13. descontaminación de suelos13. descontaminación de...

Suelos contaminados. Primeras experiencias. Situación hoy

13. Descontaminación de suelos13. Descontaminación de suelos

Técnicas de descontaminación:

- Aislamiento- Físico-Químicas- Biorremediación

Suelos contaminados. HoySuelos contaminados. Hoy

• comprobación de la situación• reconocimiento de las posibilidades

En Holanda

1981 → 350 sitios → 1.000 mill. €

1995 → 300.000 sitios → 50 bill. €

• nuevos planteamientos

� no máximo control: prioridades y niveles

� costes / resultado

� multifuncionalidad / funcionalidad

• objetivos

� reducción de riesgos� protección humana / ambiental� reducción mantenimiento

Superfund sites : lugares contaminados (abandonados o sin control) con riesgo potencial parael ecosistema o el ser humano.

Consideraciones (CLARINET)Consideraciones (CLARINET)

origen vías receptor

• procedencia: histórica o actual

� naturaleza del contaminante

� concentración del contaminante

� fraccionamiento y especiación

� propiedades del suelo

� usos del suelo

� niveles de contaminación

• caracterización

origen

• mediosuelo, agua, aire

� naturaleza del contaminante

� concentración del contaminante

� especiación del contaminante

� propiedades del suelo

• velocidad

• vías de exposicióningestión, inhalación, dérmica

niños, ancianos, adultosanimales, vegetalesecosistema

• tipo de receptores

receptor

• tiempo de exposicióndías al añonumero de años

Metodología de trabajo (CLARINET)Metodología de trabajo (CLARINET)

• caracterización de la contaminaciónvaloración de riesgosestablecimiento de prioridades

elección de la técnica adecuadadesarrollo del método

• planteamiento de la limpieza

• control de rendimientos

valoración de la reutilización del suelovaloración de costes / beneficios (económicos y medio ambientales)

valoración de la evolución a largo plazo

Esquema de trabajo. 3 fases esenciales

Descontaminación. Primeras experienciasDescontaminación. Primeras experiencias

1980/90

• confinamiento en vertederos

• protesta generalizada de la comunidad científica¡Los suelos son un bien muy valioso!

• aparición primeras legislaciones

Descontaminación. HoyDescontaminación. Hoy

Prohibición de anular suelos reutilizables

1. caracterización de la contaminación

2. planteamiento de los métodos de descontaminación

3. definición de costes con obligación de realizar los tratamientosadecuados siempre que no se superen unos costes máximos

Legislación holandesa

Centro Gubernamental para el Tratamiento del Suelo de Holanda

1990/2003 → 19 mill tn

37% no aptos para reutilización → aislamiento

☞ Fase I. Valoración preliminar (Preliminary site assessment).

Valoración general de la contaminación y su peligrosidad.

Caracterización del sitio (edafología, geología, hidrología, población, ...)

Inspección del sitio y valoración in situ de la problemática.

☞ Fase II. Investigación detallada (Initial site investigation).

Naturaleza, localización, extensión y procedencia.

Muestreo superficial y con pozos. Análisis en el laboratorio.

Planificación de un proyecto de descontaminación de suelosPlanificación de un proyecto de descontaminación de suelos

☞ Fase III. Planificación (Remedial investigation/feasibility study).

Valoración de riesgos. Medidas urgentes de protección inmediata.

Definición de los objetivos de la limpieza y delimitación de las concentraciones máximas permisibles de contaminantes.

Posibles alternativas de remediación (comportamientos previsibles, probable efectividad, costes del proceso y costes del seguimiento) y su discusión.

Elección de la alternativa más recomendable.

☞ Fase IV. Plan de actuación (Record of Decision).

Planificación práctica de la alternativa más fiable.

Ensayo piloto y planteamiento final.

Estudio detallado de parámetros técnicos y seguimiento temporal.

