrio.El material vegetal contaminado que llegó al local, pasó por un proceso de aireación y triturado antes de convertirse en abono y absorbente. El centro tiene capacidad para tratar 400 toneladas de material.En el caso de los desechos petroleros (tanques, plásticos...) se procedió a su incineración. Las contratistas entregaron el material en la planta de Incinerox. La planta redujo los desechos a ceniza y gas. La ceniza se compactó con cemento y se fabricaron adoquines y bloques.

Los programas se recibieron luego de las pruebas de laboratorio, en las cuales se verificaron los límites permisibles que manda el reglamento ambiental. “Varios trabajos tuvieron que rehacerse”.En el cuidado está la efectividad

En el proceso de remediación todo depende del tipo de suelo y condición ambiental. En la Amazonia, por ejemplo, en el uso de la técnica ‘landfarming’ hay que tener cuidado al utilizar las bacterias para la biodegradación. Si no son nativas, pueden convertirse en caníbales para otras especies.

La aplicación de las técnicas de biopilas y compostaje dependen mucho del volumen del derrame y de los espacios. El primero es para grandes extensiones.

Estas técnicas son idóneas, pero si se respetan las metodologías y las medidas de seguridad.

El lavado tiene que ser con un producto biodegradablePerfil de extracción con solventes:Se separan los contaminantes para que puedan ser tratados individualmenteSe usa equipo portátil que se puede llevar al sitio de la limpiezaReduce la cantidad de material contaminadoSe pueden tratar hasta 125 toneladas de desechos por díaNo produce emisiones en la atmósferaSolventes utilizados en el proceso de extracción:Dióxido de carbono líquido, butano, acetona, propano, trietilamina, metanol, éter dimetílico, hexanoPerfil de la deshalogenación químicaSe usa para tratar contaminantes orgánicos aromáticos halogenados, particularmente bifenilos policlorados y dioxinas.Por medios químicos se convierten materiales tóxicos en materiales menos tóxicos o que no son tóxicos.Consiste en calentar y mezclar físicamente tierra contaminada con reactivos químicos “APEG” (metales Alcalinos, glicol polietilénico PEG), similar al anticogelante. Usa dispositivos portátiles que pueden trasladarse.Usos de halógenos:Bifenilos policlorados: transformadores eléctricos de alta tensión (buenos conductores de calor, resistentes al fuego y aisladores)Tratamiento de aguasProductos químicos para piscinasFabricación de tuberías de plástico (cloruro de polivinilo): C2H3ClIndustria textil y papel: blanqueador (hipoclorito de sodio: NaClO CF2Cl2: Freón 12, refrigeranteTRATAMIENTO DE SUELOS CONTAMINADOS CON PLOMO MEDIANTE EL LAVADO DEL SUELOSe realizaron pruebas de lavado de suelo con una muestra real proveniente de una instalación dedicada a la fundición de metales, la cuál contenía 5.7% de plomo (57,000 mg/Kg). El lavado se realizó utilizando diferentes extractantes, como ácido acético, acetato de sodio y EDTA, considerando el efecto de variables experimentales como el pH, la concentración del extractante y el tiempo de extracción. Se realizaron diferentes pruebas a nivel laboratorio para la extracción de metales en suelo utilizando diferentes soluciones Se colocan 5 gr de muestra de suelo en un matraz y se le adicionan 50 mL del agente extractante. Para evaluar el efecto del extractante se utilizaron soluciones de EDTA 0.05 M, ácido acético 0.1 M, acetato de sodio 0.1 M y agua. La mezcla de tierra-extractante se mantiene en agitación durante un tiempo de 8 horas para provocar la solubilización del metal. Una vez que transcurre el tiempo de extracción, se filtra la muestra y al filtrado se le determina la concentración de plomo. Las determinaciones de plomo en el extracto se realizaron utilizando un espectrómetro de absorción atómica Perkin Elmer Modelo 4532. En una segunda etapa se realizaron pruebas de extracción a diferentes valores de pH, entre 7.67 y 2.0, para conocer el efecto de este parámetro sobre la eficiencia de extracción del plomo. Posteriormente se realizaron pruebas de extracción para evaluar el efecto de la concentración del extractante sobre el proceso, para lo cuál se utilizaron diferentes soluciones que se resumen en la siguiente tabla:Finalmente, con el fin de conocer el efecto del tiempo de extracción, se realizaron pruebas utilizando diferentes tiempos de contacto entre 4 y 24 horas. Los resultados obtenidos muestran que puede removerse hasta 99% del plomo presente en la tierra con una sola extracción utilizando EDTA como agente extractante. Una vez que el plomo se encontraba en solución, se realizaron pruebas de recuperación electroquímica –electrodepósito- lográndose eliminar cerca del 90% del plomo presente en la solución

