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TRATAMIENTO Y RECUPERACION DE SUELOS

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hector canpos

on 9 December 2014

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TRATAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE SUELOS
INTRODUCCIÓN
SUELOS
DEFINICIÓN
Desde el punto de vista edáfico, un suelo es un cuerpo natural tridimensional formado por la progresiva alteración física y química de un material original o roca madre a lo largo del tiempo, bajo unas condiciones climáticas y topográficas determinadas y sometido a la actividad de organismos vivos.
IMPORTANCIA
Formado por horizontes, capas verticales de material generalmente no consolidado compuesto por minerales y orgánicos, agua y gases, y caracterizados por propiedades físicas , químicas y físico-químicas que los diferencian entre sí y del material original.
El suelo proporciona los nutrientes, el agua y el soporte físico necesarios para el crecimiento vegetal y la producción de biomasa en general.
Es un componente esencial del ciclo hidrológico.
El suelo, a través de su poder de amortiguación o desactivación natural de la contaminación, filtra, almacena, degrada, neutraliza e inmoviliza substancias orgánicas e inorgánicas tóxicas.
Es el hábitat natural biológico de muchos organismos.
Desarrolla un importante papel como fuente de materias primas.
Sirve de plataforma para el desarrollo de las actividades humanas.

CONTAMINACIÓN DE SUELOS
DEGRADACIÓN
Según FAO-PNUMA (1983), la degradación del suelo se puede definir como todo proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir, cuantitativa y cualitativamente, bienes y servicios.
Se clasifica:biológicos, como la disminución del contenido en materia orgánica incorporada en el suelo; físicos, como el deterioro de la estructura del suelo ; y químicos, como la pérdida de elementos nutrientes, acidificación, salinización, sodificación y aumento de la toxicidad. Estos últimos son los que se engloban dentro del término contaminación.

DEFINICIÓN
Consiste en una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo como consecuencia de la acumulación de sustancias tóxicas
CLASIFICACIÓN
Exógenas: por la actividad humana .
Endógenas:propio de los procesos de edafogénesis.
TIPOS
METALES PESADOS
En estudios medioambientales se amplía esta definición a todos aquellos elementos metálicos o metaloides asociados a problemas de contaminación.
Algunos son esenciales para los organismos vivos, pero en elevadas cantidades son dañinos y otros solo son tóxicos.
Las fuentes de metales son: las cenizas, escorias de combustión de carbón fósil, o derivados del petróleo, actividades agrícolas, residuos industrial, urbanos y mineros, etc.
No es tanto la cantidad sino la forma o especie química.
Los metales tóxicos no pueden ser distribuidos sino neutralizados y que variaciones en las condiciones del suelo pueden liberar los metales anteriormente insolubilizados.

LLUVIAS ÁCIDAS
Consisten en deposiciones húmedas o secas de la atmósfera constituidas principalmente por óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno.
Proceden fundamentalmente de actividades industriales, la desnitrificación de fertilizantes añadidos en exceso a los suelos y otros procesos naturales similares.
Los óxidos de azufre y nitrógeno son emitidos a la atmósfera, estos reaccionan con el agua y el oxígeno, dando lugar a soluciones diluidas de ácido sulfúrico y nítrico que se van depositando sobre los suelos, plantas, árboles, ríos, lagos, etc.
Las consecuencias de estas deposiciones se reflejan en un aumento de la acidez de los suelos y las aguas, un incremento de la movilidad de iones y metales pesados, la solubilización y movilización del Al y la materia orgánica.
Los suelos presentarán distinta sensibilidad al impacto de las deposiciones ácidas en función de su poder de amortiguación para contrarrestar la acidez.

