ExtracciónTEMA 19. Descontaminación de suelos contaminados
2 Tratamientos
La disyuntiva que se presenta frente a un suelo contaminado es recuperarlo o destruirlo. En un principio ha prevalecido la última opción, mientras que en los últimos años se ha prestado una especial atención a las técnicas de recuperación que posibilitan su reutilización.
La problemática de la descontaminación de los suelos podemos tratarla bajo dos perspectivas: técnicas de aislamiento de la contaminación y técnicas de descontaminación.
Técnicas de aislamiento
Para evitar que la contaminación se propague desde los suelos contaminados estos pueden ser almacenados en vertederos apropiados o sellados in situ o destruidos totalmente.
La técnica del sellado trata al suelo con un agente que lo encapsula y lo aísla. El suelo es excavado, la zona se sella con un impermeabilizante y se redeposita el suelo. Para desarrollar las barreras de aislamiento se ha utilizado diversas sustancias, como el cemento, cal, plásticos, arcilla, etc. El procedimiento tiene el inconveniente que se pueden producir grietas por las que los contaminantes pueden fugarse.
Sometiendo al suelo a altas temperaturas (1600-2300°C) se consigue su vitrificación con lo que se llegan a fundir los materiales del suelo, produciendose una masa vítrea similar a la obsidiana. Durante el proceso hay que controlar la volatilización de numerosos compuestos.
La propia filosofía de estas técnicas (persigue la eliminación del suelo) las hace sólo recomendable en situaciones extremas.
En otras ocasiones se realiza el aislamiento directamente sobre los niveles de aguas freáticas. Mediante bombeos exhaustivos se consigue deprimir los niveles freáticos para alejarlos del suelo y subsuelo contaminados. El agua bombeada es tratada para eliminar su contaminación.
Técnicas de descontaminación
Básicamente se utilizan cinco métodos para la recuperación de los suelos contaminados:
Extracción
Tratamiento químico
Tratamiento electroquímico
Tratamiento térmico
Tratamiento microbiológico
En función de como se apliquen las técnicas depuradoras se habla de:
Tratamientos in situ
Tratamientos on site
Tratamientos ex situ (off site)
El procedimiento in situ es el que requiere menos manejo, pero su aplicación resulta frecuentemente difícil de llevar a la práctica, dada la dificultad que representa el poner en íntimo contacto a los agentes limpiadores con la masa del suelo. En el tratamiento on site el suelo se excava y se trata en el propio terreno. El método ex site requiere las etapas de excavación, transporte, tratamiento en las plantas depuradoras, devolución y enterramiento. Este proceso exige mayor inversiones pero es más rápido y con él se consiguen recuperaciones más completas.
Extracción por fluidos
Consiste en separar los contaminantes mediante la acción de un fluido, a veces aire (arrastre) y en otras ocasiones se usa agua (lavado). Una vez arrastrado el contaminante, se depura el efluente con técnicas apropiadas.
Se trata de procedimientos muy sencillos pero para que sean efectivos requieren que los suelos sean permeables y que las sustancias contaminantes tengan suficiente movilidad. Además, no son métodos válidos cuando el suelo presenta una alta capacidad de adsorción.
Son métodos típicamente desarrollados in situ.
Aireación
Se considera un método de volatilización pasiva para contaminantes volátiles. El suelo se excava y se vierte una fina capa, de unos 20 cm, sobre una superficie impermeable.
Para favorecer la volatización se procede a la remoción periódica, por ejemplo, mediante el arado. El riego también favorece el proceso ya que el agua disuelve los contaminantes y produce su desorción y al evaporarse los arrastra hacia la superficie. Además la humedad acelera la actividad de los microorganismos. También al extender el suelo se aumenta su temperatura y se expone a la acción de los vientos, con lo que aumenta la volatización.
En general se trata de un proceso muy lento y tiene el inconveniente de que los contaminantes son devueltos directamente a la atmósfera, sin sufrir ninguna depuración. No obstante, en general estos compuestos devueltos a la atmósfera tienden a degradarse rápidamente. Los hidrocarburos reaccionan fácilmemte con los radicales hidroxilo atmosféricos, degradandose en un plazo que va desde un solo día para el dodecano hasta 9 días que necesita el benceno. Por otro lado, los disolventes clorados industriales se descomponen fotolíticamente con gran rapidez por acción de las radiaciones ultravioletas. Por otra parte, la posible contaminación atmosférica se puede evitar si el suelo es colocado en unas naves en las se pueden recoger los gases para su posterior tratamiento (y en las que además de controlar las condiciones ambientales).
Su principal ventaja es su bajo presupuesto económico.