Las concentraciones de plomo que se pueden alcanzar en la solución del extractante no se puede extraer del suelo cuando se utiliza solamente agua. Sin embargo, cuando se utilizan los otros extractantes se pueden alcanzar concentraciones importantes de plomo en la solución que van del orden de 2000 mg/L cuando se utiliza ácido acético, 3500 mg/L para el acetato y valores mayores a 3000 con el EDTA. Considerando la cantidad de muestra de suelo y extractante, así como las concentraciones de plomo en el extracto, se pueden calcular los porcentajes de extracción. Los resultados muestran que se pueden lograr alcanzar una extracción del 60% cuando se utiliza acetato de sodio (a pH 3 y 4) y valores mayores al 55% cuando se utiliza EDTA. Efecto del pH Cuando se realizaron pruebas de extracción con los mismos extractantes a diferentes valores de pH hay variaciones importantes en los porcentajes de extracción alcanzados. Los mejores porcentajes de extracción, de valores cercanos al 60%, se lograron a un valor de pH de 2 en el caso del EDTA y pH de 3 en el caso del acetato. Efecto del Tiempo de Extracción. Con el fin de evaluar el efecto del tiempo de contacto sobre la extracción del plomo, se realizaron pruebas utilizando tiempos de contacto entre 4 y 24 horas. La extracción con acetato de sodio se pudo observar que conforme aumenta el tiempo de contacto se incrementa el porcentaje de extracción. Se logra aumentar la extracción del plomo de un 38% en 4 horas a un 53% en 8 horas y 65% en 24 horas. CONCLUSIONES. Los resultados obtenidos muestran que el proceso de lavado de suelo puede ser un procedimiento que puede ser utilizado de manera efectiva para el tratamiento de suelos contaminados con metales. En nuestro caso en particular, el lavado se utilizó exitosamente para el tratamiento de una muestra de suelo real con un alto contenido de plomo. Los resultados muestran que se puede realizar el proceso de lavado utilizando ácido acético, soluciones de acetato de sodio y de EDTA como agentes extractantes. En los tres casos se logran porcentajes de extracción considerables, lográndose porcentajes cercanos al 70% para el acetato y mayores al 95% para el EDTA. ESTABILIZACIÓNEs un proceso donde se mezclan los aditivos con los suelos contaminados para minimizar la migración de los contaminantes y reducir su toxicidad quedando total o parcialmente confinados por la adición de un medio soporte o aglomerante u otros modificadores.Durante la estabilización, algunos contaminantes pueden destruirse, como es el caso de la decloración de hidrocarburos clorados, también inhibe la migración de elementos inorgánicos como los metales pesados.Es indicada para terrenos donde el peligro se encuentra en grandes cantidades de suelo. Se realiza en el sitio debido a que, excavar, transportar y verter o incinerar no es medioambientalmente correcto por:La contaminación atmosférica adicional causada por el equipo de excavación, camiones y la exposición de suelos contaminados enterrados a la atmósfera, lo que incrementa la volatilizaición de compuestos orgánicos.Los mayores riesgos por accidentes de tráficoESTABILIZACIÓN Y SOLIDIFICACIÓNUtiliza aditivos para reducir la naturaleza peligrosa de un residuo, transformando el residuo y sus constituyentes peligrosos en un bloque.

Cemento - Cal - Silicatos - Arcillas modificadas - CenizasMinimiza la velocidad de migración de los contaminantes al medio ambiente.Reduce el nivel de toxicidadMejora el manejo y las características físicas del sueloDisminuyen la superficie a través de la cual puede tener lugar la transferencia o pérdida de contaminantes.Limita la solubilidad de cualquier contaminante en el sueloLa solidificación aumenta la resistencia, disminuye la permeabilidad del residuo en el suelo.Eliminación en el terreno de residuoslíquidos: deben ligarse química y físicamente.Recuperación de terrenos contaminados:

Mejora las características físicas y el manejo de los suelos, Disminuye la velocidad de migraciónReduce la toxicidadEs la recuperación más duradera.

Solidificación de residuos industriales inestables no peligrosos como lodos (son inadecuados estéticamente e impide otros usos del suelo).Se añade polvo de hornos de cemento para neutralizar y estabilizar lodos aceitosos. La masa solidificada puede cubrirse para reducir la infiltración de las precipitaciones.

Ventajas:La eliminación en los terrenos de los residuos peligrosos que ponen en peligro la salud del público y medio ambiente requiere la aplicación de tecnologías de recuperación que sean efectivas y duraderas; por lo tanto la estabilización presenta ventajas tecnológicas frente a otras alternativas de recuperación como los vertederos. Pueden emplearse en situaciones no aplicables técnica o económicamente viables otros métodos como la incineraciónPuede ser físico o químico, dependiendo del tipo de medio utilizado:Cemento, silicatos, termoplásticos, polímeros orgánicos.Los más utilizados son los que tienen propiedades organofílicas y menos costosos: asfalto, cemento, silicatos.Al final los suelos o residuos tratados se convierten en una masa estabilizada con baja o nula lixiviación de contaminantes.Se puede realizar in situ o ex situ.Las técnicas más usadas son:

Macroencapsulación Microencapsulación AbsorciónAdsorciónPrecipitaciónDetoxificación

