Res™duos de ConstrucciŠn

CAPÍTULO 7
7.1. Procesos Físico - Químicos
TECNOLOGÍAS
DE SANEAMIENTO
7.1.1. Extracción de aire del suelo
7.1.2. Inyección de aire comprimido
7.1.3. Pozos de recirculación
7.1.4. Extracción de agua para tratamiento
7.1.5. Extracción de fase libre
7.1.6. Eliminación de la fase no acuosa pesada
7.1.7. Electromigración
7.1.8. Barreras activas
7.1.9. Lavado de suelos ex situ
Las tecnologías de saneamiento utilizan diferentes principios de acción para recuperar los
suelos contaminados (físico-químico, biológico, térmico, mixto). Además, dependiendo de
la forma de implantación, estas tecnologías se pueden considerar in situ o ex situ.
El presente capítulo está estructurado de acuerdo con estos criterios, describiéndose en primer
lugar aquellas técnicas que utilizan los procesos físicos, químicos o ambos como proceso principal de descontaminación, seguidas de las tecnologías que se basan en procesos biológicos.
En tercer lugar se incluyen las tecnologías de procesos térmicos, para terminar con aquellas
tecnologías que se basan en procesos mixtos, es decir, en las que intervienen varios tipos de
procesos a la vez, sin que se pueda claramente distinguir uno de ellos como dominante.
Las tecnologías de saneamiento que se describen, clasificadas en función de los principios
de acción, se sintetizan en la tabla 7.1.
7.1.10. Extracción con disolventes
7.2. Procesos Biológicos
7.1. Procesos Físico-Químicos
7.2.1. Bioventilación
7.1.1. Extracción de aire del suelo
7.2.2. Inyección de aire comprimido (biosparging)
Fundamentos
7.2.3. Lavado de suelos in situ
7.2.4. Biopilas
7.3. Procesos Térmicos
7.3.1. Desorción térmica
7.3.2. Incineración
7.4. Procesos Mixtos
7.4.1. Extracción multifase
7.4.2. Fitorecuperación
7.4.3. Atenuación natural
La extracción de aire del suelo es una técnica de recuperación in situ aplicable fundamentalmente a la zona no saturada. El principio de acción de esta técnica se basa en la extracción de los contaminantes adsorbidos en las partículas del suelo, mediante volatilización o
evaporación. La extracción del aire se puede realizar mediante pozos verticales y/o tuberías horizontales, en función de las restricciones impuestas por los edificios o infraestructuras existentes en el emplazamiento. El aire con los contaminantes volátiles se dirige hacia
los pozos de extracción, que lo conducen a superficie, donde se trata en instalaciones de
depuración adecuadas (filtros de carbón activo, oxidación térmica, etc.). En ocasiones la
extracción de estos compuestos se puede favorecer mediante la inyección de aire a alto
caudal a través de pozos de inyección.
Dado que con esta técnica se persigue la volatilización de los contaminantes, las tasas de
inyección/extracción de aire son en general superiores a las aplicadas en la bioventilación. En general, la extracción de aire se realiza de forma continua, hasta que la concentración de los contaminantes en el aire extraído alcanza niveles mínimos y relativamente
constantes. En estos casos, la extracción de aire se recomienda realizar de forma intermitente, lo que mejora el rendimiento dejando concentraciones residuales menores.
La extracción del aire puede llegar a ejercer una presión negativa sobre el agua subterránea,
de forma que ésta se puede desplazar hacia los pozos. En caso que esto pueda ocurrir, o
que se quiera aplicar la extracción de aire a la zona saturada, se debe llevar a cabo la
extracción previa del agua subterránea.
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TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
Tabla 7.1 Tecnologías de Saneamiento
Tecnologías
Descripción
Aplicación
Procesos Físico - Químicos
Extracción del
aire del suelo
Se aspira a través de pozos creando un gradiente
de presión/concentración para la extracción de volátiles en fase gaseosa.
In situ
Inyección de
aire comprimido
Inyección de aire a elevado caudal en la zona saturada favoreciendo
la separación de los contaminantes presentes en la fase líquida
mediante evaporación o volatilización.
In situ
Pozos de
recirculación
Se induce una recirculación in situ del agua subterránea, a la vez que se
lleva a cabo un proceso de stripping para la volatilización
de contaminantes.
In situ
Extracción
de agua para
tratamiento
Mediante la instalación de técnicas de extracción de agua subterránea
(pozos, drenes, zanjas) se trata la misma en superficie.
In situ
Extracción
de fase libre
Diferentes técnicas de extracción de hidrocarburos en fase libre
(pozos, drenes, zanjas).
In situ
Eliminación
de la fase no
acuosa pesada
Extracción mediante pozos, de contaminantes en fase libre más densos
que el agua.
In situ
Electromigración
Se aplica una corriente eléctrica de baja intensidad en el suelo
para desorber y movilizar metales y compuestos orgánicos
polares hacia los electrodos.
In situ
Barreras activas
Se instalan pantallas in situ perpendicularmente al flujo de la pluma
de contaminación, las cuales permiten el paso de agua subterránea
a la vez que eliminan o degradan los contaminantes.
In situ
Lavado de
suelos ex situ
Los contaminantes adheridos a las partículas finas del suelo se separan
en un medio acuoso. El agua de lavado puede llevar agentes quelantes,
ajuste de pH y surfactantes para facilitar la eliminación de compuestos
orgánicos y metales pesados.
Ex situ
Extracción
con disolventes
Se utiliza un disolvente orgánico como agente extractor, que se mezcla
con el suelo. Una vez finalizada la extracción, la mezcla se separa
y el disolvente con los contaminantes se trata.
Ex situ
Bioventilación
Extracción y/o inyección de aire en la zona no saturada para potenciar
la biodegradación.
In situ
Inyección de
aire comprimido
(Biosparging)
Inyección de aire a bajo caudal en la zona saturada estimulando
la actividad de los microorganismos.
In situ
Lavado de
suelos in situ
Estimulación de la actividad de microorganismos haciendo circular
soluciones acuosas con nutrientes/oxígeno para la degradación
de contaminantes.
In situ
Barreras activas
biológicas
Únicamente difieren de las físico-químicas en que el relleno
de la pantalla potencia la biodegradación de los contaminantes.
In situ
Biopilas
Tecnología en la que se sitúa el suelo en camas, desarrollada
normalmente en naves cerradas, con aireación del suelo mediante
soplantes o aspiradores para estimular la biodegradación.
In situ
Desorción
térmica
El suelo se calienta a baja-media temperatura para volatilizar
los contaminantes orgánicos que se incorporan a una corriente
de gas a tratar antes de su emisión a la atmósfera.
Ex situ
Incineración
El suelo se somete a altas temperaturas para oxidar y volatilizar
los contaminantes orgánicos.
Ex situ
Campo de aplicación
Procesos Biológicos
Procesos Térmicos
Procesos Mixtos
Extracción
multifase
Tecnología de extracción mediante pozos, de contaminantes en fase
líquida y en fase vapor.
In situ
Fitorrecuperación Se utilizan plantas para eliminar, transferir, estabilizar y destruir
contaminantes, tanto orgánicos como inorgánicos.
In situ/Ex situ
Atenuación
natural
In situ
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Se confía a los procesos naturales presentes en el suelo (dilución,
dispersión, volatilización, biodegradación, degradación química)
la función de reducir las concentraciones de contaminantes.
En caso de que la superficie del emplazamiento sea permeable, se puede sellar temporalmente ésta con una lámina sintética para limitar la infiltración de aire atmosférico en el
suelo, reducir emisiones incontroladas de vapores a la atmósfera y aumentar el radio de
influencia de los pozos de extracción.
Esta técnica es aplicable a suelos contaminados con sustancias volátiles y semivolátiles
con una presión de vapor de al menos 100 N/m2 y una constante de Henry superior a
0,01. A estas condiciones responden algunos hidrocarburos derivados del petróleo (los
de cadena inferior a 14 carbonos), algunos disolventes no clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos ligeros (de 2 anillos) y los compuestos organoclorados volátiles.
No es una técnica recomendable para el tratamiento de las fracciones pesadas de los
hidrocarburos derivados del petróleo (> C25), metales, PCBs o dioxinas. El espectro de
contaminantes tratables se aumenta (sobre todo para semivolátiles) mediante la extracción de aire estimulada térmicamente mediante diversos métodos, tales como la utilización de resistencias eléctricas, radiofrecuencias, campos magnéticos o inyección de aire
caliente.
El uso de resistencias eléctricas para calentar el suelo se utiliza en suelos de baja permeabilidad tales como arcillas y sedimentos de granulometría fina, ya que son medios bastante conductivos. Los electrodos se sitúan directamente en las capas poco permeables y mediante el
calentamiento se seca el suelo, el cual acaba por fracturarse, aumentando la permeabilidad
del mismo.
El método más común para el calentamiento es la inyección de aire caliente, el cual no
necesita instalaciones extras además de las necesarias para la extracción del aire del
suelo.
La presencia de fase libre sobre la superficie freática dificulta su aplicación, por lo que
es aconsejable eliminar ésta antes de iniciar la extracción de aire del suelo mediante las
técnicas existentes a tal efecto.
Por otra parte, altas concentraciones de contaminantes orgánicos (orientativamente,
superior a 10.000 mg/kg) tienen un efecto negativo, incrementando el tiempo de tratamiento y reduciendo el rendimiento de la técnica.
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A fin de facilitar el movimiento del aire inyectado, el suelo debe tener una permeabilidad suficiente (orientativamente, una conductividad hidráulica mínima de 0,1 m/día). En
caso de tratar un suelo heterogéneo, es recomendable realizar estudios piloto previos,
ya que la existencia de zonas o estratos contaminados de baja permeabilidad puede
provocar flujos preferentes de aire a través de las zonas más permeables, disminuyendo
considerablemente la eficacia del tratamiento en las menos permeables. En todo caso,
la permeabilidad del suelo puede incrementarse mediante la técnica de fracturación.
En condiciones óptimas (suelos con una permeabilidad mayor de 3 m/día y con una concentración de contaminantes orgánicos volátiles inferior a 3.000 mg/kg), se pueden alcanzar rendimientos de recuperación superiores al 95%. Para alcanzar estos rendimientos es
preciso un plazo que, en condiciones medias, puede situarse entre 3 y 9 meses.
Además de la tipología y distribución espacial de la contaminación (en extensión y profundidad) es necesario conocer los siguientes parámetros del suelo: estructura litológica,
permeabilidad, granulometría, porosidad efectiva, humedad, pH, temperatura.
Para garantizar la viabilidad de la aplicación de esta técnica, se deben realizar siempre estudios piloto que permitan establecer los parámetros esenciales de diseño (caudales de inyección/extracción y radio de influencia de los pozos).
Costes
El rango típico de coste de aplicación de esta técnica varía de 10 a 15 € por m3, excluyendo el tratamiento del aire extraído.
Aspectos ambientales
El consumo energético de una unidad de extracción de aire intersticial se sitúa en torno a 0,01
kWh por m3/hora de caudal nominal de aire. Los gases extraídos del suelo pueden encontrarse
en proporciones explosivas, por lo que es aconsejable disponer de equipos de medición y control del riesgo de explosión. Pueden producirse molestias por ruidos y olores.
7.1.2. Inyección de aire comprimido
Fundamentos
La inyección de aire comprimido es una técnica de recuperación in situ aplicable, en principio, a la zona saturada del suelo y a las aguas subterráneas, aunque algunos contaminantes adsorbidos en la zona no saturada pueden ser a su vez tratados mediante esta técnica. Para su aplicación se instalan pozos de inyección de aire en la zona saturada, dispuestos horizontal o verticalmente. La base de aplicacición de esta técnica consiste en
una separación de los contaminantes presentes en la fase líquida, mediante su evaporación o volatilización (fase vapor). Mediante la inyección forzada de aire se produce un
desplazamiento de los contaminantes presentes en la fase líquida hacia la zona no saturada (en fase vapor). Por este motivo esta técnica se suele combinar con sistemas de
extracción de aire.
cuyo valor depende de muchos factores (composición y permeabilidad del suelo, contaminantes a tratar, plazo de descontaminación, etc.).
Para garantizar la viabilidad de la aplicación de esta técnica, se deben realizar siempre
estudios piloto que permitan establecer los parámetros esenciales de diseño (caudales de
inyección/extracción y radio de influencia de los pozos).
Campo de aplicación
Esta técnica es aplicable a suelos y aguas subterráneas contaminadas con sustancias volátiles y semivolátiles con una presión de vapor de al menos 100 N/m2 y una constante de
Henry superior a 0,01. A estas condiciones responden algunos hidrocarburos derivados
del petróleo (los de cadena inferior a 12 carbonos), algunos disolventes no clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos ligeros (de 2 anillos) y los compuestos organoclorados
volátiles. No es una técnica recomendable para el tratamiento de las fracciones pesadas
de los hidrocarburos derivados del petróleo (> C25), metales, PCBs o dioxinas.
La presencia de fase libre dificulta su aplicación, por lo que es aconsejable eliminar ésta
antes de iniciar la extracción de aire del suelo. Por otra parte, altas concentraciones de contaminantes orgánicos (orientativamente, superior a 10.000 mg/kg) tienen un efecto negativo, incrementando el tiempo de tratamiento y reduciendo el rendimiento de la técnica.
Cuando la contaminación se localiza en un acuífero confinado, la técnica no es aplicable,
al impedir el movimiento de los contaminantes hacia la zona no saturada. La proximidad
de sótanos y alcantarillas así como otras edificaciones próximas o en el emplazamiento,
genera riesgos potenciales al favorecer la acumulación de contaminantes, incrementando
así el riesgo de explosión, en estas situaciones es necesario aplicar siempre un sistema de
extracción de vapores del suelo.
Esta tecnología opera con elevados caudales de aire, ya que persigue la rápida volatilización de los COVs disueltos en el agua subterránea y la extracción del aire contaminado
que pasa a la zona no saturada. El aire extraído es necesariamente depurado en superficie mediante la técnica más apropiada para cada tipo de contaminante.
A fin de facilitar el movimiento del aire inyectado, el suelo debe tener suficiente permeabilidad (orientativamente, una conductividad hidráulica mínima de 0,1 m/día). En caso de
tratar un suelo heterogéneo, es recomendable realizar estudios piloto previos, ya que la
existencia de zonas o estratos contaminados de baja permeabilidad puede derivar en que
la técnica no sea efectiva, dejando zonas sin sanear. En todo caso, la permeabilidad del
suelo puede incrementarse mediante la técnica de fracturación.
Al igual que en la extracción de aire, el radio de influencia (máxima distancia a la que,
desde un pozo de extracción/inyección, se puede inducir un caudal de aire suficiente para
mantener tasa de degradación aceptables en el suelo) es un parámetro clave de diseño
En condiciones óptimas, se pueden alcanzar rendimientos de recuperación superiores al
85%. Para alcanzar estos rendimientos es preciso un plazo que, en condiciones medias,
puede situarse entre 2 y 4 años.
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Aparte de la tipología y distribución espacial de la contaminación (en extensión y profundidad) es necesario conocer los siguientes parámetros del suelo: estructura litológica, permeabilidad, espesor de la columna de agua, pH.
