Técnicas de Recuperación de Suelos Contaminados Aplicadas a Sedimentos Marinos. Posibilidades

Transcripción

1 Restauración Ambiental y Medidas Compensatorias Aplicadas al Ámbito Portuario Puertos del Estado, Madrid 24 de Enero, 2017 Técnicas de Recuperación de Suelos Contaminados Aplicadas a Sedimentos Marinos. Posibilidades Irene Ortiz Bernad Dpto. de Edafología y Química Agrícola Universidad de Granada

2 Lodos marinos de dragado - Esenciales para posibilitar el acceso a los puertos de los buques y para el desarrollo de las estructuras portuarias - Con5enen carga contaminante Categoría I: Efectos nulos, se pueden verter libremente al mar Categoría II: Concentraciones moderadas, ver5do controlado Categoría III: Concentraciones elevadas contaminantes, no deben ser ver5dos y requieren un proceso de descontaminación Metales pesados, metaloides (As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn), PCBs, HAPs, TBT y productos de degradación, hidrocarburos, pesbcidas organoclorados

3 SUELO Contaminación del suelo Poder de amortiguación: Capacidad natural de depuración. El suelo actúa como barrera protectora de otros medios más sensibles como el hidrológico o biológico (la fracción arcilla, < 2μm, tiene gran capacidad de retención de contaminantes; efecto de la materia orgánica) CONTAMINANTE Biodisponibilidad: asimilación del contaminante por los organismos Movilidad: regula la distribución del contaminante y su posible transporte a otros sistemas Persistencia: regula el periodo de actividad de la sustancia y su peligrosidad Carga crítica: cantidad máxima de un determinado componente que puede ser aportado al suelo sin que se produzcan efectos nocivos

4 Planificación de un proyecto de descontaminación de suelos Fase 1. Valoración preliminar (Preliminar site assessment) - Valoración general de la contaminación y su peligrosidad - Caracterización del si5o (geología, hidrología, población, etc.) - Inspección del si5o y valoración in situ de la problemá5ca Fase 2. Inves5gación detallada (Ini5al site inves5ga5on) - Naturaleza, localización, extensión y procedencia - Muestreo superficial y subsuperficial. Análisis en el laboratorio Fase 3. Planificación (Remedial inves5ga5on/feasibility study) - Valoración de riesgos. Medidas urgentes de protección inmediata - Definición de los obje5vos de la limpieza y delimitación de las concentraciones máximas permisibles de contaminantes - Posibles alterna5vas de recuperación (comportamientos previsibles, probable efec5vidad, costes del proceso y costes del seguimiento) y su discusión - Elección de la alterna5va más recomendable Fase IV. Plan de actuación (Record of Decision) - Planificación prác5ca de la alterna5va más fiable - Ensayo piloto y planteamiento final - Estudio detallado de parámetros técnicos y seguimiento temporal - Estudio de resultados y planificación del seguimiento posterior

5 Procesos responsables de la redistribución y acumulación de contaminantes en los suelos Riesgo importante: almacenaje de compuestos tóxicos inactivos que pueden activarse en otras condiciones (moléculas orgánicas y metales pesados: solubilización, importancia de las condiciones rédox y la especiación) Mecanismos para el control de contaminantes: reacciones de precipitacióndisolución, reacciones ácido-base, reacciones de oxidación-reducción, reacciones de adsorción-desorción, reacciones de complejación, procesos metabólicos Mecanismos de salida de contaminantes: volatilización, bioasimilación, disolución en agua, erosión

6 Tratamientos de descontaminación de suelos Laboriosos, complejos, lentos, costosos, de resultados incompletos Recuperar los suelos o destruirlos? Lodos marinos Devolverlos al mar o almacenarlos en vertederos controlados?

