Tratamiento de Residuos S

1
Contaminación y remediación de suelos

• Contaminación
• Ejemplos de contaminación (en general, Chile)
• Fuentes de la contaminación
• Características
• Normas y legislación
• Remediación
• Importante parámetros y criterios de elección
• Remediación contaminantes orgánicos/inorgánicos
• Diferentes métodos (según tipo de contaminante)?

2
Contaminación de suelo
3
Contaminación

• Natural (por ejemplo deposito de cenizas
  volcánicas)
• Antropogénica (95 de la contaminación de suelo
  mundialmente)

4
Fuentes de contaminación

• Derrame
• Accidentes
• Vertido ilegal
• Precipitación de contaminantes gaseosos (lluvia
  acida)

5
Causas tipicas en Chile

• Vertido ilegal de residuos
• Derrame de petróleo
• Desperdicios a orillas del mar

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Casos 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)?

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Caso 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.

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• Niveles de
• Benceno
• 2002
• (gt60 spots)

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• Situación
• 2008
• (13 spots)

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Caso Ventanas

• En el área de Puchuncaví se detecto una
  importante acumulación metálica en suelos vecinos
  a la zona industrial de Ventanas, que disminuye
  al alejarse de ésta área de Puchuncaví 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 había 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 refinería 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 crítico
  supuesto de toxicidad de cobre es claramente
  excedido en los suelos con contenidos total de
  cobre de 180 mg/kg.

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Contaminantes orgánicos

• BTEX
• Hidrocarburos, PAH
• Insecticidas, pesticidas etc.
• Compuestos clorados, TCE, PCB

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Contaminantes inorgánicos

• Metales pesados, Pb, Cu, Hg, Cd, Ni
• Arsénico
• Cianuros, azufre (sulfatos)?
• Fósforo (fosfatos) y nitrógeno (nitratos)?

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Normas Chilenas sobre contaminación de suelo

• Actualmente no existe normas chilenas sobre
  niveles de contaminación de suelo.
• Se utiliza normas de otros países (e.g. Holanda,
  USA, EU etc)

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The 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

•  
• 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.

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Cyanides 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
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Polycyclic 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 - -
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Chlorinated 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
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Chlorinated 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
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Pesticides 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
20
Miscellaneous 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
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Remediación de suelo
22
Remediación de suelo

• Definiciones
• In-situ
• Ex-situ
• Offsite
• On-site

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Elección de método de remediación

• Tipo de contaminante
• Concentración del contaminante
• Tipo de suelo
• Condiciones generales del terreno (topografía,
  hidrología)
• Construcción cercana

24
Remediación de Suelos Contaminados con compuestos
orgánicos

25
Bioremediación

• Bioremediación el empleo de organismos vivos, en
  especial bacterias y hongos, para eliminar o
  neutralizar contaminantes del suelo o del agua.

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Bioremediación

• Condiciones aerobias o anaerobias (en presencia
  o en ausencia de oxígeno 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)
28
Bioremediación 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)?

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Bioremediación 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

30
BioventilaciónBioventing
31
Airsparging
32
Bioremediación ex-situ

• Fase de lodos
• Suelo combinado con agua/aditivos en un tanque
  adición de microorganismos, nutrientes, oxígeno.
• 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.

33
Bioremediación ex-situ

• Fácil de controlar
• Aplicado en un gran rango de tipos de suelo y
  contaminantes
• Costoso
• Rapido

34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
Potencial de la bioremediación
37
Extracción de vapores del sueloSoil vapor
extraction (SVE)

• La extracción de vapores del suelo (o SVE, por
  sus siglas en inglés) elimina las sustancias
  químicas dañinas, que aparecen en forma de
  vapores, del suelo por encima del nivel freático.
  Los vapores son gases que forman las sustancias
  químicas al evaporarse. Los vapores se extraen
  del suelo creando un vacío que los hace salir.

