vtIrene Ortiz Bernad

Juana Sanz Garca

Miriam Dorado Valio

Susana Villar Fernndez

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informe de vigilancia tecnolgica

en tecnologasmedioambientales y energa

citmecrculodeinnovacin

tcnicas derecuperacin de suelos contaminados

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AccinInnovadora

CONFEDERACIN EMPRESARIALDE MADRID - CEOE

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vtIrene Ortiz Bernad

Juana Sanz Garca

Miriam Dorado Valio

Susana Villar Fernndez

informe de vigilancia tecnolgica

tcnicas de recuperacin de sueloscontaminados

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en tecnologasmedioambientales y energa

citmecrculodeinnovacin

CONFEDERACIN EMPRESARIALDE MADRID - CEOE

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Este informe ha sido elaborado por el equipo de la

Universidad de Alcal del Crculo de Innovacin en

tecnologas Medioambientales y Energa (CITME). El CITME

es una iniciativa gestionada por la Universidad de Alcal,

la Universidad Rey Juan Carlos y el CIEMAT dentro del IV

Programa Regional de Ciencia y Tecnologa de la Consejera

de Educacin de la Comunidad de Madrid.

El CITME agradece la colaboracin de la Dra. Da. Irene Ortiz

Bernad, investigadora contratada del Programa Ramn y

Cajal e investigador responsable del proyecto Estrategia de

biorrecuperacin para la precipitacin e inmovilizacin de

Uranio y otros metales txicos en suelos contaminados de la

desembocadura de Ro Tinto (Huelva, Espaa) (Ref.:

CTM2006-01026/TECNO).

De los textos: Los autores

De la coleccin vt:Direccin General de Universidades e Investigacin

De la presente edicin: Universidad de AlcalDireccin General de Universidades e Investigacin

Diseo: base12 diseo y comunicacin s.l.

Ilustraciones: Los autores

Impresin: Elec Industria Grfica

Depsito Legal: M-5.839-2007

Coleccin dirigida por:

Jos de la Sota Rus

Coleccin coordinada por:

Fundacin para el conocimiento madri+d

en tecnologasmedioambientales y energa

citmecrculodeinnovacin

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5 CAPTULO 1Introduccin

9 CAPTULO 2La contaminacin de suelos

2.1. Metales pesados (PG. 12)2.2. Lluvias cidas (PG. 14)2.3. Salinizacin (PG. 15)2.4. Fitosanitarios (PG. 17)2.5. Explotaciones mineras (PG. 18)2.6. Contaminantes orgnicos (PG. 19)

21 CAPTULO 3La recuperacin de suelos contaminados

3.1. Tcnicas de contencin (PG. 23)3.2. Tcnicas de confinamiento (PG. 26)3.3. Tcnicas de descontaminacin (PG. 29)

57 CAPTULO 4Estado actual: actores del sector

4.1. Proyectos de I+D (PG. 59)4.2. Publicaciones cientficas (PG. 63)4.3. Patentes (PG. 67)4.4. Grandes grupos de investigacin (PG. 68)

71 CAPTULO 5Recursos de informacin

73 CAPTULO 6 Anexos

Anexo I. Proyectos del Plan Nacional de I+D (PG. 74)

Anexo II. Patentes (PG. 78)

Anexo III. Legislacin de inters (PG. 81)

Anexo IV. Infraestructuras: laboratorios de ensayo (PG. 82)

85 CAPTULO 7Glosario

89 CAPTULO 8Abreviaturas

91 CAPTULO 9Bibliografa

ndice

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Introduccin

CAPTULO 1

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El suelo, la capa ms superficial de la corteza terrestre, constituye uno de los recursosnaturales ms importantes con el que contamos al ser el substrato que sustenta la vidaen el planeta. Desde el punto de vista edfico, un suelo es un cuerpo naturaltridimensional formado por la progresiva alteracin fsica y qumica de un materialoriginal o roca madre a lo largo del tiempo, bajo unas condiciones climticas ytopogrficas determinadas y sometido a la actividad de organismos vivos. A lo largo desu evolucin o edafognesis, en el suelo se van diferenciando capas verticales dematerial generalmente no consolidado llamados horizontes, formados porconstituyentes minerales y orgnicos, agua y gases, y caracterizados por propiedadesfsicas (estructura, textura, porosidad, capacidad de retencin de agua, densidadaparente), qumicas y fsico-qumicas (pH, potencial redox, capacidad de intercambiocatinico) que los diferencian entre s y del material original. El conjunto de horizontesconstituye el perfil del suelo y su estudio permite dilucidar los procesos de formacinsufridos durante su evolucin y llevar a cabo su clasificacin dentro de las distintasunidades de suelos.

La importancia del suelo radica en que es un elemento natural dinmico y vivo queconstituye la interfaz entre la atmsfera, la litosfera, la biosfera y la hidrosfera,sistemas con los que mantiene un continuo intercambio de materia y energa. Esto loconvierte en una pieza clave del desarrollo de los ciclos biogeoqumicos superficiales yle confiere la capacidad para desarrollar una serie de funciones esenciales en lanaturaleza de carcter medioambiental, ecolgico, econmico, social y cultural:

El suelo proporciona los nutrientes, el agua y el soporte fsico necesarios para elcrecimiento vegetal y la produccin de biomasa en general, desempeando un papelfundamental como fuente de alimentacin para los seres vivos.

Es un componente esencial del ciclo hidrolgico, actuando como elementodistribuidor de las aguas superficiales y contribuyendo al almacenaje y recarga de lasaguas subterrneas.

El suelo, a travs de su poder de amortiguacin o desactivacin natural de lacontaminacin, filtra, almacena, degrada, neutraliza e inmoviliza substanciasorgnicas e inorgnicas txicas, impidiendo que alcancen las aguas subterrneas y elaire o que entren en la cadena alimenticia.

Es el hbitat natural biolgico de muchos organismos de todo tipo y constituye unelemento de reserva gentica.

Desarrolla un importante papel como fuente de materias primas.

Sirve de plataforma para el desarrollo de las actividades humanas como soporte de laestructura socioeconmica y forma parte del paisaje y del patrimonio cultural.

El suelo es un elemento frgil del medio ambiente, un recurso natural no renovablepuesto que su velocidad de formacin y regeneracin es muy lenta mientras que los

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7CAPTULO 1Introduccin

procesos que contribuyen a su degradacin, deterioro y destruccin son mucho msrpidos. Por ello, es de suma importancia concienciar a la opinin pblica sobre esteaspecto y establecer medidas ambientales y polticas de actuacin que garanticen laproteccin y conservacin de los suelos.

Segn FAO-PNUMA (1983), la degradacin del suelo se puede definir como todoproceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativay cualitativamente, bienes y servicios. Aunque se puede producir por causas naturales,la degradacin del suelo es fundamentalmente la consecuencia directa de su utilizacinpor el hombre, bien como resultado de actuaciones directas, como actividadesagrcolas, forestales, ganaderas, agroqumicas y riego, o por acciones indirectas, comoson las actividades industriales, eliminacin de residuos, transporte, etc. Estos procesosde degradacin se pueden clasificar en funcin de su naturaleza y del tipo deconsecuencias negativas que provocan en las propiedades del suelo: biolgicos, comola disminucin del contenido en materia orgnica incorporada en el suelo; fsicos, comoel deterioro de la estructura del suelo por compactacin y aumento de la densidadaparente, disminucin de la permeabilidad y de la capacidad de retencin de agua oprdida de suelo por erosin; y qumicos, como la prdida de elementos nutrientes,acidificacin, salinizacin, sodificacin y aumento de la toxicidad. Estos ltimos sonlos que se engloban dentro del trmino contaminacin.

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CAPTULO 2

La contaminacin de suelos

2.1. Metales pesados (PG. 12)

2.2. Lluvias cidas (PG. 14)

2.3. Salinizacin (PG. 15)

2.4. Fitosanitarios (PG. 17)

2.5. Explotaciones mineras (PG. 18)

2.6. Contaminantes orgnicos (PG. 19)

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La contaminacin del suelo consiste en una degradacin qumica que provoca laprdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de laacumulacin de sustancias txicas en unas concentraciones que superan el poder deamortiguacin natural del suelo y que modifican negativamente sus propiedades. Estaacumulacin se realiza generalmente como consecuencia de actividades humanasexgenas, aunque tambin se puede producir de forma natural o endgena cuando losprocesos de edafizacin liberan elementos qumicos contenidos en las rocas y losconcentran en el suelo alcanzando niveles txicos. Un ejemplo de esto ltimo lotenemos en suelos muy evolucionados formados sobre rocas serpentinizadas con altoscontenidos en metales pesados como el Cr, Ni, Cu y Mn, entre otros, que se concentranen los suelos a medida que la intensa edafognesis produce el lavado de otrosconstituyentes esenciales como el Ca, Mg e incluso el Si. Conforme se desarrolla estaconcentracin residual metlica, estos elementos que inicialmente eran constituyentesno asimilables de los minerales primarios pasan a formas ms activas, solubles ybiodisponibles que influyen negativamente sobre la actividad biolgica (Macas, 1993).

