10.- Restauración y remediación III: Suelos y Aguas subterráneas

 

Condicionantes

Soluciones a adoptar

         Confinamiento

                   Barreras

                   Vitrificación in situ

         Técnicas in situ

                   Biológicas

                            Biorremediación

                            Fitorremediación

                   Físico-químicas

                            Atenuación natural controlada

Barreras reactivas permeables

                            Extracción de vapores del suelo e inyección de aire

Flushing in situ

Tratamientos térmicos

Oxidación química

Electrodescontaminación

Fracturación

         Técnicas ex situ

Desorción térmica

Lavado del suelo

Extracción con solventes

Dehalogenación química

Bibliografía

 


10.- Restauración y remediación II: Suelos y Aguas subterráneas

Los suelos y las aguas subterráneas tienen problemáticas específicas, diferentes a las de las aguas superficiales, aunque con muchos puntos en común entre ambos: a menudo la contaminación presente en los suelos está precisamente asociada al agua que éstos contienen, o muestran determinadas relaciones con el mismo que hacen que haya que considerar el problema de la descontaminación como un todo. Por otra parte, no hay que olvidar que a menudo las aguas subterráneas, contaminadas o no, no están en el suelo, sino en el subsuelo, afectando a acuíferos contenidos en rocas completamente diferentes a lo que llamamos suelo, y por tanto, con problemáticas distintas.

En el establecimiento de la metodología a seguir para la descontaminación de suelos y aguas subterráneas influyen dos tipos de factores: los intrínsecos derivados de la naturaleza y geometría de la contaminación, y los económicos, que siempre hay que considerar a la luz de la mayor o menor necesidad real de solucionar el problema. Tampoco conviene olvidar que ninguna de las soluciones propuestas suele resolver al 100% los problemas que la contaminación plantea, en unos casos porque el problema queda solo parcialmente resuelto (mitigado), en otros porque se producen efectos indeseados sobre el suelo o agua, siempre de menor entidad que el problema inicial (al menos en teoría). Todo ello hace imprescindible un estudio serio y riguroso de las alternativas aplicar, y comparar los resultados previsibles frente a la posibilidad de no ejercer ninguna acción remediadora (“do nothing scenario”).

Condicionantes

Cuando se define un suelo como contaminado, lo primero a decidir es si resulta necesaria su descontaminación. Esta decisión dependerá fundamentalmente de varios factores:

-                          Uso del suelo. El uso actual y futuro del suelo, y sobre todo, la evaluación de la posibilidad de transmitir la contaminación a la cadena trófica humana, a través de la transmisión de la contaminación a pastos o aguas superficiales será siempre el primer factor a considerar para esta toma de decisiones.

-                          Situación. La proximidad del suelo contaminado a poblaciones o industrias será también un factor importante a valorar.

-                          Naturaleza de la contaminación. Evidentemente, la peligrosidad de un determinado contaminante contenido en un suelo condiciona de forma muy directa la posible necesidad de retirarlo o inertizarlo de alguna manera.

-                          Naturaleza del suelo. Los riesgos ligados a la presencia de la contaminación en el suelo dependerán también en parte de propiedades del suelo como capacidad de tamponación y de amortiguación, vulnerabilidad y cargas críticas, que a su vez dependen de la textura, permeabilidad, pH, capacidad de cambio, mineralogía, contenido en materia orgánica, etc., del suelo.

-                          Posibilidad de transmisión de la contaminación a acuíferos.

En cualquier caso, la contaminación que afecta a las aguas subterráneas usualmente se produce por infiltración a través del suelo, lo que hace por lo general necesario un análisis conjunto del sistema suelo-agua subterránea, para determinar los mecanismos de contaminación responsables del problema, y las alternativas a la remediación.

Una vez determinada la necesidad de la remediación, tres son los factores fundamentales a considerar al analizar las alternativas técnicas: el foco de contaminación, el mecanismo de infiltración, y el tipo de contaminante:

n        El foco, que puede ser puntual o difuso.

n        El mecanismo puede ser o bien un acceso directo del contaminante al acuífero o a capas profundas del suelo, ya sea por mecanismos antrópicos (pozos) o naturales (sumideros), o bien un acceso difuso, a través de una infiltración en sentido estricto del contaminante en el suelo. El primer caso es más problemático a primera vista, puesto que afecta de forma mucho más rápida y completa a las aguas subterráneas, pero es más sencillo de solucionar a medio-largo plazo, puesto que una parte importante de la solución consiste en impedir ese acceso. La infiltración, por su parte, suele implicar un menor grado de afectación a las aguas subterráneas, debido a la capacidad de atenuación del suelo, pero a su vez esto hace que el suelo quede afectado, lo que a menudo prolonga el problema en el tiempo y el espacio.

n        El tipo de contaminante es siempre fundamental para definir las posibilidades de remediación. Las principales alternativas en este sentido pueden ser las siguientes:

§         Partículas en suspensión. Suelen ser poco problemáticas, debido a que tienden a ser filtradas con facilidad por el suelo, o en el propio subsuelo. No obstante, en el caso de infiltraciones directas a acuíferos con menor capacidad de filtrado, pueden llegar a presentar un problema.

