TEMA 11. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS. Dr. Eduardo
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TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO TEMA 11. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS. Dr. Eduardo Carlos Ercoli Los tratamientos biológicos se basan en la acción de degradadora de agentes microbianos. El termino biotransformación se refiere a la descomposición de un compuesto orgánico en otro similar y el término mineralización se refiere a la descomposición total de materia orgánica en dióxido de carbono, agua y residuos inorgánicos inertes. La biotransformación es una degradación parcial y la mineralización una degradación completa. Se puede realizar el tratamiento biológico de casi todos los residuos orgánicos peligrosos porque esencialmente todas las sustancias orgánicas se degradan si se establecen, mantienen y controlan las poblaciones microbianas apropiadas. Aspectos microbiológicos Los parámetros básicos que afectan al proceso microbiológico son: • Fuente de energía y sustrato • Biodegradabilidad del sustrato • Inhibición y toxicidad • Población microbiana Fuente de energía y sustrato Los microorganismos se clasifican según la fuente de obtención de energía. Tipo de microorganismos Autótrofos Fotoautótofos Quimiolitotrofos Heterótrofos Fuente de energía Fuente de Carbono Luz Reacciones de óxido-reducción de compuestos inorgánicos Reacciones de óxido-reducción de compuestos orgánicos Dióxido de Carbono Dióxido de Carbono Carbono orgánico Biodegradabilidad del sustrato Si bien la mayoría de las sustancias orgánicas son biodegradables, existen compuestos que resisten la degradación (recalcitrantes) o que degradan muy lentamente (persistentes). La biodegradabilidad de un compuesto depende en gran medida de su estructura molecular. A pesar de la estabilidad química de los hidrocarburos alifáticos y aromáticos, compuestos en los cuales se pone especial atención en este resumen, un gran número de microorganismos -bacterias, hongos y levaduras- son capaces de utilizarlos como fuentes de Carbono y de energía. La velocidad a la que los microorganismos oxidan los hidrocarburos varía marcadamente, los alcanos saturados se degradan rápidamente, los alcanos ramificados son más resistentes a la biodegradación que los alcanos normales (la resistencia aumenta con el número de ramificaciones), los hidrocarburos aromáticos son más difíciles de degradar y los hidrocarburos aromáticos policíclicos se degradan en muy baja proporción. Población microbiana El tratamiento biológico implica una compleja interacción de diversas especies microbianas. La biodegradación de compuestos orgánicos se basa en la oxidación biológica de los mismos por la acción de microorganismos. La degradación espontánea se debe a la actividad de microorganismos autóctonos, también denominados indígenas. Los procesos degradativos naturales acontecen en general por el concurso de poblaciones microbianas mixtas, que TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO operan bajo complejas regulaciones simbióticas. Las poblaciones mixtas suelen ser muy eficientes en la utilización de substratos complejos tales como residuos de hidrocarburos. La velocidad de la transformación de moléculas complejas en moléculas sencillas está en función de la masa microbiana activa. Existe una interpretación dispar respecto de la conveniencia o no de estimular el desarrollo de poblaciones depuradoras autóctonas, frente a la incorporación de cultivos microbianos provenientes de cepas aisladas, seleccionadas y adaptadas en laboratorio. En una mezcla de poblaciones microbianas no sólo son importantes aquellos organismos que pueden iniciar procesos catabólicos sino también los consumidores secundarios. Algunos microorganismos pueden utilizar hidrocarburos para su crecimiento como única fuente de carbono, entre ellos se incluyen bacterias, actinomicetes, levaduras y mohos. Los microbios producen una serie de catalizadores biológicos denominados enzimas, que se liberan al exterior de la célula y atacan las moléculas de hidrocarburo transformándolas en formas más fácilmente asimilables. Solo unas pocas especies son capaces de degradar hidrocarburos gaseosos, mientras que los hidrocarburos parafínicos líquidos son atacados por un mayor numero de especies. La degradación de hidrocarburos alifáticos saturados es un proceso básicamente aeróbico, el oxígeno es necesario para iniciar el ataque microbiano a la molécula, mientras que la degradación de hidrocarburos alifáticos insaturados puede efectuarse en forma aeróbica y anaeróbica, al igual que los aromáticos. Los mecanismos bioquímicos de la degradación son complejos y dependen de las condiciones fisicoquímicas del medio, del tipo de sustrato y del microorganismo. Dichos mecanismos no están totalmente estudiados y sólo se ha investigado la degradación de algunos compuestos específicos. Cada especie de microorganismos tiene una capacidad especifica para degradar hidrocarburos: solo ataca algunos compuestos específicos y en un grado determinado. Cuando se tiene una mezcla compleja como puede ser un lodo de refinería se recurre al uso combinado de un grupo de especies degradadoras. Estos conjuntos de microorganismos se denominan consorcios microbianos. Cinética del crecimiento microbiano El funcionamiento del tratamiento biológico de los residuos se puede medir por la velocidad a la cual los microorganismos los metabolizan, lo que a su vez esta directamente relacionado con la velocidad de crecimiento. En un sistema discontinuo ideal, operando a volumen constante, la tasa de formación de un componente i, rfi, es dependiente del tiempo. dci ----- = rfi dt En un reactor agitado de flujo continuo ideal la tasa de formación es: F rfi = ------ (c i – c fi) V Nota. F = flujo volumétrico, c fi = concentración molar del componente i en la corriente de ingreso, concentración molar del componente i en el reactor y en la corriente de salida, t=tiempo. ci = TRATAMIENTO EN FASE SOLIDA El término tratamiento en fase sólida representa una amplia gama de métodos que realizan el tratamiento de fangos, sólidos suelos contaminados en condiciones de contenido de agua libre mínima. Existen distintos tipos de tratamiento en fase sólida. En este resumen se incluyen tratamiento en suelo y tecnología de biopilas. Se analiza particularmente el tratamiento de residuos en suelo, con especial referencia al tratamiento de residuos de hidrocarburos. La mayor parte de los conceptos aplicados al tratamiento de hidrocarburos en suelo son extrapolables a otros residuos. TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO TRATAMIENTO DE RESIDUOS EN SUELO En este sector se provee lineamientos guía específicos para optimización del proceso de tratamiento en suelo, técnica conocida como land treatment. La técnica de land treatment ha sido exitosamente aplicada para remover hidrocarburos de sitios contaminados con petróleo. Durante un proceso de land treatment los hidrocarburos son convertidos por microorganismos naturales o indígenas en dióxido de carbono, agua, masa microbiana y material húmico. Se reconocen numerosos factores que afectan tanto la tasa de degradación como la extensión de remoción de hidrocarburos de un suelo contaminado. Estos incluyen propiedades tales como pH, temperatura, humedad, aireación y estado de nutrientes (por ejemplo fertilizantes nitrogenados y fosforados), característica del contaminante tales como estructura molecular y toxicidad para microbios y la ecología de la población microbiana presente en el suelo. Durante un proceso de land treatment los parámetros ambientales son optimizados ara conseguir la más rápida y completa biodegradación de los hidrocarburos presentes en el suelo. El éxito de cualquier tratamiento de biorremediación depende de numerosos factores tales como característica del residuo, presencia de condiciones microbianas optimas, adecuada selección de la tecnología de remediación, uso de métodos analíticos apropiados para evaluar tipo y extensión de la contaminación y el diseño de un plan de muestreo estadístico. Si algunos de estos factores no son suficientemente planificados el procedimiento de remediación puede resultar e una perdida de tiempo, esfuerzo y dinero Característica del residuo Propiedades Composición Microbiología óptima Nutrientes Humedad Aireación Inóculo Tecnología de remediación Land treatment Bioslurry Composting Bioventing Éxito de un proceso de biorremediación Método analítico Muestreo estadístico TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Carta de flujo de un proceso de land treatment Evaluación del sitio y muestreo Determinación del nivel y características del contaminante Estimación del potencial de biodegradación Estimación de número de bacterias en suelo Diseño de la unidad básica de tratamiento Ajuste del pH del suelo Ajuste del contenido de humedad del suelo Adición de fertilizantes Adición de agentes Remoción e irrigación Evaluación del sitio y muestreo Antes de iniciar las actividades de tratamiento en campo, la extensión de la contaminación global debe ser evaluada. Muestras representativas deberán ser tomadas del sitio siguiendo un procedimiento estadístico apropiado. El número de muestras colectadas y analizadas es dependiente generalmente del objetivo global del muestreo, de la heterogeneidad de distribución del contaminante en el sitio y del costo de muestreo y análisis. Existen varios procedimientos para selección de locaciones de muestreo. Un método es seleccionar locaciones aleatorias de muestreo. Otro es trabajar sobre