Como ya se ha sealado, las propiedades fsicas, qumicas, fisicoqumicas y biolgicasdel suelo controlan en gran medida los ciclos biogeoqumicos superficiales, en los queacta como un reactor complejo que sirve de elemento protector de otros medios mssensibles frente a elementos contaminantes. As, el suelo ejerce su labor protectora atravs de su poder de amortiguacin o capacidad natural de depuracin de lacontaminacin. Esta atenuacin de los elementos nocivos contaminantes se realiza,entre otras, a travs de reacciones de complejacin, reacciones de adsorcin ydesorcin, reacciones de precipitacin y disolucin, reacciones de oxidorreduccin,reacciones cido-base y reacciones derivadas de procesos metablicos. Todas estasreacciones estn estrechamente controladas por propiedades del suelo como su textura,estructura, porosidad, capacidad de intercambio catinico, pH, Eh y la actividadmicrobiolgica. En cualquier caso, hay que tener muy presente que el poder deamortiguacin de un suelo no es ilimitado y cuando se rebasa, el suelo deja de sereficaz como sumidero de la contaminacin, llegando incluso a invertirse el proceso y aconvertirse en una fuente de contaminacin para los organismos del suelo y para elmedio circundante.

A la hora de abordar el estudio de la contaminacin de un suelo no basta slo condetectar la presencia de la sustancia o sustancias contaminantes sino que suconcentracin debe superar la carga crtica o mxima cantidad permitida en el suelosin que se produzcan efectos nocivos que no puedan ser contrarrestados por el poderde amortiguacin del suelo. De esto se deduce que distintos suelos van a reaccionar deforma diferente ante la presencia de un mismo contaminante o de una misma cantidadde contaminante. Esta reaccin estar condicionada por factores como lavulnerabilidad especfica de cada suelo, que representa el grado de sensibilidad delsuelo frente a la agresin de los agentes contaminantes y que est muy relacionada conel poder de amortiguacin del suelo, de forma que cuanto menor sea esta capacidad de

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CAPTULO 2La contam

inacin de suelos

amortiguacin del impacto del contaminante mayor ser su vulnerabilidad. As, el gradode vulnerabilidad de cada suelo frente a la contaminacin depende de la intensidad dela contaminacin y de la velocidad con que se producen los cambios negativos en laspropiedades del suelo en respuesta a esa contaminacin. Adems, el grado decontaminacin de un suelo no puede ser estimado exclusivamente a partir de losvalores totales de los contaminantes frente a determinados valores gua, sino que esnecesario considerar la biodisponibilidad del contaminante o su posible asimilacinpor los organismos del suelo, determinada por la competencia entre el sistema radicularde la planta, la solucin del suelo y la fase slida del suelo (Sposito, 1989); lamovilidad, que regular su distribucin y transporte en el suelo o a otros medios; y lapersistencia, que controlar la duracin de su efecto pernicioso en el suelo. Todosestos conceptos permiten evaluar los riesgos potenciales de determinadas actividadescontaminantes y planificar actuaciones de acuerdo con el tipo de suelo, aunque esnecesario recalcar que la propia heterogeneidad del suelo puede dificultar en muchoscasos la caracterizacin de estos parmetros.

Los agentes potencialmente contaminantes del suelo estn fundamentalmenteasociados a residuos derivados de actividades industriales, mineras, agrcolas yganaderas. Las principales agentes de contaminacin en los suelos son:

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2.1. Metales pesadosTradicionalmente se llama metal pesado a aquel elemento metlico que presenta unadensidad superior a 5 g/cm3, aunque a efectos prcticos en estudios medioambientalesse ampla esta definicin a todos aquellos elementos metlicos o metaloides, de mayoro menor densidad, que aparecen comnmente asociados a problemas de contaminacin.Algunos de ellos son esenciales para los organismos en pequeas cantidades, como elFe, Mn, Zn, B, Co, As, V, Cu, Ni o Mo, y se vuelven nocivos cuando se presentan enconcentraciones elevadas, mientras que otros no desempean ninguna funcinbiolgica y resultan altamente txicos, como el Cd, Hg o el Pb. Estos elementos tienensu origen en el substrato litolgico, apareciendo bien como elementos nativos oincorporados normalmente en las estructuras de sulfuros, silicatos, carbonatos, xidos ehidrxidos. Los aportes dominantes se producen por deposicin atmosfrica y afectande forma significativa a los primeros centmetros de suelo. Son fuentes importantes demetales en suelos las cenizas y escorias de los procesos de combustin de carbn fsilo derivados del petrleo (Figura 1), el aporte directo procedente de actividadesagrcolas (adicin de fertilizantes, pesticidas, lodos de depuradoras, compost, etc) y suacumulacin a partir de residuos industriales, urbanos y mineros (metalurgia,fabricacin de pinturas, barnices, disolventes, bateras, textiles, curtidos, etc).

FIGURA 1. Principales fuentes de procedencia de metales pesados en suelos (Mas y Azce, 1993).

Al hablar de contaminacin por metales hay que tener en cuenta que ms importanteque el contenido total de un elemento en el suelo es la forma o especie qumica bajo laque se encuentra, es decir, su especiacin (Mulligan et al., 2001a). As, la formaresultante de dicha especiacin va a influir decisivamente en su distribucin en elsuelo, condicionando su solubilidad, su movilidad en el suelo y las aguas superficiales ysubterrneas, su biodisponibilidad y toxicidad y, por tanto, su comportamiento comocontaminante potencial.

Cenizas de combustin74%

Residuos urbanos9%

Turba6%

Residuos de metalurgia6%

Residuos demateria orgnica3%

Fertilizantes2%

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FOTO 1. Contaminacin de aguas y suelos en el embalse que recoge las filtraciones de la balsa de lodos de las explotaciones mineras de sulfuros en Touro (La Corua) (Cortesa del Prof. Roque Ortiz Silla).

La dinmica y disponibilidad de los metales estn muy influenciadas por lascondiciones fisico-qumicas del suelo en el que se encuentran, como el pH y elpotencial rdox, mientras que los constituyentes orgnicos e inorgnicos del suelo sonlos que en gran medida condicionan los mecanismos de retencin de metales poradsorcin, complejacin y precipitacin fundamentalmente. Adems, las plantas y losmicroorganismos (bacterias y hongos) del suelo tambin pueden interaccionar con losmetales mediante mecanismos de extraccin, estabilizacin, biosorcin,bioacumulacin, biomineralizacin y biotransformacin (Lloyd and Macaskie, 2000). Encualquier caso, es importante resaltar que los metales txicos en los suelos no puedenser destruidos sino slo neutralizados y que pequeas variaciones en las condicionesdel medio edfico pueden liberar los metales anteriormente insolubilizados, por lo quees necesario realizar un seguimiento en profundidad de la distribucin de estoscontaminantes en el suelo, especialmente de los ms txicos.

FOTO 2. Aspecto de las aguas cidas cargadas de sulfatos y con un elevado contenido en metalespesados procedentes del yacimiento de sulfuros de Arinteiro (Touro, La Corua) (Cortesa delProf. Roque Ortiz Silla).

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2.2. Lluvias cidasConsisten en deposiciones hmedas (agua de lluvia, nieve y niebla) o secas (gases opartculas slidas) de la atmsfera constituidas principalmente por SO

2y xidos de

nitrgeno, NOx, que proceden fundamentalmente de actividades industriales, como las

emisiones de centrales trmicas y las producidas por la combustin de hidrocarburos, ladesnitrificacin de fertilizantes aadidos en exceso a los suelos y otros procesosnaturales similares que tienen lugar en zonas de manglares, marjales, arrozales,volcanes, etc. Los xidos de azufre y nitrgeno as emitidos a la atmsfera reaccionancon el agua y el oxgeno, dando lugar a soluciones diluidas de cido sulfrico y ntricoque se van depositando sobre los suelos, plantas, rboles, ros, lagos, etc. Lasconsecuencias de estas deposiciones se reflejan en un aumento de la acidez de lossuelos y las aguas, un incremento de la movilidad de iones y metales pesados, lasolubilizacin y movilizacin del Al y la materia orgnica y, en definitiva, el descensode la capacidad de los suelos para neutralizar cidos. En este sentido, los suelospresentarn distinta sensibilidad al impacto de las deposiciones cidas en funcin desu poder de amortiguacin para contrarrestar la acidez, de forma que los suelos mssensibles a las lluvias cidas sern aquellos desarrollados en zonas fras, donde lasbajas temperaturas limiten su alteracin, sobre materiales poco alterables, con valoresbajos de capacidad de intercambio catinico y grado de saturacin y pobres en formasde Al y Fe activas.

