Unidad IV Suelo
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99 UNIDAD IV PREVENCIÓN Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL SUELO. OBJETIVO. El alumno conocerá la problemática de la contaminación del suelo, sus causas y métodos de remediación.
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4.1 Introducción.
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UNIDAD IV
PREVENCIÓN Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL SUELO.
OBJETIVO.
El alumno conocerá la problemática de la contaminación del suelo, sus causas y
métodos de remediación.
El desarrollo agrícola del Neolítico y sobre todo el posterior descubrimiento de los
metales y la manera de transformarlos, debieron ser las causas fundamentales de
la contaminación de los suelos. Las labores agrícolas en climas más o menos
áridos provoca frecuentemente la salinización del suelo. El regadío intensivo con
aguas de baja calidad (a veces, además, en áreas con suelos de sustratos ricos
en sales) provoca la rápida degradación del suelo. La salinización ha originado
pérdidas muy importantes de la capacidad productiva en todas las culturas.
El descubrimiento y utilización de los metales originó la meteorización y los
elementos metálicos, que provocaron la contaminación del entorno.
El desarrollo de la cultura urbana, la concentración de población en pequeños
espacios implican residuos que se eliminan a través del suelo y el agua, así como
el incremento de actividades comerciales e industriales.
La revolución industrial ha representado una extrema abundancia de productos
residuales que han llevado en el siglo XX, y más concretamente en la segunda
mitad, los niveles de contaminación mundial a límites insostenibles.
La época actual esta muy marcada por la sociedad de consumo pero además
existe otro agravante y es la cantidad diaria que en el planeta se genera de todo
tipo de residuos que aunque puedan ser degradados de forma natural, el tiempo
que para ello se necesitará es tan elevado que son focos potenciales de
contaminación.
Las consecuencia de este aumento de residuos son por una parte la disminución
de las materias primas y por otra, que el abandono incontrolado de estos residuos
origina serios problemas ambientales. Esto nos lleva a la conclusión de que se
produce una dispersión de los contaminantes y por lo tanto la magnificación del
problema. En la evolución de la contaminación producida por diferentes
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compuestos se observa en los últimos años que los compuestos radiactivos tienen
tendencia a disminuir mientras que otros como los organoclorados, derivados del
petróleo y contaminaciones de origen biológico, no dejan de aumentar
La historia de la contaminación en los últimos milenios ha podido ser reconstruida
gracias a los análisis de los histosoles. Los histosoles son suelos turbosos y
frecuentemente presentan grandes espesores (algunos de ellos de muchas
decenas de metros), lo que representa que se ha estado acumulando materiales
orgánicos durante un dilatado margen de tiempo. Algunos autores (Martinez
Cortizas et al. 1997) han analizado los metales pesados de estos suelos para
evaluar la contaminación atmosférica existente en el momento de acumulación de
estos materiales. La turberas se han perforado mediante unos sondeos y las
muestras correspondientes se han analizado químicamente y se han datado sus
edades.
El suelo es una mezcla de materia orgánica, partículas minerales y aire en
proporciones variables. La formación del suelo, es un proceso dinámico y muy
lento, nace y evoluciona bajo acción de los factores activos del medio, el clima y la
vegetación. El factor climático tiene la propiedad de conseguir suelos análogos a
partir de rocas madres diferentes.
El suelo, se originó como consecuencia de la desintegración física en pequeños
fragmentos de la roca madre. La vegetación que se desarrolla sobre el suelo va
dejando cierta cantidad de residuos constituyéndose así el soporte orgánico.
En función de un relieve y de un clima determinado, la evolución progresiva de
este suelo puede ser erosiva o sedimentaria. La vegetación, fauna y
microorganismos que se adaptan a esta situación intervienen a su vez
poderosamente en el proceso de maduración del suelo. Un suelo es un sistema
biogeoquímico que mantiene con la biosfera, la atmósfera y la hidrosfera un
intercambio de materia y energía.
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4.2 Composición del suelo.
El suelo es concebido de diferentes maneras según el campo del conocimiento y
el uso. El ecólogo define al suelo como el hábitat que soporta a los seres vivos. El
microbiólogo considera al suelo como el medio donde existen poblaciones
microbianas útiles y dañinas para plantas y animales. El ingeniero agrónomo
define al suelo como el terreno con propiedades químicas, físicas, microbiológicas
e hidráulicas, que soporta plantas y que puede producir cosecha. El ingeniero civil,
define al suelo como un agregado natural de granos minerales, agua, aire y
materia orgánica que pueden ser separados por medios mecánicos suaves
(tamizado, dilución en agua) y que pueden alterar sus características físicas y
químicas por acción de los agentes externos que actúen sobre él. La definición del
concepto de suelo más aceptada actualmente es: “Cuerpo natural que se
encuentra sobre la superficie de la corteza terrestre, que contiene materia viva,
soportando o que es capaz de soportar plantas” (Soil Survey Staff, 1998).
Esta definición es bastante precisa ya que aporta tres elementos fundamentales:
Cuerpo natural: tiene características propias y está sujeto a procesos
químicos, físicos y microbiológicos específicos.
Materia Viva: se refiere a que es un cuerpo con enorme cantidad de
organismos vivos, tales como, hongos, actinomicetos, bacterias, lombrices,
insectos y organismos superiores, mismos que intervienen conjunta y
activamente en los procesos dinámicos y formativos del suelo.
Soporta o es capaz de soportar plantas: el estudio del suelo está
estrechamente relacionado al estudio de los requerimientos de las plantas
(Ortiz y Ortiz, 1988). Además de que incluye las necesidades nutrimentales
de las plantas es conveniente considerar la inclusión de la tolerancia de las
sustancias tóxicas, tanto para las plantas como para los componentes de la
microfauna y de la macrofauna del suelo.
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Desde el punto de vista de su naturaleza física y química, el suelo es un sistema
mecánico complejo que consta de tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La masa
de la fase sólida ocupa aproximadamente el cincuenta por ciento del volumen
total, consiste fundamentalmente de materiales minerales y cierta cantidad de
materia orgánica, el resto del volumen constituido por el espacio poroso o vacío,
está ocupado por las fases líquida y gaseosa cuyas proporciones varían
recíprocamente entre sí y fluctúan en forma considerable bajo condiciones
climáticas. Por tanto, la proporción de los componentes principales del suelo
(partículas inorgánicas, materia orgánica, agua y aire) varían de acuerdo con las
diferentes clases de suelos, con el lugar y con la profundidad, pero en forma
general existen íntimamente mezclados.
La multitud de constituyentes que lo forman se distinguen por medio de cuatro
categorías:
1ª Categoría: Aproximadamente el 45%. de materia inorgánica o mineral
(especies iónicas, carbonatos, sulfuros). Sólidos.
2ª Categoría: Aproximadamente el 5% de materia orgánica. (sustancias
húmicas, proteínas, sales). Sólidos.
3ª Categoría: El 20% o 30% lo constituye la fase liquida (agua). Poros.
4° Categoría: El 20% o 30% lo constituye la fase gaseosa (aire).
Ocupando los espacios porosos existentes entre las partículas sólidas.
Esta distribución de los materiales que constituyen el suelo, no es homogénea y
según evoluciona el suelo, pasa de ser superficial al principio hasta hacerse cada
vez más profundo destacándose así extractos sucesivos de color, textura y
estructura diferentes, denominados horizontes. El conjunto de estos horizontes
constituyen el perfil de un suelo y es el estudio de este perfil lo que refleja la
acción de procesos bioquímicos y físico-químicos que han tenido lugar en él.
En un suelo bien desarrollado se distinguen en profundidad 3 horizontes A, B, C:
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1. Horizonte A. Capa superficial (profundidad de 15 a 25 cm.). Esta formado
mayoritariamente por materia orgánica, tiene color oscuro, partículas muy
finas y es muy poroso. Principalmente es material disuelto o suspendido.
2. Horizonte B. Subsuelo (profundidad de 45 a 120 cm.) Esta formado por
productos de alteración de las rocas subyacentes y recibe material orgánico
y mineral de horizonte superior, es de color pardo-rojizo por la presencia de
oxido de hierro. Principalmente son arcillas.
3. Horizonte C. El más profundo. Esta formado por material disgregado del
fondo rocoso, tienen una matriz de arcilla y arena que cada vez son mas
numerosas y de mayor tamaño. Casi llega al nivel freático. Después de este
horizonte sigue la roca.
Roca: Agregado natural de minerales unidos por fuerzas cohesivas y
permanentes.
Material Sólido del Suelo.
El material que forma parte del suelo es muy diverso, el cual puede generalizarse
en 5 clases, que a continuación se presentan:
a. Materia orgánica.
b. Formas de vida biológica.
c. Agua y componentes de sales disueltas.
d. Aire y gases.
e. Componentes minerales no solubles en agua (Inorgánicos), como; arcillas,
limos, arena y grava
Materia Orgánica.
Consiste en una mezcla de biomasas, plantas parcialmente degradadas,
organismos vivos microscópicos y el humus, incluye materiales de origen vegetal o
animal en diferentes estados de descomposición, desechos orgánicos agrícolas,
etc.