Macroencapsulación: Es el mecanismo por el cual los constituyentes del residuo peligroso queda atrapado físicamente en una matríz estructural de mayor tamaño, es decir, los constituyentes del residuo peligroso se retienen en los poros discontínuos del material.Los riesgos de desestabilización de la matriz son a escala geológica. Las tensiones medioambientales que influyen en la desestabilización son: ciclos repetitivos de humectación y desecación o congelación y deshielo, penetración de fluidos de percolación y tensiones físicas de carga.Microencapsulación: Los constituyentes del residuo peligroso quedan atrapados en el interior de la estructura cristalina de la matriz solidificada a nivel microscopio. Como resultado, incluso si los materiales estabilizados se degradan a partículas de tamaño relativamente pequeño, la mayor parte del residuo peligroso permanece atrapado.Absorción: Los contaminantes son tomados por el sorbente (esponja). Necesita de un material sólido (absorbente) que empaque o absorba los líquidos libres del residuo. Es una medida temporal. Los absorbentes más comúnes son: suelo, cenizas, polvo de hornos de cemento y cal, aserrín, heno y paja.Adsorción: Unión física donde los contaminantes quedan ligados de manera electroquímica a los agentes de estabilización de la matriz, como fuerzas de Van der Waals o puentes de hidrógeno.Es una medida más permanente, ya que los contaminantes necesitan de una fuerza físico química adicional para desorber el material de la superficie de adsorción.Ejemplo: Estabilización de residuos orgánicos usando arcillas modificadas orgánicas. Estas son arcillas en las que se han reemplazado los cationes inorgánicos de intercambio adsorbidos a su superficie, por cationes orgánicos de cadena larga, originando el carácter organofílico (atracción) de las arcillas. Las arcillas organofílicas presentan afinidad por las moléculas orgánicas.Caso: Se va a estabilizar un suelo arenoso saturado (lleno sus poros) contaminado con tricloroeteno utilizando una de las arcillas modificadas orgánicamente BTA (benciltrietilamonio) y TMA (tetrametilamonio). El suelo saturado tiene una porosodad (n) de 50% y una densidad húmeda de 2 g/cm3. La concentración del tricloroeteno en el agua de los poros del suelo saturado es de 500 mg/l. Para las dos arcillas cuya experimentación se muestra en la figura, calcular la cantidad de arcilla modificada que debe añadirse a la mezcla de estabilización por tonelada de suelo contaminado para adsorber todo el contaminanteDe la figura se puede observar:Cant. de arcilla TMA = 2.75 mg de TCE adsorbido / gramo de arcillaCant . de arcilla BTA = 17.5 mg de TCE adsorbido / gramo de arcillaPara calcular la masa de TCE por tonelada de suelo contaminado tenemos:Vt = volumen totalVv = volumen de huecos (lleno de agua+contam. en suelo saturado)Vs = volumen partículas de sueloMw = masa de agua incluidos contaminantes en fase acuosaMs = masa de las partículas de sueloMt = masa totalComo la densidad es 2 g/cm3, el volumen total por gramo de suelo se puede calcular: ρ = Mt/Vt Vt = 1 Ton x 1000 Kg/Ton x 1000 g/Kg 2 g/cm3 Vt = 5 x 105 cm3 = 5 x 105 mlComo la porosidad es del 50% : n = Vv/Vt Vv = n x Vt =0.5 x 5 x 105 ml = 2.5 x 105 ml = 2.5 x 102 lt Como el suelo contaminado está saturado (lleno de agua)Vv = Vw = 2.5 x 105 ml por cada tonelada de sueloEl agua de los poros del suelo se encuentra contaminada con TCE con una concentración de 500 mg/lt. La masa de TCE es:MTCE = C x Vw = 500 mg/lt x 2.5 x 102 lt = 1.25 x 105 mgPara calcular en casa caso la cantidad de arcilla a utilizarMTMA = 1.25 x 10 5 mg = 4.54 X 104 g = 45.4 Kg de arcilla TMA 2.75 mg/g arcillaMBTA = 1.25 x 10 5 mg = 7.14X 103 g = 7.14 Kg de arcilla BTA 17.5 mg/g arcillaPara calcular la capacidad de adsorción del material analizado a partir de la remoción del 100 % Plata con la ecuación de Freundlich:Log X/m = Log K + 1/n Log CX: cantidad de concentración adsorbidam: peso del adsorbentex/m: concentración adsorbida por unidad de masa del adsorbenteC: equilibrio de concentración en la solución después de la adsorción.K y n: constantes de la ecuación linealizada.Precipitación de los contaminantes dando lugar a una forma más estable. (hidróxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos y fosfatos):Ej: Me(OH)2 + H2CO3 MeCO3(s) + 2H2ODetoxificación: Mecanismo que modifica un constituyente químico en otro no tóxico o menos tóxico.Ej: Reducción del Cr+6 a Cr+3 que tiene menos solubilidad y toxicidad. durante la estabilización con cemento. Mezclando sulfato ferroso y sulfato sódico.Fe2(SO4)3 ó Na2(SO4) + Cr+6 Cr(SO4)3Tecnología de cementación La aplicación de los aditivos depende de factores como concentración del contaminante, cantidad de reactivo y la acción conjunta (sinergia) de varios contaminantes y reactivos.

Cemento: es el principal agente de la estabilización que se obtiene de la cocción a alta temperatura de caliza y arcilla. Ventajas Se adapta mejor a residuos inorgánicos debido al alto pH hace que los metales pesados se retengan como hidróxidos insolubles o carbonatos Los estudios demuestran que el Pb, Cu, Zn, Sn y Cd se unen a la matriz por fijación química, el Hg por microencapsulación física.Los contaminantes orgánicos no son fáciles de estabilizar ya que reducen la formación de la estructura cristalina originando material amorfo.Es muy útil en la fijación de residuos inorgánicos como lodos de hidróxidos metálicos de la industria de galvanotécnia.La alcalinidad del cemento puede neutralizar los residuos ácidos.Como se aplica:Utiliza con frecuencia los equipos de construcción comunes para realizar procesos de mezcla. Es el más económico cuando se deben tratar grandes cantidades de suelo o lodo.Como ejemplo, se empleó una mezcla de 100 partes de lodo por 15 partes de cal y 5 partes de polvo de horno de cemento que se añadieron a una laguna mediante grúas y se mezcló mediante palas mecánicas. La finalización de la fijación se tomó con los criterios:Inspección visual que mostrara que el material estaba sólido y de aspecto similar al de un suelo.Ningún líquido libre.Posibilidad de excavar con el material colocado en cangilones sin provocar desbordamientos.Ej: Un lodo no tratado procedente de un tanque de digestión fue tratado para estabilizar los altos niveles de Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mg, Mn, Ag y Zn. El producto final presentaba una consistencia parecida al suelo y los ensayos de lixiviación presentó los siguientes resultados. Parámetro Lodo no tratado Lodo tratado % ReducciónArsénico 0.724 (mg/l) 0.049 93.2Cadmio 3.3 0.126 96.2 Cromo 0.566 1.16 -104.9Cobre 3.86 3.2 17.1Hierro 48.4 1.57 96.8Plomo 0.238 0.019 92.0Manganeso 11.5 1.48 87.0Zinc 120 3.02 97.5Estimación de costos de la estabilización:Se está considerando la posible estabilización de un lodo de una planta de tratamiento de aguas residuales. La planta trata 1.13 x 106 l/día

Con una concentración de sólidos en suspensión de 220 mg/l (ppm) en el agua residual. La planta de tratamiento tiene una eficacia de eliminación de sólidos del 90%. A partir de los ensayos en serie se puede asumir una estabilización adecuada añadiendo un 8% de cal en peso. Los costos de la estabilización con cal son de U$80 por tonelada incluyendo materiales, mano de obra y equipo. Cual es el costo anual?. Cuanta cal se necesita al año?Sólidos en el lodo = (1.13 x 106 l/día ) x (220 mg/l x 1 kg/106 mg) x 0.9

= 223.7 kg/díaProducción anual de lodo = 223.7 kg/día x 365 días/año

= 81701 kg/año = 81,7 Tn/añoCosto anual = 81,7 Tn/año x 80 U$/Tn = 6536 U$/añoCantidad de cal = 81,7 Tn/año x 0.08 % = 6.5 Tn

ELECTROMIGRACIÓN

Fenómeno electrocinético producido al aplicar un campo eléctrico al suelo, que provoca la migración de los contaminantes ionicos hacia los electrodos.