§         Sales en disolución. Los componentes aniónicos o catiónicos que el agua lleva en disolución pueden ser captados en grado variable por los mecanismos naturales de depuración del suelo (sistemas coloidales con capacidades sorcitivas). Como ya sabemos, unos son más problemáticos que otros, lo que hace también muy variada la gama de soluciones que pueden adoptarse para su eliminación, si bien una de las más adecuadas suele ser la extracción y tratamiento de las aguas contaminadas, por lo general sencilla en este tipo de casos.

§         Otros contaminantes físico-químicos. En relación con lo anterior, la presencia de sales en disolución a menudo va acompañada de acidez, alcalinidad, condiciones redox inapropiadas, etc. Como en el caso anterior, la infiltración a través del suelo, o la naturaleza de la roca que constituye el acuífero, a menudo mitiga el problema, pero éste puede ser en el detalle muy variado, y admitir diversas alternativas de remediación.

§         NAPLs: Corresponden a las siglas en inglés de “Non Aqueous Phase Liquid”: fase líquida no acuosa, es decir, líquidos inmiscibles con el agua, y de menor densidad, es decir, suelen ser hidrocarburos derivados del petróleo, que por lo general no tienden a infiltrarse en presencia de agua, debido a que flotan sobre ésta.

§         DNAPLs: Corresponden a las siglas en inglés de “Dense Non Aqueous Phase Liquid”: fase líquida densa no acuosa, es decir, líquidos inmiscibles con el agua, y de mayor densidad que ésta, que pueden ser de naturaleza diversa, y que constituyen en la actualidad un serio problema por la persistencia y capacidad de infiltración y migración de estos productos en el subsuelo. Algunos de ellos corresponden a disolventes orgánicos, como el Tricloroeteno, empleado en tintorería.

Con estas cuestiones básicas, el primer estudio a llevar a cabo para definir las posibilidades de remediación de un problema de este tipo es el de distribución geométrica de los contaminantes en el área problema, que puede ser básicamente de tres tipos:

n        Generalizada. Es decir, que afecte aproximadamente por igual a todo un acuífero o a todo un suelo. Suele ser consecuencia de contaminación difusa o directa, y por lo general corresponde a sales en disolución, con un potencial de difusión alto.

n        Puntual. Afecta solamente a un área de extensión limitada, y suele estar constituida por un contaminante químico o un líquido inmiscible con agua, con escasa capacidad de infiltración, ya sea por su naturaleza o su escaso volumen, o por la naturaleza del terreno que la alberga.

n        Plumas. Las plumas son la derivación de una contaminación puntual, cuando persiste durante largos periodos de tiempo, o está constituida por un volumen importante de contaminantes. La figura 1 muestra de forma esquemática la geometría que suelen presentar.

Figura 1.- Pluma de contaminación generada por el vertido a partir

de un foco puntal.

Se trataría en este caso de una contaminación por aguas contaminadas con sales, o por DNAPLs, que se infiltran a través del suelo a partir de un foco puntual industrial.

Soluciones a adoptar

A la vista de la diversidad de problemas que plantea la contaminación de aguas subterráneas y suelos, las alternativas para su solución o mitigación son muy variadas, y en la actualidad prosigue el desarrollo de nuevas posibilidades basadas en diversas tecnologías. En términos generales, las técnicas concretas aplicables se pueden clasificar en tres grandes grupos: técnicas de confinamiento, técnicas de tratamiento in situ y técnicas de tratamiento ex situ.

Técnicas de confinamiento

Se basan en el aislamiento de las aguas o suelos contaminados, de forma que su objetivo básico es evitar que esa contaminación se transfiera lateralmente. Por lo general son de aplicación cuando la contaminación está muy localizada y no resulta viable ninguna de las demás alternativas.

El asilamiento o confinamiento se basa, en cualquier caso, en la construcción de barreras, que pueden ser de muy diversos tipos:

Barreras de lodo.- Consisten en trincheras verticales que se excavan alrededor del área contaminada y se rellenan con un lodo, que impermeabiliza el perímetro a aislar. El relleno estará constituido por mezclas más o menos complejas del propio suelo con arcillas especiales (sepiolita, bentonita), que confieran mayor estanqueidad, o determinadas propiedades filtrantes a la barrera. También el cemento puede utilizarse para aumentar el grado de confinamiento. Este tipo de barreras suelen tener profundidades máximas de 15 m., entre 0,6 y 1,2 m. de espesor, y su mayor efectividad se consigue si quedan ancladas en una capa infrayacente de menor permeabilidad (figura 2).

Figura 2.- Esquema de una sección de sistema de

barreras de lodo, en la que la barrera queda

anclada en un sustrato de baja permeabilidad.