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El humus es el residuo originado por la acción de hongos y bacterias sobre las
plantas y esta compuesto por una fracción soluble y una fracción insoluble: la
humina. Este componente desempeña un papel importante en los procesos físicos
y químicos que tienen lugar en el suelo.
Fig. No. 4.1. Material mineral no consolidado sobre la superficie de la tierra que ha estado sujedo a / e influenciado por factores genéticos y del medio ambiente como son el material madre, el clima, los macro y microorganismos y la topografía, que actúan en un período de tiempo para originarlo”
Formas de vida biológica.
1. Microorganismos; son los principales protagonistas en la degradación de la
materia orgánica y en la síntesis de los nutrientes de las plantas.
2. Plantas superiores (césped, árboles, etc.)
3. Roedores.
4. Entofauna (hormigas, escarabajos, etc.)
El suelo es el elemento del ambiente que contiene más formas de vida.
Agua y componentes de sales disueltas.
El agua forma parte del suelo en la siguiente proporción: 25% agua, 25% aire,
50% minerales. Conforme se satisface la necesidad de campo inicia la filtración.
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Aire y gases.
Estos dos elementos son muy importantes ya que proporciona el oxígeno alas
plantas y libera el CO2 (cuando se remueve la tierra). Es importante que el oxígeno
tenga acceso a la zona de raíces, pero también que el CO2 formado se libere.
Material Inorgánico.
La mayor parte de limos, arcillas están compuestos de aluminio y sílice, los
minerales diferentes se cuentan por miles, pero tan sólo unos cuantos son
importantes para las ciencias del suelo, la mayoría de los minerales que revisten
importancia son: Silicatos y aluminatos, como el cuarzo, feldespato ortoclasa,
feldespato de plagioclasa, mica , hornblenda, calcita, etc. Una propiedad
importante del suelo es que tiene carga negativa, debido al contenido de aluminio
e hidróxidos. Algunas otras son:
Partículas coloidales: Provienen de la erosión de las rocas subyacentes
y están constituidos por minerales arcillosos. Tienen gran capacidad de
adsorción convirtiéndose en almacenes de agua y nutrientes para las
plantas.
Minerales: Los principales son el cuarzo y diversos silicatos
procedentes de la disgregación de las rocas ígneas y metamórficas.
Óxidos: Principalmente los óxidos de hierro de ahí la típica coloración
ocre. Y en menor proporción los óxidos de magnesio, titanio, aluminio y
zinc.
Los carbonatos: El principal es el carbonato calcio, es una gran fuente
de carbono con abundante presencia en el suelo.
4.3 Propiedades Físicas y Químicas del Suelo.
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Cada suelo se caracteriza por sus propiedades físicas y químicas, el conocimiento
de estas característica, nos permite preveer la dinámica de las sustancias
contaminantes. Las propiedades físicas y químicas del suelo influyen en el destino
y transporte de los contaminantes. La transmisión hacia el agua subterránea (zona
saturada) o la retención en las capas superficiales del suelo (zona vadosa),
dependerá de las propiedades físicas y químicas del suelo.
Propiedades Físico-Químicas.
La textura, estructura, densidad, conductividad hidráulica, humedad, materia
orgánica y capacidad de intercambio catiónico son propiedades físicas y químicas
del suelo, que influyen en la retención y liberación de químicos orgánicos en los
sistemas subterráneos.
Textura.
Es la propiedad física que evalúa y caracteriza a los suelos desde la perspectiva
de la distribución relativa de los diferentes tamaños de partículas minerales que
los conforman. Según el tamaño las partículas del suelo, se agrupan en las clases
denominadas: gravas, arenas, limos y arcillas. La cantidad relativa de estas
clases definen si el suelo es grueso o fino, lo que es conocido como textura.
La arena está compuesta de partículas que poseen diámetros en el rango de 2.0 a
0.05 mm. De acuerdo con el sistema del Departamento de Agricultura de los
Estados Unidos (USDA), la arena es dividida en muy fina, fina, media, gruesa y
muy gruesa.
El limo está compuesto de partículas que poseen diámetros en el rango de 0.05 a
0.002 mm (2 micrones). En el tamaño de partícula de 0.05 mm, no es fácil
distinguir muy bien las partículas de arena muy fina y las de limo. En general si al
colocar las partículas entre los dedos éstas se sienten gruesas o abrasivas,
probablemente se trate de una arena y no de un limo. Las partículas de limo al
colocarlas sobre los dedos dan la sanción similar a la de un talco.
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La arcilla está compuesta de partículas de diámetro menor que 0.002 mm (menos
de 2 micrones). Las partículas de arcillas tienden a ser de forma plana mas que de
forma esférica y poseen un área superficial grande en un gramo. Porque la
superficie específica de la arcilla es muchas veces más grande que la de la arena
o limo, un gramo de arcilla adsorbe mucha más agua que un gramo de arena o
limo porque la adsorción de agua es una función del área superficial.
El porcentaje de arena, limos y arcillas de un suelo permite categorizarlo dentro de
alguna de las doce principales clases texturales, enumeradas en orden de finura
creciente, según se indica en la tabla No.4.1
1. Arena 7. Migajón arcillo arenosa
2. Arena migajosa 8. Migajón arcillosa
3. Migajón arenosa 9. Migajón arcillo limosa
4. Migajosa 10. Arcilla arenosa
5. Migajón limosa 11. Arcilla limosa
6. Limosa 12. Arcillosa
Tabla No. 4.1 Diferentes clases texturales del suelo.
La textura define el área total de la superficie expuesta de las partículas de suelo.
El área superficial es inversamente proporcional al tamaño de partícula, los suelos
arcillosos tienen mayor área superficial que los suelos arenosos.
La retención de fluidos líquidos y la capacidad de intercambio catiónico están
altamente correlacionadas con el área superficial de los agregados del suelo. Las
arcillas son partículas muy pequeñas con diámetros menores a los 0.002
milímetros (tabla No.4.2), lo que les confiere una capacidad adsorbente mayor en
comparación a las gravas, arenas y limos.
Cuando en un suelo se presentan aproximadamente proporciones iguales en peso
de arena, limos y arcillas se habla de un suelo “franco” o migajón, en estas
condiciones predominan las propiedades de la arcilla, limos y arena (en ese
orden).
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Las partículas del suelo se presentan por lo general en forma de agregados
(peds), la disposición de estos agregados en patrones determinados se denomina
“estructura”.
Fracción USA ( mm) Internacional
Grava > 2.0
Arena muy gruesa 2.0 - 1.0 2.0 - 0.2
Arena gruesa 1.0 - 0.5
Arena media 0.5 - 0.25
Arena fina 0.25 - 0.10 0.2 - 0.02
Arena muy fina 0.10 - 0.05
Limos 0.05 - 0.002 0.02 - 0.002
Arcillas < 0.002 < 0.002
Tabla No. 4.2 Tamaño de partículas para diferentes texturas.
Densidad.
La densidad del suelo se expresa por dos conceptos muy aceptados:
1. Densidad de la partícula y,
2. Densidad de la masa.
Densidad de la partícula. El peso por volumen unitario de la parte sólida del
suelo se llama densidad de la partícula. Expresa la densidad de las partículas del
suelo, como si no existieran espacios vacíos en éste, también referida como
densidad real, depende de las densidades acumulativas de los constituyentes
individuales inorgánicos y orgánicos del suelo. La densidad de la partícula de
suelos predominantemente mineral varía de 2.6 a 2.75 g/cm3, mientras que la
materia orgánica oscila entre 1.2 y 1.7 una cifra generalmente aceptada de
densidad de la partícula en suelos normales es de 2.65 g/cm3. La densidad de la
partícula es mas elevada si en el suelo se hallan presentes cantidades grandes de
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minerales pesados como magnetita, limonita, hematites y circón. Con el aumento
de la materia orgánica en el suelo, disminuye la densidad de la partícula.
Densidad de la masa. El peso que se seca al horno de un volumen unitario de
suelo incluyendo los espacios porosos y expresado en gramos por centímetro
cúbico, se llama densidad de la masa, también conocida como densidad aparente.
La densidad de la masa del suelo dividida entre la densidad del agua, se conoce
como peso por volumen o peso específico aparente. La densidad de la masa de
un suelo es siempre más pequeña que la densidad de la partícula. Normalmente la
densidad de la masa disminuye a medida que los suelos minerales son más finos
en textura.
La densidad de la masa varía indirectamente con el espacio poroso total presente
en el suelo y proporciona un cálculo aproximado de la porosidad del suelo. La
densidad de la masa es más importante que la densidad de la partícula para
comprender el comportamiento físico de los suelos. En general los suelos con
bajas densidades de masa tienen condiciones físicas favorables, mientras que
aquellos con densidades elevadas de masa poseen malas condiciones físicas. La
densidad de la masa ayuda a determinar el peso de los suelos.
Porosidad.
