Restauración y remediación
Suelos y Aguas subterráneas
Los
suelos y las aguas subterráneas tienen problemáticas específicas, diferentes a
las de las aguas superficiales, aunque con muchos puntos en común entre ambos:
a menudo la contaminación presente en los suelos está precisamente asociada al
agua que éstos contienen, o muestran determinadas relaciones con el mismo que
hacen que haya que considerar el problema de la descontaminación como un todo.
Por otra parte, no hay que olvidar que a menudo las aguas subterráneas,
contaminadas o no, no están en el suelo, sino en el subsuelo, afectando a
acuíferos contenidos en rocas completamente diferentes a lo que llamamos suelo,
y por tanto, con problemáticas distintas.
En el
establecimiento de la metodología a seguir para la descontaminación de suelos y
aguas subterráneas influyen dos tipos de factores: los intrínsecos derivados de
la naturaleza y geometría de la contaminación, y los económicos, que siempre
hay que considerar a la luz de la mayor o menor necesidad real de solucionar el
problema. Tampoco conviene olvidar que ninguna de las soluciones propuestas
suele resolver al 100% los problemas que la contaminación plantea, en unos
casos porque el problema queda solo parcialmente resuelto (mitigado), en otros
porque se producen efectos indeseados sobre el suelo o agua, siempre de menor
entidad que el problema inicial (al menos en teoría). Todo ello hace
imprescindible un estudio serio y riguroso de las alternativas aplicar, y
comparar los resultados previsibles frente a la posibilidad de no ejercer
ninguna acción remediadora (“do nothing scenario”).
Condicionantes
Cuando
se define un suelo como contaminado, lo primero a decidir es si resulta
necesaria su descontaminación. Esta decisión dependerá fundamentalmente de varios
factores:
- Uso del suelo. El uso actual y futuro del suelo, y sobre todo, la evaluación de
la posibilidad de transmitir la contaminación a la cadena trófica humana, a
través de la transmisión de la contaminación a pastos o aguas superficiales
será siempre el primer factor a considerar para esta toma de decisiones.
- Situación. La proximidad del suelo contaminado a poblaciones o industrias será
también un factor importante a valorar.
- Naturaleza de la contaminación. Evidentemente, la peligrosidad de un
determinado contaminante contenido en un suelo condiciona de forma muy directa
la posible necesidad de retirarlo o inertizarlo de alguna manera.
- Naturaleza del suelo. Los riesgos ligados a la presencia de la contaminación en
el suelo dependerán también en parte de propiedades del suelo como capacidad de
tamponación y de amortiguación, vulnerabilidad y cargas críticas, que a su vez
dependen de la textura, permeabilidad, pH, capacidad de cambio, mineralogía,
contenido en materia orgánica, etc., del suelo.
- Posibilidad de transmisión de la contaminación a acuíferos.
En
cualquier caso, la contaminación que afecta a las aguas subterráneas usualmente
se produce por infiltración a través del suelo, lo que hace por lo general
necesario un análisis conjunto del sistema suelo-agua subterránea, para
determinar los mecanismos de contaminación responsables del problema, y las
alternativas a la remediación.
Una vez
determinada la necesidad de la remediación, tres son los factores fundamentales
a considerar al analizar las alternativas técnicas: el foco de contaminación,
el mecanismo de infiltración, y el tipo de contaminante:
·
El foco, que puede ser puntual o difuso.
·
El mecanismo puede ser o bien un acceso directo del contaminante al
acuífero o a capas profundas del suelo, ya sea por mecanismos antrópicos
(pozos) o naturales (sumideros), o bien un acceso difuso, a través de una
infiltración en sentido estricto del contaminante en el suelo. El primer caso
es más problemático a primera vista, puesto que afecta de forma mucho más
rápida y completa a las aguas subterráneas, pero es más sencillo de solucionar
a medio-largo plazo, puesto que una parte importante de la solución consiste en
impedir ese acceso. La infiltración, por su parte, suele implicar un menor
grado de afectación a las aguas subterráneas, debido a la capacidad de
atenuación del suelo, pero a su vez esto hace que el suelo quede afectado, lo
que a menudo prolonga el problema en el tiempo y el espacio.
·
El tipo de contaminante es siempre fundamental para definir las
posibilidades de remediación. Las principales alternativas en este sentido
pueden ser las siguientes:
ü Partículas en suspensión. Suelen ser poco problemáticas, debido a
que tienden a ser filtradas con facilidad por el suelo, o en el propio
subsuelo. No obstante, en el caso de infiltraciones directas a acuíferos con
menor capacidad de filtrado, pueden llegar a presentar un problema.
ü Sales en disolución. Los componentes aniónicos o catiónicos que
el agua lleva en disolución pueden ser captados en grado variable por los
mecanismos naturales de depuración del suelo (sistemas coloidales con
capacidades sorcitivas). Como ya sabemos, unos son más problemáticos que otros,
lo que hace también muy variada la gama de soluciones que pueden adoptarse para
su eliminación, si bien una de las más adecuadas suele ser la extracción y
tratamiento de las aguas contaminadas, por lo general sencilla en este tipo de
casos.