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CAPTULO 2La contam

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2.3. SalinizacinEs el resultado de la acumulacin en el suelo de sales ms solubles que el yeso (2,6g/L en agua pura a 25C, Porta et al., 2003). La salinizacin se refleja en unincremento en la conductividad elctrica de la solucin del suelo que tiene efectosadversos sobre las propiedades fsicas y qumicas del suelo y dificulta el crecimiento yla productividad vegetal (Tejada et al., 2006). Los suelos afectados por este procesose denominan suelos salinos y en ellos el Ca y el Mg son los cationes predominantesen el complejo de cambio. En el caso especfico de que sea el Na el catinpredominante en el complejo de cambio se habla de suelos sdicos, en los que estaacumulacin de Na produce una alcalinizacin que da lugar a la dispersin de lasarcillas y la materia orgnica y a la destruccin de la estructura del suelo. Losprincipales 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 hayaun fuerte aporte de sales y que su eliminacin del suelo est impedida por algnmecanismo, como malas condiciones de drenaje y lavado. En regiones ridas ysemiridas, donde la evapotranspiracin es superior a la precipitacin, el proceso desalinizacin se origina de forma natural a partir de la herencia o alteracin de laroca original (fundamentalmente rocas sedimentarias) o de las aguas de escorrentacargadas de sales que se acumulan por evaporacin en las zonas ms deprimidas. Enotras ocasiones, las acumulaciones salinas ocurren por ascensin capilar de las salesen el suelo a partir de mantos freticos suficientemente superficiales, especialmenteen zonas costeras y, en cualquier caso, el viento siempre puede contribuir a lacontaminacin salina por arrastre de partculas en suspensin. El hombre tambincontribuye en gran medida a la contaminacin de los suelos por sales a travs deprcticas agrcolas inadecuadas, como el riego con aguas salinas y el empleo decantidades muy elevadas de fertilizantes solubles, de la sobreexplotacin deacuferos, que ocasiona un descenso de los mantos freticos regionales y laintrusin de agua salina, y de actividades industriales y mineras que contaminandirectamente los suelos o indirectamente a partir de deposiciones atmosfricas o delas aguas superficiales.

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FOTO 3. Arthrocnemum macrostachyum en suelos salinos del saladar de La Marina del Carmol, a

orillas del Mar Menor (Murcia). El ascenso capilar de agua fretica salina y la desecacin del

horizonte superficial del suelo en los meses ms clidos facilita la aparicin de una costra

superficial de sales (Cortesa del Prof. Jos lvarez Rogel).

Como ya se ha indicado, el exceso de sales en el suelo tiene efectos perniciosos sobre loscultivos. La concentracin de sales eleva la presin osmtica del suelo y, en consecuencia, elagua menos concentrada contenida en los jugos celulares de las plantas tiende a salir haciala solucin del suelo para igualar ambas concentraciones. Como resultado, las plantas sufrenestrs hdrico, se secan a pesar de que el suelo contenga agua y terminan muriendo. En otrasocasiones, las plantas realizan una adaptacin osmtica que les permite seguir absorbiendoagua pero que requiere un consumo energtico que se realiza a costa de un menorcrecimiento (Berstein, 1961). Otros (Aceves, 1979) atribuyen la inhibicin del crecimiento aque las sales afectan la divisin celular y producen un engrosamiento de las paredescelulares, impidiendo el crecimiento de forma irreversible aunque se produzca el ajusteosmtico o disminuya la salinidad del suelo. En cualquier caso, el proceso de salinizacinaumenta la concentracin de algunos iones que pueden resultar txicos para las plantas oque pueden provocar desequilibrios en el metabolismo de nutrientes. Adems, en suelossdicos la destruccin de la estructura puede favorecer el sellado y encostramiento del sueloy la disminucin de la conductividad hidrulica (Porta et al., 2003).

FOTO 4. Acumulacin de sales, visibles en forma de manchas blanquecinas, en las inmediaciones delos goteros en cultivos del Campo de Cartagena (Murcia) debido al riego con aguasexcesivamente salinas (Cortesa del Prof. Jos lvarez Rogel).

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2.4. FitosanitariosEl hombre, con objeto de proteger los cultivos frente al efecto pernicioso de mltiplesorganismos vivos (insectos, hongos, nemtodos, malas hierbas, etc.) y aumentar laproduccin viene utilizando desde hace dcadas productos fitosanitarios comoplaguicidas, herbicidas, fungicidas y fertilizantes. Una vez aplicados, son absorbidospor las plantas o sufren procesos de adsorcin, volatilizacin, lavado y degradacinbitica y abitica en el suelo que conducen a la formacin de nuevos productos, enocasiones 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 ala cadena trfica.

Los fertilizantes son sustancias qumicas de origen agrcola (fertilizantes inorgnicos) oganadero (purines, estircoles, composts, etc.) que aportan nutrientes,fundamentalmente N y P, para mejorar el desarrollo y crecimiento de las plantas en elsuelo. Sin embargo, cuando son aplicados de forma abusiva con objeto de aumentar elrendimiento de las cosechas pierden su efecto beneficioso y se convierten en fuentesde contaminacin. El exceso de estos nutrientes no puede ser absorbido por lavegetacin y su lixiviado del suelo en forma sobre todo de nitratos, muy solubles, o atravs de las aguas de escorrenta en el caso de los fosfatos da lugar a problemas deeutrofizacin de las aguas superficiales y subterrneas, provocando el crecimientodesmesurado de biomasa, en especial algas, y un aumento de la demanda biolgica deoxgeno para descomponer y degradar la materia orgnica procedente de esa biomasaque puede terminar creando condiciones de anaerobiosis que lleven a la destruccin deese ecosistema. Lgicamente, el aporte de nutrientes realizado por los fertilizantes esdeseable en tanto en cuanto conduzca a una mejora de las cosechas y un aumento dela produccin, pero para minimizar sus efectos perniciosos en los suelos es necesariotener un extenso conocimiento de las condiciones iniciales del suelo previas al aporte yde las propiedades edficas que permitirn en mayor o menor medida amortiguar esosefectos, fundamentalmente la capacidad de cambio, la conductividad hidrulica, lacapacidad de fijacin, etc. (Macas, 1993).

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2.5. Explotaciones minerasLas actividades mineras provocan generalmente grandes impactos ambientales, condestruccin de los suelos naturales y creacin de nuevos suelos (Antrosoles) quepresentan fuertes limitaciones fsicas, qumicas y biolgicas que dificultan lareinstalacin de vegetacin. Las consecuencias negativas se reflejan fundamentalmenteen una destruccin de la estructura del suelo y una modificacin de sus caractersticastexturales, frecuentemente una disminucin de la fraccin arcilla a favor de fraccionesms gruesas; una acidificacin asociada a los procesos de oxidacin que favorece lamovilizacin de especies qumicas txicas limitantes de la actividad biolgica; ladecapitacin de los horizontes superficiales biolgicamente activos, que conlleva laruptura de los ciclos biogeoqumicos y la dificultad de enraizamiento; y unadisminucin de la capacidad de cambio y de la retencin de agua en el suelo comoconsecuencia de la escasez de materia orgnica y arcilla (Macas, 1996).

FOTO 5. Panormica de antrosoles con un elevado grado de contaminacin en el coto minero delCerro de San Cristbal (Mazarrn, Murcia). Al fondo, zonas agrcolas y urbanizaciones en ellitoral (Cortesa del Prof. Roque Ortiz Silla).

FOTO 6. Suelos de cultivo contaminados al pie de escombreras de explotaciones mineras de sulfurosmetlicos en Mazarrn (Murcia) (Cortesa del Prof. Roque Ortiz Silla).

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2.6. Contaminantes orgnicos La produccin y el uso masivos de compuestos orgnicos los hace estar entre loscontaminantes ms frecuentes en suelos y aguas. Entre ellos podemos citar loshidrocarburos monoaromticos, hidrocarburos policclicos aromticos, hidrocarburosalifticos, hidrocarburos policlorados, fenoles, nitroaromticos, alcoholes, teres,disolventes clorados, isocianatos, cianuros orgnicos, carbonilos de metales, etc. Ladistribucin y el comportamiento de los compuestos orgnicos contaminantes ensuelos estn gobernados por diferentes factores que incluyen las caractersticas delsuelo (pH, contenido en materia orgnica y arcilla, potencial redox, contenido ennutrientes, actividad microbiolgica, etc.), las propiedades especficas de cadacompuesto (presin de vapor, solubilidad, estabilidad qumica, biodegradabilidad,caractersticas de sorcin, etc.) y factores ambientales como la temperatura y laprecipitacin. As, estos compuestos pueden sufrir procesos de lavado, biodegradacin,volatilizacin, fotodescomposicin e hidrlisis, inmovilizacin por adsorcin yformacin de enlaces con partculas de arcilla, xidos, oxihidrxidos, etc., ytransferencia a organismos (Jones et al., 1996).

Los procesos de contaminacin de suelos descritos anteriormente tienen efectoslocales o regionales. Sin embargo, la comunidad cientfica est cada vez mssensibilizada ante las consecuencias que determinados procesos generales como elcalentamiento global del planeta debido al efecto invernadero pueden tener en losciclos biogeoqumicos terrestres y el papel que los suelos pueden jugar para mitigarsus efectos perniciosos. Desde el inicio de la revolucin industrial, ha habido undrstico incremento en la atmsfera de la concentracin de dixido de carbono (CO

2)

y otros gases (metano, xido de nitrgeno, clorofluorocarburos) como consecuenciade la quema de combustibles fsiles para las actividades industriales y el transportey la deforestacin, que provoca la disminucin de la actividad fotosinttica. Esteenriquecimiento artificial en la atmsfera de los llamados gases invernaderoaumenta la absorcin de la radiacin infrarroja emitida por la superficie terrestre yda lugar a un incremento global de la temperatura. Para limitar la emisin de gasesinvernadero a la atmsfera se desarroll el Protocolo de Kyoto de 2005, un conveniointernacional en el que se reconoci que las emisiones netas de carbono podan serreducidas en parte a travs de su acumulacin en sumideros terrestres. As, lossuelos constituyen uno de los principales sumideros de carbono de la naturaleza ytiene potencial para incrementar el secuestro de CO

2, principal responsable del

efecto invernadero. El secuestro de carbono por el suelo implica la eliminacin delCO

2atmosfrico por las plantas y el almacenamiento del carbono fijado como

materia orgnica del suelo. Esta estrategia persigue incrementar la densidad decarbono orgnico en el suelo, mejorar su distribucin en profundidad y estabilizarloen microagregados edficos para protegerlo de la actividad microbiana. Aunque la

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capacidad para acumular carbono en el suelo depende del contenido original enmateria orgnica, del clima, de las caractersticas del suelo y su manejo, se puedepotenciar al tomar medidas para restaurar los suelos degradados y adoptar prcticasque protejan los suelos cultivados como la ausencia de laboreo o el uso de cubiertasvegetales (Lal, 2004).

