Tratamiento de aguas y suelos UTILIZACIÓN DE POZOS DE RECIRCULACIÓN DE AGUA PARA ALCANZAR OBJETIVOS DE RECUPERACIÓN CON MENOR COSTE Tratamiento in situ del suelo y de las aguas subterráneas Desde la entrada en vigor de la primera normativa en materia de suelos en España, Ley 10/98 sobre residuos, se han llevado a cabo numerosos proyectos de recuperación de suelos y aguas subterráneas, principalmente vía el uso de técnicas de recuperación convencionales como el bombeo y tratamiento de las aguas subterráneas y la excavación y envío a vertedero de los suelos contaminados. Por Bruno Coquelet Jefe de Gestión de Residuos y Suelos Contaminados de Inerco Eduard J. Alesi Director de IEG Technologies GmbH Los requisitos de recuperación son cada vez más estrictos. Como consecuencia, las técnicas de recuperación convencionales, en muchos proyectos, han alcanzado sus límites de rendimiento sin poder cumplir con los objetivos de recuperación exigidos. Es preciso, cada vez más, recurrir a técnicas de recuperación más avanzadas y contrastadas como, por ejemplo, la utilización de pozos de recirculación de agua subterránea. Estas técnicas permiten alcanzar los objetivos de recuperación de manera eficiente, con inversiones similares a las de las tecnologías convencionales pero con costes de operación inferiores. 22 PQ Febrero 2013
TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS La normativa relativa a suelos contaminados fue por primera vez introducida en España con la Ley 10/1998, de 21 de abril, de residuos. Se desarrolló en 2005 con la entrada en vigor del Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, por el que se establece la relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados. Ha sido recientemente reforzada con la Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados. ES PRECISO RECURRIR A TÉCNICAS DE RECUPERACIÓN MÁS AVANZADAS Y CONTRASTADAS, COMO LOS POZOS DE RECIRCULACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA Técnicas de recuperación La protección y recuperación de los suelos y de las aguas subterráneas constituye un importante reto para España. Desde 1998, se han llevado a cabo numerosos proyectos de recuperación de suelos y aguas subterráneas aplicando principalmente técnicas de recuperación convencionales como el bombeo y tratamiento, la excavación y envío a vertedero de los suelos contaminados. En el método convencional de bombeo y tratamiento, el agua subterránea se extrae mediante uno o varios pozos, se trata en superficie y se reinyecta a las aguas subterráneas o se vierte a aguas superfi ciales. Aunque se combinan pozos de extracción y de inyección, siempre se suelen instalar los pozos en las zonas más permeables y se intenta evitar las formaciones con partículas más fi nas donde los contaminantes suelen estar fijados (estratos de granulometría más fina, de arenas, limos y arcillas). En estas formaciones, las substancias contaminantes se liberan muy lentamente por difusión. Con el método de bombeo y tratamiento, tras un corto periodo de tratamiento se suele producir un estancamiento de la extracción de los contaminantes llamado efecto de cola. En función de la tipología del subsuelo (geología e hidrogeología), del tipo y de las concentraciones de las sustancias contaminantes, la remediación puede tardar varias décadas sin alcanzar los objetivos perseguidos. La técnica de bombeo y tratamiento suele ser adecuada y efi caz para la contención y prevención de la dispersión de los contaminantes. Al producirse un cambio en el gradiente hidráulico, los flujos tanto de aguas contaminadas como los de aguas subterráneas limpias atraviesan el subsuelo contaminado, se contaminan y requieren tratamiento. Ver fi gura Pozo de extracción de agua subterránea. Febrero 2013 PQ 23
Tratamiento de aguas y suelos Los sistemas GCW ( Groundwater Circulación Well ) crean una celda de circulación vertical del agua subterránea principalmente en la zona contaminada en la que se extrae el agua a través de una primera rejilla y se reinyecta el agua a través de una segunda rejilla. Ver fi gura Pozo de circulación de agua subtarránea (GCW). Al producirse un flujo de circulación en la masa de agua, el agua subterránea tratada circula varias veces en el acuífero, en la zona contaminada. Al tratarse principalmente el agua de la zona contaminada, se garantiza una remediación más eficaz que la que proporcionada el método de bombeo y tratamiento que fomenta un flujo horizontal del agua en el acuífero y, con ello, el tratamiento de una cantidad muy importante de agua, mayor a la que se encuentra realmente contaminada. Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW) en un acuífero heterogéneo artificial con trazadores. LA PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE SUELOS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS CONSTITUYE UN IMPORTANTE RETO PARA ESPAÑA Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW) en acuífero superficial y confinado. En el caso de los estratos de arenas finas, limos o arcillas intercalados con estratos lenticulares, típicos de las formaciones cuaternarias, el flujo horizontal generado por el simple bombeo puede ser poco efi ciente (se generan vías de fl ujo preferenciales en las zonas de mayor permeabilidad). El GCW genera sin embargo un gradiente vertical que provoca una circulación forzada a través de los horizontes menos permeables, permitiendo una movilización efi ciente de los contaminantes y como consecuencia una reducción del tiempo de remediación. La utilización de la tecnología GCW resulta ventajosa incluso con acuíferos de bajo rendimiento. Los modelos de cálculo del funcionamiento de la tecnología GCW han sido desarrollados por el Instituto de Hidrodinámica de la Universidad de Karlsruhe (Alemania) en el marco de un programa de investigación. La eficacia de la tecnología ha sido demostrada por varios proyectos de investigación, modelos científicos, ensayos pilotos y experimentos a gran escala con trazadores. Ver figura Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea -GCW- en un acuífero heterogéneo artificial con trazadores. 24 PQ Febrero 2013
Pozos de circulación En un acuífero se suelen instalar uno o varios pozos verticales con dos rejillas como mínimo (rejilla de entrada y rejilla de salida). Si existen dos acuíferos, se pueden instalar sistemas GCW por separado en cada uno de ellos. Ver figura Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea -GCW- en acuífero superficial y confinado. Se puede alternar la dirección del fl ujo de circulación (fl ujo estándar o inverso) mediante el uso de dos bombas. Lo usual es que el agua circule en el acuífero desde la parte superior a la parte inferior; lo denominamos flujo estándar. En estas condiciones, el agua se bombea en dirección ascendente en el interior del pozo, desde la rejilla de entrada inferior hacia la rejilla de salida superior. Este fl ujo ascendente en el pozo se puede conseguir mediante inyección de aire en la parte inferior o con una bomba sumergible. En el modo de circulación inverso, el flujo del agua subterránea en el pozo GCW es descendente por la acción de una bomba sumergida. En este caso, el agua fluye desde el fondo del acuífero hacia la parte superior del mismo. Tanto en el modo de operación estándar como en el inverso, el agua subterránea circula alrededor del pozo. La mayor parte del agua subterránea recogida en la celda de circulación circula varias veces a través del sistema GCW antes de liberarse aguas abajo en el acuífero. Ver figura Flujo ascendente en sistema GCW con circulación estándar. Para el diseño de la técnica de recuperación, se tienen en cuenta, a través de modelos matemáticos, la dinámica de fl ujo y las dimensiones de las áreas aguas arriba ( zona de captación ), de la celda de circulación ( celda de circulación ) y del área aguas abajo ( zona de descarga ). Con ello, se calculan los radios de influencia de los pozos y distancias entre pozos. Uno de los requisitos para alcanzar los objetivos de una recuperación es que exista sufi ciente penetración de la celda de circulación en las zonas más contaminadas compuestas de partículas fi nas como estratos de arena, limos o arcillas e intercalaciones lenticulares. El área de influencia (celda de circulación) alcanzable con un sistema GCW depende de la distancia entre las dos áreas activas de rejilla (profundidad del pozos), de la anisotropía del acuífero, de la velocidad de flujo del agua subterránea y de la velocidad de bombeo elegida. En algunos proyectos se han alcanzado radios de influencia de 50 m. Cuanto mayor sea la celda de circulación, más tiempo necesitará una molécula de agua para atravesarla. En grandes acuíferos puede resultar más ventajoso disponer de varias celdas de circulación Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW) triple. DIFERENTES CONFIGURACIONES DE POZOS DE CIRCULACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS: Extracción con aire ( stripping ). Adsorción en carbón activo. Degradación biológica. Oxidación y reducción in situ. Extracción por vacio. Recuperación de fase libre (LNAPL y DNAPL). Barreras reactivas. superpuestas. De este modo, se consiguen celdas de circulación más pequeñas con un tiempo de tratamiento menor. Ver figura Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea -GCW- triple. La aplicación de GCWs con rejillas múltiples también resulta ventajosa si la contaminación se restringe a ciertas secciones del acuífero o si las características hidroquímicas del agua subterránea varían con la profundidad del acuífero, por lo que se necesitan unidades específi cas de tratamiento según la profundidad del mismo. Es, por ejemplo, el caso de una contaminación superfi cial del acuífero con sustancias menos densas que el agua (hidrocarburos del petróleo) y profunda con sustancias más densas que el agua (compuestos clorados). Una estimación fi able del tiempo de recuperación requiere un conocimiento exhaustivo de las condi- TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS Febrero 2013 PQ 25