Lechada de cemento.- Consiste en impermeabilizar mediante inyección de una capa continua de cemento bajo todo el perímetro inferior del área contaminada (figura 3). Se requiere un equipamiento específico para llevar a cabo este tipo de inyección.

Figura 3.- Esquema del proceso de inyección de lechada de cemento bajo una

mancha de contaminación.

Barreras químicas.- Como en al caso anterior, de inyecta bajo el área afectada un producto que impida la dispersión del contaminante, en este caso un agente químico, que en unos casos se emplea para reducir la permeabilidad del sustrato, y en otros para producir algún efecto sobre el contaminante: reducir su toxicidad o movilidad (figura 4).

Figura 4.- Esquema de una barrera química, consistente en un producto (con

color verde en la figura) que se inyecta bajo la zona contaminada.

Barreras de paneles.- Consiste en implantar barreras formadas por paneles o tabiques de madera, cemento, hormigón armado, acero, de forma que en algunos casos puedan penetrar el terreno sin necesidad de excavación (figura 5).

Figura 5.- Instalación de una barrera de paneles, 

cuyas uniones quedan selladas mediante un

dispositivo mecánico.

Membranas sintéticas.- Formadas por las llamadas geomembranas, elementos textiles de diseño con permeabilidades diferenciadas, que pueden instalarse mediante la correspondiente excavación en el entorno del área afectada (figura 6).

Figura 6.- Extensión de una geomembrana en una zanja perimétrica

respecto al área a aislar.

Otra posibilidad de asilamiento consiste en la vitrificación in situ. Esta técnica consiste en fundir el suelo a muy alta temperatura (1.600-2.000ºC) mediante una corriente eléctrica, de forma que se consiga:

1.      La destrucción total de contaminantes orgánicos, que se transforman en gases que son recogidos en una campana instalada en la zona al efecto.

2.      El aislamiento completo de otros contaminantes que el suelo pueda contener (inertización): sobre todo, metales pesados, que quedan formando parte de un vidrio muy resistente a la meteorización.

La vitrificación in situ constituye una alternativa agresiva, pero muy efectiva para contaminaciones polifásicas que incluyan compuestos muy refractarios al resto de tratamientos a considerar, y para problemas relativamente superficiales. Esta técnica se ha llegado a aplicar con éxito hasta unos 6 m de profundidad (figura 7).

Figura 7.- Esquema de funcionamiento de un sistema de vitrificación,

sobre la base de una corriente de alto voltaje y un sistema de

recuperación de los gases emitidos, para su tratamiento.

Técnicas de tratamiento in situ

Las técnicas de tratamiento in situ son las que se aplican sin necesidad de trasladar el suelo o el agua subterránea afectados por el problema. Suelen ser de utilidad cuando el problema afecta a un volumen muy importante del suelo, que haga inviable su aislamiento y su tratamiento ex situ, o cuando éste supone un coste económico que lo hace inviable, ya que el tratamiento in situ suele implicar un menor coste económico. El tratamiento in situ puede ser de dos tipos: biológico o físico-químico.

Las técnicas de remediación in situ de carácter biológico son dos: biorremediación y fitorremediación.

La biorremediación consiste en utilizar microorganismos (bacterias) para resolver o mitigar el problema, y es especialmente efectiva en el tratamiento de contaminantes orgánicos, incluido el petróleo. Para que las bacterias puedan eliminar las sustancias químicas dañinas, el suelo y las aguas subterráneas deben tener la temperatura, los nutrientes y la cantidad de oxígeno apropiados. Esas condiciones permiten que las bacterias crezcan y se multipliquen, y asimilen más sustancias químicas. Cuando las condiciones no son las adecuadas, las bacterias crecen muy despacio o mueren, o incluso pueden crear sustancias químicas más dañinas.

Si las condiciones del área no son las adecuadas, se intenta mejorarlas. Una manera de hacerlo es bombeando aire al interior del suelo, así como nutrientes u otras sustancias, como la melaza. A veces se añaden microbios si no los hay. Las condiciones adecuadas para la biorremediación no siempre se logran bajo la tierra. En algunas áreas el clima es muy frío o el suelo es demasiado denso. En esas áreas se puede recurrir a excavar y sacar el suelo a la superficie, donde la mezcla del suelo se calienta para mejorar las condiciones. También, pueden añadirse los nutrientes necesarios, o puede añadirse oxígeno revolviendo la mezcla o haciendo pasar aire a presión a través de ella. Sin embargo, algunas bacterias funcionan sin oxígeno (anaeróbicas). Con la temperatura adecuada y la cantidad necesaria de oxígeno y nutrientes, las bacterias pueden hacer su trabajo de “biocorregir” las sustancias químicas.

A veces mezclar el suelo puede hacer que las sustancias químicas dañinas se evaporen antes de que las bacterias puedan mediar con ellas. Para evitar que esas sustancias químicas contaminen el aire, se puede mezclar el suelo dentro de tanques o edificaciones especiales, donde las sustancias químicas que se evaporan se pueden recolectar y tratar.

