Hidrocarburos

Ecología. Medio ambiente. Hidrocarburos. Descontaminación de acuíferos. Contención de la contaminación. Polución. Contaminación

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INDICE

INTRODUCCIÓN

LOS HIDROCARBUROS

DEFINICIÓN

CLASIFICACIÓN:

  • Hidrocarburos alifáticos

  • Hidrocarburos aromáticos

  • Hidrocarburos aromáticos policíclicos

PROPIEDADES:

  • Densidad

  • Presión de vapor

  • Concentración

  • Polaridad

  • Solubilidad

EL PETRÓLEO

  • Comportamiento en el ambiente ( intemperizacion )

CONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS POR HIDROCARBUROS

  • LOS ACUÍFEROS

  • FUENTES DE CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS

  • EVOLUCIÓN DE LOS HIDROCARBUROS EN EL SUBSUELO

  • EL MOVIMIENTO DE LOS HIDROCARBUROS:

  • Fluidos multifase. Conceptos básicos.

  • Movimiento de LNAPLs

  • Volatilización de LNAPLs

  • Movimiento de DNAPLs

PROCEDIMIENTOS DE DESCONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS

CONTENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN:

  • Barreras físicas

  • Barreras Hidráulicas

EXTRACCIÓN:

  • Bombeo y tratamiento

  • Extracción por alto vacío

  • Extracción suelo-vapor

  • Extracción mediante skimmer

  • Extracción avanzada

TRATAMIENTOS “IN SITU”:

  • Tratamientos químicos

  • Biotratamiento:

Bioestimulación

Bioventing

Fundamentos de la biorremediación

Diseño de un proceso de biotratamiento

Fases de un sistema de biorremediación.

  • Atenuación natural

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

INTRODUCCIÓN

En países como el nuestro, en el que cada vez se hace más acuciante el problema de la disponibilidad de agua por la escasez de lluvia y la falta de caudal en los ríos; se está haciendo necesario recurrir al agua subterránea en muchos casos para poder abastecer a la demanda, sobre todo de la costa del levante. Pero el uso de acuíferos, aparte de a problemas de tipo técnico de explotación está limitado por la presencia en muchos de ellos de contaminación debida a causas antrópicas. Aunque la llegada de contaminantes es difícil en un principio que se produzca, en comparación, por ejemplo con un río o un lago, una vez ha dado lugar el proceso de limpieza es mucho más costoso que en los casos de aguas superficiales, por la dificultad de acceder a ese medio subterráneo.

Este trabajo trata sobre uno de los casos de contaminación más frecuentes de acuíferos, la originada por vertidos de hidrocarburos, los cuales en su totalidad casi proceden de derivados del petróleo, siendo más del 90% de los derrames causados por derrames accidentales en transporte de gasolinas, gasoil,…carburantes en general, y por fugas en depósitos de derivados del petróleo. También trata de los tipos de descontaminación que se utilizan actualmente para “limpiar” dentro de lo posible aquellos acuíferos que se han visto afectados por la llegada de hidrocarburos, ya que aunque un acuífero sea “descontaminado” , el agua que en él se haya inmersa no va a poder ser utilizada por el hombre hasta que transcurra un tiempo determinado que asegure que no va a provocar daños sobre la salud. Por ello es que en este caso, como en el de casi todos los medios, es mucho mejor impedir que el vertido llegue al subsuelo, tanto por el encarecimiento del tratamiento de descontaminación como por la larga inutilización de esta agua tratada.

LOS HIDROCARBUROS

DEFINICIÓN

CLASIFICACIÓN:

  • Hidrocarburos alifáticos

  • Hidrocarburos aromáticos

  • Hidrocarburos aromáticos policíclicos

PROPIEDADES:

  • Densidad

  • Presión de vapor

  • Concentración

  • Polaridad

  • Solubilidad

EL PETRÓLEO

  • Comportamiento en el ambiente ( intemperizacion )

DEFINICIÓN

Los hidrocarburos son compuestos de gran abundancia en la naturaleza y están integrados por átomos de carbono e hidrógeno, los primeros disponen un armazón de estructural al que se unen los átomos de hidrógeno. Forman el esqueleto básico de las moléculas de la materia orgánica, por lo que también son conocidos como compuestos orgánicos.

Asimismo los podemos encontrar en formaciones geológicas, tanto en estado líquido (denominado comúnmente con el nombre de petróleo) como en estado gaseoso (gas natural). Así es como estos hidrocarburos estipulan una actividad económica de primera importancia a nivel mundial, pues constituyen los principales combustibles fósiles, además sirven de materia prima para todo tipo de plásticos, ceras y lubricantes. Pero, son estas formas de elevado valor económico (petróleo y sus derivados), las responsables de graves problemas de contaminación en el medio natural, a nivel de superficie e incluso afectan a grandes reservas de agua subterránea. Es por ello por lo que al final de este título se les dedica un epígrafe especial.

CLASIFICACIÓN

Los hidrocarburos se clasifican según la estructura de los enlaces existentes entre los átomos de carbono que componen la molécula.

1. Hidrocarburos alifáticos:

En este primer apartado, los átomos de carbono se disponen formando una cadena lineal; éstos se subdividen en:

1.1. Alcanos (hidrocarburos saturados o parafinas), tienen enlaces simples o sigma, es decir, covalentes por compartición de un par de electrones en un orbital s entre sus átomos de carbono. Se presentan en estado gaseoso, líquido o sólido según el tamaño de la cadena de carbonos. Hasta 4 ó 5 carbonos son gases, de seis a 12 son líquidos y de 12 y superiores se presentan como sólidos aceitosos (parafinas). Todos son combustibles, y liberan grandes cantidades de energía durante la combustión. Su reactividad es muy reducida en comparación con otros compuestos orgánicos (parafinas viene del latín y significa poca afinidad). La relación C/H es de CnH2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula (advertir que esta relación sólo se cumple en alcanos lineales o ramificados no cíclicos, por ejemplo el ciclobutano, donde la relación es CnH2n). La estructura de un alcano sería de la forma:

H H H H

| | | |

H - C - C - ... - C - C - H

| | | |

H H H H

Los alcanos se obtienen en su mayoría del petróleo, ya sea de forma directa o mediante pirolisis (rotura de térmica de moléculas de mayor tamaño). Son los compuestos de partida para la fabricación de otros compuestos orgánicos. Son importantes sustancias de la industria química y también los combustibles más importantes de la economía mundial.

El punto de partida para la elaboración de alcanos es siempre el gas natural y el petróleo (que es destilado en las refinerías y procesado en varios productos diferentes, por ejemplo la gasolina).

1.2. Hidrocarburos insaturados, son los que tienen uno o más enlaces dobles (alquenos u olefinas) o triples (alquinos) entre sus átomos de carbono, estos enlaces se caracterizan por ser más fuertes que los simples, por lo que su degradación requiere de una mayor aportación de energía.

2. Hidrocarburos cíclicos, que se subdividen en:

2.1. Hidrocarburos policíclicos, que tienen cadenas cerradas de 3, 4, 5, 6, 7 y 8 átomos de carbono saturados o no saturados. Como ejemplo, encontraríamos el ciclohexano.

2.2.Hidrocarburos aromáticos, son los que ostentan al menos un anillo aromático aparte de otros tipos de enlaces que puedan tener. Son polienos ciclícos conjugados que cumplen la Regla de Hückel , o sea, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Y que cumplen, al menos las siguientes premisas, que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La característica fundamental de este grupo de hidrocarburos, sin contar con su aromicidad, es su gran estabilidad y la dificultad de romper los enlaces entre sus carbonos.El máximo exponente de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia de anulenos . Entre los exponentes más importantes se encuentran los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno, muy perjudiciales para la salud por estar implicados en numerosos tipos de cáncer y que habrán de tomar muchas medidas al respecto en caso de fugas o derrames.

2.3.Hidrocarburos naftalénicos o hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos también conocidos por sus siglas, HAP's; están constituidos por dos o más anillos fusionados, con resonancia electrónica entre sus átomos de carbono. Los HAP´s constituyen contaminantes orgánicos relacionados con las actividades humanas, en especial con aquellas derivadas del tratamiento y posterior combustión del petróleo y sus derivados. Son compuestos estables y altamente tóxicos, algunos potentes carcinógenos y otros mutagénicos.

Dentro de este subgrupo hay dos clases:

-los de bajo peso molecular que tienen de 2 a 3 anillos aromáticos como el naftaleno, fluoreno, fenantreno y antraceno y derivados,

-y los de alto peso molecular que tienen de 4 a 7 anillos aromáticos como el criseno , que son relativamente inmóviles y, por ende, de baja volatilidad.

Estos compuestos se encuentran distribuidos en el suelo, mar, sistemas fluviales y sedimentos, su presencia se ha atribuido principalmente a los derrames de petróleo y descargas de plantas petroquímicas.

Algo que es muy común en cualquiera de los grupos de hidrocarburos expuestos más arriba es la sustitución de uno o varios de sus hidrógenos por otro átomo o grupos funcionales que se mencionarán más adelante. La importancia de estas sustituciones, en el caso que nos ocupa radica que, ya que variará el comportamiento químico de molécula, también lo hará la facilidad con la que estos compuestos podrán ser degradados, tanto de forma natural como antrópica, una vez que hayan acabado en el medio. Las sustituciones más habituales son:

-Por átomos halógenos .Tienen una alta densidad. Son usados en refrigerantes, disolventes, pesticidas, repelentes de polillas, en algunos plásticos y en funciones biológicas (ejemplo: DDT, cloroformo, PCB, ….)

-Por grupos hidroxilo (-OH); formando el grupo de los llamados alcoholes. Son no polares y por lo que atrae a las moléculas de agua. Tienen un punto de ebullición elevado, por lo que se volatilizan con facilidad.Los alcoholes con alto peso molécular son solubles en agua.