Tratamiento de aguas y suelos es un proceso de transferencia de fases durante el cual los contaminantes volátiles pasan de la fase acuosa a la fase gaseosa. El equilibrio entre las fases depende de la temperatura, de la presión total en el sistema y de las interacciones moleculares entre el contaminante y el agua (Ley de Henry). Los compuestos con una constante de Henry elevada se extraen más fácilmente. En la tecnología GCW se utilizan bombas sumergibles de elevación por aire (burbujitas) y sistemas de separación de COVs en el propio pozo. Proceso de bio-remediación mediante pozos de circulación (GCW). ciones geológicas, de la extensión del área contaminada y de una evaluación aproximada de la cantidad de contaminantes. Se puede conseguir reducir el 90% de la concentración de los contaminantes mediante varias recirculaciones completas. La tecnología GCW permite alcanzar y remediar de forma más eficiente las zonas contaminadas. La tecnología se suele combinar con otras técnicas basadas en los principios de volatilización, oxidación, reducción y biorremediación de los contaminantes. Ver cuadro Diferentes confi guraciones de pozos de circulación de aguas subterráneas. Extracción con aire ( stripping ) La extracción con aire es el proceso más común para el tratamiento de aguas subterráneas. Sirve tanto para eliminar compuestos orgánicos volátiles del agua como para oxigenar el agua y mejorar la biorremediación de los compuestos en la masa de agua. La extracción con aire EL GCW PERMITE UNA MOVILIZACIÓN EFICIENTE DE LOS CONTAMINANTES Y COMO CONSECUENCIA UNA REDUCCIÓN DEL TIEMPO DE REMEDIACIÓN Adsorción en carbón activo El carbón activo se emplea habitualmente en el tratamiento de aguas de aporte como de aguas residuales. Se utiliza también para el tratamiento de los vapores (sistema de extracción de aire). La tecnología GCW puede incluir un sistema de adsorción con carbón activo en superficie o cartuchos de carbón activo colocados dentro del mismo pozo. Degradación biológica El principal mecanismo para el tratamiento in situ es la degradación biológica. Habitualmente el agua que entra en el sistema GCW es anóxica. En cuanto se le somete a la elevación por aire, el agua se airea y el oxígeno puede alcanzar su nivel de saturación. El agua oxigenada que se recircula en la formación favorece la biodegradación aerobia de los contaminantes. Ver fi gura Proceso de bio-remediación mediante pozos de circulación (GCW). Oxidación in situ Una posible configuración es la inyección de ozono y aire en la masa de agua subterránea con un sistema de flujo descendente. El ozono y el aire disueltos son conducidos hasta la formación donde son capaces de destruir los contaminantes. Uno de los primeros centros de lavado industrial en seco se estableció en Alemania, en 1850, en una zona industrial ubicada en la parte sur-oriental de Berlín cerca del río Spree. Desde el inicio, la instalación se fue ampliando considerablemente con la construcción de numerosas instalaciones, tanques de almacenamiento y tuberías de transporte de disolventes. Con más de 150 años de actividad industrial, la actividad acabó provocando contaminaciones importantes del subsuelo debido a numerosas fugas y derrames. Como consecuencia, tras importantes problemas económicos y ecológicos la instalación cerró en el año 1996. 26 PQ Febrero 2013
En 2002 se inició una actuación de recuperación sobre una superficie afectada de unos 90.000 m 2. Se instalaron 33 pozos equipados de la tecnología GCW y 18 pozos de extracción de vapores ubicados en la pluma de contaminación. Los contaminantes encontrados eran hidrocarburos clorados, con concentraciones entre 10 y 1.000 mg/l y hidrocarburos aromáticos (BTEX) con valores entre 50 y 1.000 mg/l. El radio de influencia de los pozos ha alcanzado los 50 m. Desde la puesta en marcha de los sistemas de recuperación en el año 2004 hasta noviembre de 2011 se han extraído aproximadamente 130 toneladas de compuestos orgánicos volátiles de la zona saturada y no saturada. La reinyección de agua limpia, rica en oxígeno y con nutrientes añadido ha permitido también la biodegradación y destrucción de los compuestos presentes en la masa de agua subterránea. El coste unitario de la remediación asciende a 50 euros por kilogramo de compuesto. El 95% de los piezómetros de control construidos han alcanzo el objetivo de recuperación. A día de hoy, se está trabajando en la urbanización futura de la parcela. Pozo de circulación de agua con varias celdas de circulación superpuestas. La tecnología GCW está avalada por una experiencia práctica de más de 20 años en más de 500 emplazamientos en Europa, USA, Asia y Sudamérica. Se trata de una tecnología que permite una operación en continuo con muy poco mantenimiento. No se requieren pozos de infi ltración, vertidos, ni el pago del correspondiente canon de vertido. Sus costes de inversión son similares a los de las técnicas convencionales de recuperación. Al reducirse los tiempos de tratamiento, sus costes de operación y mantenimiento son sin embargo inferiores. TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS Febrero 2013 PQ 27