biorrremediacion de suelos por manuel quiroz
TRANSCRIPT
DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS:DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS:TÉCNICAS BIOLÓGICASTÉCNICAS BIOLÓGICAS
Universidad Técnica Luis Vargas TorresFacultad De Ciencias Agropecuarias Y Ambientales
Escuela De Ingeniería [email protected]
Manuel Quiroz Ponce6to. Ciclo De Ingeniería Ambiental
Descontaminación de Suelos
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
TÉCNICAS BIOLÓGICAS
In situ
- Bioventing
- Biorremediación
- Bioaumentación
- Fitorremediación
Ex situ
- Biopilas
- Compostaje
- Landfarming
- Lodos
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
TÉCNICAS BIOLÓGICAS
Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de
sus actividades metabólicas.
Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo
(nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)
Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
In situ
NO
BAJOS
ALTO
DUDOSA
DIFÍCIL
Ex situ
SI
ALTOS
BAJO
SI
FÁCIL
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE TÉCNICAS IN SITU Y EX SITU
Alteración de estructura del suelo
Costes económicos
Tiempo de ejecución
Uniformidad de tratamiento
Verificación de su eficacia
BioventingT
écn
icas
bio
lóg
icas
En ocasiones las técnicas biológicas se acompañan de otras técnicas físicas y químicas para completar el proceso de limpieza
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
PARÁMETROS CON MAYOR INFLUENCIA
Condiciones Aeróbicas: Favorecen la oxidación y la actividad biológica. Dependen de la textura del suelo, grado de saturación y condiciones redox.
Condiciones Anaeróbicas: Puede degradar algunos contaminantes orgánicos (clorados) o impedir la oxidación de algunos minerales (sulfuros metálicos).
Agua: Medio de transporte de nutrientes y constituyentes orgánicos (absorción – secreción) al interior – exterior de los orgs.
Nutrientes: Se aplican para favorecer la actividad biológica (algunos metales pesados son también micronutrientes).
pH: Afecta la solubilidad y biodisponibilidad de muchos contaminantes.
Temperatura: Afecta la actividad biológica (problema en climas fríos). Se puede inducir calentamiento controlado (problema VOCs).
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOVENTING
CONCEPTOInyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la concentración de oxígeno y estimular la biodegradación. Utiliza bajas tasas de flujo (diferencia con Soil Vacuum Extraction (SVE))
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio – largo plazo (meses – años)
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOVENTING
APLICABILIDAD
LIMITACIONES
- Hidrocarburos del petróleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros orgánicos (fuels).
- Favorece la degradación de VOCs por la lenta migración hacia zonas biológicamente activas del suelo.
- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgánicos (cambio de estado de valencia, cambio en movilidad)
- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.
- Posible emisión de vapores (control y monitoreo)
- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio)
- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradación.
- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediación.
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOVENTING
COSTES
- Tipo y concentración del contaminante, y permeabilidad del suelo.
- Espaciado y nº pozos.
- Tasa de bombeo.
- Tratamiento de gases emitidos.
- Periodicidad del monitoreo.
- Técnica cada vez más 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 $ m3 suelo
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOVENTING
CASO PRÁCTICO
Localidad: Base Fuerzas Aéreas Ogden, Utah (USA)
Origen: Enero 1985, vertido de 102 m3 fuel de avión JP-4
Contaminantes: Hasta 10.200 mg/kg de hidroc. tot. petr. (TPH)
Área contaminada: 1.625 m2 (6.600 m3 suelo)
Tratamiento: SVE seguido de BIOVENTING
Duración: 15 meses
Resultado final: TPH < 6 mg/kg (nivel referencia = 38,1 mg /kg)
Coste: 90 $ m3
Observaciones: Suelo muy favorable (arenoso, gravoso)
No se requirió incinerador catalítico de gases
Se extrajeron unos 95.700 kg de contaminante
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIORREMEDIACIÓN
CONCEPTOEstimulación de la actividad de microorganismos del suelo (o inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas ricas en nutrientes o productos enmendantes y sautradas en oxígeno disuelto.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIORREMEDIACIÓN
APLICABILIDAD
- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extraíbles por volatilidad (SVE))
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas de extracción, limpieza o remoción.
Aeróbica:Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular
Anaeróbica:Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)
(a veces el residuo puede ser más tóxico; ej: TCE = cloruro de vinilo)
Podredumbres blancas (hongos):Enzimas que degradan lignina. Aplicadas al TNT (laboratorio)
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIORREMEDIACIÓN
COSTES
- Propiedades del suelo
- Potencial de lixiviado del contaminante
- Reactividad química (tendencia a reacciones no biológicas)
- Biodegradabilidad del contaminante
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)
- Bloqueo de pozos de inyección nutrientes (colonización de orgs.)
- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Se requiere tratamiento del agua extraída.
30 - 100 $ m3 suelo
LIMITACIONES
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOAUMENTACIÓN
CONCEPTOIntroducción en el suelo de organismos seleccionados, adaptados o genéticamente modificados para degradar contaminantes específicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
Los tratamientos electroquímicos pueden mejorar los resultados
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOAUMENTACIÓN
APLICABILIDAD
- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Descontaminación de campos de batalla (US Dep. Defense).
Organismos más usados:
Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.
Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
BIOAUMENTACIÓN
COSTES
- Propiedades del suelo (textura, permeabilidad, pH, CO, humedad, nutrientes).
- Propiedades del contaminante (biodegradabilidad, reactividad química, solubilidad en agua).
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)
- Texturas finas o suelos heterogéneos (limitan el contacto entre los microorganismos y el contaminante)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Poco efectiva para contaminantes inorgánicos.
25 - 105 $ m3 suelo
LIMITACIONES
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar y destruir contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de Suelos
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOAbsorción de contaminantes (inorgánicos o radionucléidos) por plantas y traslocación / acumulación en raíz, tallo y/o hojas.
Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante / kg suelo.(algunas se usan con fines extractivos, minería (Ni, Cu))
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de Suelos
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
Biodisponibilidad:Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, CuModerada: Co, Mn, FeBaja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Cítrico Δ biodisp.)
EspecieThlaspi caerulescensThlaspi calaminare
Haumaniastrum robertiiHaumaniastrum katangense
Ipomoea alpinaThlaspi rotundifolum subsp.
Macadamia neutrophyllaAlyssum bertoloniiBerkheya coddii
Psychotria douarreiAstragalus pattersoni
Iberis intermediaAtriplex confertifolia
Pteris vittata
ElementoCd, Zn
ZnCoCuCuPbMnNiNiNiSeTlUAs
Conc. (mg/kg)3000, 10000
10000102008356
123008200
5500013400170004750060003070100
22000
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.
- Adaptación de las plantas al medio contaminado (tolerancia).
- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).
- Condiciones climáticas.
15 - 40 $ m3 suelo
LIMITACIONES
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de Suelos
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOMetabolismo o degradación enzimática de contaminantes orgánicos en el interior de la planta, transformándolos en no-tóxicos o disminuyendo su toxicidad (incluye la fitovolatilización).
Procesos:- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificación).- Degradación en CO2 y H2O.
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de SuelosFITORREMEDIACIÓN
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trófica.
- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorción de los contaminantes (lixiviados).
- Está en fase de investigación.
15 - 40 $ m3 suelo
LIMITACIONES
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de Suelos
FITOESTABILIZACIÓN
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProducción de compuestos químicos por las plantas para inmovilizar contaminantes en la interfase suelo – raíz.
Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros métodos de remediación fracasan.
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
COSTES
- Grado de contaminación del suelo.
- Condiciones climáticas adversas.
- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).
- No extrae ni degrada contaminantes, sólo los inmoviliza.
15 - 40 $ m3 suelo
LIMITACIONES
FITORREMEDIACIÓN
FITOESTABILIZACIÓN
Téc
nic
as b
ioló
gic
as in
sit
uDescontaminación de SuelosFITORREMEDIACIÓN
FITOESTIMULACIÓN
CONCEPTODegradación de contaminantes orgánicos (plaguicidas, PAHs y disolventes orgánicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la rizosfera (biodegradación por rizosfera mejorada o rizodegradación).
Mecanismos en la rizosfera:
- La exudación de compuestos mejora la activ. microbiana.
- Oxigenación del suelo (transformaciones aeróbicas)
- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.
- Las micorrízas (hongos) degradan contaminantes orgánicos.
- Mejora del hábitat para poblaciones microbianas.
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
COSTES
- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.
- Efectiva sólo en sitios con bajo grado de contaminación.
- Está en fase de investigación.
10 – 150 $ m3 suelo
LIMITACIONES
FITORREMEDIACIÓN
FITOESTIMULACIÓN
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
VENTAJAS
- Bajo coste.
- Preserva el suelo (no destruye su estructura ni fertilidad).
- Evita dispersión y lavado de contaminantes.
- Inmoviliza o degrada contaminantes (orgánicos).
- Efectiva para cont. Inorgánicos.
- Aceptación social (ecológica).
INCONVENIENTES
FITORREMEDIACIÓN
- Lenta (años).
