Descontaminación de Suelos


1. Introducción

2. Tratamientos

3. Planificación

4. Casos prácticos

 

1. Introducción

El grave problema que representa la contaminación de los suelos es un aspecto que sólo recientemente está siendo reconocido. Antes de la década de los 70 se hablaba de la contaminación del aire y del agua, pero al suelo se le consideraba con una capacidad de autodepuración casi infinita. La sensibilidad mundial comienza a cambiar a partir de la declaración de la "Carta Europea de Suelos" desarrollada por la Comunidad Europea en 1972.

En el 4ª Programa de Acción Ambiental de la Comunidad Europea (1987-1992) se reconoce de manera oficial la necesidad de una reglamentación referente a la protección del suelo y se insta a los gobiernos de los países miembros a elaborar una normativa de protección bajo las directrices recogidas en las "Bases Científicas para la Protección del Suelo en la Comunidad Europea". En esta normativa se propone "salvaguardar las propiedades y condiciones que aseguren el cumplimiento de las funciones del suelo". Considerándose como principales funciones: el crecimiento vegetal, la producción de alimentos, la filtración del agua, y la participación del suelo de forma activa en los ciclos geoquímicos de los elementos.

Un país que ha dedicado un gran esfuerzo a la descontaminación del suelo es Holanda. En este país las autoridades reconocen que aunque la contaminación del suelo no llega a representar más del 1% de la superficie, esta polución constituye un gigantesco problema con gravísimas implicaciones en el hombre, las cosechas, las planta y los animales. Es por ello que los holandeses han creado un ministerio para estudiar la contaminación ambiental, el TNO (The Netherland Organization for Applied Scientific Research) con un presupuesto anual de 4.200 millones de pesetas. La política de este ministerio se centra en prevenir la contaminación más que la descontaminación en sí misma, dado los altos costes de la descontaminación del suelo (sólo la descontaminación de la localidad holandesa de Lekkerkerde ha costado al país más de 10.200 millones de pesetas), su principal objetivo es conseguir industrias no contaminantes.

Sin embargo no todos los países parecen haberse dado cuenta de la seria amenaza que representa la contaminación del suelo. Para despertar las conciencias los holandeses organizaron la 1ª Conferencia Internacional Sobre Suelos Contaminados, celebrada en 1985 bajo el lema "Suelos contaminados. No juegue a avestruz, se juega demasiado".

Pasados tan sólo algo más de 10 años han bastado para que cambie la política ambiental y son ya muchos los países que han desarrollado proyectos para descontaminar algunos de sus suelos. A ello ha contribuido sin duda los espectaculares desastres ecológico por contaminación de los suelos que han ocurrido en los últimos años

Love Canal en USA

Thamesnela en Gran Bretaña

Georgswerder en Alemania

Lekkerkerk en Holanda

Y esperemos que el actual desastre ecológico de Aznalcollar, en las proximidades de Doñana, despierte el interés por la conservación del suelo a nuestro flamante (por lo que tiene de nuevo, es decir reciente) Ministerio Español de Medio Ambiente.

2. Tratamientos

La disyuntiva que se presenta frente a un suelo contaminado es recuperarlo o destruirlo. En un principio ha prevalecido la última opción, mientras que en los últimos años se ha prestado una especial atención a las técnicas de recuperación que posibilitan su reutilización.

La problemática de la descontaminación de los suelos podemos tratarla bajo dos perspectivas: técnicas de aislamiento de la contaminación y técnicas de descontaminación.

Técnicas de aislamiento

Para evitar que la contaminación se propague desde los suelos contaminados estos pueden ser almacenados en vertederos apropiados o sellados in situ o destruidos totalmente.

La técnica del sellado trata al suelo con un agente que lo encapsula y lo aísla. El suelo es excavado, la zona se sella con un impermeabilizante y se redeposita el suelo. Para desarrollar las barreras de aislamiento se ha utilizado diversas sustancias, como el cemento, cal, plásticos, arcilla, etc. El procedimiento tiene el inconveniente que se pueden producir grietas por las que los contaminantes pueden fugarse.

Sometiendo al suelo a altas temperaturas (1600-2300°C) se consigue su vitrificación con lo que se llegan a fundir los materiales del suelo, produciéndose una masa vítrea similar a la obsidiana. Durante el proceso hay que controlar la volatilización de numerosos compuestos.

La propia filosofía de estas técnicas (persigue la eliminación del suelo) las hace sólo recomendable en situaciones extremas.

En otras ocasiones se realiza el aislamiento directamente sobre los niveles de aguas freáticas. Mediante bombeos exhaustivos se consigue deprimir los niveles freáticos para alejarlos del suelo y subsuelo contaminados. El agua bombeada es tratada para eliminar su contaminación.

Técnicas de descontaminación

Básicamente se utilizan cinco métodos para la recuperación de los suelos contaminados:

Extracción

Tratamiento químico

Tratamiento electroquímico

Tratamiento térmico

Tratamiento microbiológico

En función de como se apliquen las técnicas depuradoras se habla de:

Tratamientos in situ

Tratamientos on site

Tratamientos ex situ (off site)

El procedimiento in situ es el que requiere menos manejo, pero su aplicación resulta frecuentemente difícil de llevar a la práctica, dada la dificultad que representa el poner en íntimo contacto a los agentes limpiadores con la masa del suelo. En el tratamiento on site el suelo se excava y se trata en el propio terreno. El método ex site requiere las etapas de excavación, transporte, tratamiento en las plantas depuradoras, devolución y enterramiento. Este proceso exige mayor inversiones pero es más rápido y con él se consiguen recuperaciones más completas.

Extracción por fluidos

Consiste en separar los contaminantes mediante la acción de un fluido, a veces aire (arrastre) y en otras ocasiones se usa agua (lavado). Una vez arrastrado el contaminante, se depura el efluente con técnicas apropiadas.

Se trata de procedimientos muy sencillos pero para que sean efectivos requieren que los suelos sean permeables y que las sustancias contaminantes tengan suficiente movilidad. Además, no son métodos válidos cuando el suelo presenta una alta capacidad de adsorción.

Son métodos típicamente desarrollados in situ.

Aireación

Se considera un método de volatilización pasiva para contaminantes volátiles. El suelo se excava y se vierte una fina capa, de unos 20 cm, sobre una superficie impermeable.

Para favorecer la volatización se procede a la remoción periódica, por ejemplo, mediante el arado. El riego también favorece el proceso ya que el agua disuelve los contaminantes y produce su desorción y al evaporarse los arrastra hacia la superficie. Además la humedad acelera la actividad de los microorganismos. También al extender el suelo se aumenta su temperatura y se expone a la acción de los vientos, con lo que aumenta la volatización.

En general se trata de un proceso muy lento y tiene el inconveniente de que los contaminantes son devueltos directamente a la atmósfera, sin sufrir ninguna depuración. No obstante, en general estos compuestos devueltos a la atmósfera tienden a degradarse rápidamente. Los hidrocarburos reaccionan fácilmente con los radicales hidroxilo atmosféricos, degradándose en un plazo que va desde un solo día para el dodecano hasta 9 días que necesita el benceno. Por otro lado, los disolventes clorados industriales se descomponen fotolíticamente con gran rapidez por acción de las radiaciones ultravioletas. Por otra parte, la posible contaminación atmosférica se puede evitar si el suelo es colocado en unas naves en las se pueden recoger los gases para su posterior tratamiento (y en las que además de controlar las condiciones ambientales).

Su principal ventaja es su bajo presupuesto económico.

Arrastre

Consiste en inyectar un gas para arrastrar a los contaminantes. Generalmente se utiliza aire y vapor de agua. El aire penetra desde la superficie del terreno y se fuerza su circulación al succionarlo a través de unos pozos que se excavan.

En otras ocasiones el aire o un gas se inyecta sobre la superficie del suelo o a través de pozos (en este último caso, se recomienda sellar la superficie del terreno con arcilla, plástico, cemento, asfalto, etc). En ocasiones se mejoran los rendimientos utilizando aire caliente.

El aire se inyecta mediante unas barrenas helicoidales que perforan y mezclan el suelo. El aire se propaga a través del migrando hacia la superficie. A veces se perforan unos pozos para extraer el aire mediante succión.

El aire con los contaminantes se puede depurar utilizando filtros de carbono activo.

Es un procedimiento sólo válido para extraer contaminantes volátiles (cómo mínimo con una presión de vapor de mercurio de 0,5mm) y de bajo peso molecular, como son: xileno, benceno, tolueno, tetracloruro de carbono, tricloroetano, cloruro de metilo, etc.

La rapidez y eficacia depende de la permeabilidad del suelo. Al disminuir esta se alargan los tiempos del tratamiento, con lo que aumentan los costes. También influye el estado de humedad del suelo. Así cuanto más seco se encuentre más fácilmente será atravesado por el flujo extractante.

Según E, de Miguel García (1995) es un método muy sencillo, que usa una tecnología estándar y fácil de adquirir. Posibilita tratar grandes volúmenes de suelo a un coste razonable, produciendo una alteración mínima en el terreno.

