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Contaminación y Remediación del suelo

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Suelos contaminados

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  • Contaminacin y Remediacin del suelo

  • La contaminacin del suelo consiste en una degradacin qumica que provoca la prdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la acumulacin de sustancias txicas en unas concentraciones que superan el poder de amortiguacin natural del suelo y que modifican negativamente sus propiedades.

  • Esta acumulacin se realiza generalmente como consecuencia de actividades humanas exgenas, aunque tambin se puede producir de forma natural o endgena cuando los procesos de edafizacin liberan elementos qumicos contenidos en las rocas y los concentran en el suelo alcanzando niveles txicos.

  • Un ejemplo de esto ltimo lo tenemos en suelos muy evolucionados formados sobre rocas serpentinizadas con altos contenidos en metales pesados como el Cr, Ni, Cu y Mn, entre otros, que se concentran en los suelos a medida que la intensa edafognesis produce el lavado de otros constituyentes esenciales como el Ca, Mg e incluso el Si.

  • Conforme se desarrolla esta concentracin residual metlica, estos elementos que inicialmente eran constituyentes no asimilables de los minerales primarios pasan a formas ms activas, solubles y biodisponibles que influyen negativamente sobre la actividad biolgica (Macas, 1993).

  • Como ya se ha sealado, las propiedades fsicas, qumicas, fisicoqumicas y biolgicas del suelo controlan en gran medida los ciclos biogeoqumicos superficiales, en los que acta como un reactor complejo que sirve de elemento protector de otros medios ms sensibles frente a elementos contaminantes. As, el suelo ejerce su labor protectora a travs de su poder de amortiguacin o capacidad natural de depuracin de la contaminacin

  • Esta atenuacin de los elementos nocivos contaminantes se realiza, entre otras, a travs de reacciones de complejacin, reacciones de adsorcin y desorcin, reacciones de precipitacin y disolucin, reacciones de oxidorreduccin, reacciones cido-base y reacciones derivadas de procesos metablicos. Todas estas reacciones estn estrechamente controladas por propiedades del suelo como su textura, estructura, porosidad, capacidad de intercambio catinico, pH y la actividad microbiolgica

  • En cualquier caso, hay que tener muy presente que el poder de amortiguacin de un suelo no es ilimitado y cuando se rebasa, el suelo deja de ser eficaz como sumidero de la contaminacin, llegando incluso a invertirse el proceso y a convertirse en una fuente de contaminacin para los organismos del suelo y para el medio circundante

  • A la hora de abordar el estudio de la contaminacin de un suelo no basta slo con detectar la presencia de la sustancia o sustancias contaminantes sino que su concentracin debe superar la carga crtica o mxima cantidad permitida en el suelo sin que se produzcan efectos nocivos que no puedan ser contrarrestados por el poder de amortiguacin del suelo.

  • Esta reaccin estar condicionada por factores como la vulnerabilidad especfica de cada suelo, que representa el grado de sensibilidad del suelo frente a la agresin de los agentes contaminantes

  • As, el grado de vulnerabilidad de cada suelo frente a la contaminacin depende de la intensidad de la contaminacin y de la velocidad con que se producen los cambios negativos en las propiedades del suelo en respuesta a esa contaminacin.

  • Adems, el grado de contaminacin de un suelo no puede ser estimado exclusivamente a partir de los valores totales de los contaminantes frente a determinados valores gua, sino que es necesario considerar la biodisponibilidad del contaminante o su posible asimilacin por los organismos del suelo, determinada por la competencia entre el sistema radicular de la planta, la solucin del suelo y la fase slida del suelo (Sposito, 1989);

  • La movilidad, que regular su distribucin y transporte en el suelo o a otros medios; y la persistencia, que controlar la duracin de su efecto pernicioso en el suelo.

  • Todos estos conceptos permiten evaluar los riesgos potenciales de determinadas actividades contaminantes y planificar acciones de acuerdo con el tipo de suelo, aunque es necesario recalcar que la propia heterogeneidad del suelo puede dificultar en muchos casos la caracterizacin de estos parmetros.

  • Los agentes potencialmente contaminantes del suelo estn fundamentalmente asociados a residuos derivados de actividades industriales, mineras, agrcolas y ganaderas. Las principales agentes de contaminacin en los suelos son:

  • Metales pesadosUn metal pesado es aquel elemento metlico que presenta una densidad superior a 5 g/cm3 , aunque a efectos prcticos en estudios medioambientales se ampla esta definicin a todos aquellos elementos metlicos o metaloides, de mayor o menor densidad, que aparecen comnmente asociados a problemas de contaminacin.