ü Otros contaminantes físico-químicos. En relación con lo
anterior, la presencia de sales en disolución a menudo va acompañada de acidez,
alcalinidad, condiciones redox inapropiadas, etc. Como en el caso anterior, la
infiltración a través del suelo, o la naturaleza de la roca que constituye el
acuífero, a menudo mitiga el problema, pero éste puede ser en el detalle muy
variado, y admitir diversas alternativas de remediación.
ü NAPLs: Corresponden a las siglas en inglés de “Non Aqueous Phase Liquid”: fase
líquida no acuosa, es decir, líquidos inmiscibles con el agua, y de menor
densidad, es decir, suelen ser hidrocarburos derivados del petróleo, que por lo
general no tienden a infiltrarse en presencia de agua, debido a que flotan sobre
ésta.
ü DNAPLs: Corresponden a las siglas en inglés de “Dense Non Aqueous Phase
Liquid”: fase líquida densa no acuosa, es decir, líquidos inmiscibles con el
agua, y de mayor densidad que ésta, que pueden ser de naturaleza diversa, y que
constituyen en la actualidad un serio problema por la persistencia y capacidad
de infiltración y migración de estos productos en el subsuelo. Algunos de ellos
corresponden a disolventes orgánicos, como el Tricloroeteno, empleado en
tintorería.
Con
estas cuestiones básicas, el primer estudio a llevar a cabo para definir las
posibilidades de remediación de un problema de este tipo es el de distribución
geométrica de los contaminantes en el área problema, que puede ser básicamente
de tres tipos:
·
Generalizada.
Es decir, que afecte aproximadamente por igual a todo un acuífero o a
todo un suelo. Suele ser consecuencia de contaminación difusa o directa, y por
lo general corresponde a sales en disolución, con un potencial de difusión
alto.
·
Plumas.
Las plumas son la derivación de una contaminación puntual, cuando
persiste durante largos periodos de tiempo, o está constituida por un volumen
importante de contaminantes. La figura 1 muestra de forma esquemática la
geometría que suelen presentar.
Figura 1.- Pluma de contaminación generada por el vertido a partir de un
foco puntal.
Se trataría en este caso de una contaminación por aguas contaminadas con
sales, o por DNAPLs, que se infiltran a través del suelo a partir de un foco
puntual industrial.
A la
vista de la diversidad de problemas que plantea la contaminación de aguas
subterráneas y suelos, las alternativas para su solución o mitigación son muy
variadas, y en la actualidad prosigue el desarrollo de nuevas posibilidades
basadas en diversas tecnologías. En términos generales, las técnicas concretas
aplicables se pueden clasificar en tres grandes grupos: técnicas de
confinamiento, técnicas de tratamiento in situ y técnicas de tratamiento
ex situ.
Se
basan en el aislamiento de las aguas o suelos contaminados, de forma que su
objetivo básico es evitar que esa contaminación se transfiera lateralmente. Por
lo general son de aplicación cuando la contaminación está muy localizada y no
resulta viable ninguna de las demás alternativas.
El
asilamiento o confinamiento se basa, en cualquier caso, en la construcción de barreras,
que pueden ser de muy diversos tipos:
Barreras de lodo.- Consisten en trincheras verticales que se excavan alrededor del área
contaminada y se rellenan con un lodo, que impermeabiliza el perímetro a
aislar. El relleno estará constituido por mezclas más o menos complejas del
propio suelo con arcillas especiales (sepiolita, bentonita), que confieran
mayor estanqueidad, o determinadas propiedades filtrantes a la barrera. También
el cemento puede utilizarse para aumentar el grado de confinamiento. Este tipo
de barreras suelen tener profundidades máximas de 15 m ., entre 0,6 y 1,2 m . de espesor, y su mayor
efectividad se consigue si quedan ancladas en una capa infrayacente de menor
permeabilidad (figura 2).
Figura 2.- Esquema de una sección de sistema de barreras de lodo, en la
que la barrera queda anclada en un sustrato de baja permeabilidad.
Lechada
de cemento.- Consiste en impermeabilizar mediante inyección de una capa continua
de cemento bajo todo el perímetro inferior del área contaminada (figura 3). Se
requiere un equipamiento específico para llevar a cabo este tipo de inyección.
Figura 3.- Esquema del proceso de inyección de lechada de cemento bajo una
mancha de contaminación.
Barreras
químicas.- Como en al caso anterior, de inyecta bajo el
área afectada un producto que impida la dispersión del contaminante, en este
caso un agente químico, que en unos casos se emplea para reducir la
permeabilidad del sustrato, y en otros para producir algún efecto sobre el
contaminante: reducir su toxicidad o movilidad (figura 4).