Estudio de resultados y planificación del seguimiento posterior.

Planificación de un proyecto de descontaminación de suelosPlanificación de un proyecto de descontaminación de suelos

Laboriosos, complejos, lentos, costosos, de resultados incompletos.

¡Prevenir mejor que descontaminar!

Presupuesto para descontaminar la Mina de pirita de Sudburi (Canadá)

Recuperar o destruir

Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelos

• In situ

• Ex situ � on site� off site

In situIn situ

tratamiento

depuracióngases

líquidos

aislarextraer

inmovilizardestruir

suelolimpio

suelocontaminado

In situIn situ

☞ ☞ ☞ ☞ Ventajas

• Costes bajos

☞ ☞ ☞ ☞ Inconvenientes

• Accesibilidad (superficial o puntual)

• Duración larga

• Comprobación de los resultados

EX situ: off siteEX situ: off site

suelocontaminado

planta detratamiento

planta dedepuración

gases y líquidos

residuos

transporte

suelo limpio

excavación

EX situ: on siteEX situ: on site

suelocontaminado

planta detratamiento

suelo limpio

planta dedepuración

gases y líquidos

residuos

excavación

Ex situEx situ

☞ ☞ ☞ ☞ Ventajas• Accesibilidad

• Homogeneización

• Fácil manejo en situaciones controladas

• Obtención de análisis

• Eficacia del tratamiento

• Duración del tratamiento

☞ ☞ ☞ ☞ Inconvenientes• Excavación• Transporte• Costes

� almacenamiento : vertederos controlados

� protección superficial : recubrimientos

1. Técnicas de aislamiento1. Técnicas de aislamiento

Tratamientos de descontaminación de suelosTratamientos de descontaminación de suelosD

esconta

icas. B

Descontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.

� almacenamiento : vertederos controlados� protección superficial : recubrimientos

� pantallas de aislamiento : paredes impermeables

esconta

icas. B

� almacenamiento : vertederos controlados� protección superficial : recubrimientos

� sellado in situ : encapsulado

esconta

icas. B

� estabilización/solidificación

Procesos físicos o químicos, in-situ o ex-situ

Desconta

icas. B

� vitrificación

Calentamiento > 1.200º C para fundir al suelo junto a contaminantes.

Destrucción total del suelo, obteniéndose un residuo vítreo como la obsidiana.

Desconta

icas. B

Ex situ (O

n site)S

imilar al in situ pero en hornos (>

1.500ºC).

� vitrificación

� incineración

Calentamiento, 870-1.200ºC en un horno.

Destrucción total suelo y contaminantes, dando gases y cenizas.

Desconta

icas. B

� Arrastre� Lavado

� Tratamiento químico

� Tratamiento electroquímico

� Desorción térmica

2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicas

esconta

icas. B

Extracción por fluidos (aire = arrastre; agua = lavado)

� Arrastre:

por inyección de aire (Air Sparging)

mediante vacío (Soil Vapor Extraction)

2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicas

Soil Vapor Extraction (SVE)

inyección de airearrastre

Air Sparging

Desconta

icas. B

� Arrastre. Extracción por aire.

Contaminantes volátiles:

Presión de vapor de mercurio < 0,5 mm y bajo peso

molecular: xileno, benceno, tolueno, tetracloruro de

carbono, tricloroetano, cloruro de metilo, etc.

2. Técnicas físicas y químicas2. Técnicas físicas y químicasD

esconta

icas. B

Costes: 150 – 300 $/ m3 suelo

� Arrastre. Extracción por aire.

� Lavado. Extracción por agua con y sin aditivos (ácidos, bases,

tensioactivos).

Contaminantes solubles en agua. Metales pesados,

cianuros metálicos, disolventes nitrogenados,

hidrocarburos aromáticos, gasolinas, aceites minerales,

organoclorados, policlorobifenilos, etc

esconta

icas. B

Costes: 300 $/ m3 suelo

� Arrastre.