La porosidad se refiere al porcentaje del volumen del suelo que está ocupado por
los espacios intersticiales o espacios porosos. Se puede calcular con la siguiente
ecuación:
n = 100 - (Dm/Dp)100
donde:
n = Porcentaje de espacios vacíos
Dm = Densidad de la masa (g/cm3)
Dp = Densidad de la partícula (g/cm3)
La porosidad varía con la textura del suelo, la forma de las partículas individuales,
la estructura del suelo y la cantidad de materia orgánica. En los suelos arenosos,
aunque los poros son muy grandes el espacio poroso total es pequeño. En los
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suelos de textura fina, existe la posibilidad de más granulación y el espacio poroso
total es elevado debido a los espacios entre las partículas individuales y en los
gránulos.
De los suelos arenosos a los suelos arcillosos, el espacio poroso varía de 32 al
50%. En presencia de materia orgánica, ese espacio aumenta más y puede
elevarse hasta el 60% en suelos de tierra de pastoreo. Los suelos arcillosos
muestran variaciones más grandes de espacio poroso que los suelos arenosos.
La porosidad indica el espacio poroso total y no el tamaño y la forma de los poros
individuales. El tamaño de los poros permite reconocer macro y microporos, pero
la determinación de sus cantidades individuales o proporción es muy difícil. Si se
pudiera calcular, se podría determinar fácilmente el movimiento de la humedad en
el interior del suelo.
El movimiento de fluidos en el suelo (aire, agua, diesel) está íntimamente ligado al
tamaño de los poros. Los macroporos (no capilares) permiten el movimiento libre
de los fluidos y no tienden a retenerlos de forma significativa, mientras que en los
microporos (capilares) se presentan fuerzas de retención, el movimiento es
restringido y existe mayor probabilidad de retención de los fluidos.
Conductividad hidrúlica.
Esta se refiere a la facilidad con la que un suelo conduce o transmite fluidos, esta
propiedad es comúnmente conocida como permeabilidad. La conductividad
hidráulica depende básicamente de la distribución y tamaño de los poros en el
suelo. El grado de agregación del suelo determina en gran parte la distribución y
tamaño de poros. Las partículas o agregados de mayor tamaño, como gravas y
arenas gruesas, producen mayor cantidad de macroporos y por lo tanto
conductividades altas.
Normalmente el comportamiento de la conductividad es:
Aumenta con el grueso de la textura del suelo y disminuye a mayor finura.
Varía directamente proporcional con el contenido de humedad.
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Los suelos con conductividades altas presentan potenciales altos de
contaminación de las aguas freáticas.
Una conductividad baja es indicativa de clases texturales finas, presenta
menor facilidad a que el fluido migre, presencia abundante de microporos y
fenómeno de retención debido a fuerzas capilares.
El concepto de permeabilidad relativa es fácilmente descrito a través de un modelo
conceptual que involucra dos fluidos inmiscibles. Dos fluidos inmiscibles pueden
ocupar el espacio poroso del suelo, pero solo una porción de los espacios porosos
está disponible para que fluya cada uno de los fluidos.
En efecto, la permeabilidad del suelo a uno de estos fluidos es dependiente de
hasta que medida el suelo está saturada por otro fluido.
La permeabilidad relativa es definida como la relación de permeabilidad de un
fluido a una saturación dada con base a su permeabilidad observada al 100% de
saturación. El suelo es más permeable a un líquido cuando está saturado al 100%
por ese líquido. La permeabilidad relativa es típicamente reportada como una
fracción de la unidad. La permeabilidad relativa depende de los porcentajes de
saturación de aceite y agua presentes. También depende de factores tales como
tensión interfacial, distribución del tamaño de poro y viscosidad del fluido.
La siguiente figura presenta una gráfica de permeabilidad relativa para un sistema
de dos fases agua-aceite, en esta figura se aprecia la relación entre la
permeabilidad para cada uno de los fluidos correspondiente a diferente saturación
hasta la observada al 100%. A medida que la saturación de cualquiera de las
fases se incrementa, la permeabilidad relativa de la otra fase decrece, en la región
1 y 2 el agua y el aceite deben alcanzar una saturación mínima antes que el
líquido pueda llegar a ser inmovilizado, esta saturación mínima es conocida como
saturación residual e irreducible. (Dragun, 1998).
112
F
ig .
No.4.2 Permeabilidad para un sistema de dos fases.
Humedad.
La humedad del suelo es el contenido de agua del suelo. Se expresa en % y es
obtenida de la relación entre el peso del agua contenida en el mismo y el peso de
su fase sólida.
pH.
La adecuación del suelo como un medio para el desarrollo de las plantas y de los
microorganismos deseables depende de que el suelo sea ácido, neutro o alcalino.
Esto es debido a que muchas de las reacciones químicas y biológicas que se
llevan a cabo en el sistema suelo son dependientes de los niveles de iones
hidrógeno (H+) y iones de oxidrilo (OH-) presentes en dicho sistema. El pH es el
método común para expresar la relación entre H+ y OH-. Con pH se quiere decir el
logaritmo de la recíproca de la concentración de iones de hidrógeno en gramos
por litro, que habitualmente se escribe:
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PH= Log 1 H+
El pH del suelo es comúnmente la propiedad más medida, usualmente el
procedimiento utilizado para su medición en el laboratorio es mezclando una parte
de suelo con una o dos partes de agua, y el electrodo de referencia de pH es
inmerso en la suspensión de lodo formado. La descripción del grado de acidez o
alcalinidad del suelo sobre la base de pH se establece en la tabla No. 4.3.
pH
Extremadamente ácido < 4.5
Muy fuertemente ácido 4.5 – 5.0
Fuertemente ácido 5.1 – 5.5
Medio ácido 5.6 – 6.0
Ligeramente ácido 6.1 – 6.5
Neutro 6.6 – 7.5
Ligeramente alcalino 7.6 – 7.8
Moderadamente alcalino 7.9 – 8.4
Fuertemente alcalino 8.5 – 9.0
Muy fuertemente alcalino > 9.1
Tabla No.4.3 Escala de pH para el suelo.
Las concentraciones de los iones (H+) y (OH-) en el sistema suelo, influencian:
a. Las reacciones y movilidad de los metales.
b. La solubilidad de químicos inorgánicos.
c. La disponibilidad de algunos elementos esenciales (macro y
micronutrientes) hacia las plantas y microorganismos.
Materia orgánica.
La materia orgánica del suelo (MOS) es una acumulación de materia de plantas
muertas, parcialmente descompuestas y residuos de animales y plantas
resintetizados (Bohn, 1993).
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Las clases generales de químicos orgánicos que pueden encontrarse de forma
natural en la materia orgánica son:
1. Productos y subproductos metabólicos.
2. Polímeros orgánicos.
3. Sustancias húmicas.
4. Sustancias químicas orgánicas misceláneos (Dragun, 1998).
El contenido de materia orgánica varia de un suelo a otro, un suelo típico de la
pradera puede contener del 5 al 6% de materia orgánica por unidad de masa en
su superficie, considerando los primeros 15 cm de profundidad, en tanto que el
suelo desértico arenoso puede contener menos del 1%. Los suelos con drenaje
insuficiente tienen contenidos mayores de 10%; A pesar del contenido bajo en
materia orgánica de la mayoría de los suelos minerales de la superficie terrestre
(0.5 al 5%) el comportamiento coloidal activo de la fracción orgánica ejerce una
enorme influencia en las propiedades físicas y químicas del suelo.
La materia orgánica juega un papel sumamente importante en el sistema suelo
interviniendo como se indica a continuación:
Adsorbe cationes, aniones y otros químicos orgánicos.
Es alimento para los microorganismos del suelo.
Funciona como un buffer (sustancia amortiguadora) proporcionando
habilidad al suelo para resistir cambios en pH.
Es adhesivo junto con las partículas de arcillas y limos, como resultado,
mejora la estructura de agregado del suelo y su estabilidad contra la
erosión y lluvias.
Es un liberador lento de fertilizantes que proporcionan Nitrógeno (N),
Fósforo (P) y Azufre (S), para nutrición de microorganismos y plantas.
Contiene muchos químicos orgánicos que actúa como un estimulante del
crecimiento de plantas.
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Retiene agua y como resultado incrementa la capacidad del suelo para
retener o sostener agua.
Contribuye a la habilidad del suelo para absorber calor, debido a su color
oscuro.
La principal fuente de químicos orgánica en el suelo es la biota, la biota del suelo
puede ser considerada en dos categorías:
a. La vegetación y
b. Los macroorganismos y microorganismos del suelo.
Éstos producen varios químicos orgánicos como parte de sus funciones
metabólicas, cuando estos organismos del suelo mueren ocurre la separación
celular y miles de sustancias químicas orgánicas identificados en muchas rutas
metabólicas son liberados hacia el suelo después de la separación de células.
Dichas sustancias químicas liberadas a su vez son resintetizados por otros
organismos del suelo dando lugar a las diferentes clases de sustancias químicas
orgánicas que constituyen a la materia orgánica natural del suelo.