una grilla hipotética cuadrada o rectangular sobre el sitio y tomar muestras sistemáticas del centro de cada cuadrado o rectángulo. Después de colectar las muestras con equipamiento adecuado, debe ser homogeneizadas previo a seleccionar la muestra final de análisis. Determinación del nivel y características del contaminante Mientras un número de diferentes análisis de suelo para compuestos tales como BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno) o HAPs (hidrocarburos aromáticos polinucleares) pueden ser requeridos por las agencias regulatorias, solamente concentración de aceite y grasas (O&G) e hidrocarburos totales de petróleo (TPH) son requeridas para el diseño de un proceso de land treatment. Grasas y aceites son determinados por extracción Soxhlet con freón y pesado del material extraído de acuerdo a norma EPA 413.1. El extracto O&G es tratado con sílica gel para remover compuestos polares. TPH es determinado por norma EPA 418.1. El éxito de un proceso de remediación depende fundamentalmente de las características del contaminante. Los contaminantes de petróleo pueden ser clasificados del siguiente modo: TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO CARACTERIZACION DE PETROLEO POR TIPO DE COMPUESTOS PETROLEO POLARES HIDROCARBUROS ASFALTENOS RESINAS ALCANOS LINEALES SATURADOS CICLICOS AROMATICOS MONONUCLEARES PNAs RAMIFICADOS Estimación del potencial de biodegradación La factibilidad de un proceso de land treatment para contaminantes de petróleo puede ser evaluada a través de estudios de tratabilidad en laboratorio o por caracterización de los hidrocarburos del residuo combinado con la estimación del potencial de biorremediación basado en datos de biodegradabilidad de compuestos específicos. Bandeja abierta Cuveta aireada Ensayos en mesocosmos Estimación de número de bacterias en suelo La mayor parte de los suelos contienen gran numero de bacteria naturales o indígenas (ej. 106 células por gramo de suelo) que son capaces de degradar hidrocarburos de petroleo. Existen algunas condiciones bajo las cuales la actividad microbiana puede ser inhibida. Por ejemplo, una alta concentración de sales o metales pesados pueden inhibir el crecimiento bacteriano, lo mismo que algunos compuestos orgánicos. Se ha observado también que una concentración en el nivel de hidrocarburos superior a 10 % puede inhibir crecimiento. Para verificar que la población microbiana es adecuada se pueden utilizar test de cultivos, el más común de los cuales se utiliza para contar numero total de bacterias heterotróficas en suelo. TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Diseño de la unidad básica de tratamiento Antes de comenzar el proceso de biodegradación, el suelo contaminado debe ser preparado para optimizar el proceso de tratamiento. Ajuste del pH del suelo El pH óptimo ara un proceso de biorremediación se encuentra entre 6 y 8. Si el suelo es muy ácido o muy basico se debe corregir por incorporación de agentes correctores tales como arcilla o sulfato de aluminio. Ajuste del contenido de humedad del suelo La biodegradación acontece bajo un amplio rango de condiciones de humedad. El suelo no debe estar ni muy seco ni muy húmedo. Un suelo muy seco reduce la actividad microbiana lo cual afecta la degradación. En un suelo muy húmedo la transferencia de oxigeno se ve limitada. La humedad optima en un suelo depende fundamentalmente del tipo de suelo y puede ser estimada usando como criterio una valor correspondiente al 50-70 % de la capacidad de campo. Adición de fertilizantes Los microorganismos requieren fuentes de Nitrógeno y de Fósforo para su desarrollo. Durante el proceso de biodegradación los microorganismos incorporan Carbono desde la fuente contaminante juntamente con Nitrógeno y Fósforo del suelo, en su estructura celular. La relación C:N:P de la célula bacteria es aproximadamente 100:20:1. Las cantidades de Nitrógeno y Fósforo necesarios para estimular la biodegradación son menores que los requerimientos teóricos debido a que no todo el Carbono proveniente de contaminante es incorporado a la biomasa (una fracción es convertida en CO2). Existe un amplio rango de relaciones C:N:P reportadas en la literatura y diversas metodología para estimar la cantidad de fertilizante a agregar para estimular la biodegradación, como por ejemplo el uso de una relación fija C:N:P o la incorporación de Nitrógeno y Fósforo basada en el monitoreo periódico del suelo en tratamiento. Adición de agentes El algunos casos se recomendado el uso de agentes de muy bajo costo que mejores la capacidad de aireación del suelo, tales como restos de vegetales o aserrín. Además, la presencia de agentes mejoradores incrementan la capacidad de drenaje del suelo. Remoción e irrigación Una vez que el suelo a tratar a sido acondicionado, esto es, ajuste de pH, contenido de agua y fertilización, debe ser arado e irrigado periódicamente para proveer un adecuado mezclado, aireación y control de humedad. El arado se realiza hasta la profundidad de labranza de la herramienta (aproximadamente 25 cm) con intervalos de dos a cuatro semanas. El agua se incorpora según el criterio de humectación previamente indicado. TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO CASO DE ESTUDIO # 1. Experiencias en biorremediación de suelos en el centro-oeste argentino. Este trabajo resume cinco años de experiencias en la región centro-oeste de Argentina en aplicación de técnicas de biorremediación para el tratamiento de residuos de hidrocarburos y suelos contaminados por petróleo, bajo las condiciones edafoclimáticas existentes. El propósito del trabajo es presentar algunos de los resultados obtenidos para analizar el alcance y la viabilidad del uso de este tipo de técnicas en zonas semi-desérticas. Se ha experimentado usando distintos tipos de residuos y suelos bajo diversas condiciones de laboreo, fertilización y frecuencia de riegos. Las áreas de experimentación han sido también muy variables en su extensión, desde cuatro a más de dos mil metros cuadrados. En todos los casos se ha observado un desarrollo favorable del proceso degradativo, dependiendo fuertemente de la intensidad del laboreo y la frecuencia de riegos. Preliminarmente se concluye que la técnica de landfarming es aplicable en la región. El clima del centro-oeste argentino es de tipo semidesértico, con precipitaciones anuales promedio inferiores a 300 mm. Existe una amplia variación térmica entre el día y la noche y marcadas diferencias entre las temperaturas medias de verano y las de invierno. El suelo es completamente heterogéneo, existiendo toda la gama de texturas, desde arenosos y arcillosos hasta grava e incluso formaciones volcánicas. La profundidad del agua subterránea para uso humano y agrícola-ganadero varía desde los trescientos metros de profundidad hasta niveles superficiales. En la mayor parte de las experiencias de biorremediación realizadas se han utilizado cultivos microbianos desarrollados a partir de especies autóctonas. Dichos cultivos en general contienen dos o más especies microbianas que actúan en simbiosis y se ha estudiado su proceso de producción y escalamiento hasta los doscientos litros. Tres de ellos han sido utilizados exitosamente en ensayos de campo. En más de veinte experiencias de degradación sobre superficies de hasta 2000 m2 se han tratado diversos tipos de residuos de la industria petrolera, tales como fondos de tanque de refinería, residuos semisólidos de oleoducto y suelos afectados por derrames en yacimientos. En algunos casos se ha realizado un trabajo intensivo sobre las parcelas realizando laboreo con frecuencia quincenal y riegos semanales (caso refinería y oleoducto) y en otros se ha realizado un trabajo intensivo solamente al comenzar el proceso continuando luego con un mínimo de laboreo y riego por lluvias. Se han utilizado distintos tipos de fertilizantes, empleando en unos casos fertilización química y en otros fertilización orgánica (estiércol). Los resultados obtenidos permiten realizar un análisis orientador sobre las reales posibilidades de aplicación de este tipo de técnicas en esta región y responder algunas interrogantes sobre el tema. Es importante destacar que en todos los casos al indicar concentración de hidrocarburo en suelo, se hace referencia al contenido de hidrocarburos totales extraídos con tolueno en extractor Soxhlet según norma A.S.T.M. D-473 (A.S.T.M., 1980). A pesar de que esta técnica esta indicada para residuos petroleros en general, en el caso de hidrocarburos antiguos, es decir aquellos que se han derramado en el suelo y permanecido sin tratamiento durante años, es observable un error por defecto que en algunos casos pueden llegar al 50 %. Efectividad de las técnicas. La técnica fué aplicada para residuos originados en distintos tipos de procesos y por lo tanto con características diferentes uno de otro. En el caso de residuos de refinería, estos son los generados por la limpieza de las piletas API y DAF, con una concentración de hidrocarburos del orden de 50 %. El residuo de oleoducto tratado se origina por la limpieza de una línea de transporte de crudo de aproximadamente 400 km. de longitud. Es un residuo que por sus características, casi 70 % de resinas, ofrece ciertas dificultades para su manejo como por ejemplo su incorporación al suelo de tratamiento. En cuanto a los residuos generados en yacimientos fueron tratados especialmente suelos contaminados por derrames de hidrocarburos y también fondos de tanques. Estos residuos ofrecían la particularidad de ser muy antiguos, se trató en la mayor parte de los casos de