-Por grupo carboxilo (-COOH) dando lugar a los ácidos carboxílicos, por lo general son solubles en agua. Tienen un fuerte olor desagradable y forman sales metálicas en las reacciones ácido-base.

-Los ésteres son derivados de los ácidos carboxílicos en los que -OH del grupo carboxilo ha sido reemplazado por un -O R de un alcohol. Tienen aromas fuertes y son volátiles.

-Los éteres casi no son reactivos. No son solubles pero sí son volátiles. La estructura del los éteres es: R-O-R'; un átomo de oxígeno unido a dos grupos hidrocabonados.

Fracción de hidrocarburos separados por destilación

Fracción

Número de carbonos por molécula

Rango de temperatura de ebullición (ºC)

Usos

Gas

1 a 4

20

Calefacción doméstica, cocina,…

Gasolina

5 a 10

20 a 190

Fuel, benceno,…

Keroseno

11 a 13

190 a 260

Fuel, jet fuel,…

Diesel

14 a 18

260 a 360

Diesel-fuel, fuel-oil,..

Gases pesados y aceites lubricantes

19 a 40

360 a 530

Ceras, vaselinas, lubricantes,…..

PROPIEDADES

El comportamiento de los contaminantes en el medio es función de sus propiedades fisicoquímicas, dentro de las cuales se incluyen, esencialmente, la densidad, la solubilidad, la tensión de vapor; además de las reacciones que sean propensos a sufrir y de la concentración en la que estén. Conjuntamente, habrá que considerar las características del medio que los rodea como son: el tipo de suelo, adsorción, permeabilidad, tamaño de las partículas, contenido de humedad y de materia orgánica, succión, profundidad del nivel del agua entre otros.

- Densidad. Es la relación entre la masa y la unidad de volumen. Atendiendo a esta característica intrínseca, los compuestos orgánicos se pueden clasificar en dos grupos:

Compuestos orgánicos ligero, que son aquellos cuya densidad es menor que la del agua. Compuestos orgánicos densos, que son aquellos que poseen una densidad mayor a la del agua. La densidad determina los procesos de transporte en el acuífero, por ejemplo: los ligeros (aceites, gasolinas y el petróleo crudo) tienden a formar una capa en sobre el nivel freático, moviéndose horizontalmente en la dirección del flujo del agua subterránea; en cambio los densos (PCBs) migran hacia la base del acuífero creando una columna a partir de la cual pueden viajar en la dirección del flujo de agua subterránea .

-Presión de vapor, determina la rapidez o facilidad con la que un compuesto se volatiliza. Cuanta más alta sea la presion de vapor de una sustancia mayor será su tendencia a volatilizarse, así , la gasolina se evapora rápidamente, aunque esté en poros y fracturas.

Punto de ebullición de algunos alcanos

Alcano

Átomos de carbono

Punto de ebullición (ºC)

Butano

4

0

Pentano

5

36

Hexano

6

69

Heptano

7

98

Octano

8

126

Nonano

9

151

Decano

10

174

-Concentración, es la cantidad de una sustancia dada que se encuentra disuelta en un volumen específico de solvente, generalmente se representa en unidades de partes por millón para el caso de contaminantes en suelo o agua. La concentración de un hidrocarburo constituye el mecanismo más relevante para el trasporte de los vapores de hidrocarburos desde el derrame

flotando sobre el nivel estático hasta la superficie de la tierra. Hay que considerarlo teniendo en cuenta los gradientes formados en las direcciones principales: x, y, z.


- Polaridad. Está referida a la existencia o no de una distribución equitativa de las nubes electrónicas que forman varios enlaces. Si no es equitativa, una parte de la molécula será más positiva y la otra será más negativa, por tanto, la molécula se comporta como un dipolo. Si las nubes electrónicas están igualmente distribuidas, decimos que la molécula es no polar. La polaridad depende de la electronegatividad de los átomos y la forma de la molécula.Los compuestos orgánicos contienen carbono e hidrógeno, y la leve diferencia que existe en electronegatividad entre ambos hace que la mayoría de estos compuestos son no polares. Esto desemboca en una baja solubilidad de los mismos.


- Solubilidad en el agua. Con esta característica, aparte de conocer lo propenso que va a ser un contaminante en medio acuoso, también nos va a dar una idea de su estabilidad, su bioacumulación y su sorción química en el ambiente.La alta solubilidad al agua de un compuesto químico promueve su mayor movilidad, y es menos probable a ser acumulativo, bioacumulativo, volátil y persistente; un compuesto químico altamente soluble es propenso a ser biodegradado y metabolizado por los microorganismos. Si por el contrario es poco soluble,tiene más probabilidad de ser inmovilizado por vía adsorción y es menos móvil, más bioacumulativo y persistente en los compartimentos ambientales

La solubilidad de los hidrocarburos varía de acuerdo a sus características químicas y físicas que influyen de manera determinante en el transporte de tales compuestos hacia zonas profundas del subsuelo.

Grupo de Hidrocarburo

Hidrocarburo Representativo

Solubilidad en agua (mgL-1)

n-Alcanos

C4

n-butano

61.4

C5

n-pentano

38.5

C6

n-hexano

13.3

C7

n-heptano

2.2

C8

n-octano

0.43

C9

n-nonano

0.12

C10-C14

n-decano

0.05

Alcanos Ramificados

C4

Isobutano

49

C5

Isopentano

48

C6

2-metilpentano

78

C7

2-metilhexano

2.54

C8

2,4-dimetilhexano

1.29

C9

2,2,4-trimetilhexano

0.53

Cicloalcanos

C6

Ciclohexano

55

C7

Metilciclohexano

14

C8

1,2,4-Trimetilciclopentano

C9

1,1,3-Trimetilciclohexano

1.77

Oleofinas

C4

1-buteno

222

C5

1-pentano

148

C6

1-hexano

69.7

Monoaromáticos

Benceno

Benceno

1,760

Tolueno

Tolueno

470

Xilenos

m-xilenos

172

Etil benceno

Etilbenceno

140

C3-bencenos

1,3,4-trimetilbenceno

48.2

C4-bencenos

1,4-dietilbenceno

15

Fenoles

Fenol

Fenol

82,000

C1-fenoles

o-cresol

31,000

C2-fenoles

2,4-dimetilfenol

4,600

C3-fenoles

2,4,6-trimetilfenol

14,000

C4-fenoles

m-etilfenol

Los valores numéricos de la solubilidad son los siguientes:

solubilidad baja < de 10 ppm

solubilidad media entre 10 y 1000 ppm

solubilidad alta >1000 ppm

Estructura y propiedades de algunos hidrocarburos aromáticos y aromáticos policíclicos

NOMBRE

PESO MOLECULAR

SOLUBILIDAD EN AGUA (mg/l)

COEFICIENTE DE PARTICIÓN SUELO-AGUA

Benceno

78.11

1780

97

Tolueno

92.1

500

242

Ortoxileno

106.17

170

363

Etilbenceno

106.17

150

622

Naftaleno

128.16

31.7

1300

Acenafteno

154.21

3.93

2580

Acenaftileno

152.2

3.93

3814

Fluoreno

166.2

1.98

5835

Fluoroanteno

202

0.275

19000

Fenantreno

178.23

1.29

23000

Antraceno

178.23

0.073

26000

Pireno

202.26

0.135

63000

Benzoantraceno

228

0.014

125.719

Benzopireno

252.3

0.0038

282.185

Criseno

228.2

0.006

420.108

Benzofluoroanteno

252

0.0012

1148497

Dibenzoantraceno

278.35

0.00249

1668800

PETRÓLEO

El petróleo es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por diferentes sustancias orgánicas en su mayoría aromáticos, parafinas, naftenos, además de olefinas y dienos junto con cantidades variables de derivados hidrocarbonados de azufre, oxígeno y nitrógeno. Cantidades variables de gas disuelto y pequeñas proporciones de componentes metálicos. También puede contener agua en suspensión o en emulsión y sales. Sus componentes útiles se obtienen por destilación en las refinerías de petróleo. En las refinerías se separan del petróleo distintos componentes como gasolina, gasoil, fueloil y asfaltos, que son usados como combustibles. También se separan otros productos de los que se obtienen plásticos, fertilizantes, pinturas, pesticidas, medicinas y fibras sintéticas. Los componentes no deseados: azufre, oxígeno, nitrógeno, metales, agua, sales, etc,... se eliminan mediante procesos físico-químicos. El número de compuestos es muy grande, hasta 277 de hidrocarburos diferentes.

La composición de los crudos es muy variable dependiendo del lugar en el que se han formado. No solo se distinguen unos crudos de otros por sus diferentes proporciones en las distintas fracciones de hidrocarburos, sino también porque tienen distintas proporciones de azufre, nitrógeno y de las pequeñas cantidades de diversos metales, que tienen mucha importancia desde el punto de vista de la contaminación.

La contaminación provocada por estos compuestos afecta, tanto directa como indirectamente, a todas las esferas de la Tierra: atmósfera, océanos y suelos, llegando en algunos casos a traspasar los límites edafológicos y afectar a las aguas subterráneas. De las inclusiones recibidas por los acuíferos, las de los hidrocarburos son de las más pródigas debido al alto número de escapes que se producen en tanques de gasolineras, rupturas de oleoductos, vertidos accidentales y percolaciones de aceites en asfaltados.

En general, los hidrocarburos del petróleo son compuestos intermedios entre altamente biodegradables y difícilmente biodegradables, esto es a consecuencia de la variabilidad ya mencionada de hidrocarburos existente en el crudo. Por ello será necesaria una heterogénea población de microorganismos con amplia capacidad enzimática para su degradación. La biodegradabilidad de estos compuestos está afectada en gran medida por su estado físico y toxicidad, por otro lado, también está sujeta a la presencia de enzimas oxigenasas, asi que las condiciones requeridas para iniciar el proceso de ruptura de las moléculas hidrocarbonadas son de aerobiosis (aunque más adelante nitratos y sulfatos servirán de aceptores terminales de electrones).