El contenido de materia orgánica es la propiedad del suelo directamente
correlacionada con la sorción de los herbicidas y muchos compuestos orgánicos
no iónicos. Los productos químicos orgánicos se asocian con la fracción orgánica
de los suelos, de esta forma el contenido de MOS determina el comportamiento de
las sustancias químicas orgánicas en el sistema suelo, incluyendo la fitotoxicidad a
los cultivos, la capacidad de lixiviación, la volatilidad y la biodegradabilidad. El
comportamiento de los productos químicos orgánicos en el suelo, y en particular,
su interacción con la MOS es un campo activo de la investigación actual de la
química de suelos. En la tabla No. 4.4 Se aprecia los porcentajes.
% Significado
1 – 2 Pobre
2 –3 Medio
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3 – 5 Rico
> 5 Muy rico.
Tabla No.4.4 Interpretación del contenido de MOS
Capacidad de intercambio catiónico (CIC).
Es el intercambio de cationes, el cual domina los aspectos inorgánicos de la
química del suelo. La capacidad de intercambio de cationes se halla asociada con
los coloides del suelo, incluidos la arcilla y la materia orgánica. Estas pequeñas
partículas tienen áreas superficiales muy extensas por unidad de volumen o peso
(de 40 a 800 metros cuadrados por gramo). Las partículas contienen una carga
negativa neta. Esto causa que los iones cargados positivamente, como Ca++, Mg++,
K+, Na+ y H+, sean atraídos hacia la superficie de las partículas. La capacidad de
intercambio de cationes es igual a la carga negativa total neta de las partículas del
suelo.
La capacidad de intercambio de cationes es la cantidad total de cationes
adsorbidos por las cargas negativas del suelo sobre una unidad de masa de suelo.
La CIC del suelo es expresada como miliequivalentes de cationes adsorbidos por
100 g de suelo secado en horno (meq 100g-1). Un miliequivalente es un miligramo
de iones hidrógeno (H+) o la cantidad de algún otro ión que lo desplazará (Dragun,
1998).
El intercambio de cationes tiene lugar casi por completo en las superficies de los
cristales de arcilla y de las partículas de las sustancias húmicas. Lo anterior
debido a que estas superficies poseen carga negativa, por consiguiente, atraen
cationes (Tamhane, 1979).
Los coloides de la fracción orgánica del suelo, sobre una base de peso, poseen
propiedades de adsorción de cationes de 5 a 7 veces mas elevadas que los
coloides inorgánicos (arcillas) (Tamhane, 1979).
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La capacidad de Intercambio Iónico. Corresponde a la cantidad de iones metálicos
que una determinada cantidad de suelo es capaz de intercambiar. Estos
intercambios son vitales para que los iones metálicos pueden acceder a la planta.
Estructura.
Esta se divide en:
Tipo. Se refiere a la forma geométrica de los agregados.
Placa. Las dimensiones horizontales están más desarrolladas que las
verticales.
Columna. Las dimensiones verticales están más desarrolladas que las
horizontales.
Blocosa. Aproximadamente tiene sus tres dimensiones iguales.
Esferoidal. Sus ejes son aproximadamente iguales en todas dimensiones.
Suelo masivo. Es cuando el suelo no tiene estructura definida.
Clase. Se define al tamaño de los agregados
Fino.
Mediano.
Grueso.
Categoría. Refleja la estabilidad del agregado.
Carente de estructura.
Débil.
Moderado.
Fuerte (difícil de desgregar)
Ejemplo: Suelo Tipo: blocoso, Clase: mediana y Categoría: fuerte.
4.4 Fuentes de generación de contaminantes.
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El abandono o depósito de todo tipo de contaminantes en el suelo ha sido durante
décadas una solución efectiva y barata para deshacerse de estos residuos. En los
años 60 y 70 se evidencia el error de estas practicas al producirse en diversos
países notables casos de intoxicación en la población por los residuos enterrados
durante años.
Las formas de contaminación de un suelo con origen antropogénico común, se
pueden clasificar de diferentes formas (no excluyentes entre sí):
Superficial: Es el derivado de una acumulación de residuos vertidos
accidental o voluntariamente en el terreno.
Subterránea: Corresponde en el caso de enterramiento de residuos. Su
localización es realmente compleja, teniendo como único indicio aparente el
cambio en la textura superficial del terreno.
Vertido alevoso: Coincide generalmente con los subterráneos, derivados de
la ilegalidad de dicho vertido. Es una de las formas de contaminación más
peligrosas dada la presencia de sustancias tóxicas y peligrosas y del
desconocimiento del foco contaminante.
Vertido no alevoso. Son aquellos en los que el origen de la contaminación
es fortuita o por negligencias en la gestión de los contaminantes. Son los
casos de fugas de depósitos, accidentes en los que se produce la liberación
al medio de sustancias tóxicas.
Contaminación difusa.
Es en la que no existe un foco concreto de contaminación del suelo sino que se
manifiesta de forma extensiva. Normalmente son contaminaciones de escasa
concentración pero de grandes volúmenes absolutos.
Contaminación puntual.
119
Es una contaminación localizada con un centro emisor desde el que pueden
movilizarse los contaminantes a otros elementos del medio ( atmósfera, aguas
superficiales y subterráneas)
A partir de un contaminante en el suelo se pueden desencadenar una serie de
procesos de movilización del mismo, cuya acción efectiva dependerá de una parte
de la composición y características fisicoquímicas de la sustancia y por otra de las
características geoquímicas de ese suelo. De forma general, el suelo por sí mismo
no es un vector importante de dispersión de contaminantes, pero en combinación
con otros factores ambientales se revela como un foco emisor de contaminación
de gran importancia en el medio. El agua, y en menor medida el aire, son los
agentes dispersantes de la contaminación presente en un suelo.
También, hay que tener en cuenta el papel depurador de ciertos componentes del
suelo, como son los coloidales, dentro del material sólido inorgánico los materiales
húmicos y los microorganismos (bacterias). La retención de los contaminantes se
lleva a cabo por medio de fenómenos de absorción física, interacción química o
bien los transforman por medio de reacciones químicas.
Dada la facilidad de transmisión de contaminantes del suelo a otros medios como
el agua o la atmósfera, serán estos factores los que generan efectos nocivos, aun
siendo el suelo el responsable indirecto del daño.
La presencia de contaminantes en un suelo supone la existencia de potenciales
efectos nocivos para el hombre, la fauna en general y la vegetación. Estos efectos
tóxicos dependerán de las características toxicológicas de cada contaminante y de
la concentración del mismo. La enorme variedad de sustancias contaminantes
existentes implica un amplio espectro de afecciones toxicológicas cuya descripción
no es objeto del presente trabajo.
120
De forma general, la presencia de contaminantes en el suelo se refleja de forma
directa sobre la vegetación induciendo su degradación, la reducción del numero
de especies presentes en ese suelo, y más frecuentemente la acumulación de
contaminantes en las plantas, sin generar daños notables en estas.
En el hombre, los efectos se restringen a la ingestión y contacto dérmico, que en
algunos casos ha desembocado en intoxicaciones por metales pesados y más
fácilmente por compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles. Indirectamente, a
través de la cadena trófica, la incidencia de un suelo contaminado puede ser más
relevante.
Absorbidos y acumulados por la vegetación, los contaminantes del suelo pasan a
la fauna en dosis muy superiores a las que podrían hacerlo por ingestión de tierra.
Cuando estas sustancias son bioacumulables el riesgo se amplifica al
incrementarse las concentraciones de contaminantes a medida que ascendemos
en la cadena trófica, en cuya cima se encuentra el hombre.
Las precipitaciones ácidas sobre determinados suelos originan, gracias a la
capacidad intercambiadora del medio edáfico, la liberación del ión aluminio,
desplazándose hasta ser absorbido en exceso por las raíces de las plantas,
afectando a su normal desarrollo.
En otros casos, se produce una disminución de la presencia de las sustancias
químicas, lo cual favorece que sean asimilables por las plantas. Así pues, al
modificarse el pH del suelo, pasando de básico a ácido, el ión manganeso que
está disuelto en el medio acuoso del suelo se oxida, volviéndose insoluble e
inmovilizándose. A este hecho hay que añadir que cuando el pH es bajo las
partículas coloidales como los óxidos de hierro, titanio, zinc, etc. que pueden estar
presentes en el medio hídrico, favoreciendo la oxidación del ión manganeso.
Esta oxidación se favorece aun más en suelos acidificados bajo la incidencias de
la luz solar en las capas superficiales de los mismos, produciéndose una actividad
121
fotoquímica de las partículas coloidales anteriormente citadas, ya que tienen
propiedades semiconductoras.
Otro proceso es el de la biometilización, que es un proceso por el cual
reaccionan los iones metálicos y determinadas sustancias orgánicas naturales,
cambiando radicalmente las propiedades fisicoquímicas del metal. Es el principal
mecanismo de movilización natural de los cationes de metales pesados.
Los metales que ofrecen más afinidad para este proceso son: mercurio, plomo,
arsénico y cromo.