Los microorganismos pueden ayudar a eliminar la contaminación de las aguas subterráneas, al igual que del suelo. En este caso, el agua se mezcla con nutrientes y aire antes de que ser reinyectada al terreno. También pueden bombearse nutrientes y aire por los pozos, de forma que la mezcla se produzca directamente en profundidad. Los nutrientes y el aire añadidos ayudan a las bacterias a biorremediar las aguas subterráneas. Una vez que se han eliminado las sustancias químicas dañinas, las bacterias ya no tienen “comida” disponible y mueren.

La biorremediación es muy segura, ya que depende de microbios que existen normalmente en los suelos. Esos microbios son útiles y no representan un peligro para las personas en el sitio o la comunidad. Además, no se emplean sustancias químicas peligrosas. Los nutrientes que se añaden para que las bacterias crezcan son fertilizantes de uso corriente en el césped o el jardín. La biorremediación transforma las sustancias químicas dañinas en agua y gases inofensivos y, por lo tanto, las destruye totalmente.

Como principales ventajas de esta técnica se pueden indicar las siguientes:

n        Es una técnica in situ, lo que evita la necesidad de extraer el suelo, e incluso el contacto de los trabajadores con el suelo o agua contaminados.

n        Evita la liberación de gases dañinos al aire y se generan muy pocos residuos.

n        Generalmente esta técnica no requiere tanto equipamiento ni trabajo como la mayoría de los métodos alternativos. Por lo tanto, suele resultar más económica.

Como inconvenientes, se pueden citar los siguientes:

n        No es de aplicación más que para la descontaminación de hidrocarburos biodegradables.

n        No suele ser efectiva más que en condiciones relativamente superficiales.

n        Presenta factores intrínsecos que la hacen completamente inviable en determinados casos.

La fitorremediación es una técnica biológica que en el detalle se puede subdividir en varios aspectos, que corresponden a distintas posibilidades de aplicación de las plantas a la remediación de problemas producidos por la contaminación (ver tabla).

Ventajas

Limitaciones

Fitoextracción

Consiste en el empleo de plantas hiperacumuladoras, capaces de extraer los metales pesados contenidos en el suelo.

La planta debe ser capaz de producir biomasa abundante en poco tiempo.

Las hiperacumuladoras de metales suelen ser de crecimiento lento, poco bioproductivas y con sistema radicular somero. La biomasa producida hay que almacenarla o procesarla adecuadamente.

Fitoestabilización

Consiste en el uso de plantas metalófitas endémicas/nativas y de mejoradores de sustrato adecuados para estabilizar física y químicamente sustratos ricos en metales.

Hace innecesaria la excavación / eliminación del suelo, es menos costosa y menos agresiva. Mejora las posibilidades de restauración del ecosistema.

A menudo requiere fertilización o modificación del suelo. Requiere mantenimiento del suelo a largo plazo, para evitar la formación de lixiviados.

Fitovolatilización

Consiste en la extracción del contaminante del suelo por la planta y su emisión a la atmósfera a través de su sistema metabólico.

Transforma los contaminantes en formas menos tóxicas.

El contaminante o un derivado tóxico pueden acumularse en la vegetación, pasando a frutos o partes comestibles.

Fitofiltración / rizofiltración

Consiste en el uso de plantas terrestres y acuáticas para absorber, concentrar, y precipitar contaminantes de medios acuáticos.

Puede ser “in situ” o “ex situ”, y es aplicable tanto en sistemas terrestres como acuáticos.

El pH del medio debe controlarse en continuo para optimizar la captación del metal. Es necesario controlar procesos de especiación e interacciones entre especies que puedan darse en el medio. Funciona como un biorreactor, y requiere mantenimiento intensivo.

Variantes de Fitorremediación (Metales pesados)

 

Por otra parte, la más común y tradicional de las formas de fitorremediación es la revegetación de terrenos afectados por actividades mineras, que se puede considerar una fitoestabilización básica. En este caso, la presencia de plantas sobre la escombrera atenúa los efectos de dispersión de los materiales que la constituyen por el viento o el agua, y favorecen la generación de un suelo que actúa como una barrera, evitando parcialmente la emisión de los contaminantes que contiene. Para esta técnica pueden emplearse plantas de las denominadas ruderales, que son capaces de desarrollarse sobre suelos muy degradados, iniciando la colonización de éstos. En otros casos, y para acelerar el proceso, es necesario recubrir la escombrera con suelo vegetal que facilite el empleo de plantas más comunes. No obstante, esta técnica se encuadra más en los procedimientos de restauración que en los de remediación.