SALINIZACIÓN
La salinización se refleja en un incremento en la conductividad eléctrica de la solución del suelo.
Los principales tipos de sales que se encuentran en suelos salinos son cloruros, sulfatos, carbonatos y bicarbonatos, y nitratos.
Los suelos afectados por este proceso se denominan suelos salinos y en ellos el Ca y el Mg son los cationes predominantes en el complejo de cambio.
Para que se produzca esta acumulación de sales en el suelo es necesario que haya un fuerte aporte de sales y que su eliminación del suelo esté impedida por algún mecanismo.
El hombre también contribuye en gran medida a la contaminación de los suelos por sales a través de prácticas agrícolas inadecuadas.
El exceso de sales en el suelo tiene efectos perniciosos sobre los cultivos
FITOSANITARIOS
Llamamos fitosanitarios a productos como; plaguicidas, herbicidas, fungicidas y fertilizantes.
Los fertilizantes son sustancias químicas de origen agrícola o ganadero que aportan nutrientes, fundamentalmente N y P, para mejorar el desarrollo y crecimiento de las plantas en el suelo. Sin embargo, cuando son aplicados de forma abusiva con objeto de aumentar el rendimiento de las cosechas pierden su efecto beneficioso y se convierten en fuentes de contaminación.
El aporte de nutrientes realizado por los fertilizantes es deseable en tanto en cuanto conduzca a una mejora de las cosechas y un aumento de la producción.
Para minimizar sus efectos perniciosos en los suelos es necesario tener un extenso conocimiento del suelo previas al aporte y de las propiedades.
EXPLOTACIÓN MINERA
Las actividades mineras provocan generalmente grandes impactos ambientales, con destrucción de los suelos naturales y creación de nuevos suelos (Antrosoles) que presentan fuertes limitaciones físicas, químicas y biológicas que dificultan la reinstalación de vegetación.
Las consecuencias negativas se reflejan fundamentalmente en una destrucción de la estructura del suelo y una modificación de sus características texturales.
Frecuentemente una disminución de la fracción arcilla a favor de fracciones más gruesas. una acidificación asociada a los procesos de oxidación que favorece la movilización de especies químicas tóxicas limitantes de la actividad biológica; la decapitación de los horizontes superficiales biológicamente activos.
CONTAMINANTES ORGÁNICOS
La producción y el uso masivos de compuestos orgánicos los hace estar entre los contaminantes más frecuentes en suelos y aguas.
La distribución y el comportamiento de los compuestos orgánicos contaminantes en suelos están gobernados por diferentes factores que incluyen las características del suelo, las propiedades específicas de cada compuesto y factores ambientales como la temperatura y la precipitación.
Estos compuestos pueden sufrir procesos de lavado, biodegradación, volatilización, fotodescomposición e hidrólisis, inmovilización por adsorción y formación de enlaces con partículas de arcilla, óxidos, hidróxidos, etc., y transferencia a organismos.

TÉCNICAS EMPLEADAS EN EL TRATAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE SUELOS

TÉCNICAS DE CONTENCIÓN
Barreras Horizontales
Son zanjas o sondeos horizontales in situ que se rellenan con material sellante.
Barreras de Suelo Seco
Ideada para contener la contaminación en ambientes sub-superficiales.
Sellado Superficial
Su finalidad es evitar la exposición directa del suelo a la contaminación.
Sellado Profundo

Consiste en alterar in situ la estructura del suelo contaminado.
Barreras Hidráulicas
Es una técnica que se basa en extraer el agua subterránea.
TÉCNICAS DE AISLAMIENTO
TÉCNICAS DE DESCONTAMINACIÓN
Tecnologías de pantalla
PANTALLAS A BASE DE LECHADAS

Consisten en trincheras verticales que se excavan alrededor del área contaminada y se rellenan con un lodo o lechada, 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.

VITRIFICACIÓN IN SITU
REDUCCIÓN DE LA VOLATILIZACIÓN
ESTABILIZACIÓN Y SOLIDIFICACIÓN
PANTALLAS POR INYECCIÓN DE CEMENTO

Consiste en impermeabilizar mediante inyección de una capa continua de cemento bajo todo el perímetro inferior del área contaminada.

PANTALLAS QUÍMICAS
Se 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 reducir su toxicidad o movilidad.
Se Utiliza corriente eléctrica que se envía a dos electrodos que están introducidos según un diseño rectangular en la zona contaminada, provocando la fundición del suelo ,provocando lo siguiente:
Los compuestos químicos inorgánicos (principalmente los metales pesados) queden atrapados en la masa vítrea formada. Los suelos deben estar compuesto por sílice.
Los compuestos orgánicos se destruyen y volatilizan a la temperatura de aplicación. Se hace necesaria la instalación de un sistema de recogida y depuración de gases en superficie.

Factores a tomar en cuenta:
Humedad del suelo
Contenido en sales y ácidos
Porosidad
Composición del suelo

Sellado de la capa superficial
Aplicar una capa de hormigón a la parte superior del terreno para que los compuestos volatilizados no pasen de la superficie a la atmósfera.