Desarrollado para eliminar metales pesados y otros contaminantes ionicos de aguas subterráneas y suelos.

Está compuesto por electrodos y su recipiente protector que están llenos con disoluciones químicas y conectados a dos sistemas separados de circulación (uno del cátodo y otro del ánodo)

En las disoluciones se incorporan los contaminantes, que se tratan luego en un sistema de tratamiento.

Técnica

El desplazamiento de los contaminantes se logra mediante la creación de campos eléctricos.

Es un procedimiento a realizar in situ.

Consiste en introducir, a suficiente profundidad, unos electrodos en el suelo. Los contaminantes fluyen desde un electrodo a otro siguiendo las líneas del campo eléctrico.

Para favorecer el movimiento se puede añadir una fase acuosa.

La movilización de los contaminantes es debida a fenómenos de: migración, electroósmosis y electroforesis.

Migración

Se trata de una movilización en forma iónica de los contaminantes a través del campo electrico. Representa el movimiento de las partículas en disolución con comportamiento iónico.

Electroósmosis

Movimiento del líquido en relación a las superficies sólidas del campo eléctrico. Se produce la movilización del líquido en masa como consecuencia de la interacción con las paredes de los poros. En las superficies desequilibradas de las partículas del suelo predominan las cargas negativas y atraen al líquido hacia el cátodo que se comporta como si fuese un gran catión.

COMPOSTAJE

Definicion.

Puede ser definido como un proceso aerobio y controlado de descomposición biológica llevado a cabo por microorganismos (incluidos hongos y bacterias), los cuales reducen la materia orgánica a sustancias más simples. Obteniéndose un producto final estable, higiénico, rico en compuestos húmicos y cuya utilización no genere riesgos ambientales.

Ecuación general del proceso.

MAT. ORG. + O2 + NUTRIENTES +MICROORG. è COMPOST + CÉLULAS NUEVAS

+ CÉLULAS MUERTAS (Ppal/. Celulosa y lignina)

+ CO2 + H2O + NO–3 + SO=4 + CALOR

Factores que afectan el compostaje.

AIREACIÓN: Se necesita oxígeno ya que es un proceso aerobio. La aireación puede darse por inyección de aire o por mezclado mecánico o manual.

La aireación es importante también para controlar la temperatura de la pila de compost.

En condiciones anaerobias se puede dar la formación de cromo un líquido negro de pH ácido, rico en microorganismos y con alta carga orgánica.

TEMPERATURA: Esta es directamente proporcional a la actividad biológica, humedad y disponibilidad de oxígeno dentro del sistema de compostaje.

Temperaturas de 55 °C (130 °F) o mas durante 3 o 4 días favorecen la destrucción de semillas de malezas, larvas de moscas y patógenos de plantas (plant pathogens). A temperaturas de 65°C (155 °F), la materia orgánica se descompone dos veces mas rápido que a 130 °F. A temperaturas mayores de 155°F se puede dar la destrucción de ciertos microorganismos.

Se deben manejar temperaturas entre 40 y 60 °C, a temperaturas menores no se eliminan todos los organismos patógenos, y a temperaturas mayores se puede inhibir o retardar el proceso de compostaje

HUMEDAD: Debe estar entre el 50 y 55%, cuando se encuentra por debajo del 40% se inhibe la actividad microbiana, y cuando está por encima del 60% se pueden presentar condiciones anaerobias al ocupar los espacios que le corresponderían al aire.

El exceso de humedad puede ser corregido revolviendo (mezclando) periódicamente la pila de compost, y la falta de esta mediante irrigación, la cual debe hacerse e el proceso de mezclado para que el compost sea humedecido uniformemente y no se forme el cromo

pH: Al inicio del proceso se da la fase de acidogénesis (generando pH bajos), en la cual se la producción de gas carbónico y ácidos orgánicos. Luego se eleva el pH debido a la produccion de amonio, y en la fase de maduración el pH se estabiliza cerca de la neutralidad por la acción del humus.

El rango de operación de este debe estar entre 6.5 y 9.5

TAMAÑO DE PARTÍCULAS:

El material a compostar debe garantizar un área superficial lo suficientemente pequeña para la eficiente acción de los microorganismos, pero no puede ser muy pequeño porque se reducen los espacios de aireación, dándose la compactación del compost.

Se debe tener garanulometría uniforme con partículas entre los 10 y 50 mm (internet = 2 a 3 pulg.) para garantizar una buena aireación y un mayor velocidad en la descomposición de la materia orgánica

RELACIÓN CARBONO-NITRÓGENO: Los microorganismos usan el carbono como fuente de energía y el nitrógeno para la síntesis de proteínas (y en su reproducción).

Para el inicio de proceso se deben dar relaciones del orden de 30:1 (C:N), según otras fuentes se puede tener un rango de 20-30 partes de carbono por una de nitrógeno. Si existe un exceso de carbono el proceso es mas lento, si hay un exceso de nitrógeno este se pierde mediante la liberación de amonia.

Cuando los materiales orgánicos no presenten esa proporción, se debe hacer un balance para acelerar el proceso, utilizando tablas existentes. Por ejemplo, si se tienen dos bolsas de estiercol de vaca (C:N = 20:1) y una bolsa de tallos de maíz (C:N = 60:1), entonces, combinando estos se tendrá una relación C:N así,

(20:1 + 20:1 + 60:1)/3 = (100:3)/3 = 33:1

MICROORGANISMOS:

El proceso de compostaje es llevado a cabo por varias clases de microorganismos, entre ellos.

Psicrófilos: microorganismos de bajas temperaturas

Mesófilos: microorganismos de temperaturas medias

Termófilos: microorganismos de altas temperaturas

Generalmente el compostaje comienza a temperaturas mesofílicas y luego avanza hacia el rango termofílico.

En los estados finales otros organismos como Actinomicetos, cienpiés, milpiés, hongos, arañas y lombrices de tierra ayudan al proceso.