Arrastre
Consiste en inyectar un gas para arrastrar a los contaminantes. Generalmente se utiliza aire y vapor de agua. El aire penetra desde la superficie del terreno y se fuerza su circulación al succionarlo a través de unos pozos que se excavan.
En otras ocasiones el aire o un gas se inyecta sobre la superficie del suelo o a través de pozos (en este último caso, se recomienda sellar la superficie del terreno con arcilla, plástico, cemento, asfalto, etc). En ocasiones se mejoran los rendimientos utilizando aire caliente.
El aire se inyecta mediante unas barrenas helicoidales que perforan y mezclan el suelo. El aire se propaga a través del migrando hacia la superficie. A veces se perforan unos pozos para extraer el aire mediante succión.
El aire con los contaminantes se puede depurar utilizando filtros de carbono activo.
Es un procedimiento sólo válido para extraer contaminantes volátiles (cómo mínimo con una presión de vapor de mercurio de 0,5mm) y de bajo peso molecular, como son: xileno, benceno, tolueno, tetracloruro de carbono, tricloroetano, cloruro de metilo, etc.
La rapidez y eficacia depende de la permeabilidad del suelo. Al disminuir esta se alargan los tiempos del tratamiento, con lo que aumentan los costes. También influye el estado de humedad del suelo. Así cuanto más seco se encuentre más fácilmente será atravesado por el flujo extractante.
Según E, de Miguel García (1995) es un método muy sencillo, que usa una tecnología estandar y fácil de adquirir. Posibilita tratar grandes volúmenes de suelo a un coste razonable, produciendo una alteración mínima en el terreno.
En algunas ocasiones se ha utilizado una técnica muy empleada para mejorar la producción de los pozos de petróleo. Consiste en inyectar a presión una disolución acuosa espesada, o gelificada, junto a un material granulado (arenas). Al inyectar a gran presión el fluido se producen fracturas que el material rellena y de esta manera se evita que se puedan volver a cerrar. El fluido se extrae por bombeo y el material granulado constituye una vía para su fácil circulación (E. de Miguel García. 1995).
Lavado
Consiste en inyectar agua en el suelo. El agua moviliza a los contaminantes y luego se extrae y se depura.
El método sólo es válido para contaminantes solubles en agua (en la práctica la solubilidad ha de ser mayor de 1000 mg/l).
El agua se introduce mediante zanjas y pozos y se recoge en unos drenes (tuberías horizontales) y se extrae de los pozos mediante unas bombas de succión.
En ocasiones se utiliza agua con disolventes para facilitar la extracción. También se emplean detergentes para extraer contaminantes con comportamientos hidrofóbicos. Otra variante consiste en utilizar soluciones acidificantes. La extracción ácida ofrece buenos resultados para el caso de los metales pesados.
Normalmente se trata de una técnica in situ.
Este tratamiento también puede llevarse a cabo como técnica ex situ. El suelo excavado es tratado con una solución acuosa en un tanque. Se tamiza para separar las fracciones más gruesas (generalmente, superiores a los 20 mm de diámetro). Los materiales finos se mezclan con un fluido lavador y posteriormente son aclarados. Después se separan las arenas, que tienen una capacidad muy baja para retener contaminantes. Las arcillas y los limos continúan en el proceso de depuración y finalmente los materiales que conserven todavía un alto porcentaje de contaminantes son separados para su aislamiento en vertederos controlados (figura). Esta técnica es útil para una amplia gama de compuestos contaminantes como los metales pesados, cianuros metálicos, disolventes nitrogenados, hidrocarburos aromáticos, gasolinas, aceites minerales, PBC (productos organoclorados, como los policlorobifenilos), etc. Los fluidos utilizados son muy diversos dependiendo del tipo de contaminante: agua, disoluciones acuosas, disolventes orgánicos, compuestos quelantes, productos tensoactivos, ácidos y bases (E. de Miguel García. 1995).
Tratamiento químico
Se trata de depurar el suelo mediante la degradación de los contaminantes por reacciones químicas. Frecuentemente se trata de reacciones de oxidación de los compuestos orgánicos.
Como agente oxidante se emplea el oxígeno y el agua oxigenada.
Es un método útil para: aldehidos, ácidos orgánicos, fenoles, cianuros y plaguicidas organoclorados.
Este tratamiento se utiliza preferentemente in situ, inyectando el agente depurador a zonas profundas mediante barrenas huecas, o a veces, simplemente mediante un laboreo apropiado del terreno.
Otro procedimiento químico es la descloración. Esta técnica se utilizó, en un principio, para la estabilización de productos del petróleo. En suelos se ha empleado para la descloración de PBC. Consiste en la inyección de CaO, Ca(OH)2 o NaOH. El suelo al reaccionar se calienta y al aumentar el pH hasta valores de 9 a 11 se produce la descloración de los PBC (E. de Miguel Garcia. 1995).