fracciones muy pesadas. En la figura 1 se observa la evolución del proceso degradativo para cada uno de los residuos. Se comparan los resultados para un periodo de seis meses de aquellos procesos que fueron inoculados con un mismo cultivo microbiano. TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO 80 Oleoducto 70 Refinería Degradación (%) 60 Yacimiento 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 Tiempo (meses) Fig. 1: Evolución de los distintos procesos degradativos. En todos los casos se observa una importante degradación existiendo una notable diferencia entre aquellos residuos sobre los cuales la técnica ha sido aplicada en forma intensiva (refinería y oleoducto, en donde se logra un 70 % de degradación en el período considerado) y en residuos de yacimiento en los que solamente se ha mantenido un mínimo de cuidados iniciales (50 % de degradación). Concentraciones iniciales Es muy importante conocer la concentración inicial de hidrocarburo que puede ser tratada ya que esto permite definir el alcance y potencialidad de la técnica. Si la concentración inicial de hidrocarburos totales es muy baja se requerirán mayores áreas de terreno Concentración de Hidrocarburo en el suelo (g/kg) 120 65 g/kg 100 100 g/kg 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 Tiempo (Meses) Fig. 2: Procesos degradativos para diferentes concentraciones inicial de hidrocarburos 5 6 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO En la figura 2 se muestran las experiencias realizadas usando distintas concentraciones iniciales de residuo. Comparando ambas curvas (67 y 105 g/kg respectivamente), se observa que el proceso degradativo evoluciona favorablemente aún cuando la concentración inicial es mayor, de lo cual se infiere que es posible trabajar a concentraciones superiores a 10. Tipo de fertilizante Los resultados obtenidos indican que es beneficioso utilizar fertilizante orgánico. Si bien en términos de degradación no se logró un considerable aumento, tiene la ventaja de favorecer el crecimiento de vegetales, lo cual es muy importante desde el punto de vista de la recuperación del suelo. Influencia del origen de las cepas utilizadas Se puede observar que para tratamientos bajo las mismas condiciones de laboreo, riego y fertilización se obtiene una diferencia muy apreciable entre utilizar cepas propias de la zona a tratar frente a otras, que si bien fueron obtenidas de zonas contaminadas, no eran exactamente del lugar. El efecto más evidente es que la fase de latencia o adaptación de los microorganismos es menor en el caso que se usan microorganismos propios del lugar. En la figura 3 se representa la degradación porcentual para ambos casos en función del tiempo. Tal como se mencionó, en el caso del proceso con cultivo de cepas propias del lugar, la degradación durante los primeros tres meses fué en el orden del 50% mayor respecto al cultivo implantado igualándose luego de transcurridos seis meses. Sobre la base de los argumentos experimentales presentados se puede considerar que es factible aplicar técnicas biológicas con resultados satisfactorios en la región geográfica considerada. 50 45 No autóctono Degradación Porcentual (%) 40 Autóctono 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1.27 2.67 5.47 Tiempo ( Meses) Fig. 3: Efecto de distintos cultivos microbianos Se concluye que, si bien se obtienen porcentajes de degradación diferentes para un periodo de tiempo determinado, los resultados son totalmente coincidentes con la intensidad de trabajos efectuados en la parcela respectiva. Es decir, una parcela trabajada intensivamente arroja mejores resultados. Se puede considerar que este tipo de técnicas constituyen una alternativa compatible con la evolución que tiene la legislación en Argentina. Es una técnica ambientalmente aceptable ya que en las experiencias realizadas no hubo emisión de gases con olores desagradables ni generación de sustancias indeseables. A pesar de las grandes diferencias de AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 9 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO temperatura registradas en la región estudiada, donde en el suelo contaminado con hidrocarburos la temperatura llega a 70 ºC en verano ó -2ºC en invierno, el proceso degradativo continuó, aunque muy lentamente en el periodo invernal. Dado que los suelos son básicamente alcalinos, no fué necesario corregir pH. Además no encontraron factores de inhibición al desarrollo de microorganismos. Cuando la frecuencia de remoción fue de dos veces por mes se obtuvieron resultados un 40 % superiores a cuando se removió sólo una vez cada dos meses. CASO DE ESTUDIO # 2. Tratamiento biológico de lodos de refinería En el caso especifico de residuos de refinería la técnica de tratamiento en suelo resulta ventajosa por tratarse de volúmenes de lodo a tratar muy grandes y por ser una técnica de bajo consumo energético. Se requiere disponer de suficiente superficie de terreno destinada en forma excluyente a este propósito. Los diversos residuos sólidos que genera una refinería de petroleo son en general biodegradables. Los lodos de refinería son de origen diverso: limpieza de piletas API, fondos de tanques de almacenamiento de crudo, limpieza del sistema de tratamiento de efluentes, aceites lubricantes residuales, etc. En este trabajo se han utilizado residuos mixtos de diversos orígenes. Este trabajo contempló cuatro etapas: 1- Aislamiento, selección, multiplicación, evaluación y conservación de cepas microbianas capaces de degradar residuos de refinería (lodos y barros). 2- Producción de cultivos para realizar la experiencia en campo. 3- Biodegradación de residuos en campo: acondicionamiento ambiental. 4- Seguimiento y evaluación de los cultivos provistos. El detalle de cada etapa es el siguiente: Aislación, selección, multiplicación y evaluación de cepas microbianas. En esta etapa se obtuvieron cepas con capacidad de ataque a residuos de hidrocarburos las cuales se extrajeron de lugares en los que hubo presencia de hidrocarburo durante varios años como las piletas API y tanques y piletas de almacenamiento de residuos. También se usaron cultivos ya experimentados en circunstancias similares. Extracción de muestras para aislación de microorganismos. Se utilizaron dos tipos: líquidas y sólidas. Las muestras líquidas se extrajeron de las piletas API y las muestras sólidas se extrajeron de distintos puntos de las orillas de las piletas de almacenaje de residuos sólidos existentes al momento del ensayo. Ambos tipos de muestras se almacenaron a temperatura ambiente en recipientes de polipropileno. Las muestras líquidas tuvieron las siguientes características Muestra 1 - Agua ASTM D 95 ................... 44.00 % v/v - Sedimentos por extracción ASTM D 473............................. 4.15 % p/v - Destilado por arrastre con vapor ................................. 32.50 % p/v Muestra 2 - Agua ASTM D 95 .................... 95.00 % v/v - Sedimentos por extracción ....... 0.75 % p/v - Destilado por arrastre con vapor.....................................2.10 % p/v AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 10 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Microorganismos involucrados Se utilizaron, además de los microorganismos obtenidos de las muestras extraídas en la refinería, cepas de colección. Medio de cultivo Se utilizó medio líquido para la adaptación de gérmenes y medio sólido para la aislación de los mismos. Medio de cultivo ClNa............................ 5.00 g/l SO4 Mg ........................0.20 g/l PO4 NH4 .......................1.00 g/l PO4 HK2 .............. 1.00 g/l SO4 (NH4 )2 .......... .0.50 g/l Fuente de carbono.....16,00 g/l Extracto de levadura ...0.02 g/l Obtención de cultivos microbianos Se realizaron tres ensayos en paralelo: uno para obtener el pool proveniente de la muestra líquida, otro de la muestra sólida y un tercero para adaptar las cepas de colección a las exigencias del sustrato. La adaptación se realizó en erlenmeyers agitados a 35 C y pH 6.8 durante seis semanas, utilizando una concentración creciente de hidrocarburo en cada etapa, cada una de las cuales duró una semana. Al final de la misma se transfirió una alícuota del cultivo a medio fresco con mayor concentración de hidrocarburo para continuar la adaptación. Ensayo de aislación y selección Los microorganismos se aislaron en caja de Petri, sobre medio sólido a pH 6.8, cultivándolos a una temperatura de 28 C durante 2 días en estufa. Se seleccionaron colonias de acuerdo con su diferente forma, color, características de su borde y superficie. Cada una de las colonias diferenciadas se sembró en tubos de ensayo. Se llevaron a estufa durante 48 horas, luego se llevaron a heladera a 4 C. Producción de los cultivos microbianos Se trabajo sobre 3 cultivos diferentes: * Cultivo microbiano A: formado por cepas de colección. * Cultivo microbiano B: formado por el pool microbiano obtenido de la muestra líquida. * Cultivo microbiano C: formado por el pool microbiano obtenido de la muestra sólida. Una vez obtenidos los cultivos, se efectuó el escalamiento hasta obtención de un volumen de 170 litros. El mismo se realizó en una secuencia de tres etapas: erlenmeyers agitados, reactor de preparación de inóculo de 12 litros y reactor de producción de 200 litros de capacidad. Estudios de campo Los ensayos en campo se realizaron en 8 parcelas de 2,5 m x 4 m. Los análisis iniciales realizados sobre muestras de suelo tomadas de las parcelas arrojaron los siguientes resultados: AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 11 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO - pH ................................ 