Title: Tratamiento de Residuos S
1Contaminación y remediación de suelos
- Contaminación
- Ejemplos de contaminación (en general, Chile)
- Fuentes de la contaminación
- CaracterÃsticas
- Normas y legislación
- Remediación
- Importante parámetros y criterios de elección
- Remediación contaminantes orgánicos/inorgánicos
- Diferentes métodos (según tipo de contaminante)?
2Contaminación de suelo
3Contaminación
- Natural (por ejemplo deposito de cenizas
volcánicas) - Antropogénica (95 de la contaminación de suelo
mundialmente)
4Fuentes de contaminación
- Derrame
- Accidentes
- Vertido ilegal
- Precipitación de contaminantes gaseosos (lluvia
acida)
5Causas tipicas en Chile
- Vertido ilegal de residuos
- Derrame de petróleo
- Desperdicios a orillas del mar
6Casos en Chile Derrames tranques de relave
- 1928 Barahona Pond (El Teniente)?
- 1965 El cobre Pond (200 deaths)?
- 1981 Minera Las Cenizas (collapse affected
severely the nearby agricultural activity)? - 2002 Cobrex (15.000 t tailings spilled)?
- 2003 Minera Cerro Negro (300.000 t tailings)?
7Caso Salinas, Viña del Mar
- Para el primer estudio examinaron el lugar,
practicaron calicatas o excavaciones de
prospección, y recogieron 1.594 muestras del
terreno, de las cuales 233 fueron analizadas por
reconocidos laboratorios holandeses, según
Arcadis. Los resultados arrojaron la presencia de
más de 240 sustancias derivadas o relacionadas
con la actividad de hidrocarburos y otros
contaminantes. - Las muestras de agua subterránea arrojaron
presencia de benceno, xileno, naftaleno,
fenantreno y aceites minerales.
8- Niveles de
- Benceno
- 2002
- (gt60 spots)
9- Situación
- 2008
- (13 spots)
10Caso Ventanas
- En el área de Puchuncavà se detecto una
importante acumulación metálica en suelos vecinos
a la zona industrial de Ventanas, que disminuye
al alejarse de ésta área de Puchuncavà también se
detectó una importante acumulación metálica en
suelos vecinos a la zona industrial de Ventanas,
que disminuye al alejarse de ésta. El sector más
alejado muestra valores totales de cobre, plomo,
cinc y cadmio propios de zonas hipometálicas,
contrastando con la riqueza en metales de la zona
vecina a las industrias producto de sus emisiones
la participación de varios metales en la
contaminación ya habÃa sido comparada por Parada
et al. al estudiar las anormalidades presentadas
por un rebaño vacuno en el sector de Valle
Alegre. En todo caso, no puede descartarse la
posible influencia de una refinerÃa de petróleos
en Concón sobre parte de los contenidos de plomo
en los suelos de la zona. De acuerdo a la
figura, la fracción de cobre-EDTA en la región es
claramente mayor que en las otras unidades, con
un promedio entre 55 y 60 del total y máximos
sobre 80. Consecuentemente, el umbral crÃtico
supuesto de toxicidad de cobre es claramente
excedido en los suelos con contenidos total de
cobre de 180 mg/kg.
11Contaminantes orgánicos
- BTEX
- Hidrocarburos, PAH
- Insecticidas, pesticidas etc.
- Compuestos clorados, TCE, PCB
12Contaminantes inorgánicos
- Metales pesados, Pb, Cu, Hg, Cd, Ni
- Arsénico
- Cianuros, azufre (sulfatos)?
- Fósforo (fosfatos) y nitrógeno (nitratos)?