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CAPTULO 3

La recuperacin de suelos contaminados

3.1. Tcnicas de contencin (PG. 23)

3.2. Tcnicas de confinamiento (PG. 26)

3.3. Tcnicas de descontaminacin (PG. 29)

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En los ltimos aos, muchas investigaciones han ido encaminadas a tratar de recuperarlos suelos contaminados en vez de destruirlos. La destruccin de los suelos se realizageneralmente trasladndolos a vertederos adecuadamente aislados y controlados porquese intuye que otros tratamientos de recuperacin no ofrecen las garantas suficientespara contener la contaminacin.

En la actualidad se dispone de un amplio abanico de tecnologas de recuperacin desuelos contaminados, algunas de aplicacin habitual y otras todava en faseexperimental, diseadas para aislar o destruir las sustancias contaminantes alterandosu estructura qumica mediante procesos generalmente qumicos, trmicos o biolgicos.Su aplicacin depende de las caractersticas del suelo y del contaminante, de la eficaciaesperada con cada tratamiento, de su viabilidad econmica y del tiempo estimado parasu desarrollo (Reddy et al., 1999). Segn la forma en la que se apliquen las tcnicas derecuperacin de suelos se habla de tratamientos in situ, que actan sobre loscontaminantes en el lugar en el que se localizan, y tratamientos ex situ, que requierenla 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 suelocontaminado (tratamiento off-site). Los tratamientos in situ requieren menos manejopero por lo general son ms lentos y ms difciles de llevar a la prctica dada ladificultad de poner en contacto ntimo a los agentes de descontaminacin con toda lamasa de suelo contaminada. Los tratamientos ex situ suelen ser ms costosos perotambin ms rpidos, consiguiendo normalmente una recuperacin ms completa de lazona afectada.

En funcin de los objetivos que se quieren alcanzar a la hora de recuperar un suelocontaminado (Kaifer et al., 2004), se puede distinguir entre:

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 elsuelo para evitar su migracin actuando directamente sobre las condicionesfisicoqumicas bajo las que se encuentran los contaminantes.

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

La Tabla 1 y la Tabla 2 resumen los principales tipos de tratamientos de recuperacinde suelos y su aplicacin.

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3.1. Tcnicas de contencinLas tcnicas de contencin se emplean para prevenir o reducir significativamente lamigracin de los contaminantes orgnicos e inorgnicos en suelos y aguassubterrneas. No requieren la excavacin del suelo y son tpicamente de bajo coste,aunque s necesitan de inspecciones peridicas.

3.1.1. Barreras verticales

Se emplean in situ con objeto de reducir los movimientos laterales de loscontaminantes, ya sea a travs de lixiviados o por disolucin en las aguas subterrneas.Incluyen la instalacin de muros pantalla (Thomas and Koerner, 1996), que requieren laexcavacin en el suelo de zanjas profundas de hasta 100 m que son posteriormenterellenadas de material aislante como mezclas de cemento y bentonita u hormign; lainyeccin vertical a presin, generalmente hasta 50 m de profundidad, de lechada decemento o cemento-bentonita a travs de sondeos, formando pilotes, y culminada con lainyeccin adicional de lechada en el suelo existente entre los pilotes para conformar unabarrera subterrnea continua; y el tablestacado metlico, una sucesin de perfiles deacero con seccin en forma de Z o U que se hincan verticalmente en el suelo no ms allde 30 m de profundidad sobre una base impermeable (natural o creada artificialmente) yque a veces se acompaa con la inyeccin de lechada de cemento-bentonita para sellarel espacio que ocupan. Una forma de mejorar las propiedades de estas barreras verticaleses utilizar geomembranas, generalmente constituidas por polietileno de alta densidad(Thomas and Koerner, 1996).

Estas tcnicas de contencin vertical se aplican de forma ptima en suelos de texturagruesa no muy compactados, aunque en el caso de los muros pantalla la presencia degrandes bloques puede dificultar las labores de excavacin.

3.1.2. Barreras horizontales

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

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TABLA 1. Principales tcnicas de recuperacin de suelos.

Tipo de Tratamiento Tratamiento Aplicacin

Descontaminacin Fsico-Qumico Extraccin In situLavado Ex situFlushing In situElectrocintica In situAdicin de enmiendas In situBarreras permeables activas In situInyeccin de aire comprimido In situPozos de recirculacin In situOxidacin ultravioleta Ex situ

Biolgico Biodegradacin asistida In situBiotransformacin de metales In situFitorrecuperacin In situBioventing In situLandfarming Ex situBiopilas Ex situCompostaje Ex situLodos biolgicos Ex situ

Trmico Incineracin Ex situDesorcin trmica Ex situ

Mixto Extraccin multifase In situAtenuacin natural In situ

Contencin Barreras verticales In situBarreras horizontales In situBarreras de suelo seco In situSellado profundo In situBarreras hidrulicas In situ

Confinamiento Estabilizacin fsico-qumica Ex situInyeccin de solidificantes In situVitrificacin Ex situ-In situ

3.1.3. Barreras de suelo seco

Esta tcnica, ideada para contener la contaminacin en ambientes subsuperficiales enlos que otras tecnologas no son econmicamente viables, se basa en la desecacin delsuelo para aumentar su capacidad de retencin de sustancias contaminantes lquidas,impidiendo as su migracin hacia los reservorios de agua subterrnea. Implica el usode un entramado de pozos verticales u horizontes por los que se hace fluir aire secohasta la zona problema. El aire seco vaporiza el agua del suelo y conduce el vapor deagua hacia pozos de extraccin. En la superficie el agua es eliminada y el aire seco sevuelve a inyectar para evaporar el agua residual que pueda haber entrado en la zonadesecada. Adems, la circulacin de aire tambin puede evaporar los contaminantes

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voltiles y conducirlos a la superficie para ser tratados. El estudio de las posibilidadesde este tratamiento, utilizado en zonas contaminadas con petrleo, est todava endesarrollo (Aminian and Ameri, 2000).

3.1.4. Sellado superficial

Su finalidad es evitar la exposicin directa del suelo a la contaminacin, limitar lainfiltracin de agua de lluvia en el suelo contaminado y controlar la volatilizacin deciertos contaminantes a la atmsfera. La superficie del suelo se puede sellar in situ conmateriales naturales que reducen la permeabilidad, como la bentonita, sola ocombinada con un material geotextil; con aglomerados asflticos u hormigones y conlminas sintticas fabricadas con materiales termoplsticos. Para el correctofuncionamiento de esta tcnica es necesario que el material de sellado no estsometido a continuos periodos de humectacin y desecacin que pueden deteriorarlo yen el caso de que exista riesgo de dispersin lateral de la contaminacin a travs de lafraccin gaseosa del suelo, es recomendable utilizarla en combinacin con un sistemade contencin lateral y de captacin de contaminantes voltiles. Esta tcnica presentael inconveniente de que genera residuos.

3.1.5. Sellado profundo

Consiste en alterar in situ la estructura del suelo contaminado para disminuir supermeabilidad y controlar as el avance de la contaminacin en profundidad.Normalmente, se inyectan materiales plastificantes en forma de lechadas (cemento-bentonita, silicato sdico o mezclas de bentonita con resinas orgnicas) hasta laprofundidad deseada, que en el caso de sellados permanentes no debe sobrepasar los20 m y en sellados temporales los 30 m. Las inyecciones se realizan a travs deperforaciones verticales separadas entre s y es recomendable no llegar al nivel freticopara impedir la migracin de los contaminantes. Est indicada en suelos de texturagruesa, con permeabilidad alta.

3.1.6. Barreras hidrulicas

Es una tcnica que se basa en extraer el agua subterrnea en las inmediaciones de lazona contaminada o aguas arriba para evitar su contaminacin y la migracin de lacontaminacin aguas abajo. La extraccin del agua subterrnea se realiza a travs depozos, drenes o zanjas de drenaje que rebajan el nivel fretico y en ocasiones estratada para descontaminarla, pudiendo ser inyectada de nuevo en el suelo para mitigarlos efectos nocivos que la sobreextraccin de agua pueda producir en el suelo y elsubsuelo (Kaifer et al., 2004).

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3.2. Tcnicas de confinamientoLas tcnicas de confinamiento, tambin llamadas de estabilizacin/solidificacin,reducen la movilidad de los contaminantes a travs de procesos fsicos y qumicos, yasea convirtindolos en formas menos solubles y txicas (estabilizacin) o encapsulandoel material contaminado en una estructura slida de gran integridad estructural(solidificacin) (Suthersan, 1997). La mayora de estas tcnicas presentan limitacionespara tratar substancias orgnicas y pesticidas, excepto la solidificacin con asfaltos yla vitrificacin (FRTR, 1999a).

