La relación isotópica de un compuesto orgánico o inorgánico es su “huella dactilar” locual permite identificar su origen. También proporciona información sobre los procesosde degradación (físico-químicos y biológicos) que ha experimentado este compuesto en elmedio natural, debido al cambio que experimenta su composición isotópica.
Isótopos estables: Huella dactilar de contaminantes
Cálculo de la eficiencia de tratamientos de degradación natural e inducida
Los isótopos estables como herramienta en la resolución de problemas de contaminación ambiental: identificación de fuentes y cálculo de la eficiencia de procesos de degradaciónSara Herrero Martín, Neus Otero, Mònica Rosell, Cristina Domènech, Manuela Barbieri, Albert Soler
Identificación de fuentes de contaminación: ejemplo, contaminación por nitratos en zonas vulnerables
Purines
Fertilizantes
químicos
Osona
Zonas vulnerables a la contaminación por nitratos en Cataluña
La composición isotópica permite diferenciar el origen de los
nitratos entre fertilizantes, nitrato del suelo y residuos
ganaderos/aguas residuales. Las muestras de Maresme
provienen de fertilizantes sintéticos volatilizados y las de
Osona de purines y/o aguas residuales (Otero et al., 2009).
La composición isotópica además permite determinar
procesos de atenuación natural de la contaminación, que
seguirán las líneas de desnitrificación. Se detectó
desnitrificación natural en las muestras de Osona.
Barcelona
0 10 20 40Km
N
Barcelona
0 10 20 40Km0 10 20 40Km
NN
Maresme
Contaminación Agrícola y Ganadera
Fertilizantes químicos, residuosganaderos, aguas residuales
δ15N, δ18O, δ34S, δ2H, δ11B
Contaminación Minera
Aguas ácidas, aguas salinizadas…
d34S, δ18O, δ2H
Benceno y derivados (BTEX),hidrocarburos aromáticos
policíclicos (HAPs), clorados…
δ13C, δ2H
Contaminación Industrial
¿Quiénes somos?Nuestra misión es proporcionar soluciones integrales,aplicando la última tecnología en análisis de isótoposestables y mineralogía, para la resolución deproblemáticas de gestión ambiental, autentificaciónde productos y estudios de durabilidad mineral enobra civil.
¿Dónde estamos?Departament de Mineralogia, Petrologia i GeologiaAplicada. Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de BarcelonaC/Martí i Franquès s/n, 08028 Barcelona, Spainhttp://www.ub.edu/minegeo/[email protected]
Eficiencia de la Atenuación Natural Monitorizada (ANM) de tricloroetileno (TCE) en un acuífero
Eficiencia de una barrera permeable reactiva en la degradación de percloroetileno (PCE) en un acuífero
fCC ln01313 dd
ƒ = 0,93 Eficiencia: 7%
Ejemplos de aplicación implementados por el grupo MAiMA
δ13C = -21,5‰ δ13C = -19‰
ε
-9,5‰
PCE PCE
Biodegradación de compuestos halogenados volátiles
Agradecimientos
CC CC
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
HH
CC CC
HH
HH
HH
HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH
CC CC
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
HH
CC CC
HH
HH
HH
HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH
CC CC
ClCl
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
ClCl
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
ClCl
CC CC
HH
ClCl
HH
HH
CC CC
HH
HH
HH
HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH
HCl 2e-
2H+2e-
2H+2e-
2H+HCl 2e
-
2H+HCl HCl
El cálculo del fraccionamiento
(ε) se realiza en experimentos
de laboratorio con el material
de la barrera (en este caso
hierro cero valente). Una vez
conocida la ε, se puede
determinar la eficiencia de la
barrera a escala de campo en
función del cambio en la
composición isotópica del PCE
e incluso diferenciarlo de los
cambios debidos a bio-
degradación natural (Audí-Miró
et al., 2015).
Referencias bibliográficas
La composición isotópica permite
determinar la fracción de
contaminante degradado. Un proceso
de dilución no modificará la δ, en
cambio la degradación del
contaminante sí. En este caso de
estudio se pudo determinar el
porcentaje de biodegradación de TCE
utilizando valores de fraccionamiento
bibliográficos (Palau et al., 2014).
