DESCONTAMINACIN DE SUELOS:TCNICAS BIOLGICASDepartamento de Edafologa y Qumica AgrcolaFacultad de Ciencias. Universidad de Granadafjmartin@ugr.esFrancisco Martn PeinadoDescontaminacin de Suelos

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasTCNICAS BIOLGICAS

In situ- Bioventing- Biorremediacin- Bioaumentacin- FitorremediacinEx situ- Biopilas- Compostaje- Landfarming- Lodos

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasTCNICAS BIOLGICASEstimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realizacin de sus actividades metablicas.Se basan en la adaptacin de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo (nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)Se aplican a multitud de contaminantes orgnicos y a algunos contaminantes inorgnicos

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasIn situ

NO

BAJOS

ALTO

DUDOSA DIFCILEx situ

SI

ALTOS

BAJO

SI FCILVENTAJAS E INCONVENIENTES DE TCNICAS IN SITU Y EX SITU

BioventingTcnicas biolgicasEn ocasiones las tcnicas biolgicas se acompaan de otras tcnicas fsicas y qumicas para completar el proceso de limpieza

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasPARMETROS CON MAYOR INFLUENCIACondiciones aerbicas: Favorecen la oxidacin y la actividad biolgica. Dependen de la textura del suelo, grado de saturacin y condiciones redox.Condiciones anaerbicas: Puede degradar algunos contaminantes orgnicos (clorados) o impedir la oxidacin de algunos minerales (sulfuros metlicos).Agua: Medio de transporte de nutrientes y constituyentes orgnicos (absorcin secrecin) al interior exterior de los orgs. Nutrientes: Se aplican para favorecer la actividad biolgica (algunos metales pesados son tambin micronutrientes). pH: Afecta la solubilidad y biodisponibilidad de muchos contaminantes. Temperatura: Afecta la actividad biolgica (problema en climas fros). Se puede inducir calentamiento controlado (problema VOCs).

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOVENTINGCONCEPTOInyeccin (o extraccin) forzada de aire para incrementar la concentracin de oxgeno y estimular la biodegradacin. Utiliza bajas tasas de flujo (diferencia con Soil Vacuum Extraction (SVE))Tcnica a medio largo plazo (meses aos)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOVENTINGAPLICABILIDADLIMITACIONES- Hidrocarburos del petrleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros orgnicos (fuels).- Favorece la degradacin de VOCs por la lenta migracin hacia zonas biolgicamente activas del suelo.- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgnicos (cambio de estado de valencia, cambio en movilidad)- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.- Posible emisin de vapores (control y monitoreo)- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio)- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradacin.- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediacin.

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOVENTINGCOSTES- Tipo y concentracin del contaminante, y permeabilidad del suelo.- Espaciado y n pozos.- Tasa de bombeo.- Tratamiento de gases emitidos.- Periodicidad del monitoreo.- Tcnica cada vez ms utilizada, en especial junto a SVE

- Air Force Center for Environmental Excellence (AFCEE), demostraciones de bioventing en 135 lugares,http://www.afcee.brooks.af.mil/er/ert/bioventing.htm. 10 - 70 $ (8 55 ) m3 suelo

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOVENTINGCASO PRCTICOLocalidad: Base Fuerzas Areas Ogden, Utah (USA)Origen: Enero 1985, vertido de 102 m3 fuel de avin JP-4Contaminantes: Hasta 10.200 mg/kg de hidroc. tot. petr. (TPH)rea contaminada: 1.625 m2 (6.600 m3 suelo)Tratamiento: SVE seguido de BIOVENTINGDuracin: 15 mesesResultado final: TPH < 6 mg/kg (nivel referencia = 38,1 mg /kg)Coste: 90 $ m3Observaciones:Suelo muy favorable (arenoso, gravoso)No se requiri incinerador cataltico de gasesSe extrajeron unos 95.700 kg de contaminante

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIORREMEDIACINCONCEPTOEstimulacin de la actividad de microorganismos del suelo (o inoculados) mediante la circulacin de soluciones acuosas ricas en nutrientes o productos enmendantes y sautradas en oxgeno disuelto.DESCRIPCINTcnica a largo plazo (aos)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIORREMEDIACINAPLICABILIDAD- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extrables por volatilidad (SVE))- Degrada contaminantes orgnicos e inmoviliza los inorgnicos.- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas de extraccin, limpieza o remocin.Aerbica:Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular

Anaerbica:Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)(a veces el residuo puede ser ms txico; ej: TCE = cloruro de vinilo)

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

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIORREMEDIACINCOSTES- Propiedades del suelo- Potencial de lixiviado del contaminante- Reactividad qumica (tendencia a reacciones no biolgicas)- Biodegradabilidad del contaminante- Riesgo de contaminacin de aguas subterrneas (infiltracin)- Bloqueo de pozos de inyeccin nutrientes (colonizacin de orgs.)- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Se requiere tratamiento del agua extrada. 30 - 100 $ (25 80 ) m3 sueloLIMITACIONES

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOAUMENTACINCONCEPTOIntroduccin en el suelo de organismos seleccionados, adaptados o genticamente modificados para degradar contaminantes especficos.DESCRIPCINTcnica a medio - largo plazo (meses - aos)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOAUMENTACINAPLICABILIDAD- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.- Degrada contaminantes orgnicos e inmoviliza los inorgnicos.- Descontaminacin de campos de batalla (US Dep. Defense).Organismos ms usados:

Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.

Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situBIOAUMENTACINCOSTES- Propiedades del suelo (textura, permeabilidad, pH, CO, humedad, nutrientes).- Propiedades del contaminante (biodegradabilidad, reactividad qumica, solubilidad en agua).- Riesgo de contaminacin de aguas subterrneas (infiltracin)- Texturas finas o suelos heterogneos (limitan el contacto entre los microorganismos y el contaminante)- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.- Poco efectiva para contaminantes inorgnicos. 25 - 105 $ (20 80 ) m3 sueloLIMITACIONES

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situFITORREMEDIACINCONCEPTOProceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar y destruir contaminantes tanto orgnicos como inorgnicos. DESCRIPCINTcnica a largo plazo (aos)

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITOEXTRACCIN (Fitoacumulacin)FITORREMEDIACINCONCEPTOAbsorcin de contaminantes (inorgnicos o radionuclidos) por plantas y traslocacin / acumulacin en raz, tallo y/o hojas. Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante / kg suelo.(algunas se usan con fines extractivos, minera (Ni, Cu))

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITOEXTRACCIN (Fitoacumulacin)FITORREMEDIACINBiodisponibilidad:Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, CuModerada: Co, Mn, FeBaja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Ctrico biodisp.)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situCOSTES- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.- Adaptacin de las plantas al medio contaminado (tolerancia).- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).- Condiciones climticas.15 - 40 $ (10 30 ) m3 sueloLIMITACIONESFITOEXTRACCIN (Fitoacumulacin)FITORREMEDIACIN

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITODEGRADACIN (Fitotransformacin)FITORREMEDIACINCONCEPTOMetabolismo o degradacin enzimtica de contaminantes orgnicos en el interior de la planta, transformndolos en no-txicos o disminuyendo su toxicidad (incluye la fitovolatilizacin). Procesos:- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificacin).- Degradacin en CO2 y H2O.

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITORREMEDIACINFITODEGRADACIN (Fitotransformacin)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situCOSTES- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trfica.- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorcin de los contaminantes (lixiviados).- Est en fase de investigacin.15 - 40 $ (10 30 ) m3 sueloLIMITACIONESFITODEGRADACIN (Fitotransformacin)FITORREMEDIACIN

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITOESTABILIZACINFITORREMEDIACINCONCEPTOProduccin de compuestos qumicos por las plantas para inmovilizar contaminantes en la interfase suelo raz. Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros mtodos de remediacin fracasan.