Comportamiento en el ambiente ( intemperizacion )

Un derrame de petróleo lleva consigo una serie de cambios progresivos de sus propiedades físico"químicas los cuales se atribuyen al proceso de intemperización, el cual incluye : evaporación, disolución, dispersión, oxidación, emulsificación, sedimentación y biodegradación. La intemperización es la pérdida de ciertos componentes del petróleo a través de una serie de procesos naturales que comienzan una vez que ocurre el derrame y continúan indefinidamente. La tasa de intemperización del petróleo varía en función de las características del producto derramado y de las condiciones climáticas existentes en el lugar del derrame. Generalmente va referida a vertidos al aire libre no en el subsuelo, pero en algunos casos el derramen se produce a ras del suelo y de ahí percola hasta los acuíferos, de modo que parte del hidrocarburo percolado puede haber sufrido o sufrir durante su movilización de este proceso.

- Evaporación : Este paso atañe la composición del producto derramado: crece su densidad y viscosidad y merma su solubilidad en el agua, reduciendo así el nivel de toxicidad del producto. En la medida que los compuestos más volátiles se evaporan, el petróleo se hace más pesado y puede llegar a hundirse. A las 24 horas casi el 40% del petróleo se ha evaporado.

Estos porcentaje van variando de acuerdo al valor de viscosidad del hidrocarburo, por lo que el proceso de evaporación es muy trascendental en los derrames, especialmente si se trata de gasolinas o crudos livianos. La evaporación de los hidrocarburos es uno de los factores principales para determinar el destino final del derrame. Durante las primeras 24 horas la evaporación es responsable por la pérdida de los hidrocarburos de tamaño C6 a C13 (alcanos de 6 a 13 carbonos) dependiendo del tipo de hidrocarburo, aproximadamente 25"50% de los hidrocarburos derramados pueden llegar a evaporarse.

- Disolución : Este proceso empieza inmediatamente, es de largo plazo y continúa durante todo el proceso de degradación del hidrocarburo. Es de notar que los compuestos más ligeros son los más solubles en el agua y por lo tanto se convierten en los más tóxicos, por lo que es muy importante calcular su concentración, para estimar los posibles efectos tóxicos.

- Oxidación : La combinación química de hidrocarburos con el oxígeno molecular contribuye a la descomposición final del petróleo. Cuanto más área expuesta exista, mayor será la oxidación y mayor la velocidad de degradación. La radiación ultravioleta solar produce la oxidación fotoquímica que puede implicar una degradación diaria del 1% del derrame (dependiendo de la intensidad de la radiación solar).

- Emulsificación : Este es el procedimiento por el cual un líquido se dispersa en otro líquido en forma de pequeñas gotitas, es decir como suspensión. La degradación de este tipo de emulsión es muy lenta y solo puede ser acelerada por la presencia de cierto tipo de bacterias dentro de la emulsión.

- Sedimentación : Puede suceder por dos mecanismos: el primero se define en la medida que el hidrocarburo se intemperiza resultando en un incremento de su densidad respecto al agua circundante y por consiguiente se hunde. El segundo ocurre por la adhesión de las partículas suspendidas en la columna de agua al petróleo. Esto sólo es importante en el mar.

- Biodegradación : Este es el proceso por el cual la mancha desaparece del medio ambiente. Ciertas especies hongos y otros organismos , especialmente de bacterias, utilizan los hidrocarburos como fuente de alimento. Como proceso natural es muy lento, pero se puede manipular para agilizarlo.

CONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS POR HIDROCARBUROS

  • LOS ACUÍFEROS

  • FUENTES DE CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS

  • EVOLUCIÓN DE LOS HIDROCARBUROS EN EL SUBSUELO

  • EL MOVIMIENTO DE LOS HIDROCARBUROS:

  • Fluidos multifase. Conceptos básicos.

  • Movimiento de LNAPLs

  • Volatilización de LNAPLs

  • Movimiento de DNAPLs

LOS ACUÍFEROS

Se denomina acuífero a las formaciones geológicas capaces de almacenar y hacer circular agua por sus poros, vacíos intergranulares, fracturas, diaclasas o grietas, permitiendo de esta manera que pueda ser utilizada por el hombre ( en la mayoría de las definiciones queda implícita la connotación de aprovechamiento económico. Algunas de las características y particularidades que definen al acuífero son:

  • Es una formación geológica con una geometría bien definida pero en su mayor parte desconocida.

  • En ella se desarrolla parte del ciclo hidrológico de la región en la que se encuentra.

  • Las propiedades hidráulicas de este medio lo caracterizan como no homogéneo y generalmente anisótropo.

  • El comportamiento hidrodinámico del agua dentro del acuífero es determinado por leyes hidráulicas para medios porosos.

  • Las entradas y salidas de agua del acuífero dependen de las particularidades de sus fronteras, de su estado, de factores climáticos, de sus propiedades hidrogeológicas y de las acciones antrópicas realizadas sobre él.

  • Las condiciones que definen la calidad del agua subterránea y sus niveles, van a depender de los factores anteriores.

  • Asociado al término de acuífero están:

    - Acuícludo, que es la formación geológica que, aunque contiene agua en su interior hasta el nivel de saturación, no la transmite, por lo que no se puede explotar.

    - Acuitardo, que se refiere a la existencia de numerosas formaciones geológicas que, conteniendo apreciables cantidades de agua, la transmiten muy lentamente, por lo que tampoco son aptos para ser explotados.

    Tipos de acuíferos.

    • Acuíferos libres, libres, no confinados o freáticos, son los que tienen una superficie libre de agua encerrada que está en contacto directo con el aire y por lo tanto a presión atmosférica.

    • Acuíferos cautivos, confinados o a presión, son los que tienen el agua sometida a cierta presión, superior a la atmosférica, y ocupa la totalidad de los poros de la formación geológica, saturándola completamente. La parte inferior y la superior de la formación geológica porosa contenedora del agua son impermeables.

    • Acuíferos semicautivos o semiconfinados, son una particularidad derivada de los anteriores, en ellos el techo y/o el muro del acuífero no son completamente impermeables.

    Dependiendo el tipo de acuífero que se trate, la susceptibilidad para ser contaminado será mayor o menor, por ejemplo en un acuífero libre será más fácil que penetre un agente externo que en uno confinado, ya que este último tiene encima una capa impermeable, que si bien imposibilita la salida del agua también impide la entrada de otro fluido.

    Relacionados con la calidad del agua en los acuíferos están los siguientes conceptos:

    - Vulnerabilidad de un acuífero a la contaminación: es la sensibilidad a la contaminación, determinada por las características naturales intrínsecas de los estratos geológicos que forman los lechos confinantes suprayacentes o la zona no saturada del acuífero; se incluye la accesibilidad hidráulica de la zona saturada a la penetración de los contaminantes y a la capacidad de atenuación de las distintas capas de terreno por encima de la zona saturada como resultado de la capacidad de retención o reacción de los contaminantes. En este concepto están presentes los factores geométricos, propiedades hidrofísicas de la cobertura y el tipo de contaminantes en cuanto a persistencia, movilidad y toxicidad.

    - Peligro del agua subterránea: es la probabilidad de que el agua de un acuífero se contamine con concentraciones superiores a los marcados en los límites de la OMS para el agua potable cuando una carga contaminante específica se genere en la superficie del terreno.

    - Riesgo de contaminación del agua subterránea: es la amenaza para la salud humana provocada por la contaminación de una fuente específica de suministro de agua subterránea, o también, la amenaza para un ecosistema generada por dicha contaminación en una descarga posterior de ese acuífero.

    FUENTES DE CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS

    Los hidrocarburos que llegan hasta los acuíferos corresponden en su mayoría a los componentes del petróleo y sus derivados. La contaminación por hidrocarburos se produce de forma frecuente y sus efectos pueden llegar a ser muy peligrosos. Las principales orígenes de aparición de hidrocarburos en el subsuelo son, por orden de importancia:

    • Fugas de depósitos

    • Vertidos accidentales

    • Enterramientos de residuos que contiene hidrocarburos

    • Lavado de aglutinantes de caminos asfaltados

    • Riegos de caminos de tierra con aceites residuales para evitar el polvo.

    (Los dos primeros solos suponen el 90% de la contaminación)

    Las actividades consideradas como fuentes de contaminación son:

    • Saneamiento in situ (nitratos; microorganismos fecales; trazas de hidrocarburos sintéticos)

    • Gasolineras y Talleres Automotrices (benceno; otros hidrocarburos aromáticos; fenoles; algunos hidrocarburos halogenados)

    • Déposito Final de Residuos Sólidos (amonio; salinidad; algunos hidrocarburos halogenados; metales pesados)

    • Industrias Metalúrgicas (tricloroetileno; tetracloroetileno; otros hidrocarburos halogenados; metales pesados; fenoles; cianuro)

    • Talleres de Pinturas y Esmaltes (alcalobencenos; tetracloroetileno; otros hidrocarburos halogenados)

    metales; algunos hidrocarburos aromáticos

    • Industria Maderera (pentaclorofenol; algunos hidrocarburos aromáticos)

    • Tintorerías (tricloroetileno, tetracloroetileno)

    • Manufactura de Pesticidas (algunos hidrocarburos halogenados; fenoles; arsénico metales pesados)

    • Déposito Final de Lodos Residuales (nitratos; varios hidrocarburos halogenados; plomo; cinc)

    • Curtidurías (cromo; salinidad; algunos hidrocarburos halogenados; fenoles)

    • Exploración y Extracción de salinidad (hidrocarburos aromáticos)

    EVOLUCIÓN DE LOS HIDROCARBUROS EN EL SUBSUELO

    En términos generales, el comportamiento de los contaminantes está en función de sus características fisicoquímicas en las que se incluyen principalmente densidad, solubilidad, viscosidad, además de las características del medio que los rodea como son: el tipo de suelo, adsorción, permeabilidad, tamaño de las partículas, contenido de humedad y de materia orgánica, sorción, profundidad del nivel del agua entre otros.