� Lavado.

� Tratamiento químico. Reacciones de oxidación. Oxígeno y agua

oxigenada. Extracción por ácidos y reactivos orgánicos.

Aldehidos, ácidos orgánicos, fenoles, cianuros y

plaguicidas organoclorados.

esconta

icas. B

� Arrastre.

� Lavado.

� Tratamiento químico.

� Tratamiento electroquímico. Migración tras aplicación de

corriente eléctrica (ánodo – cátodo).

Metales pesados y compuestos orgánicos.

esconta

icas. B

Costes: 120 $/ m3 suelo

� Arrastre.

� Lavado.

� Tratamiento químico.

� Tratamiento electroquímico.

� Desorción térmica. Volatilización de contaminantes mediante

calor en cámara.

Contaminantes volátiles (herbicidas clorados y PAHs),

algunos metales pesados.

esconta

icas. B

In situ- Bioventing- Biorremediación- Bioaumentación- Fitorremediación

Ex situ- Biopilas- Compostaje- Landfarming- Lodos

3. Biorremediación3. Biorremediación

esconta

iació

TÉCNICAS BIOLÓGICAS

Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de

sus actividades metabólicas.

Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo

(nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)

Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos

Desconta

iació

BIOVENTING

CONCEPTOInyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la

concentración de oxígeno y estimular la biodegradación. Utiliza bajas tasas de flujo (diferencia con Soil Vacuum Extraction (SVE))

DESCRIPCIÓN

Técnica a medio – largo plazo (meses – años)

Desconta

iació

APLICABILIDAD

LIMITACIONES

- Hidrocarburos del petróleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros orgánicos (fuels).- Favorece la degradación de VOCs por la lenta migración hacia zonas biológicamente activas del suelo.- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgánicos (cambio de estado de valencia, cambio en movilidad)

- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.- Posible emisión de vapores (control y monitoreo)- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio)- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradación.- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediación.

Desconta

iació

BIOVENTING

COSTES 10 - 70 $ (8 – 55 €) m3 suelo

BIORREMEDIACIÓN

CONCEPTOEstimulación de la actividad de microorganismos del suelo (o

inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas ricas en nutrientes o productos enmendantes y sautradas en oxígeno disuelto.

DESCRIPCIÓN

Técnica a largo plazo (años)

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extraíbles por volatilidad (SVE))- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas de extracción, limpieza o remoción.

Aeróbica:Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular

Anaeróbica:Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)

(a veces el residuo puede ser más tóxico; ej: TCE = cloruro de vinilo)

Podredumbres blancas (hongos):Enzimas que degradan lignina. Aplicadas al TNT (laboratorio)

BIORREMEDIACIÓND

esconta

iació

COSTES

- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)- Bloqueo de pozos de inyección nutrientes (colonización de orgs.)- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Se requiere tratamiento del agua extraída.

30 - 100 $ (25 – 80 €) m3 suelo

LIMITACIONES

BIORREMEDIACIÓND

esconta

iació

BIOAUMENTACIÓN

CONCEPTOIntroducción en el suelo de organismos seleccionados,

adaptados o genéticamente modificados para degradar contaminantes específicos.

DESCRIPCIÓN

Técnica a medio - largo plazo (meses - años)

Los tratamientos electroquímicos pueden mejorar los resultados

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.- Descontaminación de campos de batalla (US Dep. Defense).

Organismos más usados:

Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.

Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.

BIOAUMENTACIÓND

esconta

iació

COSTES

- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)- Texturas finas o suelos heterogéneos (limitan el contacto entre los microorganismos y el contaminante)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Poco efectiva para contaminantes inorgánicos.

25 - 105 $ (20 – 80 €) m3 suelo

LIMITACIONES

BIOAUMENTACIÓND

esconta

iació

FITORREMEDIACIÓN

CONCEPTOProceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar

y destruir contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos.