Los compuestos argometálicos así formados suelen ser muy liposolubles y salvo
casos muy puntuales, las consecuencias de la biometilización natural son
irrelevantes, cuando los metales son añadidos externamente en forma de vertidos
incontrolados, se convierten realmente en un problema. Aparte de los anteriores
efectos comentados de forma general, hay otros efectos inducidos por un suelo
contaminado:
Degradación paisajística: la presencia de vertidos y acumulación de
residuos en lugares no acondicionados, generan una perdida de calidad del
paisaje, a la que se añadiría en los casos más graves el deterioro de la
vegetación, el abandono de la actividad agropecuaria y la desaparición de
la fauna.
Perdida de valor del suelo: económicamente, y sin considerar los costos de
la recuperación de un suelo, la presencia de contaminantes en un área
supone la desvalorización de la misma, derivada de las restricciones de
usos que se impongan a este suelo, y por tanto, una perdida económica
para sus propietarios.
122
4.5 Tipos de Contaminantes.
La modificación o transformación por contaminación, deforestación, de alguno de
los factores que conforman un suelo implica un desequilibrio que afecta al resto de
los factores y activa normalmente, procesos de regresión en ese suelo.
Son muy diversos los contaminantes que pueden estar presentes en el suelo.
Dentro de ellos tenemos los metales pesados, las emisiones ácidas atmosféricas,
la utilización de agua de riego salina y los fitosanitarios.
Estos agentes contaminantes proceden generalmente de la actuación
antropogénica del hombre, así los metales pesados proceden directamente de las
minas, fundición y refino; residuos domésticos; productos agrícolas como
fitosanitarios; emisiones atmosféricas mediante actividades de minería y refinería
de metales, quema de combustibles fósiles, etc.
Entre los múltiples elementos y compuestos que conforman un suelo natural, se
encuentran sustancias que por sus características pudieran considerarse
contaminantes pero que salvo excepciones se encuentran en el suelo, en niveles
traza.
Se entiende por suelo contaminado una porción delimitada de terreno (superficial
o subterráneo) cuyas cualidades originales han sido modificadas por la acción
humana al incorporarse algún factor que según la clasificación de agentes
contaminantes podría ser:
Contaminación Física: Con variaciones en parámetros como
temperatura y radiactividad.
Contaminación Biológica: Al incluir putrefacción de especies o cepas
patógenas.
Contaminación Química: Por la adición de elementos o compuestos en
concentraciones que alteran la composición originaria del suelo.
123
La variedad y cantidad de productos contaminantes de un suelo es prácticamente
inabarcable por lo que solo recogemos aquí los grupos más característicos y
peligrosos de contaminantes químicos:
Metales pesados.
La presencia natural de metales en el suelo es en cantidad de traza. El riesgo se
produce cuando se acumulan en grandes cantidades en el suelo.
1. Contaminantes Orgánicos.
2. Contaminantes Inorgánicos.
Los contaminantes orgánicos constituyen un grupo formado por un elevadísimo
número de sustancias que en su gran mayoría están producidas por el hombre.
Estas sustancias tienen diferentes efectos en el medio siendo muchas de ellas
altamente tóxicas.
Los contaminantes inorgánicos están presentes en el suelo de forma natural pero
en concentraciones reguladas por los ciclos biológicos asociadas a cada suelo. La
sobresaturación de alguno de ellos hace que se alcancen concentraciones
considerables como contaminantes alterando así los ciclos de regulación.
Los metales pesados en pequeñas dosis pueden ser beneficiosos para los
organismos vivos y de hecho son utilizados como micronutrientes, pero pasado un
umbral se convierten en elementos nocivos para la salud.
Emisiones ácidas atmosféricas
Proceden generalmente de la industria, del trasporte, abonos nitrogenados que
sufren el proceso de desnitrificación. Como consecuencia de esta contaminación
se disminuye el pH del suelo con lo que se puede superar la capacidad tampón y
liberar elementos de las estructuras cristalinas que a esos pH pueden solubilizarse
y son altamente tóxicos para animales y plantas.
124
Agua de riego salina.
El mal uso del agua de riego provoca la salinización y la solidificación del suelo,
en el primer caso se produce una acumulación de sales más solubles que el yeso
que interfieren en el crecimiento de la mayoría de los cultivos y plantas no
especializadas (se evalúa por la elevación de la conductividad eléctrica del
extracto de saturación). En el segundo caso se produce una acumulación de sodio
intercambiable que tiene una acción dispersante sobre las arcillas y de
solubilización de la materia orgánica, que afecta muy negativamente a las
propiedades físicas del suelo (agregados menos estables, sellado del suelo,
encostramiento y disminución de la conductividad hidráulica), por lo que el medio
será menos apto para el crecimiento de los cultivos.
Fitosanitarios.
Dentro de ellos agrupamos los plaguicidas y los fertilizantes, son generalmente,
productos químicos de síntesis y sus efectos dependen tanto de las características
de las moléculas orgánicas (mayoría de los plaguicidas) como de las
características del suelo.
Fertilizantes.
Además de contener metales pesados, producen contaminación por fosfatos
(eutrofización en lagos) y nitratos.
Residuos.
La proximidad física del suelo hace que este sea el lugar al que con más
probabilidad vayan a parar residuos originados por la actividad del hombre. Estos
son rápidamente incorporados al suelo a través de procesos degradadores. En un
principio eran fácilmente metabolizados y asimilados por la naturaleza pero a
medida que la sociedad fue creciendo industrialmente y demográficamente, los
residuos generados son cada vez más y más peligrosos.
En este momento se entiende por residuos aquellos productos generados en las
actividades de producción y consumo que no alcanzan en el contexto en el que
125
son producidas, ningún valor económico pudiendo ser debido tanto a la falta de
tecnología adecuada para su aprovechamiento como a la inexistencia de un
mercado para los posibles productos a recuperar.
La variedad y cantidad de productos contaminantes de un suelo es prácticamente
inabarcable por lo que solo se citaran aquí los grupos más característicos y
peligrosos de contaminantes químicos:
Clasificación de los residuos.
Los residuos industriales son los contaminantes principales de los suelos y se
pueden clasificar del siguiente forma:
Residuos inertes.
No representan riesgo alguno para el medio ambiente. Son desechos de
características abrasivas que no necesitan tratamiento alguno para su disposición
en el medio ambiente.
Residuos urbanos o asimilables urbanos.
Son los residuos fermentables y combustibles obtenidos en las distintas
actividades de los centros de población. La solución mas adecuada es su
recolección y tratamiento como basuras domiciliarias.
Residuos especiales.
Estos suponen un grave riesgo para la salud humana y el medio ambiente,
requieren por lo tanto un tratamiento especial. Entre estos residuos especiales, se
distinguen los residuos tóxicos y peligrosos de los residuos radiactivos.
1. Residuos tóxicos peligrosos. Son aquellos materiales que siendo el
resultado de un proceso de producción o transformación, su productor le da
un destino al desecho. En su composición contienen sustancias o
materiales constituyentes en una concentración que da un carácter de
peligrosidad.
126
2. Residuos radioactivos. Son materiales de desecho que contienen o están
contaminados con nucleoides inestables. Esta propiedad que presentan los
núcleos de algunas especies atómicas consiste en una desintegración
espontánea de los mismos, con emisión de partículas y radiaciones
electromagnéticas.
Hidrocarburos.
Son derivados del petróleo crudo el cual se refina en varios productos. Estos son
uno de los contaminantes principales del suelo, debido a los derrames que existe
o bien a las volcaduras del transporte, los forman varios cientos de compuestos,
los cuales se pueden dividir en tres grandes grupos, estos son:
Gasolinas (4 a 10 átomos de carbono/ molécula).
Destilados intermedios.
Combustibles pesados.
Gasolinas.
Son mezclas de hidrocarburos y otros aditivos, tales como alcoholes (por ej.,
etanol) y otros (por ej., metil ter-butil eter, MTBE). Su bajo peso molecular (entre 4
y 10 átomos por molécula) dan a las gasolinas una mayor movilidad que los
combustibles intermedios y pesados. Su bajo peso molecular determina una
menor viscosidad, mayor volatilidad y moderada solubilidad en el agua.
Las gasolinas contienen altos porcentajes de hidrocarburos aromáticos (por ej.,
anillos bencénicos de 6 carbonos), los cuales se encuentran entre los compuestos
hidrocarbonados más solubles y más tóxicos. Los compuestos aromáticos más
frecuentes son el Benceno, el Tolueno, el Etilbenceno y el Xileno (BTEX).
Debido a su mayor volatilidad, solubilidad y biodegradabilidad relativa, los BTEX
usualmente son los primeros en ser agotados en las plumas de producto libre.
Debido a estas características, los BTEX y aditivos tales como el MTBE son muy
móviles, siendo el MTBE por su no biodegradabilidad relativa es difícil su
eliminación en las áreas contaminadas. Las características de toxicidad de los
127
BTEX y el MTBE determinan el nivel de riesgo en los derrames de hidrocarburos
dada su gran capacidad para disolverse en el agua.