Figura 4.- Esquema de una barrera química, consistente en un producto
(con color verde en la figura) que se inyecta bajo la zona contaminada.
Barreras
de paneles.- Consiste en implantar barreras formadas por paneles o tabiques de
madera, cemento, hormigón armado, acero, de forma que en algunos casos puedan
penetrar el terreno sin necesidad de excavación (figura 5).
Figura 5.- Instalación de una barrera de paneles,
Membranas sintéticas.- Formadas por las
llamadas geomembranas, elementos textiles de diseño con permeabilidades
diferenciadas, que pueden instalarse mediante la correspondiente excavación en
el entorno del área afectada (figura 6).
Figura 6.- Extensión de una geomembrana en una zanja perimétrica respecto
al área a aislar.
Otra posibilidad de asilamiento consiste en la
vitrificación in situ. Esta técnica consiste en fundir el suelo a muy alta
temperatura (1.600-2.000ºC )
mediante una corriente eléctrica, de forma que se consiga:
1. La destrucción
total de contaminantes orgánicos, que se transforman en gases que son recogidos
en una campana instalada en la zona al efecto.
2. El aislamiento
completo de otros contaminantes que el suelo pueda contener (inertización):
sobre todo, metales pesados, que quedan formando parte de un vidrio muy
resistente a la meteorización.
La vitrificación in situ constituye una alternativa
agresiva, pero muy efectiva para contaminaciones polifásicas que incluyan
compuestos muy refractarios al resto de tratamientos a considerar, y para
problemas relativamente superficiales. Esta técnica se ha llegado a aplicar con
éxito hasta unos 6 m
de profundidad (figura 7).
Figura 7.- Esquema de funcionamiento de un sistema de vitrificación,
sobre la base de una corriente de alto voltaje y un sistema de recuperación de
los gases emitidos, para su tratamiento.
Técnicas de tratamiento in situ
Las
técnicas de tratamiento in situ son las que se aplican sin necesidad de
trasladar el suelo o el agua subterránea afectados por el problema. Suelen ser
de utilidad cuando el problema afecta a un volumen muy importante del suelo,
que haga inviable su aislamiento y su tratamiento ex situ, o cuando éste
supone un coste económico que lo hace inviable, ya que el tratamiento in
situ suele implicar un menor coste económico. El tratamiento in situ puede
ser de dos tipos: biológico o físico-químico.
Las técnicas de remediación in situ de carácter biológico
son dos: biorremediación y fitorremediación.
La
biorremediación consiste en utilizar microorganismos (bacterias) para resolver o
mitigar el problema, y es especialmente efectiva en el tratamiento de
contaminantes orgánicos, incluido el petróleo. Para que las bacterias puedan eliminar
las sustancias químicas dañinas, el suelo y las aguas subterráneas deben tener
la temperatura, los nutrientes y la cantidad de oxígeno apropiados. Esas
condiciones permiten que las bacterias crezcan y se multipliquen, y asimilen
más sustancias químicas. Cuando las condiciones no son las adecuadas, las
bacterias crecen muy despacio o mueren, o incluso pueden crear sustancias
químicas más dañinas.
Si las
condiciones del área no son las adecuadas, se intenta mejorarlas. Una manera de
hacerlo es bombeando aire al interior del suelo, así como nutrientes u otras
sustancias, como la melaza. A veces se añaden microbios si no los hay. Las
condiciones adecuadas para la biorremediación no siempre se logran bajo la
tierra. En algunas áreas el clima es muy frío o el suelo es demasiado denso. En
esas áreas se puede recurrir a excavar y sacar el suelo a la superficie, donde
la mezcla del suelo se calienta para mejorar las condiciones. También, pueden
añadirse los nutrientes necesarios, o puede añadirse oxígeno revolviendo la
mezcla o haciendo pasar aire a presión a través de ella. Sin embargo, algunas
bacterias funcionan sin oxígeno (anaeróbicas). Con la temperatura adecuada y la
cantidad necesaria de oxígeno y nutrientes, las bacterias pueden hacer su
trabajo de “biocorregir” las sustancias químicas.
A veces
mezclar el suelo puede hacer que las sustancias químicas dañinas se evaporen
antes de que las bacterias puedan mediar con ellas. Para evitar que esas
sustancias químicas contaminen el aire, se puede mezclar el suelo dentro de
tanques o edificaciones especiales, donde las sustancias químicas que se
evaporan se pueden recolectar y tratar.
Los
microorganismos pueden ayudar a eliminar la contaminación de las aguas
subterráneas, al igual que del suelo. En este caso, el agua se mezcla con
nutrientes y aire antes de que ser reinyectada al terreno. También pueden
bombearse nutrientes y aire por los pozos, de forma que la mezcla se produzca
directamente en profundidad. Los nutrientes y el aire añadidos ayudan a las
bacterias a biorremediar las aguas subterráneas. Una vez que se han eliminado
las sustancias químicas dañinas, las bacterias ya no tienen “comida” disponible
y mueren.