δ13CTCE (‰)
B de 29 ± 6% a 16 ± 4%
No significativa
TCE inicial δ13C= -16.3
Eficiencia de una planta piloto de desnitrificación inducida in-situ
La composición isotópica permite cuantificar la eficacia de la
atenuación inducida “in situ”, en este caso de una planta de
desnitrificación. La planta de desnitrificación consiguió la
eliminación total de los nitratos a los 5 meses de tratamiento.
Se demostró la utilidad de los isótopos para calcular la eficacia
de la planta previamente a la eliminación total de nitratos
(Vidal-Gavilán et al., 2013). 020
40
60
80
100
120
140
160
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
NO
3-
(pp
m)
distance from injection (m)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
NO
3-
(pp
m)
distance from injection (m)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35
NO
3-
(pp
m)
distance from injection (m)
IE 21 53
2 meses
4 meses
5 meses
NO
3-(m
g/l
)
Distancia (m)
• Audí-Miró, C. Cretnik, S., Otero, N., Palau, J., Shouakar-Stash, O., Soler, A., Elsner, M. (2013) Cl and C isotope analysis to assess the effectiveness ofchlorinated ethene degradation by zero-valent iron: Evidence from dual element and product isotope values. Applied Geochemistry, 32, 175-183.
• Otero, N., Torrentó, C., Soler, A., Menció, A., Mas-Pla, J. (2009) Monitoring groundwater nitrate attenuation in a regional system coupling hydrogeologywith multi-isotopic methods: the case of Plana de Vic (Osona, Spain). Agriculture Ecosystems and the Environment, V133, 103-113.
• Palau, J.; Marchesi, M.: Chambon, J.: Aravena, R.; Canals, A.; Binning, P. J., Bjerg P. L.; Otero, N.; Soler, A. (2014) Multi-isotope (carbon and chlorine)analysis for fingerprinting and site characterization at a fractured bedrock aquifer contaminated by chlorinated ethenes. Science of the TotalEnvironment, 475: 61-70
• Vidal-Gavilan, G.; Folch, A.; Otero, N.; Solanas, A.M.; Soler, A. (2013) Isotope characterization of an in situ biodenitrification pilot-test in a fracturedaquifer. Applied Geochemistry, 32, 153-163.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
-2 2 6 10 14 18 22 26 30 34
δ1
8O
-N
O3
(0/ 0
0)
δ15N - NO3 (0/00)
Osona Maresme
Mez
cla
fert
iliza
nte
sN
O3
-y
NH
4
NO3-
Suelo
NO3-
fertilizantesNH4
+
NO3-
fertilizantesNO3
-
NO3- purines
Límite potabilidad
0
5
10
15
20
25
30
-2 4 10 16 22 28 34 40 46 52 58
d15
N (0/00)
18O
(0/ 0
0)
E
PC-1
PC-2
PC-3
PC-4
PC-5
% DEN
Nitrificación NH4 orgànico
NO3
fertiliz.
NH4
fertiliz
.
NO3
suelo
99%
90%
80%
60%
40%
0
5
10
15
20
25
30
-2 4 10 16 22 28 34 40 46 52 58
d15
N (0/00)
18O
(0/ 0
0)
E
PC-1
PC-2
PC-3
PC-4
PC-5
% DEN
Nitrificación NH4+orgánico
NO3-
fertiliz.
NH4+
fertiliz
.
NO3-
suelo
99%
90%
80%
60%
40%
E21
53 4I
Extracción
Inyección
Pozos Monitoreo
No significativa
= -13.8 ‰ (Slater et al., 2001)
C12
C12
C13C13
C12
C12C13 C12
C12C12
C13C13
Origen
C13C12
C13C12
C12
C12
C12
C12
C13
C13C12
C12C12
C12C12
C13
C12 C12
C12
C12
C12
C12
C12C12
Degradación
1001000
10001[%]
ε
1000
0
d
d tB
El grupo de investigación MAiMA utiliza el análisis de isótopos estables para la evaluacióny el manejo de sitios contaminados por agricultura y ganadería, contaminación industrial yminera, así como para el diseño de estrategias sostenibles para su remediación.
𝑙𝑛δ13𝐶𝑡 + 1000
δ13𝐶0+ 1000=
ε
1000× 𝑙𝑛
𝐶𝑡𝐶0
δ13𝐶 [‰] =13𝐶/12𝐶𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟13𝐶/12𝐶𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
− 1 × 1000
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