3.2.1. Estabilizacin fsico-qumica

Es una tcnica ex situ que se aplica para reducir la movilidad de los contaminantes,fundamentalmente inorgnicos como los metales pesados, mediante reaccionesqumicas que reducen su solubilidad en el suelo y su lixiviado. El suelo contaminado sesuele pretratar para eliminar la fraccin gruesa y luego se mezcla en tanques con agua(Smith et al., 1995) y una serie de aditivos o agentes estabilizantes como cementos yfosfatos o lcalis, que aumentan el pH y favorecen la precipitacin e inmovilizacin dedeterminados metales pesados. En funcin del xito de cada tratamiento, el suelotratado puede ser devuelto a su localizacin para ser reutilizado o puede acabar en unvertedero controlado. Esta tcnica est indicada para tratar compuestos inorgnicos,incluidos elementos radioactivos, pero tiene limitada su eficacia para sustanciasorgnicas y pesticidas (FRTR, 1999a).

3.2.2. Inyeccin de solidificantes

Es una tcnica semejante a la anterior, en la que los agentes estabilizantes,inorgnicos como el cemento u orgnicos como las sustancias bituminosas, elpolietileno o las parafinas, son inyectados in situ en el suelo contaminado a travs depozos similares a los utilizados en el sellado profundo (Mulligan et al., 2001a) omezclados con el suelo (Khan et al., 2004), encapsulando fsicamente a loscontaminantes en una matriz estable impermeable al agua. Se trata de una tcnicaapropiada para suelos contaminados con sustancias inorgnicas, con limitada eficaciapara compuestos orgnicos semivoltiles o pesticidas.

3.2.3. Vitrificacin

Es una tcnica de estabilizacin trmica que se basa en el calentamiento del suelocontaminado a alta temperatura para conseguir su fusin y transformacin en un

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TABLA 2. Tipos de contaminantes tratados en la recuperacin de suelos.

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material vtreo estable. As se reduce la movilidad de los contaminantes inorgnicos(principalmente Hg, Pb, Cd, As, Ba, Cr y cianuros) y la destruccin de loscontaminantes orgnicos por reacciones de oxidacin y/o pirlisis (FRTR, 1999b). Paraque este tratamiento sea eficaz, es necesario que el suelo contenga una cantidadsuficiente de slice para la formacin de la masa vtrea y xidos alcalinos (Na, Li, K)que le confieran estabilidad. Cuando se lleva a cabo ex situ, se eliminan los elementosgruesos del suelo a tratar y el calentamiento (1100-1400C) se realiza normalmente atravs de una corriente elctrica aplicada en hornos similares a los utilizados para lafabricacin de vdreo (Wait and Thomas, 2003). Cuando este tratamiento se realiza insitu, el calentamiento se consigue a travs de electrodos de grafito insertados en elsuelo que permiten alcanzar temperaturas ms elevadas (1600-2000C) y quesolidifican el material contaminado al enfriarse (Acar and Alshawabkeh, 1993). Msan, a travs de procesos de plasma, se pueden alcanzar temperaturas de hasta 5000Cva descargas elctricas (Suthersan, 1997). La vitrificacin da lugar a gases txicos quedeben ser recogidos y tratados antes de ser emitidos a la atmsfera. La textura yhumedad del suelo a tratar es determinante en la aplicacin de esta tcnica, puestoque el elevado contenido en limo y arcilla puede dificultar la liberacin del agua delsuelo en el proceso de calentamiento, la presencia de macroporosidad puede dificultarsu tratamiento in situ y requerir una compactacin previa del terreno y el exceso dehumedad puede disminuir su eficacia. Esta tcnica est especialmente indicada paratratar contaminaciones poco profundas (Khan et al., 2004) y a gran escala y se hanconseguido resultados excelentes para confinar tanto contaminantes orgnicos comoinorgnicos, reduciendo en gran medida su lixiviado del suelo. No obstante, tiene uncoste y un consumo energtico muy elevado y al modificar completamente el suelo selimita en gran medida su reutilizacin (Mulligan et al., 2001a).

FIGURA 2. Vitrificacin in situ (adaptado de Khan et al., 2004).

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gases para su tratamiento

colector de gases

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3.3. Tcnicas de descontaminacinLos siguientes tratamientos describen distintas tcnicas de descontaminacin de suelosque combinan asimismo en algunos casos la descontaminacin del agua subterrnea.

3.3.1. Tratamientos fsico-qumicos

3.3.1.1. Extraccin

Son tcnicas tpicamente aplicadas in situ que tienen como objetivo separar loscontaminantes del suelo para su posterior tratamiento depurador. Son tratamientossencillos que requieren que los suelos sean permeables y que las sustanciascontaminantes tengan suficiente movilidad y no estn altamente adsorbidas en elsuelo. Segn con qu elementos se realice la extraccin, se habla de:

Extraccin de aire

Se emplea para extraer los contaminantes adsorbidos en las partculas de suelos nosaturados mediante su volatilizacin o evaporacin a travs de pozos de extraccinverticales y/u horizontales que conducen el aire con los contaminantes a la superficie.All, pueden ser tratados en plantas especializadas (generalmente adsorbidos acarbono) o ser degradados en la atmsfera de forma natural. La volatilizacin de loscontaminantes tambin se puede ver favorecida por prcticas como el arado, y el riegopuede contribuir a la solubilizacin y desorcin de contaminantes que pueden serarrastrados a la superficie por evaporacin. Esta tcnica est indicada para sueloscontaminados con sustancias voltiles y semivoltiles como hidrocarburos ligerosderivados del petrleo, algunos disolventes no clorados, hidrocarburos aromticospolicclicos ligeros y compuestos organoclorados voltiles. Sin embargo, no serecomienda para hidrocarburos pesados derivados del petrleo, PCBs, dioxinas ometales (Grasso, 1993; Fischer et al., 1996; Khan et al., 2004). A veces se puedeaumentar el rendimiento de este tratamiento estimulando la extraccin de aire contemperatura, generalmente mediante la inyeccin de aire caliente.

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FIGURA 3. Proceso de extraccin de aire.

Extraccin de agua

Es una tcnica empleada principalmente para acuferos contaminados que consiste enextraer el agua contaminada del suelo y del subsuelo, tanto de la zona saturada comode la zona no saturada. Cuando se trata la zona saturada, el agua es bombeada a lasuperficie para su posterior tratamiento, conocido con el trmino de Pump&Treat(Bear and Sun, 1998; Illangasekare and Reible, 2001). Cuando se busca actuar sobre lazona no saturada, normalmente se hace una inyeccin previa de agua, por gravedad oa presin, que arrastre y lave los elementos contaminantes del suelo y que losalmacene en la zona saturada para ser posteriormente bombeada a la superficie. Estainyeccin de agua se puede ver reforzada con la adicin de disolventes o compuestosqumicos que puedan favorecer la desorcin de los contaminantes del suelo comotensoactivos, para eliminar compuestos orgnicos de baja solubilidad; hidrxidosdico, para disolver la materia orgnica del suelo; solventes solubles en agua como elmetanol; sustitucin de cationes txicos por cationes no txicos; agentescomplejantes como el EDTA; cidos y bases, que desorben metales y algunoscompuestos orgnicos y sales; y agentes reductores y oxidantes que incrementan lamovilidad de los contaminantes. De esta forma, el tipo de suelo, su pH, la capacidadde intercambio catinico, el tamao de partcula, la permeabilidad, etc., sonparmetros que determinan la eficacia de la desorcin (Mulligan et al., 2001a).Normalmente, los sistemas de Pump&Treat se utilizan para aguas subterrneascontaminadas con compuestos orgnicos voltiles y semivoltiles, combustibles ymetales (Pacific Northwest Nacional Laboratory, 1994). Dependiendo del terreno, deltipo de contaminacin y de la recuperacin que se quiera realizar, la extraccin deagua se puede llevar a cabo mediante pozos, a los que se les acopla un sistema de

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suelo contaminado

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bombeo para extraer grandes caudales; drenes, que permiten una mayor superficie decontacto con la zona contaminada y que son empleados especialmente en terrenos debaja permeabilidad; y zanjas de drenaje, tambin utilizadas en terrenos pocopermeables, con niveles freticos poco profundos y extraccin de caudales mspequeos. En cualquier caso, una vez tratada, el agua extrada puede ser parcialmentereinfiltrada en el suelo para contrarrestar efectos negativos de la extraccin como laelevada bajada del nivel fretico, el posible asentamiento del suelo, ecosistemasdaados por prdida de humedad, etc. Este tratamiento es muy comn pero no es elms eficiente puesto que no es aplicable en terrenos fracturados o suelos arcillosos, elagua no se descontamina totalmente para su consumo humano y presenta limitacionescomo su elevado coste y tiempo de ejecucin (Illangasekare and Reible, 2001).