Costes
El coste de instalación de un sistema de inyección de aire comprimido es muy variable y
puede estar comprendido entre 5.000 y 10.000 €. Excluyendo los costes de tratamiento
del efluente gaseoso contaminado extraído, el coste de aplicación de esta tecnología de
recuperación, se encuentra comprendido entre 12 y 25 € por m3.
La realización de estudios piloto de recuperación de suelos y aguas subterráneas mediante la inyección de aire comprimido suele estar comprendido entre 12.500 y 20.000 €.
Aspectos ambientales
La inyección de aire a presión es una técnica que precisa un elevado consumo energético
(0,1 - 0,2 kWh por m3N/h), siendo éste el principal factor ambiental a tener en cuenta, así
como el hecho de que hay que tratar los efluentes gaseosos tras su extracción, lo que puede
producir molestias por ruidos y olores.
7.1.3. Pozos de recirculación
Fundamentos
Los pozos de recirculación constituyen una tecnología centrada en la recuperación in situ
de agua subterránea contaminada, principalmente con compuestos orgánicos volátiles
(COVs).
Esta tecnología sigue los mismos principios de acción que la inyección de aire comprimido, mediante la cual los contaminantes disueltos en el agua subterránea se separan de la
fase líquida mediante evaporación o volatilización, pasando a fase vapor. Sin embargo,
la implantación y desarrollo de ambas presentan claras diferencias. Mientras que la inyección de aire comprimido se lleva a cabo directamente en la zona saturada del suelo de
forma que los contaminantes, una vez en fase vapor pasan a la zona no saturada donde
son recogidos, en los pozos de recirculación el aire se inyecta en el interior de un pozo y
el proceso tiene lugar en su práctica totalidad en la zona saturada.
La aplicación de la técnica se basa en la creación de una celda de circulación de aguas subterráneas alrededor de un pozo. Para poder crear estas celdas de circulación, la configuración de los pozos es un aspecto fundamental. El pozo incluye un doble revestimiento y dos
intervalos (tramos de filtros) separados hidráulicamente, ambos dentro de la zona saturada.
El intervalo superior se sitúa al mismo nivel que el nivel freático o ligeramente por encima de
él y, el intervalo inferior se sitúa próximo al límite inferior del acuífero contaminado.
Mediante la inyección de aire en el espacio interno del pozo, se favorece la recirculación del
agua. El agua subterránea entra por el tramo inferior del filtro, ascendiendo por el pozo y
saliendo por el tramo superior. La ascensión del agua se produce como consecuencia de la
inyección forzada de aire incrementando la superficie de contacto agua/aire y disminuyendo la densidad del agua (cuando el agua contiene burbujas de aire tiene menor densidad
que cuando carece de ellas), proceso similar a la separación por vapor. Este proceso favorece la volatilización de los compuestos orgánicos.
Una vez que el agua asciende y alcanza el filtro superior de pozo, sale al exterior,
volviendo al acuífero y cayendo en éste por gravedad, de forma que cuando alcanza
la parte inferior del pozo, entra de nuevo en el mismo creando una celda de recircu-
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lación. El hecho de que el ciclo se repita, permite reducir los niveles de contaminación
hasta los objetivos deseados.
Con esta técnica los contaminantes disueltos en las aguas subterráneas son transferidos a
la fase vapor. El aire contaminado se extrae (mediante bombas de vacío) del espacio externo del pozo, entre los dos revestimientos y se trata en superficie (generalmente con filtros
de carbón activo) o se vuelve a infiltrar en la zona no saturada, para degradar los contaminantes a través de los procesos biológicos del suelo.
Se han realizado numerosas modificaciones del proceso básico de recirculación; inyección
de nutrientes para favorecer la biodegradación, modificación del área de influencia del
pozo añadiendo determinados productos químicos que favorecen la estabilización in situ de
metales originalmente disueltos en el agua subterránea, etc. Algunas de las modificaciones
más comunes son procesos patentados, entre los que se encuentran:
NoVOCsTM: este método es muy similar al general descrito anteriormente. Como variación, el sistema incluye una placa de deflexión que favorece la desviación de las burbujas de aire, mezclándose unas con otras, dando lugar a burbujas de mayor tamaño,
lo que facilita la extracción de aire. El agua sale del pozo por la parte superior del filtro
y el aire contaminado es extraído por vacío para tratarlo en superficie. Por otro lado,
este sistema permite además, la eliminación de metales a través de una fijación in situ.
El sistema está patentado por la Universidad de Stanford y comprado en 1994 por
EG&G Environmental.
Unterdruck-Verdamfer-Brunnen (UVB): El sistema UVB está patentado en Alemania por IEG
Technologies Corporation. El UVB favorece la elevación del agua en el interior de la celda
mediante una bomba de aire sumergible que permite mantener un caudal constante y garantiza el paso del agua de una zona de filtrado a otra. Además incorpora un reactor de separación por vapor que facilita el paso de contaminantes volátiles en fase líquida a fase vapor.
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Density Driven Convection (DDC): este método potencia la biorecuperación, de forma que
el aire extraído se infiltra de nuevo en la zona no saturada del suelo. El proceso se favorece, adicionando en la infiltración además de oxígeno, nutrientes. Está desarrollado y
patentado por Wasatch Environmental, Inc.
Aspectos ambientales
Campo de aplicación
7.1.4. Extracción de agua para tratamiento
Esta tecnología se suele aplicar para eliminar compuestos orgánicos volátiles halogenados,
tales como tricloroetileno (TCE) y productos derivados del petróleo, como benceno, tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX). Realizando algunas modificaciones al sistema, se puede
aplicar también para eliminar compuestos orgánicos volátiles no halogenados, semivolátiles, pesticidas y compuestos inorgánicos.
Si bien el tipo de sustrato no supone una limitación como en la infiltración de aire comprimido, puede afectar al rendimiento del tratamiento, ya que esta tecnología se aplica de
forma óptima en sustratos arenosos, obteniendo menores rendimientos en arcillas o turbas.
Se debe tener en cuenta que la descarga de agua subterránea en la zona no saturada
puede producir la movilización de contaminantes a la zona saturada.
Para que esta tecnología funcione correctamente, la corriente de entrada del aire debe ser
superior a la de dispersión horizontal del agua en el acuífero, de forma que se pueda crear
la celda de recirculación. Además, se debe contar con el espesor de acuífero necesario
para la recirculación, ya que si el espacio disponible en el subsuelo es muy reducido, esta
técnica no se puede llevar a cabo. Durante la separación por vapor pueden producirse
precipitados químicos que pueden obstruir las paredes del pozo limitando la circulación
del agua subterránea.
La extensión de la zona de recirculación de agua subterránea se denomina radio de
influencia, cuyas dimensiones y forma dependen de las características del acuífero. El
radio de influencia de los pozos de recirculación se estima de forma general como 2,5
veces la distancia que separa los dos intervalos de filtrado.
Esta técnica presenta como ventaja adicional a la técnica de separación por vapor
(depuración ex situ) que los costes de aplicación son menores ya que generalmente es
más rentable depurar el aire extraído que efectuar un tratamiento in situ del agua subterránea.
Los métodos de recirculación presentan rendimientos del 70-90% para hidrocarburos totales derivados del petróleo y TCE, dependiendo del tipo de suelo.
En el caso del UVB, se ha demostrado que las concentraciones del agua subterránea pueden ser reducidas (operando bajo condiciones óptimas) hasta niveles inferiores al 1% de
las concentraciones iniciales.
Costes
Los costes estimados para un tratamiento mediante el sistema UVB son:
La principal componente negativa de la aplicación de los pozos de recirculación es el elevado consumo energético que conlleva, el cual varía según el tipo de instalación.
Fundamentos
La extracción de agua para tratamiento es una tecnología de aplicación in situ que puede
afectar tanto a la zona no saturada del suelo como a la saturada. Presenta diferentes formas de implantación según los objetivos de recuperación y la zona del suelo que se vea
afectada, pudiendo combinar varias técnicas.
La forma de aplicación más sencilla de esta tecnología coincide con la denominada comúnmente como “Pump & Treat”, es decir, la extracción del agua subterránea contaminada para
llevar a cabo un tratamiento posterior de la misma en superficie. Mediante esta tecnología
es posible tratar únicamente la zona saturada del suelo, utilizando para ello diferentes métodos de extracción de agua (pozos, drenes o zanjas).
Esta tecnología es también aplicable en caso de que la zona no saturada del suelo se vea
afectada por la contaminación. En estas condiciones, la extracción de agua del suelo
debe ir precedida de la infiltración de agua en la zona no saturada, de forma que a medida que percola hacia la zona saturada tenga lugar un lavado de la zona no saturada
contaminada. Cuando el agua con los contaminantes llega a la zona saturada, ésta se
extrae y se trata adecuadamente en superficie. También es útil la infiltración de agua
como complemento del “Pump & Treat” en caso de que la inyección de agua con disolventes u otros compuestos químicos pueda favorecer la desorción de contaminantes del
suelo y aumentar el rendimiento de la extracción de agua. Los principales tipos de aditivos son:
• Tensoactivos: se utilizan fundamentalmente para eliminar compuestos orgánicos de baja
solubilidad.
• Ácidos y bases: los ácidos se utilizan para desorben metales, compuestos orgánicos
básicos y algunas sales. Las soluciones básicas pueden tratar fenoles y metales que están
ligados a las partículas orgánicas de suelo.
• Agentes reductores y oxidantes: los procesos redox son fundamentales en el conjunto
de reacciones que tienen lugar en el agua subterránea. A través de estudios químicos
en detalle se pueden dilucidar las reacciones que podrían tener lugar en el agua subterránea para eliminar los contaminantes existentes.
Dentro de los métodos de infiltración de agua podemos distinguir dos grupos, los que funcionan por gravedad y los que funcionan a presión. Dentro de los métodos de gravedad
se distinguen:
Costes de instalación:
50.000 –75.000 € por pozo.
• Aplicación en zanjas.
Costes de explotación:
25.000 – 37.500 € por año.
• Galerías de infiltración.
En el caso de instalaciones DDC, los costes se estiman en:
• Irrigación de la superficie del terreno o campos de percolación.
Costes de instalación:
175.000 €
La infiltración a presión se puede llevar a cabo mediante los mecanismos siguientes:
Costes de explotación:
70.000 €
• Pozos de inyección verticales.
• Pozos horizontales o en ángulo.
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Existen diversas técnicas que permiten la extracción del agua subterránea, dependiendo
del tipo de terreno, la contaminación presente en él, los objetivos de recuperación que se
quieran alcanzar, etc. Entre las diferentes técnicas de extracción cabe destacar:
• Pozos: Para construir un pozo se realiza un sondeo, en el que se instala una tubería con
un tramo ciego y otro ranurado (denominado filtro). El tramo ranurado se protege con
un material textil para impedir la entrada de finos. El espacio anular entre la tubería y
la pared del sondeo se rellena con un empaque de gravilla. En las zonas que atraviesan capas de materiales poco permeables se coloca un sello de bentonita para impedir
contaminaciones cruzadas. El pozo se remata con un cabezal adecuado al sistema de
bombeo que se instale. En ocasiones se instala un piezómetro próximo al pozo para
medir la profundidad del nivel freático durante la extracción de agua.
El diámetro de los pozos está condicionado por el tamaño de la bomba a instalar. En
pozos de extracción son frecuentes diámetros de 100 a 600 mm. La profundidad de los
pozos depende, por una parte, de las oscilaciones que el nivel freático pueda presentar
y, por otra, de la longitud del filtro. En general, cuanto más largo y profundo es éste,
mayor es el caudal de extracción. La tubería interior suele ser de PVC o PEAD. Dentro
del pozo se coloca un sistema de bombeo diseñado para poder elevar a superficie el
caudal de agua que se pretende. Los sistemas más habituales están basados en bombas
sumergidas o bombas de vacío.
Estos sistemas requieren la instalación de una batería de pozos, semejante a la que aparece en la figura del sellado profundo (epígrafe 9.3). Los sistemas de bombeo que se instalan dentro de los pozos se adaptan a cada caso particular según la profundidad del
nivel freático, los caudales de extracción, la permeabilidad del acuífero, etc.
• Drenes: Los drenes se instalan mediante métodos de perforación que permiten colocar
una tubería en posición horizontal o ligeramente inclinada. La instalación de los drenes
comienza verticalmente o con un cierto ángulo, continuando posteriormente de forma
casi horizontal cuando se alcanza la profundidad de drenaje deseada. Existen principalmente dos métodos para la instalación de los drenes:
- Drenes en zanja: este método requiere un avance inicial en forma de zanja hasta que
se alcanza la profundidad adecuada. A partir de esta zanja se inicia la excavación
horizontal. En este tipo de drenes se puede instalar una tubería ranurada o rellenar la
sección excavada con materiales porosos (arenas o gravas). Se pueden instalar varios
drenes en paralelo, constituyendo un frente de alta conductividad hidráulica que permite captar el agua subterránea de forma rápida y eficaz. Este método no permite la
instalación de drenes a grandes profundidades (más allá de unos 10 m).
- Drenes dirigidos: la instalación se inicia perforando con un cierto ángulo y, al alcanzar
la profundidad de drenaje deseada, se cambia la dirección pasando a perforar horizontalmente. El proceso de perforación debe controlarse cuidadosamente desde la
superficie para no afectar a instalaciones subterráneas (tuberías, líneas eléctricas, etc.).
En el interior de la perforación se coloca una tubería ranurada que ejerce la función
drenante. Con este sistema se pueden alcanzar profundidades de hasta 15 m, aunque
se han ejecutado drenes a 60 m. La tubería puede terminar con un extremo ciego o
puede volver a salir a la superficie, de forma que presente una doble entrada.
En ambos métodos puede ser preciso realizar la excavación/perforación con lodos bentoníticos y/o rebajar temporalmente el nivel freático, con el fin de garantizar la estabilidad.
Cuando la topografía del terreno no permite el desagüe de los drenes por gravedad, es
preciso instalar un sistema de bombeo para extraer el agua captada por los mismos.
Las tuberías empleadas en los drenes suelen ser de entre 50 y 200 mm de diámetro y
están fabricadas en PVC, polietileno de alta densidad (PEAD) o polipropileno (PP).
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TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
Cuando el agua está muy contaminada son preferibles las de PEAD o PP; para los drenes dirigidos se utiliza fundamentalmente PEAD. Además pueden incorporar revestimientos de fibra natural o sintética, principalmente de polipropileno. La clase de revestimiento y el material de la tubería deben elegirse en función de la textura del suelo, la
durabilidad y resistencia química a los contaminantes presentes y la posibilidad de formación de precipitados.
• Zanjas de drenaje: Las zanjas de drenaje se utilizan para extraer agua subterránea
haciendo aflorar ésta mediante una excavación en el terreno hasta una cota inferior a
la del nivel freático y retirándola posteriormente por gravedad o bombeo.
Por sus características, las zanjas de drenaje requieren que el nivel freático no se encuentre muy profundo y que el terreno excavado sea geotécnicamente estable. Aunque
depende de las características hidrogeológicas del emplazamiento, no se suelen extraer
grandes caudales de agua (del orden de 1-2 m3/h) con esta técnica. Tampoco es frecuente realizar zanjas de drenaje de gran tamaño.
Campo de aplicación
La extracción de agua para tratamiento engloba una serie de técnicas, que como quedó
reflejado previamente pueden aplicarse para la recuperación de la zona saturada o de la
no saturada, utilizando técnicas de extracción de agua o combinándolas con técnicas de
infiltración.