Tratamiento electroquímico
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. Es este el efecto más importante.
Electroforesis
Representa el desplazamiento de una partícula coloidal cargada en suspensión en un líquido. Es el que tiene menor efecto en el desplazamiento de los contaminantes.
El conjunto de estos mecanismos provoca que los contaminantes se desplacen en el campo eléctrico. Los cationes van hacia el cátodo mientras que los aniones lo hacen hacia el ánodo, ambos son extraídos posteriormente.
Este procedimiento tiene la ventaja de que apenas si influye en la depuración la textura ni la permeabilidad (parámetros limitantes de muchos de los otros tratamientos).
Se trata de un transporte masivo a través de los poros grandes y pequeños, a diferencia de lo que ocurre con los métodos de lavado y arrastre que apenas actúan sobre los microporos.
Este método proporciona buenos resultados para la recuperación de suelos contaminados por metales pesados, como el Cu, Zn, Pb y As. Igualmente válido para compuestos orgánicos.
Tratamiento térmico
Busca la destrucción de los contaminantes mediante el suministro de calor.
Se trata de un tratamiento ex situ.
En la incineración la combustión de los contaminantes se consigue sometiendo al suelo a altas temperaturas (alrededor de 1000°C). El tratamiento se desarrolla en dos fases. En una primera se oxidan la mayor parte de los contaminantes. El proceso se completa en la segunda fase en la que se mantiene al suelo a altas temperaturas durante el tiempo necesario para conseguir la destrucción completa de los contaminantes y se eliminen todos los gases (figura).
Para depurar los gases residuales se incorpora un sistema de limpieza.
Es un método muy útil para eliminar la contaminación producida por hidrocarburos poliaromáticos, PBC (policlorobifenilos) y clorofenoles.
La desorción térmica es otro proceso térmico en el que se somete al suelo a unas temperaturas más bajas (250-550°C) para conseguir la desorción en vez de la destrucción de los contaminantes. Con esta técnica se puede tratar la contaminación producida por compuestos orgánicos volátiles (con un peso molecular no muy elevado, como los lubricantes, aceites minerales, gasolinas, etc) y determinados metales pesados volátiles como es el caso del mercurio. Con esta técnica hay que controlar el paso de los contaminantes a la fase gaseosa, por ejemplo se pueden eliminar en una cámara de combustión o fijarlos sobre carbono activado.
Estos métodos presentan el inconveniente de que el suelo queda completamente transformado, sin materia orgánica, sin microorganismos, sin disoluciones...
Tratamiento microbiológico
Consiste en potenciar el desarrollo de microorganismos con capacidad de degradación de contaminantes (bioremediación). Se puede o favorecer la actividad de los microorganismos presentes o introducir nuevas especies. Para favorecer las acciones bióticas se pueden mejorar determinadas condiciones edáficas, añadiendo nutrientes, agua, oxígeno y modificando el pH.
En líneas generales la mayoría de los contaminantes orgánicos se degradan bajo condiciones aerobias. Sin embargo hay determinados compuestos, como los alifáticos clorados que resisten bien en condiciones aerobias pero son fácilmente degradados en las anaerobias. Otros incluso, como es el caso de los PBC, se degradan primero en condiciones anaerobias, produciendose la descloración de manera rápida, y luego la degradación prosigue bajo condiciones aerobias.
La velocidad de descomposición por los organismos va a depender de su concentración, de determinadas características del suelo (disponibilidades de oxígeno y de nutrientes, pH, humedad y temperatura) y de la estabilidad del contaminante.
Este tratamiento se puede desarrollar in situ, on site o ex situ.
El tratamiento in situ se usa en suelos permeables cuando la contaminación afecta a los horizontes subsuperficiales. Se perforan unos pozos por los que se inyectan agua con microrganismos (a la que se le han añadido nutrientes). Se bombea el agua contaminada hacia la suerficie, se depura y se vuelve a inicial el ciclo.
Para el tratamiento on site el suelo es excavado y depositado sobre unas piscinas con fondo arenoso y revestidas de un material impermeable, como por ejemplo, una capa plástica, y con un sistema de drenaje del agua. La superficie se riega con una soluciones enriquecidas en nutrientes, a las que se le habrán añadido los microorganismos.
Los mejores resultados se obtienen en los tratamientos ex situ. Según esta técnica el suelo contaminado es llevado a unos fermentadores, grandes cilindros que giran sobre su eje para agitar el suelo. Durante el tratamiento se añade oxígeno y nutrientes, en condiciones de temperatura controlada.
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