Extraccin de fase libre

Se aplica en suelos contaminados con hidrocarburos en fase libre, situados por encimadel nivel fretico. Normalmente se extraen mediante pozos verticales a los que fluye elcontaminante, a profundidades del nivel fretico superiores a 80 m, y que puedenextraer slo la fase libre, la fase libre y agua simultneamente, o una mezcla deambos. Los equipos que extraen nicamente fase libre utilizan generalmente bombasde skimmer, situadas a una profundidad que se corresponda con la interfase agua-faselibre, con un filtro en su interior que facilita el paso selectivo de sustancias orgnicasen funcin de su densidad. Los skimmers que separan hidrocarburos ligeros funcionancon espesores de la interfase agua-fase libre muy pequeos, mientras que losskimmers utilizados para separar hidrocarburos pesados requieren un espesor mnimode 3 cm. Los sistemas de bombeo dual extraen el agua y la fase libre separadamentemediante dos bombas diferentes situadas a distintas profundidades del pozo, de formaque la bomba que extrae el agua debe emplazarse por debajo de la interfase agua-faselibre y la bomba que extrae la fase libre por encima. La extraccin de fluidos totales,que extrae una mezcla de agua y fase libre en casos de homogeneizacin delcontaminante con el agua o de espesores muy pequeos de la fase libre en suelospoco permeables, utiliza una nica instalacin de bombeo, bien sumergida o bienbombas de vaco instaladas en superficie. Esta extraccin requiere la posteriorseparacin de las dos fases.

Otra tcnica que permite recuperar la fase libre en zonas poco profundas o donde laconstruccin de pozos presenta dificultad consiste en la excavacin de una zanja.Generalmente se emplaza a una cota ms baja que la de la zona contaminada, a laque fluye la mezcla de agua y fase libre y donde se realiza un bombeo dual de ambasfases por separado o conjunto, que requiere su posterior separacin. Estametodologa debe tener en cuenta la presencia de compuestos orgnicos voltilessusceptibles de contaminar la atmsfera, que deberan ser extrados por aire comopaso previo al bombeo.

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La fase libre extrada con esta tcnica puede ser recuperada como hidrocarburo yreutilizarse en refineras o como combustible siempre y cuando tenga la calidad suficiente.

Extraccin de fases densas

Algunos contaminantes como los disolventes clorados, algunos PCBs, fenantreno,naftaleno y los fenoles son ms densos que el agua y se acumulan por debajo del nivelfretico, en la zona de contacto con los materiales menos permeables subyacentes.Estas sustancias, poco solubles y difciles de degradar, pueden generar plumas decontaminacin que ocupan grandes volmenes. Su extraccin se realiza a travs depozos, a veces inyectando disolventes en la zona contaminada que favorezcan lacirculacin de los contaminantes hacia el pozo, y dependiendo del mtodo deextraccin pueden ser extradas en solitario con bombas de skimmer, mezcladas con elagua (con la consiguiente disminucin del rendimiento de la extraccin), o por bombeodual de ambas fases por separado. Como aspecto negativo, el bombeo de estoscompuestos densos est asociado con elevados consumos energticos.

Extraccin con disolventes y cidos

Este tratamiento, aplicado ex situ, se basa en la extraccin de los contaminantesmediante la mezcla en un tanque del suelo con un disolvente orgnico como acetona,hexano, metanol, ter dimetlico y trietilamina. El disolvente orgnico arrastra loscontaminantes y se separa del suelo por evaporacin, y mediante la adicin de nuevosdisolventes o destilacin los contaminantes se eliminan para que el disolventeorgnico empleado pueda ser reutilizado. A su vez, el suelo tratado se lava paraarrastrar cualquier resto que pueda quedar del disolvente.

Con esta tcnica se obtienen muy buenos resultados para eliminar compuestosorgnicos como PCBs, COVs, disolventes halogenados, hidrocarburos derivados delpetrleo y compuestos organometlicos, aunque se debe de tener en cuenta laposible toxicidad del disolvente empleado y los residuos de su posterior tratamientopara ser reutilizado.

De igual forma se utiliza el cido clorhdrico para extraer metales pesados de sueloscontaminados. El suelo, previamente tamizado para eliminar las gravas, se mezcla conel cido y cuando finaliza el tiempo de extraccin, el suelo se lava con agua paraeliminar los restos de cido y metales. La solucin extractante se puede reutilizarusando agentes precipitantes de metales como el hidrxido sdico o cal. Despus deltratamiento, se debe neutralizar cualquier resto de cido en el suelo con la adicin decal o fertilizantes (USEPA, 1990a).

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3.3.1.2. Lavado

El lavado de suelos es un tratamiento generalmente ex situ en el que el suelo excavadoes previamente separado fsicamente por tamizado, densidad o gravedad para eliminarlas partculas de grava ms gruesas, con poca capacidad de adsorcin, de la fraccinfina y seguidamente lavado con extractantes qumicos que permitan desorber ysolubilizar los contaminantes (van Benschoten et al., 1997). Despus del tratamientoqumico, el suelo se vuelve a lavar con agua para eliminar los contaminantes y agentesextractantes residuales y se devuelve a su lugar de origen (Peters, 1999). La eficacia deesta tcnica depende del grado de adsorcin del contaminante, controlado por unaserie de propiedades del suelo como el pH, la textura, la capacidad de intercambiocatinico, la mineraloga o el contenido en materia orgnica y otros factores como eltiempo que hace que el suelo est contaminado o la presencia de otros elementostxicos (Reed et al., 1996).

FIGURA 4. Proceso de lavado de suelos (Adaptado del U.S. Naval Engineering Service Center).

El lavado de suelos se utiliza fundamentalmente para suelos contaminados concompuestos orgnicos semivoltiles, hidrocarburos derivados del petrleo y substanciasinorgnicas como cianuros y metales pesados, y es menos eficaz para tratar compuestosorgnicos voltiles y pesticidas (Avogadro and Ragaini, 1994).

Las substancias extractantes utilizadas pueden ser cidos, bases, agentes quelantes,alcoholes, surfactantes y otros aditivos como sales (Griffiths, 1995). Se ha visto queagentes quelantes como el cido etilendiaminotetraactico (EDTA), el cido ctrico y el

filtro filtro

hidrocicln clarificador

flotadorde espuma

aire

lodos arcillososy limosos parasu eliminacin

tierra fina

polmero

suelocontaminado

agua

fraccin gruesa desechadatamiz

tanquede

agitacin

tratamiento aguas

agua limpia

agua reciclada

agente de lavado

suelo limpio

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cido nitrilotriactico (NTA), y otros cidos como el cido clorhdrico son eficaces a lahora de eliminar Cu, Pb y Zn de suelos contaminados (Elliot and Brown, 1989; Davisand Singh, 1995; Peters, 1999; Moutsatsou et al., 2006). Asimismo, los surfactantes(compuestos con una parte hidrofbica y una parte hidroflica de naturaleza catinica,aninica y biolgica) son eficaces a la hora de separar los compuestos no acuosos defase lquida del agua (Mulligan et al., 2001a) y compuestos derivados del petrleo(Hayes et al., 1986; Falatko, 1991; Burd and Ward, 1996).

FIGURA 5. Tratamiento in situ de flushing (Adaptado de Mulligan et al., 2001b).

3.3.1.3. Flushing

El flushing es un tratamiento in situ que consiste en anegar los suelos contaminadoscon una solucin que transporte los contaminantes a una zona determinada ylocalizada donde puedan ser eliminados. As, los contaminantes son extrados del suelohacindole pasar agua u otras soluciones acuosas mediante un sistema de inyeccin oinfiltracin. El agua subterrnea y los fluidos extractantes se capturan y bombean a lasuperficie utilizando pozos de extraccin, donde son tratados y, en ocasiones,reciclados (FRTR, 1999c; Son et al., 2003). El flushing se aplica a todo tipo decontaminantes, especialmente a compuestos inorgnicos incluidos los elementosradioactivos, y se suele combinar con otros tratamientos como la biodegradacin y elpump&treat (Boulding, 1996). Asimismo, es difcil de aplicar en suelos de bajapermeabilidad o ricos en elementos finos y requiere una vigilancia estrecha paraimpedir que los contaminantes migren en otra direccin distinta a la deseada(Johnston et al., 2002).

solucin de lavadocon contaminantes

pozo de inyeccin pozo de extraccin

nivel de agua subterrnea

solucin extractanteSolucin extractante

agua tratada

gases tratados

suelo contaminado

pluma de contaminacin

separador

tratamiendo delagua subterrnea

Emisin controladade gases

Residuo

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3.3.1.4. Electrocintica

Consiste en aplicar una corriente elctrica de baja intensidad entre electrodosintroducidos in situ en el suelo contaminado que permite la movilizacin de agua,iones y partculas pequeas cargadas. Los aniones se mueven hacia el electrodopositivo y los cationes hacia el negativo. La oxidacin de agua en el nodo generaprotones, H+, que se mueven hacia el ctodo creando un frente cido. Este favorece ladesorcin de los cationes del suelo y fuerza la puesta en disolucin de contaminantesprecipitados como carbonatos, hidrxidos, etc. Por otro lado, los iones OH- generadosen el ctodo por la reduccin del agua provocan la precipitacin de los metales (Pazoset al., 2006). Durante el tratamiento, los contaminantes pueden ser transportados porelectromigracin (movimiento de iones hacia el electrodo de carga opuesta),electrosmosis (movimiento del agua respecto a la superficie cargada de las partculasdel suelo), electrolisis (movimiento de iones como respuesta a una diferencia depotencial) y electroforesis (desplazamiento inico en suspensin) (Acar andAlshawabkeh, 1993). Esta tcnica resulta eficaz para el tratamiento de suelos de bajapermeabilidad hidrulica que son difciles de recuperar por otros medios y estespecialmente indicada para metales solubles o complejados en el suelo en forma dexidos, hidrxidos y carbonatos. Sus ventajas incluyen bajo consumo energtico, uncontrol sobre la direccin del flujo del agua y de los contaminantes disueltos y laacumulacin de los contaminantes en los electrodos para su posterior eliminacin(Page and Page, 2002), utilizando resinas de intercambio inico o mediante bombeo(Smith et al., 1995) o redisolvindolos invirtiendo la polaridad durante pequeosintervalos de tiempo (Pazos et al., 2006).