La
biorremediación es muy segura, ya que depende de microbios que existen
normalmente en los suelos. Esos microbios son útiles y no representan un
peligro para las personas en el sitio o la comunidad. Además, no se emplean
sustancias químicas peligrosas. Los nutrientes que se añaden para que las
bacterias crezcan son fertilizantes de uso corriente en el césped o el jardín.
La biorremediación transforma las sustancias químicas dañinas en agua y gases
inofensivos y, por lo tanto, las destruye totalmente.
Como
principales ventajas de esta técnica se pueden indicar las siguientes:
C Es una
técnica in situ, lo que evita la necesidad de extraer el suelo, e
incluso el contacto de los trabajadores con el suelo o agua contaminados.
C Evita
la liberación de gases dañinos al aire y se generan muy pocos residuos.
C Generalmente
esta técnica no requiere tanto equipamiento ni trabajo como la mayoría de los
métodos alternativos. Por lo tanto, suele resultar más económica.
Como
inconvenientes, se pueden citar los siguientes:
D
No es de aplicación más que para la descontaminación de hidrocarburos
biodegradables.
D
No suele ser efectiva más que en condiciones relativamente
superficiales.
D
Presenta factores intrínsecos que la hacen completamente inviable en
determinados casos.
La fitorremediación es una
técnica biológica que en el detalle se puede subdividir en varios aspectos, que
corresponden a distintas posibilidades de aplicación de las plantas a la
remediación de problemas producidos por la contaminación (ver tabla).
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Ventajas
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Limitaciones
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Fitoextracción
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Consiste en el empleo
de plantas hiperacumuladoras, capaces de extraer los metales pesados
contenidos en el suelo.
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La planta debe ser capaz de producir biomasa
abundante en poco tiempo.
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Las hiperacumuladoras de metales suelen ser de
crecimiento lento, poco bioproductivas y con sistema radicular somero. La
biomasa producida hay que almacenarla o procesarla adecuadamente.
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Fitoestabilización
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Consiste en el uso de
plantas metalófitas endémicas/nativas y de mejoradores de sustrato adecuados
para estabilizar física y químicamente sustratos ricos en metales.
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Hace innecesaria la excavación / eliminación del
suelo, es menos costosa y menos agresiva. Mejora las posibilidades de
restauración del ecosistema.
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A menudo requiere fertilización o modificación
del suelo. Requiere mantenimiento del suelo a largo plazo, para evitar la formación
de lixiviados.
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Fitovolatilización
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Consiste en la
extracción del contaminante del suelo por la planta y su emisión a la
atmósfera a través de su sistema metabólico.
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Transforma los contaminantes en formas menos
tóxicas.
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El contaminante o un derivado tóxico pueden
acumularse en la vegetación, pasando a frutos o partes comestibles.
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Fitofiltración / rizofiltración
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Consiste en el uso de
plantas terrestres y acuáticas para absorber, concentrar, y precipitar
contaminantes de medios acuáticos.
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Puede ser “in situ” o “ex situ”, y es aplicable
tanto en sistemas terrestres como acuáticos.
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El pH del medio debe controlarse en continuo para
optimizar la captación del metal. Es necesario controlar procesos de
especiación e interacciones entre especies que puedan darse en el medio.
Funciona como un biorreactor, y requiere mantenimiento intensivo.
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Variantes de Fitorremediación (Metales pesados)
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Por
otra parte, la más común y tradicional de las formas de fitorremediación es la
revegetación de terrenos afectados por actividades mineras, que se puede
considerar una fitoestabilización básica. En este caso, la presencia de plantas
sobre la escombrera atenúa los efectos de dispersión de los materiales que la
constituyen por el viento o el agua, y favorecen la generación de un suelo que
actúa como una barrera, evitando parcialmente la emisión de los contaminantes
que contiene. Para esta técnica pueden emplearse plantas de las denominadas
ruderales, que son capaces de desarrollarse sobre suelos muy degradados, iniciando
la colonización de éstos. En otros casos, y para acelerar el proceso, es
necesario recubrir la escombrera con suelo vegetal que facilite el empleo de
plantas más comunes. No obstante, esta técnica se encuadra más en los
procedimientos de restauración que en los de remediación.
Otra
vertiente de esta técnica de fitorremediación es la descontaminación de suelos
contaminados por hidrocarburos biodegradables. En este caso, determinadas
plantas, en especial algunas arbóreas, son capaces de alimentarse de este tipo
de compuestos presentes en el suelo, e incorporarlos a su metabolismo,
transformándolos en materia vegetal así como en productos gaseosos simples
(CO2, agua) que se emiten durante la respiración vegetal.