    Los hidrocarburos incluyen productos con una variable degradabilidad como también lo es su comportamiento y la extensión alcanzada una vez en el medio (dependerá del compuesto hidrocarbonado, del número de átomos que lo componen, del tipo de enlaces que tiene, de la presencia o no de halógenos,…..). Pero será la densidad la característica que determina mayormente los procesos de transporte en el acuífero. Por ejemplo, mientras la gasolina y la nafta se mueven fácilmente por el subsuelo, el gasoil lo hace más lentamente, al fueloil le resulta bastante dificultoso y los aceites no pueden penetrar en el medio saturado, sólo mueven el agua bajo la zona de contaminación, manteniendo las condiciones de presión.

    'Hidrocarburos'

    Como se ve en la figura, de forma general, si el hidrocarburo es vertido en la superficie, éste se propaga verticalmente hacia el nivel freático y, cuando lo alcanza, se mantiene sobre el agua flotando, desplazándola con tendencia a trasladarse según el flujo. Existe una franja, la zona de agua capilar, donde el hidrocarburo, por diferencia de densidad y su incapacidad para desalojar el agua intersticial, da origen a los procesos de dispersión y difusión. Pero la mayor parte de los hidrocarburos se acumulan directamente sobre el nivel del agua y bajo la zona de fuga, extendiendo una pequeña cuña hacia la zona de menor gradiente hidráulico.

    Después se va diluyendo hasta que alcanza la saturación irreductible (valor de la saturación por de bajo de la cual el hidrocarburo deja de fluir, es como si el medio tuviese una permeabilidad nula); asimismo sufre un rápido desplazamiento en la componente horizontal que se va frenando a medida que se extiende la mancha.

    A continuación se esquematizan las diferentes evoluciones en el subsuelo que pueden sufrir los contaminantes dependiendo de si son de fase líquida no acuosa de baja densidad (conocidos por sus siglas en inglés LNAPLs) o de alta densidad (DNALPs).

    'Hidrocarburos'

    Migración de un contaminante de baja densidad sobre la superficie freática: los hidrocarburos ligeros tienden a formar una capa en forma de nata en el nivel freático y se mueven horizontalmente en la dirección del flujo del agua subterránea, así lo hacen las gasolinas, aceites y el petróleo crudo

    'Hidrocarburos'

    Cuando hay control sobre la emisión y la fuente está aislada, la contaminación potencial aún existe. Muchas fases de los hidrocarburos pueden haber dejado restos atrapados en superficie de los poros por las fuerzas de capilaridad y actúan como una continua fuente de polución. Eso es lo que se muestra en la figura. También hay que tener en cuenta que en los acuíferos en los que se producen importantes bombeos o hay gran variabilidad de recarga, los niveles freáticos oscilan ampliamente y esos vaivenes de la superficie libre hacen subir y bajar el aceite contaminante, dejando la zona de oscilación contaminada por la saturación irreductible.

    'Hidrocarburos'

    En el caso de que el contaminante sea más denso que el agua la situación varía. El hidrocarburo pesado tenderá a penetrar por la zona saturada, venciendo las fuerzas de presión de los poros. A causa de los efectos de capilaridad y de la diferencia de densidades, el desplazamiento es inestable dentro de la zona saturada del acuífero, por lo que la migración se produce a modo de digitalizaciones. El contaminante formará también una cubierta sobre el nivel del agua (a menos que existan grandes orificios producidos por raíces, que ofrecen un camino más fácil para la penetración del contaminante a través de la extensión saturada), y a partir de ahí saldrán las digitalizaciones hacia la base del acuífero.

    Tanto en el caso de hidrocarburos ligeros como en de los pesados, las fases volátiles irán ocupando los poros de la zona no saturada, moviéndose por difusión.

    EL MOVIMIENTO DE LOS HIDROCARBUROS

    El movimiento de los líquidos inmiscibles con el agua a través de la zona no saturada y de la saturada es un proceso bastante complicado, ya que en él hay que diferenciar por lo menos dos fases: la líquida del agua y la líquida no acuosa del hidrocarburo (esto en la zona saturada); y tres o cuatro fases en la zona vadosa, las mencionadas anterior mente más el aire de los poros y el sólido de las partículas del suelo (esta última no es considerada por todos los autores).

    'Hidrocarburos'

    Equilibrio multifase: la zona no saturada no contaminada presenta cuatro fases diferentes, como se ve en el esquema, aire, suelo, agua y la fase líquida no acuosa o hidrocarburo. Cuando dos fluidos inmiscibles coexisten en equilibrio en un medio poroso, están

    repartidos según las leyes de la hidrostática y de la capilaridad. La repartición de fluidos depende

    de la dimensión de los poros, del ángulo de contacto, de la tensión interfacial y de las saturaciones.

    • Fluidos multifase. Conceptos básicos.

    Cuando dos fluidos inmiscibles (agua e hidrocarburo) coexisten en equilibrio en un medio poroso como es un acuífero, están repartidos siguiendo las leyes de la hidrostática y de la capilaridad. La distribución de fluidos dependerá, entre otras cosas, de la dimensión de los poros, del ángulo de contacto, de la tensión interfacial y de las saturaciones.

    Dada la complejidad del proceso de transporte de los hidrocarburos por el subsuelo es conveniente de finir algunos parámetros que sirven para modelizar este movimiento, también conocido como de flujo multifase.

    % Radio de saturación, es la fracción del espacio total del poro llena de líquido. El total de todos los radios de saturación, incluido el del aire resulta ser la unidad.

    % Tensión interfacial, un líquido en contacto con otra sustancia (sólido, líquido o gas) posee una energía que es el resultado de la diferencia del grado de atracción de las moléculas de la superficie entre ellas con la del grado de atracción de otra sustancia.. Este fenómeno se define como la cantidad de energía que hace falta para separar un área unitaria de una sustancia desde otra. Se designa como i,j . En los acuíferos no encontramos, en la zona no saturada, agua formando capas alrededor de los granos del suelo que no puede fluir por la fuerzas de capilaridad, pero que interactúa, con la fase líquida no acuosa del contaminante. El contacto trifásico agua (W), crudo (O) y sólido (S) está caracterizado por los ángulos de

    contacto. A lo largo de la línea de contacto trifásico se ejercen perpendicularmente a esta línea y

    por unidad de longitud de la misma, fuerzas que corresponden a las tensiones interfaciales. El

    equilibrio se expresa como un balance vectorial entre estas fuerzas cuyas direcciones son las

    tangentes a las interfases involucradas. Simplificando, se puede suponer que el sólido es plano

    en el punto de contacto (condición de Neuman). El fluido que posee el ángulo de contacto inferior a 90° es el fluido que “moja” la superficie sólida. Las rocas que almacenan agua poseen una naturaleza polar por que es “mojable” por el agua. Los crudos contienen a menudo bases nitrogenadas, es decir moléculas susceptibles de presentar una carga positiva, aún localmente. Tales moléculas pueden adsorberse sobre la superficie del sólido en los sitios negativos (silicatos) y llegar a recubrirla como si fuera una capa de pintura. La superficie no será “mojable” por el agua sino por el hidrocarburo (cambio de “mojabilidad”).

    % Mojabilidad, se define como la capacidad de posee un líquido para esparcirse sobre una superficie dada. Es una función del tipo de fluido y de la superficie sólida. El ángulo  se denomina ángulo de contacto. Cuando  < 90°, el fluido moja al sólido y se llama fluido mojante. Cuando  > 90°, el fluido se denomina fluido no mojante. Una tensión de adhesión de cero indica que los fluidos tienen igual afinidad por la superficie. La mojabilidad tiene sólo un significado relativo. Teóricamente, debe ocurrir mojabilidad o no mojabilidad completa cuando el ángulo de contacto es 0° o 180° respectivamente.

    Angulo de Contacto de Avance , Aparece cuando el agua está en contacto con el petróleo sobre una superficie sólida previamente en contacto con el petróleo, es decir, ocurre cuando el agua avanza hacia el petróleo

    Angulo de Contacto de Retroceso , Surge cuando el petróleo está en equilibrio con el agua sobre una superficie previamente cubierta con agua (el petróleo avanza hacia el agua)

    El ángulo de contacto es uno de los métodos más antiguos y aún más ampliamente usados para determinar la mojabilidad.

    % Histéresis, fenómeno que ocurre cuando la tensión interfacial y la mojabilidad son diferentes o cuando la interfase líquido-líquido no acuoso está avanzando o retrocediendo sobre una superficie sólida. La presión capilar está sujeta a histéresis ya que el ángulo de contacto  es una función de la dirección del desplazamiento;  puede tener diferentes valores si el equilibrio es alcanzado por avanzar o retroceder sobre la superficie (cambio de dirección).

    % Presión de capilaridad, cuando dos líquidos inmiscibles están en contacto, se forma entre ellas superficie que tiende a curvarse. Midiendo la presión del poro en cada fase cerca de la superficie de contacto se observa que las presiones no son iguales, esa diferencia es la presión capilar. Si Pw es la presión del fluido acuoso y P nw es la presión del fluido no acuoso, P c= Pw - P nw es la presión capilar, que es directamente proporcional a la tensión interfase e inversa al radio de curvatura. Esto significa que es función de las propiedades de los dos líquidos inmiscibles y que depende del porcentaje de cada uno halla en un poro. Desarrollar esto matemáticamente es muy complicado.

    Fenómeno de introducción de un capilar en una interfase agua-petróleo, donde se genera el denominado ascenso capilar

    La fuerza que origina el ascenso capilar esta expresada por:

    Fuerza =  wo "coswo ""r

     wo = Tensión interfacial

    wo = Ángulo de contacto de la interfase líquida con la superficie del sólido

    r = radio del capilar.