En algunas ocasiones se ha utilizado una técnica muy empleada para mejorar la producción de los pozos de petróleo. Consiste en inyectar a presión una disolución acuosa espesada, o gelificada, junto a un material granulado (arenas). Al inyectar a gran presión el fluido se producen fracturas que el material rellena y de esta manera se evita que se puedan volver a cerrar. El fluido se extrae por bombeo y el material granulado constituye una vía para su fácil circulación (E. de Miguel García. 1995).

Lavado

Consiste en inyectar agua en el suelo. El agua moviliza a los contaminantes y luego se extrae y se depura.

El método sólo es válido para contaminantes solubles en agua (en la práctica la solubilidad ha de ser mayor de 1000 mg/l).

El agua se introduce mediante zanjas y pozos y se recoge en unos drenes (tuberías horizontales) y se extrae de los pozos mediante unas bombas de succión.

En ocasiones se utiliza agua con disolventes para facilitar la extracción. También se emplean detergentes para extraer contaminantes con comportamientos hidrofóbicos. Otra variante consiste en utilizar soluciones acidificantes. La extracción ácida ofrece buenos resultados para el caso de los metales pesados.

Normalmente se trata de una técnica in situ.

Este tratamiento también puede llevarse a cabo como técnica ex situ. El suelo excavado es tratado con una solución acuosa en un tanque. Se tamiza para separar las fracciones más gruesas (generalmente, superiores a los 20 mm de diámetro). Los materiales finos se mezclan con un fluido lavador y posteriormente son aclarados. Después se separan las arenas, que tienen una capacidad muy baja para retener contaminantes. Las arcillas y los limos continúan en el proceso de depuración y finalmente los materiales que conserven todavía un alto porcentaje de contaminantes son separados para su aislamiento en vertederos controlados (figura). Esta técnica es útil para una amplia gama de compuestos contaminantes como los metales pesados, cianuros metálicos, disolventes nitrogenados, hidrocarburos aromáticos, gasolinas, aceites minerales, PBC (productos organoclorados, como los policlorobifenilos), etc. Los fluidos utilizados son muy diversos dependiendo del tipo de contaminante: agua, disoluciones acuosas, disolventes orgánicos, compuestos quelantes, productos tensoactivos, ácidos y bases (E. de Miguel García. 1995).

Tratamiento químico

Se trata de depurar el suelo mediante la degradación de los contaminantes por reacciones químicas. Frecuentemente se trata de reacciones de oxidación de los compuestos orgánicos.

Como agente oxidante se emplea el oxígeno y el agua oxigenada.

Es un método útil para: aldehídos, ácidos orgánicos, fenoles, cianuros y plaguicidas organoclorados.

Este tratamiento se utiliza preferentemente in situ, inyectando el agente depurador a zonas profundas mediante barrenas huecas, o a veces, simplemente mediante un laboreo apropiado del terreno.

Otro procedimiento químico es la descloración. Esta técnica se utilizó, en un principio, para la estabilización de productos del petróleo. En suelos se ha empleado para la descloración de PBC. Consiste en la inyección de CaO, Ca(OH)2 o NaOH. El suelo al reaccionar se calienta y al aumentar el pH hasta valores de 9 a 11 se produce la descloración de los PBC (E. de Miguel Garcia. 1995).

Tratamiento electroquímico

El desplazamiento de los contaminantes se logra mediante la creación de campos eléctricos.

Es un procedimiento a realizar in situ.

Consiste en introducir, a suficiente profundidad, unos electrodos en el suelo. Los contaminantes fluyen desde un electrodo a otro siguiendo las líneas del campo eléctrico.

Para favorecer el movimiento se puede añadir una fase acuosa.

La movilización de los contaminantes es debida a fenómenos de: migración, electroósmosis y electroforesis.

Migración

Se trata de una movilización en forma iónica de los contaminantes a través del campo eléctrico. Representa el movimiento de las partículas en disolución con comportamiento iónico.

Electroósmosis

Movimiento del líquido en relación a las superficies sólidas del campo eléctrico. Se produce la movilización del líquido en masa como consecuencia de la interacción con las paredes de los poros. En las superficies desequilibradas de las partículas del suelo predominan las cargas negativas y atraen al líquido hacia el cátodo que se comporta como si fuese un gran catión. Es este el efecto más importante.

Electroforesis

Representa el desplazamiento de una partícula coloidal cargada en suspensión en un líquido. Es el que tiene menor efecto en el desplazamiento de los contaminantes.

El conjunto de estos mecanismos provoca que los contaminantes se desplacen en el campo eléctrico. Los cationes van hacia el cátodo mientras que los aniones lo hacen hacia el ánodo, ambos son extraídos posteriormente.