En
minería resulta de gran interés la fitoextracción, para la extracción de
metales pesados presentes en el suelo (figura 8f ). En este caso, la planta
absorbe los metales pesados del suelo, siempre y cuando se encuentren en formas
biodisponibles (en disolución, o formando complejos orgánicos), y los incorpora
a su metabolismo. En la mayor parte de los casos el resultado es una
acumulación del metal pesado en la planta, que a menudo es preferencial en unos
u otros órganos de la misma (raíces, tallos, hojas, frutos).
Figura 8.- Base conceptual de la fitoextracción: el metal (Ni) contenido
en el suelo es captado por la planta e incorporado a sus tejidos.
Las
raíces de algunas plantas son capaces de actuar como barreras frente a los
metales pesados. En estos casos se produce una acumulación del metal pesado en
la corteza de la raíz, puesto que éstos son arrastrados junto con el agua hasta
ésta, y ahí quedan detenidos y acumulados. También pueden favorecer reacciones
de transformación del contaminante en sustancias químicas menos dañinas,
mediante la acción de los organismos o bacterias que viven en las raíces de las
plantas.
La
ventaja más notable de la fitorremediación radica en su bajo coste. Los métodos
clásicos de remediación para sustancias solubles (caso más barato) cuestan en
el entorno de 100.000 a
1.000.000 de Euros por hectárea. Por el contrario, la fitorremediación tiene un
coste entre 200 y 10.000 Euros por hectárea.
Sin embargo, este procedimiento presenta algunas limitaciones:
1. No
cualquier planta vale, se requieren las denominadas “hiperacumuladoras”:
plantas que poseen la capacidad de acumular y tolerar 10-100 veces más un
determinado metal comparado con las plantas normales.
2. Las
plantas hiperacumuladoras acumulan un solo metal, y hasta ahora no se han
encontrado hiperacumuladoras para toda la diversidad de metales pesados
asociados a la actividad minera.
3. Muchas
hiperacumuladoras crecen lentamente, y poseen una escasa biomasa.
4. Se
conoce muy poco de las características agronómicas de muchas de estas plantas,
tales como sus requerimientos de fertilizantes, y su susceptibilidad a
enfermedades o ataques por los insectos.
Atenuación
natural controlada, Barreras reactivas permeables, Extracción con vapor y
aireación del suelo, Flushing in situ, Tratamientos térmicos, Oxidación
química y Fracturación.
La
atenuación natural controlada (MNA, monitored
natural attenuation) se basa en el aprovechamiento y potenciación los procesos naturales
para eliminar o reducir la contaminación en los suelos y las aguas
subterráneas. La atenuación natural tiene lugar en la mayoría de las áreas
contaminadas, pero para que se produzca a ritmo suficiente como para que se
pueda considerar un mecanismo efectivo de descontaminación deben darse las
condiciones adecuadas en el subsuelo para que se produzca la descontaminación
de forma efectiva. De no ser así, la eliminación de la contaminación no será ni
lo suficientemente rápida ni completa. Los científicos supervisan o verifican
la existencia de esas condiciones para asegurarse de que funciona la atenuación
natural. A eso se le denomina atenuación natural controlada o MNA (por sus
siglas en inglés).
Cuando
el medio ambiente se halla contaminado con sustancias químicas, la naturaleza
las elimina por cuatro vías:
1. Acción bacteriana: las bacterias que
viven en el suelo y en las aguas subterráneas utilizan algunas sustancias
químicas como alimento. Cuando las sustancias químicas están completamente
digeridas, las transforman en agua y en gases inofensivos: figura 9.
Figura 9.- Bacterias atrapando sustancias químicas contaminantes (en
marrón) para su alimentación.
2. Sorción: Las sustancias químicas se
pegan o sorben al suelo, que las fija al lugar (figura 10). De ese modo no se
eliminan las sustancias químicas pero sí se impide que contaminen las aguas
subterráneas y que escapen del lugar, al menos mientras las condiciones
físico-químicas del suelo permanezcan estables.
Figura 10.- Sorción de contaminante (marrón) por el suelo.
3. Mezcla y dilución: Al pasar las aguas
subterráneas a través del suelo, la contaminación se puede mezclar con el agua
limpia. De ese modo se diluye la contaminación.
4. Evaporación: Algunas sustancias
químicas, como el petróleo y los solventes, se evaporan, lo que significa que
se convierten de líquidos a gases dentro del suelo. Además, si esos gases
escapan al aire en la superficie del terreno, la luz del sol puede destruirlos
(figura 12).
Figura 12.- Evaporación y descomposición de contaminante por efecto del
calor solar.
La MNA
funciona con mayor eficacia en los sitios donde se ha eliminado previamente la
fuente de contaminación. Con posterioridad, los procesos naturales se deshacen
de la pequeña cantidad de contaminación que queda en el suelo y en las aguas
subterráneas. El suelo y las aguas subterráneas se examinan con regularidad
para garantizar que hayan quedado limpios.