Disminución de la temperatura
Se trata de evitar un calentamiento excesivo del suelo y, por consiguiente, de los compuestos orgánicos causantes de la contaminación, que ayude a su volatilización.
Se pretende conseguir reducir la solubilidad, reactividad o movilidad de los elementos contaminantes mediante modificación de su estado químico o inmovilización física por un agente estabilizante o bien convertir el residuo con el contaminante en un sólido.

Fisicoquímicas
EXTRACCIÓN DE VAPORES
Es una técnica in situ que se aplica a la zona no saturada de suelos para la extracción de contaminantes volátiles de tipo orgánico.
Consiste en la perforación de pozos por encima del nivel freático, en los que se genera un vacío, de forma que se bombean los COV contenidos en el suelo.
La profundidad de aplicación de los pozos es de 1,5 metros, aunque se han aplicado satisfactoriamente hasta los 90 metros.
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.

Inyección de Aire
La inyección de aire es una técnica in situ que se aplica a la zona saturada y a la zona de succión capilar y es complementaria a la extracción de vapores.
Consiste en la introducción de aire por debajo del nivel freático a través de canales excavados verticales u horizontales.
El aire inyectado hace burbujear la zona saturada y se desplaza el equilibrio vapor-líquido, volatilizándose los COV más insolubles, que se suelen extraer mediante un sistema de extracción de vapores.

AIREACIÓN
Método de eliminación pasiva para contaminantes volátiles.
Consiste en excavar una fina capa, de unos 20 cm, sobre una superficie impermeable y se espera a que los COV se volatilicen.
La principal ventaja de esta técnica es su bajo coste económico

Bombeo de Agua
Consiste en la perforación de varios pozos que lleguen hasta el acuífero contaminado para la extracción del agua con las sustancias nocivas.
Se aplica en la eliminación de compuestos solubles. El agua que se ha extraído será sometida a algún método de depuración.
Como ventajas en el empleo de esta técnica destacan su rapidez y bajo coste. A su vez presenta una serie de inconvenientes o limitaciones:
Enjuague de Suelos
Es una técnica, que  consiste en la inyección (mediante pozos, zanjas, sistemas de aspersión o sistemas de infiltración) de una disolución de enjuague que ayude a movilizar los  contaminantes  para su posterior bombeo a la superficie mediante pozos de extracción.
La solución extraída se trata en superficie y el efluente limpio proveniente de este tratamiento se puede reciclar como nueva disolución de enjuague.

Tratamiento Electrocinético
Esta técnica es aplicable a la zona saturada del suelo y consiste en la aplicación de una corriente eléctrica de baja intensidad (que reduzca costes y respete a los organismos de la zona) entre dos electrodos cerámicos introducidos en la zona contaminada, para provocar la migración de las especies con carga.
Los iones metálicos, iones de amonio y compuestos orgánicos cargados positivamente migrarán hacia el cátodo; mientras que los aniones cloruros, cianuros, fluoruros, nitratos y compuestos orgánicos cargados negativamente lo harán hacia el ánodo.

Existen a su vez dos técnicas de eliminación de los contaminantes
Extracción: El mecanismo de transporte en este caso es la electromigración, los contaminantes se van a concentrar en los electrodos polarizados para su extracción y posterior tratamiento ex-situ.
Tratamiento sin extracción: El mecanismo de transporte que actúa es la electroósmosis, que se produce en las zonas de tratamiento colocadas entre ambos electrodos. La polaridad de los electrodos se invierte periódicamente para invertir el flujo de contaminantes a través de las zonas de tratamiento.
BARRERAS REACTIVAS PERMEABLES
Consiste en la intercepción del paso del agua subterránea para eliminar los contaminantes presentes en ella mediante procesos físicos, químicos o biológicos. Se trata de un sistema reactivo completado por un sistema adicional que conduce el flujo de agua hacia la barrera.
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. Los materiales reactivos se mezclan con arena para facilitar que el agua fluya a través de la pared, en lugar de alrededor de ella.

Consisten en la eliminación total o parcial de los contaminantes presentes en un suelo mediante la aplicación de agentes químicos.
Como no es posible hacer llegar un flujo de tales agentes químicos descontaminantes a la zona afectada, es necesario recurrir a procesos de mezclado, o de inyección de los productos químicos en el suelo.

Tratamientos Químicos in Situ
Oxidación Química
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.
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.