7,20 - Nitrógeno total ............. 0,06 % - Fósforo ......................... 1,95 ppm - Materia orgánica........... 0,03 % Las parcelas fueron sometidas a un trabajo de remoción a una profundidad de 20 cm por medio de palas y se distribuyeron sobre las mismas los residuos sólidos en una concentración de 10 kg de residuos por m2 de terreno, posteriormente se cubrieron con una capa fina de tierra. Las parcelas se numeraron de 1 a 8, se utilizaron dos como testigo (sin inoculación) y las seis restantes se sembraron con los tres cultivos microbianos seleccionados por duplicado. La inoculación se efectuó distribuyendo en forma uniforme el cultivo microbiano mediante riego con manguera. Las parcelas 3 y 4 se inocularon con el Cultivo microbiano B, las parcelas 5 y 6 con el A y las parcelas 7 y 8 con el C. Seguimiento y evaluación de los cultivos Esquema de laboreo. Se realizó con frecuencia mensual un laboreo superficial de las parcelas a una profundidad de 20 a 25 cm, utilizando herramientas para agricultura. La frecuencia de riego fue semanal. Seguimiento del proceso de degradación. Se extrajeron muestras de las distintas parcelas utilizando técnicas de muestreo que garantizaran la representatividad de las mismas. Para la determinación de hidrocarburos se utilizó la norma ASTM D-473. Conclusiones En los cuatro ensayos realizados (parcela testigo frente a parcelas inoculadas), se observó una disminución de la concentración de hidrocarburos totales presentes, lo cual esta directamente vinculado a la reducción del contaminante. Se observó además una marcada diferencia en la eficiencia depurativa entre la parcela testigo y las parcelas inoculadas. Las curvas de decrecimiento de hidrocarburos totales en función del tiempo fueron marcadamente diferentes. En la parcela testigo se observa un período de latencia (período en el cual la población microbiana no manifiesta actividad depurativa visible) de aproximadamente dos meses. Después de dicho período comenzó una fase de depuración acelerada que se prolonga más allá de los seis meses. Por otra parte las parcelas inoculadas prácticamente no manifestaron período de latencia, iniciando la acción depurativa en forma casi inmediata. En los tres casos las curvas muestrearon un perfil similar, permaneciendo en decrecimiento por un período de cuatro meses, para luego disminuir la velocidad depurativa. Para un período de seis meses el cuadro de porcentajes de reducción de hidrocarburos es el siguiente: Parcela 1 (testigo)......... 41.16 % Parcela 3 .................. 66.50 % Parcela 5 .................. 61.83 % Parcela 7 .................. 72.80 % TECNOLOGIA DE BIOPILAS La tecnología de biopilas es un método biológico de tratamiento que consiste en tratar suelos en células de tratamiento formadas acumulándolo en pilas de 1 a 3 m de altura en las cuales se estimula la actividad microbiana por aireación continua y agregado de nutrientes. Esta tecnología se usa ampliamente para diversos tipos de contaminantes orgánicos. Se construyen sobre una base impermeable para impedir la migración de lixiviado y sobre ella se instala un sistema de tuberías perforadas conectadas a un soplador. Además se construye un sistema de recolección de lixiviado. La pila es recubierta con una membrana impermeable para prevenir la liberación de contaminantes al ambiente y protegerla de la intemperie. Opera en diversos climas. En zonas frías es AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 12 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO necesario incorporar aire precalentado. En una biopila se alcanzan degradaciones del orden del 90%, con tiempos de residencia que van desde 7 semanas para hidrocarburos livianos hasta 20 semanas para hidrocarburos pesados. Ventajas y desventajas de la Tecnologia de Biopilas Ventajas Simple en cuanto a implementación y diseño. Tiempos de tratamiento cortos (entre 2 y 6 meses) Desventajas Opera con valores menores de 50 g/kg de hidrocarburo Está limitada por la presencia de metales pesados en concentraciones superiores a 2.5 g/kg Costos competitivos Efectivo aun en caso de compuestos orgánicos con bajo nivel de degradación Pueden controlarse las emisiones de vapor Se adapta a distintas condiciones de suelo y de contaminante Parámetros utilizados para evaluar el sistema biopila La eficiencia de la biopila depende de muchos parámetros que pueden agruparse en tres categorías: a. Características del suelo Densidad microbiana El suelo normalmente contiene un gran número de microorganismos que incluyen bacterias, hongos, protozoos y actinomicetes. En suelos bien drenados estos organismos son generalmente aeróbicos. De ellos las bacterias son las más numerosas y activas particularmente con bajos niveles de oxígeno. La densidad microbiana en suelos varía generalmente entre 104 y 107 CFU/g de suelo. Para que una biopila sea efectiva el conteo en placa de heterótrofos debe ser de 103 CFU/g de suelo o más. pH El pH adecuado para el crecimiento bacteriano está entre 6 y 8 siendo 7 el valor optimo. En caso de que el suelo a tratar no se encuentre en dicho rango será necesario ajustar el pH al iniciar la biopila y luego programar el monitoreo de dicho parámetro. Contenido de humedad Los microorganismos del suelo necesitan condiciones apropiadas para el crecimiento. Una excesiva humedad en el suelo restringe el movimiento del aire a través del subsuelo, reduciendo la disponibilidad de oxígeno. El rango ideal de humedad del suelo se encuentra entre el 40 y el 85% de la capacidad de retención de agua, es decir entre el 12 y el 30% en peso. Temperatura El crecimiento microbiano es función de la temperatura. El rango en el cual se produce la biodegradación de hidrocarburos está comprendido entre 10 C° y 45 C°. Los valores que se encuentren por debajo o por encima de este rango no permiten un adecuado desarrollo bacteriano por lo cual requieren ajustes. Por ejemplo, para temperaturas inferiores a 10 °C será necesario inyectar aire caliente además de trabajar en estructuras tipo invernadero, si la temperatura excede los 45°C será necesario inyectar aire frío. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 13 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Concentración de nutrientes Los microorganismos requieren nutrientes inorgánicos como nitrógeno y fósforo pues ellos mantienen el crecimiento celular. La relación C:N:P manejada en biopilas generalmente es 100:10:1 o bien 100:10:0.5. b. Características del elemento a degradar Volatilidad Es necesario tener en cuenta la volatilidad de los contaminantes propuestos para tratar en una biopila Por ejemplo la nafta tiene una fracción significativa de compuestos volátiles no así los lubricantes. Los productos del petróleo generalmente contiene mas de cien elementos diferentes con distintos rangos de volatilidad. Si la proporción de volátiles es importante se debe operar aspirando aire, esto permite enviar los gases extraídos a un sistema de tratamiento físico-químico o físico-químico-biológico. Estructura química La estructura química de contaminante permite determinar el nivel de degradación esperado. Compuestos alifáticos y aromáticos de bajo peso molecular (menos de 9 átomos de carbono) son fácilmente degradables mientras que la biodegradabilidad disminuye a medida que aumenta el número de átomos de carbono o de anillos. Por lo tanto se debe tener en cuenta la estructura química a la hora de estimar tiempos de remediación, y la operación y monitoreo deben basarse en el constituyente que represente la etapa limitante. Concentración y toxicidad del contaminante En general la concentración de hidrocarburo total en suelo no debe exceder las 50000 ppm y los metales pesados deben estar por debajo de las 2500 ppm, en caso que estos requerimientos no se cumplan se debe diluir el contaminante hasta obtener los niveles deseados. c. Condiciones climáticas Temperatura ambiente Las temperaturas adecuadas para el funcionamiento de una pila varían entre 10 ºC y 45 ºC. Lluvias Las lluvias caídas sobre la biopila incrementan el contenido de humedad del suelo y causan erosión entonces si la biopila está localizada en una zona de alta precipitación debe tenerse en cuenta la construcción de una cobertura apropiada. Viento Durante períodos de viento puede producirse la erosión de la biopila, esto puede prevenirse recubriéndola. Diseño de la biopila Espacio requerido Se puede determinar dividiendo la cantidad de suelo a tratar por la altura de la biopila. Construcción Incluye Preparación del lugar: El lugar seleccionado debe proveer de espacio, infraestructura y servicios de soporte adecuados para la biopila. Se necesita disponer de un área plana, libre de construcciones para: • Sector de almacenamiento de suelo contaminado • Biopila • Sector para mezclado y preparación del suelo. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 14 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Fundación e impermeabilización La fundación consta de arcilla o suelo compacto con un espesor que puede variar entre 15 y 25 cm. También puede utilizarse una superficie de concreto. En muchos casos además de la fundación se impermeabiliza por medio de membranas para evitar la posible contaminación provocada por la eventual producción de lixiviado. Sistema de aireación Consta de un sistema de cañerías perforadas o ranuradas ubicadas en la parte inferior de la biopila que luego se unen a un soplador. Agregado de nutrientes En general se agregan antes de ingresar el suelo a la biopila. El fertilizante puede ser disuelto en agua o simplemente agregado en forma granular y luego mezclado con el suelo hasta homogeneizarlo. De ser necesarios también pueden adicionarse durante el funcionamiento de la pila mezclándolos con el agua del sistema de irrigación Sistema de Irrigación El contenido de humedad del suelo es uno de los factores críticos para la biodegradación. Por ello, en el muestreo inicial debe incluirse la medición del contenido de humedad y la capacidad máxima de retención de agua del suelo. Conociendo estos datos puede calcularse la cantidad de agua que debe agregarse al suelo. Luego debemos definir en que forma agregarla. Existen tres alternativas: • Hidratando el suelo mientras se encuentra en la zona de almacenamiento por medio de mangueras o rociadores. • Agregando agua cuando se está construyendo la pila (este método es poco efectivo ya que sí el suelo es apilado rápidamente la cantidad de agua que puede ser agregada entre cada descarga de la excavadora podría ser solo una fracción del agua necesaria). • Instalando un sistema de irrigación por goteo en la pila. Sistema de recolección de lixiviado Se debe prever este tipo de sistema cuando la capacidad de retención de agua del suelo es mayor al 85%. Este accesorio de la biopila puede incluirse en el sistema de aireación si éste opera extrayendo el aire o en forma independiente en caso de inyección. Consiste en cañerías de drenaje ranuradas instaladas en canaletas construidas en la pila en ellos se acumula el lixiviado que luego es transferido a un tanque de recolección por medio de una bomba. Monitoreo Suelo El objetivo es determinar las condiciones de la biodegradación. Se muestrea mensualmente y se analizan los siguientes parámetros: • Contenido de hidrocarburo. • Población bacteriana. • PH. • Nutrientes: fósforo, nitrógeno y potasio. • Contenido de humedad. • Temperatura Aire extraído del suelo El objetivo es determinar la distribución de oxígeno en la biopila y el nivel de degradación obtenido. Se muestrea al comienzo, durante la primera semana y luego mensualmente. Se analiza TPH, CO2 y O2, CASO DE ESTUDIO # 3. Tratamiento intensivo de suelos biorremediados en reactor biologico tipo airlift El tratamiento microbiológico de suelos, sedimentos y otros sólidos contaminados con hidrocarburos en la forma usual de aplicación lleva varios meses y los resultados muestran un decrecimiento asintótico del contaminante degradable. En casi todos los casos estudiados descriptos en la literatura puede ser observado un remanente del contaminante después del tratamiento. La razón de este fenómeno no resulta clara hasta el momento. Probablemente son los equilibrios de sorsión-desorsión o la distribución no homogénea en la materia sólida los responsables de este comportamiento. Trabajos recientes analizan individualmente los tres tipos de limitación mencionados anteriormente: degradabilidad, difusividad y desortividad. Algunos trabajos sugieren que la AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 15 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO difusión desde los agregados es el mecanismo limitante en la degradación hidrocarburos. Experimentos realizados con reactores tipo slurry para estudiar la biodegradabilidad de hexadecano y diesel oil muestran que la concentración residual de hidrocarburo después del tratamiento no es causada por incapacidad de los microorganismos presentes para degradar dichos substratos o por la formación de sustancias inhibidoras del desarrollo microbiano, ya que bajo otras condiciones de desarrollo mineralizan completamente el contaminante. Los suelos contaminados poseen una distribución no uniforme de contaminante según la granulometría del mismo y el contenido de materia orgánica. En los suelos biorremediados ocurre un fenómeno similar. La alternativa de usar reactores biológicos para realizar un tratamiento intensivo se encuentra seriamente limitada por los costos que implica mover grandes volúmenes de suelo. La base de planteo de este trabajo consiste en tratar solamente la parte altamente contaminada, o sea la fracción de partículas más finas, en un biorreactor aireado neumáticamente. La hipótesis de este trabajo se fundamenta en que en un sistema de depuración intensiva es posible lograr altas velocidades de transferencia de masa, fases homogéneas y condiciones controladas de desarrollo microbiano lo cual permite una descontaminación más profunda. Materiales y métodos Unidad de tratamiento (fig. 1): Esta unidad está formada por un tanque de lodos, un hidrociclón para separar la fracción fina del suelo y el reactor biológico. Todos están construidos en acero inoxidable AISI 316. El hidrociclón tiene 400 mm de altura, 100 mm de diámetro, 45 mm de diámetro de la salida superior y 5 mm de diámetro de la salida inferior. El reactor airlift tiene 218 mm de diámetro y 1025 mm de altura con un cilindro interior de 140 mm de diámetro y 900 mm de altura con fondo toriesférico de 35 mm de flecha máxima. Posee una camisa de agua, para termostatización. Se puede controlar pH, temperatura y caudal y presión de aire de ingreso. Fig. 1: Unidad de tratamiento Microorganismos: Se utilizó un consorcio microbiano aislado del suelo de un campo petrolero de la provincia de Mendoza, Argentina, mediante la siguiente técnica: una cantidad de suelo fue transferida a un erlenmeyer AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 16 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO conteniendo el siguiente medio de cultivo 5,0 g/l de NaCl; 0,2 g/l de MgSO4; 1,0 g/l de NH4PO4H2; 1,0 g/l de K2PO4H; 0,5 g/l de (NH4)2SO4; 0,02 g/l de extracto de levadura. Este erlenmeyer fue incubado en un agitador a 30ºC y adaptado a concentraciones crecientes de contaminante durante 45 días. Posteriormente fue transferido asépticamente a un tubo de ensayo con el siguiente medio de mantenimiento: 5,44 g/l de KPO4H2; 5,68 g/l de Na 2PO4H; 1,00 g/l de NH4Cl; 1,50 mg/l de FeCl3; 0,15 mg/l de CaCl2; 1,0 g/l de extracto de levadura; 16,00 g/l de gasoil parafínico; 25,0 g/l de agar. Posteriormente se almacenó en refrigeración a 4ºC. El cultivo obtenido está formado por un bacilo esporulado Gram positivo aerobio facultativo y una levadura aerobia. Microscopio: Se utilizó un microscopio Fisher Scientific, con objetivo de inmersión de 100 X y objetivos normales de 40 X y 60 X. Medio de cultivo: Para los ensayos de degradación en proceso semicontinuo se utilizó el medio de cultivo A (tab. 1 y 2) disuelto en el producto de cabeza del hidrociclón. Para la preparación del inóculo se utilizó el mismo medio pero en lugar del producto de cabeza del hidrociclón se utilizó agua deionizada para la disolución y se incorporó 16 g/l de gasoil hidrogenado como fuente de carbono. Para los ensayos de optimización de medios se usaron los medios A y B (tab. 1 y 2) combinando sus componentes de acuerdo a la tabla 4. Suelo contaminado: Se ha utilizado un suelo modelo compuesto por arena tamizada (diámetro menor o igual a 2 mm): 95%; humus de lombriz (sin tamizar): 4,5%, gas oil hidrogenado: 0,5%. Se prepararon dos tipos de suelo modelo (tab. 3). Tab. 1: Composición de los medios de cultivo Medio A Medio B KH2PO4 5,4 g/l NaCl 5,0 g/l Na 2HPO4 5,6 g/l MgSO4 0,2 g/l NH4Cl 1,0 g/l NH4 HPO4 1,0 g/l Extracto de levadura 1,0 g/l K2HPO4 1,0 g/l (NH4)2SO4 3,0 g/l Extracto de levadura 1,0 g/l Micronutrientes A 0,15 ml/l Micronutrientes B Tab. 2: 10,0 ml/l Composición de los micronutrientes Micronutrientes A Micronutrientes B FeCl3 10 g/l FeSO4 • 7 H2O 275 ml CaCl2 1 g/l ZnSO4 • 7 H2O 550 mg/l CaCl2 • 2 H2O 110 mg/l MnCl2 • 4H2O 275 mg/l CuSO4 • 5 H2O 110 mg/l CoSO4 • 7 H2O 110 mg/l KCl 2750 mg/l NaCl 2750 mg/l AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 17 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI Tab. 3: DR. EDUARDO Composición de los suelos modelo Diámetro \ Arena Grueso Fino Arena 0,501-2,000 mm 57,0% 9,5% Arena 0,101-0,500 mm 28,5% 28,5% Arena 0-0,100 mm 9,5% 57,0% Humus 4,5% 4,5% Gasoil hidrogenado 0,5% 0,5% Los suelos modelo se almacenaron durante 90 días. Durante este período los recipientes se rotaron diariamente para homogeneizar el contenido. Posteriormente el suelo fue hidrociclonado y el producto de cabeza fue utilizado para los ensayos de degradación. La distribución granulométrica se muestra en los gráficos 2 y 3 para los productos de cabeza de hidrociclón de los suelos modelos grueso y fino respectivamente. Metodología experimental: Se realizó un ensayo preliminar para cada suelo modelo contaminado. Posteriormente se siguió trabajando sólo con el suelo modelo fino en todos los ensayos en proceso discontinuo. En los ensayos en proceso semicontinuo se utilizó el suelo modelo fino. El volumen de trabajo del reactor fue de 40 l. Se utilizaron dos tipos de aireadores: el primero en forma de boquilla elíptica para los ensayos preliminares y una placa perforada en los demás ensayos. El aire se introdujo con un caudal de 13 a 34 l/min. El pH se mantuvo en 6,80 y la temperatura en 30°C. Para el estudio de la influencia de la temperatura, ésta se elevó hasta 40°C. Tambien se realizó un agregado de Tween 80. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 18 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI Tab. 4: DR. EDUARDO Combinaciones de los nutrientes en la optimización del medio de cultivo y concentraciones finales logradas en ensayos en erlenmeyers agitados Componente Testigo Fósforo Medio base Concentración de Concentración de Degradación macro/micronutrientes hidrocarburo (ppm) (%) A Medio de referencia (Sin degradación) 956 0 B Medio de referencia (Sin degradación) A 1,0 g/l KH2PO4 1,0 g/l NaH2PO4 A n.d. 198,81 79,2 101,23 89,8 234 76 5,0 g/l NH4H2PO4 5,0 g/l K2HPO4 Nitrógeno n.d. 1,0 g/l NH4H2PO4 1,0 g/l K2HPO4 B 0 5,4 g/l KH2PO4 5,6 g/l NaH2PO4 B 991 A 1,0 g/l NH4Cl 198,81 79,2 A 5,0 g/l NH4Cl 137,07 85,6 B 3,0 g/l (NH4)2SO4 101,23 89,8 1,0 g/l (NH4)H2PO4 274,48 72 1,0 g/l (NH4)H2PO4 B 15,0 g/l (NH4)2SO4 Micronutrientes A Micronutrientes A 198,81 79,2 Inorgánicos A Micronutrientes B 198,81 79,2 B Micronutrientes A 139,06 86 B Micronutrientes B 101,23 89,8 Micronutrientes A 0 g/l de extracto de levadura 95,25 90 Orgánicos A 0,2 g/l de extracto de levadura A 1,0 g/l de extracto de levadura B n.d. n.d. 198,81 79,2 0 g/l de extracto de levadura 81,31 91,8 0,2 g/l de extracto de levadura 89,28 91 B 1,0 g/l de extracto de levadura 101,23 89,9 Condiciones A pH constante (medio sin modificar) 198,81 79,2 Ambientales A 11,0 g/l KH2PO4, pH libre (final 5,75) 53,43 94 B pH constante (medio sin modificar) 101,23 89,8 B 2,0 g/l KH2PO4, pH libre (final 8,60) 109,19 89 n.d.: no determinado AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 19 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Determinaciones analíticas: Los hidrocarburos totales se determinaron mediante técnicas de espectro-fotometría infrarroja por la norma Stichting CONCAWE I-72 (A NONIMOUS 1972). El método consta de las siguientes etapas: se toma una muestra homogénea de lodo y se lleva el contenido a pH = 5 con ácido clorhídrico. Se agregan 5 g de cloruro de sodio y 50 ml de tetracloruro de carbono y se agita vigorosamente por 15 minutos. Luego se deja sedimentar por 10 minutos y se extrae un volumen de 10 ml de la capa de tetracloruro de carbono. 100 Masa acumulativa de suelo (%) 80 60 40 20 10 10 100 1000 10000 Diámetro de particula (µm) Fig. 2: Distribución de partículas en el producto de cabeza del hidrociclón para el suelo modelo grueso 100 Masa acumulativa suelo (%) 80 60 40 20 10 10 100 1000 10000 Diámetro de particula (µm) Fig. 3: Distribución de partículas en el producto de cabeza del hidrociclón para el suelo modelo fino Se agrega un gramo de Florisil y se agita por 2 minuto. Se deja sedimentar. El sobrenadante se analiza en la región espectral comprendida entre 3,2 y 3,6 µm comparándola contra un blanco de tetracloruro de carbono. Se determina el peso de los sólidos presentes en la muestra mediante filtrado o secado de la misma. Resultados y discusión Ensayos preliminares: los resultados se muestran en los gráficos 2 y 3 para los suelos modelo grueso y fino respectivamente. Se observa que se puede tratar eficientemente una suspensión de partículas finas altamente contaminada en un reactor airlift. Se han logrado degradaciones del 77% del hidrocarburo presente en un período de 62 horas para el suelo grueso y 55% en el modelo fino en 14 horas. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 20 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Se pueden distinguir dos fases: una inicial de degradación rápida y una lenta. La fase inicial puede deberse a un efecto combinado de degradación y evaporación. Este comportamiento coincide con las experiencias reportadas en la literatura: una primera en donde el contaminante presente en la superficie de la partícula se desorbe rápidamente y es consumido por los microorganismos y una segunda etapa en donde se produce la desorción del contaminante presente en el interior de la partícula (GEERDINK 1995). 5000 40 4000 Lodo Suelo 30 3000 20 2000 10 1000 0 Concentración de gas oil en el suelo (ppm) Concentración de gas oil en el lodo (ppm) 50 0 0 20 40 60 80 100 120 Tiempo (horas) Fig. 4: Degradación de gas oil adsorbido sobre suelo modelo grueso En los dos tipos de suelo estudiados se llega a una concentración final residual de hidrocarburo que no disminuye aunque se aumente el tiempo de tratamiento. Este valor límite representa alrededor del 25% de la concentración inicial del suelo para el suelo modelo grueso, mientras que para el suelo modelo fino la concentración residual corresponde al 50%. 45 2700 40 2400 35 2100 Lodo Suelo 30 1800 25 1500 20 1200 15 900 10 600 5 300 Co nc 0 en 0 tra ció Fig. 5: 0 20 40 60 80 Tiempo ( horas) 100 120 140 C on ce ntr ac Degradación de gas oil adsorbido sobre suelo modelo fino Si se comparan los ensayos realizados con el suelo modelo grueso y el fino se observa que la concentración inicial del slurry dentro del reactor difiere en un 25%, pero si se analiza la diferencia correspondiente a la fase sólida, tenemos una diferencia del orden del 95% entre el modelo fino y el modelo grueso (se considera a los efectos de la comparación la concentración menor; correspondiente al fino; como 100%). Este fenómeno se explica debido a la diferente composición granulométrica de los modelos y al efecto de la superficie específica en los fenómenos de sorción. En el modelo fino se tiene mayor proporción de partículas con baja granulometría (60%) mientras que en el grueso, dicha proporción es del 10%; por consiguiente, para una masa dada de AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 21 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO contaminante, la concentración por unidad de superficie de partícula es menor en el modelo fino que en el modelo grueso. Dado que el hidrociclón separa las partículas de un determinado tamaño, en el modelo fino tendremos una masa mayor de suelo que es enviado al reactor que en el modelo grueso, lo que explicaría la menor diferencia observada en la concentración de contaminante en el slurry. La tasa de degradación es más baja en el suelo modelo grueso que en el fino (fig. 4). Este comportamiento se puede explicar sobre la base de que en el modelo grueso el contaminante se hallaría en su mayor parte en los poros y en el interior de la partícula y en menor medida en la superficie. El contaminante presente en el interior de la partícula se desorbe lentamente. En los finos (fig. 5) ocurre un fenómeno opuesto: hay mayor superficie específica y menor longitud de poro por lo cual la desorción es más rápida (BOSMA et al.1997). Influencia de la concentración de oxígeno disuelto: El efecto de la concentración de oxígeno debido al cambio de aireador se puede observar en las figuras 6 y 7. Para mejorar la transferencia de oxígeno dentro del reactor se modificó el aireador cambiándolo por uno tipo placa circular con perforaciones múltiples. Si se analizan los resultados y curvas se puede concluir que el cambio de aireador produjo una mejora en la degradación desde 50% al 77% si consideramos la variación en la masa total en degradación. Esta diferencia no se refleja en la variación que experimenta la concentración final de hidrocarburos totales en fase sólida donde solo se produce una mejora del 6%, hecho que debe ser estudiado. Concentración de gas oil en el lodo (ppm) 45 Aireador 1 Aireador 2 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tiempo (horas) Fig. 6: Efecto de la concentración de oxígeno disuelto en el lodo Concentración de gas oil en el suelo (ppm) 2500 Aireador 1 Aireador 2 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tiempo (horas) Fig. 7: Influencia de la concentración de oxígeno disuelto en el suelo AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 22 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Una posible explicación es que en procesos donde se consume biológicamente un sustrato carbonado en muy bajas concentraciones, el oxígeno disuelto no constituye un sustrato limitante, por lo que la leve mejora observada se podría deber a la mayor turbulencia que favorece la transferencia de materia desde la superficie de la partícula al microorganismo (BAILEY y OLLIS 1986) Influencia del incremento de la temperatura y efecto de surfactan-tes: Los efectos del incremento de la temperatura y el efecto de la adición de surfactantes se muestra en la figura 8. Una vez que se llegó a la etapa asintótica se incre-mentó la temperatura para lograr una mayor desorción. Con este tratamiento se ha logrado una dis-minución global de la concentra-ción de hidrocarburo del 86% en 90 horas, lo cual significa un incremento del orden del 15% en la degradación. Los microorganismos necesitarían un período de 30 horas para adaptarse a las nuevas condiciones térmicas y recuperar una diversidad y concentración altas para el proceso degradativo. El agregado del tensioactivo (Tween 80) no introduciría una mejora por lo menos si se coloca posteriormente de haber efectuado un incremento de temperatura. 45 1800 40 1600 35 1400 Lodo Suelo 30 1200 25 1000 Incremento de temperatura 20 800 Incorporación de surfactante 15 600 10 400 5 200 0 Concentración de gas oil en el suelo (ppm) Concentración de gas oil en el lodo (ppm) Influencia del caudal de aire: La influencia del caudal de aire se muestra en la figura 9. El caudal de aire influye significativamente en el proceso de degradación, con un caudal de 30 litros por minuto la concentración de contaminante disminuye rápidamente alcanzándose una degradación del orden de 55% en 2,5 horas y una final de 70% en 16 horas. Cuando el caudal de aire es 13 litros por minuto se llega a 20% de degradación en 1,6 horas y 55% en 20 horas. 