Tratamiento in situ del suelo y de las aguas subterráneas

Tratamiento de aguas y suelos
UTILIZACIÓN DE
POZOS DE
RECIRCULACIÓN DE
AGUA PARA
ALCANZAR OBJETIVOS
DE RECUPERACIÓN
CON MENOR COSTE
Tratamiento in situ
del suelo y de las aguas
subterráneas
Desde la entrada en vigor de la primera normativa en materia de suelos en España, Ley 10/98
sobre residuos, se han llevado a cabo numerosos proyectos de recuperación de suelos y aguas
subterráneas, principalmente vía el uso de técnicas de recuperación convencionales como el
bombeo y tratamiento de las aguas subterráneas y la excavación y envío a vertedero de los
suelos contaminados.
Por Bruno Coquelet | Jefe de Gestión de Residuos y Suelos Contaminados de Inerco
Eduard J. Alesi | Director de IEG Technologies GmbH
L
os requisitos de recuperación son cada
vez más estrictos. Como consecuencia, las
técnicas de recuperación convencionales,
en muchos proyectos, han alcanzado sus
límites de rendimiento sin poder cumplir con los
objetivos de recuperación exigidos. Es preciso,
cada vez más, recurrir a técnicas de recuperación
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más avanzadas y contrastadas como, por ejemplo,
la utilización de pozos de recirculación de agua
subterránea. Estas técnicas permiten alcanzar los
objetivos de recuperación de manera eficiente,
con inversiones similares a las de las tecnologías
convencionales pero con costes de operación
inferiores.
• TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS •
La normativa relativa a suelos contaminados fue
por primera vez introducida en España con la Ley
10/1998, de 21 de abril, de residuos. Se desarrolló
en 2005 con la entrada en vigor del Real Decreto
9/2005, de 14 de enero, por el que se establece la
relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para
la declaración de suelos contaminados. Ha sido
recientemente reforzada con la Ley 22/2011, de 28
de julio, de residuos y suelos contaminados.
Técnicas de recuperación
La protección y recuperación de los suelos y de las
aguas subterráneas constituye un importante reto
para España. Desde 1998, se han llevado a cabo
numerosos proyectos de recuperación de suelos y
aguas subterráneas aplicando principalmente técnicas de recuperación convencionales como el bombeo y tratamiento, la excavación y envío a vertedero
de los suelos contaminados.
En el método convencional de “bombeo y tratamiento”, el agua subterránea se extrae mediante
uno o varios pozos, se trata en superficie y se
reinyecta a las aguas subterráneas o se vierte a
aguas superfi ciales. Aunque se combinan pozos
de extracción y de inyección, siempre se suelen
instalar los pozos en las zonas más permeables
y se intenta evitar las formaciones con partículas
más fi nas donde los contaminantes suelen estar
fijados (estratos de granulometría más fina, de
ES PRECISO RECURRIR
A TÉCNICAS DE
RECUPERACIÓN
MÁS AVANZADAS Y
CONTRASTADAS, COMO LOS
POZOS DE RECIRCULACIÓN
DE AGUA SUBTERRÁNEA
arenas, limos y arcillas). En estas formaciones, las
substancias contaminantes se liberan muy lentamente por difusión. Con el método de “bombeo
y tratamiento”, tras un corto periodo de tratamiento se suele producir un estancamiento de la
extracción de los contaminantes llamado “efecto
de cola”. En función de la tipología del subsuelo
(geología e hidrogeología), del tipo y de las concentraciones de las sustancias contaminantes,
la remediación puede tardar varias décadas sin
alcanzar los objetivos perseguidos.
La técnica de “bombeo y tratamiento” suele ser
adecuada y eficaz para la contención y prevención
de la dispersión de los contaminantes. Al producirse
un cambio en el gradiente hidráulico, los flujos tanto
de aguas contaminadas como los de aguas subterráneas limpias atraviesan el subsuelo contaminado,
se contaminan y requieren tratamiento. Ver figura
“Pozo de extracción de agua subterránea”.
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Tratamiento de aguas y suelos
Los sistemas GCW (“Groundwater Circulación
Well”) crean una celda de circulación vertical del
agua subterránea principalmente en la zona contaminada en la que se extrae el agua a través de una
primera rejilla y se reinyecta el agua a través de una
segunda rejilla. Ver figura “Pozo de circulación de
agua subtarránea (GCW)”.
Al producirse un flujo de circulación en la masa
de agua, el agua subterránea tratada circula varias veces en el acuífero, en la zona contaminada.
Al tratarse principalmente el agua de la zona
contaminada, se garantiza una remediación más
eficaz que la que proporcionada el método de
“bombeo y tratamiento” que fomenta un flujo
horizontal del agua en el acuífero y, con ello, el
tratamiento de una cantidad muy importante de
agua, mayor a la que se encuentra realmente
contaminada.
Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW)
en un acuífero heterogéneo artificial con trazadores.
LA PROTECCIÓN Y
RECUPERACIÓN DE SUELOS
Y AGUAS SUBTERRÁNEAS
CONSTITUYE UN
IMPORTANTE RETO PARA
ESPAÑA
Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW)
en acuífero superficial y confinado.