7 Técnicas de recuperación de suelos Contención Aíslan el contaminante sin actuar sobre él, mediante barreras físicas Confinamiento Reducen la movilidad del contaminante actuando sobre condiciones físico-químicas de los contaminantes Descontaminación Disminuyen la concentración del contaminante : en el lugar donde se localizan Ex situ: excavación previa on-site u off-site (Kaifer et al., 2004)

8 Tipo de Tratamiento Tratamiento Aplicación Descontaminación Físico- químico Extracción Lavado Flushing Electrociné5ca Adición de enmiendas Barreras permeables ac5vas Inyección aire comprimido Pozos de recirculación Oxidación ultravioleta Ex situ Ex situ Tipo de Contaminante Orgánicos e Inorgánicos Biológico Biodegradación asis5da Biotransformación metales Fitorrecuperación Bioven5ng Landfarming Biopilas Compostaje Lodos biológicos Ex situ Ex situ Ex situ Ex situ Orgánicos e Inorgánicos Térmico Incineración Desorción térmica Ex situ Ex situ Explosivos- Org Orgánicos

9 Agua Tamiz Fracción gruesa desechada Polímero Lodos arcillosos y limosos para su eliminación Lavado Tierra fina Clarificador Flotador de espuma Tanque de agitación Hidrociclón Aire Suelo contaminado Agua reciclada Filtro Filtro Agente de lavado Tratamiento de aguas Agua limpia Suelo limpio Extracción ex-situ de contaminantes adsorbidos en el suelo mediante ataque químico tras tamizado Lavado con extractantes químicos que desorben y solubilizan, lavado posterior con agua Contaminantes orgánicos semivolátiles, hidrocarburos, cianuros y metales Tratamiento físico-químico Descontaminación

10 Flushing Gases tratados Emisión controlada de gases Agua tratada Tratamiento del agua subterránea Solución extractante Solución extractante Separador Residuo Suelo contaminado Solución de lavado con contaminantes Nivel del agua subterránea Pozo de inyección Pluma de contaminación Pozo de extracción Extracción de contaminantes con agua o soluciones acuosas inyectadas Todo tipo de contaminantes, especialmente inorgánicos Eficaz en sedimentos permeables, requiere vigilancia estrecha Tratamiento físico-químico Descontaminación

11 Proceso electrocinético Corriente eléctrica Extracción/Procesado de fluidos Pozo de purga Pozo de extracción OH - de reducción del agua provocan precipitación metales Ánodo Suelo contaminado Cátodo - Nivel del agua subterránea H + de oxidación del agua genera un frente ácido que provoca desorción Migración de contaminantes mediante aplicación de una corriente eléctrica con electrodos Aniones al electrodo positivo y cationes al negativo Metales solubles o complejados en forma de óxidos, carbonatos e hidróxidos. Bajo consumo energético y acumulación de contaminantes en electrodos que se pueden limpiar Tratamiento físico-químico Descontaminación

12 Barrera permeable activa Fuente de contaminación Superficie del terreno Barrera permeable Flujo de agua subterránea Agua subterránea descontaminada Pantalla perpendicular al flujo de la pluma contaminante que adsorbe, precipita o degrada Contaminantes orgánicos e inorgánicos según el material de la pantalla (Fe 0 para degradación abiótica por procesos oxido-reducción, nutrientes para biodegradación, carbón activo o arcillas adsorbentes) Tratamiento físico-químico Descontaminación

13 Adición de enmiendas Adición de carbonatos Tratamiento físico-químico Descontaminación

14 Adición de enmiendas Adición de óxidos de Fe Tratamiento físico-químico Descontaminación

15 Adición de enmiendas Adición de zeolitas (adsorbentes) Tratamiento físico-químico Descontaminación

16 BIORRECUPERACIÓN Tratamientos de recuperación que degradan contaminantes orgánicos o disminuyen la toxicidad de contaminantes inorgánicos mediante la realización de las ac5vidades metabólicas de microorganismos, fundamentalmente bacterias. Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo (nutrientes, humedad, ph, temperatura, etc..). Microorganismos autóctonos y alóctonos. Tecnologías más sencillas, más baratas y respetuosas con el medio ambiente, pero lentas y di\ciles de extrapolar en tratamientos in situ.

17 Biodegradación asistida Estimulación in situ de la actividad de microorganismos del suelo (o inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas saturadas en oxígeno, ricas en nutrientes, fuentes de carbono y donadores y aceptores de electrones. Técnica a largo plazo (años) Biológico in situ Descontaminación

18 Biotransformación de metales Reacciones rédox Metilación Formación de complejos Biosorción Acumulación intracelular Procesos de inmovilización de metales tóxicos que dependen de la especiación de los metales y las condiciones del medio Biológico in situ Descontaminación

19 Biotransformación de metales Inyección de acetato Zona de bioprecipitación U(VI) V(V) 2 CO 2 Acetato U(VI) V(V) U(VI) Geobacter Flujo de agua subterránea Fe(II) Fe(III) U(IV) U(VI) V(IV) V(V)