Descloración
Consiste en la inyección en el suelo de aditivos como la cal viva (CaO), Ca(OH)2 o NaOH, que provocarán un aumento en el pH del suelo hasta valores de 9 - 11 y un aumento de calor al reaccionar el suelo con ellos.
Biólogicas
Biodegradación in situ
Bio-degradación ex situ on sife
Biólogicas ex situ off sife
Fitorremediación in situ
Es el proceso mediante el cual, los microorganismos (bacterias, hongos) autóctonos o inoculados de una zona, degradan (metabolizan) los contaminantes orgánicos presentes en la misma
Bio-estimulación in situ
Bioventing
De tratamiento biológico in situ que combina la ventilación mecánica de los COV con la utilización de microorganismos autóctonos para degradar compuestos orgánicos adsorbidos por el suelo en la zona no saturada.
Bioslurping
Es una tecnología que utiliza el vacío y la actividad de los microorganismos para la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos.
Consiste en extraer a vacío aire del suelo, favoreciendo el flujo de nuevo aire a esta zona, lo que se aprovecha para estimular la actividad de los microorganismos capaces de degradar contaminantes orgánicos
Landfarming
Es una tecnología de bio-remediación ex situ que requiere la excavación de los suelos contaminados y su disposición sobre una superficie impermeable (normalmente algún tipo de geo-membrana)
Esta geo-membrana está dispuesta sobre la superficie del terreno adyacente a la zona contaminada o en una pequeña piscina excavada cerca de esta zona y sobre la que se vierte el suelo a tratar.
Bio-pilas
El suelo contaminado con hidrocarburos es extraído y dispuesto en un área de tratamiento o piscina previamente excavada para su descontaminación con microorganismos.
Las bio-pilas se utilizan cuando la sustancia contaminante es demasiado volátil como para ser tratada con la técnica de landfarming, ya que las emisiones gaseosas serían demasiado altas, o cuando se quiere acelerar el proceso de bio-remediación.
Compostaje
Proceso biológico controlado en el que los contaminantes orgánicos (por ejemplo los HAP) son convertidos en sustancias inofensivas por los microorganismos aerobios, dando lugar a un producto final estabilizado denominado compost, que es útil en agricultura.
Implica la excavación del suelo y su transporte a instalaciones específicas donde va a ser tratado en bio-reactores.
En primer lugar el suelo es sometido a un proceso físico
Consiste en la utilización de las plantas para llevar acciones de eliminación, transferencia, estabilización o degradación de contaminantes presentes en el suelo. Las plantas van a actuar como filtros biológicos que descomponen o estabilizan metales o bien degradan contaminantes orgánicos.
Fitoextracción
También conocida como fitoacumulación consiste en la absorción de contaminantes específicos (metales) por las raíces de las plantas y su acumulación en tallos y hojas.
Rizofiltración
Es una técnica parecida a la fitoextracción, pero en este caso se procede al cultivo de las plantas en invernaderos con las raíces sumergidas en agua en vez de en tierra.
Cuando el sistema reticular de la planta está bien desarrollado se trasplanta rápidamente a la zona contaminada para que absorba el agua contaminada del suelo.
A medida que las raíces se van saturando en agua, se cortan y se eliminan. Otra opción es recoger el agua contaminada y llevarla al invernadero donde están las plantas en cultivo.
Térmicos
Incineración
El suelo se quema a temperaturas entre 870°C y 1200 °C en presencia de oxígeno para volatilizar y, posteriormente, destruir por oxidación térmica, compuestos halogenados y otros compuestos orgánicos refractarios principalmente, mientras que los metales no son destruido.
Es necesario combustible adicional para iniciar la oxidación.
trata de superponer al efecto clásico de la incineración la posibilidad de hacer reaccionar en la fase gaseosa, a elevadas temperaturas, el hidrógeno con los contaminantes orgánicos para producir moléculas más pequeñas y ligeras, y menos tóxicas.
Tipos de incineradores más comúnmente empleados:
Circulating BedCombustor (CBC)
Lecho Fluidizado
Combustión Infrarroja
Hornos Rotatorios

Desorción Térmica
Es un tratamiento ex-situ que consiste en calentar el suelo a temperaturas intermedias que varían de 250°C-600 °C para evaporar los compuestos orgánicos volátiles o los metales volátiles como el mercurio (Hg).
Los gases contaminados que se generan se separan del aire limpio utilizando un equipo de recolección de gases.
BARRERAS VERTICALES
BARRERAS HORIZONTALES
BARRERAS DE SUELO SECO
BARRERAS HIDRÁULICAS
SELLADO SUPERFICIAL
SELLADO PROFUNDO
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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