Diseño de un Plan de Muestreo optimizado para la caracterización de hidrocarburos en suelos. Caso práctico de estudio en un área de 48.

Transcripción

1 Diseño de un Plan de Muestreo optimizado para la caracterización de hidrocarburos en suelos. Caso práctico de estudio en un área de 48.6 Hectáreas Objetivo: Mostrar las bondades de las técnicas prospectivas (gasometrías y Perfilaje electromagnético) para el diseño y realización de un muestreo optimizado de suelos, que cumpla con los lineamientos incluidos en la NOM- 138-SEMARNAT/SS Autores: M. en G. Sergio F. Méndez Velarde M. en C. J. Jesús Ochoa Valdés Dr. Omar Delgado Rodríguez

2 AREA DE ESTUDIO. La zona evaluada colinda con una de las refinerías de PEMEX. Se trata de terrenos donde se tiene planeado construir nuevas plantas de proceso y tiene una extensión de 48.6 hectáreas mismas que han sido utilizadas principalmente para el Almacenamiento de Desperdicios Industriales.

3 ANTECEDENTE TÉCNICO PEMEX solicito al IMP, realizar el muestreo y evaluación de hidrocarburos en suelo, a fin de establecer sí las concentraciones de hidrocarburos en estos suelos se encontraban por debajo de los límites establecidos en la NOM-138-SEMARNAT/SS-2003 y de no ser así, recomendar actividades de remediación. Retos técnicos del trabajo a realizar. Extensión del predio (48.6 Ha) Interés por no exceder la densidad de muestreo establecida en la NOM 138 (55 pozos). Realizar un plan de muestreo técnicamente confiable ( con 55 sitios de muestreo, es decir un pozo por cada 8,836 m 2 )

4 Es importante conocer la geohidrología, así como algunas de las características fisicoquímicas de los suelos del sitio a evaluar. En la mayoría de los pasivos ambientales la contaminación no es visible en superficie, aunado a que esta puede abarcar grandes extensiones, además de desconocerse la distribución del contaminante en el subsuelo. Es aquí donde se hace necesario la aplicación las metodologías prospectivas como son la Gasometría y PEM. Manto Freático La información que se genera con la aplicación de estas metodologías, es de alto valor para la toma de decisiones en cuanto al número y ubicación de los puntos donde habrá que realizarse el muestreo directo de suelos, lo que se traduce en un ahorro sustancial en cuanto al tiempo y costo.

5 ESTRATEGIA DE EVALUACIÓN Con el objeto de resolver los retos técnicos y establecer sí se requerían actividades de remediación, se decidió: Realizar una evaluación rápida para identificar la posible presencia y distribución de los contaminantes. Se seleccionaron dos tecnologías de rápido avance: Evaluación de Vapores del subsuelo (Gasometría) Perfilaje electromagnético Los resultados permitieron diseñar un plan optimizado de perforación y muestreo de hidrocarburos en suelo.

6 GASOMETRÍA. Compuestos Orgánicos Volátiles GASOMETRÍA Cuando los hidrocarburos son derramados en el suelo, estos pueden detectarse en sus diferentes fases; producto libre, adsorbido en el suelo, disuelto en el agua y presente como gas o vapor orgánico en los espacios de los poros del suelo. Esta última fracción es la que se obtiene y se mide, la cual es en la mayoría de los casos proporcional a la magnitud de la contaminación. La técnica gasométrica, es más eficaz en la detección de compuestos que tienen pesos moleculares bajos, altas presiones de vapor, y baja solubilidad acuosa. Partículas del suelo Ventajas - Rápido - Fácil de hacer - Bajo costo - Resultados en tiempo real - Mínima perturbación del sitio Limitaciones - Medición indirecta - Suelos no saturados - Suelos de semipermeables a permeables - Compuestos de alta volatilidad y baja solubilidad Espacios entre las partículas

7 GASOMETRÍA. Compuestos Orgánicos Volátiles Distribución de puntos de muestreo de Compuestos Orgánicos Volátiles del subsuelo (COV s). Sep Puntos de muestreo, ubicados de manera equidistante (31 m). Se utilizó un GPS para su ubicación en campo.

8 PERFILAJE ELECTRO MAGNÉTICO (PEM) VRP, W. Sauck, 1988 Ventajas: No requiere perforación Detección de metales Rápido avance Bajo costo Limitaciones: Baja penetración (< 6.0) Delimitación 2D Alto nivel de interferencias La resistividad varía en función de las propiedades litológicas y físicas del suelo pero también como resultado de procesos de contaminación. La contaminación madura del suelo por Hidrocarburos se manifiesta como anomalías de baja resistividad (Sauk, 1988) Se realizaron mediciones de PEM en dos orientaciones (ortogonales entre sí), para realizar el proceso de filtrado, y eliminar ruido por interferencia metálica. Para cada orientación se tomaron mediciones en dos polarizaciones (horizontal y vertical), lo que permite obtener valores de resistividad aparente para profundidades de estudio (0 3 m y 0 6 m respectivamente).