    Existe una dependencia de los efectos capilares con el diámetro del tubo, con la tensión interfacial y el ángulo de contacto (mojabilidad del sistema) y la diferencia de densidad entre fluidos. A uno y otro lado de la interfase curva existe una marcada diferencia de presión (tanto mayor, cuanto mayor es el ascenso capilar). A esta diferencia de presión se la identifica como presión capilar del sistema y su forma genérica es la siguiente: Pcap = Pnm - Pm , donde Pcap es Presión Capilar, Pnm es Presión de la fase no-mojante y Pm es Presión de la fase mojante. El fluido con la mayor tendencia a mojar la roca reservorio será aquel que tenga la presión más baja.

    En el caso de la figura, la curva de trazo grueso y color rojo muestra el cambio de la saturación de agua con la altura, correspondiente a un sistema poral heterogéneo, pero uniforme.

    - FWL o nivel de agua libre ,es el nivel en el que se presentaría la interfase agua petróleo en ausencia de medio poroso.

    - WOC, es el contacto agua-petróleo , es el nivel más bajo en que se puede detectar petróleo. La diferencia entre el WOC y el FWL corresponde al ascenso capilar generado por los poros de mayor "diámetro" de la red de poros que constituye el subsuelo . 

    - Swirr o saturación de agua irreductible, es la mínima saturación de agua obtenida por desplazameinto capilar. En los capilares cilíndricos la Swirr es nula (no hay fases residuales), pero en los medios porosos naturales toma valores, en general superiores al 10 ó 15 % del volumen de poros, siendo frecuentes Swirr superiores al 25%. Por último, la zona de transición capilar, que es aquella que incluye todos los niveles en que la Sw (saturación del agua) varía entre el 100 % del volumen total de poros y la Swirr.

    % Permeabilidad relativa, durante el flujo simultáneo de dos líquidos inmiscibles, parte del espacio libre del poro se verá completado con agua y la otra parte con el fluido contaminante, de forma que ambos “competirán” por el espacio libre, de ahí surge el concepto de permeabilidad relativa, que es el radio ocupado por un fluido respecto al que ocuparía de tener todo el espacio del poro para ese fluido. Las permeabilidades relativas del sistema de tres fases compuesto por aire-agua-hidrocarburo, son bastantes complicadas de obtener, se estiman por un método derivado de de dos fases de Stone(1973).Primero se obtiene la del , krw en función de de su radio de saturación, Sw ; después la del aire, kra también como función de su radio de saturación Sa y finalmente se obtiene la de la fase líquida no acuosa, knw, como función de las dos anteriores.

    % Ley de Darcy para el flujo bifásico, Qw= -(krwkiw/ w)A(dhw/dl), donde:

        • Qnw es el caudal de flujo de agua

        • krw , es la permeabilidad relativa del agua en presencia de un fluido no acuoso

        • ki, es a permeabilidad intrínseca de la roca

        • w , es la densidad del agua

        • w, es la viscosidad dinámica del agua

        • A, es la sección por la que circula el flujo

    Para el fluido no acuoso se usa una expresión similar: Qnw -(krnkinw/ nw)A(dhnw/dl).

    % Potencial de fluido, es la cantidad de trabajo necesario para mover una masa unitaria de fluido desde una posición de referencia y en unas condiciones determinadas hasta otra posición y condiciones.

    % Saturación, se denomina así a la fracción del espacio poroso ocupado por el fluido. Por definición, la suma de la saturación es 100%; So + Sg + Sw = 100%

    donde

    So = saturación de petróleo,en %.

    Sg = saturación de gas libre,en %

    Sw = saturación de agua,en %

    La saturación de petróleo incluye todo el gas disuelto en el petróleo, mientras que la saturación de gas consiste solo de gas libre. El agua dentro de los poros es a veces llamada "intersticial".

    % Imbición, es el proceso de expulsión de un fluido contenido en un medio poroso mediante el contacto exterior con otro líquido de mayor tensión superficial; el líquido que “moja” se extiende, ocupando primero los poros más pequeños y echa al fluido inicialmente contenido por fuerzas capilares. Esto resulta de vital importancia para conseguir obtener el petróleo desde medios con poros muy finos, en los que la presión capilar suele ser muy elevada.

      • Movimiento de LNAPLs

    Cuando ocurre un derrame sobre la superficie terrestre de LNAPLs, éstos migran verticalmente por la zona no saturada del suelo bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas de capilaridad, tal y como lo haría el agua. A menos que la zona no saturada sea extremadamente seca, estará “mojada “ de agua y los hidrocarburos poco densos constituirán la fase “no mojable”. Dentro de esta zona no saturada, en la parte superior ,el agua se encuentra en poros en saturación irreductible, y es denominada agua pendular y en la parte justo debajo y hasta la zona saturada, al agua que allí se encuentra se la denomina funicular.

    Por esta zona no saturada viajarán los LNAPLs , pero si la cantidad de estos contaminantes es excesiva , podrá alcanzar la parte superior de la zona capilar (es decir, su movimiento por el subsuelo vendrá , en gran parte determinado por la cantidad que haya o que vaya aparerciendo paulatinamente)hasta el punto de que una vez alcanzada esta zona, pueden desplazar al agua capilar y empezar a acumularse. Así dará lugar a una superficie oleosa, con algunos de los LNAPLs con presión de poro positiva. Ocasionalmente, la zona capilar puede desaparecer completamente, y la superficie oleosa iría a posarse directamente sobre la superficie del agua, incluso podría hacerla bajar por su peso. En su viaje descendente desde el vertido, los LNAPLs pueden dejar residuos en la zona no saturada, e incluso alguna de sus fracciones puede disolverse al entrar en contacto con la masa de agua, empezando así a agravar el proceso de contaminación.

    El flujo de LNAPLs es complejo una vez se encuentra sobre la masa de agua del acuífero, debido a variaciones en el nivel de la misma por cambios estacionales. En las siguientes figuras se explica de modo gráfico que es lo que ocurre cuando los niveles freáticos varían y sobre ellos hay una mancha de hidrocarburos de baja densidad.

    En el primer esquema se muestra una mancha de hidrocarburo de baja densidad sobre la zona capilar, y la cómo estaría distribuido el hidrocarburo residual a partir se su descenso vertical.

    Lo que acontecería si el nivel freático descendiese viene determinado en el segundo esquema, en él se puede ver como la zona de suelo “manchada” por el hidrocarburo residual retenido en los poros ha aumentado considerablemente debido al movimiento descendente del contaminante, provocado por la bajada del nivel de agua.

    En el tercer esquema se expone lo que ocurriría en el caso de que el nivel freático volviese a ascender.

    'Hidrocarburos'

    Fase inicial

    'Hidrocarburos'

    Fase de descenso del nivel freático

    'Hidrocarburos'

    Restitución del nivel piezométrico

      • Volatilización de LNAPLs

    Es el mecanismo por el que el fluido pasa de la fase líquida a la fase gaseosa. No es uno de los principales procesos que tienen lugar en el subsuelo, pero en el caso que nos ocupa de contaminantes derivados del petróleo, sí que es significativo. Los factores fundamentales que afectan a este proceso son:

    • El área de contacto entre los productos libres y la zona insaturada.

    • La presión de vapor del contaminante vertido.(Los que tienen una superior a 14 mm Hg a 20 ºC son bastante volátiles).

    • La tasa de difusión a la que está sometida ese contaminante en el subsuelo.

    • Las propiedades difusivas del suelo para las fases de vapor de los contaminantes.

    Para de terminar la volatilidad de un compuesto se parte de la Ley de Henry, que establece una relación entre la presión de vapor de un compuesto sobre su solución acuosa y la concentración en solución. La constante de proporcionalidad entre ambas es también conocida como la constante de la ley de Henry, la cual puede ser manifestada en unidades de atmósferas/(moles/metros cúbicos de agua) o en un coeficiente de partición agua aire. Esta es la tasa de la solubilidad acuosa de una sustancia, expresada en miligramos /litro , a una temperatura dada a la concentración saturada de vapor de la fase pura de la sustancia, también expresada en miligramos /litro. Los compuestos que tienen una partición agua-aire baja como los alcanos, tienden a su fase vapor , mientras que las que la tienen alta como los bencenos, tienden a la fase acuosa.

    Hidrocarburos tales como gasolina se componen de una mezcla de más de 200 compuestos orgánicos diferentes, por lo que la volatilización que pueda sufrir no será de todos sus componentes por igual.

    Compuesto

    Peso molecular

    Coeficiente de partición agua-aire

    Benceno

    78

    5.88

    Tolueno

    92

    3.85

    Xileno

    106

    4.68

    Etilbenceno

    106

    3.8

    Ciclohexano

    84

    0.15

    Hexano

    86

    0.015

    Octano

    114

    0.0079

    Los cuatro primeros compuestos son de tipo aromático, más pesados y más tóxicos, y al tener su coeficiente valores altos, tenderán a quedarse en el subsuelo en fase líquida y serán los que con mayor facilidad percolen hasta el acuífero. En cambio, los otros tres, alcanos , tienen un coeficiente de partición bajo, por lo que será más pronbable que se volatilicen antes de llegar a contaminar al acuífero.

      • Movimiento de DNAPLs

    Los líquidos no acuosos densos incluyen entre sus compuestos álguno que tienen átomos de cloro, bromo o flúor. En su estado puro estos compuestos tienen diferente movilidad en la tierra y en el agua. Su conductividad hidráulica es función de la permeabilidad intrínseca de la formación donde se encuentra el vertido y de las propiedades del mismo:

    -K= ki g/ , donde

    K,es la conductividad hidráulica

    ki , es la permeabilidad intrínseca

    , es la densidad del fluido

    g, es la constante de la gravedad

    , es la viscosidad de fluido

    La relativa movilidad de una fase líquida no acuosa en agua será igual a la relación entre / de dicha fase con la proporción / para el agua.