FIGURA 6. Proceso electrocintico de recuperacin de suelos (Adaptado de Mulligan et al., 2001a).

pozo depurga

pozo deextraccin

nivel de aguasubterrnea

nodo + ctodo -

+

++

+

+--

-

-

-

--

extraccin/procesado de fluidos

corriente elctrica

suelo contaminado

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3.3.1.5. Adicin de enmiendas

Los suelos contaminados por sales o metales pesados pueden tambin recuperarse insitu aadindoles substancias orgnicas e inorgnicas y mezclndolas con los horizontesdel suelo para transformar los contaminantes. Entre las estrategias de descontaminacinde suelos salinos est la adicin de compuestos qumicos (o la utilizacin de agua deriego) que contengan Ca para que substituya al Na y el empleo de residuos orgnicos(Tejada et al., 2006). Est demostrado que la adicin de materia orgnica a suelossalinos puede acelerar el lavado de Na, disminuir el porcentaje de sodio intercambiable yla conductividad elctrica e incrementar la infiltracin de agua, la capacidad deretencin de agua, la estabilidad estructural (El-Shakweer et al., 1998), la biomasa delsuelo y diversas actividades enzimticas (Liang et al., 2003b; Tejada and Gonzlez,2005). Por otro lado, la adicin de carbonatos, zeolitas, fosfatos, minerales de hierro,bentonitas, hidrxido clcico, compost o levaduras tambin ha sido empleada a la horade inmovilizar y reducir la biodisponibilidad de metales txicos como el Pb, U, As, Zn,Ni, Sr, Cu y Cd (Seaman et al., 2001; Zhou and Wong, 2001; Aguilar et al., 2004a;Aguilar et al., 2004b; Doi et al., 2004; Hartley et al., 2004; Castaldi et al., 2005;Raicevic et al., 2006; Chen et al., 2006). Los mecanismos de secuestro de metales ensuelos por estas enmiendas no se conocen por completo (Hamon et al., 2002; Adriano,2001). Aunque los experimentos en campo indican la eficacia de estos tratamientos deinmovilizacin in situ, existen dudas sobre si estos mecanismos de recuperacin sonpermanentes o reversibles en el tiempo. Si el tratamiento in situ induce su efecto atravs de un cambio de pH, dando lugar a una mayor precipitacin o adsorcin,entonces una reacidificacin del suelo podra aumentar de nuevo la biodisponibilidad delos metales y su toxicidad (Hamon et al., 2002). Sin embargo, si las enmiendaspromueven el secuestro de metales en formas no lbiles en suelo, atrapados en lasestructuras de las arcillas o complejados por enlaces covalentes, entonces lainmovilizacin de los metales puede ser mucho ms duradera (Adriano et al., 2004).

3.3.1.6. Barreras permeables activas

Esta novedosa tcnica desarrollada en la ltima dcada (Kalin, 2004), se basa en lainstalacin in situ de una pantalla perpendicular al flujo de la pluma de contaminacina travs de la cual pasa el agua subterrnea contaminada y cuyo material de rellenopuede adsorber, precipitar o degradar bitica o abiticamente los contaminantes. Lasbarreras que con ms xito se han aplicado hasta el momento son las rellenadas conelementos metlicos de valencia cero como el hierro (Tratnyek, 1996; Kamolpornwijit etal., 2003) para la degradacin abitica mediante procesos de oxidacin-reduccin dedisolventes clorados como el tricloroetano o tetracloroetano (Vogan et al., 1999;Schth et al., 2003; Gusmo et al., 2004), metales traza y radioactivos (Cantrell et al.,1995; Gu et al., 1998; Morrison et al., 2002; Wilkin and McNeil, 2003) y contaminantesinorgnicos como nitratos y sulfatos (Blowes et al., 2000). Otras barreras favorecen la

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actividad de los microorganismos del suelo para biodegradar compuestos orgnicostxicos, empleando mezclas de nutrientes y substratos (Watanabe, 1996; Barbaro andBarrer, 2000; Hunkeler et al., 2002), en ocasiones combinadas con barreras hidrulicasque dirijan el flujo subterrneo (Pankow et al., 1993; Devlin and Barrer, 1994). Laadsorcin de contaminantes se puede conseguir utilizando barreras de carbn activo oarcillas (Czurda and Haus, 2002; Ake et al., 2003; Komnitsas et al., 2004; Gates, 2004)y tambin se ha observado la precipitacin de contaminantes inorgnicos como el P enmedios eutrofizados (Berg et al., 2004) y Pb (Mulligan et al., 2001a) utilizandopantallas de calcita. Al ser una tcnica de recuperacin en vas de desarrollo, serequieren estudios que controlen a lo largo de un periodo de tiempo significativo laduracin til de estas pantallas y sus necesidades de mantenimiento.

FIGURA 7. Barrera permeable activa para eliminar metales txicos del agua subterrnea (Adaptadode Mulligan et al., 2001a).

3.3.1.7. Inyeccin de aire comprimido

Tiene como objetivo separar los contaminantes disueltos en el agua en forma de vapor.La inyeccin in situ de aire comprimido a travs de pozos volatiliza los contaminantesdisueltos en el agua subterrnea y provoca su desplazamiento en forma de vapor haciala zona no saturada, promoviendo tambin la biodegradacin al aumentar lasconcentraciones subsuperficiales de oxgeno (Benner et al., 2002). Posteriormente, elaire contaminado que migra a la zona no saturada debe ser extrado y depurado ensuperficie, generalmente con filtros de carbn activo. Al igual que en el caso de laextraccin de aire, esta tcnica est indicada para tratar suelos y aguas subterrneascontaminadas con solventes clorados (Kaslusky and Udell, 2005), sustancias voltiles ysemivoltiles de bajo peso molecular (Benner et al., 2002) como xileno, benceno,tolueno, tetracloruro de carbono, tricloroetano, cloruro de metilo, etc.

Para aplicar esta tcnica es necesario eliminar la fase libre antes de extraer el aire y noes operativa en acuferos confinados, donde los contaminantes no pueden desplazarsehacia la zona no saturada. Con objeto de facilitar el movimiento del aire inyectado, elsuelo debe ser suficientemente permeable y poco humectado y presenta elinconveniente de su elevado consumo energtico.

flujo de agua subterrnea

fuente de contaminacin

barrera permeable

superficie del terreno

agua subterrneadescontaminada

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FIGURA 8. Proceso de inyeccin de aire comprimido.

3.3.1.8. Pozos de recirculacin

Al igual que la inyeccin de aire comprimido, esta tcnica separa los contaminantesorgnicos voltiles del agua subterrnea en forma de vapor pero, a diferencia de laprimera, en los pozos de recirculacin todo este proceso se lleva a cabo en la zonasaturada. Se basa en la creacin de clulas de circulacin de agua subterrnea en elinterior y alrededores del pozo. El aire inyectado a presin en el pozo produce laascensin del agua y una disminucin de su densidad, favoreciendo la volatilizacin delos compuestos orgnicos. Estos son captados por un filtro en la parte superior del pozo,desde donde el agua vuelve a circular hacia abajo por gravedad, volviendo a ser captadaen la parte inferior del pozo y repitiendo de nuevo el ciclo. El aire contaminado seextrae del pozo con bombas de vaco y se trata en superficie, generalmente con filtrosde carbn activo. Est indicada en suelos de textura arenosa contaminados concompuestos como el tricloroetileno, productos derivados del petrleo (benceno, tolueno,xileno y etilbenceno) y, si se realizan modificaciones en el sistema, tambin se puedeaplicar para compuestos orgnicos no halogenados, semivoltiles, pesticidas ycompuestos inorgnicos. Como en el caso de la inyeccin de aire comprimido, tambinpresenta el inconveniente del elevado consumo energtico (OSRTI, 2003).

3.3.1.9. Oxidacin ultravioleta

La oxidacin ultravioleta representa una de las tecnologas emergentes msimportantes para recuperar agua subterrnea contaminada. Se trata de un proceso dedestruccin a travs de la oxidacin de los contaminantes mediante la adicin de

superficiedel terreno

pozo de extraccinde aire

compresor tratamientode gases

airedepurado

nivel freticoflujo de aire

pozo de inyeccinde aire

separadoraire-agua

compresor

aireatmosfrico

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compuestos de oxgeno muy oxidantes, como el perxido de hidrgeno o el ozono, enconjuncin con luz ultravioleta. Este tratamiento se lleva a cabo en un reactor, dondela oxidacin de los contaminantes se produce por contacto directo con los oxidantes,por fotolisis ultravioleta (rompiendo enlaces qumicos) y a travs de la accin sinrgicade la luz ultravioleta y el ozono (Asante-Duah, 1996). Si se alcanza la mineralizacincompleta, los productos finales de la oxidacin sern agua, dixido de carbono y sales.La principal ventaja de este proceso es que se trata de un tratamiento dedescontaminacin destructivo, pero presenta limitaciones. Entre otros, la elevadaturbidez puede interferir en la transmisin de la luz ultravioleta, puede haberproblemas con la emisin de compuestos orgnicos voltiles cuando se utiliza ozono,hay que manejar con precaucin los compuestos oxidantes y los costes pueden sermayores que en otros tratamientos por el gasto energtico.