MEZCLADO (VOLTEO):

Es importante para incorporar oxígeno a la pila de compost. Si no se realiza un volteo periódico el proceso de compostaje se da pero a baja velocidad, si se quiere acelerar el proceso se debe hacer un volteo cada cuatro días, hacerlo con mas frecuencia no es recomendable.

Período de compostaje.

El tiempo que demora el proceso de compostaje esta afectado por factores como la temperatura, humedad, oxígeno, tamaño de partículas, relación carbono nitrógeno y la frecuencia y grado de mezcla o volteo.

Se puede decir que el tiempo depende del producto final que se desee. Un compost inmaduro puede producirse en un mes, mientras que un compost maduro puede producirse en un lapso de seis meses a un año, si se utilizan aceleradores para compostaje (mezcla de microorganismos y sustrato) se puede obtener un compost maduro en un lapso de 40 a 60 días.

Sistemas de compostaje.

COMPOSTAJE EN HILERA (Windrow): Se dispone el material orgánico en hileras. Se puede utilizar un sistema mínimo con volteo una vez al año (utilizando una pala frontal) el cual puede demorar de 3-5 años y se puede presentar anaerobiosis.

Mientras que en un sistema rápido se emplean hileras con altura de 2 a 2.3 m y un ancho de 4.5 a 5 m, el material orgánico debe tener un tamaño de partícula entre 2.5-7.5 cm y su humedad debe ser de 50-60%.

Se deben hacer hasta dos volteos por semana y tener temperaturas de 55 °C o mayores, en ocasiones se tienen referencias de procesos de compostaje que se logran a temperaturas mesófilas.

La fermentación completa se puede dar de 3-4 semanas. Luego de terminar el período de volteo se deja curar de 3-4 semanas donde prima la acción de hongos y actinomicetos.

COMPOSTAJE EN PILAS ESTÁTICAS AIREADAS (P.E.A.): Consiste en un conjunto de tuberías perforadas sobre las que se coloca el material a compostar y por medio de las cuales se incorpora o retira aire de la mezcla para la aireación.

Se manejan alturas de 2-2.5 m, para control de olores se coloca una capa de compost en la parte superior de la pila. Se puede utilizar inyección de aire individual para cada pila.

El período de fermentación es de 3-4 semanas, lo mismo que el período de curado.

SISTEMA EN REACTOR (In-Vessel): Un reactor es cualquier tipo de contenedor o recipiente cerrado.

Existen dos sistemas principales, sistema de flujo-pistón en el cual la relación de las partículas de masa a fermentar son constantes y funciona según el principio PEPS (Primero que Entra, Primero que Sale) y, sistema dinámico en el cual la masa a fermentar se mezcla mecánicamente durante el procesamiento

Como ventajas del compostaje en reactor están el mayor control de olores (por ser cerrado) y de elaboración, mejores rendimientos, menos costos de mano de obra y menor requerimiento de espacio entre otros.

El tiempo de retención es de 1-2 semanas y se emplea un período de curación de 4-12 semanas luego de la fermentación activa.

Usos del compost.

BIORREMEDIACIÓN Y PREVENCIÓN DE CONTAMINACIÓN: Esta tecnología es usada para recuperar suelos contaminados, manejo de stormwaters, control de olores y degradar compuestos orgánicos volátiles.

CONTROL DE ENFERMEDADES DE PLANTAS Y ANIMALES: Suelos enriquecidos con compost pueden ayudar a reducir enfermedades y proteger contra pestes.

REFORESTACIÓN, RESTAURACIÓN DE ZONAS HÚMEDAS Y REHABILITACIÓN DE HÁBITATS: Las plantas originales de zonas húmedas pueden ser restauradas usando compost durante su plantación.

CONTROL DE EROSIÓN, REMEDIACIÓN DE CÉSPEDES Y PAISAJISMO: El compost puede servir para recuperación de suelos, incrementar el crecimiento de las plantas, controlar la erosión e impedir la pérdida de nutrientes, mitigar la compactación del suelo, y ayudar al control de enfermedades y plagas en plantas.COMPOSTAJE DE SUELOS CONTAMINADOS POR EXPLOSIVOS: El compostaje puede ser usado para remediar este tipo de suelos. El suelo contaminado es excavado y mezclado con otros suministros de alimento para producir un compost libre de contaminación.Características del compost. Color marrón a marrón oscuro, baja relación carbono/nitrógeno, naturaleza continuamente cambiante (por la acción de los microorganismos) y alta capacidad de intercambio catiónico y absorción de agua.FRESCO: Si el contenido de materia orgánica ha sido reducido a un 20-40% durante el compostaje.SEMIMADURO: Si el contenido de materia orgánica es del orden de 40-60%.MADURO: Si la reducción de materia orgánica es mayor de 60%.El mayor tamaño de partícula que se debe tener en el compost es 1 pulgada (2.54 cm) y la máxima proporción de sólidos inertes es 6% del peso seco. Para saber si el compost probablemente esta estabilizado:Poner una cantidad de producto en una bolsa plástica y sellarla por 24 horas. Al abrirla no debe presentar olores ofensivos.Ninguno de los materiales del compost debe ser identificado (luego del tamizado). El producto final debe parecerse y oler como tierra.Si una pequeña pila (3 yardas cúbicas) no incrementa su temperatura 20 °F por encima de la temperatura del ambiente en 24 horas.Parámetros a evaluar: % HumedadCapacidad de Retención de aguaCenizaspHConductividadTamizadoMicrobiológico (Protozoos y nemátodos, Coliformes totales y fecales, mesófilos, termófilos, mohos y levaduras.TemperaturaNitrógenoDensidad aparenteManejo de materiales a compostar:Material Orgánico: Realizar una selección o limpieza de los residuos acumulados que van hacer parte de la formación de una nueva pila.Vaciar las canecas donde se encuentra el material para el proceso.Esparcir este material para una clasificar de aquellos residuos que se van a compostar.Seleccionar sólo residuos aptos para el compostaje (restos crudos de fruta y verdura, cáscaras de huevo entre otros), no utilizar material mayor a 7 cm, residuos reciclables (plástico, cartón, vidrio, latas), escombros, basura (envolturas de mecato, colillas de cigarrillo, entre otros).Lodos: Agregar una capa de hojas secas antes de depositar los lodos en el tanque. Depositar los lodos en el tanque y agregar más hojas secas encima.Ubicar un balde en la caja de lixiviados del tanque y utilizar el lixiviado recogido para humectar las pilas de compostaje. Preparación del Sustrato y del Inóculo :En una caneca con suficiente capacidad recoger 100 litros de agua. Adicionar 2 libras de levadura de pan. Revolver para homogenizar las mezcla. Adicionar 2 Kilos de miel de purga y revolver hasta que se homogenice. Adicionar un litro de inóculo preparado (ver preparación del inóculo). Dejar reposar de 3 – 7 días (lograr fermentación).Una vez fermentada la solución agregar a las pilas como se indica en la etapa de abajo (Manejo y volteo de la pila).Preparación del inóculo: Cocinar 2 tazas de arroz. Introducir el arroz en un tarro de boca ancha y tapar el tarro con nylon. Ubicar el tarro en un lugar húmedo y poner materia orgánica semidescompuesta encima de la malla de nylon. Dejar el tarro expuesto al ambiente durante 2 semanas. Agregar 3 litros de agua y uno de melaza o miel de purga y revolver.Formación Pila: Conformar la pila cada semana, o cuando ya se disponga de material suficiente para la formación.