Destilados intermedios.
Los destilados intermedios (por ej., diesel, queroseno, gas avión, aceites
combustibles ligeros) pueden contener hasta 500 compuestos individuales, pero
son menos densos, mucho menos volátiles, menos solubles en el agua y menos
móviles que los compuestos de la gasolina. La mayoría de los componentes
individuales en esta categoría incluyen compuestos con moléculas de 9 a 20
átomos de carbono. Algunos aromáticos más ligeros, tal como el BTEX pueden
encontrarse solo en trazas como impurezas. La gran movilidad de estos
compuestos generalmente no se encuentran en derrames viejos dada su
capacidad de biodegradación, evaporación y disolución en el agua subterránea.
Combustibles pesados.
Los combustibles y lubricantes pesados son similares tanto en composición como
en características a los destilados intermedios. Estos combustibles son
relativamente viscosos e insolubles en las aguas subterráneas, siendo por tanto
claramente inmóviles en el subsuelo. La mayoría de estos compuestos tienen más
de 14 átomos de carbono, algunos tienen hasta 30.
128
4.6 Remediación de suelos.
La restauración de suelos para el abatimiento de riesgos es ahora como nunca
una necesidad imperiosa que surge de la recuperación de la conciencia social
sobre la importancia que la salud del ambiente representa para la salud y
bienestar del hombre.
La ancestral visión sobre la relación de gratuidad con la que el hombre
interactuaba con la naturaleza se transforma cada vez más, cuando nos
percatamos que el mantenimiento de la calidad del aire, el aprovechamiento del
agua, el suelo y los recursos naturales de flora y fauna, nos imponen un costo que
se debe pagar para vincular nuestra acción con la naturaleza, bajo la condición de
gestores de recursos y no únicamente en la de expoliadores del medio, ya que
quizás, ahora más que nunca, se tiene una mayor claridad sobre la existencia de
límites físicos y biológicos que no se pueden rebasar, porque en ello apostamos la
perpetuidad de la especie y la conservación y mejoramiento de nuestra calidad de
vida.
La constante presión que las actividades humanas ejercen sobre el medio natural
se expresan en la continua introducción de químicos peligrosos al suelo, al agua y
al aire, mismos que retornan al hombre a través del aire que respira, el agua que
consume y los alimentos que necesita para su dieta.
En la década de los 80 y de los 90 se trabajó intensamente en el desarrollo de
tecnologías para eliminar los tóxicos ambientales. Inicialmente, la limpieza de un
sitio consistía en el traslado del material contaminado a otro lugar donde era
confinado o se incineraba. Estas alternativas normalmente encontraron gran
oposición en las comunidades cercanas a las instalaciones de recepción y
cremación.
129
El desarrollo tecnológico en remediación de suelos se ha orientado hacia el diseño
de procesos físicos, químicos, biológicos o combinaciones de ellos que tengan las
siguientes características:
a. Que transformen los tóxicos ambientales en substancias menos peligrosas
para el hombre ya sea porqué :
Los destruya completamente.
Disminuya su toxicidad.
Disminuya su concentración en los medios que entran en contacto
con las poblaciones humanas.
Los modifique químicamente y el cambio introducido disminuya la
probabilidad de que se produzcan exposiciones efectivas
b. Los riesgos para la salud durante el proceso de limpieza deben de ser
tolerables .
c. Los riesgos remanentes, después de terminada la restauración, deben ser
iguales o menores que los establecidos en las metas de restauración.
d. Que la transformación se lleve a cabo en el sitio mismo donde se
encuentran los tóxicos, de ser posible sin tener que desplazar, dentro del
sitio, el medio contaminado (técnicas in situ).
e. Que logren la disminución o eliminación del peligro para la salud en tiempos
y costos razonables.
Se recomienda que se debe de utilizar en la limpieza del sitio, si es posible, el uso
de tecnología de desarrollo reciente, política que tiene el propósito de que al
mismo tiempo que se trabaja en la eliminación de riesgos para la salud y en la
conservación de la calidad del medio ambiente, se impulse el desarrollo científico
y la innovación tecnológica en el área de remediación ambiental.
Las tecnologías de restauración se clasifican en dos grandes grupos:
1. Técnicas tradicionales o establecidas y
2. Técnicas innovadoras.
130
Las primeras son técnicas desarrolladas antes de 1980 y que se han probado que
son efectivas y de uso común a escala de campo. Como ejemplo de estas
técnicas están;
La inmovilización por vitrificación y cementación en instalaciones de
confinamiento y l
La incineración de medios contaminados en hornos de cremación de
residuos tóxicos.
Las segundas son técnicas propuestas más recientemente y que se pueden
encontrar en diferentes etapas de desarrollo:
Etapa de concepto (idea, investigación, pruebas de laboratorio).
Tecnología incipiente (prueba a escala reducida)
Tecnología utilizable (estudio piloto, estudio de demostración, uso limitado a
gran escala).
En lo referente a las tecnologías de restauración, se debe señalar que, como
generalidad, no son sujetas a derechos de exclusividad, aunque las máquinas,
métodos o sustancias específicas que se utilicen pudieran ser susceptibles de
registrarse como patentes o ser objeto de secreto tecnológico.
En la actualidad se cuenta con información de más de 100 tecnologías diferentes,
aunque se puede establecer que a escala mundial, se cuenta con alrededor de 12
tecnologías genéricas de restauración de suelos, las cuales se pueden considerar
en tres grandes rubros: físicas, químicas y biológicas, algunas de estas serían:
Físicas:
Excavación, transporte y disposición final.
Contención (confinamiento in situ).
Encapsulamiento.
Aireación.
131
Lavado de suelos
Extracción de vapores.
Tratamiento térmico (incineración, deserción, pirolisis, etc.)
Químicas:
Neutralización
Extracción con solventes.
Deshalogenación.
Tratamiento químico directo.
Biológicas.
Cultivo o aplicación de bacterias.
Fitoremediación.
En todas estas normalmente se aplican variantes, dependiendo del caso a tratar e
inclusive pueden combinarse en casos específicos, algunas de estas tecnologías
se mencionan a continuación.
Biorestauración.
También se le conoce con el nombre de "medidas biocorrectivas". Consisten en
el uso de microorganismos para degradar las substancias tóxicas, de ser posible,
convirtiéndolas en bióxido de carbono, agua y sales minerales inocuas.
Los microorganismos normalmente utilizan los compuestos orgánicos tóxicos
como fuente de carbono, aunque existen procesos basados en la degradación
sintrófica de los tóxicos. En la degradación sintrófica, también denominada
cometabolismo, el microorganismo no utiliza el compuesto tóxico ni como fuente
de carbono ni como fuente de energía, sino que obtiene ambos a partir de otras
substancias. En el caso del sintrofismo, la degradación no reporta un beneficio
aparente para el microorganismo y es el producto de reacciones catalizadas por
enzimas que tienen otros usos en el organismo.
132
La biorestauración se usa para la eliminación de tóxicos en suelo y agua. La
biorestauración in situ consiste, en modificar las condiciones físicoquímicas en
la zona contaminada para que se incremente, tanto el número de microorganismos
capaces de degradar los tóxicos presentes, como su tasa metabólica. El propósito
es incrementar la velocidad de degradación de los tóxicos.
Las ventajas principales de estos procesos son:
No producen polvos tóxicos durante el proceso de limpieza, porque no se
tiene que excavar y desplazar el suelo contaminado.
se pueden tratar grandes cantidades de tierra a la vez.
La desventaja principal es:
Que el tratamiento in situ es más lento que los procesos ex situ y pueden
durar varios años en el caso de compuestos que se biodegradan muy
lentamente.
No se pueden aplicar en suelos muy estratificados y arcillosos debido a que
estas condiciones no favorecen la buena distribución del aire en toda la
zona contaminada.
Biorestauración ex situ.
Las técnicas ex situ se utilizan para tratar contaminaciones que no se pueden
eliminar eficientemente in situ, ya sea porque la sustancia no se puede degradar o
por las características del suelo contaminado, o bien porque el tratamiento se
deba terminar en un lapso relativamente corto.
Se extrae el suelo contaminado y se le somete a tratamientos que pueden ser en
fase semisólida o en fase sólida. En el primer caso se prepara un lodo fluido
agregando agua, nutrimentos y cultivos densos de microorganismos. El
tratamiento se hace en bioreactores aireados y agitados en condiciones
controladas.
133
El tratamiento en fase sólida consiste fundamentalmente en apilar el suelo
contaminado en lugares acondicionados para este propósito. Lo que se trata de
evitar es que los tóxicos puedan emigrar del sitio de tratamiento, ya sea a la
atmósfera (vapores o polvos) o al suelo (por filtraciones). Los terreros se
humedecen regándolos con agua con nutrimentos, se inoculan con cultivos de
microorganismos y se ventean agregándoles aire en la base del montículo de
suelo contaminado. En algunas técnicas, para facilitar la aireación se agregan
pajas u otros materiales orgánicos que le dé una consistencia menos compacta al
terrero en tratamiento.