20 Aceptores de electrones Célula de combustible microbiana O2 Donadores de electrones Potenciostato H2O Electrodo de referencia Electrodo de trabajo (cátodo) Bacterias sobre el electrodo Contraelectrodo (ánodo) Suministro de pequeñas corrientes eléctricas en suelos y aguas contaminadas puede servir para mantener biorreducción, precipitación y eliminación de metales tóxicos Estrategia de biorrecuperación de ambientes subsuperﬁciales contaminados con compuestos orgánicos

21 Fitorrecuperación Fitoestabilización Fitoextracción Fitodegradación Fitovolatilización Rizofiltración Plantas extraen, acumulan, inmovilizan o transforman contaminantes. Metales, explosivos y otros compuestos orgánicos Procesos lentos, vigilar la toxicidad para las plantas Biológico in situ Descontaminación

22 Biopilas Técnica a corto plazo (semanas - meses) Mezcla suelo contaminado con orgánicos (petróleo) en montones o pilas sucesivas a los que se es5mula ac5vidad microbiana aerobia mediante inyección/extracción de aire y adición de nutrientes, minerales y agua. Biológico ex situ Descontaminación

23 Lodos biológicos Técnica a corto (semanas - meses) Excavación, tamizado y mezcla con lodos, agua y otros adi5vos en un biorreactor controlado. Se favorece la biodegradación de contaminantes orgánicos al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante y permite un control de todos los parámetros de crecimiento biológico. Filtrado, secado y tratamiento de residuos. Biológico ex situ Descontaminación

24 Incineración Ex situ, calentamiento ºC en horno, destrucción total del sedimento y contaminantes, dando gases y cenizas que pueden contaminar la atmósfera. Térmico ex situ Descontaminación

25 Tipo de Tratamiento Tratamiento Aplicación Tipo de Contaminante Contención Barreras ver5cales Barreras horizontales Barreras de suelo seco Barreras hidráulicas Sellado profundo Orgánicos e Inorgánicos Confinamiento Estabilización \sico- química Inyección de solidificantes Vitrificación Ex situ In- Ex situ Inorgánicos Inorg.- Org.

26 Estabilización físico-química Reduce movilidad inorgánicos mediante reacciones químicas que reducen solubilidad Tamizado previo, aditivos o agentes estabilizantes como cementos, fosfatos o álcalis que suben ph Buenos resultados para contaminantes inorgánicos y orgánicos, reutilización o vertederos Inyección solidificantes: similar pero in situ en pozos Confinamiento

27 Vitrificación Electrodo Gases para su tratamiento Electrodo Colector de gases Cubierta porosa fría Capa flotante Volátiles No volátiles Transformación a material vítreo (obsidiana) estable por calentamiento > 1500 ºC Ex situ (corriente eléctrica en hornos)- (electrodos de grafito, solidificación) Buenos resultados para confinar contaminantes inorgánicos y orgánicos Elevado coste y consumo energético, modificación total del sedimento Confinamiento

28 Evaluación de riesgos potenciales para ecosistema o ser humano en lugares contaminados Caracterización de la zona Estudio de mejores alternabvas de tratamiento Diseño, plan de tratamiento y monitorización Seguimiento del proceso de limpieza y reublización

29 COSTE DEL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS CONTAMINADOS (en /m 3 suelo) Tratamientos in situ Técnicas de extracción Técnicas biológicas Tratamientos ex situ DESCONTAMINACIÓN Excavación y transporte Relleno con suelo limpio 15 Limpieza de suelos Biorrecuperación Incineración CONFINAMIENTO Solidificación Vitrificación 250

30 Reflexiones finales: métodos más facbbles - Descontaminación Métodos \sico- químicos: Lavado (extractantes), Electrociné5ca Biorrecuperación: Biodegradación, Lodos biológicos (orgánicos), células microbianas de combus5ble???? Incineración o desorción térmica (buena ges5ón de gases residuales) - Contención o confinamiento Estabilización \sico- química (agentes estabilizantes) Vitrificación Valorar Bpo de contaminantes, volumen lodos marinos y costes Tratamientos mixtos In situ y/o ex situ

31 Restauración Ambiental y Medidas Compensatorias Aplicadas al Ámbito Portuario Puertos del Estado, Madrid 24 de Enero, 2017 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN