15 - Manejo Amb.pdf

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Manejo ambiental • Tratamiento Químico: se fundamenta en la aplicación de sustancias alcalinas al suelo para la acidez potencial. • Tratamientos pasivos: existen tres opciones – Establecimiento de humedades aeróbicas, donde se lleva a cabo una oxidación controlada y permite la hidrólisis y precipitación de metales pesados. – Las humedades son sustratos orgánicos en el fondo se coloca material orgánico generando un medio anaeróbico que impide que la pirita se oxide y permite la precipitación de los metales pesados. – Drenes de caliza anoxidados: cal que ha pasado por agua de mina y bicarbonato se va alcalinizando, la acidez. Se usa como pre tratamiento del efluente ácido para humedades.

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Contaminación del suelo y su manejo

• Metales pesados • Petróleo

• Constituyen un escollo para la vegetación

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Salinidad del suelo y su manejo • Proviene de la mina por concentración o por beneficio de la fracción líquida en la cancha del relave o por aflorecimiento. – Minas con serios problemas de arcilla, NaCl – Se realiza con lavados – Adaptarse al problema y colocar una especie tolerantes, holofitos

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Salinidad del suelo y su manejo • Se aplica yeso a alguna enmienda acidificante

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Fertilidad • Capacidad del suelo de proporcionar nutrientes, minerales esenciales para la planta. • Manejo: se carga nutrientes con materia orgánica y se aplica fertilizantes (N,P,K)

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Erosión del suelo y su manejo • Después de la topografía se recubre el suelo con vegetación, se busca una superficie no inclinada.

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Aspectos adicionales del manejo • Propiedades físicas: – Grano fino: buena capacidad de agua escorrentías menores – Estructura: no existe en suelo de mina

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Tratamiento de suelos y materiales de suelo 1. Prevención de la contaminación del suelo 2.- Remediación de suelos contaminados 3.- Rehuso y Reciclado de Materiales de suelo contaminado 4.- Restricción temporal o indefinida del uso de suelos y materiales de suelo seriamente contaminados 5.- Excavación y desecho de materiales del suelo muy seriamente contaminados Curso – QUÍAM

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Remediación de suelos contaminados • Tratamiento del suelo y materiales del suelo en el lugar de origen • Tratamiento de materiales de suelo fuera de lugar de origen

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Tratamiento del suelo y materiales del suelo en el lugar de origen – Estabilización • • • •

Aplicación de Enmiendas Redistribución y Homogenización Aislamiento y Confinamiento físico Fitorremediáción

– Limpieza • • • •

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Extracción de vapores Extracción por lavado de soluciones Biodegradación Fitorremediación

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Estabilización • • • •

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Aplicación de enmiendas Redistribución y Homogenización Aislamiento y Confinamiento físico Fitorremediación

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Aplicación de enmiendas • Se aplica enmiendas como nitratos, fosfatos y materia orgánica para bioestimular el crecimiento de organismos con capacidad de biodegradar los contaminantes tales como los hidrocarburos.

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Land farming

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Estabilización/solidificación

Using cement, concrete, chemical fixation, etc to stabilize or physically bind contaminants. The solid mass limits the solubility or mobility of the contaminants though it doesn't destroy them. Curso – QUÍAM

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Fitorremediación “ Remediación de suelos y sedimentos contaminados basado en las plantas”

1.- Programa de remediación 2.- Plantas como estructura de Ingeniería 3.- Remediación por contenimiento de contaminantes 4.- Fitorremediación de suelos contaminados con metales 5.- Fitorremediación de suelos contaminados con orgánicos 6.-Necesidades de investigación 7.- Conclusiones Curso – QUÍAM

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Programa de Remediación • Existen muchas tecnologías de remediación: –Por contenimiento (estabilización) No hay reducción del contaminante, pero el riesgo a la salud y al ambiente son reducidos a niveles aceptables por manipulación física o química. •Capas •Bóvedas •Aislamiento hidráulico •Cambio químico del suelo •Crecimiento de plantas

•

Por reducción (limpieza) Lavado del suelo • • • • •

Degradación microbiana Levantamiento del suelo Ventilación Calentamiento Electroósmosis

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Plantas como estructura de Ingeniería • Son bombas solares, sistemas de filtros con capacidad degradativa. • Raíces extractoras de pesos líquidos.

