La extracción de vapor del suelo (SVE, por sus siglas en inglés) es un proceso de tratamiento físico para la remediación in situ de contaminantes volátiles en suelos de la zona vadosa (no saturados) (EPA, 2012). La SVE (también conocida como ventilación del suelo in situ o extracción al vacío) se basa en la transferencia de masa de contaminantes de las fases sólida (sorbida) y líquida (acuosa o no acuosa) a la fase gaseosa , con la posterior recolección de la contaminación de la fase gaseosa en pozos de extracción. La masa de contaminantes extraídos en la fase gaseosa (y cualquier fase líquida condensada) se trata en sistemas sobre el suelo. En esencia, la SVE es el equivalente de la zona vadosa de la tecnología de bombeo y tratamiento para la remediación de aguas subterráneas . La SVE es particularmente adecuada para contaminantes con constantes de la Ley de Henry más altas , incluidos varios solventes clorados e hidrocarburos . La SVE es una tecnología de remediación madura y bien demostrada [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] y ha sido identificada por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) como una solución presuntiva. [8] [9] [10]
La tecnología de remediación de extracción de vapor de suelo utiliza sopladores de vacío y pozos de extracción para inducir el flujo de gas a través del subsuelo, recolectando vapor de suelo contaminado , que posteriormente se trata sobre el suelo. Los sistemas SVE pueden depender de la entrada de gas a través de rutas naturales o se pueden instalar pozos específicos para la entrada de gas (forzada o natural). La extracción de gas del suelo por vacío induce el flujo de gas a través de un sitio, lo que aumenta la fuerza impulsora de transferencia de masa de la fase acuosa ( humedad del suelo ), no acuosa (fase pura) y sólida (suelo) a la fase gaseosa. El flujo de aire a través de un sitio es, por lo tanto, un aspecto clave, pero la humedad del suelo y la heterogeneidad del subsuelo (es decir, una mezcla de materiales de baja y alta permeabilidad) pueden dar como resultado un menor flujo de gas a través de algunas zonas. En algunas situaciones, como la mejora de la atenuación natural monitoreada, se puede emplear un sistema SVE pasivo que se basa en el bombeo barométrico. [11] [12]
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La SVE tiene varias ventajas como tecnología de remediación de zonas vadosas. El sistema se puede implementar con pozos estándar y equipos disponibles comercialmente (sopladores, instrumentación, tratamiento de vapor, etc.). La SVE también se puede implementar con un mínimo de perturbación del sitio, involucrando principalmente la instalación del pozo y un mínimo de equipo sobre el suelo. Dependiendo de la naturaleza de la contaminación y la geología del subsuelo, la SVE tiene el potencial de tratar grandes volúmenes de suelo a costos razonables.
El gas del suelo (vapor) que se extrae mediante el sistema SVE generalmente requiere tratamiento antes de su descarga al medio ambiente. El tratamiento sobre el suelo es principalmente para una corriente de gas, aunque se debe controlar la condensación del líquido (y en algunos casos puede ser deseable específicamente). Hay una variedad de técnicas de tratamiento disponibles para el tratamiento sobre el suelo [13] e incluyen destrucción térmica (p. ej., oxidación térmica de llama directa, oxidantes catalíticos ), adsorción (p. ej., carbón activado granular , zeolitas , polímeros ), biofiltración , destrucción de plasma no térmico, destrucción fotolítica/ fotocatalítica , separación de membranas, absorción de gas y condensación de vapor. Las tecnologías de tratamiento sobre el suelo que se aplican con más frecuencia son la oxidación térmica y la adsorción con carbón activado granular. La selección de una tecnología de tratamiento sobre el suelo en particular depende del contaminante, las concentraciones en el gas de escape, el rendimiento y las consideraciones económicas.