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Tiempo (horas) Fig. 8: Efecto del incremento de la temperatura e incorporación de surfactantes AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 23 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Concentración de gas oil en el lodo (ppm) 7 34 lpm 13 lpm 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tiempo (horas) Fig. 9: Influencia del caudal de aire Se observa una mayor degradación final cuando el caudal de aire es alto. Hay un desplazamiento del ”piso” de concentración residual al incrementar el caudal de aire. Análisis de la influencia de macro- y micronutrientes: Los resultados se indican en la tabla 4. La influencia de cada nutriente y grupos de micronutrientes se analizó por separado. Nitrógeno: Los mejores resultados se obtuvieron cuando la concentración se mantuvo entre 0,97 g/l y 1,33 g/l de + NH4 . Tanto un exceso como un déficit disminuyen la degradación alcanzada en un orden del 10 al 15%. -3 Fósforo: En una concentración del orden de 1,36 g/l de PO4 , se obtienen los mejores resultados. En concentraciones más altas se produce una disminución en la degradación del hidrocarburo del orden del 15%. Micronutrientes inorgánicos: Al trabajar con dos soluciones de micronutrientes, una rica y otra pobre, con distintas formulaciones de macronutrientes, no se observan diferencias apreciables en la degradación final obtenida. Este hecho se debe a que los micronutrientes se encuentran en cantidades adecuadas en el suelo (arena y humus) y en el agua del medio de cultivo. Micronutrientes orgánicos: Al trabajar con tres concentraciones de extracto de levadura como micronutriente orgánico no se observaron diferencias significativas en el medio B, mientras que en el medio A se observó que desfavorece la degradación. En el primer caso se podría explicar porque los componentes pueden ser aportados en cantidad suficiente por el humus y no es necesario incorporar el extracto de levadura. Cuando el pH se dejó evolucionar libremente en el medio B, el proceso de degradación llevó el pH a 8,6 y no se observó ningún efecto en la biodegradación final. En el caso del medio A el pH descendió y se incrementó la degradación en el orden de 15% (la disminución de pH favorecería el desarrollo de las levaduras). La composición del medio optimizado es: 5,00 g/l de NaCl; 0,20 g/l de MgSO4; 1,0 g/l de (NH4)H2PO4; 1,0 g/l de K2PO4H; 3,00 g/l de (NH4)2SO4; 1,00 g/l de extracto de levadura; 2,75 mg/l de FeSO4•7 H2O; 5,50 mg/l de ZnSO4•7 H2O; 1,10 mg/l de CaCl2•2 H2O; 2,75 mg/l de MnCl2•4 H2O; 1,10 mg/l de CuSO4•5 H2O; 1,10 mg/l de CoSO4•7 H2O; 27,50 mg/l de NaCl y 27,50 mg/l de KCl. Conclusiones • Se demostró la factibilidad de combinar un hidrociclón con un reactor airlift para lograr la degradación de la fracción de hidrocarburo remanente de un suelo biorremediado en un período de tiempo suficientemente corto. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 24 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI • • • • • • DR. EDUARDO La degradación máxima lograda para el proceso discontinuo es de 75% a 30°C, alcanzando concentraciones de 15 - 20 ppm a temperatura ambiente. Se llega a una concentración de 6 ppm a 40ºC, lo que representa una degradación del 86%. Se distinguen dos etapas en la desorción del contaminante: la primera en donde el gasoil presente en la superficie de la partícula se desorbe rápidamente y es consumido por los microorganismos. En esta fase, la etapa controlante, es la biodegradación del contaminante. En la segunda fase se produce la desorción del contaminante presente en el interior de la partícula, donde la etapa controlante es la transferencia de masa intrapartícula. Ambas etapas estarían limitadas por las características químicas del residuo. Un tiempo prolongado de tratamiento no produce un incremento significativo de la degradación en el proceso discontinuo. El aumento de la temperatura en la fase final del proceso favorece el proceso. El agregado del tensioactivo (Tween 80 ) no introduciría una mejora, por lo menos si se coloca posteriormente de haber efectuado un incremento de temperatura. Se ha optimizado el medio de cultivo. ESTABILIZACION Y SOLIDIFICACIÓN DE RESIDUOS La estabilización es el proceso que utiliza aditivos para reducir la naturaleza peligrosa de un residuo, transformando el residuo y sus constituyentes peligrosos en un bloque. Con ello se minimiza la velocidad de migración de los contaminantes al medio ambiente y también se reduce el nivel de toxicidad Aplicaciones Los tres campos principales son: Eliminación en el terreno de residuos líquidos Los residuos líquidos y los lodos con alto grado de humedad deben ser estabilizados antes de ser eliminados en vertederos. Esto se realiza con agentes estabilizantes capaces de ligarse química y físicamente con el líquido de manera que no sean expulsados por fuerzas de consolidación o lixiviados por percolación Recuperación de terrenos que contiene residuos orgánicos, inorgánicos o suelos contaminados. En este caso la estabilización permite mejorar las características físicas y el manejo de los residuos, disminuir la velocidad de migración y reducir la toxicidad de algunos contaminantes. La estabilización está especialmente indicada para grandes extensiones de suelo con bajo nivel de contaminación puesto que es más viable económicamente que la incineración. Solidificación de residuos industriales Si bien muchos compuestos de los residuos no ponen en peligro la salud o el medio ambiente, a menudo son inestables, inadecuados estéticamente y su naturaleza impide que esos terrenos tengan otros usos. En este caso la solidificación mejora las propiedades mecánicas y puede reducir la velocidad de migración de los contaminantes al medio ambiente. Mecanismos Para lograr la estabilización se utilizan una o más de las siguientes técnicas: 1. Macroencapsulación: la estabilización se logra reteniendo al residuo peligroso en los poros discontinuos del material estabilizante. La desventaja de este sistema es la posibilidad de una degradación física del material estabilizado, con lo cual los compuestos atrapados quedarían libres para migrar. 2. Microencapsulación: Los constituyentes del residuo quedan atrapados en el interior de la estructura cristalina de la matriz a nivel microscópico. Como resultado, incluso si los materiales estabilizados se degradan a partículas pequeñas, mayor parte del residuo permanece atrapado. 3. Absorción: La absorción requiere de un material sólido (absorbente) para absorber los líquidos libres del residuo. Los absorbentes más comunes son: suelo, cenizas volantes, polvo de hornos de cemento, polvo de hornos de cal, aserrín, heno y paja. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 25 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO El empleo de esta técnica es considerada una medida temporal para mejorar las características de manejo. 4. Adsorción: es el fenómeno por el cual los contaminantes quedan ligados de manera electroquímica a los agentes de estabilización de la matriz. Este tratamiento se considera más permanente ya que los contaminantes fijados químicamente a la matriz tienen menor probabilidad de quedar libres en el medio, necesitando una fuerza físico-química adicional para desorber el material de la superficie de adsorción. 5. Precipitación: algunos procesos de estabilización precipitan los contaminantes del residuo dando lugar a una forma más estable de los constituyentes dentro del residuo. Los precipitados, tales como hidróxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos y fosfatos quedan así contenidos en la masa estabilizada. Este sistema es aplicable a residuos inorgánicos y por lo tanto la permanencia del metal fijado depende del pH entre otros factores, por lo tanto deben considerarse las condiciones medio ambientales presentes y futuras para evaluar su eficacia. 6. Detoxificación: algunas de las reacciones químicas que tienen lugar durante el proceso de estabilización pueden originar un residuo de menor toxicidad. Un ejemplo de esto es la reducción del cromo con estado de valencia +6 a cromo con valencia +3 durante la estabilización con materiales tipo cemento. Para detoxificar el cromo se puede utilizar sistemas de fijación que reducen su valencia, el sulfato ferroso y la combinación de sulfato ferroso y sulfato sódico son efectivos en este sentido. Tecnología La descripción de la tecnología de la estabilización se puede realizar mediante el estudio de los distintos tipos de aditivos utilizados. 1. Cemento Es el principal agente en la estabilización de residuos peligroso. El más común es el cemento portland. En este proceso se mezclan los residuos con el cemento, si fuese necesario se agrega agua para su hidratación. La hidratación origina una estructura cristalina, de alumino-silicato cálcico. Esto da lugar a una masa dura, monolítica de aspecto rocoso. La estabilización con cemento se adapta mejor a residuos inorgánicos, especialmente con metales pesados, esto se debe al elevado pH, los metales son retenidos como hidróxidos insolubles o carbonatos en la estructura endurecida. Los contaminantes orgánicos interfieren el proceso de hidratación, reducen la resistencia final y no son fáciles de estabilizar. Para reducir la interferencia de los contaminantes orgánicos en la hidratación e incrementar la estabilización se pueden incorporar otros aditivos como arcillas modificadas o naturales, vemiculita y silicatos de sodio solubles. Ventajas Desventajas Tecnología bien conocida Sensibilidad del cemento a la presencia de ciertos Costos relativamente bajos contaminantes que pueden retardar el fraguado y Equipos y personal disponibles endurecimiento del material No es necesario eliminar el agua de lodos y residuos La alcalinidad del cemento puede neutralizar residuos ácidos. El sistema admite variaciones en la composición química del residuo 2. Puzolanas Es un material que reacciona con la cal en presencia de agua para producir material de cementación. Entre los materiales puzolánicos se encuentran las cenizas volantes, escorias de incineración y polvo de hornos de cemento. Al igual que la estabilización con cemento las puzolanas se utilizan para material inorgánico. El medio de alto pH es adecuado para residuos contaminados con metales pesados. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 26 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO 3. Cal La estabilización de lodos se realiza a menudo por adición de hidróxido cálcico. La cal también puede añadirse para subir el pH de lodos ácidos, junto con los otros reactivos que proporcionan las reacciones principales, como cenizas volantes. La estabilización con cal está indicada para contaminantes inorgánicos y se ha utilizado ampliamente con lodos metálicos. 4. Silicatos solubles El uso de compuestos silíceos en estabilización de metales se utiliza desde hace mucho tiempo en procesos comerciales a gran escala. En algunos de estos procesos, los reactivos de sílice se acidifican para dar lugar a una solución monosilícea ácida a la que se añaden los residuos con metales. En otros, la combinación de silicatos líquidos solubles y cemento forman la base del proceso, el cual es efectivo para suelos con altas concentraciones de plomo, cobre y zinc. 5. Arcillas modificadas orgánicamente Recientemente se han empezado a usar las arcillas modificadas orgánicamente junto con otros reactivos de estabilización para atrapar la porción orgánica del residuo a estabilizar. Estas arcillas se originan cuando se modifican orgánicamente las arcillas naturales para hacerlas organofílicas. El proceso de modificación se realiza mediante la sustitución de cationes inorgánicos de la arcilla por cationes orgánicos, generalmente iones de amonio cuaternario. La eficacia de las arcillas modificadas en la estabilización de residuos con compuesto orgánicos se debe a la adsorción de los contaminantes a la arcilla que a su vez puede ser encapsulada mediante cemento u otros aglomerantes. Las arcillas organofílicas se añaden primero al residuo y se les permite interactuar con los compuestos orgánicos, luego se añaden otros agentes para proporcionar resistencia y solidificar el material. 6. Cal modificada Como en el caso anterior los productos de cal modificada orgánicamente se han desarrollado específicamente para la estabilización de residuos orgánicos. 7. Polímeros orgánicos temoestables El proceso implica la mezcla de un monómero, como la urea formaldehído que actúa como catalizador, para formar un material polimérico. Se forma así una masa tipo esponja, que retiene en la matriz partículas sólidas del residuo peligroso Ventajas Son aplicables en residuos orgánicos, no volátiles y líquidos. El material obtenido es de baja densidad. Se requieren pequeñas cantidades de aditivos para solidificar los residuos. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Desventajas No son aplicables para recuperación de terrenos debido a su costo, peligro de incendio, producción de agua a partir del residuo y volatilización de compuestos orgánicos. Página 27 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI 8. DR. EDUARDO Materiales termoplásticos Es un sistema que combina materiales plásticos fundidos con residuos a altas temperaturas. Los materiales termoplásticos más comunes son: asfalto, betún, parafina, polietileno, polipropileno y azufre. La estabilización termoplástica presenta interés para residuos mixtos (peligrosos y radioactivos) y su principal limitación es la presencia de productos químicos orgánicos que actúen como solventes o la existencia de materiales en la matriz que puedan deteriorar el material termoplástico. De todas formas, los residuos estabilizados termoplásticamente son bastante resistentes a lixiviación y biodegradación. 9. Vitrificación Implica la fundición y fusión de materiales a temperaturas superiores a 1600ªC seguido de un enfriamiento rápido para obtener una forma amorfa, no cristalina. La vitrificación se considera un proceso de solidificación ya que se obtiene un residuo estructuralmente más estable con un potencial de migración de contaminantes reducido. Ensayos La elección de los ensayos apropiados y la interpretación de los resultados depende de los objetivos del programa de estabilización La elección del tipo y cantidad de reactivo a utilizar en la estabilización depende de los objetivos específicos del programa de recuperación de terrenos, por ejemplo, el riesgo calculado para aguas subterráneas en una alternativa de estabilización puede ser función de la cantidad de arsénico que se estima va a lixiviarse diariamente. En este caso, los ensayos deben estimar la cantidad de arsénico lixiviable 1. Ensayos de extracción y lixiviación La principal razón para elegir la estabilización como técnica de gestión de residuos es la reducción de la velocidad a la que pueden migrar los contaminantes al medio. Los ensayos de lixiviación pueden tener distintos objetivos: • Ensayo normalizado que proporcione los fundamentos para un proceso de toma de decisiones uniforme y consistente • Ensayo predictivo llevado a cabo para generar datos que pueden emplearse en la simulación de la migración de contaminantes en el mundo real. • Ensayos de investigación para estudiar los mecanismos de unión básicos, factores de interferencia y los principios fundamentales de la técnica de estabilización. Debido a que cada uno de estos ensayos tiene diferentes objetivos, se han desarrollado distintos métodos, los cuales se enumeran a continuación: Métodos de ensayos de lixiviación Ensayo con filtro Ensayo de liberación de líquidos Ensayo de toxicidad procedimiento de lixiviación Procedimiento de lixiviación uniforme modificado Ensayo de concentración máxima posible Ensayo de lixiviación de equilibrio Ensayo de lixiviación dinámica Ensayo de lixiviación secuencial Procedimiento de extracción múltiple 2. Ensayos químicos El análisis químico del lixiviado es una labor compleja. El tipo de análisis y el procedimiento analítico a menudo se especifican en el procedimiento de lixiviación citando el Standard Methods o los protocolos de la EPA. 3. Ensayos de propiedades físicas y técnicas AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 28 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Para evaluar la integridad física y las propiedades técnicas (resistencia, compresibilidad y permeabilidad) de los materiales estabilizados se han adaptado una serie de ensayos del área de ingeniería civil. Estos ensayos se resumen a continuación Ensayos de propiedades físicas, técnicas y durabilidad Propiedad Objetivo Propiedades físicas Contenido de humedad Cálculos de fases (saturación, relación de huecos) Densidad másica seca y húmeda Cálculos de tensiones y volumen Peso específico Cálculos de fases (saturación, relación de huecos) Límites de Atterberg Correlacionado con las propiedades técnicas Granulometría Parámetro de clasificación (distingue entre arena, limo y arcilla, por ejemplo) Indice de cono en laboratorio Resistencia de la mezcla Penetrómetro de campo Resistencia de la mezcla Examen de microestructura Cristalización Velocidad de fraguado Formación de sobrenadante durante curación Líquido en exceso Propiedades técnicas Resistencia Análisis de estabilidad Compresibilidad Análisis de asentamiento Permeabilidad Cálculos de flujo y transporte Propiedades de durabilidad Húmedo/seco Integridad a largo plazo Hielo/deshielo Integridad a largo plazo Aplicación en campo La elección de un tipo de proceso de estabilización depende de factores como las características del residuo, manejo y tratamiento de los materiales, objetivos de la estabilización, requerimientos legales y económicos. 1. Alternativas de mezcla en bidones Para mejorar las características físicas de los residuos peligrosos almacenados en bidones antes de su eliminación en el terreno, los contenedores con lodos o líquidos tóxicos y peligrosos pueden estabilizarse utilizando procedimientos de solidificación en los propios bidones. En general, el proceso consiste en la adición de los reactivos químicos y su mezcla utilizando una pala mezcladora de entrada superior. Este método de solidificación ha sido muy empleado y puede realizarse por control remoto. 2. Alternativas de mezcla in situ Es el método más utilizado. Se emplean equipos de construcción comúnmente disponibles para realizar el proceso de mezcla. En el caso de tratamiento de grandes lagunas, este método resulta el más económico casi siempre al minimizar el manejo de los residuos. 3. Alternativas de mezcla en planta Una manera más minuciosa de mezclar los reactivos de estabilización con los residuos peligrosos es mediante el uso de un mezclador mecánico trabajando en proceso continuo o discontinuo. Con esta alternativa, el residuo peligroso se suministra a un proceso de mezcla donde se adicionan y mezclan los agentes. Se colocan entonces los materiales tratados en su zona de eliminación final. AIDIS – 24 al 27 de Noviembre de 1998 Página 29 CURSO LATINOAMERICANO DE ESPECIALIZACION EN TÉCNICAS DE REMEDIACION AMBIENTAL TEMA 11: TRATAMIENTOS BIOLOGICO ERCOLI DR. EDUARDO Un proceso discontinuo adiciona cantidades establecidas de residuo y reactivo para mezclar durante un tiempo de contacto fijado. Un proceso continuo permite una entrada continua de residuo y reactivos y proporciona el tiempo de contacto necesario según el diseño del equipo de alimentación y mezcla. La mezcla en planta se aplica, en general. En el mismo emplazamiento utilizando equipo transportable. 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