- Producción de biomasa baja (densidad y longitud raíz).
- Contaminación elevada = toxicidad de la planta.
- Tratamiento de plantas, riesgo a la cadena trófica.
- Condiciones climáticas adversas.
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
in s
itu
CASO PRÁCTICO
Localidad: 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)
Área contaminada: Indeterminada
Tratamiento: Fitoextracción y fitoestabilización (mostaza india y girasol, tres tratamientos; en parcelas de experimentación)
Duración: 7 meses
Resultado final: Reducción en algunas áreas de 635 a 478 mg/kg
Coste: no especificado
Observaciones: Suelos fertilizados y encalados para ajustar pH
Se instaló un sistema de riego y abonado foliar
En una parcela, la mostaza india llegó a adsorber hasta 3252 mg/kg de Pb
FITORREMEDIACIÓN
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
BIOPILAS
CONCEPTOMezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y confinamiento en montones estáticos sometidos a aireación (inyección o vacío) y recogida de gases y lixiviado para su tratamiento.
DESCRIPCIÓN
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
APLICABILIDAD
- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.
- Incrementa la biodegradación favoreciendo las condiciones de humedad, temperatura, nutrientes, oxígeno y pH.
- Impermeabilización completa de la pila (acompañar con técnicas de recogida y tratamiento de gases y lixiviados).
BIOPILAS
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
COSTES
130 - 260 $ m3 suelo
BIOPILAS
LIMITACIONES
- Excavación del suelo = riesgo de liberación de VOCs.
- Test previos de biodegradación del contaminante (cálculo de tasas de aireación y nutrientes).
- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.
- Uniformidad cuestionable (proceso estático, no mezcla periódica).
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: 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.
Duración: 3 años
Resultado 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 periódica.
BIOPILAS
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
COMPOSTAJE
CONCEPTOMezcla de suelo contaminado con materiales porosos y enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación (incremento de temperatura ).
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
APLICABILIDAD
- Explosivos y PAHs.
- Mantener condiciones de oxidación (aireación), humedad (irrigación) y temperatura (54 – 65 ºC)
- Métodos de aireación:
· Mezcla mecánica de montones (la más usada)
· Estática, inyección o bombeo en pilas.
· Agitación mecánica en contenedores.
- Controlar la emisión de VOCs y SVOCs.
COMPOSTAJE
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
COSTES
150 – 180 – 220 $ m3 sueloMezcla mecánica – Estática – Agitación mecánica
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs.
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
COMPOSTAJE
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: 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, inyección de aire e inoculación de nutrientes y humedad.
Duración: 1 año (cada tanda (1300 m3 máximo) hasta 30 días)
Resultado final: Limpieza de todos los contaminantes por debajo de los límites 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
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
LANDFARMING
CONCEPTODisposición del suelo contaminado en capas lineales y remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación (humedad, nutrientes, etc.)
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
APLICABILIDAD
- Hidrocarburos del petróleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.
- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.
- Recogida y tratamiento de escorrentías y lixiviados.
LANDFARMING
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
COSTES
150 $ m3 suelo
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs.
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
LANDFARMING
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: 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: Oxidación UV, peróxido, etanol (acondicionamiento y mejora) y nutrientes (biorremediación).
Duración: 15 meses (tratamiento medio por capa, 84 días)
Resultado final: Disminución media de la contaminación en un 80% (HPAH < 22 mg/kg; PCP < 21).
Coste: 357 $ m3 (total de operaciones).
Observaciones: La solución nutritiva a base de harina de pescado, alimentaba los microorgs. pero éstos no degradaban contaminantes, se sustituyó por un fertilizante nitrogenado.
LANDFARMING
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
LODOS
CONCEPTOMezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos, para favorecer la biodegradación al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante, dentro de un “bioreactor”.
Técnica a corto - medio plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
APLICABILIDAD
- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCs al excavar un suelo).
- Biorreactores secuenciales aeróbicos/anaeróbicos, mejoran la remediación de PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.
- 1º Tamizar suelo; 2º Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3º Añadir oxígeno y nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4º Filtrado y secado del suelo y tratamiento de resíduos.
LODOS
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
ex
situ
COSTES
160 - 210 $ m3 suelo
LIMITACIONES
- Tamizado previo del suelo (caro).
- Problemática en suelos heterogéneos y arcillosos.
- Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes (caro).
LODOS
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
COMPARATIVA DE MÉTODOS
Descontaminación de SuelosT
écn
icas
bio
lóg
icas
COMPARATIVA DE MÉTODOS
Las más usadas:In situ: Bioventing y Fitorremediación; Ex situ: Landfarming