  • Metales pesadosAlgunos de ellos son esenciales para los organismos en pequeas cantidades, como el Fe, Mn, Zn, B, Co, As, V, Cu, Ni o Mo, y se vuelven nocivos cuando se presentan en concentraciones elevadas, mientras que otros no desempean ninguna funcin biolgica y resultan altamente txicos, como el Cd, Hg o el Pb.

  • Son fuentes importantes de metales en suelos las cenizas y escorias de los procesos de combustin de carbn fsil o derivados del petrleo, el aporte directo procedente de actividades agrcolas (adicin de fertilizantes, pesticidas, lodos de depuradoras, compost, etc) y su acumulacin a partir de residuos industriales, urbanos y mineros (metalurgia, fabricacin de pinturas, barnices, disolventes, bateras, textiles, curtidos, etc)

  • Al hablar de contaminacin por metales hay que tener en cuenta que ms importante que el contenido total de un elemento en el suelo es la forma o especie qumica bajo la que se encuentra, es decir, su especiacin (Mulligan et al., 2001a).

  • As, la forma resultante de dicha especiacin va a influir decisivamente en su distribucin en el suelo, condicionando su solubilidad, su movilidad en el suelo y las aguas superficiales y subterrneas, su biodisponibilidad y toxicidad y, por tanto, su comportamiento como contaminante potencial.

  • La dinmica y disponibilidad de los metales estn muy influenciadas por las condiciones fsico-qumicas del suelo en el que se encuentran, como el pH y el potencial rdox, mientras que los constituyentes orgnicos e inorgnicos del suelo son los que en gran medida condicionan los mecanismos de retencin de metales por adsorcin, complejacin y precipitacin fundamentalmente.

  • Adems, las plantas y los microorganismos (bacterias y hongos) del suelo tambin pueden interaccionar con los metales mediante mecanismos de extraccin, estabilizacin, biosorcin, bioacumulacin, biomineralizacin y biotransformacin (Lloyd and Macaskie, 2000).

  • En cualquier caso, es importante resaltar que los metales txicos en los suelos no pueden ser destruidos sino slo neutralizados y que pequeas variaciones en las condiciones del medio edfico pueden liberar los metales anteriormente insolubilizados, por lo que es necesario realizar un seguimiento en profundidad de la distribucin de estos contaminantes en el suelo, especialmente de los ms txicos.

  • Lluvias cidasConsisten en deposiciones hmedas (agua de lluvia, nieve y niebla) o secas (gases o partculas slidas) de la atmsfera constituidas principalmente por SO 2 y xidos de nitrgeno, NOx , que proceden fundamentalmente de actividades industriales, como las emisiones de centrales trmicas y las producidas por la combustin de hidrocarburos, la desnitrificacin de fertilizantes aadidos en exceso a los suelos y otros procesos naturales similares que tienen lugar en zonas de manglares, marjales, arrozales, volcanes, etc.

  • Los SOx y los NOx emitidos a la atmsfera reaccionan con el agua y el oxgeno, dando lugar a soluciones diluidas de cido sulfrico y ntrico que se van depositando sobre los suelos, plantas, rboles, ros, lagos, etc.

  • Las consecuencias de estas deposiciones se reflejan en un aumento de la acidez de los suelos y las aguas, un incremento de la movilidad de iones y metales pesados, la solubilizacin y movilizacin del Al y la materia orgnica y, en definitiva, el descenso de la capacidad de los suelos para neutralizar cidos.

  • En este sentido, los suelos presentarn distinta sensibilidad al impacto de las deposiciones cidas en funcin de su poder de amortiguacin para contrarrestar la acidez, de forma que los suelos ms sensibles a las lluvias cidas sern aquellos desarrollados en zonas fras, donde las bajas temperaturas limiten su alteracin, sobre materiales poco alterables, con valores bajos de capacidad de intercambio catinico y grado de saturacin y pobres en formas de Al y Fe activas.

  • SalinizacinEs el resultado de la acumulacin en el suelo de sales ms solubles que el yeso (2,6 g/L en agua pura a 25C, Porta et al., 2003). La salinizacin se refleja en un incremento en la conductividad elctrica de la solucin del suelo que tiene efectos adversos sobre las propiedades fsicas y qumicas del suelo y dificulta el crecimiento y la productividad vegetal (Tejada et al., 2006).