La infiltración de agua puede presentar algunos problemas en su aplicación, tales como:
• Si el agua subterránea tiene un alto contenido en hierro (superior a unos 15 ppm), éste
puede precipitar al formarse una sal insoluble en presencia del agente oxidante.
• El medio físico de infiltración (rejillas de los pozos) puede obstruirse bien por el lavado
de las partículas finas del suelo (elevadas concentraciones de sustancias coloidales),
bien por el incremento de la biomasa inducido por el tratamiento.
El incremento en la movilidad de los contaminantes como consecuencia de la introducción
de agua en el medio puede impedir la aplicación de esta técnica o condicionarla a la
adopción de estrictas medidas de captación y tratamiento del agua infiltrada.
Los pozos de extracción presentan como principales ventajas las siguientes: proporcionan
un alto caudal en suelos permeables, permiten la extracción de agua a gran profundidad y
durante largos periodos de tiempo y permiten evitar los obstáculos subterráneos (tuberías e
instalaciones enterradas). No obstante, cuando se utilizan bombas de vacío para la extracción del agua, se debe tener en cuenta la limitación de altura máxima de aspiración de las
mismas (unos 8 m para las bombas de succión y unos 5 m para las bombas centrífugas).
La extracción del agua subterránea puede provocar asientos de algunos tipos de suelos
(arcillas, limos, etc.). Si éstos fueran significativos y pudieran suponer riesgos, se debe considerar la reinfiltración de agua en el suelo para aminorar dicho efecto.
Los pozos permiten extraer caudales elevados de agua subterránea. Cuando el nivel freático está profundo o cuando sufre muchas oscilaciones, los pozos dotados de bombas
sumergibles constituyen una solución interesante. El plazo de recuperación está condicionado por la transmisividad del suelo, así como por el grado de adsorción de los contaminantes a las partículas del mismo.
Los drenes para la extracción de agua subterránea se suelen utilizar en emplazamientos con
suelos de baja permeabilidad (arcillas, limos) y, preferentemente, con ausencia de obstáculos
en el subsuelo (tuberías, instalaciones enterradas, etc.). Presentan varias ventajas respecto a
los pozos convencionales: mayor área de contacto con el medio contaminado (con lo que se
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COMUNIDAD DE MADRID
requiere instalar sólo los pozos de evacuación del agua drenada), minimización de las áreas
no drenadas que suelen aparecer con los pozos convencionales y fácil adaptación a muchas
tecnologías in situ (bioventilación, extracción de aire del suelo, etc.).
La duración del proceso de extracción depende, entre otros factores, del grado de adsorción de los contaminantes a las partículas de suelo. En este tipo de aplicación, los drenes
constituyen un sistema más rígido y de más difícil control que los pozos convencionales, al
poder mezclarse aguas de distinta procedencia y grado de contaminación.
La utilización de zanjas de drenaje es una solución sencilla de extracción del agua subterránea cuando las condiciones del emplazamiento lo permiten. Debe tenerse en cuenta
la profundidad del nivel freático original y la profundidad a la que se desea rebajarlo
para evaluar si la permeabilidad y cohesión del terreno permiten garantizar la estabilidad de la excavación. Esta técnica se aplica con mayor efectividad en terrenos poco permeables (tipo arcillas, limos y turbas).
En cualquier caso, cuando se pretenda extraer el agua subterránea, suele ser necesaria la
extracción previa de producto en fase libre (en caso de estar presente), ya sea más o menos
denso que el agua. Por otro lado, según el tipo de terreno, puede ser necesaria la aplicación de la fracturación.
El agua extraída debe ser depurada en todo los casos, eligiendo la(s) técnica(s) más apropiadas al efecto.
Costes
Los costes de implantación de esta tecnología varía en función de los elementos que sean
necesarios en cada caso concreto, si sólo se lleva a cabo una extracción de agua, o si se
requiere infiltración.
Los costes estimados para la instalación de pozos de extracción oscilan entre 150 y 250
€/m. Los costes de operación y mantenimiento se pueden cifrar en 40-125 €/semana.
Los consumos energéticos orientativos de los sistemas de bombeo con bomba sumergible
son los siguientes:
Bomba sumergible: 0,1-0,5 kWh/m3 para Q < 20 m3/h y H < 100 m.
Bomba sumergible: 0,5-1,0 kWh/m3 para Q > 20 m3/h y H > 100 m.
Los costes estimados para los principales elementos involucrados en la instalación de drenes son los siguientes:
Instalación de tuberías: 25€/m (excluyendo costes de movilización de maquinaria)
Excavación de zanjas poco profundas (< 5 m de profundidad): 50 €/m.
Excavación de zanjas profundas (> 5 m de profundidad): 65 €/m.
Perforación para instalación de tuberías: 75-125 €/m.
En cuanto a los costes de operación y mantenimiento, se pueden estimar a partir de los consumos energéticos de los sistemas de bombeo con bomba sumergible, de acuerdo con las
siguientes valoraciones:
Bomba sumergible: 0,5-1,0 kWh/m3 para Q < 15 m3/h y H < 50 m.
El coste de excavación de las zanjas de drenaje se puede estimar en 3-4 €/m3 para suelos de consistencia blanda a media. En suelos de consistencia dura (excluidas rocas), el
coste de excavación puede ser dos o tres veces superior al mencionado.
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TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
En caso de tener que evacuar el agua por bombeo, el consumo energético asociado es
de unos 0,5-1 kWh/m3 de agua, para caudales inferiores a 10 m3/h. En este caso, los
costes de operación y mantenimiento de un sistema de zanjas drenantes pueden oscilar
entre 25 y 50 €/día.
Aspectos ambientales
La extracción en profundidad del agua puede provocar disminuciones del nivel freático
que afecten a grandes extensiones del acuífero. En algunos emplazamientos, la pérdida
de humedad del suelo puede afectar a ecosistemas valiosos, efecto que se puede mitigar
mediante la reinfiltración de parte del agua extraída.
7.1.5. Extracción de fase libre
Fundamentos
La presencia de hidrocarburos derivados del petróleo en concentración suficiente como
para presentarse en forma de fase libre por encima del nivel freático es un problema muy
común en los casos de recuperación de suelos contaminados.
Uno de los métodos más aplicados para la extracción de fase libre del suelo, es la extracción mediante pozos verticales. La instalación y diseño de estos pozos es muy similar a
los pozos de extracción de agua subterránea, aunque es recomendable utilizar materiales de construcción compatibles con la fase libre. A diferencia de los sistemas de captación mediante zanjas, este método es de aplicación para profundidades del nivel freático muy elevadas (hasta 80 m).
La instalación de los pozos depende del diseño del sistema y consiste en la instalación
de una tubería con un tramo ciego y otro ranurado (filtro), por el que se extrae la fase
libre. Los filtros se colocan generalmente en la interfase agua/fase libre y su longitud
debe diseñarse teniendo en cuenta los posibles cambios de posición de esta interfase
debido al bombeo y a otros factores ambientales como la oscilación estacional. El diámetro de los pozos depende del sistema de bombeo que se utilice, presentando comúnmente, diámetros entre 60 y 100 mm.
Los pozos de extracción de agua se diseñan tradicionalmente con rellenos de gravas. Sin
embargo, para la extracción de fase libre se recomienda rellenos con materiales hidrófobos y con tamaños granulométricos inferiores a los utilizados en los pozos de agua, ya que
incrementa el rendimiento significativamente. Los distintos tipos de materiales que facilitan
la extracción de fase libre son todavía objeto de estudio, y por el momento los resultados
obtenidos apuntan a que cuanto menor sea el contenido en cuarzo y más heterogénea sea
la granulometría, mayor es el rendimiento obtenido.
Los pozos se pueden diseñar para extraer fase libre únicamente, fase libre y agua o una
mezcla de ambos, distinguiendo principalmente tres métodos:
Extracción de la fase libre: los equipos que extraen únicamente fase libre operan utilizando distintos mecanismos, siendo el más utilizado la extracción mediante bombas de
skimmer. Estas bombas se sitúan en la interfase agua-fase libre y permiten la entrada selectiva de producto a través de una membrana que existe en el interior del skimmer, facilitando el paso selectivo de sustancias orgánicas. Existen dos tipos de skimmers:
• Skimmer de separación selectiva de producto, de aplicación para hidrocarburos ligeros
de baja viscosidad. Funcionan con espesores de fase libre mínimos y requieren un mantenimiento periódico debido al posible desarrollo de microorganismos.
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COMUNIDAD DE MADRID
• Skimmer de gravedad específica, de aplicación para volúmenes significativos de fase libre,
con componentes mayoritariamente pesados, requiriendo espesores mínimos de 3 cm.
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
De esta forma, y principalmente para el método de extracción de fluidos totales, es recomendable tratar primeramente el producto extraído con un separador de aceites para eliminar el agua subterránea que puede acompañar a la fase libre. Una vez separadas, el
agua debe ser tratada en caso de ser necesario, y la fase libre se gestiona o reutiliza.
Otra técnica de captación de la fase libre es la técnica de excavación de zanjas. Ésta se
realiza de forma mecánica, en general con palas excavadoras para excavaciones a gran
escala y poca profundidad, o excavadoras hidráulicas para excavaciones más profundas
y precisas. El material excavado debe ser gestionado de manera adecuada.
En el proceso de excavación es necesario rebajar el nivel freático para poder extraer y
bombear la fase libre. La zanja se excava generalmente aguas abajo de la contaminación
y de forma perpendicular al flujo de la pluma. Debe ser de longitud igual a la anchura de
la fase libre móvil y de una profundidad ligeramente inferior a la altura estacional mínima
esperada del nivel freático. En general, el ancho de la zanja no influye en su rendimiento,
de forma que se suele considerar la anchura mínima necesaria para minimizar costes. Una
vez realizada la zanja, la fase libre y el agua subterránea fluyen hacia ella. Posteriormente,
en la zanja se lleva a cabo un bombeo, que puede ser selectivo o no, separando fases utilizando una bomba dual que recoja agua y fase libre de forma separada, o bombeando
ambos a la vez y separándolos en superficie con un separador de grasas y aceites.
Extracción de fluidos totales: la extracción se realiza mediante una única instalación de
bombeo y se aplica en los casos en que los contaminantes se distribuyen de forma más o
menos homogénea en el seno del agua (dispersión o disolución) o cuando existe sobrenadante con espesores pequeños en suelos de baja permeabilidad. Para este tipo de extracción se utilizan dos tipos de bombas:
• Bombas sumergibles se instalan en el interior del pozo, a la altura del filtro, de forma
que extraen de forma más o menos selectiva la fase libre. Existen diversos tamaños,
dependiendo de la profundidad a la que se quiera bombear y el caudal de extracción,
lo cual a su vez condiciona el diámetro del pozo. Pueden extraer caudales elevados a
gran profundidad (hasta 80 m).
• Bombas de vacío se instalan en superficie, creando una presión negativa en el pozo, lo
cual provoca un flujo de la fase libre hacia el pozo muy superior al que se genera en la
extracción con bombas sumergibles, aumentando el rendimiento de la extracción. La
altura máxima de aspiración de estas bombas se sitúa en torno a los 5 – 8 m.
Estos sistemas requieren una separación posterior del agua y la fase libre, que puede ser
compleja si la mezcla está emulsionada. Esto se puede evitar eligiendo correctamente el
sistema de bombeo. En general, las bombas centrífugas emulsionan más la mezcla que
las de diafragma o las neumáticas.
Sistemas de bombeo dual: los sistemas de bombeo dual extraen el agua y la fase libre
separadamente, situando una bomba cerca del extremo inferior del pozo, para la extracción de agua, lo cual crea un cono de depresión que favorece el movimiento de la fase
libre hacia el pozo. Otra bomba, situada en la parte superior del filtro extrae la fase libre.
Ambas bombas disponen de sensores que controlan que el agua y la fase libre se extraigan por sus bombas correspondientes. Este tipo de extracción se puede realizar igualmente con bombas sumergibles o de aspiración (vacío). La bomba de extracción de agua debe
colocarse por debajo de la interfase agua/fase libre, para minimizar el posterior tratamiento de la misma.
Durante la excavación y extracción de la fase libre se debe tener en cuenta la presencia
de compuestos orgánicos volátiles, los cuales pueden ser emitidos a la atmósfera durante
el proceso o producir olores. Si los riesgos de volatilización son elevados, puede ser necesario extraer, previamente a la excavación, la parte volátil de la fase libre mediante la
extracción del aire del suelo.
Una mejora de la tecnología puede conseguirse mediante la extracción de agua subterránea, de forma que al rebajar el nivel freático, se incremente el gradiente hidráulico hacia
la zanja, lo que aumenta la tasa de extracción. También, debe diseñarse teniendo en cuenta la posibilidad de migración de la fase libre a capas inferiores del acuífero, antes sin contaminar.
Las zanjas de extracción de fase libre pueden transformarse fácilmente en drenes, rellenándolas con el material de filtrado apropiado, principalmente gravilla, e instalando sumideros
o pozos a lo largo de la misma. Se puede mejorar el rendimiento del sistema instalando tuberías perforadas que recojan la fase libre y la canalicen más rápidamente a los sumideros
para su posterior extracción.
Campo de aplicación
Este tipo de técnicas se aplica para suelos contaminados con hidrocarburos en fase libre.
Dependiendo del sistema de bombeo, puede llegar a operar a profundidades del nivel freático superiores a 80 m, con lo que es aplicable en una gran variedad de emplazamientos.
La permeabilidad del suelo puede ser un factor limitante, ya que debe ser suficiente para
garantizar la afluencia de la fase libre a los sistemas de extracción. Otro factor que modula
el tiempo de extracción es la viscosidad de los fluidos a extraer, ya que para fluidos muy viscosos como alquitrán o aceites de motor, el flujo hacia los pozos de extracción es muy lento.
El conocimiento del suelo, tanto en su disposición geométrica como la caracterización de
sus principales parámetros, es fundamental para el diseño y la aplicación de las diferentes
técnicas de bombeo. Los aspectos a considerar son los siguientes:
• Profundidad del nivel freático.
• Espesor del acuífero y posición del sustrato y bordes impermeables.
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COMUNIDAD DE MADRID
• Naturaleza litológica.
• Parámetros hidráulicos (porosidad, transmisividad, coeficiente de almacenamiento).
• Gradientes hidráulicos.
• Esquema de funcionamiento hidráulico (velocidad de circulación, sentido del flujo, áreas
de recarga y descarga, etc.).
Es necesario determinar los radios de influencia y el número de pozos a través de ensayos
piloto para poder diseñar correctamente la aplicación a escala real. Aquellos parámetros
que pueden afectar la permeabilidad del suelo deben tenerse en cuenta, tales como la
humedad del suelo y la granulometría del mismo.
La excavación de zanjas para la extracción de la fase libre es una técnica muy útil para
aquellos casos en los que la fracción volátil de la contaminación es reducida. En caso de
no ser así, se deben tomar las medidas oportunas para evitar la emisión de volátiles y los
riesgos de explosión.
Esta técnica es sólo aplicable en aquellos casos en que la contaminación es superficial,
pudiendo excavar hasta la profundidad que la maquinaria lo permita. Esta tecnología se
aplica además para aquellos casos en los que por características del emplazamiento, es
difícil extraerla por pozos o tratarla in situ.
Bajo condiciones óptimas, se estima que esta técnica recupera menos del 50% de la fase
libre presente en el subsuelo. Gran parte de la contaminación queda adsorbida en la
matriz del suelo, aunque de esta forma la movilidad de la fase libre es mucho menor,
aumentando la posibilidad de degradación y volatilización.
Costes
Los costes de un sistema de bombeo in situ oscilan entre 375 y 500 € por semana y filtro,
disminuyendo su coste conforme aumenta el número de filtros a instalar. El coste del tratamiento posterior de los hidrocarburos extraídos oscila entre 150 y 250 € por m3.
Los costes de aplicación de la excavación de zanjas dependen de la capacidad de la
maquinaria de excavación que se utilice. Se considera un precio medio alrededor de
2 – 2,5 € por m3. El principal factor que aumenta los costes de la técnica es el tratamiento
posterior de los hidrocarburos extraídos que puede variar entre 150 y 250 € por m3.
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
La extracción de DNAPLs constituye un proceso complejo debido a las propiedades físicoquímicas de este tipo de contaminantes, entre las que cabe destacar:
• Viscosidad baja: estos contaminantes pueden migrar rápidamente en el subsuelo, siendo la movilidad proporcional al ratio densidad/viscosidad.
• Solubilidad absoluta baja: La tasa de disolución es suficientemente baja para permitir la
penetración de los DNAPLs hasta la base del acuífero, pudiendo permanecer en él
durante años.
• Tensión interfacial baja: esta característica favorece la penetración de la contaminación en
pequeñas fracturas y poros, pudiendo rellenar la totalidad de la extensión de las fracturas.
• Gravedad específica alta relativa al agua (ratio de la densidad de una sustancia con la
del agua) lo que conlleva una penetración profunda en el acuífero incluso para frentes
pequeños de DNAPL.
• Degradabilidad baja, ya sea por métodos químicos o biológicos, lo que conlleva tiempos de permanencia elevados en el subsuelo.
La eliminación de este tipo de contaminación se apoya en la extracción y su posterior tratamiento en superficie. Para poder diseñar correctamente los sistemas de recuperación de
DNAPL, es fundamental conocer su localización en el subsuelo, ya que suele ser bastante
irregular. La manera más común de caracterizar este tipo de contaminación es realizar perforaciones con testigo continuo para identificar la extensión y orientación de la misma.
Una zona contaminada por DNAPL presenta dos componentes, los cuales son básicos a la
hora de plantear el método más apropiado de extracción:
• La fuente, donde se localiza la mayor concentración de DNAPL.
• La pluma de contaminación disuelta en el agua subterránea, que suele ocupar grandes
volúmenes dentro del acuífero.
Debido a la escasa degradabilidad y bajas tasas de disolución, la fuente de DNAPL puede
generar plumas de contaminación durante décadas. Además, hay que tener en cuenta, que
a pesar de su baja solubilidad en agua, mínimas concentraciones de DNAPL en disolución
son perjudiciales para la salud humana.
La eliminación de la contaminación densa en agua puede abordarse mediante la aplicación de diferentes técnicas de extracción, diferenciando tres métodos principales:
Aspectos ambientales
Extracción de la contaminación densa: este método persigue extraer únicamente conta-
La fase libre extraída puede ser recuperada como hidrocarburo, para reutilizarse en refinerías o como combustible de bajo poder calorífico, siempre que tenga la calidad suficiente y un grado de humedad bajo.
minantes más densos que el agua, evitando en la medida de lo posible la extracción de
esta última. Se utilizan bombas con skimmers en su parte inferior, además de sumideros en
el fondo del pozo donde se acumula la contaminación, lo cual incrementa el rendimiento
del bombeo. En caso de que se localicen diferentes zonas contaminadas a varias profundidades, deben extraerse primero las más superficiales, lo cual evita o minimiza posibles
movilizaciones incontroladas de contaminación.
7.1.6. Eliminación de la fase no acuosa pesada
Fundamentos
Dentro de los distintos tipos de contaminación que afectan a los suelos, se encuentran los
DNAPLs (Dense Non Acqueous Phase Liquids), contaminantes más densos que el agua, que tienden a descender por debajo del nivel freático y acumularse en la superficie de contacto entre
los materiales permeables y los menos permeables subyacentes. Los componentes más comunes
del DNAPL son disolventes clorados (percloroetileno, tricloroetileno, dicloroetileno, cloruro de
vinilo y tricloroetano), algunos PCBs como el aroclor, PAHs (fenantreno, naftaleno) y fenoles.
62
Extracción de fluidos totales: este método se basa en la extracción de agua y DNAPL
simultáneamente por una única tubería y con una sola bomba. Esto supone un abaratamiento de costes de instalación, pero disminuye el rendimiento de la extracción, ya que al
extraerlos conjuntamente, disminuye la saturación de DNAPL alrededor del pozo. La extracción se puede realizar con dos tipos de bomba:
• Bombas sumergibles: situadas en el interior del pozo, a la profundidad de la contaminación densa. Necesitan espesores de contaminación superiores a 30 cm, siendo capaces de bombear hasta a 70 m de profundidad.
63
COMUNIDAD DE MADRID
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
• Bombas de vacío: instaladas en superficie, presentan una altura máxima teórica de bombeo de 10 m, aunque en la práctica se reduce a 7-8 m (o incluso 5 m si se utilizan bombas centrífugas).
Extracción por bombeo dual: constituye el planteamiento óptimo de extracción, ya
que mantiene la saturación de DNAPL alrededor del pozo. Diseños duales de extracción captan contaminación densa y agua de forma separada. De esta forma, se elimina el agua inmediatamente superior a la zona de contaminación con DNAPL, favoreciendo la saturación de los contaminantes alrededor del pozo. El rendimiento puede
aumentar también si se aplica vacío con una bomba en la cabecera del pozo, lo cual
aumenta el espesor de la contaminación alrededor del mismo, y por tanto mejora su
extracción.
Otra mejora del proceso de extracción es la utilización de disolventes, los cuales se inyectan en la zona contaminada y mediante procesos de disolución y desplazamiento, favorecen el flujo de DNAPL hacia el pozo y su posterior extracción.
La instalación de los pozos de extracción suele realizarse mediante la colocación de los
mismos en batería. La profundidad de los pozos debe ser la más adecuada para la extracción de DNAPL, así como el sistema de bombeo instalado para tal efecto.
• Electroforesis: desplazamiento de partículas coloidales cargadas eléctricamente en suspensión en un líquido.
Campo de aplicación
• Electrólisis: transporte de iones y complejos iónicos a través del campo eléctrico al establecer una diferencia de potencial entre los electrodos.
Cuando se prevén extracciones prolongadas mediante filtros de vacío, es conveniente instalarlos en pozos equipados con empaques de grava y sellos de bentonita. Además, es
recomendable instalar en la parte superior una arqueta para facilitar el acceso a los filtros
y su limpieza.
• Electroósmosis: consiste en la movilización del agua con sustancias ionizadas respecto a una superficie cargada eléctricamente. Es un mecanismo de menor importancia, si bien favorece el transporte de contaminantes tantos orgánicos como inorgánicos.
La altura máxima teórica de bombeo es de 10 m, aunque en la práctica se reduce a 7-8
m (o incluso 5 m si se utilizan bombas centrífugas). Si se tiene que realizar una extracción
a más profundidad, se puede colocar una bomba más abajo y acometer un achique por
fases. Las bombas y demás equipos deben ser los adecuados al tipo de contaminación
para evitar obturaciones y problemas técnicos.
Para su aplicación se instalan electrodos (verticales u horizontales) en el suelo, que, gracias a los mecanismos antes descritos y a la acidificación inducida por la corriente eléctrica, provocan la desorción y el desplazamiento de los metales hacia ellos, los cuales se
extraen y tratan posteriormente. La extracción de los mismos se puede realizar mediante
distintos procesos, tales como procesos de galvanizado de los electrodos, los cuales se
extraen una vez agotados para su recuperación; mediante procesos de precipitación en la
zona cercana a los electrodos o mediante la extracción del agua de alrededor, la cual presenta mayor concentración de contaminantes.
Costes
Los costes de instalación de filtros de vacío se estiman en 40-50 €/m para los horizontales y 60-75 €/m para los verticales. Los costes de operación y mantenimiento se pueden
cifrar en 50-125 €/semana.
Aspectos ambientales
El principal factor ambiental a tener en cuenta es el consumo energético asociado al bombeo de la fase densa.
7.1.7. Electromigración
Fundamentos
Campo de aplicación
Las condiciones de aplicación de esta tecnología son óptimas en suelos de baja o moderada
permeabilidad (arcillas y limos), y cuando la humedad se encuentra entre un 15 y un 18%.
Valores de humedad inferiores al 10% reducen drásticamente la efectividad. El suelo a tratar
debe estar exento de cuerpos extraños (objetos metálicos enterrados, etc.) y de minerales de
alta conductividad eléctrica que pueden interferir en los campos generados. Se debe controlar el pH del suelo, ya que valores muy bajos del mismo pueden traducirse en una reducción
de los rendimientos de descontaminación. Los contaminantes que puede tratar son los solubles
a valores de pH ácido (entre 3 y 4). Los grupos habitualmente aptos son metales pesados,
aniones y algunos compuestos orgánicos polares.
La electromigración es una técnica aplicada in situ que se basa en establecer una corriente eléctrica de baja intensidad en el suelo entre electrodos instalados en el mismo lo que
favorece la movilización del agua y de los compuestos iónicos e ionizables.
En suelos de baja permeabilidad contaminados con metales pesados (Cr, Ni, Cu, Zn, Pb,
Cd y As), el rendimiento suele ser del 85-95%. En función de las concentraciones de partida y de los objetivos de descontaminación, el tiempo requerido puede variar de unas
pocas semanas a varios meses.
En su aplicación a la recuperación de suelos contaminados por metales pesados, los mecanismos de transporte dominantes son los siguientes:
El rango de coste de aplicación de esta tecnología oscila entre 75 y 325 €/m3 de suelo,
siendo el más habitual de 75 a 125 €/m3. Una prueba a escala piloto (siempre recomen-
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COMUNIDAD DE MADRID
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
dable para confirmar la viabilidad de aplicación) tiene un coste aproximado de 3.0004.000 €.
Aspectos ambientales
El volumen de residuos generados (electrodos) se sitúa entre 0,001 y 0,005 m3 por m3 de
suelo contaminado. Hay que tener en cuenta que los electrodos metálicos pueden disolverse parcialmente e introducir en el suelo productos corrosivos. Si se utilizan electrodos
constituidos por materiales inertes (carbono, grafito o platino) este problema se evita.
Por otra parte, las reacciones de oxidación-reducción inducidas pueden traducirse en la formación de productos residuales indeseables (por ejemplo, cloro en forma de gas).
El consumo energético depende del objetivo de descontaminación y varía de 50 a 100
kWh/m3 para rendimientos de 85 a 95%. Para alcanzar rendimientos mayores el consumo energético puede alcanzar de 200 a 600 kWh/m3.
7.1.8. Barreras activas
vidad de los microorganismos presentes en el agua subterránea, de forma que se pueden eliminar compuestos orgánicos biodegradables.
Fundamentos
Esta tecnología consiste en la instalación in situ de una pantalla perpendicular al flujo de
la pluma de contaminación, la cual permite el paso del agua e impide el movimiento de
los contaminantes (en forma de partículas o en disolución), quedando retenidos en el material de relleno de la barrera. Este material puede estar constituido por metales en estado
elemental, quelantes, materiales adsorbentes o microorganismos y se selecciona de forma
específica según los contaminantes.
El relleno de una pantalla activa suele estar mezclado con arena y otros materiales porosos, de forma que su densidad es menor que la del suelo que la rodea. Así, se generan
vías preferenciales para el agua subterránea, favoreciendo su paso por la pantalla. Un tipo
de pantallas de uso extendido son las de sistema “funnel and gate”, las cuales consisten en
muros de baja conductividad hidráulica (alrededor de 1.10-6 cm/s) con aberturas en las
que se dispone el material reactivo mezclado con materiales porosos, generando zonas de
reacción por las que el agua circula con facilidad.
Campo de aplicación
Los grupos de contaminantes para los que se suele utilizar esta técnica son COVs, COSVs
y compuestos inorgánicos. Se aplica de forma óptima en suelos arenosos, con contaminación a una profundidad menor de 15 m y un flujo continuo de agua subterránea. Para compuestos inorgánicos, cualquier tipo de pantalla es válido (teniendo siempre en cuenta el rendimiento de cada una por contaminantes específicos), mientras que para contaminantes
orgánicos sólo son viables las pantallas de degradación y de adsorción.
La duración de las pantallas es de 0,5 a 1 año sin ningún mantenimiento. El medio reactivo debe ser renovado periódicamente ya que, a medida que la pantalla funciona, la precipitación de los metales o la actividad biológica puede limitar la permeabilidad, y los filtros se acaban colapsando. Se desconoce con exactitud la duración de las pantallas activas ya que, al tratarse de una técnica innovadora, no existen en la actualidad pantallas
que hayan estado funcionando más de dos o tres años.
El relleno específico para la parte activa de la pantalla se define en función de los contaminantes presentes en el emplazamiento. Dependiendo del tipo de relleno se pueden eliminar
los contaminantes mediante distintos procesos, con lo que se definen tres tipos de pantallas:
En el caso de pantallas con biorreactores, se han obtenido rendimientos del 90% para
compuestos biológicamente degradables.
• Pantallas de adsorción: el relleno suele ser carbón activo o zeolita, que adsorben los contaminantes del agua subterránea, reteniéndolos en su superficie.
Deben conocerse datos referentes al gradiente hidráulico, distribución, extensión y tipo
de contaminantes, profundidad del nivel freático, incluyendo sus oscilaciones, características geológicas y permeabilidad.
• Pantallas de precipitación: en este caso, los contaminantes reaccionan químicamente
con el relleno de la pantalla, de forma que se transforman en sales insolubles, quedan
retenidos en la pantalla. Este método ha demostrado ser eficaz para retener plomo utilizando una barrera con cal, que neutraliza la acidez del agua en la que el plomo esta
disuelto, provocando su precipitación. También se utiliza para transformar Cromo VI a
Cromo III, el cual queda atrapado en la pantalla.
• Pantallas de degradación: en ellas se produce la degradación de contaminantes, los
cuales pasan a formas no tóxicas que fluyen a través de la pantalla con el agua. Por
ejemplo, utilizando gránulos de hierro se pueden degradar compuestos orgánicos volátiles. Actualmente se está estudiando la posibilidad de utilizar estos gránulos para la eliminación de compuestos clorados, aunque todavía está en desarrollo. También se puede
utilizar como relleno, una mezcla de nutrientes y fuentes de oxígeno que estimula la acti-
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Costes
Los costes de este tratamiento no se conocen con exactitud por el momento ya que en la
mayoría de los casos se ha aplicado a escala piloto, aunque la principal inversión se centra en las instalaciones para una correcta supervisión de su funcionamiento.
Aspectos ambientales
Las principales características y ventajas de esta tecnología provienen del nulo consumo
energético y la posibilidad de realizar operaciones de mantenimiento de las barreras mientras están funcionando. Se ha estimado que el coste de este tratamiento es un 50% inferior
a uno que conlleve el bombeo del agua subterránea.
67
COMUNIDAD DE MADRID
7.1.9. Lavado de suelos ex situ
Fundamentos
El lavado de suelos es una técnica aplicada ex situ y basada en principios de acción físico-químicos, mediante los cuales, los contaminantes adsorbidos en la matriz del suelo se
tratan en una solución acuosa. Se llevan a cabo procesos de disolución o suspensión en el
agua de lavado, la cual se depura posteriormente y, con frecuencia, se recircula como
agua de proceso.
Antes del lavado propiamente dicho se suele proceder a una homogeneización del suelo,
tras la que se efectúa la separación de las partículas finas y las gruesas, aprovechando
métodos basados en la diferencia de densidades (hidrociclones, celdas de flotación, etc.)
o de tamaños de partículas (tamices y cribas, etc.).
A continuación, se deben realizar las consideraciones oportunas para ajustar el agua de
lavado (pH, agentes lixiviantes, surfactantes o quelantes) y así potenciar la disolución y
puesta en suspensión de los compuestos orgánicos y metales pesados del suelo que, de esta
forma, son transferidos a la solución de lavado. La elección de los aditivos y reactivos que
se añaden al agua depende de la naturaleza de la contaminación a tratar. En todo caso,
la adición de estas sustancias al agua de lavado repercute en una mayor complejidad del
tratamiento de la misma, así como en la posibilidad de que parte de dichas sustancias queden retenidas en el suelo.
En suelos contaminados con múltiples sustancias de distintas características, la aplicación
de la técnica suele exigir un proceso secuencial en el que se utilizan diferentes soluciones
de lavado.
Campo de aplicación
Esta tecnología presenta ciertas limitaciones en cuanto a las características del suelo a tratar:
• El contenido en partículas finas debe ser limitado (diámetro inferior a 63 micras) ya que
la eliminación de los contaminantes adsorbidos a las mismas es de gran dificultad. El
contenido en finos suele estar limitado a un 20 – 30 %. En general, el rango óptimo de
tamaño de partículas se sitúa alrededor de 0,25 y 2 mm.
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
• Altos contenidos en sustancias húmicas y una elevada capacidad de intercambio catiónico del suelo, dificultan la desorción de los contaminantes, reduciendo la efectividad
del tratamiento e incrementando su coste.
En principio, el lavado de suelos permite tratar un amplio espectro de contaminantes,
encontrándose su mayor eficacia en los compuestos orgánicos semivolátiles, hidrocarburos derivados del petróleo, cianuros y metales pesados. No es un método eficaz para dioxinas y PCBs, a menos que no se requieran rendimientos de descontaminación importantes.
Los rendimientos que se pueden obtener varían en función de los contaminantes a tratar.
Así, los compuestos orgánicos volátiles y sustancias altamente solubles se pueden eliminar
hasta en un 100%, los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) hasta un 98% y los
metales pesados hasta un 90%, orientativamente.
Para analizar la viabilidad de esta técnica se requiere conocer los siguientes parámetros:
• Tipo de suelo
• Granulometría
• Humedad
• Contenido de materia orgánica
• Capacidad de intercambio iónico
• pH
• Capacidad tampón
Costes
La inversión requerida por una planta de lavado de suelos depende de varios factores
(capacidad de tratamiento, procesos implantados, etc.). Es habitual manejar ratios de 10
a 40 € por tonelada de capacidad anual de tratamiento.
Los costes de tratamiento dependen, entre otros, de la composición del suelo (contenido de
finos y materia orgánica), del tipo de contaminación y de los objetivos de descontaminación. Los precios habituales para las situaciones más frecuentes son de unos 45-100 €/m3.
Para tratamientos complejos de suelos con alto contenido en fracción arcillosa el coste se
puede elevar hasta 200-300 €/m3.
Aspectos ambientales
Las concentraciones residuales de contaminantes presentes en la fracción fina (la cual
puede representar hasta un 20-30 % del volumen original de suelo) exigen habitualmente tratarla mediante otras técnicas o depositarla en un vertedero. El agua de lavado debe depurarse para su posterior recirculación; este tratamiento da lugar a unos
fangos que deben gestionarse como residuo. Así, el factor ambiental principal a tener
en cuenta durante la implantación de esta tecnología es la producción de residuos, y
en menor medida las molestias por ruidos.
7.1.10. Extracción con disolventes
Fundamentos
Esta técnica, aplicada ex situ, se basa en la extracción de contaminantes mediante la
mezcla del suelo (en estado sólido o en forma de fango) con un disolvente orgánico.
El tiempo de retención en el tanque depende del tipo de suelo y contaminantes, así
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extracción para contaminantes orgánicos de muy alto peso molecular o muy hidrofílicos es
sensiblemente menor.
Para analizar la viabilidad de la aplicación de esta técnica es necesario conocer la distribución granulométrica del suelo, su pH, contenido de materia orgánica y humedad, capacidad de intercambio iónico y concentraciones de metales y compuestos volátiles.
Costes
El coste estimado para esta tecnología depende del tipo de suelo y contaminantes a tratar, así como de las concentraciones iniciales de éstos, factores que determinan los disolventes a utilizar y el tiempo de retención en el tanque de extracción. De acuerdo con la
bibliografía, el coste puede variar entre 120 y 475 € por tonelada, situándose con frecuencia en el rango 120-250 €/ton.
Aspectos ambientales
como de las concentraciones de partida de los mismos; orientativamente, se sitúa entre
10 y 40 minutos.
Es habitual someter al suelo a un pretratamiento de separación física, a fin de retirar materiales extraños y las fracciones más gruesas. Ello contribuye además a acelerar la cinética
de las reacciones, disminuyendo el contenido en metales pesados particulados.
A diferencia del lavado de suelos, que emplea agua o una solución acuosa con aditivos,
esta técnica utiliza disolventes orgánicos, siendo los más frecuentes acetona, hexano, metanol, éter dimetílico y trietilamina. En ocasiones, también se han utilizado gases licuados
(dióxido de carbono, propano, butano), aunque su manipulación y requisitos de seguridad
complican sensiblemente la operación.
Mediante evaporación se separa el suelo tratado de los disolventes que contienen la carga
contaminante. A continuación, el disolvente se lleva hasta un separador donde se produce
el tratamiento del mismo para eliminar los contaminantes, permitiendo su reutilización. El
tratamiento del disolvente se realiza mediante procesos físico-químicos (adición de otro
disolvente, etc.) o térmicos (destilación a alta presión y temperatura). El suelo tratado suele
lavarse con agua para arrastrar en lo posible los restos de disolvente que incorpora.
Campo de aplicación
Esta es una técnica eficaz para tratar suelos contaminados por compuestos orgánicos como
PCBs, COVs, disolventes halogenados e hidrocarburos derivados del petróleo. También se
pueden extraer junto con los contaminantes orgánicos compuestos organometálicos.
Entre los factores que suponen una limitación para la aplicación de esta técnica, ya que
aumentan el tiempo de tratamiento, cabe señalar:
• Alto grado de humedad
• Alto contenido en arcillas
• Presencia de detergentes y emulsionantes
• Presencia de plomo y otras sustancias inorgánicas
Si el diseño y operación del tratamiento es el óptimo, se pueden conseguir eliminar hasta
un 90-95% de los contaminantes para los que esta técnica es aplicable. La eficacia de la
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En la aplicación de esta técnica pueden quedar trazas de disolvente en el suelo tratado.
Además se debe tener en cuenta la toxicidad del disolvente utilizado y los residuos generados en el tratamiento del mismo para su posterior reutilización. Puede requerir bastante
espacio para su ejecución.
7.2. Procesos Biológicos
7.2.1. Bioventilación
Fundamentos
La bioventilación es una técnica de aplicación in situ que se centra en la recuperación de
la zona no saturada. La base de esta tecnología consiste en hacer circular aire limpio a
bajo caudal a través del suelo contaminado, con el fin de incrementar la concentración de
oxígeno y estimular la actividad microbiológica y los procesos de biodegradación.
A diferencia de lo que sucede en la técnica de extracción de aire del suelo, en la bioventilación se debe inyectar exclusivamente el volumen de aire necesario para favorecer la
actividad biológica, tratando de evitar en lo posible la volatilización de los contaminantes.
Por ello, suele ser necesario realizar ensayos previos de tratabilidad para poder estimar los
parámetros de la instalación, en especial el caudal de aire a inyectar. El cálculo estequiométrico del oxígeno necesario para la biodegradación suele ser ligeramente inferior al que
se debe inyectar, ya que existen factores del medio que condicionan el resultado del proceso, tales como las características del suelo (permeabilidad, tamaño de partículas, humedad, etc.) y la temperatura.
En los casos en que se prevea que determinados compuestos volátiles no van a ser degradados, es preciso instalar pozos de extracción para recogerlos. En este caso, el aire extraído debe tratarse posteriormente mediante la técnica más adecuada (filtros de carbón activo, oxidación térmica, etc.), presentadas en el capítulo 10. La extracción del aire se puede
realizar mediante pozos verticales y/o tuberías horizontales, en función de las restricciones
impuestas por los edificios o infraestructuras existentes en el emplazamiento.
Para poder alcanzar los objetivos de recuperación de un emplazamiento mediante bioventilación, es fundamental tener en cuenta el radio de influencia (máxima distancia a la que,
desde un pozo de inyección o extracción, se puede inducir un caudal de aire suficiente para
mantener tasas de degradación aceptables en el suelo) como un parámetro de diseño clave.
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cación de la fracturación de los estratos menos permeable para homogeneizar el suelo y mejorar el rendimiento de la bioventilación.
Si el nivel freático se encuentra a menos de 3 metros de profundidad y se prevé un sistema
de extracción de aire mediante pozos, hay que analizar el efecto de ésta en el nivel freático, que puede ascender sensiblemente, reduciendo el flujo efectivo de aire en el suelo no
saturado. Así mismo, es necesario estudiar la efectividad del sistema de inyección/extracción de aire en la zona capilar, sobre todo en suelos de permeabilidad media-baja con el
nivel freático próximo a la zona a tratar.
En condiciones óptimas (suelos con una permeabilidad mayor de 3 m/día y con una concentración de contaminantes orgánicos inferior a 3.000 mg/kg), se pueden alcanzar rendimientos de recuperación del 90-95% para compuestos volátiles (BTEX) y superiores al
40% para hidrocarburos pesados (cadenas de más de 15 carbonos). En todo caso, para
alcanzar estos rendimientos es preciso un plazo relativamente dilatado que, en condiciones medias, puede situarse entre 6 y 12 meses.
Además de la tipología y distribución espacial de la contaminación (en extensión y profundidad) es necesario conocer los siguientes parámetros del suelo: estructura litológica,
permeabilidad, granulometría, porosidad efectiva, humedad, pH, nutrientes básicos requeridos, temperatura y tasa de respiración. Puede ser necesario realizar ensayos de respiración in situ para calcular la cantidad de oxígeno necesaria para que se desarrollen los procesos de biodegradación en óptimas condiciones.
El radio de influencia puede variar en función de diversos factores, tales como la permeabilidad y humedad del suelo, contaminantes a degradar o plazo de recuperación. Suele
variar entre 3 y 30 metros.
Campo de aplicación
De forma general, la bioventilación es aplicable en suelos contaminados con compuestos
orgánicos biodegradables con una presión de vapor mayor o igual a 100 N/m2 y una
constante de Henry superior a 0,01. A estas condiciones responden algunos hidrocarburos derivados del petróleo (los de cadena inferior a 25 carbonos), algunos disolventes no
clorados e hidrocarburos aromáticos policíclicos ligeros (de 2 anillos). La bioventilación
no es efectiva para tratar suelos contaminados con hidrocarburos pesados derivados del
petróleo (> C30), PCBs o hidrocarburos clorados. A pesar de que la bioventilación es aplicable a hidrocarburos ligeros derivados del petróleo, éstos deben estar en fase vapor en
la zona no saturada del suelo. En caso de que tales hidrocarburos den lugar a producto
en fase libre, éste debe ser retirado previamente a la aplicación mediante las técnicas
adecuadas a tal efecto.
Por otra parte, altas concentraciones de contaminantes orgánicos (orientativamente, superiores a 10.000 mg/kg) tienen un efecto negativo sobre la disponibilidad de la materia
orgánica para los microorganismos, retardando o deteniendo el proceso de biodegradación. Aunque no está concebido para tratar suelos con contaminantes inorgánicos, la bioventilación puede provocar la adsorción, acumulación y concentración de los mismos en
macro y microorganismos por lo que podría ser aplicable para la reducción de estos contaminantes en el suelo o como pretratamiento del mismo. En todo caso, esta aplicación de
la técnica está todavía en fase experimental.
A fin de hacer posible el movimiento del aire inyectado, el suelo debe tener una permeabilidad suficiente (orientativamente, una conductividad hidráulica mínima de 0,1 m/día). En caso
de tener que tratar un suelo heterogéneo, es recomendable realizar estudios piloto previos, ya
que la existencia de zonas o estratos contaminados de baja permeabilidad puede provocar flujos preferentes de aire a través de las zonas más permeables, disminuyendo considerablemente
la eficacia del tratamiento en las menos permeables. En todo caso, se podría considerar la apli-
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Si el objetivo de saneamiento (expresado en términos de contaminantes individuales) es
inferior a 0,1 ppm o se requiere un porcentaje de reducción superior al 95% (expresado en términos de hidrocarburos totales derivados del petróleo), es necesario llevar a
cabo estudios piloto en el emplazamiento para comprobar la viabilidad de la aplicación de la bioventilación, ya que no siempre la técnica se aplica en condiciones óptimas lo que dificulta alcanzar altos rendimientos.
Costes
El rango típico de coste de aplicación de la bioventilación varía de 30 a 60 € por m3,
de los cuales 10 a 35 € corresponden a la inyección y extracción de aire propiamente
dichas (excluyendo su tratamiento).
Aspectos ambientales
El consumo energético de una unidad de extracción de aire intersticial se sitúa en torno a
0,01 kWh por m3/hora de caudal nominal de aire. Debe tenerse en cuenta que se pueden
generar molestias por ruidos y por olores.
7.2.2. Inyección de aire comprimido (biosparging)
Fundamentos
La inyección de aire comprimido suele llevarse a cabo mediante la inyección de aire a
alto caudal en la zona saturada del suelo, lo que consigue la volatilización de COVs en
disolución en el agua subterránea, tal y como se expuso en el apartado 7.1.2, dentro de
las tecnologías de procesos físico-químicos.
Sin embargo, en ciertos casos puede ser aconsejable disminuir el caudal de inyección de
aire, de forma que en lugar de favorecer la rápida volatilización de los contaminantes, se
favorezca la biodegradación de los mismos, utilizando la inyección de aire como fuente de
oxígeno para potenciar la acción bacteriana. En esta variante predominan los procesos de
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degradación biológica más que los físico-químicos y se suele denominar en la bibliografía
como biosparging.
7.2.3. Lavado de suelos in situ
Desde un punto de vista teórico, en la aplicación de la inyección de aire comprimido para
la biodegradación (biosparging), no sería necesaria la instalación de pozos de extracción,
ya que si se inyecta la cantidad de aire necesaria para la correcta biodegradación, los compuestos que quedasen en la fase vapor no tendrían porqué depurarse con métodos posteriores. Debido a que en la práctica, la cantidad de aire a inyectar en el caso de fomentar
los procesos biológicos, es siempre superior a la calculada estequiométricamente, es recomendable instalar pozos de extracción de aire, ya que una pequeña proporción de contaminantes puede arrastrarse sin degradar. Para garantizar la viabilidad de la técnica es recomendable realizar estudios piloto que permitan establecer los parámetros de diseño.
Fundamentos
Campo de aplicación
Esta técnica es aplicable a suelos y aguas subterráneas contaminadas con sustancias volátiles y semivolátiles con una presión de vapor de al menos 100 N/m2 y una constante de
Henry superior a 0,01. A estas condiciones responden algunos hidrocarburos derivados del
petróleo (los de cadena inferior a 12 carbonos), algunos disolventes no clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos ligeros (de 2 anillos) y los compuestos organoclorados volátiles. Al tratarse de procesos biológicos, pueden llegarse a degradar compuestos de hasta 30
carbonos. No es una técnica recomendable para el tratamiento de las fracciones pesadas
de los hidrocarburos derivados del petróleo (> C25), metales, PCBs o dioxinas.
Aparte de las limitaciones de aplicación referentes a las características de permeabilidad del suelo, las cuales son las mismas que para la variante físico-química, al tratarse en este caso de la biodegradación de los contaminantes, existen una serie de factores que condicionan el rendimiento, en lo que se refiere al proceso de biodegradación.
La velocidad del proceso de biodegradación depende del tipo de contaminante a tratar, de las características del suelo (permeabilidad, tamaño de las partículas, humedad,
etc.) y de la temperatura. Temperaturas inferiores a 10°C y superiores a 45°C, inhiben
el proceso de biodegradación. De igual forma, rangos de pH entre 6 y 8 son los adecuados para la aplicación de esta técnica.
La inyección de un gas diferente al aire (oxígeno puro, metano, ozono, nitrógeno puro u
óxidos de nitrógeno) puede contribuir a incrementar el proceso de biodegradación de las
sustancias volátiles ó alterar las condiciones bajo las que concurren (Ejemplo: el metano
puede ser utilizado como favorecedor dentro del proceso del cometabolismo de sustancias
orgánicas cloradas).
El lavado de suelos in situ es una tecnología cuyo principio de acción se basa en la estimulación de la actividad microbiana para favorecer la degradación de los contaminantes orgánicos presentes en el suelo y en el agua subterránea. Para llevar a cabo esta estimulación,
se inyecta agua en el suelo con los componentes necesarios en disolución para que la degradación biológica tenga lugar. Se pueden incluir nutrientes, aceptores de electrones, productos químicos que favorezcan la desorción de contaminantes o incluso poblaciones microbianas alóctonas que estén adaptadas a la degradación de los contaminantes a tratar, de
forma que se enriquezca la capacidad degradativa del subsuelo.
El proceso de biodegradación puede ser aerobio o anaerobio. En el primer caso, el proceso se potencia mediante la adición de aceptores de electrones específicos, siendo el oxígeno el más utilizado. Si se precisa una concentración mayor que la solubilidad del oxígeno en agua (10 mg/l), puede utilizarse el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) que
permite alcanzar mayores concentraciones (hasta 50 mg/l).
En lo referente a los procesos anaerobios, han sido menos aplicados que los aerobios hasta
el momento. En general, se suelen utilizar en aquellos casos que los contaminantes presenten en el suelo no sean degradables por las vías metabólicas típicas del metabolismo
aerobio y se requieran otros procesos de degradación. Para potenciarlos, se inyectan otros
aceptores de electrones diferentes al oxígeno, siendo los nitratos los más comunes. Estos
procesos han demostrados ser útiles para la degradación de algunos disolventes clorados
o algunos compuestos aromáticos, aunque el espectro de aplicación es limitado (no es aplicable, por ejemplo, para la degradación del benceno).
En cuanto a la implantación de esta tecnología, la infiltración de agua en el suelo se
realiza habitualmente mediante zanjas drenantes y/o pozos de inyección. En emplazamientos donde la contaminación del suelo es poco profunda, el aporte de agua
puede conseguirse mediante riego con aspersores, nebulizadores, etc. La infiltración de
agua en el suelo va en general acompañada de la extracción y posterior depuración
de la misma. Es preciso tener en cuenta en el diseño del sistema que la capacidad de
En general, el rendimiento de esta técnica suele ser menor que la variante físico-química, consiguiendo una reducción del 75% de la contaminación en un plazo de aproximadamente dos años, aunque depende de las concentraciones iniciales.
Costes
El rango típico de coste de aplicación de esta técnica varía de 10 a 35 €/m2, excluyendo
el tratamiento del aire extraído.
Aspectos ambientales
Al igual que en la inyección de aire comprimido, esta tecnología es relativamente cara
desde el punto de vista energético (0,1 - 0,2 kWh por m3N/h). Por otro lado, los efluentes
gaseosos suelen tener una carga contaminante menor que mediante la simple extracción
del aire, por lo que los métodos de depuración del aire residual suponen menor gasto, e
incluso en algunos casos pueden llegar a ser innecesarios.
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un pozo de infiltración es del orden de un 50 a un 80% menor que la de un pozo de
extracción.
Para llevar a cabo un lavado de suelos in situ, a veces es necesaria la combinación de una
serie de técnicas auxiliares que hacen posible o favorecen la aplicación del mismo. Según
el tipo de terreno, puede ser necesario realizar una fracturación, y en caso de que exista
producto en fase libre, ya sea más ligero o más pesado que el agua, debe eliminarse previamente. El agua que puede llegarse a extraer en función del caso, requiere también su
posterior depuración mediante la técnica apropiada para los contaminantes presentes.
Campo de aplicación
Esta técnica es aplicable en suelos contaminados con hidrocarburos ligeros y medios derivados del petróleo, algunos disolventes clorados y no clorados, conservantes de la madera (PCPs) y los PAHs de menor peso molecular (hasta 3 anillos). Los procesos de biodegradación son más lentos cuantos más carbonos tengan los compuestos a degradar, por lo
que la aplicación de esta tecnología para compuestos pesados derivados del petróleo (>
C25) tiene una dudosa viabilidad.
Se han desarrollado estudios para su aplicación en suelos contaminados con compuestos
clorados volátiles y con metales pesados, habiendo resultado satisfactorios para algunos
clorados volátiles (por ejemplo, per, tri y dicloroeteno).
En cuanto a las características del suelo, es necesario que sea homogéneo y que tenga una
permeabilidad igual o superior a 0,5-1 m/día, de cara a garantizar la adecuada circulación del agua infiltrada. Si la estructura del suelo es heterogénea, es más probable la aparición de vías preferenciales de circulación del agua, con lo que la efectividad del tratamiento disminuye drásticamente.
En caso de que se utilicen peróxidos como aceptores de electrones, debe tenerse en cuenta
que concentraciones superiores a 200 mg/l pueden ser tóxicas para los microorganismos y
disminuir su capacidad de degradación. El mismo efecto cabe atribuir a la presencia de
altas concentraciones de metales pesados, gran parte de los compuestos organoclorados e
hidrocarburos de cadenas largas.
Pueden aparecer algunos problemas a la hora de infiltrar el agua con los componentes
necesarios en disolución, tales como:
• Si el agua subterránea tiene un alto contenido en hierro (superior a unos 15 ppm), éste
puede precipitar al formarse una sal insoluble en presencia del agente oxidante.
• El medio físico de infiltración (rejillas de los pozos) puede obstruirse bien por el lavado
de las partículas finas del suelo (elevadas concentraciones de sustancias coloidales),
bien por el incremento de la biomasa inducido por el tratamiento.
• El incremento en la movilidad de los contaminantes como consecuencia de la introducción de agua en el medio puede impedir la aplicación de esta técnica o condicionarla
a la adopción de estrictas medidas de captación y tratamiento del agua infiltrada.
Esta técnica es eficaz en el tratamiento de suelos con concentraciones no muy elevadas de
contaminantes (del orden de cientos de mg/kg). En este caso, los plazos de recuperación
suelen ser de varios meses (típicamente, menos de un año). En presencia de altas concentraciones de contaminantes o si éstos son poco biodegradables (por ejemplo, hidrocarburos
pesados), los plazos de recuperación pueden extenderse a varios años.
Teniendo en cuenta lo aquí expuesto, para determinar la viabilidad de esta técnica, es preciso conocer la distribución espacial (en superficie y profundidad) de la contaminación del
suelo, así como su tipología (contaminantes presentes, potencial de lixiviación, reactividad
76
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
química, biodegradabilidad). También son necesarias ciertas características del suelo: textura, permeabilidad, capacidad de almacenamiento de agua, pH, contenido en materia
orgánica, humedad y nutrientes, potencial redox, población microbiana y presencia de sustancias tóxicas para la misma.
Costes
El coste de aplicación de esta técnica depende mucho del tipo de contaminantes implicados y su distribución espacial en el emplazamiento. También es determinante del coste el
diseño concreto del tratamiento (dosificación de aditivos del agua, densidad y profundidad
de los pozos, etc.). El rango de costes identificado oscila de 40 a 225 € por m3 de suelo.
En condiciones favorables de tipo de suelo y contaminantes a tratar, este rango puede limitarse a 40-100 € por m3 de suelo.
Aspectos ambientales
En general, los aspectos ambientales más relevantes derivados de la aplicación de esta tecnología, son el consumo energético que requiere para la infiltración de las disoluciones y los posibles residuos que se produzcan en caso de que se requiera la extracción de agua posterior.
En algunos emplazamientos la aplicación de esta técnica puede traducirse en que queden
algunos elementos enterrados en el suelo (por ejemplo, drenes profundos), con las consiguientes implicaciones en el uso futuro de aquél.
La utilización de nitratos puede tener un impacto significativo en la calidad de las aguas
subterráneas. Por otra parte, la biodegradación de algunos contaminantes puede dar lugar
a productos finales o intermedios más tóxicos que los contaminantes originales. Por ejemplo, el tricloroetileno degradado en condiciones anaerobias da lugar a cloruro de vinilo
(más tóxico y permanente), que se puede destruir fácilmente en condiciones aerobias. Este
es un aspecto que siempre debe analizarse a la hora de evaluar la viabilidad ambiental
de la aplicación de esta técnica.
7.2.4. Biopilas
Fundamentos
Las biopilas constituyen una técnica de tratamiento biológico del suelo que puede aplicarse tanto in situ como ex situ, si bien la segunda es la forma más habitual. El principio básico de acción es la transformación de los contaminantes biodegradables del suelo en productos inocuos, aprovechando para ello la acción (en condiciones controladas) de determinados microorganismos presentes en el suelo.
De cara a optimizar las condiciones de biodegradación y los consiguientes rendimientos
de tratamiento, se deben controlar diversos parámetros del suelo, entre los cuales cabe destacar los siguientes:
• Estructura: debe ser homogénea y facilitar la acción de los microorganismos, para lo
cual puede requerirse la adición de enmiendas (serrín, etc.) y, en todo caso, la homogeneización del suelo mediante mecanismos apropiados.
• pH: es un factor fundamental para el mantenimiento de la actividad bacteriana y debe
mantenerse en torno a pH neutro (en todo caso, entre 6 y 8). Si es necesario, se pueden
añadir al suelo agentes correctores del pH.
• Contenido en nutrientes: los valores de la relación C/N/P que habitualmente se requieren para garantizar la biodegradación oscilan entre 100/10/1 y 100/1/0,5, depen-
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evacuación de lixiviados. Durante el tratamiento, el suelo se rotura periódicamente con
medios mecánicos, consiguiendo así la homogeneización y aireación del mismo. Es
habitual tener que añadir agua para mantener unas condiciones óptimas de humedad,
lo cual puede efectuarse con un sistema de riego, pulverizadores o aspersores. Cuando
se alcanza el nivel de descontaminación deseado, el suelo tratado se retira procediendo a formar nuevas camas con suelo contaminado. Es conveniente dejar parte del suelo
limpio para mezclar con el contaminado, de manera que se mantiene la población bacteriana adecuada para la biodegradación.
diendo de los contaminantes y los microorganismos implicados. En caso de que el suelo
no presente el equilibrio necesario de nutrientes, se debe modificar añadiendo fertilizantes.
• Humedad: los microorganismos requieren determinado grado de humedad para su crecimiento, por lo que se debe evitar tanto el exceso como la falta de agua. El rango óptimo suele estar entre el 40 y el 85% de la capacidad de campo, correspondiente a un
12-30% en peso, aproximadamente. Lo habitual es que se tenga que añadir agua al
suelo de forma periódica para mantener una humedad óptima.
• Temperatura: la actividad microbiana desciende significativamente por debajo de 10°C
y prácticamente desaparece a menos de 5°C. Por ello, si la temperatura ambiental es
baja, se debe calentar el suelo para evitar el descenso de la tasa de biodegradación o
incluso la detención del proceso. También deben evitarse temperaturas excesivamente
altas (por encima de 45°C desciende mucho la velocidad de crecimiento de las poblaciones bacterianas habitualmente implicadas). Se recomienda mantener el suelo durante el tratamiento a una temperatura comprendida entre 20 y 40°C.
• Poblaciones bacterianas: se encuentran típicamente en el rango 104-107 CFU/gramo de
suelo. Por debajo de 1.000 CFU/g de bacterias heterótrofas la biodegradación es prácticamente inviable. Por tanto, si las poblaciones naturales en el suelo a tratar son insuficientes, pueden inocularse bacterias alóctonas que permitan mantener una población
adecuada.
En la tecnología de biopilas el suelo, una vez pretratado y homogeneizado (separación de
partículas gruesas y elementos extraños, trituración de bolos arcillosos y/o partículas gruesas del suelo), se dispone en pilas con una altura de hasta 4 metros (es habitual no superar
2-3 metros) sobre un sustrato impermeabilizado y dotado de un sistema de captación y evacuación de lixiviados. En esta técnica, la aireación del suelo durante el tratamiento suele realizarse mediante tuberías colocadas en la base que insuflan aire o lo aspiran, por lo que no
se rotura (pilas estáticas). También existen sistemas en los que, desarrollándose el proceso a
cubierto (por ejemplo, dentro de una nave), las pilas se airean con máquinas volteadoras
similares a las utilizadas en el compostaje de residuos. En todo caso, el sistema de pilas estáticas con aireación forzada es el que permite un mejor control de las condiciones de degradación y de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles. Si éstos pueden suponer un
problema, es preferible optar por un sistema de aspiración con posterior depuración del aire
extraído (con biofiltros o filtros de carbón activo, por ejemplo). Si la tempe-ratura ambiente
es excesivamente baja, el sistema de aireación forzada permite además inyectar aire caliente en el suelo para garantizar una temperatura adecuada del mismo.
La tecnología precursora de las biopilas es el landfarming, en el cual el suelo, una vez
pretratado se dispone en camas con una altura máxima de unos 50 cm. El sustrato de
las camas está habitualmente impermeabilizado y dispone de un sistema de captación y
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Es frecuente que el agua de riego incorpore nutrientes y aditivos para estimular la biodegradación. Para este fin es recomendable instalar un sistema por goteo que facilita una distribución uniforme del agua en la pila, evitando arrastres de suelo por escorrentía. En algunas plantas el lixiviado recogido se recircula, minimizando el consumo de agua. Es relativamente habitual cubrir las biopilas con un plástico para controlar la evaporación de agua
y la volatilización de contaminantes, favoreciendo además la retención de calor en la
masa.