Hay un amplio espectro de contaminantes orgnicos y explosivos que son susceptiblesde ser destruidos por oxidacin ultravioleta, incluidos los hidrocarburos del petrleo,hidrocarburos clorados, compuestos orgnicos voltiles y semivoltiles, alcoholes,cetonas, aldehidos, fenoles, teres, pesticidas, dioxinas, PCBs, TNT, RDX y HMX (Li etal., 1998; Safarzadeh-Amiri, 2001; Alaton and Balcioglu, 2002; Brillas et al., 2003;Liang et al., 2003a; Wu et al., 2004; Tiburtius et al., 2005).

3.3.2. Tratamientos biolgicos

La biorrecuperacin se define como todos aquellos tratamientos de recuperacin quedegradan contaminantes orgnicos o disminuyen la toxicidad de otros contaminantesinorgnicos como metales txicos a travs de la actividad biolgica natural,principalmente la de los microorganismos, mediante reacciones que forman parte de susprocesos metablicos. Estos tratamientos utilizan bacterias, hongos y plantas paradetoxificar las sustancias de riesgo para el hombre y el medio ambiente. Para que lostratamientos de biorrecuperacin de suelos sean efectivos no slo hay que tener encuenta factores biolgicos, como la existencia de poblaciones microbianas susceptiblesde transformar los contaminantes, la presencia de nutrientes y oxgeno u otrosaceptores de electrones alternativos, sino tambin factores ambientales como el tipode suelo, la temperatura y el pH.

En la actualidad, hay un inters creciente por los mtodos de recuperacin biolgicosya que prometen tecnologas ms sencillas, ms baratas y ms respetuosas con elmedio ambiente que otros tratamientos en los que los contaminantes son simplementeextrados y transportados a otros lugares. Sin embargo, la eficacia de los tratamientosde biorrecuperacin est todava en general por comprobarse. Las estrategias debiorrecuperacin que funcionan en un lugar determinado no tienen por qu funcionaren otro, y los procesos de biorrecuperacin que se llevan a cabo en el laboratoriopuede que no tengan el mismo xito cuando se extrapolan a los estudios de campo. En

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cualquier caso, un factor limitante para la biorrecuperacin es que todava no seconocen en profundidad los mecanismos que controlan el crecimiento y la actividad delos microorganismos en ambientes contaminados. Si se dispusiera de modelos capacesde predecir la actividad de los microorganismos durante los tratamientos debiorrecuperacin, se resolveran muchas de las cuestiones que hoy se desconocen y,aunque la biorrecuperacin actual est todava lejos de este objetivo, s parece que sepueda lograr en un futuro no muy lejano. As, los avances en los mtodos desecuenciacin de ADN y de anlisis de expresin y funcin gnica, adems de losadelantos en el desarrollo de modelos del metabolismo microbiano, estnrevolucionando el estudio de la microbiologa ambiental (Lovley, 2003).

3.3.2.1. Procesos in situ

La principal ventaja de los tratamientos biolgicos in situ frente a los ex situ es que elsuelo tratado no tiene que ser excavado ni transportado, con lo que los costes seabaratan. Sin embargo, generalmente requieren ms tiempo para su desarrollo, estnsujetos a la heterogeneidad de las caractersticas de los suelos y acuferos y su eficaciaes ms difcil de verificar.

Biodegradacin asistida

La Biodegradacin es el proceso por el cual microorganismos indgenas o inoculados(bacterias y hongos) metabolizan los contaminantes orgnicos que se encuentran ensuelos y/o el agua subterrnea, convirtindolos en productos finales inocuos. En esteproceso, los contaminantes orgnicos son biotransformados porque generalmente losmicroorganismos pueden utilizarlos para su propio crecimiento como fuente de carbonoy energa y, en el caso de que no sean capaces de crecer a partir de ellos, pueden seguirtransformndolos si se les aporta un sustrato de crecimiento alternativo o cosustrato.Para el crecimiento de los microorganismos es necesaria la presencia de donadores yaceptores de electrones, una fuente de carbono y nutrientes (N, P, K, S, Mg, Ca, Mn, Fe,Zn, Cu y elementos traza). El proceso ms bsico del metabolismo microbiano es latransferencia de electrones desde un substrato donante hasta un substrato aceptor. Loselectrones son necesarios para oxidar (o reducir) los compuestos orgnicos, que son lafuente de carbono, a la forma qumica utilizada por los constituyentes celulares y paragenerar la energa necesaria que posibilite la sntesis y el mantenimiento de la biomasa.

Adems de por compuestos naturales, los elementos requeridos para el crecimientocelular pueden ser aportados por muchos contaminantes orgnicos. La mayora de loscontaminantes orgnicos, tpicamente alifticos o aromticos, contienen diferentesgrupos funcionales (-OH, -Cl, -NH

2, -NO

2, -SO

3, etc.). Estos compuestos orgnicos,

actuando como donadores de electrones, son oxidados durante el metabolismo

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microbiano para proporcionar energa para el crecimiento celular y en muchos casosterminan siendo mineralizados a dixido de carbono y agua. Algunos de los productosintermedios de esta oxidacin pueden ser asimilados como fuente de carbono duranteel crecimiento celular. Los grupos funcionales pueden ser utilizados como nutrientes oseparados del esqueleto de carbono cuando el compuesto es oxidado o reducido. Haytres procesos por los cuales los microorganismos pueden biodegradar compuestosorgnicos: fermentacin, respiracin aerobia y respiracin anaerobia. Durante lafermentacin, los compuestos orgnicos son degradados mediante una serie dereacciones enzimticas que no implican una cadena de transporte de electrones ypueden actuar como donadores de electrones o como aceptores. Durante la respiracinaerobia, los microorganismos utilizan el oxgeno como aceptor de electrones para larespiracin microbiana. Cuando la respiracin tiene lugar en condiciones anaerobias, eloxgeno es reemplazado por compuestos o elementos orgnicos o inorgnicos oxidadosque pueden ser utilizados como aceptores de electrones alternativos, como el nitrato,iones metlicos (Fe(III), Mn(IV)), sulfato o dixido de carbono. Por su parte, loscompuestos orgnicos pueden ser metabolizados a metano, dixido de carbono ehidrgeno. La biodegradacin aerobia presenta las ventajas de que los organismosaerobios crecen ms rpido que los anaerobios y pueden mantener tasas de degradacinms elevadas pero requiere un constante suministro de oxgeno que en frecuentesocasiones puede limitar el proceso de biodegradacin.

Cuando la biodegradacin no se puede llevar a cabo de forma natural porque losmicroorganismos no disponen de los elementos esenciales para ello en la zonacontaminada, se requiere la intervencin de actuaciones ingenieriles encaminadas aestimular la actividad microbiolgica. As, la biodegradacin asistida acelera lasreacciones de biodegradacin facilitando el crecimiento microbiano y optimizando lascondiciones medioambientales de la zona donde los microorganismos deben llevar acabo su funcin de descontaminacin. Para que esta aproximacin funcione, elcontaminante no debe ser recalcitrante, es decir, los microorganismos deben tener lacapacidad gentica y fisiolgica suficiente como para degradar la sustancia.Fundamentalmente, la estimulacin de la actividad microbiana natural (bioestimulacin)se realiza mediante el control de parmetros como el potencial redox y las condicionesde humedad, y la adicin de oxgeno u otros aceptores de electrones (como nitrato osulfato) y nutrientes tales como el nitrgeno y el fsforo. No obstante, la adicin denitrgeno y fsforo no es estrictamente necesaria porque suele haber elevadasconcentraciones de amonio en la mayora de los suelos contaminados y el reciclado defsforo entre suelo, agua y bacterias suele ser suficiente para soportar una limitadaactividad microbiana (Tiedje, 1988; Alexander, 1994). Cuando se estimula artificialmentela biodegradacin in situ cerca de la superficie, se utilizan galeras de inyeccin quepermitan la infiltracin en los suelos de agua enmendada con donadores de electronesy/o nutrientes. Cuando la contaminacin es ms profunda, se emplean sistemas deinyeccin a travs de pozos (Bouwer et al., 1998). Algunos sistemas de biodegradacinin situ utilizan la accin combinada de pozos de inyeccin y extraccin para controlar el

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flujo de aceptores de electrones y nutrientes y para aislar hidrulicamente la zonacontaminada. En otros casos, el agua contaminada extrada es tratada en biorreactoressituados en superficie y seguidamente enmendada y reinyectada de nuevo (Lee et al.,1988; Bouwer, 1992; National Research Council, 1993). Tambin se pueden crear zonasde reaccin biolgica adicionando aceptores y donadores de electrones y/o nutrientespara estimular la biodegradacin. Por ejemplo, la eli