9 PERFILAJE ELECTRO MAGNÉTICO (PEM) Lecturas cada 15 m. Para hacer factible el trabajo de campo (terreno con múltiples obstáculos incluyendo pastizales altos), se empleó un sistema de transectos con orientaciones N-S o E-W. En cada transecto se registraban las coordenadas UTM, para posteriormente desplazarnos, con el apoyo del GPS, en una trayectoria recta (manteniendo constante una de las lecturas X o Y según orientación). Lo anterior permite una precisión de +/- 3.0 m., distancia igual o incluso menor, que la esfera electromagnética que genera el equipo PEM la cual es de hasta 6.0 m de diámetro Al final del levantamiento del PEM y de la evaluación de los COV s del subsuelo (gasometría), se obtuvo información que al ser integrada indicaron los sitios con mayor probabilidad de contaminación, información que fue empleada para elaborar el plan optimizado de perforación y muestreo de suelos.

10 Resistividad RESULTADOS Las zonas potencialmente afectadas por hidrocarburos se observan como anomalías de baja resistividad. Se seleccionaron sitios de muestreo dentro de esas anormalidades así como en las áreas circundantes.

11 Resistividad RESULTADOS Las zonas potencialmente afectadas por hidrocarburos se observan como anomalías de baja resistividad. Se seleccionaron sitios de muestreo dentro de esas anormalidades así como en las áreas circundantes.

12 Resistividad RESULTADOS No solo se posicionaron estaciones dentro de las zonas de anomalía geoeléctrica. También se seleccionaron sitios con diferentes valores de resistividad a fin de confirmar la ausencia de hidrocarburos.

13 Resistividad RESULTADOS No solo se posicionaron estaciones dentro de las zonas de anomalía geoeléctrica. También se seleccionaron sitios con diferentes valores de resistividad a fin de confirmar la ausencia de hidrocarburos.

14 Concentración de COV ( ppm) RESULTADOS Se elaboraron los modelos geoestadísticos de distribución de COV cuya presencia es indicativo de afectaciones por hidrocarburos (principalmente de tipo ligero). Se seleccionaron sitios de muestreo dentro de los núcleos y de sus áreas de dilución.

15 Concentración de COV ( ppm) RESULTADOS Se elaboraron los modelos geoestadísticos de distribución de COV cuya presencia es indicativo de afectaciones por hidrocarburos (principalmente de tipo ligero). Se seleccionaron sitios de muestreo dentro de los núcleos y de sus áreas de dilución.

16 RESULTADOS Plan optimizado de perforación y muestreo de suelos con base en el modelo geoestadístico de la distribución de los COV s (ppm) y de las propiedades eléctricas (resistividad) del subsuelo. Tanto la gasometría (COV s) como el PEM mostraron valores indicativos de suelos limpios con algunas afectaciones puntuales

17 RESULTADOS Plan optimizado de perforación y muestreo de suelos Mayor precisión Menor incertidumbre (8,836 m 2) Menor tiempo Menor costo Cumpliendo con el mínimo de puntos según NOM-138

18 RESULTADOS Modelo de distribución del Índice de Contaminación del Suelo del CADI RIAMA. Figura ICS.- Numero de veces que el resultado del parámetro rebasa a los valores de la Norma-138 (C) (A) (B)

19 RESULTADOS COMPLEMENTARIOS (VALOR AGREGADO ) Anomalías relacionadas con la posible presencia de HC (color lila-azul). Se observa una fuerte asociación entre los sitios de alta resistividad y las zonas de mayor crecimiento de la vegetación. Es probable que la alta resistividad (baja conductividad) en las zonas arbóreas y de matorrales se deba al consumo de las sales minerales.

20 RESULTADOS COMPLEMENTARIOS (VALOR AGREGADO ) Anomalías relacionadas con la posible presencia de HC (color lila-azul). Se observa una fuerte asociación entre los sitios de alta resistividad y las zonas de mayor crecimiento de la vegetación. Es probable que la alta resistividad (baja conductividad) en las zonas arbóreas y de matorrales se deba al consumo de las sales minerales.

21 RESULTADOS COMPLEMENTARIOS (VALOR AGREGADO ) 07/sep/11 Distribución probable de chatarra metálica en el CADI obtenida por el método PEM para una profundidad máxima de estudio de 3 m. Figura Conductividad (ms/m) Graficación de anomalías por lecturas de interferencia de cuerpos metálicos (chatarra).

22 CONCLUSIONES El análisis gasométrico y el de Perfilaje Electromagnético, arrojaron para más del 90% de la extensión del CADI, resultados indicativos de áreas libres de contaminación por hidrocarburos. Lo cual fue posteriormente confirmado mediante el muestreo de suelos. De las 1,465 determinaciones analíticas realizadas, sólo en 21 casos (1.4% de las muestras) se detectaron concentraciones medibles y de ellas únicamente el 0.5% presentó concentraciones por arriba de los límites máximos permisibles establecidos en la NOM El 1.4% de las muestras, que revelaron contaminación en todos los casos estuvieron asociados a anomalías geoeléctricas y/o presencia de vapores orgánicos. El perfilaje electromagnético, aplicado del diagnóstico de hidrocarburos muestra resultados altamente alentadores, sin embargo es conveniente continuar aplicando la técnica con cautela, a fin de acumular experiencias que nos permitan un mejor entendimiento de sus ventajas y sus limitaciones. El análisis de estos resultados también reveló (en concordancia con el análisis litoestratigráfico), que las afectaciones ocurren exclusivamente a nivel somero, en la unidad de depósitos aluviales, donde es relativamente fácil su remoción para su posterior tratamiento, restauración y reutilización.

23 FIN Y GRACIAS