Campo de aplicación
Las biopilas han demostrado ser eficaces para tratar suelos contaminados por hidrocarburos derivados del petróleo y algunos pesticidas. En el caso del landfarming, la técnica
opera con mayor eficacia para los menos pesados (orientativamente, hasta C25) y puede
tener limitaciones o condicionantes en su aplicación para los más volátiles, si es preciso
controlar las emisiones de los mismos a la atmósfera. Para estos casos es recomendable utilizar las biopilas.
Los metales pesados, los compuestos orgánicos pesados (por ejemplo, PAHs de 4 y 5 anillos)
y los compuestos organoclorados o nitrogenados son difíciles de eliminar, pudiendo además
inhibir el proceso por ser tóxicos para los microorganismos. En primera aproximación, concentraciones de hidrocarburos totales derivados del petróleo (TPH) superiores a 50.000 ppm
y/o concentraciones totales de metales pesados superiores a 2.500 ppm suponen la inhibición del tratamiento hasta el punto de hacerlo inviable.
En cuanto a las características del suelo, son aceptables suelos granulares de todo tipo, si
bien los que poseen textura arcillosa o limosa son difíciles de tratar, conllevando un proceso muy lento, incluso con roturación intensiva y adición de enmiendas. Para garantizar
unas condiciones aceptables de aireación, se recomienda que el suelo tenga una porosidad superior al 25%.
En suelos de adecuadas características, los hidrocarburos ligeros se eliminan en su práctica totalidad, mientras que para las fracciones medias se llega a rendimientos del 95-97%;
para las fracciones pesadas es difícil superar rendimientos del 80-90%.
El tiempo necesario para dar por finalizado el tratamiento también depende de los factores antes señalados, así como de los objetivos concretos de descontaminación establecidos. En suelos de adecuadas características, el tratamiento de los contaminantes típicos
puede durar entre 4 y 12 semanas (20 en ciertos casos) para alcanzar los niveles que permiten la reutilización del suelo. Para contaminantes orgánicos pesados el tiempo de tratamiento puede sobrepasar un año, lo que en muchas ocasiones hace económicamente inviable su aplicación.
Además de una completa caracterización de la contaminación del suelo (naturaleza y concentraciones, presencia de sustancias tóxicas, COVs, contaminantes inorgánicos, etc.) se
deben tener en cuenta los datos clave del propio suelo (textura, contenido en nutrientes,
pH, humedad y microorganismos presentes). Las condiciones ambientales del emplazamiento (temperatura, precipitación, velocidad y dirección del viento, disponibilidad de
agua, etc.) también son importantes para diseñar el sistema de tratamiento. Es recomen-
79
COMUNIDAD DE MADRID
dable llevar a cabo ensayos piloto previos para calcular los parámetros de diseño adecuados a cada caso concreto.
Costes
Los costes de tratamiento dependen de la duración del mismo y de las concentraciones residuales a alcanzar. Los rangos típicos para el landfarming se sitúan entre 30 y 60 € por m3
de suelo; para el tratamiento mediante biopilas los rangos oscilan de 50 a 100 €/m3. El
tratamiento de suelos con compuestos muy poco biodegradables puede costar entre 100 y
150 € por m3.
Aspectos ambientales
El almacenamiento y manipulación de los suelos contaminados pueden generar molestias
(emisiones de polvo y partículas, olores) si el sistema se desarrolla a la intemperie. En presencia significativa de volátiles, las emisiones de éstos a la atmósfera sin depuración previa pueden representar un impacto no despreciable. Las biopilas presentas menores requisitos de espacio que el landfarming.
7.3. Procesos Térmicos
7.3.1. Desorción térmica
Fundamentos
La desorción térmica es una tecnología aplicada ex situ y basada en el calentamiento del
suelo contaminado a temperaturas de hasta unos 600°C en reducida presencia de oxígeno, de modo que los contaminantes con puntos de ebullición bajos-medios se volatilicen,
pasando a una corriente gaseosa que se trata posteriormente. El calentamiento del suelo
para la desorción de los contaminantes se produce en un desorbedor, siendo los hornos
rotativos los más habituales. En función de la temperatura alcanzada en el horno, suelen
diferenciarse dos tipos de desorción térmica:
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
ción gruesa (> 50 mm) procedente del cribado, trituración de la fracción arcillosa y mezcla/homogeneización del suelo.
El sistema de avance del suelo en el desorbedor (horno rotativo) puede ser en corriente paralela suelo-aire o a contracorriente (aproximándose el suelo a la posición del quemador). El quemador puede ser simple o doble. Los parámetros básicos de diseño para
el horno son la temperatura de tratamiento y el tiempo de residencia. La primera es función de factores como la granulometría, poder calorífico y humedad del suelo, los contaminantes a tratar, las condiciones de mezcla y las de transferencia de calor. En la
desorción térmica a baja temperatura es habitual que el suelo alcance hasta 200°C; en
la de alta temperatura, se pueden alcanzar hasta 650°C. El tiempo de residencia
depende básicamente del tipo de suelo y contaminantes, así como del grado de descontaminación requerido. Los valores típicos se sitúan en 2-3 minutos a la temperatura
ideal de desorción y 8-30 minutos en total, pudiendo llegarse en algunos casos a 60
minutos. El suelo procedente del desorbedor debe enfriarse antes de poder ser manipulado. Para ello, es frecuente añadirle agua hasta que alcance una temperatura de
unos 90°C.
El quemador secundario o auxiliar oxida los contaminantes orgánicos del gas de salida del
horno. El rango habitual de temperatura en el mismo es de 750 a 1.200°C, en función de
los contaminantes a destruir. En la desorción térmica a alta temperatura es preciso enfriar
la corriente de gas saliente del quemador secundario antes de proceder a la depuración
del mismo.
El sistema de tratamiento de gases más completo se compone de dos fases: la separación de partículas mediante un ciclón y/o filtro cerámico y el lavado de gases (scrubber). La primera fase siempre está presente, mientras que el lavado sólo suele ser necesario cuando la presencia de compuestos halogenados en el flujo de gas es superior a
los límites de emisión establecidos. Además, en la desorción térmica a baja temperatura, el ciclón y/o filtro se coloca habitualmente antes del quemador secundario. Las partículas de suelo procedentes del ciclón/filtro suelen incorporarse al suelo tratado. Si el
sistema incluye un lavado de gases, suele ser necesario depurar el efluente líquido del
mismo, dando lugar a un agua tratada y unos fangos que deben ser gestionados adecuadamente.
• Desorción térmica a alta temperatura, con rangos de 320 a 600°C.
Campo de aplicación
• Desorción térmica a baja temperatura, con rangos de 90 a 320°C.
La desorción térmica se emplea para tratar suelos contaminados con compuestos orgánicos. La de baja temperatura está más indicada para las fracciones ligeras y medias de los
hidrocarburos derivados del petróleo (orientativamente hasta gasóleos C) y COVs no halogenados, aunque también se ha utilizado para compuestos orgánicos semivolátiles, si bien
con una menor eficacia. La de alta temperatura está más indicada para las fracciones pesadas de los hidrocarburos derivados del petróleo, los compuestos orgánicos semivolátiles,
PCBs, PAHs y pesticidas.
Es habitual proceder a un pretratamiento del suelo antes de su introducción en el desorbedor. En función de las características del suelo, el pretratamiento puede consistir en una o
varias de las siguientes operaciones: separación de metales férricos, trituración de la frac-
Los suelos más adecuados para la aplicación de esta técnica son los que presentan contenidos relativamente bajos de arcilla (orientativamente hasta un 30%) y sustancias húmicas
(orientativamente hasta un 2%). Los de alto contenido facilitan la aglomeración de las partículas y requieren mayor tiempo para la desorción. En todo caso, se aconseja que las concentraciones de contaminantes a tratar no sean superiores al 2-3% en peso, para evitar
indeseables reacciones espontáneas en el horno. En cuanto a la humedad del suelo, no
suele haber problemas hasta valores del 20%, recomendándose no exceder un 30 % para
que el coste del tratamiento no sea excesivo.
La presencia de metales pesados (en especial, los más volátiles) y disolventes clorados en
los suelos a tratar suele representar un problema, al requerir sistemas más sofisticados de
depuración de gases. La presencia de cloruros y sulfuros puede incrementar la volatilidad
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COMUNIDAD DE MADRID
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
de ciertos metales como el plomo. También se debe tener en cuenta que los materiales abrasivos contenidos en el suelo pueden dañar las instalaciones.
En buenas condiciones de calidad del suelo y operación se pueden alcanzar rendimientos
de más de un 99% de eliminación de contaminantes orgánicos. Habitualmente se consiguen valores superiores al 95%.
Algunos suministradores garantizan concentraciones residuales que, para los contaminantes típicos, se sitúan en los siguientes órdenes: hidrocarburos derivados del petróleo (aceites minerales) < 20 ppm; PAHs < 1 ppm; BTEX < 0,1 ppm; PCP < 0,5 ppm.
Se requiere conocer el tipo de suelo, su granulometría, humedad y contenido de materia
orgánica, así como las condiciones de volatilización (presión de vapor y punto de ebullición) de los contaminantes presentes, a fin de poder ajustar adecuadamente tanto el proceso de desorción como los sistemas de depuración de gases.
Es frecuente realizar pruebas piloto para ajustar el diseño de la desorción para los diferentes contaminantes en función de la temperatura del horno y del tiempo de residencia en el mismo.
Costes
Los costes de tratamiento dependen del tipo de suelo, su humedad y de los contaminantes
presentes. Los órdenes de magnitud identificados varían de 60 a 350 € por m3 de suelo,
siendo los más habituales de 60 a 150 € por m3.
Aspectos ambientales
La estructura del suelo se modifica cuando es tratado a temperaturas superiores a 400500°C. Si la desorción no alcanza estas temperaturas, los constituyentes orgánicos del
mismo no se dañan, lo cual permite su reutilización en usos que requieran un soporte de
actividad biológica.
• Horno de combustión por infrarrojos: es un sistema (generalmente móvil) que utiliza
electrodos de carburo de silicio y alimentación eléctrica para calentar los suelos a
las temperaturas de combustión (hasta 1.010°C) en la cámara primaria. Los electrodos se sitúan sobre una cinta que alimenta el suelo a tratar. Mediante una soplante
se suministra aire a lo largo de la cinta de alimentación para controlar la oxidación
del suelo. En la mayoría de los casos, se dispone una cámara de postcombustión
para tratar el material que no ha sido totalmente oxidado en la cámara primaria.
Existe una unidad experimental de infrarrojos que utiliza una resistencia eléctrica o
tubos de uranio radiante para calentar el material, operando a temperaturas de
hasta 870°C.
• Horno rotativo: es la tipología de incinerador comercial más frecuente. El horno está
formado por un cilindro revestido interiormente con material refractario y ligeramente
inclinado que, al rotar, actúa como cámara de combustión a temperaturas de hasta
980°C. Está equipado con una cámara de postcombustión y un sistema de tratamiento
de gases.
Campo de aplicación
7.3.2. Incineración
La incineración se emplea para tratar suelos contaminados con compuestos orgánicos,
especialmente los derivados de explosivos, hidrocarburos clorados, PCBs y dioxinas.
Fundamentos
Elevadas concentraciones de sodio y potasio dan lugar a escorias de bajo punto de fusión,
que pueden ser agresivas para el revestimiento refractario o formar partículas que obstruyen
los conductos del gas. La presencia de metales pesados en concentraciones significativas
puede generar escorias que requieran un tratamiento de estabilización antes del vertido. Los
metales pueden reaccionar con elementos como el cloro y azufre, formando compuestos más
volátiles y tóxicos que los originales. Además, los metales más volátiles (plomo, cadmio, mercurio y arsénico) se incorporan a los gases de combustión, por lo que el sistema de depuración de los mismos debe estar diseñado (en su caso) para poder eliminarlos.
La incineración es una tecnología de tratamiento térmico ex situ que se basa en la aplicación de altas temperaturas (785-1.000°C) al suelo para volatilizar y oxidar los compuestos
orgánicos contenidos en el mismo. Para ello se requiere habitualmente un combustible auxiliar que permita iniciar y mantener el proceso de combustión. Los gases procedentes de este
proceso arrastran parte de los contaminantes, por lo que deben depurarse antes de su emisión a la atmósfera, tanto para eliminar partículas como gases ácidos (HCl, NOx y SOx).
Los hornos de combustión más frecuentemente utilizados responden a alguno de los siguientes tipos:
• Horno de lecho circulante: utiliza aire a alta velocidad para generar turbulencias en la zona
de combustión y destruir los contaminantes. Opera a una temperatura ligeramente inferior a
la de otros incineradores (785-870°C), ya que produce una temperatura uniforme en la
cámara de combustión y en el ciclón, a la vez que mezcla completamente los suelos durante la combustión. Ello reduce los costes de operación y las emisiones de NOx y CO.
• Horno de lecho fluidizado: utiliza aire a alta velocidad para hacer circular y poner en suspensión las partículas de suelo en un bucle de combustión, operando a temperaturas hasta
de 870°C.
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El tamaño de las partículas del suelo a incinerar también presenta limitaciones, por lo que
es habitual someter al suelo a un pretratamiento que permita separar las impurezas y gruesos (orientativamente, partículas mayores de 50 mm).
En condiciones adecuadas de operación, la eficacia de esta tecnología en la eliminación
de los contaminantes objetivo antes señalados supera el 99,99% y puede alcanzar niveles
de reducción de hasta el 99,9999% para compuestos del tipo PCBs y dioxinas, tal y como
se contempla en las legislaciones. Se requiere conocer el tipo de suelo, su granulometría,
humedad y poder calorífico, así como los contenidos en metales pesados, sodio y potasio,
a fin de poder ajustar adecuadamente tanto el proceso de combustión como los sistemas
de depuración de gases.
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Costes
Los costes de tratamiento identificados oscilan entre 150 y 1.800 € por m3 de suelo contaminado con compuestos orgánicos clorados, siendo el rango más habitual de 150-450
€ por m3. Para suelos contaminados con PCBs o dioxinas el coste suele ser bastante más
alto (orientativamente, entre 2.700 y 5.000 € por m3 de suelo).
Aspectos ambientales
La incineración genera una serie de residuos procedentes del tratamiento de los gases y de
la propia combustión (cenizas y escorias), que deben ser gestionados de acuerdo con sus
características. A diferencia de lo que sucede con la desorción térmica, la incineración
destruye la estructura del suelo, por lo que la reutilización del material sólido procedente
del tratamiento está limitada.
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
lleva un movimiento de aire en la zona no saturada, favoreciendo la entrada de oxígeno y la degradación de los compuestos volátiles por la actividad microbiana. Cuando el
nivel de la fase libre sube de nuevo, el sistema continúa con la extracción de líquidos.
De esta forma, un sistema de bioslurping funciona por ciclos alternos (extracción fase
libre y extracción aire del suelo), manteniendo una elevación del nivel freático relativamente constante a lo largo del proceso.
La fase líquida extraída por estos sistemas, se envía a un separador de grasas y aceites, mientras que el vapor se lleva a un separador aire-agua. El sistema debe diseñarse para minimizar la cantidad de agua subterránea extraída, así como evitar las emisiones de gas a la atmósfera, siendo recomendable la reinfiltración de este último en el
subsuelo.