Fitorestauración.
Consiste en utilizar cultivos de plantas para eliminar tóxicos presentes en agua y
suelo. Se han utilizado para eliminar iones metálicos, plaguicidas, disolventes,
explosivos, derrames de hidrocarburos (tanto crudos como compuestos
poliaromáticos) y lixiviados de basureros tóxicos.
Las plantas pueden fijar los tóxicos o bien pueden metabolizarlos tal como lo
hacen los microorganismos en los procesos de biorestauración.
Fitoextracción.
Es la captación de iones metálicos por las raíces de la planta y su acumulación en
tallos y hojas. Hay plantas que absorben selectivamente grandes cantidades de
metales acumulando en los tejidos concentraciones mucho más altas que las
presentes en el suelo o en el agua. Este proceso se ha utilizado para eliminar
hidrocarburos de agua y suelo con cultivos alfalfa, álamos, enebro.
En la zona contaminada se plantan las especies que se seleccionan. Cuando las
plantas crecen se recolectan y se incineran. Las cenizas se pueden lavar para
recuperar los metales o bien, pueden confinarse en vertederos de tóxicos, con la
ventaja de que ocuparán un espacio mucho menor que el que se usaría si se
desechara el suelo contaminado.
134
Rizofiltración.
Es similar a la fitoextracción, pero en lugar de cultivar las plantas en el suelo, se
cultivan en invernaderos por procesos hidropónicos. Las plantas se cultivan en
tanques con agua contaminada y los tóxicos quedan fijados en sus raíces. A
medida que las raíces se saturan del tóxico se van cortando y eliminando. Este
método se probó satisfactoriamente para eliminar iones radioactivos en las
lagunas contaminadas en el accidente de la planta nuclear de Chernobyl. Usaron
plantas de girasol.
Fitodegradación.
Es un proceso por medio del cual las plantas degradan compuestos orgánicos.
Los compuestos son absorbidos y metabolizados. Muy frecuentemente los
metabolitos que producen tienen actividad de fitohormonas (aceleran el
crecimiento de las plantas). Se han encontrado plantas que degradan residuos de
explosivos, disolventes clorados, herbicidas, etc.
Las plantas también favorecen la degradación microbiológica en la rizósfera. La
flora microbiana del suelo es más abundante en las cercanías de las raíces, por lo
que los procesos similares a la biodegradación tienen lugar a una velocidad mayor
que en el resto del suelo, sin necesidad de estimular artificialmente la actividad
microbiana.
Deshalogenación.
Es un proceso por medio del cual, se reduce el número de átomos de halógeno
que se encuentra en una molécula orgánica. Los compuestos polihalogenados son
tóxicos y, la disminución del número de halógenos en la molécula disminuye su
toxicidad. En la industria y en la agricultura se han usado un número considerable
de compuestos polihalogenados y no siempre se han manejado adecuadamente.
Por ejemplo;
135
a. los bifenilos policlorados se usaron en los transformadores de alta tensión,
porque son buenos conductores térmicos y al mismo tiempo, son aislantes
eléctricos y no son inflamables.
b. El DDT se usó como insecticida en la agricultura y en el control de insectos
vectores de enfermedades.
c. TCE, PCE, etc. se han usado como disolventes de grasas en el lavado en
seco y en el desengrase de partes mecánicas y eléctricas,
d. Se usan compuestos clorados en el saneamiento de agua, etc.
Para utilizar la deshalogenación química es necesario extraer el suelo
contaminado y eliminarle las partículas mayores (piedras, palos, etc.). Esto hace
necesario que en el sitio se disponga de una área adecuada para hacer esta tarea.
Polietilenglicol-potasa
En este proceso, la tierra contaminada con bifenilos policlorados se mezcla con el
reactivo APEG (Poli Etilén Glicol Alcalino) y se calienta, a 150° C durante 4 horas,
en una retorta. El compuesto policlorado reacciona con el APEG substituyendo los
átomo de cloro por residuos de polietilénglicol. Los átomos de cloro aparecen
como ión cloruro. Los gases y vapores que se producen en el reactor se pasan a
un condensador y los no condensables se pasan a un filtro de carbón activado
antes de emitirlos a la atmósfera. El agua condensada se usa en el paso de
lavado de la tierra tratada. La mezcla de tierra tratada y APEG se envían a un
separador donde se recupera el APEG que no reaccionó y se recicla a la retorta.
La tierra tratada se lava usando los condensados de la retorta, las aguas de
lavado se tratan y se descartan. La tierra tratada se regresa a su lugar de origen
después de comprobar que la concentración de los tóxicos llegó al nivel deseado.
No se puede usar para tratar grandes cantidades de desechos, ni desechos con
concentraciones de los contaminantes mayores al 5%.
Deshalogenación catalítica.
La tierra contaminada se mezcla con bicarbonato de sodio, en una relación de 5/1
y se calienta a 400°C. Los compuestos orgánicos se volatilizan, la tierra que sale
136
del reactor se considera limpia y se envía de nuevo al sitio de donde se extrajo. No
se tiene que recuperar ningún reactivo de la tierra tratada. Los vapores que se
producen pasan a un reactor, donde tiene lugar la deshalogenación catalítica del
tóxico. El catalizador es hidróxido de sodio.
El equipo que se usa es transportable, se puede llevar al sitio contaminado, lo que
evita la transportación de desechos peligrosos. El equipo es más fácil de armar
que los incineradores. La deshalogenación catalítica se puede usar para eliminar
bifenilos policlorados, plaguicidas, algunos herbicidas y dioxinas.
Barreras de degradación .
Causan reacciones químicas que descomponen el tóxico presente en el agua del
acuífero y lo convierten en una substancia inocua. Por ejemplo; los muros de polvo
de hierro producen la deshalogenación reductiva de compuestos policlorados,
tales como el TCE, PCE, DCE, TCA. Si se agrega paladio al hierro, se puede
incrementar el número de compuestos que se pueden tratar. En este proceso el
polvo de hierro se va disolviendo muy lentamente; se estima que las barreras de
polvo de hierro durarán en operación varios años, antes de tener que
reempacarlas. Los muros se pueden empacar con substancias nutritivas para
microorganismos, de tal manera que la pared actúa como un bioreactor.
Barreras de precipitación.
En estas barreras, los iones metálicos presentes en el agua se pueden precipitar y
los compuestos insolubles quedan atrapados en la barrera. Por ejemplo; al hacer
pasar aguas ácidas contaminadas con plomo por una barrera de piedra caliza, el
agua se neutraliza, el plomo se precipita y el resto de la barrera actúa como filtro.
Lo mismo se hace con aguas contaminadas con Cromo VI que es muy tóxico y se
reduce a Cromo III que es insoluble.
Barreras de sorción
En este caso, el empaque del muro es una sustancia que adsorbe o absorbe el
tóxico, por ejemplo puede ser carbón activado o zeolitas.
137
Extracción .
Son procedimientos que se pueden hacer in situ o ex situ, normalmente no
degradan el tóxico, sino que lo transfieren del medio contaminado a otro, donde
puede ser destruido, utilizando cualquiera de los métodos químicos o biológicos
que se describieron anteriormente, o bien pueden incinerarse o confinarse.
Normalmente la transferencia de un medio a otro va acompañada de una
reducción considerable del volumen de material a tratar o confinar.
Enjuague del suelo in situ.
El procedimiento consiste en disolver los tóxicos absorbidos en las partículas de
suelo utilizando soluciones de lavado. Para lograr lo anterior se perforan pozos de
inyección y extracción, cuya localización y profundidad depende de las
condiciones del sitio. Por los pozos de inyección se introduce agua a la que se le
puede agregar ácidos (clorhídrico o nítrico), bases (hidróxido de sodio o
amoniaco), detergentes, disolventes orgánicos (alcohol etílico) o mezclas de ellos.
Por los pozos de extracción se colectan las aguas de lavado, las cuales se tratan
para eliminarles los tóxicos extraídos y volverlas a utilizar en la preparación de
soluciones de lavado.
Las soluciones ácidas y alcalinas se usan para extraer compuestos inorgánicos y
orgánicos polares que no se pueden extraer con agua. Los detergentes y los
disolventes orgánicos se usan para ayudar en la eliminación de substancias no
polares.
Extracción de vapores.
Es el procedimiento de desarrollo reciente que más se ha utilizado en la
eliminación de compuestos orgánicos volátiles en sitios "Superfund".
Frecuentemente la extracción de vapores se combina con biodegradación de tal
manera que, los tóxicos al ir ascendiendo por el suelo en la zona no saturada de
humedad, se encuentran con condiciones que favorecen la degradación aeróbica
de los compuestos orgánicos. Esto se logra disminuyendo la velocidad de
aireación para que los vapores tengan un tiempo de residencia lo suficientemente
138
largo, como para que alcancen a degradarse antes de llegar a los tubos de salida.