Este procedimiento tiene la ventaja de que apenas si influye en la depuración la textura ni la permeabilidad (parámetros limitantes de muchos de los otros tratamientos).

Se trata de un transporte masivo a través de los poros grandes y pequeños, a diferencia de lo que ocurre con los métodos de lavado y arrastre que apenas actúan sobre los microporos.

Este método proporciona buenos resultados para la recuperación de suelos contaminados por metales pesados, como el Cu, Zn, Pb y As. Igualmente válido para compuestos orgánicos.

Tratamiento térmico

Busca la destrucción de los contaminantes mediante el suministro de calor.

Se trata de un tratamiento ex situ.

En la incineración la combustión de los contaminantes se consigue sometiendo al suelo a altas temperaturas (alrededor de 1000°C). El tratamiento se desarrolla en dos fases. En una primera se oxidan la mayor parte de los contaminantes. El proceso se completa en la segunda fase en la que se mantiene al suelo a altas temperaturas durante el tiempo necesario para conseguir la destrucción completa de los contaminantes y se eliminen todos los gases (figura).

Para depurar los gases residuales se incorpora un sistema de limpieza.

Es un método muy útil para eliminar la contaminación producida por hidrocarburos poliaromáticos, PBC (policlorobifenilos) y clorofenoles.

La desorción térmica es otro proceso térmico en el que se somete al suelo a unas temperaturas más bajas (250-550°C) para conseguir la desorción en vez de la destrucción de los contaminantes. Con esta técnica se puede tratar la contaminación producida por compuestos orgánicos volátiles (con un peso molecular no muy elevado, como los lubricantes, aceites minerales, gasolinas, etc) y determinados metales pesados volátiles como es el caso del mercurio. Con esta técnica hay que controlar el paso de los contaminantes a la fase gaseosa, por ejemplo se pueden eliminar en una cámara de combustión o fijarlos sobre carbono activado.

Estos métodos presentan el inconveniente de que el suelo queda completamente transformado, sin materia orgánica, sin microorganismos, sin disoluciones...

Tratamiento microbiológico

Consiste en potenciar el desarrollo de microorganismos con capacidad de degradación de contaminantes (biorremediación). Se puede o favorecer la actividad de los microorganismos presentes o introducir nuevas especies. Para favorecer las acciones bióticas se pueden mejorar determinadas condiciones edáficas, añadiendo nutrientes, agua, oxígeno y modificando el pH.

En líneas generales la mayoría de los contaminantes orgánicos se degradan bajo condiciones aerobias. Sin embargo hay determinados compuestos, como los alifáticos clorados que resisten bien en condiciones aerobias pero son fácilmente degradados en las anaerobias. Otros incluso, como es el caso de los PBC, se degradan primero en condiciones anaerobias, produciéndose la descloración de manera rápida, y luego la degradación prosigue bajo condiciones aerobias.

La velocidad de descomposición por los organismos va a depender de su concentración, de determinadas características del suelo (disponibilidades de oxígeno y de nutrientes, pH, humedad y temperatura) y de la estabilidad del contaminante.

Este tratamiento se puede desarrollar in situ, on site o ex situ.

El tratamiento in situ se usa en suelos permeables cuando la contaminación afecta a los horizontes subsuperficiales. Se perforan unos pozos por los que se inyectan agua con microrganismos (a la que se le han añadido nutrientes). Se bombea el agua contaminada hacia la superficie, se depura y se vuelve a iniciar el ciclo.

Para el tratamiento on site el suelo es excavado y depositado sobre unas piscinas con fondo arenoso y revestidas de un material impermeable, como por ejemplo, una capa plástica, y con un sistema de drenaje del agua. La superficie se riega con una soluciones enriquecidas en nutrientes, a las que se le habrán añadido los microorganismos.

Los mejores resultados se obtienen en los tratamientos ex situ. Según esta técnica el suelo contaminado es llevado a unos fermentadores, grandes cilindros que giran sobre su eje para agitar el suelo. Durante el tratamiento se añade oxígeno y nutrientes, en condiciones de temperatura controlada.

3. Planificación

Las técnicas de descontaminación son extraordinariamente caras, superando ampliamente el valor del suelo en el mercado. Pero muchos países han comprendido que el suelo es un bien inapreciable, con un valor incalculable, no traducible a valor dinero, ya que como sabemos necesita de decenas a cientos de miles de años para formarse y es por tanto un recurso no renovable, por tanto irreparable, que se ha de conservar para las futuras generaciones, y su valor real es independiente de su precio, el cual estará fijado por la ley de la oferta y la demanda, que variara con las tendencias de la economía, mientras que el valor del suelo en sí mismo es intemporal.