Otra vertiente de esta técnica de fitorremediación es la descontaminación de suelos contaminados por hidrocarburos biodegradables. En este caso, determinadas plantas, en especial algunas arbóreas, son capaces de alimentarse de este tipo de compuestos presentes en el suelo, e incorporarlos a su metabolismo, transformándolos en materia vegetal así como en productos gaseosos simples (CO2, agua) que se emiten durante la respiración vegetal.

En minería resulta de gran interés la fitoextracción, para la extracción de metales pesados presentes en el suelo (figura 8f). En este caso, la planta absorbe los metales pesados del suelo, siempre y cuando se encuentren en formas biodisponibles (en disolución, o formando complejos orgánicos), y los incorpora a su metabolismo. En la mayor parte de los casos el resultado es una acumulación del metal pesado en la planta, que a menudo es preferencial en unos u otros órganos de la misma (raíces, tallos, hojas, frutos).

Figura 8.- Base conceptual de la fitoextracción: el metal (Ni)

contenido en el suelo es captado por la planta e incorporado

a sus tejidos.

Las raíces de algunas plantas son capaces de actuar como barreras frente a los metales pesados. En estos casos se produce una acumulación del metal pesado en la corteza de la raíz, puesto que éstos son arrastrados junto con el agua hasta ésta, y ahí quedan detenidos y acumulados. También pueden favorecer reacciones de transformación del contaminante en sustancias químicas menos dañinas, mediante la acción de los organismos o bacterias que viven en las raíces de las plantas.

La ventaja más notable de la fitorremediación radica en su bajo coste. Los métodos clásicos de remediación para sustancias solubles (caso más barato) cuestan en el entorno de 100.000 a 1.000.000 de Euros por hectárea. Por el contrario, la fitorremediación tiene un coste entre 200 y 10.000 Euros por hectárea.

Sin embargo, este procedimiento presenta algunas limitaciones:

1.      No cualquier planta vale, se requieren las denominadas “hiperacumuladoras”: plantas que poseen la capacidad de acumular y tolerar 10-100 veces más un determinado metal comparado con las plantas normales.

2.      Las plantas hiperacumuladoras acumulan un solo metal, y hasta ahora no se han encontrado hiperacumuladoras para toda la diversidad de metales pesados asociados a la actividad minera.

3.      Muchas hiperacumuladoras crecen lentamente, y poseen una escasa biomasa.

4.      Se conoce muy poco de las características agronómicas de muchas de estas plantas, tales como sus requerimientos de fertilizantes, y su susceptibilidad a enfermedades o ataques por los insectos.

 

Las técnicas de remediación in situ de carácter físico-químico incluyen las siguientes: Atenuación natural controlada, Barreras reactivas permeables, Extracción con vapor y aireación del suelo, Flushing in situ, Tratamientos térmicos, Oxidación química y Fracturación.

La atenuación natural controlada (MNA, monitored natural attenuation) se basa en el aprovechamiento y potenciación los procesos naturales para eliminar o reducir la contaminación en los suelos y las aguas subterráneas. La atenuación natural tiene lugar en la mayoría de las áreas contaminadas, pero para que se produzca a ritmo suficiente como para que se pueda considerar un mecanismo efectivo de descontaminación deben darse las condiciones adecuadas en el subsuelo para que se produzca la descontaminación de forma efectiva. De no ser así, la eliminación de la contaminación no será ni lo suficientemente rápida ni completa. Los científicos supervisan o verifican la existencia de esas condiciones para asegurarse de que funciona la atenuación natural. A eso se le denomina atenuación natural controlada o MNA (por sus siglas en inglés).

Cuando el medio ambiente se halla contaminado con sustancias químicas, la naturaleza las elimina por cuatro vías:

1.                             Acción bacteriana: las bacterias que viven en el suelo y en las aguas subterráneas utilizan algunas sustancias químicas como alimento. Cuando las sustancias químicas están completamente digeridas, las transforman en agua y en gases inofensivos: figura 9.

Figura 9.- Bacterias atrapando sustancias

químicas contaminantes (en marrón) para

su alimentación.

2.                             Sorción: Las sustancias químicas se pegan o sorben al suelo, que las fija al lugar (figura 10). De ese modo no se eliminan las sustancias químicas pero sí se impide que contaminen las aguas subterráneas y que escapen del lugar, al menos mientras las condiciones físico-químicas del suelo permanezcan estables.

Figura 10.- Sorción de contaminante

(marrón) por el suelo.

3.                             Mezcla y dilución: Al pasar las aguas subterráneas a través del suelo, la contaminación se puede mezclar con el agua limpia. De ese modo se diluye la contaminación (figura 11).

Figura 11.- Efecto de dilución de

contaminante (marrón) por efecto

del flujo de aguas subterráneas.

4.                             Evaporación: Algunas sustancias químicas, como el petróleo y los solventes, se evaporan, lo que significa que se convierten de líquidos a gases dentro del suelo. Además, si esos gases escapan al aire en la superficie del terreno, la luz del sol puede destruirlos (figura 12).

Figura 12.- Evaporación y

descomposición de contaminante

por efecto del calor solar.