    Lo que suele ocurrir con este tipo de contaminantes es que son más densos y menos viscosos que el agua y por tanto tienen una movilidad relativa bastante alta.

    Densidades de DNALPs

    Compuestos halogenados con un carbono

    Densidad (gr/cm3)

    Diclorometano

    1.33

    Triclorometano

    1.48

    Tetraclorometano

    1.59

    Dibromoclorometano

    2.45

    Compuestos halogenados con dos carbonos

    1,1-Dicloroetano

    1.18

    1,2-Dicloroetano

    1.23

    1,2-Dicloroetileno

    1.22

    1,2-Dicloroetileno

    1.26

    1,1,1-Tricloroetano

    1.34

    1,1,2-Tricloroetano

    1.43

    Tricloroetileno

    1.46

    1,1,2,2-Tetracloroetano

    1.60

    Tetracloroetileno

    1.62

    1,2-Dibromoetano

    2.17

    Compuestos halogenados con tres carbonos

    1,2-Dibromo-3-cloropropano

    2.05

    1,2-Dicloropropano

    1.16

    Compuestos halogenados aromáticos

    1,2-Diclorobenceno

    1.30

    1,4-Diclorobenceno

    1.25

    Bifenilos policlorados

    Aroclor 1016

    1.33

    Aroclor 1221

    1.15

    Aroclor 1242

    1.39

    Aroclor 1248

    1.41

    Aroclor 1254

    1.51

    Compuestos no halogenados

    Disulfida carbonada

    1.26

    Cuando el vertido sobre la superficie del terreno, o la descarga desde el subsuelo supera el valor de saturación residual, los DNALPs se mueven verticalmente en la zona no saturada bajo la influencia de la fuerza de la gravedad.La migración se produce a través de los poros más grandes, los cuales inicialmente tenían agua mojando los minerales del suelo y aire. Los DNALPs desplazan al aire, por lo que dichos poros se quedan rellenados por agua y estos hidrocarburos. En esta zona la permeabilidad para los DNALPs es mayor que para el agua, por lo que va desplazándola y ocupando su lugar. Así que en la zona capilar va empujando al agua hacia abajo, ocupando los poros de la misma.

    Al llegar a la zona saturada del acuífero estos hidrocarburos irán penetrando en la misma también gracias al empuje de la fuerza de la gravedad desplazando al agua cuando alcanzanel llamado peso crítico, a partir del cual irá formando unas especies de digitalizaciones verticales hacia la base del acuífero. Este peso crítico puede ser determinado por la fórmula de Hobson:

    h0= (2cos(1/rt-1/rp)/g(w-o))

    Donde:

    •  es la tensión interfacial entre dos líquidos

    •  es el ángulo mojable

    • rt es el radio del estrechamiento que llega al poro

    • rp es el radio del poro

    • g es la aceleración de la gravedad

    • w es la densidad del agua

    • o es la densidad de DNAPL

    Una vez que los hidrocarburos han alcanzado la capa del suelo del acuífero , pueden empezar a moverse lateralmente, incluso en ausencia de un gradiente hidráulico, aunque lo que sí se requerirá será, según Villaume un gradiente de presión lateral, dado por:

    gradP= 2/Lo(1/rt-1/rp)

    Donde Lo es la longitud de la fase continua de DNAPLen la dirección del flujo y el resto viene determinado en la ecuación anterior.

    El movimiento de estos hidrocarburos puede ser modelizado de diferentes formas, dependerá de varios factores, entre los que están el acervo de teorías de los distintos autores que hay al respecto; caracterizadas todas ellas por la complejidad de las ecuaciones que las identifican.

    PROCEDIMIENTOS DE DESCONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS

    CONTENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN:

    • Barreras físicas

    • Barreras Hidráulicas

    EXTRACCIÓN:

    • Bombeo y tratamiento

    • Extracción por alto vacío

    • Extracción suelo-vapor

    • Extracción mediante skimmer

    • Extracción avanzada

    TRATAMIENTOS “IN SITU”:

    • Tratamientos químicos

    • Biotratamiento:

    Bioestimulación

    Bioventing

    Fundamentos de la biorremediación

    Diseño de un proceso de biotratamiento

    Fases de un sistema de biorremediación.

    • Atenuación natural

    Generalmente, entre que ocurre la contaminación de un acuífero hasta que es detectada en los pozos, ha pasado tanto tiempo, que lo más probable es que el acuífero haya sido afectado en la mayor parte de su extensión. A veces incluso empieza a detectarse la contaminación cuando la fuente ya ha desaparecido. En el caso de que la señal de alerta aparezca en el momento de producirse la contaminación y de que ésta se esté dando desde la superficie del terreno, una de las posibles actuaciones a seguir para evitar males mayores sería “extraer” el terreno afectado, es decir movilizar las tierras afectadas para llevarlas a un lugar donde puedan ser tratadas, evitando así la penetración del contaminante al subsuelo (aunque, normalmente, la recuperación del hidrocarburo no es rentable económicamente). Esta acción es especialmente recomendable en casos de vertidos de hidrocarburos pesados ya que su extensión es lenta no se eliminan del terreno ya que se eliminan cuando su dilución en el medio alcanza el calor de saturación irreductible y constituyen un foco que puede permanecer muchos años. Pero no siempre esto es lo más indicado, en algunos casos las labores de lucha contra la contaminación serán de contención de la misma para evitar peores agravios y en otros los tratamientos “in situ” con la ayuda de microorganismos ayudarán a un resturación del medio natural más efectiva.

    Cuando la fuente de contaminación es permanente (escombreras, gasolineras,…), las acciones indicadas no serían sólo correctoras, si no que habrían de ser además preventivas (ya que la contaminación se va a seguir produciendo), y serían tales como impermeabilizaciones, desvíos de aguas de lluvia, drenajes,……….. En este trabajo sólo vamos a tratar sobre medidas correctivas puesto que las medidas preventivas no quedarían englobadas dentro de lo que es la calidad de aguas.

    CONTENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN.

    Este procedimiento no permite recuperar la calidad del suelo o aguas ya contaminadas, se aplica allí donde se ha producido un derrame o vertido para evitar que el fluido contaminante se extienda. Es decir, lo que se pretende con esta técnica es inmovilizarlo, y esto se puede conseguir aislándolo mediante:

    -Barreras físicas

    Las barreras se disponen en la parte con de menor gradiente de la zona contaminada, ya que el fluido circula desde donde el gradiente de concentración es mayor a donde es menor; aunque en algunos casos también se colocan en la parte de más gradiente también.

    En principio se usaban en materiales poco consolidados, como arenas, pero actualmente también se utilizan en materiales más duros con técnicas especiales.

    Por norma general , la profundidad de las barreras está en torno de los cincuenta metros, siendo su extensión en la horizontal de muy variado tamaño, dependiendo de la superficie a proteger.

    A la hora de escoger el tipo de barrera a utilizar habrá que tener en cuenta algunas consideraciones importantes, la primera sería que se ha de asentar sobre un estrato impermeable (o muy poco permeable) y que ella misma también ha de serlo y la segunda es que hay que vigilar que el material con el que esté construida no reaccione ni se degrade con el contaminante.

    Existen, fundamentalmente, tres tipos de barreras:

    Muros de arcilla (slurry wallas), se abren zanjas en el suelo que se rellenan con arcillas o mezcla de suelo con arcillas. Es el método más usado ya que también es el más barato.

    Cortinas cementadas (grout courtains), se inyecta en el suelo una especie de cementos especiales que cuajan dando una estructura de gran dureza. Son más caros y se utilizan cuando es necesario proteger un ecosistema cercano.

    Sheet piling, son láminas de acero que se introducen en el subsuelo. Son completamente impermeables y apenas reaccionan con el medio, pero su transporte y colocación es dificultosa, además de ser muy caras.

    -Barreras hidráulicas

    El principio que rige estas barreras es el mismo que en el caso de las barreras físicas, solo que en esta ocasión en vez de en material sólido, éstas se basan en fluidos.

    Los sistemas de drenaje son el operativo más sencillo de barrera hidráulica se construyen instalando una tubería agujereada colocada horizontalmente en zanjas, situadas de tal forma que permitan recolectar la mayor parte de agua contaminada.

    Sistemas de pozos, son más complicados que los drenes pero también más versátiles. Crean conos de depresión que, al tener un menor gradiente, hacen que el fluido contaminante se dirija hacia ellos y no se movilice hacia otras zonas. Tienen varios inconvenientes, como el qué hacer con el agua bombeada o el de estar limitado por el coste del bombeo. Pero sus ventajas, entre la que está que con este sistema se puede trabajar a profundidades superiores a los cincuenta metros y que es muy duradero, hacen que los pozos sean el método de barrera más usado.

    - Extracciones

    Otra de las técnicas frecuentemente usadas para evitar que la contaminación alcance el acuífero es la excavación y retirada del suelo contaminado. Es una práctica frecuente y exitosa, pero tiene bastantes y serias desventajas, la primera es que sólo se puede efectuar para pequeñas cantidades de tierras; la segunda, que esa tierra va a necesitar un tratamiento caro, y la tercera y más peligrosa, es que se exponen a los trabajadores a altas dosis del contaminante durante las tareas de extracción del suelo. Así que se usará para remediar fuentes superficiales puntuales de alta carga recontaminación.

    -Bombeo y tratamiento.