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situCOSTES- Grado de contaminacin del suelo.- Condiciones climticas adversas.- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).- No extrae ni degrada contaminantes, slo los inmoviliza.15 - 40 $ (10 30 ) m3 sueloLIMITACIONESFITORREMEDIACINFITOESTABILIZACIN

Tcnicas biolgicas in situDescontaminacin de SuelosFITORREMEDIACINFITOESTIMULACINCONCEPTODegradacin de contaminantes orgnicos (plaguicidas, PAHs y disolventes orgnicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la rizosfera (biodegradacin por rizosfera mejorada o rizodegradacin). Mecanismos en la rizosfera:- La exudacin de compuestos mejora la activ. microbiana.- Oxigenacin del suelo (transformaciones aerbicas)- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.- Las micorrzas (hongos) degradan contaminantes orgnicos.- Mejora del hbitat para poblaciones microbianas.

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situCOSTES- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.- Efectiva slo en sitios con bajo grado de contaminacin.- Est en fase de investigacin.10 150 (8 115 ) $ m3 sueloLIMITACIONESFITORREMEDIACINFITOESTIMULACIN

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situVENTAJAS- Bajo coste.- Preserva el suelo (no destruye su estructura ni fertilidad).- Evita dispersin y lavado de contaminantes.- Inmoviliza o degrada contaminantes (orgnicos).- Efectiva para cont. Inorgnicos.- Aceptacin social (ecolgica).INCONVENIENTESFITORREMEDIACIN- Lenta (aos).- Produccin de biomasa baja (densidad y longitud raz).- Contaminacin elevada = toxicidad de la planta.- Tratamiento de plantas, riesgo a la cadena trfica.- Condiciones climticas adversas.

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas in situCASO PRCTICOLocalidad: Ensign-Bickford Company, Simsbury, Connecticut (USA)Origen: 1996-97, quema y detonaciones al aire libre (OB/OD)Contaminantes: Hasta 4.000 mg/kg de Pb (media 635 mg/kg)rea contaminada: IndeterminadaTratamiento: Fitoextraccin y fitoestabilizacin (mostaza india y girasol, tres tratamientos; en parcelas de experimentacin)Duracin: 7 mesesResultado final: Reduccin en algunas reas de 635 a 478 mg/kgCoste: no especificadoObservaciones:Suelos fertilizados y encalados para ajustar pHSe instal un sistema de riego y abonado foliarEn una parcela, la mostaza india lleg a adsorber hasta 3252 mg/kg de PbFITORREMEDIACIN

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situBIOPILASCONCEPTOMezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y confinamiento en montones estticos sometidos a aireacin (inyeccin o vaco) y recogida de gases y lixiviado para su tratamiento.Tcnica a corto plazo (semanas - meses)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situAPLICABILIDAD- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.- Incrementa la biodegradacin favoreciendo las condiciones de humedad, temperatura, nutrientes, oxgeno y pH.- Impermeabilizacin completa de la pila (acompaar con tcnicas de recogida y tratamiento de gases y lixiviados).BIOPILAS

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCOSTES130 - 260 $ (100 200 ) m3 sueloBIOPILASLIMITACIONES- Excavacin del suelo = riesgo de liberacin de VOCs.- Test previos de biodegradacin del contaminante (clculo de tasas de aireacin y nutrientes).- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.- Uniformidad cuestionable (proceso esttico, no mezcla peridica).

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCASO PRCTICOLocalidad: U.S. Army Fort Greely, Alaska (USA)Origen: Excavaciones en zonas de almacenaje (1991 1993)Contaminantes: SVOCs, VOCs, Fuels, BTEX (hasta 3000 mg/kg gasolinas y 20,2 mg/kg BTEX)Volumen suelo : 15710 m3 filtrado y lavado, 13000 m3 tratado.Tratamiento: Fase I: Filtrado y lavado; Fase II: Biopilas; Fase III: procesado de contaminantes.Duracin: 3 aosResultado final: Fuels < 100 mg/kg; BTEX < 10 mg/kg; (descenso medio del 85%) y > 95% en VOCs y SVOCs.Coste: Fase I: 26 $ m3; Fase II: 39 $ m3; Fase III: 22 $ m3.Observaciones:Tratamiento combinado y con mezcla peridica.BIOPILAS