Es por ello que la planificación de la descontaminación del suelo es de ámbito nacional, que requiere fuertes subvenciones, y no puede ser acometidos por loa particulares.

Generalmente, hasta ahora, se descontamina el suelo para reutilizaciones concretas como recalificaciones de terrenos en los planes de urbanismo para construcción, parques, urbanizaciones, ... y por tanto de alto valor por metro cuadrado.

Como los recursos a emplear son forzosamente limitados no podemos pretender descontaminar todas las zonas sino que hay que desarrollar una política centralizada que planifica, tras detenidos estudios, las regiones preferentes por presentar más altos riesgos, zonas de alta prioridad tanto para realizar investigaciones evaluadoras como para planificar su descontaminación y regeneración.

El problema de la descontaminación del suelo hay que enfocarlo como un problema multidisciplinar, que engloba a una serie muy numerosa de aspectos y factores, algunos de ellos de muy difícil evaluación. Es por ello que para elaborar un esquema de trabajo hay que considerar una serie muy amplia de factores y darle a cada condición un coeficiente de importancia, para que mediante una matriz de aproximación se pueda resolver correctamente el problema, sin que determinados aspectos por su espectacularidad puedan quedar sobrevalorados.

Esquema de planificación para la descontaminación de un suelo

Los numerosos factores a tener en cuenta se pueden agrupar en dos grandes apartados: características del sitio y referentes a la contaminación.

De la zona

Situación con respecto a los objetos amenazados. Las peculiaridades de cada caso concreto pueden ser muy diferentes, por ejemplo: caso de núcleos urbanos próximos, o el caso de la localidad holandesa de Lekkerkerk con casas construidas sobre un vertedero de residuos químicos, o escapes de residuos de una planta de tratamiento de petróleo que amenaza a una cuenca hidrográfica con suministro para el consumo humano.

Clase y propiedades de los suelos. Factor fundamental ya que va a influir decisivamente en la evolución de la contaminación y va a condicionar la aplicación de las técnicas de descontaminación.

La peligrosidad de la contaminación dependerá de determinados parámetros del suelo, como son: poder tampón, poder de amortiguación, vulnerabilidad y cargas críticas. Características que dependerán a su vez de un gran número de propiedades de los suelos: textura, permeabilidad, dinámica del agua, pH, capacidad de cambio iónico, potencial redox, carbonatos, sales, mineralogía de arcillas, materia orgánica, microorganismos, nutrientes, etc.

Subsuelo. el grado de permeabilidad, existencia de capas, inclinación, existencia de niveles impermeables y restos de construcciones (galerías, conducciones, cimentaciones, etc) condicionaran en gran medida la dispersión de la contaminación y las posibilidades de descontaminación.

Niveles freáticos. La proximidad de aguas freáticas es un factor de riesgo decisivo para la propagación de la contaminación y de sus efectos. Las oscilaciones del nivel freático es causa que frecuentemente difunde la contaminación.

De la contaminación

Extensión de la contaminación. La magnitud del área afectada es uno de los primeros factores a evaluar.

Espesor de la contaminación. La penetración de la contaminación dentro del suelo va a ser otra medida imprescindible para evaluar la magnitud de la contaminación.

De los contaminantes

Naturaleza y concentración de los contaminantes. La clase de contaminantes y su intensidad es otro parámetro imprescindible de considerar. En las técnicas depuradoras va a influir decisivamente determinadas características de los contaminantes, como son:

i) Solubilidad, volatibilidad, densidad, coeficiente de reparto y adsorción

ii) Forma de presentarse en el suelo (disuelta, adsobida, complejada, precipitada, ocluída) y especiación (elemental, iónica, compuesta, oxidada, reducida)

iii) Persistencia y transformaciones en el suelo (degradativas o a compuestos tóxicos)

iv) Toxicidad y bioacumulación

v) La presencia de una mezcla de sustancias contaminantes dificultará en gran medida su eliminación total.

Conocidas todas estos condicionantes se puede desarrollar una planificación integral de descontaminación.

4. Casos prácticos

El desastre ecológico de Aznalcóllar

En el libro "In Situ Soil Remediation" de Otten et al, se describen cinco casos concretos de descontaminación de suelos en Holanda. Se trata de unos informes muy completos que abarcan contaminantes muy diversos en condiciones muy diferentes. Por su indudable interés hemos seleccionado tres casos.

Descontaminación de metales pesados por lavado con agua acidificada

Contaminación por petróleo y descontaminación por arrastre con aire

Biorremediación para contaminantes no volátiles


 

 
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