38
Extracción de vapores del sueloSoil vapor
extraction (SVE)
39
Oxidación química

• Contaminante O2 ? CO2 H2O
• Ozono,
• Peróxido de hidrogeno,
• Percarbonato de sodio,
• Permanganato de sodio o potasio,
• Persulfato de sodio
• Reactivo Fenton (Fe2 H2O2)

40
Oxidación
41
Procesamiento 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.

42
Procesamiento térmico (ex situ)?
43
Procesamiento térmico (in-situ)?
44
Remediación de Suelos Contaminados con Metales
Pesados

45
Tipos 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
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Estabilización física o química

• Excavación y Estabilización física o química
• 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 día.

47
Estabilización física o química

• Cemento
• Óxidos de calcio (Cal)?
• Carbonatos de Calcio

48
Ventajas

• Barato.
• Rápido.
• Si hay lugares seguros suficientes el problema
  tiene solución en el futuro.

49
Desventajas

• 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.

50
Lavado Extracción

• Se extraen los metales del suelo contaminado,
  con uso de reactivos químicos. Proceso conocido
  como por ejemplo extracción liquido-liquido.
• Los metales quedan concentrados en el liquido,
  que puede ser tratado con métodos conocidos.

51
Lavado de suelo
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
Ventajas

• Eficiente para tamaño de partículas grandes del
  suelo.
• Rápido (minutos-horas).
• Se puede recuperar metales relativamente fácil.
• Experiencia en escala real.

55
Desventajas

• 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.
• Difícil separar el liquido del sólido.
• Suelo no muy útil después del tratamiento.

56
Fitoremediación

• Se extraen los metales del suelo contaminado,
  con uso de raíces 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.

57
Esquema de Fitoremediación
58
Tipos de Fitoremediación
59
(No Transcript)
60
Ventajas 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.

61
Desventajas de la Fitoremediación

• El proceso se limita a la profundidad de
  penetración de las raíces.
• 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.

62
Vitrificación

• 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).

63
Vitrificación
64
In-situ vitrificación
65
Ventajas

• Eficiente para todo tipo de suelo y contaminación
  (incluida la contaminantes orgánicos).
• Relativamente rápido (días).
• Existen experiencia a escala real.

66
Desventajas

• Muy caro (consumo de energía).
• Metales quedan en el suelo.
• El suelo no puede ser usado para muchas cosas
  después del tratamiento.

67

• Electro-Remediación

• 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
  electrolíticas.

68
Electro-Remediación
69
In-situ EKR
70
Parametros 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.)?

71
Tipo 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?

72
Contenido de carbonatos

• Precipitacion con metales pesdaos como Pb y Cu)?
• Control de pH en suelo (efecto tampon)?
• Para liberar metales, carbonatos tienen que
  disolverse

73
Contenido de carbonatos vs pH
74
Control 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)?

75
Uso de membranas (Remediación electrodialítica)?

• Mejorar el transporte de iones en el suelo
• Separar reacciones de los electrodos de las
  reacciones en el suelo
• Evitar frente alkalino

76
Remediación electrodialítica
77
Uso de reactivos

• Mejorar desorción de metales del suelo
• Acidos (acido sulfúrico, nitrico, cítrico,
  oxalico)?
• Complejantes (EDTA, amoniaco)?
• Nutrientes (en caso de contaminacion mixta)?
• Mejorar conductiviad en el suelo
• Adición de iones no toxicos

78
Uso de reactivos (NH3 suelo con carbonatos)?
79
Escala real (1995 -2005)?

• Geokinetics (Paises Bajos)?
• Electrokinetics, Inc. (USA)?
• Electro-Petroleum (USA)?
• Monsanto Lasagna (USA)?

80
Proceso Lasagna
81
Otros materiales contaminados tratado con EKR

• Lodos de tratamiento de aguas servidos
• Cenizas volantes (fly ash)?
• Sedimentos (puerto, lagos, rios)?
• Residuos solidos industriales

82
Ventajas

• 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

83
Desventajas

• 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.

84
Cuadro Resumen
85
Esquema de Remediación de Suelos Contaminados
86
Contaminación y Remediación de Suelos
Henrik Hansen Universidad Técnica Federico Santa
María, Chile