La remediación de aguas subterráneas es el proceso que se utiliza para tratar las aguas subterráneas contaminadas eliminando los contaminantes o convirtiéndolos en productos inofensivos. El agua subterránea es agua presente debajo de la superficie del suelo que satura el espacio poroso en el subsuelo. A nivel mundial, entre el 25 y el 40 por ciento del agua potable del mundo se extrae de perforaciones y pozos excavados . [1] Los agricultores también utilizan el agua subterránea para regar sus cultivos y las industrias para producir bienes cotidianos. La mayor parte del agua subterránea es limpia, pero el agua subterránea puede contaminarse o contaminarse como resultado de actividades humanas o como resultado de condiciones naturales.
Las muchas y diversas actividades de los seres humanos producen innumerables materiales de desecho y subproductos. Históricamente, la eliminación de dichos residuos no ha estado sujeta a muchos controles reglamentarios. En consecuencia, los materiales de desecho a menudo se han eliminado o almacenado en la superficie terrestre, donde se filtran al agua subterránea subyacente. Como resultado, las aguas subterráneas contaminadas no son aptas para su uso.
Las prácticas actuales aún pueden afectar el agua subterránea, como la aplicación excesiva de fertilizantes o pesticidas , los derrames de operaciones industriales , la infiltración de escorrentías urbanas y las fugas de los vertederos . El uso de aguas subterráneas contaminadas causa peligros para la salud pública a través del envenenamiento o la propagación de enfermedades, y la práctica de remediación de aguas subterráneas se ha desarrollado para abordar estos problemas. Los contaminantes que se encuentran en el agua subterránea cubren una amplia gama de parámetros físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos, bacteriológicos y radiactivos. Los contaminantes y los contaminantes pueden eliminarse del agua subterránea aplicando diversas técnicas, llevando así el agua a un nivel acorde con los diversos usos previstos.
Las técnicas de remediación de aguas subterráneas abarcan tecnologías de tratamiento biológico, químico y físico . La mayoría de las técnicas de tratamiento de aguas subterráneas utilizan una combinación de tecnologías. Algunas de las técnicas de tratamiento biológico incluyen bioaumentación , bioventilación , biosparging , bioslurping y fitorremediación . Algunas técnicas de tratamiento químico incluyen inyección de gas ozono y oxígeno, precipitación química , separación por membrana , intercambio iónico , absorción de carbono, oxidación química acuosa y recuperación mejorada de tensioactivos . Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales . Las técnicas de tratamiento físico incluyen, entre otras, bombeo y tratamiento , rociado de aire y extracción de fase dual . [ cita necesaria ]
Si un estudio de tratabilidad no muestra degradación (o un período prolongado de laboratorio antes de que se logre una degradación significativa) en la contaminación contenida en el agua subterránea, entonces puede ser útil la inoculación con cepas que se sabe que son capaces de degradar los contaminantes. Este proceso aumenta la concentración de enzima reactiva dentro del sistema de biorremediación y posteriormente puede aumentar las tasas de degradación de contaminantes sobre las tasas no aumentadas, al menos inicialmente después de la inoculación. [2]
La bioventilación es una tecnología de remediación in situ que utiliza microorganismos para biodegradar los componentes orgánicos en el sistema de agua subterránea. La bioventilación mejora la actividad de las bacterias y arqueas autóctonas y estimula la biodegradación natural in situ de los hidrocarburos induciendo el flujo de aire u oxígeno hacia la zona no saturada y, si es necesario, añadiendo nutrientes. [3] Durante la bioventilación, se puede suministrar oxígeno mediante inyección directa de aire en la contaminación residual del suelo. La bioventilación ayuda principalmente a la degradación de los residuos de combustible adsorbidos, pero también ayuda a la degradación de compuestos orgánicos volátiles (COV) a medida que los vapores se mueven lentamente a través del suelo biológicamente activo. [4]
La bioaspersión es una tecnología de remediación in situ que utiliza microorganismos autóctonos para biodegradar los componentes orgánicos en la zona saturada. En la bioaspersión, se inyecta aire (u oxígeno) y nutrientes (si es necesario) en la zona saturada para aumentar la actividad biológica de los microorganismos autóctonos. La bioaspersión se puede utilizar para reducir las concentraciones de los componentes del petróleo que se disuelven en el agua subterránea, se adsorben en el suelo debajo del nivel freático y dentro de la franja capilar . [ cita necesaria ]