Comenzar la preparación de la pila con una capa de unos 2 cm de hojas secas o sacos de cemento picados.Adicionar una capa de 2 cm de lodos recogidos del tanque.Luego adicionar 20 cm de la mezcla de hojas y residuos orgánicos ya pesados.Añadir una capa de 5 cm de estiércol.Añadir una capa de 2 cm. de lodos o abono maduro.

Luego adicionar el sustrato (solución preparada de melaza, levadura de pan e inóculo).Ahora se puede añadir un poco de cal o polvillo de Horno, para neutralizar.

Repetir todos los pasos hasta obtener una altura de pila entre 90 a 150 cm.Una vez la pila alcance la altura deseada se debe introducir en su parte superior la placa o tablero con su información.

Características del compost : Su color es café oscuro, casi negro.Tiene una gran capacidad de retención de agua.Su olor es agradable parecido al de la tierra húmeda.Actúa como mejorador del crecimiento de las plantas y se utiliza como abono en jardinera de las plantas y en los viveros. Agrega elementos esenciales al suelo y no nitrifica ni acidifica los terrenos como suele ocurrir con el uso de fertilizantes químicos.Presenta las siguientes ventajas:Disminuye las necesidades de materia orgánica de los suelos y contribuye a su recuperación.Reduce la tasa de ocupación de los rellenos sanitarios, al darles un destino útil a parte de los residuos.Optimiza los recursos existentes en cada sitio al aprovechar pues se aprovechan allí mismo los residuos.Crea una conciencia ambiental en la empresa en cuanto a los hábitos de separación de desechos en el origen y la utilización que éstos pueden tener.Se aumentan las posibilidades de producción en viveros, jardines y zonas verdes.El sitio debe tener en cuenta los siguientes criterios:La distancia entre instalación compostaje y el sitio de origen de la materia orgánica (planta) no deben ser muy lejanos, para reducir los costos del transporte.El lugar debe ser accesible y contar con vías de acceso en buen estado.El establecimiento donde se realiza el proceso debe tener buena protección para las lluvias y buena ventilación.Debe contar suministro de agua permanente.El terreno debe ser lo suficientemente amplio para la recepción de la cantidad de materia orgánica generada en la planta y el tratamiento de la misma.BIORRECUPERACIÓNBacterias degradadorasDegradación de hidrocarburos aromáticos por bacterias aisladas de suelos contaminados con petróleo en el estado Zulia: Naftaleno, antraceno, fenantreno.Zonas seleccionadas al azar, impactadas por petróleo y con un largo período de contaminación, en el Centro de Acopio y Tratamientode Materiales (CATE) del Campo La Concepción, municipio Jesús Enrique Lossada, estado Zulia, Venezuela.Se inoculó 1 gramo de cada muestra de suelo en recipientes de 150 mL con 30 mL de cultivo (medio mínimo mineral MMM)): 1,2 g NH4Cl 0,00067 g CaCl 2 2H2O2,4 g Na2SO4, 2,04 g, MgSO4.7H2O0,65 g K2HPO4 3H2O 2,4 g KNO3 0,02 g. FeSO4 7H2O 0,5 g KH2PO4 3H2O. El hidrocarburo se adicionó a una concentración de 0,05% p/v (Jobson et al. 1972), y se incubaron a 37°C, con agitación constante de 150 rpm, durante 10 días hasta observar la turbidez característica del crecimiento bacteriano.La temperatura del suelo, en las tres zonas muestreadas, osciló entre 36 y 37°C, con unpromedio de 36,33°C.Bossert y Bartha (1984) demostraron que las temperaturas altas, entre 30 a 40°C, incrementan al máximo la velocidad del metabolismo de los degradadores de hidrocarburos.Los estudios realizados con bacterias degradadoras señalan que en el rango de pH de 5,2 a 7,0 se produce la mineralización del hidrocarburo, siendo el pH óptimo 7,0 (Kastner et al. 1998)El contenido porcentual de aceites y grasas fluctuó entre 1,5 y 6,9, con un valor promedio de 3,5; las concentraciones de los hidrocarburos del petróleo oscilaron entre 4,1 a 4,3 con un promedio de 4,2.Estos valores fuerón más altos que los reportados por Leahy y Colwell (1990) quienes demostraron que el incremento en las concentraciones de hidrocarburos en el suelo hasta un 1,5%, causa una disminución de la actividad microbiana, mientras que por encima de este valor se incrementa la toxicidad de los compuestos hidrocarbonados, presentes en el petróleo, sobre los microorganismos.El 100% de las cepas pudieron degradar los hidrocarburos aromáticos policíclicos naftaleno y antraceno.El 78,57% degradó el fenantreno BIORRECUPERACIÓN IN SITUCONSIDERACIONES TÈCNICAS Y DE DISEÑO (Aguas subterráneas)El agua del subsuelo fluye de áreas de alta carga a otras de baja carga hidráulica que se denominan acuíferos.Un acuífero está formado por una capa de arena, grava y sedimentos.Las aguas subterráneas desembocan en corrientes superficialesConductividad hidáulica: Describe la capacidad del suelo para transmitir el agua, depende de la estructura del suelo y del contenido de humedad, se expresa en unidades de velocidad (gradiente), se puede determinar en el campo o en laboratorio.Gama de valores de conductividad hidráulica (capacidad de los materiales para el transporte de agua) típicos en varios tipos de suelo:Tipo de suelo Conductividad Hid.(cm/sg)Grava limpia 1 x 105 hasta 1.0Arena pura o con mezcla de grava 1.0 hasta 1 x 10-3