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCOMPOSTAJECONCEPTOMezcla de suelo contaminado con materiales porosos y enmiendas orgnicas (serrn, paja, estircol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradacin (incremento de temperatura ).Tcnica a corto plazo (semanas - meses)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situAPLICABILIDAD- Explosivos y PAHs.- Mantener condiciones de oxidacin (aireacin), humedad (irrigacin) y temperatura (54 65 C)- Mtodos de aireacin: Mezcla mecnica de montones (la ms usada) Esttica, inyeccin o bombeo en pilas. Agitacin mecnica en contenedores.- Controlar la emisin de VOCs y SVOCs.COMPOSTAJE

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCOSTES150 180 220 $ (115 140 170 ) m3 sueloMezcla mecnica Esttica Agitacin mecnicaLIMITACIONES- Requiere espacios grandes para su aplicacin.- La excavacin del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes aadidos).COMPOSTAJE

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCASO PRCTICOLocalidad: Dubose Oil Product Co. Cantonment, Florida (USA)Origen: Lugar de tratamiento y reciclaje residuos (1993 1994)Contaminantes: SVOCs (PAH), VOCs, BTEX (hasta 38,3 mg/kg VOCs, 576 mg/kg PAHs y 160 mg/kg PCP)Volumen suelo : 35400 m3 excavados, 12000 m3 tratados.Tratamiento: Compostaje, con recogida y tratamiento de lixiviados, inyeccin de aire e inoculacin de nutrientes y humedad.Duracin: 1 ao (cada tanda (1300 m3 mximo) hasta 30 das)Resultado final: Limpieza de todos los contaminantes por debajo de los lmites legales (PAH < 50 mg/kg; PCP < 37 mg/kg).Coste: 644 $ m3 (total de operaciones, incluido el compostaje).Observaciones:Tiempo estimado del compostaje, 7 meses.COMPOSTAJE

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situLANDFARMINGCONCEPTODisposicin del suelo contaminado en capas lineales y remocin peridica para favorecer la aireacin, tambin se mejoran las condiciones para estimular la biodegradacin (humedad, nutrientes, etc.)Tcnica a medio - largo plazo (meses - aos)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situAPLICABILIDAD- Hidrocarburos del petrleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.- Recogida y tratamiento de escorrentas y lixiviados.LANDFARMING

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCOSTES150 $ (115 ) m3 sueloLIMITACIONES- Requiere espacios grandes para su aplicacin.- La excavacin del suelo puede liberar VOCs. - Incremento importante de volumen (mats. enmendantes aadidos).LANDFARMING

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCASO PRCTICOLocalidad: Wood Pole Storage Area Vancouver, Washington (USA) Origen: Tratamiento y secado de residuos (desde 1939)Contaminantes: HPAHs (High molecular weight) y PCP (hasta 1500 mg/kg HPAHs y 500 mg/kg PCP)Volumen suelo : 3030 m3 tratados.Tratamiento: Cuatro series de tratamientos: Oxidacin UV, perxido, etanol (acondicionamiento y mejora) y nutrientes (biorremediacin).Duracin: 15 meses (tratamiento medio por capa, 84 das)Resultado final: Disminucin media de la contaminacin en un 80% (HPAH < 22 mg/kg; PCP < 21).Coste: 357 $ m3 (total de operaciones).Observaciones:La solucin nutritiva a base de harina de pescado, alimentaba los microorgs. pero stos no degradaban contaminantes, se sustituy por un fertilizante nitrogenado.LANDFARMING

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situLODOSCONCEPTOMezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos, para favorecer la biodegradacin al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante, dentro de un bioreactor.Tcnica a corto - medio plazo (semanas - meses)

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situAPLICABILIDAD- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCs al excavar un suelo).- Biorreactores secuenciales aerbicos/anaerbicos, mejoran la remediacin de PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.- 1 Tamizar suelo; 2 Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3 Aadir oxgeno y nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4 Filtrado y secado del suelo y tratamiento de resduos.LODOS

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicas ex situCOSTES160 - 210 $ (125 - 165 ) m3 sueloLIMITACIONES- Tamizado previo del suelo (caro).- Problemtica en suelos heterogneos y arcillosos. - Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes (caro).LODOS

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasCOMPARATIVA DE MTODOS

Descontaminacin de SuelosTcnicas biolgicasCOMPARATIVA DE MTODOSLas ms usadas:In situ: Bioventing y Fitorremediacin; Ex situ: Landfarming