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3.- Remediación por contenimiento de estabilización

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• Al sembrar grass quedan las raíces. • Se aplica enmiendas para que la luz se reduzca.

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4.- Fitorremediación de suelos contaminados con metales

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• La toma de las plantas de cualquier metal es dependiente de la relativa biodisponibilidad en la matriz contaminada. • Los cambios en la química del suelo, tales como descenso del PH o limitación de los ingresos de aniones en el sistema puede incrementar la biodisponibilidad e ingreso por las raíces de muchos metales. • Muchas plantas pueden tomar niveles considerables de metales bajo algunas condiciones de suelo.

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• Cambios en el estatus microbiano de la rizósfera puede ocasionar efectos profundos sobre la toma de los metales por las raíces. • La fitorremediación sólo sería económicamente rentable con el uso de plantas hiperacumuladoras. • Existen plantas que toleran concentraciones excesivas de en los suelos por absorción, traslocación y metales almacenaje de metales en formas no tóxicas.

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• La acumulación de los metales es dependiente de plantas, metales y condiciones ambientales. • Mecanismos de tolerancia incluyen acumulación de zinc en las paredes celulares, níquel asociado con la pactina en células grandes, Ni - Co – Zn queladas al ácido málico, Zn asociado con fitoquelatina, Ni quelado con citrato, Co asociado con cristales de oxalato de calcio en tejidos de plantas. • Algunas referencias sugieren que en algunos casos la biomasa resultante podría ser lavada y recuperarse los metales económicamente. Curso – QUÍAM

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Vegetación

Traslocación a la superficie

Procesamiento de Biomasa para disposición seguras de metales

Toma de la raíz

Química y desorción microbiana del suelo Curso – QUÍAM

Adición de enmiendas al suelo permite crecimiento de plantas y reduce la lixiviación del contaminante o incrementa la disponibilidad para las plantas Docente: Ing. Jorge Torres Ugaz

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5.- Fitorremediación de suelos contaminados con orgánicos

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• Las plantas han desarrollado mecanismos de tolerancia a muchos pesticidas. • Con los herbicidas, las plantas deseadas rápidamente metabolizan el pesticida en compuestos no tóxicos, las no deseadas son muertas. • Esta capacidad metabólica de las plantas son ampliamente difundidas y son constituyentes e inducibles. • Éstas características han empezado a proveer una potencial capacidad de explotación en remediación de los suelos. • Bajo esta estrategia de remediación, las plantas absorben contaminantes del suelo y los metabolizan a sustancias no tóxicas o los incorporan a componentes estables de las células (ejem: lignina) Curso – QUÍAM

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• Esta capacidad de las plantas para detoxificar xenobióticos es rápidamente reconocido. • En paralelo a los sistemas de detoxificación de los mamíferos, las plantas han sido descritas como “hígado verde”. • Con nuestra capacidad para fabricar plantas genéticas, se han incrementado muchas investigaciones y se han incorporado genes procarióticos y eucarióticos en el género de la planta.

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• A pesar de la capacidad de metabolizar ciertos xenobianos las plantas son constructivas y no destructivas. • Es conveniente una combinación de la infraestructura de la planta con la capacidad degradativa de los microbios. • Plantas – Microbio este arreglo existe en la actividad biológica en el área de la rizósfera. • Las plantas y sus raíces pueden crear un suelo ambientalmente rico en actividad microbiana que puede cambiar la biodisponibilidad de contaminantes orgánicos o provocar la degradación de ciertos contaminantes orgánicos como los hidrocarburos del petróleo. – Grass bermuda

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Hidrocarburos

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• Para predecir la utilidad de la fitorremediación de un suelo contaminado, nos debemos basar en estudios realizados y desarrollados y en los registros de los pesticidas utilizados en el suelo; usando modelos de disponibilidad, toma y reflujo de xenobióticos en plantas, podemos hacer ciertas generalizaciones. • Log KOW ≤ 1 son muy solubles en agua. Estos compuestos son de tipo móviles en el suelo y en la planta (xilema y floema); no son aptas para la fitorremediación. • Log KOW 1-4 son tomados por las raíces y son considerados móviles en el xilema pero no en el floema (2.5 - 4) herbicidas. Por lo tanto son buenos para la fitorremediación.