DESCRIPCIÓN

Técnica a largo plazo (años)

Desconta

iació

FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)

FITORREMEDIACIÓN

CONCEPTOAbsorción de contaminantes (inorgánicos o radionucléidos)

por plantas y traslocación / acumulación en raíz, tallo y/o hojas.

Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante / kg suelo.(algunas se usan con fines extractivos, minería (Ni, Cu))

Desconta

iació

FITORREMEDIACIÓN

Biodisponibilidad:Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, CuModerada: Co, Mn, FeBaja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Cítrico ∆ biodisp.)

EspecieThlaspi caerulescensThlaspi calaminare

Haumaniastrum robertiiHaumaniastrum katangense

Ipomoea alpinaThlaspi rotundifolum subsp.

Macadamia neutrophyllaAlyssum bertoloniiBerkheya coddii

Psychotria douarreiAstragalus pattersoni

Iberis intermediaAtriplex confertifolia

Pteris vittata

ElementoCd, Zn

ZnCoCuCuPbMnNiNiNiSeTlUAs

Conc. (mg/kg)3000, 10000

100001020083561230082005500013400170004750060003070100

Desconta

iació

COSTES

- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.- Adaptación de las plantas al medio contaminado (tolerancia).- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).- Condiciones climáticas.

15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo

LIMITACIONES

FITORREMEDIACIÓN

Desconta

iació

FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)

FITORREMEDIACIÓN

CONCEPTOMetabolismo o degradación enzimática de contaminantes

orgánicos en el interior de la planta, transformándolos en no-tóxicos o disminuyendo su toxicidad (incluye la fitovolatilización).

Procesos:- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificación).- Degradación en CO2 y H2O.

Desconta

iació

itotransformación)

COSTES

- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trófica.- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorción de los contaminantes (lixiviados).- Está en fase de investigación.

15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo

LIMITACIONES

FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)

FITORREMEDIACIÓN

Desconta

iació

FITOESTABILIZACIÓN

FITORREMEDIACIÓN

CONCEPTOProducción de compuestos químicos por las plantas para

inmovilizar contaminantes en la interfase suelo – raíz.

Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros métodos de remediación fracasan.

Desconta

iació

COSTES

- Grado de contaminación del suelo.- Condiciones climáticas adversas.- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).- No extrae ni degrada contaminantes, sólo los inmoviliza.

15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo

LIMITACIONES

FITORREMEDIACIÓN

FITOESTABILIZACIÓND

esconta

iació

FITORREMEDIACIÓN

FITOESTIMULACIÓN

CONCEPTODegradación de contaminantes orgánicos (plaguicidas,

PAHs y disolventes orgánicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la rizosfera (biodegradación por rizosfera mejorada o rizodegradación).

Mecanismos en la rizosfera:- La exudación de compuestos mejora la activ. microbiana.- Oxigenación del suelo (transformaciones aeróbicas)- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.- Las micorrízas (hongos) degradan contaminantes orgánicos.- Mejora del hábitat para poblaciones microbianas.

Desconta

iació

COSTES

- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.- Efectiva sólo en sitios con bajo grado de contaminación.- Está en fase de investigación.

10 – 150 (8 – 115 €) $ m3 suelo

LIMITACIONES

FITORREMEDIACIÓN

FITOESTIMULACIÓND

esconta

iació

VENTAJAS

- Bajo coste.- Preserva el suelo (no destruye su estructura ni fertilidad).- Evita dispersión y lavado de contaminantes.- Inmoviliza o degrada contaminantes (orgánicos).- Efectiva para cont. Inorgánicos.- Aceptación social (ecológica).

INCONVENIENTES

FITORREMEDIACIÓN

- Lenta (años).- Producción de biomasa baja (densidad y longitud raíz).- Contaminación elevada = toxicidad de la planta.- Tratamiento de plantas, riesgo a la cadena trófica.- Condiciones climáticas adversas.