La MNA funciona con mayor eficacia en los sitios donde se ha eliminado previamente la fuente de contaminación. Con posterioridad, los procesos naturales se deshacen de la pequeña cantidad de contaminación que queda en el suelo y en las aguas subterráneas. El suelo y las aguas subterráneas se examinan con regularidad para garantizar que hayan quedado limpios.

Según el área, la MNA puede dar los mismos resultados, con casi la misma rapidez, que otros métodos. Dado que la MNA se realiza bajo tierra, no es necesario excavar ni construir. Por ende, no hay que eliminar desechos soterrándolos, afectando menos al medio ambiente. Asimismo, permite a los trabajadores evitar el contacto con la contaminación. La MNA requiere menos equipamiento y trabajo que la mayoría de los otros métodos y por lo tanto resulta más económica. Puede que la supervisión durante años sea costosa, pero el costo sigue siendo menor que el de otros métodos. La MNA es el único método de descontaminación que se usa en algunos sitios Superfund (USA) donde hay contaminación de las aguas subterráneas. En más de 60 sitios donde las aguas subterráneas están contaminadas, la MNA es sólo un método más entre los que se usan. La MNA también se emplea en derrames de petróleo y gasolina de los tanques.

Las barreras reactivas permeables son similares a algunas de las utilizadas para el aislamiento que ya hemos visto con anterioridad, solo que, a diferencia de éstas, las BRP se instalan donde se ha identificado un flujo de aguas subterráneas contaminadas, para su depuración. Las PRB se construyen cavando una zanja larga y estrecha en el camino de las aguas subterráneas contaminadas. La zanja se llena de material reactivo capaz de eliminar las sustancias químicas dañinas (figura 13).

Figura 13.- Representación esquemática de una barrera reactiva

permeable interceptando una pluma de contaminación.

Entre los materiales reactivos más corrientes que pueden emplearse están el hierro, la caliza y el carbono, activado o no. Los materiales reactivos se mezclan con arena para facilitar que el agua fluya a través de la barrera, en lugar de alrededor de ella. En algunos sitios, la barrera es parte de un embudo que dirige las aguas subterráneas contaminadas hacia la parte reactiva de la pared, disposición que recibe en inglés el nombre de “funnel and gate” (Figura 14). La zanja o el embudo relleno se cubren con tierra, por lo que no resulta visible en la superficie.

Figura 14.- Sistema de “funnel and gate” en una barrera reactiva permeable (verde en

la figura). Las flechas mayores indican el sentido general de flujo del acuífero en el que

se localiza la pluma de aguas contaminadas (en marrón).

El material que se emplea para construir la barrera depende del tipo de contaminante que se encuentre en las aguas subterráneas. Diferentes materiales eliminan la contaminación empleando distintos métodos:

·         Atrapando o sorbiendo las sustancias químicas en su superficie. Por ejemplo, el carbono tiene una superficie a la que se sorben las sustancias químicas cuando las aguas subterráneas lo atraviesan.

·         Precipitando las sustancias químicas disueltas en el agua. Por ejemplo, la caliza hace que los metales disueltos precipiten.

·         Transformando las sustancias químicas dañinas en inofensivas. Por ejemplo, el hierro puede transformar algunos tipos de solventes en sustancias químicas inofensivas.

·         Estimulando a los microorganismos del suelo a que se alimenten de las sustancias químicas. Por ejemplo, los nutrientes y el oxígeno en las PRB contribuyen a que los microorganismos crezcan y asimilen más sustancias químicas. Cuando las bacterias metabolizan totalmente las sustancias químicas, las pueden transformar en agua y en gases inofensivos como el dióxido de carbono o anhídrido carbónico.

La Tabla adjunta muestra los agentes que pueden emplearse en este tipo de barreras, y los contaminantes sobre los que se aplican.

Las PRB eliminan muchos tipos de contaminación subterránea, y funcionan mejor en sitios de suelos arenosos poco compactos con flujo sostenido de aguas subterráneas. La contaminación no debe encontrarse por debajo de unos 15 metros de profundidad. Dado que no hay que bombear las aguas subterráneas contaminadas a la superficie, las PRB pueden resultar más económicas que otros métodos. Hay que eliminar pocos residuos soterrándolos en vertederos, con lo que también se ahorra dinero. No hay piezas que se rompan ni equipamiento sobre la superficie, de modo que los terrenos pueden utilizarse mientras se está llevando a cabo la descontaminación. No se incurre en costos energéticos con las PRB, ya que funcionan con el flujo natural de las aguas subterráneas.

La extracción de vapores del suelo y la aireación del suelo (Soil vapor extraction and Air Sparging) son dos técnicas diferentes, aunque a menudo complementarias, que se emplean para extraer contaminantes químicos del suelo vaporizándolos. Son complementarias porque la primera se emplea por encima del nivel freático, mientras que la segunda se utiliza por debajo de éste (figura 15).