Arena fina y sedimentos 1 x 10-2 hasta 1 x 10-6

Sedimentos arcillosos y arcilla 1 x 10-5 hasta 1 x 10-9

Según la ley de Darcy: vs (velocidad de infiltración lineal media):vs = k x i / n k = conductividad hidráulica i = gradienten = porosidad efectivaEjemplo: Cálculo de la concentración del contaminante. En el interior de las muestras del acuífero mostrado, han sido analizados los hidrocarburos de petróleo (HTP) para varias profundidades. Estimar la masa total de contaminantes en el acuífero. La densidad total del material drenado del acuífero es 1800 kg/m3 y la porosidad es 0.4 ( )Solución: 1. Se calcula para cada sección la masa contaminanteEj: para la sección e3 a una profundidad de 2 a 4 m:2. Se determina la masa total del contaminante para cada sección.

Masa de contaminante adsorbida: ej para la misma secciónMs = s rwb V = (0.009 g/kg)(1800 kg/m3)(210 m3) = 4725 g

Masa del contaminante en disolución: para la misma secciónML = q V CL = (0.4)(210 m3)(0.95 mg/l) = 80 mgSe tabulan los valores de la masa contaminante para cada sección Ms total = 139400 g = 139.4 kgMw total = 2375 mg = 2.4 gMasa total de contaminante= (139.4+0.0024) kg = 139.4024 kgEj: Una fuga lenta en un tanque de diesel ha contaminado una zona, tanto el suelo como el acuífero subyacente. Después de eliminar el producto libre, los ensayos muestran estos resultados:Características del acuífero Densidad del suelo: 1800 kg/m3

Concentración de diesel adsorbido por el suelo : 500 mg/kgMasa total de contaminante acuífero = 139.4024 kgVolumen de suelo contaminado: 10 m x 25 m x 3 mVolumen de agua subterránea contaminada= 1/3 x (75x45x6) x 0.40 = 2700m3 Profundidad media contaminada con Diesel : 6 mPorosidad efectiva: 40%Gradiente hidráulico: 0.0042Conductividad hidráulica: 0.02 cm/sVolumen de agua subterránea contaminada= 1/3 x (75x45x6) x 0.40 = 2700m3 (sabiéndo que el 40% es de huecos)Volumen de suelo contaminado = 10 x 25 x 3 = 750 m3 Masa de suelo contaminado= 750 m3 x 1800 kg / m3 = 1350000 kg sueloMasa de diesel en el suelo = 1350000 kgsuelo x 500 mg diesel/kgsuelo= 675 kg dieselMasa total contaminante = (139.4 en agua subt. + 675 en suelo) = 814.4 kg Diesel

Ejemplo: Demanda de oxígeno de un tratamiento in situ para el caso del agua subterránea contaminada anterior. ¿Cuál es la mejor alternativa para suministrar oxígeno: natural, aplicándolo o el peróxido de hidrógeno?Como base para el octanage de un hidrocarburo se tiene que la necesidad de oxígeno para mineralizar el HC se calcula aproximadamente como2.5 Kg O2/ Kg HCDemanda de oxígeno = (2.5 Kg O2/Kg HC)(814.4)kg HC = 2036 kg O2 El suministro natural de oxígeno depende del movimiento del agua subterránea que normalmente contiene 6 mg/l de oxígeno disuelto. Según la ley de Darcy vs (velocidad de infiltración lineal media):vs = k x i / n k = conductividad hidráulica = 0.02 cm/s

i = gradiente hidráulico = 0.0042 cm/cmn = porosidad efectiva = 0.40

Vs = (2 x 10 -2 cm/s) (0.0042) = 18.14 cm/día0.40

Caudal que atraviesa el área altamente contaminada= (18.14 cm/día) m x (75X6) m 2 (0.4) 1000 l = 32652 l/día

100 cm m3 Suministro natural de oxígeno = (32652l/día)(6 mg/l) x 10-6 kg/g =0.196 kgO2/díaTasa de degradación = (0.196 kg O2/día)/(2.5 kg O2/kg HC) = 0.0784 kg HC/díaTiempo de degradación = (814.4 gr HC)/(0.0784 kg/día) = 10388días = 28 años

365 días/año

Si se aplicara oxígeno puro al agua utilizando 3 pozos de aplicación, cada uno con un radio de 10 m para saturar el grosor de la contaminaciónCaudal bajo la influencia directa de los pozos de aplicación:= 3(18.14 cm/día)(1 mt/100cm)(20 m)(6 m)(0.4)(1000 l/1 m3) = 26122 l/díaEl oxígeno puro proporciona al agua una concentración de 40 mg/l O2

Suministro adicional de oxígeno = (26122 l/día)(40 mg/l)(1kg/106 mg) = 1.045 kg/díaTasa de degradación = (1.045+0.196)/2.5 = 0.4964 kg HC/díaTiempo de degradación = 814.4 kg HC / (0.4964 kg HC/día) = 1641 dias aproximadamente 4.5 años Para la aplicación de peróxido, teniendo en cuenta la relación estequiométrica con el oxígeno es, dos moléculas de peróxido proporcionan una molécula de oxígeno:2 H2O2 2H2O + O2 La adición de peróxido suministraría más oxígeno que los 40 mg/l proporcionados purosH2O2 = 2 x 34 g/mol x 40 mg/l O2 = 85 mg/lO2 32 g/mol