Desconta

iació

BIOPILAS

CONCEPTOMezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y

confinamiento en montones estáticos sometidos a aireación (inyección o vacío) y recogida de gases y lixiviado para su tratamiento.

DESCRIPCIÓN

Técnica a corto plazo (semanas - meses)

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.- Incrementa la biodegradación favoreciendo las condiciones de humedad, temperatura, nutrientes, oxígeno y pH.- Impermeabilización completa de la pila (acompañar con técnicas de recogida y tratamiento de gases y lixiviados).

BIOPILASD

esconta

iació

COSTES130 - 260 $ (100 – 200 €) m3 suelo

LIMITACIONES

- Excavación del suelo = riesgo de liberación de VOCs.- Test previos de biodegradación del contaminante (cálculo de tasas de aireación y nutrientes).- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.- Uniformidad cuestionable (proceso estático, no mezcla periódica).

BIOPILASD

esconta

iació

COMPOSTAJE

CONCEPTOMezcla de suelo contaminado con materiales porosos y

enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación (incremento de temperatura ).

Técnica a corto plazo (semanas - meses)

DESCRIPCIÓN

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- Explosivos y PAHs.- Mantener condiciones de oxidación (aireación), humedad (irrigación) y temperatura (54 – 65 ºC)- Métodos de aireación:

· Mezcla mecánica de montones (la más usada)· Estática, inyección o bombeo en pilas.· Agitación mecánica en contenedores.

- Controlar la emisión de VOCs y SVOCs.

COMPOSTAJED

esconta

iació

COSTES

150 – 180 – 220 $ (115 – 140 – 170 €) m3 sueloMezcla mecánica – Estática – Agitación mecánica

LIMITACIONES

- Requiere espacios grandes para su aplicación.- La excavación del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).

COMPOSTAJED

esconta

iació

LANDFARMING

CONCEPTODisposición del suelo contaminado en capas lineales y

remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación (humedad, nutrientes, etc.)

Técnica a medio - largo plazo (meses - años)

DESCRIPCIÓN

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- Hidrocarburos del petróleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.- Recogida y tratamiento de escorrentías y lixiviados.

LANDFARMINGD

esconta

iació

COSTES

150 $ (115 €) m3 suelo

LIMITACIONES

- Requiere espacios grandes para su aplicación.- La excavación del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).

LANDFARMINGD

esconta

iació

CONCEPTOMezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos,

para favorecer la biodegradación al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante, dentro de un “bioreactor”.

Técnica a corto - medio plazo (semanas - meses)

DESCRIPCIÓN

Desconta

iació

APLICABILIDAD

- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCsal excavar un suelo).- Biorreactores secuenciales aeróbicos/anaeróbicos, mejoran la remediación de PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.- 1º Tamizar suelo; 2º Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3º Añadir oxígeno y nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4º Filtrado y secado del suelo y tratamiento de resíduos.

LODOSD

esconta

iació

COSTES

160 - 210 $ (125 - 165 €) m3 suelo

LIMITACIONES

- Tamizado previo del suelo (caro).- Problemática en suelos heterogéneos y arcillosos. - Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes (caro).

LODOSD

esconta

iació

SDescontaminación: Aislamiento. Físico-Químicas. Biorremediación.

COMPARATIVA DE MÉTODOS

Las más usadas:In situ: Bioventing y Fitorremediación; Ex situ: Landfarming

Desconta

iació

COSTE DEL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS CONTAMINADOS

Tratamientos in situ (en €/m3 suelo)Técnicas de extracción 50-80Técnicas biológicas 50-80

Tratamientos ex situRECUPERACIÓNExcavación y transporte 15-30Relleno con suelo limpio 15Limpieza de suelos 150-200Biorremediación 150-200ELIMINACIÓNIncineración 100-500Solidificación 100-150Vitrificación 250

863863

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