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En el caso de los estratos de arenas finas, limos
o arcillas intercalados con estratos lenticulares,
típicos de las formaciones cuaternarias, el flujo
horizontal generado por el simple bombeo puede
ser poco eficiente (se generan vías de flujo preferenciales en las zonas de mayor permeabilidad).
El GCW genera sin embargo un gradiente vertical
que provoca una circulación forzada a través de
los horizontes menos permeables, permitiendo
una movilización eficiente de los contaminantes y
como consecuencia una reducción del tiempo de
remediación. La utilización de la tecnología GCW
resulta ventajosa incluso con acuíferos de bajo
rendimiento.
Los modelos de cálculo del funcionamiento de
la tecnología GCW han sido desarrollados por el
Instituto de Hidrodinámica de la Universidad de
Karlsruhe (Alemania) en el marco de un programa
de investigación. La eficacia de la tecnología ha sido
demostrada por varios proyectos de investigación,
modelos científicos, ensayos pilotos y experimentos
a gran escala con trazadores. Ver figura “Proceso
de remediación mediante pozos de circulación de
agua subterránea -GCW- en un acuífero heterogéneo artificial con trazadores”.
En un acuífero se suelen instalar uno o varios pozos
verticales con dos rejillas como mínimo (rejilla de
entrada y rejilla de salida). Si existen dos acuíferos,
se pueden instalar sistemas GCW por separado en
cada uno de ellos. Ver figura “Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea -GCW- en acuífero superficial y confinado”.
Se puede alternar la dirección del flujo de circulación (flujo estándar o inverso) mediante el uso de
dos bombas. Lo usual es que el agua circule en el
acuífero desde la parte superior a la parte inferior; lo
denominamos flujo estándar. En estas condiciones,
el agua se bombea en dirección ascendente en el
interior del pozo, desde la rejilla de entrada inferior
hacia la rejilla de salida superior.
Este flujo ascendente en el pozo se puede conseguir mediante inyección de aire en la parte inferior o
con una bomba sumergible. En el modo de circulación inverso, el flujo del agua subterránea en el pozo
GCW es descendente por la acción de una bomba
sumergida. En este caso, el agua fluye desde el fondo del acuífero hacia la parte superior del mismo.
Tanto en el modo de operación estándar como en
el inverso, el agua subterránea circula alrededor del
pozo. La mayor parte del agua subterránea recogida en la celda de circulación circula varias veces a
través del sistema GCW antes de liberarse aguas
abajo en el acuífero. Ver figura “Flujo ascendente en
sistema GCW con circulación estándar”.
Para el diseño de la técnica de recuperación, se
tienen en cuenta, a través de modelos matemáticos,
la dinámica de flujo y las dimensiones de las áreas
aguas arriba (“zona de captación”), de la celda de
circulación (“celda de circulación”) y del área aguas
abajo (“zona de descarga”). Con ello, se calculan los
radios de influencia de los pozos y distancias entre
pozos. Uno de los requisitos para alcanzar los objetivos de una recuperación es que exista suficiente
penetración de la celda de circulación en las zonas
más contaminadas compuestas de partículas finas
como estratos de arena, limos o arcillas e intercalaciones lenticulares.
El área de influencia (celda de circulación) alcanzable con un sistema GCW depende de la distancia
entre las dos áreas activas de rejilla (profundidad del
pozos), de la anisotropía del acuífero, de la velocidad de flujo del agua subterránea y de la velocidad
de bombeo elegida. En algunos proyectos se han
alcanzado radios de influencia de 50 m.
Cuanto mayor sea la celda de circulación, más
tiempo necesitará una molécula de agua para atravesarla. En grandes acuíferos puede resultar más
ventajoso disponer de varias celdas de circulación
Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea (GCW) triple.
DIFERENTES CONFIGURACIONES DE
POZOS DE CIRCULACIÓN DE AGUAS
SUBTERRÁNEAS:
• Extracción con aire (“stripping”).
• Adsorción en carbón activo.
• Degradación biológica.
• Oxidación y reducción in situ.
• Extracción por vacio.
• Recuperación de fase libre (LNAPL y DNAPL).
• Barreras reactivas.
superpuestas. De este modo, se consiguen celdas
de circulación más pequeñas con un tiempo de
tratamiento menor. Ver figura “Proceso de remediación mediante pozos de circulación de agua subterránea -GCW- triple”.
La aplicación de GCWs con rejillas múltiples también resulta ventajosa si la contaminación se restringe a ciertas secciones del acuífero o si las características hidroquímicas del agua subterránea varían con
la profundidad del acuífero, por lo que se necesitan
unidades específicas de tratamiento según la profundidad del mismo. Es, por ejemplo, el caso de una
contaminación superficial del acuífero con sustancias menos densas que el agua (hidrocarburos del
petróleo) y profunda con sustancias más densas que
el agua (compuestos clorados).