13Normas Chilenas sobre contaminación de suelo
- Actualmente no existe normas chilenas sobre
niveles de contaminación de suelo. - Se utiliza normas de otros paÃses (e.g. Holanda,
USA, EU etc)
14The New Dutchlist
Contaminant Soil Sediment(mg/kg dry weight) Soil Sediment(mg/kg dry weight) Groundwater(µg/l) Groundwater(µg/l)
Metals optimum action optimum action
Arsenic 29 55 10 60
Barium 200 625 50 625
Cadmium 0.8 12 0.4 6
Chromium 100 380 1 30
Cobalt 20 240 20 100
Copper 36 190 15 75
Lead 85 530 15 75
Molybdenum 10 200 5 300
Nickel 35 210 15 75
Mercury 0.3 10 0.05 0.3
Zinc 140 720 65 800
- Â
- Notes -
- Values are for a Standard Dutch Soil (10 organic
matter and 25 dry content)d Detection
Limit. - Acidity pH (0.01M CaCl2) The 90 percentile of
the measured value is used to determine the pH
value. - PAH (total of 10) is the total of Anthracene,
Benzo(a)anthracene, Benzo(a)fluoranthrene,
Benzo(g,h,i)perylene, Benzo(k)fluoranthrene,
Chrysene, Fluoroanthrene, Indenol(1,2,3-c,d)pyrene
, Naphtalene, Phenanthrene. - Chlorobenzenes are the total of all
chlorobenzenes (mono-, di-, tri- ,tetra-, penta-
and hexachlorobenzene). - Chlorophenols are the total of all chlorophenols
(mono-, di-, tri- ,tetra-, pentachlorohenols). - The action value for PCB's (Polychlorinatedbipheny
ls) is the total of PCB's 28,52,101, 118, 153,
180. The target value refers to the total
excluding PCB 118. - DDT/DDD/DDE is the total of DDT, DDD, DDE.
- Drins is the total of Aldrin Dieldrin
Endrin. - HCH combined is the total of alpha, beta, gamma
and delta HCH. - Mineral Oil is the sum of all alkanes (both
straight and branch-chain) When contamination is
due to mixtures (eg petrol or heating oil), then
the content of aromatic and/or polycyclic
aromatic hydrocarbons must also be determined. - The total values for PAH's, chlorophenols and
chlorobenzenes in the soil/sediment apply to the
total concentration of the compound belonging to
the relevant category. If contamination is due to
only one compound of a category, the value used
is the intervention value of that compound. Where
there are two or more compounds the value for the
total of these compounds applies. For
soil/sediment the effects are directly additive.
In the case of groundwater effects are indirect
and are expresses as a fraction of the individual
values before being summed.
15Cyanides optimum action optimum action
Free 1 20 5 1500
Complex (pHlt5) (1) 5 650 10 1500
Complex (pHgt5) (1) 5 50 10 1500
Thiocyanate - - 20 1500
Aromatics optimum action optimum action
Benzene 0.05d 2 0.2 30
Ethylbenzene 0.05d 50 0.2 150
Phenol 0.05d 40 0.2 2000
Toluene 0.05d 130 0.2 1000
Xylene 0.05d 25 0.2 70
Cresol - 5d - 200
Catechin - 20 - 1250
Resorein - 10 - 600
Hydroquinone - 10 - 800
16Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) optimum action optimum action
Anthracene - - 0.02 5
Benzo(a)pyrene - - - 0.001 0.5
Fluoroanthrene - - - 0.005 1
Naphtalene - - 0.1 70
Phenanthrene - - 0.03 5
Benzo(a)anthracene - - 0.002 0.5
Chrysene - - 0.002 0.05
Benzo(a)fluoranthrene - - 0.003 0.5
Benzo(k)fluoranthrene - - 0.001 0.05
Benzo(g,h,i)perylene - - 0.0002 0.05
Indenol(1,2,3-c,d)pyrene - - - 0.0004 0.05
Total PAH 1 40 - -
17Chlorinated Hydrocarbons optimum action optimum action
1,2 Dichloroethane - 4 0.01d 400
Dichloromethane d 20 0.01d 1000
Tetrachloromethane 0.001 1 0.01d 10
Tetrachloroethane 0.01 4 0.01d 40
Trichloromethane 0.001 10 0.01d 400
Trichloroethene 0.001 60 0.01d 500
Vinylchloride - 0.1 - 0.7