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• Log KOW ≥ 4 son adsorbidos como sólidos. • Compuestos volátiles pueden llegar a la raíz y al ser adsorbidas obedecen a la ley de Henry pueden ser aptos para la fitorremediación.

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Limpieza • • • • •

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Extracción de vapores Extracción por lavado de soluciones Térmico Biodegradación Fitorremediación

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Extracción con vapor in situ de suelos

• Principio.- Hace uso de la volatilidad de un contaminante, la fase gas entre las partículas de suelo en un sitio contaminado está en equilibrio con los polutantes adsorbidos o adsorbidos en las partículas de suelo.

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Aire purificado

Bomba de vacío

Tratamiento

Inyección de aire

de aire Infiltración de aire

Flujo de aire Buena infiltración

Nivel de agua

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• La infiltración de aire combinado con una extracción al vacío de la fase gas permiten una completa remoción de contaminantes volátiles del sitio contaminando. • Instalación.– Aplicación: para suelos contaminados con compuestos volátiles tricloroetileno, percloro etileno, tolueno, benceno, solventes orgánicos, mercurio orgánico, arsénico. Curso – QUÍAM

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Extracción de vapor de suelos

A method of removing volatile and some semivolatile organic contaminants from nonsaturated soil (vadose zone) by applying a vacuum to the soil through extraction wells. The contaminants are removed from the ground to undergo further treatment.

1.3 Tratamiento extractivo in situ de los suelos contaminados • Principio: Consiste en la filtración de un agente extractante sobre el sitio contaminado. El agente extractante percola del suelo y disuelve los contaminantes, luego el agua es removida por una bomba de vacío.

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Adición de HCl, EDTA, NTA

acondicionamiento

Remoción de metales

aislamiento

Parámetros a considerar • Propiedades hidráulicas del suelo • Disturbancia mecánica del suelo contaminado • Origen de la polución de solubilidad del • Propiedades contaminante • Acondicionamiento del agente extractor Curso – QUÍAM

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Extracción por lavado de soluciones

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Tratamiento térmico

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Biodegradación

Fitorremediación

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Tratamiento de materiales de suelo fuera de lugar de origen – Biodegradación • Landfarming • Biorreactores

– – – –

Extracción por lavado de soluciones Destrucción térmica Solidificación Separación física

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Tratamiento de suelos por biodegradación de contaminantes • Principio: La biodegradación es ayudada por el uso de microorganismos para la conversión de contaminantes en compuestos no polutantes. • La condiciones de biodegradación natural no son paralelos. • Las condiciones de microorganismos: T, pH, E, (cont), presencia de microorganismos deseados • La biodegradación puede ocurrir en condiciones aeróbicas y anaeróbicas (recalcinantes) Curso – QUÍAM

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Sistema de Pretratamiento y de aplicación • Tenemos tres métodos disponibles: – Laddfarming.- Los contaminantes son esparcidos sobre una capa delgada impermeable. Los microorganismos son cultivados adicionando agua, oxígeno y nutrientes. – Biorreactor.- El lodo del suelo contaminado y el agua son colocados en un reactor cerrado y se adiciona oxígeno, nutrientes y en algunos casos un cosustrato.

Tratamiento biológico in situ Nutrientes acondicionantes (H2O2)

Regeneración del lixiviado

aire

aislamiento Curso – QUÍAM

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Suelo contaminado

Lodo reactor

Separación suelo / agua

Suelo limpio

nutrientes - Para HX los contaminantes son fácilmente biodegradables. - Se recomienda una apropiada combinación de tratamientos biológicos físicos químicos

1.7 Tratamiento Biológico extensivo del control de fuentes difusas de contaminación • Principios.- desde que los procesos usan condiciones relativamente moderadas, ellos usualmente emplean tiempos largos de tratamientos, a estos se les llama “técnicas extensivas” – Biolixiviación: conectado al uso de microorganismos sulfociclos – Extracción vegetativa de metales

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Biolixiviación • Ciertas bacterias acidofílicas pueden utilizarse para reducir al azufre y proveerse de energía para su crecimiento. • Los fhiobacillus son bacterias aeróbicas, autotróficas y viven a pH 1-4 y temperatura entre 15 a 55 ° C.