Una estimación fiable del tiempo de recuperación
requiere un conocimiento exhaustivo de las condiFebrero 2013 | PQ | 25
• TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS •
Pozos de circulación
Tratamiento de aguas y suelos
es un proceso de transferencia de fases durante el
cual los contaminantes volátiles pasan de la fase
acuosa a la fase gaseosa.
El equilibrio entre las fases depende de la temperatura, de la presión total en el sistema y de las interacciones moleculares entre el contaminante y el agua
(Ley de Henry). Los compuestos con una constante
de Henry elevada se extraen más fácilmente. En la
tecnología GCW se utilizan bombas sumergibles de
elevación por aire (burbujitas) y sistemas de separación de COVs en el propio pozo.
Adsorción en carbón activo
Proceso de bio-remediación mediante pozos de circulación (GCW).
ciones geológicas, de la extensión del área contaminada y de una evaluación aproximada de la cantidad
de contaminantes.
Se puede conseguir reducir el 90% de la concentración de los contaminantes mediante varias recirculaciones completas. La tecnología GCW permite
alcanzar y remediar de forma más eficiente las zonas
contaminadas. La tecnología se suele combinar
con otras técnicas basadas en los principios de
volatilización, oxidación, reducción y biorremediación de los contaminantes. Ver cuadro “Diferentes
configuraciones de pozos de circulación de aguas
subterráneas”.
Extracción con aire (“stripping”)
La extracción con aire es el proceso más común
para el tratamiento de aguas subterráneas. Sirve
tanto para eliminar compuestos orgánicos volátiles
del agua como para oxigenar el agua y mejorar la
biorremediación de los compuestos en la masa de
agua. La extracción con aire
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El carbón activo se emplea habitualmente en el
tratamiento de aguas de aporte como de aguas
residuales. Se utiliza también para el tratamiento
de los vapores (sistema de extracción de aire).
La tecnología GCW puede incluir un sistema
de adsorción con carbón activo en superficie o
cartuchos de carbón activo colocados dentro del
mismo pozo.
Degradación biológica
El principal mecanismo para el tratamiento in situ
es la degradación biológica. Habitualmente el
agua que entra en el sistema GCW es anóxica.
En cuanto se le somete a la elevación por aire, el
agua se airea y el oxígeno puede alcanzar su nivel
de saturación. El agua oxigenada que se recircula
en la formación favorece la biodegradación aerobia de los contaminantes. Ver figura “Proceso de
bio-remediación mediante pozos de circulación
(GCW)”.
Oxidación in situ
Una posible configuración es la inyección de ozono
y aire en la masa de agua subterránea con un sistema de flujo descendente. El ozono y el aire disueltos
son conducidos hasta la formación donde son capaces de destruir los contaminantes.
Uno de los primeros centros de lavado industrial
en seco se estableció en Alemania, en 1850, en
una zona industrial ubicada en la parte sur-oriental de Berlín cerca del río Spree. Desde el inicio,
la instalación se fue ampliando considerablemente con la construcción de numerosas instalaciones, tanques de almacenamiento y tuberías
de transporte de disolventes. Con más de 150
años de actividad industrial, la actividad acabó
provocando contaminaciones importantes del
subsuelo debido a numerosas fugas y derrames. Como consecuencia, tras importantes problemas económicos y ecológicos la instalación
cerró en el año 1996.
• TRATAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS •
En 2002 se inició una actuación de recuperación sobre
una superficie afectada de unos 90.000 m2. Se instalaron 33 pozos equipados de la tecnología GCW y 18
pozos de extracción de vapores ubicados en la pluma
de contaminación. Los contaminantes encontrados
eran hidrocarburos clorados, con concentraciones entre 10 y 1.000 mg/l y hidrocarburos aromáticos (BTEX)
con valores entre 50 y 1.000 mg/l. El radio de influencia
de los pozos ha alcanzado los 50 m.
Desde la puesta en marcha de los sistemas de
recuperación en el año 2004 hasta noviembre
de 2011 se han extraído aproximadamente 130
toneladas de compuestos orgánicos volátiles de
la zona saturada y no saturada. La reinyección
de agua limpia, rica en oxígeno y con nutrientes
añadido ha permitido también la biodegradación
y destrucción de los compuestos presentes en la
masa de agua subterránea. El coste unitario de la
remediación asciende a 50 euros por kilogramo
de compuesto. El 95% de los piezómetros de
control construidos han alcanzo el objetivo de
recuperación. A día de hoy, se está trabajando en
la urbanización futura de la parcela.
Pozo de circulación de agua con varias celdas de circulación superpuestas.
La tecnología GCW está avalada por una experiencia práctica de más de 20 años en más de 500 emplazamientos en Europa, USA, Asia y Sudamérica.
Se trata de una tecnología que permite una operación en continuo con muy poco mantenimiento.
No se requieren pozos de infiltración, vertidos, ni
el pago del correspondiente canon de vertido. Sus
costes de inversión son similares a los de las técnicas
convencionales de recuperación. Al reducirse los
tiempos de tratamiento, sus costes de operación y
mantenimiento son sin embargo inferiores.
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