Monochlorobenzene d - 0.01d 180
Dichlorobenzol (total) 0.01 - 0.01d 50
Trichlorobenzol (total) 0.01 - 0.01d 10
Tetrachlorobenzol (total) 0.01 - 0.01d 2.5
Pentachlorobenzene 0.0035 - 0.01d 1
Hexachlorobenzene 0.0025 - 0.01d 0.5
18Chlorinated Hydrocarbons optimum action optimum action
Chlorobenzenes (3) (10) - 30 - -
Monochlorophenol 0.0025 - 0.25 100
Dichlorophenol 0.003 - 0.08 30
Trichlorophenol 0.001 - 0.025 10
Tetrachlorophenol 0.001 - 0.01 10
Pentachlorophenol 0.002 5 0.02 3
Chlorophenols (total) (4) (10) - 10 - -
Chloronapthylene - 10 - 6
PolyChloroBiphenyls (total)(5) (10) 0.02 1 0.01 0.01d
19Pesticides optimum action optimum action
DDT/DDD/DDE (total) 0.0025 4 d 0.01
Aldrin 0.0025 - d -
Dieldrin 0.0005 - 0.02ng/l -
Endrin 0.001 d - -
Drins (total) - 4 - 0.1
alpha HCH 0.0025 - d -
beta HCH 0.001 - d -
gamma HCH 0.05 µg/l - 0.2 ng/l -
HCH combined - 2 - 1
Carbaryl - 5 0.01d 0.1
Carbofuran - 2 0.01d 0.1
Maneb - 35 d 0.1
Atrazin 0.05 µg/l 6 0.0075 150
20Miscellaneous optimum action optimum action
Tetrahydrofuran 0.1 0.4 0.5 1
Pyridine 0.1 1 0.5 3
Tetrahydrothiophene 0.1 90 0.5 30
Cyclohexanone 0.1 270 0.5 15000
Styrene 0.1 100 0.5 300
Mineral Oil (9) 50 5000 50 600
Phthalates (total) 0.1 60 0.5 5
21Remediación de suelo
22Remediación de suelo
- Definiciones
- In-situ
- Ex-situ
- Offsite
- On-site
23Elección de método de remediación
- Tipo de contaminante
- Concentración del contaminante
- Tipo de suelo
- Condiciones generales del terreno (topografÃa,
hidrologÃa) - Construcción cercana
24Remediación de Suelos Contaminados con compuestos
orgánicos
25Bioremediación
- Bioremediación el empleo de organismos vivos, en
especial bacterias y hongos, para eliminar o
neutralizar contaminantes del suelo o del agua.
26Bioremediación
- Condiciones aerobias o anaerobias (en presencia
o en ausencia de oxÃgeno gaseoso,
respectivamente). Con respecto a remediación de
suelo, el proceso aerobia es mas usado. - Parámetros importantes
- Microorganismos
- Agua
- Oxigeno
- Nutrientes
- Temperatura
- Razón CN (suelo) lt 301
27(No Transcript)
28Bioremediación in-situ
- Bioestimulación (estimula actividad biológica)?
- Bioventilacion (Inyección de aire/nutrientes en
zona no saturada bueno para petroleo jet
fuel)? - Airsparging (Inyección de aire/nutrientes en
zona saturada)? - Bioaumentación (inocula suelo con microbios)?
29Bioremediación in-situ
- Menos costos
- Menos polvos
- Menos posibilidad de que el contaminante sera
liberado al ambiente - Bueno para grandes volúmenes de suelo
- Lento
- No funciona en suelo arcilloso y sub-superficios
con muchas capas
30BioventilaciónBioventing
31Airsparging
32Bioremediación ex-situ
- Fase de lodos
- Suelo combinado con agua/aditivos en un tanque
adición de microorganismos, nutrientes, oxÃgeno. - Fase sólido
- Land-farming suelo sobre terreno, colección de
lixiviado - Biopilas Suelo en pilas, adición de aire
- Compostaje residuos biodegradable mezclado con
suelo en pilas - Aplicación en terreno residuos directamente
mezclado con suelo colación en terreno y
plantación.
33Bioremediación ex-situ
- Fácil de controlar
- Aplicado en un gran rango de tipos de suelo y
contaminantes - Costoso
- Rapido
34(No Transcript)
35(No Transcript)
36Potencial de la bioremediación
37Extracción de vapores del sueloSoil vapor
extraction (SVE)
- La extracción de vapores del suelo (o SVE, por
sus siglas en inglés) elimina las sustancias
quÃmicas dañinas, que aparecen en forma de
vapores, del suelo por encima del nivel freático.