    El agua contaminada se saca por bombeo desde el subsuelo, una vez fuera se trata con procesos como carbón activo, o air-stripping y se vuelve a introducir dentro del acuífero cerca del lugar de extracción, por bombas y por tuberías. De esta forma se favorece el “empuje” de agua sucia hacia la bomba de extracción. A este método también se le conoce como lavado del suelo in situ. Esta metodología es muy útil para captar y mermar la pluma contaminante. La aplicación de técnicas de bombeo para la contención de la contaminación está en función de distintos factores:

    - Naturaleza y propiedades de los contaminantes

    - Características del medio

    - Esquema de funcionamiento hidráulico del sistema

    - Compatibilidad con las actuaciones previstas para una posterior descontaminación

    Los aspectos a tener en cuenta en la aplicación de las técnicas de bombeo son:

    'Hidrocarburos'

    A continuación viene expuesto un esquema de contención por intercepción del penacho contaminado gradiente abajo. Los tratamientos previos a la reinyección pueden ser de diversos tipos ,aquí se ha representado una biodegradación, pero podría tratarse de una remediación química, y montarse en el mismo escenario donde se ha producido la contaminación.

    -Sistema de Extracción mediante Alto Vacío

    Un sistema de Alto Vacío está preparado para aplicar un vacío entre 0 y -1 bares, obteniendo un caudal muy variable en función de la capacidad de la bomba. Este sistema puede actuar sobre distintos puntos de extracción simultáneamente, cuyo número dependerá igualmente de la capacidad de la bomba, mediante la unión a una cabeza de pozo hermética (en la imagen) de la que sale la varilla de succión o “Slurper”. Suplementariamente, este sistema permite la extracción solamente del aire incluido en los poros de la zona no saturada y fuerza una ventilación efectiva de la misma, incitando la entrada de aire del exterior y ayudando la volatilización y degradación de los hidrocarburos existentes (Bio-Slurping). Dado que el sistema de Alto Vacío es capaz de bombear agua y producto en fase libre a la vez, existe el riesgo de movilizar el producto de unas zonas a otras si éste es excesivamente fluido.

    • Extracción suelo-vapor.

    El principio de extracción suelo-vapor es muy similar al de bombeo y tratamiento , pero en esta ocasión las condiciones requeridas son que, primero el suelo debe contener una porción gaseosa por la que el aire contaminad puede viajar (esto lo limita a la zona no saturada) y segundo, el contaminante debe poder ser transferido desde otras fases (sólido, líquido) a la fase gaseosa (está limitado para contaminantes volátiles). Como el aire es mucho menos viscoso que el agua se requiere mucha menos energía para bombearlo fuera del subsuelo. Esta técnica es relativamente barata, pero tiene ciertas limitaciones, que hacen que no sea siempre efectiva. Estas limitaciones también lo son del sistema de bombeo y tratamiento y serían las enunciadas a continuación: 1. presencia de zonas de poca permeabilidad

    2. lenta velocidad de deserción del contaminante

    3. existencia de líquidos inmiscibles

    Esquema del sistema de extracción suelo-vapor

    Una tecnología emparentada con esta es la de air-sparging, la cual consiste en inyectar aire limpio a la zona saturada del acuífero. Este aire volatiliza contaminantes con una alta presión de vapor y los empuja hacia la superficie en burbujas de aire, eventualmente pasan por la zona insaturada donde son susceptibles de ser capturados por un sistema suelo-vapor.

    • Sistema de Extracción mediante Skimmers

    Un “Skimmer” es un procedimiento de recogida de líquidos flotantes en agua, que presenta una boya graduada según la densidad de estos líquidos. Estos aparatos se sitúan en la interfase agua-hidrocarburo y permiten la entrada selectiva de producto a través de una membrana hidrófoba-oleofílica que existe en su interior, permitiendo sólo el paso de sustancias orgánicas.

    Existen dos tipos:

    - De separación selectiva, para hidrocarburos ligeros y de baja viscosidad, que funcionan con espesores de hidrocarburo muy finos .Requieren un mantenimiento periódico debido a posibles crecimientos de microorganismos indeseados

    - De gravedad específica, utilizados cuando hay gran cantidad de producto contaminante o está o es muy viscoso. Para trabajar exige grosores mínimos de unos 3 cm de hidrocarburo.

    -Extracción evolucionada

    En ocasiones la extracción de los contaminantes del medio se ve desfavorecida debido a factores como la baja solubilidad del hidrocarburo, el alto grado de porción y la presencia de fases de líquidos inmiscibles, lo que limitan que el contaminante pueda ser lavado y movilizado en una columna de agua. Una de las posibles soluciones a este problema es la adición al subsuelo de reactantes químicos como agentes tensioactivos que favorecen la emulsión de los hidrocarburos en partículas de 5 a 10 nm de diámetro , tamaño que permite su arrastre para su remoción del medio. A la hora de escoger los agentes químicos que actuarán sobre la contaminación hay que tener en cuenta, el tipo de hidrocarburo que hay en el medio, la cantidad en la que se encuentra y la extensión por la que se reparte, así como su reactividad con el mismo.

    TRATAMIENTOS “IN SITU”

    Este tipo de procedimiento generalmente es el más adecuado para la recuperación de suelos y acuíferos, ya que no es necesaria la preparación y excavación del material;es más barato y disminuye el riesgo de contaminación de otros medios y de los trabajadores, que ya no se ven tan expuestos al contaminante.

    Los tratamientos “in situ” tienen también ciertas limitaciones, relacionadas con las condiciones que nos encontramos en el subsuelo, escaso oxígeno (algunas reacciones de descomposición requieren oxígeno molecular) y reducida cantidad de nitrógeno (es el nutriente limitante para las bacterias en los acuíferos).

    Dentro de estos procesos se distinguen los químicos y los biológicos.

    -Tratamientos químicos in situ

    El fundamento de los mismos es la degradación del hidrocarburo provocando reacciones de oxidación-reducción, hidrólisis,……., en la zona no saturada. Aunque este método no estan frecuente como el biológico, cada vez despierta más interés. Se inyecta un reactante en un lugar de bajo gradiente (hacia don de se dirige la contaminación) y éste reaccionará con el contaminante. Está especialmente indicado para hidrocarburos halogenados, tales como el tricloroetano. Para este tipo de producto, se abre una zanja en la zona de bajo gradiente y se rellena de materiales permeables capaces de transformar los contaminantes a su paso en productos no tóxicos. Por ejemplo, excavaciones rellenas con limaduras de acero, éstas reaccionan con el tricloroetano y permiten que el agua siga circulando a través.

    • Tratamientos biológicos “in situ”

    Más conocida como biorremediación, está desarrollada para descontaminar y/o reducir el contenido de hidrocarburos con heterogéneos niveles de toxicidad existentes en el subsuelo tras efectuarse un vertido de petróleo. Las metodología biológicas que se utilizan son bastante numerosas, pero todas están basadas en la capacidad de los microorganismo de biotransformar compuestos orgánicos complejos , hacia productos menos tóxicos o de más fácil degradación. Otra ventaja, apaerte de las mencionadas al principio del epígrafe, es que la biorremediación es una técnica menos agresiva con el suelo a tratar, ya que no produce efectos secundarios.

    Existen algunas bacterias que tienen la capacidad de usar a los hidrocarburos contaminantes como fuente de carbono y energía, y que una vez usados son desechados en forma de dióxido de carbono , agua y ,dependiendo del producto de origen, otras sustancias menos dañinas que las de partida . Algunas de estas bacterias son: Pseudomonas, Arthrobacter, Actinomyces, Arerobacter, Flaviobacterium, y Corynebacterium.

    % Dentro de la tecnología de biorremediación aparece la llamada bioaumentación, que es la adición de microorganismos con la facultad de degradar los hidrocarburos , al medio contaminado. Las bacterias introducidas pueden ser autóctonas o éxogenas, o de ambos tipos simultáneamente. Esta tecnología se emplea cuando la población bacteriana del suelo no tiene individuos suficientes o capacitados para degradar los contaminantes. Para acompañar a esta técnica está la bioestimulación, que es la adición al sistema de:

    Nutrientes, los hidrocarburos son ricos en carbono, pero apenas hay partículas de elementos de nitrógeno y fósforo entre los productos contaminantes. La relación C:N:P requerida para el buen metabolismo de las bacterias es aproximadamente de 100:10:1, por ello se hace necesaria su inyección en el medio, ya que son necesarios para que los microorganismos sinteticen materia orgánica y puedan reproducirse.

    Oxígeno, es el más limitante de los factores ya que en los poros de la zona no saturada podemos encontrarlo pero en cantidades por debajo a las requeridas para la degradación aerobia

    Aceptores alternativos de electrones, ayudan a la degradación anaerobia ya que la aerobia es muy difícil establecerla a determinados niveles, consiste en la adición al subsuelo de iones de hierro, sulfatos y nitratos. Esta es una nueva región de investigación y los resultados aún no son muy conocidos, pero las expectativas puestas son bastante esperanzadoras.

    Agentes tensioactivos, como ocurría en los tratamientos por extracción, para emulsificar los hidrocarburos, así aumentamos la superficie para que los ataquen los microorganismos.

    % Otra de las prácticas de biorremediación es el Bioventing o inyección de aire consistente en una aireación forzada del suelo. Se hace a través de pozos de inyección. De esta forma, se ayuda a la degradación de los hidrocarburos por volatilización y por biodegradación (se facilita la estimulación del metabolismo).Los elementos trascendentales a considerar en el empleo de esta técnica son:

    Las moléculas más pequeñas, es decir aquellas con cadenas de hasta 20 carbonos se degradarán con mayor facilidad sobre todo si son compuestos con una presión de vapor mayor de 10 mm de Hg a 20ºC, ya que son susceptibles de volatilizarse más rápidamente.

    Los suelos tienen que disponer bajos contenidos en arcilla y ser lo más homogéneos posible, con un valor de permeabilidad al aire adecuado.

    Los aportes de oxígeno deben ser suficientes para que se produzca la degradación aerobia.

    No debe existir de producto libre en flotación sobre el nivel freático.

    Convienen unas condiciones óptimas, que son aquellas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), potencial redox mayor de -50 mV,y temperatura entre 0 y 40 .