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• La lixiviación microbiológica de metales pesados puede ser realizado de forma directa e indirecta. – Indirecta: S0 + H2O + 3/2 O2  H2SO4 H2SO4 + sólido - Me  MeSO4 + suelo – 2H Acidificación rápida por oxidación del Azufre y desorción del metal del suelo

– Directa: MeSO4 MeS + 2O2 Los sulfuros metálicos son oxidados y solubilizados

PROCESOS • Reactor de lodos • Sobre el sitio modo de lixiviación • In situ

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Spray

omba b

Proceso de regeneración del líquido

Suelo contaminado

Sistema de drenaje

Aislamiento hidrogeológico

Bioventilación Injecting oxygen into the ground in order to improve aerobic biodegradation of contaminants. This is a long-term cleanup option lasting from several months to years. Bioventing is an experimental and innovative technology being investigated and is used at several cleanup sites

Biopilas • Excavated soils are combined with soil amendments and stored in aerated piles and composted. The compost is aerated with blowers or vacuum pumps.

Compost • Contaminated soil is excavated and mixed with organic products to provide porosity and a balance of carbon and nitrogen to promote thermophilic, microbial activity.

Landfarming • Contaminated soil, sediment, or sludge is excavated, applied into lined beds, and periodically tilled to aerate the waste.

Slurry Phase Biological Treatment • slurry of soil, sediment or sludge and water is created to keep the solids suspended so microorganisms can contact contaminants. The slurry is dewatered after treatment for disposal.

Tratamiento térmico de suelos excavados Consiste en dos pasos: Paso 1.- Evaporación de contaminantes de las partículas sólidas a una temperatura entre 200°C y 700°C. Al mismo tiempo Las reacciones químicas ocurren. Paso 2.- Incineración de los Contaminantes, son completamente oxidados a temperaturas entre 900°C y 1000°C.

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Sistema de tratamiento Limpieza del Aire Intercambiador

incineración

de calor

Quemador posterior

Aire combustible

Ciclón

Sepillador

Horno rotativo

Suelo limpio

Suelo contaminado

evaporación

Gas limpio

Aire combustible

Aplicación • Todo tipo de contaminantes orgánicos – – – –

Petróleo: 300° C PAH: 400 – 500° C FeCN: 450 R-X T>100° - 1100° C

• Metales pesados Hg, As, Cd T = 800°C sólo los volátiles • No se recomienda para suelos contaminados con sustancias orgánicas halogenadas • Costo 100- 150 $ por tonelada de suelo Curso – QUÍAM

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Tratamiento de Suelos Excavados por Extracción y Clasificación • Principio: En este método los contaminantes son removidos del suelo por un agente extractante líquido. – Paso 1: Mezcla intensiva del suelo y del agente extractante – Paso 2: Separación del agente extractante y las partículas del suelo – Paso 3: Tratamiento del agente extractante

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• La mezcla intensiva ayuda a transferir los contaminantes del suelo al agente extractante acuoso. • Se distinguen dos mecanismos de remoción: – La disolución de contaminantes, con la ayuda de adiciones químicas como ácidos, detergentes o agentes complejantes o hidróxido de sodio. – La dispersión de las partículas contaminantes, con la ayuda de detergentes o NaOH.

Sistema de Tratamiento Suelo contaminado

Residuos Tamizados

Pre tratamiento (TAMIZ)

Mezcla intensiva

Madera, plantas, concreto piedras

1.- Separación de partículas

2.- Separación de partículas finas

Post tratamiento

Post tratamiento

Tratamiento de agente extractante

Agente extractante fresco Agente extractante excedente

Suelo limpio

lodos

Primer Grupo de Técnicas • Clasificación de las partículas: separación de las partículas finas contaminadas – Hidrociclones: La separación se basa en la fuerza centrífuga. – Lecho Fluidizado: La separación se basa en la diferencia de viscosidad, sedimentación gavimétrica de los contaminantes. – Separación gavimétrica: • Por flotación: Por adición de químicos especiales es posible crear superficies hidrofóbicas en las partículas contaminadas. Aereación del slurry resulta en una adición de pequeñas burbujas de aire hidrofóbico, resultando en una flotación selectiva de estas partículas.