7.4.1. Extracción multifase
De acuerdo con los métodos expuestos y los objetivos de recuperación, la elección de
un método u otro y su diseño puede variar considerablemente, diferenciándose en el
tipo de bombas y su disposición en el pozo. La instalación consiste en baterías de
pozos de igual estructura que los de, por ejemplo, extracción de fase libre (epígrafe
7.1.5), variando los sistemas de bombeo instalados en el interior. Para su diseño se
deben tener en cuenta las estrategias que se acaban de exponer de acuerdo con los
objetivos de descontaminación.
Fundamentos
Campo de aplicación
La extracción multifase comprende una categoría general de tecnologías de recuperación
in situ que extraen más de un tipo de fase de producto de forma simultánea, ya sea a través de zanjas o de pozos. Las fases incluídas son aire (fase vapor con compuestos orgánicos volátiles), agua (fase líquida con contaminantes en disolución) y fase libre (LNAPL).
Esta tecnología puede aplicarse de forma simultánea para la extracción de compuestos
orgánicos volátiles en fase vapor, contaminantes en disolución en fase líquida y compuestos en fase libre (LNAPL).
7.4. Procesos Mixtos
Siguiendo la terminología de la USACE (1999) y la EPA (EPA/510/B-95/007) para clasificar los distintos mecanismos de aplicación de la extracción multifase, cabe distinguir los
siguientes:
• Extracción dual: mediante este principio de acción, las fases gaseosa y líquida del suelo
se extraen de forma simultánea a través de conductos separados mediante la utilización
de diferentes bombas. En general se utiliza una configuración de doble revestimiento; en
la parte interna se sitúa una bomba sumergible que extrae la fase líquida, ya sea agua
o fase libre. La fase gaseosa se extrae simultáneamente a través de la zona exterior del
pozo, debido a la acción de una bomba de vacío situada en la cabecera.
• Extracción de dos fases: en este caso, la extracción de ambas fases, líquida (agua o fase
libre) y gaseosa, se lleva a cabo mediante un único conducto, con una bomba de vacío
o un compresor en la cabecera del pozo. Los fluidos extraídos son llevados a un separador líquido-vapor.
• Bioslurping: constituye una variante de la extracción de dos fases en la que, además, se
favorece la bioventilación de la zona no saturada. Esta tecnología utiliza un único sistema de bombeo por vacío que extrae la fase libre y el aire del suelo de forma conjunta.
La aplicación de la bioventilación a la zona no saturada se realiza infiltrando de nuevo
el gas que se extrae por el pozo de recuperación de fase libre, de forma que se minimiza su emisión a la atmósfera. Cuando el proceso de bioslurping ha concluido, el sistema se transforma fácilmente en una bioventilación convencional completando la biorrecuperación.
Un sistema de bioslurping está constituido por un pozo en el que se instala un tubo de
absorción, el cual está conectado a una bomba. El tubo se coloca al nivel de la fase
libre, extrayendo hidrocarburos y agua. Cuando el nivel de la fase libre disminuye debido al bombeo, el tubo de absorción comienza a extraer vapores del suelo, lo que con-
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La extracción multifase presenta un rendimiento mayor que una extracción del aire del suelo
convencional, en caso que el sustrato sean arcillas o arenas finas. No es recomendable utilizar estas tecnologías en substratos de baja permeabilidad, debido a la posibilidad de
dejar zonas aisladas con contaminantes no disueltos, no obstante los sistemas de bombeo
dual son más versátiles, adaptándose mejor a diferentes condiciones del sustrato que los
de bombeo simple.
Los factores que limitan la aplicación de estos métodos son:
• Geología del emplazamiento y características y distribución de los contaminantes. Para una
aplicación óptima se recomienda que la permeabilidad (Kw) se sitúe entre 10-3-10-5 cm/s.
• Necesidad de tratamientos posteriores para el agua y el aire extraídos.
El bioslurping se aplica en suelos contaminados con hidrocarburos en fase libre. Es una técnica aplicable a profundidades del nivel freático superiores a 30 m.
En el caso del bioslurping, otro factor relevante es la humedad del suelo, ya que debe
ser suficiente para permitir la biodegradación. Bajas temperaturas ambientales pueden
disminuir a su vez la eficacia del tratamiento, como ocurre en cualquier proceso de biodegradación. En este tipo de sistemas se extraen hidrocarburos, agua y aire del subsuelo por un sólo pozo, de forma que las tres fases suelen mezclarse. Por ello, es necesaria la instalación de separadores de grasas y aceites o tratamientos similares antes
de poder verterla. Puede ser necesaria la depuración del aire extraído, aunque en la
mayoría de los casos se requiere únicamente en las fases iniciales del tratamiento.
Dependiendo del emplazamiento, la aplicación del bioslurping puede dar lugar a la
extracción de elevadas cantidades de agua subterránea, la cual debe ser también tratada.
En general, los rendimientos que se obtienen están en torno al 95% de fase libre extraída.
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COMUNIDAD DE MADRID
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Costes
Es dificil establecer un rango de costes para la tecnología de extracción multifase, debido
a sus distintos mecanismos y ámbitos de aplicación. De forma indicativa se pueden estimar
los siguientes costes:
Instalación de equipos:
30.000 – 100.000 €
Manteniemiento y operación:
3.000 – 8.000 €/mes.
Coste total del tratamiento:
100.000 – 500.000 €
Aspectos ambientales
El principal factor ambiental a tener en cuenta es el consumo energético, así como la producción de residuos que deben ser tratados adecuadamente.
7.4.2. Fitorrecuperación
Fundamentos
La fitorrecuperación es una técnica basada en la utilización de plantas para transferir y estabilizar o eliminar contaminantes presentes en el suelo y en el agua. La acción sobre los contaminantes se ejerce por las propias plantas o por las poblaciones microbianas asociadas
presentes en la rizosfera. Esta técnica se puede aplicar in situ o ex situ. Los principales mecanismos en que se apoya la fitorrecuperación son los siguientes:
• Biodegradación en la rizosfera: tiene lugar en la zona que rodea las raíces. Las sustancias liberadas por las raíces suponen una fuente de nutrientes para los microorganismos
del suelo, lo que estimula su actividad biológica. Las raíces además ablandan el suelo y
cuando mueren facilitan el flujo de agua y aire. Este mecanismo provoca que el agua
tienda a moverse hacia la zona superficial del suelo, disminuyendo la humedad de las
zonas inferiores.
• Fitoacumulación: las plantas absorben los contaminantes a través de las raíces y los acumulan en tallos y hojas.
• Fitodegradación: los contaminantes son metabolizados en los tejidos vegetales, los cuales producen enzimas (como las deshalogenasas y las oxigenasas) que catalizan la
degradación. Se está estudiando si los compuestos aromáticos y los alifáticos clorados
son susceptibles de ser degradados por este mecanismo. En general, en este proceso se
obtienen productos de degradación menos tóxicos o inocuos que sus precursores.
• Fitoestabilización: las plantas producen compuestos químicos que inmovilizan los contaminantes en la interfase raíz-suelo.
La aplicación de la fitorrecuperación comienza con la selección de las especies más adecuadas, la cual depende de varios factores, tales como el tipo de suelo, la profundidad a
la que se encuentren los contaminantes (lo que determina la longitud de raíces deseada) y
el tipo de contaminantes (por ejemplo, las gramíneas y tréboles tienen un alto rendimiento
de absorción debido a la disposición continua y compacta de sus rizosferas; algunas especies modificadas, como el tabaco transgénico, presentan una gran tolerancia a los metales
pesados y gran capacidad de absorción).
Una vez que el ciclo vital de las plantas a concluido, o al menos se han alcanzado los niveles de descontaminación esperados, las plantas deben retirarse y gestionarse como una
residuo (depósito en vertedero controlado, incineración, compostaje, etc.).
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Campo de aplicación
En términos generales, la fitorrecuperación puede emplearse para tratar una amplia variedad
de contaminantes como metales pesados (cadmio, cobre, plomo, arsénico, selenio, níquel,
cobalto, etc.), pesticidas, disolventes, hidrocarburos pesados derivados del petróleo y PAHs.
No obstante, altas concentraciones de contaminantes pueden ejercer efectos tóxicos e inhibir
el crecimiento de las plantas. Para contaminantes que se encuentran fuertemente adsorbidos
(por ejemplo, PCBs) o débilmente adsorbidos, esta técnica apenas es efectiva.
La textura del suelo puede ser relevante dependiendo de las especies de plantas a utilizar
y los mecanismos dominantes. Si el contenido de materia orgánica y/o nutrientes es deficitario, se puede estimular el crecimiento de las plantas mediante abonos.
En cualquier tipo de aplicación las características climatológicas pueden interferir o limitar
estacionalmente el crecimiento de las plantas. Dependiendo del tipo de emplazamiento, las
especies vegetales introducidas pueden incorporarse a la cadena trófica del entorno, por
lo que es necesario establecer la concentración de contaminante que puede quedar absorbida en el tejido vegetal y la proporción que puede pasar al resto de los componentes de
la cadena trófica. En aplicaciones in situ, la incorporación de contaminantes o subproductos de degradación a las aguas subterráneas también puede limitar la viabilidad de esta
técnica.
En todo caso, la eficacia del tratamiento se ve condicionada por las especies vegetales utilizadas y, más concretamente, por su profundidad radicular. Por ello, la fitorrecuperación
aplicada in situ sólo se utiliza cuando la contaminación se limita a las capas superficiales
del suelo (orientativamente, hasta 0,5-1 metro de profundidad), lo cual es frecuente en casos
de contaminación difusa. En aplicaciones ex situ la limitación de profundidad de tratamiento también debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar la superficie necesaria.
Para alcanzar los objetivos de descontaminación mediante los mecanismos naturales implicados en la fitorrecuperación se requiere en la mayor parte de los casos largos periodos,
que pueden oscilar desde varias estaciones hasta décadas. En cualquier caso, a similitud
de lo que ocurre con los tratamientos biológicos convencionales, es muy difícil conseguir
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concentraciones residuales de contaminantes por debajo de ciertos umbrales en los que los
mecanismos de biodegradación ya no son efectivos en la práctica.
TECNOLOGÍAS DE SANEAMIENTO
Costes
son, en general, biodegradables, independientemente de su peso molecular, siempre y cuando
los microorganismos presentes en el suelo tengan un suministro adecuado de nutrientes y no vean
inhibida su actividad biológica por la presencia de sustancias tóxicas. Para ello, el pH del suelo
debe oscilar entre 6 y 8, la humedad entre 40 y 85% y la temperatura entre 10 y 45°C.
La información disponible sobre costes de aplicación a escala real es limitada y varía sensiblemente de unos casos a otros. Una estimación orientativa de rango habitual de coste
oscila entre 30 y 60 € por m3 de suelo tratado.
En los hidrocarburos pesados, menos volátiles y solubles, el mecanismo primario de eliminación es la biodegradación, por delante de la volatilización. En todo caso, la biodegradación se da más lentamente que en los hidrocarburos ligeros.
Aspectos ambientales
Los compuestos volátiles y semivolátiles halogenados también pueden ser atenuados de
forma natural, si bien la efectividad suele ser mucho menor y los resultados sólo son apreciables en ciertos contaminantes particulares.
En principio, la acumulación de contaminantes en plantas no tiene efectos negativos. No obstante, debido a las incertidumbres todavía remanentes acerca de los procesos implicados y
sus efectos, la posibilidad de incorporación de contaminantes a las aguas subterráneas o a
cadenas tróficas puede tener importancia en algunos casos. En cualquier caso, el tratamiento de las plantas como residuos exige una gestión acorde con sus características.
7.4.3. Atenuación natural
Los suelos poco permeables tienen una baja aireación, ralentizando el proceso de biodegradación aerobia. Por el contrario, presentan la ventaja de limitar las posibilidades de dispersión de los contaminantes.
La atenuación natural no debe utilizarse cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:
• Las concentraciones de hidrocarburos totales del petróleo superan los 10.000 ppm.
• Hay presencia de contaminación en fase libre.
Fundamentos
Se incluye bajo este concepto y se diferencia de las tecnologías anteriormente descritas la
solución denominada habitualmente “atenuación natural” que, si bien consigue una disminución de las concentraciones de contaminantes en suelos y/o aguas subterráneas, lo hace
sin intervenciones antrópicas significativas. Por ello, se la puede considerar como una notecnología, aunque de suficiente interés para resolver ciertos casos de contaminación por
hidrocarburos derivados del petróleo.
Se trata de un sistema de recuperación pasivo basado en aprovechar los procesos naturales (dilución, volatilización, biodegradación, adsorción y transformación química) que se
dan en el subsuelo, para reducir las concentraciones de los contaminantes hasta niveles
aceptables.
En general, para los hidrocarburos derivados del petróleo, la biodegradación es el mecanismo de atenuación natural más importante, siendo el único que disminuye realmente la
concentración de los mismos.
La atenuación natural debe apoyarse en ciertos factores específicos de cada emplazamiento para que pueda llevarse a cabo. Estos factores son los siguientes:
• Protección de receptores potenciales durante el proceso.
• Existen potenciales receptores en el entorno del emplazamiento que se estima pueden
alcanzar los contaminantes antes de degradarse por mecanismos naturales.
• Existe la posibilidad de que la migración de los contaminantes los disperse en un ámbito espacial amplio antes de degradarse. Esto puede ocurrir en suelos muy permeables o
fracturados. Se recomienda evitar el uso aislado de la atenuación natural en suelos con
conductividades hidráulicas superiores a 10-6 m/s.
En la práctica, casi siempre se utiliza la atenuación natural como mecanismo complementario de un sistema de recuperación activo. Sólo en casos en que los riesgos evaluados de
partida sean aceptables, y siempre que se den las circunstancias antes descritas, cabe plantear ésta como única medida de recuperación de un emplazamiento.
Dado que no es habitual que concurran los rangos óptimos de todos los parámetros necesarios para garantizar una buena biodegradación natural, siempre se debe hacer una
evaluación detallada de cada caso que permita determinar la viabilidad y efectividad de
esta solución.
La atenuación natural requiere plazos mucho más largos que los métodos activos para conseguir las mismas concentraciones residuales, en especial cuando los contaminantes implicados son hidrocarburos pesados.
• Condiciones geológicas y geoquímicas favorables.
• Reducción de contaminantes probada y documentada en un plazo de tiempo razonable.
• Confirmación en estudios microbiológicos de la degradación del contaminante.
• Asegurar la contención de los contaminantes residuales, tanto durante como después del
proceso.
Es importante realizar los modelos necesarios para caracterizar el emplazamiento en referencia a las tasas de degradación de los contaminantes y sus vías de migración, así como la concentración de contaminante en receptores potenciales gradiente debajo de la fuente.
Campo de aplicación
Costes
Los costes de aplicación de esta solución son inferiores a los de la mayoría de tratamientos activos y están asociados a la modelización de las tasas de degradación en el estudio
de viabilidad, así como a los de control y seguimiento (muestreos y análisis periódicos para
comprobar la evolución espacial y temporal de la contaminación).
Aspectos ambientales
La atenuación natural requiere la monitorización constante de la zona durante el tiempo
que dure el proceso, ya que debe evitarse la posible migración descontrolada de contaminantes.
Los contaminantes que se pueden tratar mediante esta técnica son los compuestos volátiles y
semivolátiles no halogenados, así como los hidrocarburos derivados del petróleo. Estos últimos
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