Suministro adicional de oxígeno con peróxido = (26122 l/día)(85 mg/l)(1 kg/106 mg)= 2.22 kg O2/ día

Tasa de degradación = (2.22 + 0.196) / 2.5 = 0.97 kg HC/díaTiempo de degradación = 814.4 kg HC/0.97 kg HC/día =840 días aproximandamente 2 años 3 mesesSi se aplicara oxígeno puro al agua utilizando 4 pozos de aplicación, cada uno con un radio de 10 m para saturar el grosor de la contaminaciónCaudal bajo la influencia directa de los pozos de aplicación:= 4(18.14 cm/día)(1 mt/100cm)(20 m)(6 m)(0.4)(1000 l/1 m3) = 34828.8 l/díaEl oxígeno puro proporciona al agua una concentración de 40 mg/l O2

Suministro adicional de oxígeno = (34828.8l/día)(40 mg/l)(1kg/106 mg) = 1.3931kg/díaTasa de degradación = (1.3931+0.196)/2.5 = 0.636 kg HC/díaTiempo de degradación = 814.4 kg HC / (0.636 kg HC/día) = 1280 dias aproximadamente 3.5 años Para la aplicación de peróxido, teniendo en cuenta la relación estequiométrica con el oxígeno es, dos moléculas de peróxido proporcionan una molécula de oxígeno:2 H2O2 2H2O + O2 La adición de peróxido suministraría más oxígeno que los 40 mg/l proporcionados purosH2O2 = 2 x 34 g/mol x 40 mg/l O2 = 85 mg/lO2 32 g/mol

Suministro adicional de oxígeno con peróxido = (34828.8 l/día)(85 mg/l)(1 kg/106 mg)= 2.96 kg O2/ día

Tasa de degradación = (2.96 + 0.196) / 2.5 = 1.263 kg HC/díaTiempo de degradación = 814.4 kg HC/1.263 kg HC/día =645 díasaproximandamente 1 año 7 mesesEjemplo: bombeo, tratamiento e reinyección: Como consecuencia de una grieta en un depósito subterráneo se ha contaminado una zona de suelo y agua subterránea, saturándolo con combustible diesel (814.4 kg). El suelo posee una porosidad de 0.4; una densidad aparente de 1800 kg/m3 y una conductividad hidráulica de 0.002 m/s. El agua en el subsuelo no se está moviendo y la contaminación está esparciéndose por difusión. Las dimensiones de la sección transversal de la zona saturada corresponden a 5 m de profundidad por 50 m de radio.Determinar el caudal adecuadoDeterminar la tasa de degradación del HC kg/día, si el flujo fue bombeado desde el centro de la zona contaminada utilizando una tubería de 100 mm (0.1m) de diámetro, tratado, y que su degradación requiere 2.5 g O2/g HCDeterminar el caudal de agua en el acuífero. Asumir un flujo radial estacionario ideal a 0.1 m de diámetro del pozo de extracción:Según ecuación de (Bedient y Huber, 1988)Q = PKc(hw 2 - h 0

2 ) = P(2 x 10 -3 m/s)(86400 s/día)(hw 2 - 5 2 ) ln (rw/r0) Ln (0.05 m / 50 m)Kc = conductividad hidráulica (0.002 m/s)hw = distancia de la profundidad del pozo , mh0 = distancia de la profundidad de la contaminación, mr0 = distancia al pozo de inyección, mrw = radio del pozo Kc = conductividad hidráulica (0.02 m/s)hw = dist. de la prof. del pozo (vble a eval.), mh0 = distancia de la profundidad de la contaminación, mr0 = distancia al pozo de inyección, mrw = radio del pozo

hw,m Q,m3/día 4.5 373.5 4.0 707.73.5 10023.0 12582.5 14742.0 16511.5 17891887

Si profundizo el pozo a 4.5 m el caudal sería 373.5 m3/díaEl suministro de oxígeno con peróxido sería= (373500 l/día)(85 mg O2/l)(1 kg/106 mg) = 31.7 kg O2/díaTasa de degradación= (31.7+0.22)/2.5 = 12.7 kg HC/díaTiempo de degradación = 814.4/12.7 = 64.13 días = 2 meses 2 días Seleccionar el caudal descendiendo 0.3 m (hw = 1.7 m), lo que da un valor de 111 m3/día (20 gal/min).5. Tasa de transferencia de oxígeno =(111 m3/día)(100 g H2O2/m3)(0.47 g O2/g H2O2) = 5217 g/día6. Estimar la velocidad de biorrecuperación asumiendo que el oxígeno es el reactivo limitante.Tasa de degradación = tasa de abastecimiento de O2 = 5217 g/día

2.5 g de O2 por gr de Diesel degrad 2.5 g/g TPH= 2087 g/día = 2.1 kg diesel/día

7. Estimar el tiempo de biorrecuperación tb = 4000 kg = 1900 días = 5.2 años2.1 kg/díaEjemplo de la aplicación de la técnica:Estimación de 325 m3 de gasóleo y gasolina en fase libre sobrenadante en el nivel freáticoExtensión de 10.000 m2 y espesor máximo de 25 cm Para aumentar la eficiencia del sistema de saneamiento se combinaron varias técnicas (bombeo y tratamiento de agua, bombeo del producto libre y ventilación del suelo) de la siguiente forma:Cuatro zanjas de captación conectadas a pozos de extracción

Se bombea agua y producto por separado para añadir nutrientes y aceptor de electrones (peróxido)Se trata el agua contaminada y se almacena (tanque de 50 m3)Instalación de sistema de ventilación y extracción con tratamiento de emisiones con carbón activo. El vacío aplicado es entre 0.1 y 0.2 atm y los caudales de extracción entre 1 y 6 m3/min

Luego de 265 días de operación se ha extraído del subsuelo mas de 311 m3 del producto libre y más de 1000 kg adicionales con el sistema de ventilación de suelos Distribución inicial del penacho del producto, volumen recuperado de combustible en fase no acuosa, recuperación de hidrocarburos mediante la ventilación, distribución del producto luego de 265 días