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Segundo Grupo de Técnicas • Basado en la lixiviación de los contaminantes de las partículas sólidas. Este método es principalmente aplicado para la remoción de métodos pesados – – – –

Ácidos orgánicos tales como: HCl y H2SO4 PH<2 Ácidos orgánicos tales como CH3COOH, láctico, cítrico, PH = 4 Agentes acomplejantes (EDTA, NTA) Combinación de los tres anteriores

• Aplicación: – Los suelos con contenidos menor al 10 – 20% de arcillas o materia orgánica, son suelos contaminados con metales y contaminantes orgánicos – Costo puede variar entre 50$ – 150$

Tratamiento de suelos por electrodeposición • Principio: se basa en procesos electrocinéticos que ocurren cuando una corriente eléctrica es generada entre un cátodo y un ánodo. Siendo tres fenómenos de transporte involucrados: – Electroósmosis.- el transporte de agua de los poros, conteniendo las especies contaminadas entre los electrodos. – Electroforesis.- El transporte de partículas cargadas eléctricamente presentes en le líquido de los poros tales como coloides, partículas de arcilla y gotitas. – Electrolisis.- El transporte de iones y complejos iónicos presentes en los líquidos del poro.

Sistema de Tratamiento Fuente de corriente purificación

purificación

acondicionamiento

acondicionamiento

-

+

aniones

cationes

Aplicación • Para la remoción de contaminantes iónicos o partículas eléctricamente cargadas. • Remoción de metales pesados no solo los solubles sin que al disminuir la concentración en los poros, los metales adsorbidos en las partículas sólidas como óxidos, hidróxidos o carbonatos son transportados a la solución. • Los contaminantes no iónicos son llevados a la solución por electroósmosis. • Costo 10$ - 50$ por tonelada de suelo contaminado.

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Oxidación Química process where hazardous contaminants are chemically converted to non hazardous or less toxic compounds that are more stable, less mobile and/or inert. Some examples of chemical oxidants are hydrogen peroxide, potassium permanganate, ozone and dissolved oxygen

Fractura •

Fracturing increases the size of existing fractures, or creates new, horizontal fractures to enable vapor extraction or forced air injection.

Oxidación catalítica VOC’s are thermally destroyed by using a solid catalyst. The contaminated air is directly preheated to reach a temperature necessary to initiate the catalytic oxidation of the VOC’s. The VOC’s are then passed through a bed of solid Catalysts where the VOC’s are oxidized

Extracción Química • Soil and contaminants are extracted and dissolved into solution, separated, treated and reused. Acids or solvents are the chemicals used for extraction. Physical separation initially helps the process in many circumstances.

Dehalogenación The use of chemicals to remove halogens (chlorine, bromine, etc.) from contaminants. The byproduct of dehalogenation is a nontoxic salt, partial volatilization or decomposition of the contaminant. This is a short to medium term method f remediation.

Bombeo y tratamiento •

A generic term used to describe the removal of groundwater from wells by pumping and the subseque t treatment of the water. A combination of technologies in series is called a treatment train. ly Pump and treat systems typica igned consist of a treatment train de ts to remove specific contamina te found on site. For example a si contaminated with VOC’s andn cadmium might have a filtratios and step to remove suspended solid particles, a liquid phase carbonC s adsorption step to remove VO on’ from the water and finally an iium. exchanger to remove the cadm

Separación • Destilación

Filtración

Lavado de suelos •

Soil is excavated and washed with water to remove contaminants. Additives may be added to the water to enhance contaminant removal. The soil may have to go through several remediation cycles to remove the contaminant. The wash water must then undergo treatment to remediate the contaminants. The cleaned soil may then be used as fill on site

Incineración •

High temperatures, 870 to 1,200 °C (1,400 to 2,200 °F), are used to volatilize and combust (in the presence of oxygen) halogenated and other refractory organics in hazardous wastes. Often auxiliary fuels are employed to initiate and sustain combustion. The destruction and removal efficiency (DRE) for properly operated incinerators exceeds the 99.99% requirement for hazardous waste and can be operated to meet the 99.9999% requirement for PCBs and dioxins. Off gases and combustion residuals generally require treatment

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