En este caso al procedimiento se le denomina bioventeo. Este procedimiento se
utiliza en la eliminación de derrames de combustibles (hidrocarburos) y se está
haciendo investigación para ampliar su uso en procesos cometabólicos como, en
la eliminación de compuestos clorados volátiles con cultivos de metanotrofos y
amoniaco-oxidantes.
Para acelerar la eliminación de los compuestos menos volátiles, se ha tratado el
incremento de la temperatura de la zona contaminada, inyectando aire caliente y/o
vapor, utilizando microondas o introduciendo electrodos y aplicando una corriente
eléctrica. También se ha experimentado con la extracción simultánea de vapores y
aguas contaminadas para hacer su tratamiento en la superficie.
La extracción de vapores se puede usar para tratar tanto suelos como acuíferos
contaminados con compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles. Se tratan mejor
los sitios con suelos porosos.
Lavado del suelo.
Es un procedimiento ex situ en el que el suelo contaminado se remueve y se le
eliminan las partículas mayores (piedras, palos, etc.). El suelo cribado se lava con
soluciones acuosas similares a las descritas anteriormente. En la primera fase del
lavado se separan las arcillas y limos de las arenas y gravas. Normalmente la
fracción gruesa está libre de substancias extrañas absorbidas y se pueden usar
directamente para rellenos. Las arcillas y limos se descontaminan utilizando
cualquiera de los métodos descritos que sean apropiados para eliminar el tipo de
tóxico presente. Las arcillas tratadas se pueden usar como relleno o confinarse en
vertederos de tóxicos. Lo que se logra con esta técnica es reducir el volumen de
material que se procesa o confina. Esta técnica se aplica principalmente en suelos
arenosos donde la cantidad de arcilla y limo es baja y se vuelve significativa la
reducción de material procesado.
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Extracción con disolventes.
Es también un proceso de lavado de suelo ex situ en el que se usan disolventes
orgánicos en lugar de soluciones acuosas. Los pasos de preparación del material
a tratar, es el mismo que se usa en todos los procesos ex situ, y que consiste en
excavar para extraer el suelo contaminado y, el cribado para eliminar las partículas
mayores. El suelo cribado se trata en reactores en los que se agrega el disolvente
orgánico y si el proceso es continuo entonces se agrega suficiente agua para que
el material contaminado se pueda bombear. Después de dejar en contacto el lodo
y el disolvente, durante el tiempo que sea necesario se procede a la separación de
las distintas fases. Los tóxicos se distribuyen entre las distintas fases. Los
compuestos orgánicos, como los bifenilos policlorados se encontrarán en la fase
orgánica, los iones inorgánicos en la fase acuosa o en la fase sólida. La fase
orgánica se puede tratar con otros disolventes, hasta que se tengan fracciones
que se puedan tratar fácilmente, o se puedan volver a utilizar en los procesos de
fabricación de donde provienen o en otros usos.
Desorción térmica.
Es un procedimiento ex situ que consiste en calentar en un horno rotatorio la tierra
contaminada extraída por excavación y cribada . El tóxico se evapora y se
recolecta, ya sea para reutilizarse o para destruirse. La temperatura de operación,
el tiempo de residencia y la forma de aplicar el calor (calentamiento directo con
gases de combustión o calentamiento indirecto a través de las paredes) depende
de las características del tóxico. Normalmente no se usa este proceso de limpieza
con suelos muy húmedos, ya que el agua se evapora en el horno, incrementando
los costos y complicando la recolección de los tóxicos volatilizados. Se ha utilizado
en la limpieza de suelos contaminados con COV, COSV (compuestos orgánicos
semivolátiles), bifenilos policlorados, hidrocarburos poliaromáticos y plaguicidas.
Se ha usado para limpiar suelos de refinerías, coquerías, fábricas de pinturas y
sitios de tratamiento de madera.
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Técnicas de control.
El propósito de las técnicas de control es confinar la contaminación existente en
los medios que ya están contaminados evitando que ésta se distribuya a otras
regiones.
Las medidas de control pasivas consisten en evitar que se presenten lixiviados,
que se propaguen las plumas de contaminación en los acuíferos y en desviar
corrientes superficiales. Estas medidas se pueden utilizar en conjunto con
métodos para eliminar la contaminación tales como bombeo y tratamiento.
Se pueden construir barreras impermeables, paredes con tortas filtrantes, paredes
de mortero o paredes metálicas. Las paredes impermeables lógicamente impiden
el flujo de agua haciendo que se incremente el nivel friático aguas arriba. El
incremento en la presión hidrostática puede causar desviaciones en la dirección
del flujo y con ello la distribución no controlada del tóxico hacia otras partes.
Para formar las paredes con tortas filtrantes se excava una zanja abajo de una
lechada de bentonita en agua y se rellena de una mezcla de suelo y bentonita. El
propósito de excavar bajo la lechada es estabilizar las paredes de la zanja durante
la excavación e introducir la bentonita en el suelo formando la torta filtrante. La
barrera se construye de tal manera que llegue a una capa impermeable del
subsuelo. Las paredes con tortas filtrantes se usan para restringir la movilidad de
acuíferos contaminados, para desviar de aguas contaminadas (para evitar que
éstas lleguen a fuentes de agua potable), desviar el flujo de aguas no
contaminadas para evitar que se contaminen y para delimitar zonas contaminadas
que se vayan a tratar.
Las cortinas de mortero son barreras subterráneas que se forman inyectando
mortero bien sea a base de cemento o a base de plásticos, bentonita o silicato de
sodio. Se usan para sellar poros en suelos permeables.
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4.7 Marco legal.
El suelo, subsuelo y agua subterránea son de jurisdicción federal, sin embargo no
existe reglamento vigente, ni Normas Oficiales Mexicanas para la contaminación
del suelo, sólo existe la NOM-EM-138, la cual todavía no cuenta con su
reglamento. Generalmente al suelo se le ha considerado un respel (residuos
peligroso), pero es necesario que se gestione de manera distinta. Existen algunos
avances como: convenios del INE con las universidades, procedimientos técnico
administrativos, acreditamiento de tecnologías y protocolos de prueba para lograr
la autorización de la NOM-138. Existen normas que se encargan de sólo de
algunos aspectos del suelo como las que a continuación se describen en la tabla
No.4.5
NOM-020-RECNAT-2001
NOM-020-SEMARNAT-
2001
Procedimientos y lineamientos que se deberán conservar para la rehabilitación, mejoramiento y conservación de los terrenos forestales de pastoreo.
10/DIC/01
NOM-021-RECNAT-2000
NOM-021-SEMARNAT-
2000
Especificaciones de fertilidad, salinidad y clasificación de suelos, estudio, muestreo y análisis.
31/DIC/02
NOM-023-RECNAT-2001
NOM-023-SEMARNAT-
2001
Especificaciones técnicas que deberá contener la cartografía y la clasificación para la elaboración de los inventarios de suelos.
10/DIC/01
NOM-060-ECOL-1994NOM-060-
SEMARNAT- 1994
Especificaciones para mitigar los efectos adversos ocasionados en los suelos y cuerpos de agua por el aprovechamiento forestal.
13/MAY/94
Tabla No.4.5 Legislación vigente en el rubro de suelo.
Autoevaluación.
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1. Materia Inorgánica. ( ) Es la propiedad que evalúa y caracteriza a los suelos desde la perspectiva de la distribución relativa de los diferentes tamaños de partículas minerales que la conforman, estas pueden ser gravas, arenas, limos y arcillas.
2. Horizontes. ( ) Tiene una enorme cantidad de organismos vivos como hongos, bacterias, insectos, lombrices etc. mismos que interviene conjunta y activamente en los procesos dinámicos y formativos del suelo.
3. Conductividad eléctrica.
( ) Es el contenido de agua en el suelo que se expresa en porciento, o bien es la relación entre el peso del agua contenida en el suelo y el peso seco (fase sólida).
4. Limos. ( ) Es un proceso por el cual reaccionan los iones metálicos y determinadas sustancias orgánicas naturales, cambiando radicalmente las propiedades fisicoquímicas del metal.
5. Suelo ( ) Es la inversión gradual habitual de la temperatura atmosférica, normalmente la troposfera se enfría con la altitud; en aire seco y sin movimiento este decremento se produce a razón de 6°C/ 1000 m, hasta antes de la estratosfera.
6. Estructura ( ) Esta compuesta por partículas de diámetro menos que 0.002mm y estas tienden a ser de forma plana más que de forma esférica, además poseen un área superficial grande.
7. Humedad ( ) Son derivados del petróleo crudo el cual se refina en varios productos, estos son uno de los principales contaminantes del suelo.
8. Arcillas ( ) Es la facilidad con la que el suelo conduce o transmite fluidos y depende de la distribución y tamaño de los poros.
9. Inversión térmica. ( ) Es donde las partículas del suelo se presentan por lo general en forma de agregados o “peds”
10. Materia viva ( ) Cuerpo natural que se encuentra sobre la superficie de la corteza terrestre, que contiene materia viva, soportando o que es capaz de soportar plantas.
11. Hidrocarburos.12. Textura13. Biometilización.14. Gasolinas
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