Figura 15.- Combinación de las técnicas de extracción de vapor del suelo y aireación del

suelo: la primera actúa por encima del nivel freático, y la segunda por debajo.

La extracción de vapores (SVE) consiste en la perforación de pozos por encima del nivel freático, en los que se genera un vacío, de forma que se bombean los volátiles contenidos en el suelo (contaminantes). Pueden combinarse con pozos de inyección de aire, ya que esto favorece la evaporación de los contaminantes. El número de pozos de inyección y de extracción para un área contaminada puede variar desde uno a cientos, en función de la extensión del problema, y de las características en detalle del área: tipo de suelos, de contaminantes, etc. Los gases que se extraen son recogidos y tratados, de forma que se separan los contaminantes para su tratamiento posterior o almacenamiento en condiciones de mayor seguridad.

La inyección de aire (air sparging), consiste precisamente en la inyección de aire en el terreno, por debajo del nivel freático. En estas condiciones, la aireación del agua subterránea favorece la vaporización de los contaminantes, que son bombeados a superficie a través de pozos de extracción similares a los de extracción de vapor. La entrada de aire al suelo que suponen estas dos técnicas favorece, además, el desarrollo de microorganismos bacterianos, que a su vez favorecen la descontaminación a través de la transformación metabólica de los contaminantes en agua y CO2. Las instalaciones requeridas para este tipo de tratamiento son económicas y de fácil mantenimiento, lo que hace que sean bastante empleadas.

Flushing in situ es una técnica química que se utiliza para eliminar contaminantes de tipo NAPL o DNAPL, inmiscibles con el agua, y que por tanto, no son arrastrados por los flujos acuosos. Esta técnica se basa en la infiltración en el terreno (desde superficie o pozos de inyección), de compuestos químicos que reaccionan con el contaminante, disolviéndolo. Los productos utilizados son surfactantes (detergentes) y cosolventes (alcoholes), que se mezclan con agua y se ponen en contacto con el contaminante, y se bombean a superficie a través de pozos de extracción (ver figura 16). La técnica se ve especialmente favorecida cuando el contaminante se encuentra en un terreno arenoso en contacto con otro arcilloso infrayacente.

Figura 16.- Sistema de flushing in situ actuando sobre una

porción de suelo contaminado (en rojo). El agua y los reactivos

se introducen por el pozo de la derecha, y los productos de

la reacción se extraen por el de la izquierda en la imagen.

Es una técnica mucho más problemática que las anteriores, dado que implica el manejo e infiltración en el terreno de sustancias químicas (con cierta toxicidad y coste económico a considerar). Sin embargo, resulta efectivo en muchas ocasiones, y es la alternativa a métodos ex situ, normalmente de mayor coste.

Los tratamientos térmicos son un grupo de técnicas que se basan en la extracción de contaminantes a través de su movilización a altas temperaturas. Los productos químicos así movilizados se desplazan a través del suelo y las aguas subterráneas hasta pozos, donde son captados y bombeados hasta la superficie. Así, este apartado incluye la inyección de vapor, de aire caliente, de agua caliente, el calentamiento mediante resistencia eléctrica, o mediante radiofrecuencia o por conductividad térmica (calentamiento de tubos de acero). En todos los casos, se consigue una movilización del contaminante químico, que se extrae a través de un pozo al efecto.

El coste de estas técnicas es relativamente alto, pero a menudo se muestran muy efectivas, incluso en condiciones muy desfavorables (contaminantes retenidos en terrenos arcillosos).

La oxidación química emplea compuestos oxidantes para destruir la contaminación de suelos y aguas subterráneas, transformando ésta en compuestos inocuos, como agua y CO2. Esta técnica permite destruir muchos combustibles, solventes, y plaguicidas.

La técnica se base simplemente en la introducción en el terreno de los oxidantes, a través de pozos a diversas alturas, sin que sea necesario bombear los productos de la oxidación. No obstante, se observa que se obtiene una mayor efectividad de la técnica si establece un sistema cerrado, reinyectando lo obtenido por el pozo de extracción: con ello se ayuda a que se mezcle mejor el oxidante con los productos que constituyen la contaminación (figura 17).

Figura 17.- Esquema de un dispositivo para oxidación química.

Los productos oxidantes más utilizados son el agua oxigenada y el permanganato de potasio (de menor coste). También puede emplearse el ozono, aunque su carácter de gas hace más problemático su manejo. En algunos casos junto con el oxidante se emplea un catalizador, que aumenta el rendimiento del proceso de oxidación.

Por otra parte, la oxidación puede crear el suficiente calor como para hacer hervir el agua subterránea, lo que favorece la movilidad de los contaminantes que no resulten oxidados. En resumen, se trata de una técnica muy adecuada para actuar frente a determinados contaminantes, sobre todo cuando se encuentran a profundidades considerables, a las que otros métodos no pueden llegar.