    Los tiempos de actuación son cortos, del orden de meses, lo que hace que el coste sea medio-alto.

    'Hidrocarburos'

    Esquema de la disposición en el espacio de los agregados constituyentes de un suelo. Los microorganismos forman biopelículas en los poros del suelo y ese es su mecanismo de trabajo, actuando en equipo, no de forma individual.

    % Fundamentos de la biorremediación

    La biorremediación tiene como fundamento bioquímico las reacciones de oxidación-reducción cuyo fin último es la obtención de energía. Estas transformaciones se van a producir a lo largo de la cadena respiratoria, o transportadora de electrones de las células. La cadena la inicia un sustrato orgánico externo (compuestos hidrocarbonados) que ejerce como dador de electrones, de modo que la actividad metabólica de la célula acaba degradando y consumiendo dicha sustancia.

    Los aceptores de electrones más corrientemente consumidos por los microorganismos son el oxígeno, los nitratos, el hierro (III), los sulfatos y el dióxido de carbono. Si el oxígeno es el aceptor de electrones usado, la respiración microbiana es aerobia, y los procesos de biodegradación serán de tipo aerobio; no obstante, si utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono, la respiración se produce en condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo anaerobio.

    Degradación aerobia: Sustrato + O2 ! biomasa + CO2 + H2O

    Degradación anaerobia: Sustrato + (NO3-, Fe3+, Mn4+, SO -24, CO2) ! Biomasa + CO2 +(N2, Mn2+, S2+, Fe2+, CH4)

    La concentración, composición y la tasa de transformación de sustrato de los microorganismos está afectada por varios agentes, como son:

    Necesidad de nutrientes: El metabolismo microbiano está encauzado a la reproducción y éstos demandan que los nutrientes se hallen disponibles para su asimilación y sintetización.

    pH del suelo: es muy significativo en la actividad microbiana. El desarrollo de la mayor parte de los microorganismos es máximo en el intervalo de pH ubicado entre 6 y 8. También hay que tener en cuenta que el pH afecta directamente a la solubilidad del fósforo y a la movilización de metales pesados en el suelo, por lo que habrá que tenerlo en cuenta a la hora de diseñar un proceso de biorremediación en una zona determinada (a veces habrá que añadir sales o ácidos al suelo para alcanzar un pHóptimo para el trabajo de las bacterias).

    Temperatura: generalmente las cepas bacterianas que realizan la descomposición de hidrocarburos, se desarrollan en condiciones mesófilas , entre 15 y 45 ºC , disminuyendo

    la biodegradación a causa de la desnaturalización de las enzimas a temperaturas superiores a

    40 ºC e inhibiéndose a inferiores a 0 ºC.

    Humedad: los microorganismos requieren unas condiciones mínimas de humedad para

    su crecimiento, pero en el caso de acuíferos , lo que habrá de ser tenido en cuenta es que un exceso de agua en el medio puede inhibir el metabolismo bacteriano al reducir la concentración de oxígeno en el suelo.

    Estructura química del hidrocarburo: la inherente biodegradabilidad de un hidrocarburo depende, en gran medida, de su estructura molecular y de otros parámetros ya vistos en uno de los capítulos anteriores.

    Como últimas anotaciones a la biorremediación, apuntar brevemente que existen otras nuevas técnicas incluidas como son:

    La fitorremediación, que es una de las tecnologías más innovadoras del mundo, en la que las plantas verdes absorben los contaminantes y los degradan. Esta puede ser enfocada, tanto para compuestos orgánicos, como inorgánicos.

    La fitovolatilización, la planta absorbe el contaminante, lo transporta por su estructura, y por medio de sus hojas lo volatiliza.

    La rizorremediación, la raíz de la planta excreta enzimas, polisacáridos y demás nutrientes que aprovecha la bacteria que degrada los hidrocarburos.

    Estas nuevas metodologías son útiles principalmente para la limpieza de suelos, no para acuíferos, aunque hay que valorar que actúan como filtros impidiendo que la contaminación atraviese el subsuelo y alcance a las aguas subterráneas.

    - Diseño de un proceso de biotratamiento

    No existe una única metodología a seguir tras un proceso de contaminación para limpiar un acuífero. Ésta va a depender de muchos factores: edáficos, climáticos, biológicos, económicos, ….. y por supuesto del conocimiento, experiencia y preparación del equipo encargado de la realización de las labores de contaminación. Pero a grandes rasgos, sí que se pueden esbozar unas directrices a por las que se guíe el diseño de un sistema de descontaminación:

    Determinar el tipo de hidrocarburos que han causado la contaminación.

    Especificar cómo es la columna geológica que hay por encima del acuífero y los espesores de cada capa (se puede hacer analizando los cortes litológicos de los pozos cercanos) , establecer el potencial de permeabilidad de las unidades geológicas y otros parámetros relacionados con el movimiento de los contaminantes.

    Establecer la profundidad del nivel estático freático (la cercanía a la superficie del acuífero ocasiona que el hidrocarburo se esparza con mayor rapidez)

    Realizar análisis fisicoquímicos: determinar la materia orgánica, los aniones y cationes disueltos, el pH del medio, la demanda de oxígeno (tanto del agua subterránea como del suelo). Dependiendo de ello,se dará la transformación de los hidrocarburos.

    Efectuar pruebas de bombeo en pozos y de filtración a través de la zona no saturada.

    Construcción de uno o más pozos para extracción y monitoreo de los hidrocarburos.

    Practicar la limpieza del acuífero.

    -Fases de un sistema de biorremediación

    - Investigación y caracterización de la contaminación y del emplazamiento.

    Lo primero es la realización de un estudio completo del medio (en el que como mínimo, se incluya la caracterización del emplazamiento, la volumetría del suelo a tratar, las condiciones geológicas e hidrogeológicas, las características del suelo y sus propiedades: pH, granulometría, humedad, porosidad, etc); y también del contaminante( tipo y concentración del mismo, su biodisponibilidad , su toxicidad, etc.)

    - Análisis y elección de las medidas biocorrectivas

    Antes de proceder a las medidas correctivas habrá que:

    - Identificar y cuantificar los contaminantes definiendo sus propiedades físico-químicas

    más importantes y su concentración en el acuífero.

    - Conocer los factores que influyen en la transformación biológica de los contaminantes, tanto ambientales como microbiológicos.

    Una vez estudiados estos factores se escogerá el modelo de biorremediación que mejores resultados previsibles tenga en nuestro medio.

    - Establecimiento de las etapas de trabajo.

    Para que las labores de limpieza del acuífero sean más eficaces y eficientes, se recomienda que estén divididas en diferentes fases o etapas.

    - Evaluación del sistema

    Hay que elaborar una evaluación de la viabilidad de la técnica, de los objetivos de limpieza exigidos y de los costes económicos del tratamiento; y una evaluación del diseño en la que se estudiarán los factores que afectan la eficacia de la técnica y las posibles mejoras aplicables.

    - Control y seguimiento

    Para garantizar la correcta ejecución y un progreso apropiado se debe llevar a cabo un plan de control y seguimiento del sistema. Para una correcta optimización se deberán controlar las condiciones de degradación y biodegradación, registrando la variación de concentración de TPH, BTEX, COV's, CO2 , nutrientes, oxígeno disuelto,……; y también los parámetros que afectan directamente en el ejercicio del sistema.

    - Interpretación y valoración de resultados

    En esta última etapa se hace balance de los objetivos alcanzados y los marcados inicialmente. Se deberán proponer y estudiar aquellas mejoras o modificaciones necesarias para la optimización del sistema.

    - Atenuación natural

    La atenuación natural, aunque no está considerada como un sistema de descontaminación propiamente dicha, está comprendida dentro de las técnicas de corrección in situ de muy bajo coste (la intervención antrópica es nula o prácticamente inexistente). Se fundamenta en los procesos fisico-quimicos de interacción contaminante-suelo y los de biodegradación que ocuren de forma natural en el medio.

    Las transformaciones naturales de atenuación reducen la concentración de los contaminantes, entre ellas se encuentran la dilución, la dispersión , la volatilización, la adsorción, la biodegradación y aquellas reacciones químicas que se producen en el suelo o en el agua y que favorecen de un modo u otro la degradación de la contaminación.

    Entre los factores que influyentes en la eficacia y viabilidad de la atenuación natural sobresalen:

    Debe existir protección de las áreas con riesgo durante el tiempo que tenga lugar la atenuación.

    La presencia de unas condiciones geológicas y geoquímicas favorables.

    Hay que reducir a mínimos la emisión de contaminantes a zonas del suelo y del subsuelo donde ya esté dándose la atenuación.

    Los tipos y número de poblaciones de microorganismos han de poder biodegradar los contaminantes.

    Pueden aparecer en el medio de subproductos de carácter persistente o más tóxicos que los iniciales, durante y después de la atenuación natural.

    No ha de haber productos en flotación sobre el nivel freático.

    Para condiciones aerobias, la condición ambiental óptima de concentración de oxígeno disuelto en el agua debe ser superior a 0,5 mg/l.

    La concentración de los compuestos utilizados como aceptores de electrones en condiciones anaerobias debe ser superior a 0,21 mg/l para nitratos, la de Fe(III) para que pueda ser reducido a Fe(II) debe ser superior a 21,8 mg/l y la de sulfatos mayor de 0,21 mg/l.

    El potencial redox debe estar situado entre un rango de -400 y 800 mV.

    El coeficiente de retardo debe ser favorable para que se originen los fenómenos de sorción con suficiente eficacia.

    Que se produzca dilución para que la concentración se vea reducida aguas abajo del foco contaminante.

    La dispersión de los contaminantes aguas abajo del foco y en la dirección de flujo debe ser adecuada para que exista una mayor disponibilidad proporción entre los contaminantes y los aceptores de electrones.

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    Detalle de cabeza de pozo de alto vacío