  • Los suelos afectados por este proceso se denominan suelos salinos y en ellos el Ca y el Mg son los cationes predominantes en el complejo de cambio. En el caso especfico de que sea el Na el catin predominante en el complejo de cambio se habla de suelos sdicos, en los que esta acumulacin de Na produce una alcalinizacin que da lugar a la dispersin de las arcillas y la materia orgnica y a la destruccin de la estructura del suelo.

  • Los principales tipos de sales que se encuentran en suelos salinos son cloruros, sulfatos, carbonatos y bicarbonatos, y nitratos.

  • Para que se produzca esta acumulacin de sales en el suelo es necesario que haya un fuerte aporte de sales y que su eliminacin del suelo est impedida por algn mecanismo, como malas condiciones de drenaje y lavado.

  • En regiones ridas y semiridas, donde la evapotranspiracin es superior a la precipitacin, el proceso de salinizacin se origina de forma natural a partir de la herencia o alteracin de la roca original (fundamentalmente rocas sedimentarias) o de las aguas de escorrenta cargadas de sales que se acumulan por evaporacin en las zonas ms deprimidas.

  • En otras ocasiones, las acumulaciones salinas ocurren por ascensin capilar de las sales en el suelo a partir de mantos freticos suficientemente superficiales, especialmente en zonas costeras y, en cualquier caso, el viento siempre puede contribuir a la contaminacin salina por arrastre de partculas en suspensin.

  • El hombre tambin contribuye en gran medida a la contaminacin de los suelos por sales a travs de prcticas agrcolas inadecuadas, como el riego con aguas salinas y el empleo de cantidades muy elevadas de fertilizantes solubles, de la sobreexplotacin de acuferos, que ocasiona un descenso de los mantos freticos regionales y la intrusin de agua salina, y de actividades industriales y mineras que contaminan directamente los suelos o indirectamente a partir de deposiciones atmosfricas o de las aguas superficiales.

  • La concentracin de sales eleva la presin osmtica del suelo y, en consecuencia, el agua menos concentrada contenida en los jugos celulares de las plantas tiende a salir hacia la solucin del suelo para igualar ambas concentraciones. Como resultado, las plantas sufren estrs hdrico, se secan a pesar de que el suelo contenga agua y terminan muriendo.

  • En otras ocasiones, las plantas realizan una adaptacin osmtica que les permite seguir absorbiendo agua pero que requiere un consumo energtico que se realiza a costa de un menor crecimiento (Berstein, 1961).

  • Otros (Aceves, 1979) atribuyen la inhibicin del crecimiento a que las sales afectan la divisin celular y producen un engrosamiento de las paredes celulares, impidiendo el crecimiento de forma irreversible aunque se produzca el ajuste osmtico o disminuya la salinidad del suelo.

  • En cualquier caso, el proceso de salinizacin aumenta la concentracin de algunos iones que pueden resultar txicos para las plantas o que pueden provocar desequilibrios en el metabolismo de nutrientes.

  • FitosanitariosUna vez aplicados, son absorbidos por las plantas o sufren procesos de adsorcin, volatilizacin, lavado y degradacin bitica y abitica en el suelo que conducen a la formacin de nuevos productos, en ocasiones ms mviles, persistentes y ms peligrosos que los compuestos de partida (Porta et al, 2003), que son susceptibles de contaminar los suelos, las aguas y pasar a la cadena trfica.

  • El exceso de los nutrientes contenidos en los fertilizantes (NPK) impide que puede ser absorbido por la vegetacin y su lixiviado del suelo en forma principalmente de nitratos, muy solubles, o a travs de las aguas de escorrenta en el caso de los fosfatos da lugar a problemas de eutrofizacin de las aguas superficiales y subterrneas, provocando el crecimiento desmesurado de biomasa, en especial algas, y un aumento de la demanda biolgica de oxgeno para descomponer y degradar la materia orgnica procedente de esa biomasa que puede terminar creando condiciones de anaerobiosis que lleven a la destruccin de ese ecosistema.

  • Explotaciones minerasLas actividades mineras provocan generalmente grandes impactos ambientales, con destruccin de los suelos naturales y creacin de nuevos suelos (Antrosoles) que presentan fuertes limitaciones fsicas, qumicas y biolgicas que dificultan la reinstalacin de vegetacin.