Según
el área, la MNA puede dar los mismos resultados, con casi la misma rapidez, que
otros métodos. Dado que la MNA se realiza bajo tierra, no es necesario excavar
ni construir. Por ende, no hay que eliminar desechos soterrándolos, afectando
menos al medio ambiente. Asimismo, permite a los trabajadores evitar el
contacto con la contaminación. La MNA requiere menos equipamiento y trabajo que
la mayoría de los otros métodos y por lo tanto resulta más económica. Puede que
la supervisión durante años sea costosa, pero el costo sigue siendo menor que
el de otros métodos. La MNA es el único método de descontaminación que se usa
en algunos sitios Superfund (USA) donde hay contaminación de las aguas
subterráneas.
En más
de 60 sitios donde las aguas subterráneas están contaminadas, la MNA es sólo un
método más entre los que se usan. La MNA también se emplea en derrames de
petróleo y gasolina de los tanques.
Las
barreras reactivas permeables son similares a algunas de las utilizadas
para el aislamiento que ya hemos visto con anterioridad, solo que, a diferencia
de éstas, las BRP se instalan donde se ha identificado un flujo de aguas
subterráneas contaminadas, para su depuración. Las PRB se construyen cavando
una zanja larga y estrecha en el camino de las aguas subterráneas contaminadas.
La zanja se llena de material reactivo capaz de eliminar las sustancias
químicas dañinas (figura 13).
Figura 13.- Representación esquemática de una barrera reactiva permeable
interceptando una pluma de contaminación.
Entre
los materiales reactivos más corrientes que pueden emplearse están el hierro,
la caliza y el carbono, activado o no. Los materiales reactivos se mezclan con
arena para facilitar que el agua fluya a través de la barrera, en lugar de
alrededor de ella. En algunos sitios, la barrera es parte de un embudo que
dirige las aguas subterráneas contaminadas hacia la parte reactiva de la pared,
disposición que recibe en inglés el nombre de “funnel and
gate” (Figura 14). La zanja o el embudo relleno se cubren con tierra, por lo
que no resulta visible en la superficie.
Figura 14.- Sistema de “funnel and gate” en una barrera reactiva
permeable (verde en la figura). Las flechas mayores indican el sentido general
de flujo del acuífero en el que se localiza la pluma de aguas contaminadas (en
marrón).
El
material que se emplea para construir la barrera depende del tipo de
contaminante que se encuentre en las aguas subterráneas. Diferentes materiales
eliminan la contaminación empleando distintos métodos:
· Atrapando
o sorbiendo las sustancias químicas en su superficie. Por ejemplo, el carbono
tiene una superficie a la que se sorben las sustancias químicas cuando las
aguas subterráneas lo atraviesan.
· Precipitando
las sustancias químicas disueltas en el agua. Por ejemplo, la caliza hace que
los metales disueltos precipiten.
· Transformando
las sustancias químicas dañinas en inofensivas. Por ejemplo, el hierro puede
transformar algunos tipos de solventes en sustancias químicas inofensivas.
· Estimulando
a los microorganismos del suelo a que se alimenten de las sustancias químicas.
Por ejemplo, los nutrientes y el oxígeno en las PRB contribuyen a que los
microorganismos crezcan y asimilen más sustancias químicas. Cuando las
bacterias metabolizan totalmente las sustancias químicas, las pueden
transformar en agua y en gases inofensivos como el dióxido de carbono o
anhídrido carbónico.
La
Tabla adjunta muestra los agentes que pueden emplearse en este tipo de
barreras, y los contaminantes sobre los que se aplican.
Las PRB
eliminan muchos tipos de contaminación subterránea, y funcionan mejor en sitios
de suelos arenosos poco compactos con flujo sostenido de aguas subterráneas. La
contaminación no debe encontrarse por debajo de unos 15 metros de profundidad.
Dado que no hay que bombear las aguas subterráneas contaminadas a la
superficie, las PRB pueden resultar más económicas que otros métodos. Hay que
eliminar pocos residuos soterrándolos en vertederos, con lo que también se
ahorra dinero. No hay piezas que se rompan ni equipamiento sobre la superficie,
de modo que los terrenos pueden utilizarse mientras se está llevando a cabo la descontaminación.
No se incurre en costos energéticos con las PRB, ya que funcionan con el flujo
natural de las aguas subterráneas.
La extracción de vapores del suelo y la aireación del suelo
(Soil vapor extraction and Air Sparging) son dos técnicas diferentes,
aunque a menudo complementarias, que se emplean para extraer contaminantes
químicos del suelo vaporizándolos. Son complementarias porque la primera se
emplea por encima del nivel freático, mientras que la segunda se utiliza por
debajo de éste (figura 15).
Figura 15.- Combinación de las técnicas de extracción de vapor del suelo
y aireación del suelo: la primera actúa por encima del nivel freático, y la
segunda por debajo.