Ocasionalmente en vez de oxidar es necesario reducir: caso del Cr6+, altamente tóxico, que se reduce mediante sulfitos a Cr3+, inocuo.

La electrodescontaminación consiste en la movilización de los contaminantes bajo la acción de campos eléctricos. Se basa en la introducción a suficiente profundidad de electrodos en el suelo y la aplicación de una diferencia de potencial. Esto produce un flujo de los contaminantes en medio acuoso siguiendo las líneas del campo eléctrico. En determinados casos puede ser necesario añadir una fase acuosa que permita o facilite el proceso. La figura 18 muestra unl esquema del procedimiento.

Figura 18.- Esquema del proceso de electrodescontaminación.

Los mecanismos concretos por los que se produce la movilización de los contaminantes son los de migración, electro osmosis y electroforesis.

-          La migración es una movilización de los contaminantes en forma iónica a favor del campo eléctrico. Representa el movimiento de las partículas en disolución en el agua intergranular del suelo o subsuelo, sobre la base de su comportamiento iónico.

-          La electro osmosis representa el movimiento del líquido en relación a las superficies sólidas del campo eléctrico: se produce una movilización en masa del líquido, como consecuencia de la interacción con las paredes de los poros. Esto se produce debido a que en las superficies no equilibradas de las partículas del suelo predominan las cargas negativas, y atraen al líquido hacia el cátodo, que se comporta como un gran catión (Figura 19).

Figura 19.- Transporte de un fluido a

través de los poros de una roca mediante

electro ósmosis.

 

-          La electroforesis corresponde al desplazamiento de  partículas coloidales cargadas en suspensión en un líquido. Tiene una importancia muy inferior a la de los dos fenómenos anteriores.

El conjunto de estos mecanismos provoca el desplazamiento de los contaminantes bajo la acción del campo eléctrico. Los cationes van hacia el cátodo mientras que los aniones lo hacen hacia el ánodo, y ambos son extraídos posteriormente. El procedimiento tiene la ventaja de que apenas si resulta influenciado por la textura o la permeabilidad del suelo, factores limitantes de otras técnicas.

La técnica resulta de aplicación, con buenos resultados, en el caso de suelos con altos contenidos en metales pesados (Cu, Zn, Pb, As), así como en el caso de la contaminación por compuestos orgánicos.

La fracturación se emplea a menudo en combinación con otras de las técnicas descritas, ya que se trata de un procedimiento por el cual se induce una fracturación en suelos o terrenos en general muy compactos, de forma que las técnicas que se basan en la movilización de los contaminantes pueden actuar mejor. Se basa en dos posibilidades: fracturación hidráulica y fracturación neumática.

La fracturación hidráulica utiliza agua, que es bombeada a presión a través de pozos. La fuerza del agua favorece la fracturación del material que compone el terreno en cuestión, así como la apertura de las fracturas ya existentes. Para fracturar suelos a profundidades considerables se añade arena al agua, que favorece la fracturación y que las fracturas permanezcan abiertas.

La fracturación neumática utiliza aire a presión para fracturar la roca (figura 20), y a menudo también favorece la movilización de los contaminantes.

Figura 20.- Esquema de un sistema de fracturación neumática,

basado en el empleo de aire a presión, para ayudar a la movilización

de los contaminantes del suelo.

En algunos casos se puede llegar a plantear la utilización de explosivos.

En definitiva, es una técnica auxiliar, que en unos casos ayuda a introducir los reactivos requeridos para el tratamiento descontaminante, y en otros favorece la migración de los productos del proceso hacia los pozos de extracción, y en general, favorece la liberación de los contaminantes contenidos en el terreno, y su migración a través del mismo.

Técnicas ex situ

Estas técnicas tienen en común que el suelo es removido de su lugar original, y tratado en una planta externa, para la eliminación del contaminante mediante una variedad de técnicas disponibles. Tras el tratamiento, el suelo puede ser devuelto a su lugar original, siempre y cuando se verifique que está completamente descontaminado.

En este apartado se reconocen las siguientes técnicas:

·         Desorción térmica: basada en el calentamiento del suelo en una “unidad de desorción”.

·         Lavado del suelo: basado en el empleo de detergentes y en la separación granulométrica de las fracciones más finas (siempre más contaminadas, por la mayor capacidad de sorción de las arcillas) de las más gruesas: arena, siempre más limpia, y más fácil de limpiar.

·         Extracción con solventes: Basada en el empleo de productos disolventes, que son muy efectivos en determinados contaminantes.

·         Dehalogenación química: Consiste en la eliminación de halógenos del suelo, mediante reactivos específicos.

Al ser tratamientos puramente químicos, no vamos a insistir en su estudio y descripción.

Finalmente, cuando no hay otra alternativa, el suelo se excava y se lleva a un almacenamiento de residuos tóxicos y peligrosos para su disposición final (figura 21).

Figura 21.- Excavación de suelo contaminado mediante pala

retroexcavadora.

 

Bibliografía

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