  • Las consecuencias negativas se reflejan fundamentalmente en una destruccin de la estructura del suelo y una modificacin de sus caractersticas texturales, frecuentemente una disminucin de la fraccin arcilla a favor de fracciones ms gruesas; una acidificacin asociada a los procesos de oxidacin que favorece la movilizacin de especies qumicas txicas limitantes de la actividad biolgica;

  • La decapitacin de los horizontes superficiales biolgicamente activos, que conlleva la ruptura de los ciclos biogeoqumicos y la dificultad de enraizamiento; y una disminucin de la capacidad de cambio y de la retencin de agua en el suelo como consecuencia de la escasez de materia orgnica y arcilla (Macas, 1996).

  • Contaminantes orgnicosLa distribucin y el comportamiento de los compuestos orgnicos contaminantes en suelos estn gobernados por diferentes factores que incluyen las caractersticas del suelo (pH, contenido en materia orgnica y arcilla, potencial redox, contenido en nutrientes, actividad microbiolgica, etc.).

  • Contaminantes orgnicosLas propiedades especficas de cada compuesto (presin de vapor, solubilidad, estabilidad qumica, biodegradabilidad, caractersticas de sorcin, etc.) y factores ambientales como la temperatura y la precipitacin.

  • Contaminantes orgnicosAs, estos compuestos pueden sufrir procesos de lavado, biodegradacin, volatilizacin, fotodescomposicin e hidrlisis, inmovilizacin por adsorcin y formacin de enlaces con partculas de arcilla, xidos, oxihidrxidos, etc., y transferencia a organismos (Jones et al., 1996).

  • Recuperacin de suelos contaminados Segn la forma en la que se apliquen las tcnicas de recuperacin de suelos se habla de tratamientos in situ, que actan sobre los contaminantes en el lugar en el que se localizan, y tratamientos ex situ, que requieren la excavacin previa del suelo para su posterior tratamiento, ya sea en el mismo lugar tratamiento on-site) o en instalaciones externas que requieren el transporte del suelo contaminado (tratamiento off-site)

  • En funcin de los objetivos que se quieren alcanzar a la hora de recuperar un suelo contaminado (Kaifer et al., 2004), se puede distinguir entre:Tcnicas de contencin,.Tcnicas de confinamiento, Tcnicas de descontaminacin,

  • Tcnicas de contencin, que aslan el contaminante en el suelo sin actuar sobre l, generalmente mediante la aplicacin de barreras fsicas en el suelo.

    Tcnicas de confinamiento, que reducen la movilidad de los contaminantes en el suelo para evitar su migracin actuando directamente sobre las condiciones fisicoqumicas bajo las que se encuentran los contaminantes.

    Tcnicas de descontaminacin, dirigidas a disminuir la concentracin de los contaminantes en el suelo.

  • Tcnicas de contencin

    Las tcnicas de contencin se emplean para prevenir o reducir significativamente la migracin de los contaminantes orgnicos e inorgnicos en suelos y aguas subterrneas. No requieren la excavacin del suelo y son tpicamente de bajo coste, aunque s necesitan de inspecciones peridicas.

  • Barreras verticales

    Se emplean in situ con objeto de reducir los movimientos laterales de los contaminantes, a travs de lixiviados o por disolucin en las aguas subterrneas.Incluyen la instalacin de muros pantalla (Thomas and Koerner, 1996), que requieren la excavacin en el suelo de zanjas profundas de hasta 100 m que son posteriormente rellenadas de material aislante como mezclas de cemento y bentonita u hormign; la inyeccin vertical a presin, generalmente hasta 50 m de profundidad, de lechada de cemento o cemento-bentonita a travs de sondeos, formando pilotes, y culminada con la inyeccin adicional de lechada en el suelo existente entre los pilotes.

  • Barreras verticales

    Se conforma una barrera subterrnea continua; y el tablestacado metlico, una sucesin de perfiles de acero con seccin en forma de Z o U que se hincan verticalmente en el suelo no ms all de 30 m de profundidad sobre una base impermeable (natural o creada artificialmente) y que a veces se acompaa con la inyeccin de lechada de cemento-bentonita para sellar el espacio que ocupan. Una forma de mejorar las propiedades de estas barreras verticales es utilizar geomembranas, generalmente constituidas por polietileno de alta densidad (Thomas and Koerner, 1996).

  • Barreras horizontales Son zanjas o sondeos horizontales in situ que se rellenan con material sellante cuya aplicacin est actualmente en desarrollo, sin demostrarse an si son efectivas, aunque podran ser potencialmente tiles para restringir el movimiento vertical de contaminantes metlicos sin necesidad de recurrir a la excavacin del terreno (Mulligan et al., 2001a).