La extracción de vapores (SVE)
consiste en la perforación de pozos por encima del nivel freático, en los que
se genera un vacío, de forma que se bombean los volátiles contenidos en el
suelo (contaminantes). Pueden combinarse con pozos de inyección de aire, ya que
esto favorece la evaporación de los contaminantes. El número de pozos de
inyección y de extracción para un área contaminada puede variar desde uno a
cientos, en función de la extensión del problema, y de las características en
detalle del área: tipo de suelos, de contaminantes, etc. Los gases que se
extraen son recogidos y tratados, de forma que se separan los contaminantes
para su tratamiento posterior o almacenamiento en condiciones de mayor
seguridad.
La inyección de aire (air
sparging), consiste precisamente en la inyección de aire en el terreno, por
debajo del nivel freático. En estas condiciones, la aireación del agua
subterránea favorece la vaporización de los contaminantes, que son bombeados a
superficie a través de pozos de extracción similares a los de extracción de
vapor. La entrada de aire al suelo que suponen estas dos técnicas favorece,
además, el desarrollo de microorganismos bacterianos, que a su vez favorecen la
descontaminación a través de la transformación metabólica de los contaminantes
en agua y CO2. Las instalaciones requeridas para este tipo de
tratamiento son económicas y de fácil mantenimiento, lo que hace que sean
bastante empleadas.
Flushing
in situ es una técnica química que se utiliza para eliminar contaminantes de
tipo NAPL o DNAPL, inmiscibles con el agua, y que por tanto, no son arrastrados
por los flujos acuosos. Esta técnica se basa en la infiltración en el terreno
(desde superficie o pozos de inyección), de compuestos químicos que reaccionan
con el contaminante, disolviéndolo. Los productos utilizados son surfactantes
(detergentes) y cosolventes (alcoholes), que se mezclan con agua y se ponen en
contacto con el contaminante, y se bombean a superficie a través de pozos de
extracción (ver figura 16). La técnica se ve especialmente favorecida cuando el
contaminante se encuentra en un terreno arenoso en contacto con otro arcilloso
infrayacente.
Figura 16.- Sistema de flushing in situ actuando sobre una porción de
suelo contaminado (en rojo). El agua y los reactivos se introducen por el pozo
de la derecha, y los productos de la reacción se extraen por el de la izquierda
en la imagen.
Es una técnica mucho más
problemática que las anteriores, dado que implica el manejo e infiltración en
el terreno de sustancias químicas (con cierta toxicidad y coste económico a
considerar). Sin embargo, resulta efectivo en muchas ocasiones, y es la
alternativa a métodos ex situ, normalmente de mayor coste.
Los
tratamientos térmicos son un grupo de técnicas que se basan en la extracción de contaminantes
a través de su movilización a altas temperaturas. Los productos químicos así
movilizados se desplazan a través del suelo y las aguas subterráneas hasta
pozos, donde son captados y bombeados hasta la superficie. Así, este apartado
incluye la inyección de vapor, de aire caliente, de agua caliente, el
calentamiento mediante resistencia eléctrica, o mediante radiofrecuencia o por
conductividad térmica (calentamiento de tubos de acero). En todos los casos, se
consigue una movilización del contaminante químico, que se extrae a través de
un pozo al efecto.
El coste de estas técnicas es
relativamente alto, pero a menudo se muestran muy efectivas, incluso en
condiciones muy desfavorables (contaminantes retenidos en terrenos arcillosos).
La
oxidación química emplea compuestos oxidantes para destruir la contaminación de suelos y
aguas subterráneas, transformando ésta en compuestos inocuos, como agua y CO2.
Esta técnica permite destruir muchos combustibles, solventes, y plaguicidas.
La técnica se base simplemente
en la introducción en el terreno de los oxidantes, a través de pozos a diversas
alturas, sin que sea necesario bombear los productos de la oxidación. No
obstante, se observa que se obtiene una mayor efectividad de la técnica si
establece un sistema cerrado, reinyectando lo obtenido por el pozo de
extracción: con ello se ayuda a que se mezcle mejor el oxidante con los
productos que constituyen la contaminación (figura 17).
Figura 17.- Esquema de un dispositivo para oxidación química.
Los productos oxidantes más utilizados
son el agua oxigenada y el permanganato de potasio (de menor coste). También
puede emplearse el ozono, aunque su carácter de gas hace más problemático su
manejo. En algunos casos junto con el oxidante se emplea un catalizador, que
aumenta el rendimiento del proceso de oxidación.
Por otra parte, la oxidación
puede crear el suficiente calor como para hacer hervir el agua subterránea, lo
que favorece la movilidad de los contaminantes que no resulten oxidados. En
resumen, se trata de una técnica muy adecuada para actuar frente a determinados
contaminantes, sobre todo cuando se encuentran a profundidades considerables, a
las que otros métodos no pueden llegar.
Ocasionalmente en vez de
oxidar es necesario reducir: caso del Cr6+, altamente tóxico, que se
reduce mediante sulfitos a Cr3+, inocuo.