Los vapores son gases que forman las sustancias
quÃmicas al evaporarse. Los vapores se extraen
del suelo creando un vacÃo que los hace salir.
38Extracción de vapores del sueloSoil vapor
extraction (SVE)
39Oxidación quÃmica
- Contaminante O2 ? CO2 H2O
- Ozono,
- Peróxido de hidrogeno,
- Percarbonato de sodio,
- Permanganato de sodio o potasio,
- Persulfato de sodio
- Reactivo Fenton (Fe2 H2O2)
40Oxidación
41Procesamiento térmico (in-situ)?
- In-sito tratamiento térmico mover o movilizar
reactivos dañinos en suelo y agua subterráneo con
calentamiento. - Compuestos se evaporan y mueven hacia pozos donde
son colectados y bombeados hacia la superficie. - Compuestos son tratados sobre el terreno con
métodos convencionales.
42Procesamiento térmico (ex situ)?
43Procesamiento térmico (in-situ)?
44Remediación de Suelos Contaminados con Metales
Pesados
45Tipos de Remediación
Los tipos de Remediación de suelos se pueden
agrupar en cinco Excavación y
estabilización Lavado/Extracción/pump-and-treat
Fitoremediación Vitrificación Electro-Reme
diación
46Estabilización fÃsica o quÃmica
- Excavación y Estabilización fÃsica o quÃmica
- Se saca el suelo contaminado del sitio y se lleva
a un lugar de disposición final (sitio seguro).
Eventualmente se agrega cal u otro reactivo para
evitar la lixiviación de metales. Es el método
mas usado hoy en dÃa.
47Estabilización fÃsica o quÃmica
- Cemento
- Óxidos de calcio (Cal)?
- Carbonatos de Calcio
48Ventajas
- Barato.
- Rápido.
- Si hay lugares seguros suficientes el problema
tiene solución en el futuro.
49Desventajas
- Metales aun en el suelo.
- El problema de la contaminación se desplaza
hacia el futuro. - Concentración de varios metales de suelos
contaminados en un sitio.
50Lavado Extracción
- Se extraen los metales del suelo contaminado,
con uso de reactivos quÃmicos. Proceso conocido
como por ejemplo extracción liquido-liquido. - Los metales quedan concentrados en el liquido,
que puede ser tratado con métodos conocidos.
51Lavado de suelo
52(No Transcript)
53(No Transcript)
54Ventajas
- Eficiente para tamaño de partÃculas grandes del
suelo. - Rápido (minutos-horas).
- Se puede recuperar metales relativamente fácil.
- Experiencia en escala real.
55Desventajas
- Corrosión de equipos.
- Método caro en inversión y operación.
- Suelos finos no pueden ser tratados con este
método, por la alta concentración de metales
pesados en la fracción fina. - DifÃcil separar el liquido del sólido.
- Suelo no muy útil después del tratamiento.
56Fitoremediación
- Se extraen los metales del suelo contaminado,
con uso de raÃces de plantas. - Los metales se concentran en las plantas,
después se cortan las plantas. - Finalmente se queman y los metales quedan
concentrados en las cenizas.
57Esquema de Fitoremediación
58Tipos de Fitoremediación
59(No Transcript)
60Ventajas de la Fitoremediación
- Las plantas pueden ser utilizadas como bombas
extractoras de bajo costo para depurar suelos
(Método natural). - Algunos procesos degradativos ocurren en forma
más rápida con plantas que con microorganismos. - Es un método apropiado para descontaminar
superficies grandes o para finalizar la
descontaminación de áreas restringidas en plazos
largos. - Estéticamente muy bueno, existen aprox. 400
plantas que pueden acumular metales.
61Desventajas de la Fitoremediación
- El proceso se limita a la profundidad de
penetración de las raÃces. - La fitotoxicidad es un limitante en áreas
fuertemente contaminadas. - Los tiempos del proceso pueden ser muy
prolongados. - La biodisponibilidad de los compuestos o metales
es un factor limitante de la captación. - Se requiere comprender mejor la naturaleza de
los productos de degradación (fitodegradación),
poca experiencia a escala real.