La efectividad de la SVE, es decir, la tasa y el grado de remoción de masa, depende de una serie de factores que influyen en la transferencia de masa contaminante a la fase gaseosa. La efectividad de la SVE es una función de las propiedades del contaminante (por ejemplo, constante de la Ley de Henry , presión de vapor , punto de ebullición , coeficiente de adsorción), temperatura en el subsuelo, propiedades del suelo de la zona vadosa (por ejemplo, tamaño de grano del suelo , contenido de humedad del suelo , permeabilidad del suelo , contenido de carbono del suelo ), heterogeneidad del subsuelo y la fuerza impulsora del flujo de aire ( gradiente de presión aplicado ). A modo de ejemplo, una cantidad residual de un contaminante altamente volátil (como el tricloroeteno ) en una arena homogénea con alta permeabilidad y bajo contenido de carbono (es decir, adsorción baja/insignificante) se tratará fácilmente con SVE. Por el contrario, una zona vadosa heterogénea con una o más capas de arcilla que contengan naftaleno residual requeriría un tiempo de tratamiento más prolongado y/o mejoras de la SVE. Los problemas de eficacia de la extracción de vapor de agua incluyen la formación de relaves y el rebote, que resultan de zonas contaminadas con un menor flujo de aire (es decir, zonas de baja permeabilidad o zonas de alto contenido de humedad) y/o una menor volatilidad (o una mayor adsorción). Trabajos recientes en sitios del Departamento de Energía de los EE. UU. han investigado la formación de capas y las zonas de baja permeabilidad en el subsuelo y cómo afectan las operaciones de extracción de vapor de agua. [14] [15]
Las mejoras para mejorar la eficacia de la SVE pueden incluir perforación direccional , fracturación neumática e hidráulica y mejora térmica (por ejemplo, inyección de aire caliente o vapor). [16] [17] [18] Las mejoras de perforación direccional y fracturación generalmente tienen como objetivo mejorar el flujo de gas a través del subsuelo, especialmente en zonas de menor permeabilidad. Las mejoras térmicas como la inyección de aire caliente o vapor aumentan la temperatura del suelo del subsuelo, mejorando así la volatilidad de la contaminación. Además, la inyección de aire caliente (seco) puede eliminar la humedad del suelo y, por lo tanto, mejorar la permeabilidad al gas del suelo. Se pueden aplicar tecnologías térmicas adicionales (como calentamiento por resistencia eléctrica, calentamiento del suelo de seis fases, calentamiento por radiofrecuencia o calentamiento por conducción térmica ) al subsuelo para calentar el suelo y volatilizar/desorber contaminantes, pero generalmente se consideran tecnologías separadas (en comparación con una mejora de la SVE) que pueden utilizar la extracción al vacío (u otros métodos) para recolectar gas del suelo.
En la selección como solución, la implementación de SVE involucra los siguientes elementos: diseño del sistema, operación, optimización, evaluación del desempeño y cierre. Varios documentos de orientación brindan información sobre estos aspectos de implementación. Los documentos de orientación de la EPA y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU . (USACE) [19] [20] [21] establecen un marco general para el diseño, operación, optimización y cierre de un sistema SVE. La orientación del Centro de Ingeniería y Medio Ambiente de la Fuerza Aérea (AFCEE) [22] presenta acciones y consideraciones para la optimización del sistema SVE, pero tiene información limitada relacionada con los enfoques para el cierre de SVE y el cumplimiento de los objetivos de remediación. La orientación del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL) [23] complementa estos documentos al analizar acciones y decisiones específicas relacionadas con la optimización, transición y/o cierre de SVE.
El diseño y la operación de un sistema SVE es relativamente sencillo, y las principales incertidumbres tienen que ver con la geología del subsuelo , las características de la formación y la ubicación de la contaminación. A medida que pasa el tiempo, es típico que un sistema SVE presente una tasa decreciente de extracción de contaminantes debido a limitaciones de transferencia de masa o eliminación de masa contaminante. La evaluación del desempeño es un aspecto clave para proporcionar información para las decisiones sobre si el sistema debe optimizarse, terminarse o hacer la transición a otra tecnología para reemplazar o aumentar el SVE. La evaluación del rebote y el flujo de masa [24] [25] [23] proporciona enfoques para evaluar el desempeño del sistema y obtener información en la que basar las decisiones.
Varias tecnologías están relacionadas con la extracción de vapor del suelo. Como se mencionó anteriormente, varias tecnologías de remediación de calentamiento del suelo (por ejemplo, calentamiento por resistencia eléctrica, vitrificación in situ ) requieren un componente de recolección de gas del suelo, que puede tomar la forma de SVE y/o una barrera de superficie (es decir, campana). La bioventilación es una tecnología relacionada, cuyo objetivo es introducir oxígeno adicional (o posiblemente otros gases reactivos) en el subsuelo para estimular la degradación biológica de la contaminación. La inyección de aire in situ es una tecnología de remediación para tratar la contaminación en las aguas subterráneas. El aire se inyecta y se "inyecta" a través del agua subterránea y luego se recolecta a través de pozos de extracción de vapor del suelo.
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