La electrodescontaminación
consiste en la movilización de los contaminantes bajo la acción de campos
eléctricos. Se basa en la introducción a suficiente profundidad de electrodos
en el suelo y la aplicación de una diferencia de potencial. Esto produce un
flujo de los contaminantes en medio acuoso siguiendo las líneas del campo
eléctrico. En determinados casos puede ser necesario añadir una fase acuosa que
permita o facilite el proceso. La figura 18 muestra unl esquema del
procedimiento.
Figura 18.- Esquema del proceso de electro descontaminación.
Los
mecanismos concretos por los que se produce la movilización de los
contaminantes son los de migración, electro osmosis y electroforesis.
- La
migración es una movilización de los contaminantes en forma iónica a favor
del campo eléctrico. Representa el movimiento de las partículas en disolución
en el agua intergranular del suelo o subsuelo, sobre la base de su
comportamiento iónico.
- La
electro osmosis representa el movimiento del líquido en relación a las
superficies sólidas del campo eléctrico: se produce una movilización en masa
del líquido, como consecuencia de la interacción con las paredes de los poros.
Esto se produce debido a que en las superficies no equilibradas de las
partículas del suelo predominan las cargas negativas, y atraen al líquido hacia
el cátodo, que se comporta como un gran catión (Figura 19).
Figura 19.- Transporte de un fluido a través de los poros de una roca
mediante electro ósmosis.
- La electroforesis corresponde al
desplazamiento de partículas coloidales cargadas en suspensión en un
líquido. Tiene una importancia muy inferior a la de los dos fenómenos
anteriores.
El
conjunto de estos mecanismos provoca el desplazamiento de los contaminantes
bajo la acción del campo eléctrico. Los cationes van hacia el cátodo mientras
que los aniones lo hacen hacia el ánodo, y ambos son extraídos posteriormente.
El procedimiento tiene la ventaja de que apenas si resulta influenciado por la
textura o la permeabilidad del suelo, factores limitantes de otras técnicas.
La
técnica resulta de aplicación, con buenos resultados, en el caso de suelos con
altos contenidos en metales pesados (Cu, Zn, Pb, As), así como en el caso de la
contaminación por compuestos orgánicos.
La
fracturación se emplea a menudo en combinación con otras de las técnicas descritas,
ya que se trata de un procedimiento por el cual se induce una fracturación en
suelos o terrenos en general muy compactos, de forma que las técnicas que se
basan en la movilización de los contaminantes pueden actuar mejor. Se basa en
dos posibilidades: fracturación hidráulica y fracturación neumática.
La fracturación hidráulica utiliza agua, que es bombeada
a presión a través de pozos. La fuerza del agua favorece la fracturación del
material que compone el terreno en cuestión, así como la apertura de las
fracturas ya existentes. Para fracturar suelos a profundidades considerables se
añade arena al agua, que favorece la fracturación y que las fracturas permanezcan
abiertas.
La fracturación neumática utiliza aire a presión para
fracturar la roca (figura 20), y a menudo también favorece la movilización de
los contaminantes.
Figura 20.- Esquema de un sistema de fracturación neumática, basado en
el empleo de aire a presión, para ayudar a la movilización de los contaminantes
del suelo.
En algunos casos se puede
llegar a plantear la utilización de explosivos.
En definitiva, es una técnica
auxiliar, que en unos casos ayuda a introducir los reactivos requeridos para el
tratamiento descontaminante, y en otros favorece la migración de los productos
del proceso hacia los pozos de extracción, y en general, favorece la liberación
de los contaminantes contenidos en el terreno, y su migración a través del
mismo.
Técnicas
ex situ
Estas técnicas tienen en común
que el suelo es removido de su lugar original, y tratado en una planta externa,
para la eliminación del contaminante mediante una variedad de técnicas
disponibles. Tras el tratamiento, el suelo puede ser devuelto a su lugar
original, siempre y cuando se verifique que está completamente descontaminado.
En este apartado se reconocen
las siguientes técnicas:
· Lavado del suelo: basado en el empleo de detergentes y en la separación granulométrica
de las fracciones más finas (siempre más contaminadas, por la mayor capacidad
de sorción de las arcillas) de las más gruesas: arena, siempre más limpia, y
más fácil de limpiar.
· Extracción con solventes: Basada en el
empleo de productos disolventes, que son muy efectivos en determinados
contaminantes.
· Dehalogenación química: Consiste en la
eliminación de halógenos del suelo, mediante reactivos específicos.
Al ser tratamientos puramente químicos, no vamos a insistir en su
estudio y descripción.
Finalmente, cuando no hay otra alternativa, el suelo se excava y se
lleva a un almacenamiento de residuos tóxicos y peligrosos para su disposición
final (figura 21).
Figura 21.- Excavación de suelo contaminado mediante pala retroexcavadora.
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