Descripción

Son frecuentes los problemas de emplazamientos contaminados por derrames accidentales o intencionados de vertidos líquidos que contienen compuestos orgánicos tóxicos como hidrocarburos, disolventes clorados o pesticidas. Esto ha originado cientos de focos de contaminación local del suelo y del agua subterránea, con el riesgo que esto supone para la salud humana y el medioambiente. Muchos de estos vertidos son hidrófobos, forman fases líquidas no acuosas (NAPL), algunas más ligeras que el agua (LNAPL), que flotan sobre el nivel freático, y otras más densas que el agua (DNAPL), que migran en vertical por gravedad, quedando retenidas en las zonas de menor permeabilidad. Dada su hidrofobicidad, la presencia de estos compuestos genera además un penacho de contaminación del agua subterránea, como se muestra en la Figura 1. Si son componentes volátiles, generan también gases tóxicos que pueden llegar a la atmósfera. La baja biodegradabilidad y alta toxicidad de estos compuestos orgánicos supone un riesgo importante para los posibles receptores del suelo y el agua subterránea.

Figura 1. Vertidos de Fases Orgánicas en el suelo y penacho de contaminación generado en el agua subterránea. Vertido de compuestos más densos que el agua, DNAPL y menos densos que el agua, LNAPL.

Una tecnología ya madura es la inyección de oxidantes en el subsuelo (In Situ Chemical Oxidation, ISCO). Oxidantes como persulfato o peróxido de hidrógeno generan radicales sulfato, oxidrilo y/o superóxido en presencia de activadores y/o catalizadores. Estos radicales eliminan una gran variedad de contaminantes orgánicos disueltos en el agua subterránea sin generar productos tóxicos. Sin embargo, si existen concentraciones relativamente altas de fases orgánicas hidrófobas, el tiempo necesario para su eliminación mediante la tecnología ISCO puede ser muy alto, ya que la oxidación se lleva a cabo en la fase acuosa y las fases orgánicas son poco solubles. La adición de surfactantes a los oxidantes-activadores aumenta la solubilización de los compuestos orgánicos y, por tanto, su velocidad de oxidación en la fase acuosa.

¿Cómo funciona?

La oxidación química mejorada con surfactantes (S-ISCO) es una tecnología de remediación prometedora pero que requiere investigación particularizada a cada emplazamiento y contaminante. Los surfactantes son sustancias anfifílicas, con una parte hidrófoba y otra hidrófila, que aumentan la solubilización de los contaminantes atrapados en los poros del suelo, haciendo más accesible el contaminante al oxidante que se encuentra en la fase acuosa. Los oxidantes y surfactantes utilizados no generan productos tóxicos y son ambientalmente benignos. Al inyectar simultáneamente en el subsuelo el surfactante y el oxidante, se aumenta la velocidad con que se elimina la masa de contaminantes orgánicos en la fase acuosa, como se muestra en la Figura 2. Partiendo de valores de contaminación de centenas o miles de mg de contaminante por kg se suelo se alcanzan valores de contaminación lo suficientemente bajos (decenas de mg contaminante por kg de suelo) para alcanzar el objetivo de descontaminación o permitir la posterior aplicación de técnicas de biorremediación o atenuación natural. Ya que el surfactante es una molécula orgánica, compite con el contaminante por el oxidante. Por ello la selección del surfactante y la optimización de la concentración a utilizar es un factor clave para disminuir el consumo improductivo de oxidante y surfactante, aumentando la eficacia del proceso, disminuyendo el coste y los tiempos necesarios.

Figura 2. Inyección de surfactantes y oxidantes en el subsuelo para la eliminación de la contaminación orgánica residual atrapada en los poros del suelo.

Ventajas

La tecnología S-ISCO es especialmente indicada para la eliminación de fase orgánicas poco solubles y escasamente volátiles presentes en el subsuelo. La solubilidad de muchos contaminantes orgánicos en el agua subterránea es de pocos mg/L mientras que la contaminación atrapada en el suelo, cuando hay NAPL residual, es de miles de mg por kg se suelo. La eliminación definitiva de estos contaminantes en el agua subterránea no se producirá hasta que haya desaparecido la fase orgánica que genera el penacho de contaminación en la fase acuosa. La inyección de oxidantes (ISCO) sólo elimina la contaminación disuelta en el agua subterránea. Tras el proceso ISCO se alcanza de nuevo el equilibrio en la solubilidad de los compuestos orgánicos desde la fase NAPL a la fase acuosa. Esto supone que aparecen repuntes de contaminación en la fase acuosa que hacen que el problema persista en el tiempo. Por otra parte, la inyección de soluciones de surfactantes y extracción posterior de la solución extraída (SEAR) produce una solución acuosa con los surfactantes y contaminantes, que debe ser tratada para eliminar los contaminantes.

En la tecnología S-ISCO oxidantes y surfactante son inyectados simultáneamente en el subsuelo y la destrucción de los contaminantes se produce en el lugar, sin necesidad de extraer la solución inyectada.  Los surfactantes utilizados son biodegradables y no interfieren con tratamientos posteriores de biorremediación o atenuación natural. Los oxidantes empleados no generan productos tóxicos en el subsuelo.

¿Dónde se ha desarrollado?

En el grupo INPROQUIMA (UCM, Fac CC Químicas) se dispone del conocimiento necesario y de las infraestructuras para optimizar la selección del surfactante y oxidante y activadores más adecuados para el emplazamiento concreto.

El diseño adecuado de este tratamiento requiere conocer la interacción entre los oxidantes, los contaminantes y los surfactantes, conociendo la cinética de los procesos implicados. En cada emplazamiento contaminado es necesario evaluar:

• la solubilización de los contaminantes por los surfactantes,
• la adsorción del surfactante en el suelo y el consumo improductivo de oxidante por el surfactante,
• el transporte reactivo de los contaminantes y surfactante en el subsuelo y
• el efecto del tratamiento en el crecimiento microbiano a corto y largo plazo.

Para ello es necesario conocer la naturaleza y características del suelo (pH, capacidad de intercambio de cationes, tamaño de partícula, permeabilidad, etc.), el tipo de surfactante (iónico, no iónico, su estabilidad, etc.) y el tipo de contaminantes.  Si se quiere aplicar un tren de tratamiento, siendo la última la etapa de biorremediación, es necesario evaluar el impacto del tratamiento en la población microbiana. Para ello se realizan ensayos de toxicidad y de actividad biológica antes y después del tratamiento S-ISCO.

INPROQUIMA cuenta con las infraestructuras, personal y conocimiento necesario para llevar a cabo estas tareas. INPROQUIMA también puede asesorar en el diseño de la aplicación de esta tecnología a escala piloto o real, para establecer los puntos de inyección y la estrategia de ésta, así como las dosis y concentraciones requeridas de surfactantes y oxidantes.

Y además

El diseño del proceso S-ISCO y su aplicación se está aplicando con éxito por el grupo INPROQUIMA en colaboración con empresas y administraciones en distintos emplazamientos contaminados, tanto por fases orgánicas ligeras (vertidos de fuel y diesel) como por fases orgánicas densas (compuestos clorados), con fases orgánicas complejas y distintas litologías de suelos.

Contacto

© Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación – UCM Facultad de Medicina. Edificio Entrepabellones 7 y 8. C/ Doctor Severo Ochoa, 7. 28040 Madrid. comercia@ucm.es

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Clasificación

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Ciencias e Ingeniería

Química

Investigador responsable

Aurora Santos López: aursan@ucm.es

Departamento: Departamento de Ingeniería Química y de los Materiales

Facultad: Ciencias Químicas