62Vitrificación
- Se calienta el suelo contaminado hasta unos 1500
ºC con uso de campos eléctricos fuertes (AC) o
con microondas. - El suelo se vitrifica.
- Los metales quedan fijados en el suelo
vitrificado (tipo vulcanita o lava).
63Vitrificación
64In-situ vitrificación
65Ventajas
- Eficiente para todo tipo de suelo y contaminación
(incluida la contaminantes orgánicos). - Relativamente rápido (dÃas).
- Existen experiencia a escala real.
66Desventajas
- Muy caro (consumo de energÃa).
- Metales quedan en el suelo.
- El suelo no puede ser usado para muchas cosas
después del tratamiento.
67- Se extraen los metales del suelo contaminado con
uso de campos eléctricos. - Los metales se migran en el suelo según su carga
eléctrica. - Los metales quedan concentrado en las soluciones
electrolÃticas.
68Electro-Remediación
69In-situ EKR
70Parametros importantes
- Parametros del suelo
- Distribucion de tamaño de particula/tipo de suelo
- Contenido de carbonatos
- pH
- Parametros del proceso
- Corriente electrico/voltaje aplicado
- Contenido de humedad
- Uso de membranas
- Uso de reactivos (comlejantes, solventes etc.)?
71Tipo de suelo
- Particulas finas tiene la capa doble electrica
(electric double layer) mas pronunciada
(particulas con carga)? - Particulas finas (arcillas, y oxidos de hierro y
manganeso) conducen la corriente electrica mejor. - Particulas gruesas (arenas) presentan mayor
resistencia electrica?
72Contenido de carbonatos
- Precipitacion con metales pesdaos como Pb y Cu)?
- Control de pH en suelo (efecto tampon)?
- Para liberar metales, carbonatos tienen que
disolverse
73Contenido de carbonatos vs pH
74Control de la corriente/voltaje
- Tipicamente voltaje o corriente constante (DC)
- 1-3 V/cm o 0.2 1 mA/cm2
- Mejoras en control de la corriente
- Pulsos (Ton Toff)?
- Inversión de la corriente
- Campos combinados (AC - DC)?
75Uso de membranas (Remediación electrodialÃtica)?
- Mejorar el transporte de iones en el suelo
- Separar reacciones de los electrodos de las
reacciones en el suelo - Evitar frente alkalino
76Remediación electrodialÃtica
77Uso de reactivos
- Mejorar desorción de metales del suelo
- Acidos (acido sulfúrico, nitrico, cÃtrico,
oxalico)? - Complejantes (EDTA, amoniaco)?
- Nutrientes (en caso de contaminacion mixta)?
- Mejorar conductiviad en el suelo
- Adición de iones no toxicos
78Uso de reactivos (NH3 suelo con carbonatos)?
79Escala real (1995 -2005)?
- Geokinetics (Paises Bajos)?
- Electrokinetics, Inc. (USA)?
- Electro-Petroleum (USA)?
- Monsanto Lasagna (USA)?
80Proceso Lasagna
81Otros materiales contaminados tratado con EKR
- Lodos de tratamiento de aguas servidos
- Cenizas volantes (fly ash)?
- Sedimentos (puerto, lagos, rios)?
- Residuos solidos industriales
82Ventajas
- Equilibrio entre precio y tiempo de
remediación (semanas/meses). - Metales pueden ser recuperados con metodos
convencionales - Trabaja muy eficientemente en suelos finos
- Se puede remover contaminantes organicos por
electroosmosis
83Desventajas
- Suelos gruesos no pueden ser tratados
eficientemente. - Se eliminan también algunos metales naturales
(Mg, Ca) del suelo. - Aun existen pocas experiencias con el método o
proceso en escala real.
84Cuadro Resumen
85Esquema de Remediación de Suelos Contaminados
86Contaminación y Remediación de Suelos
Henrik Hansen Universidad Técnica Federico Santa
MarÃa, Chile