Bioslurping combina elementos de bioventilación y bombeo mejorado por vacío de producto libre que es más liviano que el agua ( líquido ligero en fase no acuosa o LNAPL) para recuperar producto libre del agua subterránea y el suelo, y para biorremediar suelos. El sistema biosorbedor utiliza un tubo de “sorber” que se extiende hasta la capa de producto libre. Al igual que una pajita en un vaso extrae líquido, la bomba extrae líquido (incluido el producto libre) y gas del suelo por el tubo en la misma corriente de proceso. El bombeo eleva los LNAPL, como el petróleo, de la parte superior del nivel freático y de la franja capilar (es decir, un área justo encima de la zona saturada, donde el agua se mantiene en su lugar mediante fuerzas capilares). El LNAPL se lleva a la superficie, donde se separa del agua y el aire. Los procesos biológicos en el término "biosorber" se refieren a la degradación biológica aeróbica de los hidrocarburos cuando se introduce aire en el suelo contaminado de la zona no saturada. [5]
En el proceso de fitorremediación se plantan ciertas plantas y árboles , cuyas raíces absorben con el tiempo los contaminantes del agua subterránea. Este proceso se puede llevar a cabo en áreas donde las raíces pueden aprovechar el agua subterránea. Algunos ejemplos de plantas que se utilizan en este proceso son el helecho de escalera chino Pteris vittata, también conocido como helecho freno, es un acumulador de arsénico altamente eficiente . Los álamos genéticamente modificados son buenos absorbentes de mercurio y las plantas transgénicas de mostaza india absorben bien el selenio . [6]
Ciertos tipos de barreras reactivas permeables utilizan organismos biológicos para remediar el agua subterránea. [ cita necesaria ]
La precipitación química se utiliza comúnmente en el tratamiento de aguas residuales para eliminar durezas y metales pesados . En general, el proceso implica la adición de agente a una corriente residual acuosa en un recipiente de reacción agitado, ya sea por lotes o con flujo constante. La mayoría de los metales pueden convertirse en compuestos insolubles mediante reacciones químicas entre el agente y los iones metálicos disueltos. Los compuestos insolubles (precipitados) se eliminan mediante decantación y/o filtración. [ cita necesaria ]
El intercambio iónico para la remediación de aguas subterráneas prácticamente siempre se lleva a cabo haciendo pasar el agua hacia abajo bajo presión a través de un lecho fijo de medio granular (ya sea medio de intercambio catiónico o medio de intercambio aniónico) o perlas esféricas. Los cationes son desplazados por ciertos cationes de las soluciones y los iones son desplazados por ciertos aniones de la solución. Los medios de intercambio iónico más utilizados para la remediación son las zeolitas (tanto naturales como sintéticas) y las resinas sintéticas. [2]
El carbón activado más común utilizado para la remediación se deriva del carbón bituminoso . El carbón activado absorbe compuestos orgánicos volátiles del agua subterránea; los compuestos se adhieren a la superficie similar al grafito del carbón activado. [ cita necesaria ]
En este proceso, llamado Oxidación Química In Situ o ISCO, se depositan oxidantes químicos en el subsuelo para destruir (convertidos en agua y dióxido de carbono o en sustancias no tóxicas) las moléculas orgánicas. Los oxidantes se introducen en forma líquida o gaseosa. Los oxidantes incluyen aire u oxígeno, ozono y ciertos químicos líquidos como peróxido de hidrógeno , permanganato y persulfato . El ozono y el oxígeno pueden generarse in situ a partir del aire y la electricidad e inyectarse directamente en la contaminación del suelo y las aguas subterráneas. El proceso tiene el potencial de oxidar y/o mejorar la degradación aeróbica que ocurre naturalmente. La oxidación química ha demostrado ser una técnica eficaz para líquidos densos en fase no acuosa o DNAPL cuando está presente. [ cita necesaria ]
La recuperación mejorada con surfactante aumenta la movilidad y la solubilidad de los contaminantes absorbidos en la matriz saturada del suelo o presentes como líquido denso en fase no acuosa . La recuperación mejorada con surfactantes inyecta surfactantes (agentes tensioactivos que son ingredientes principales en jabones y detergentes) en aguas subterráneas contaminadas. Un sistema típico utiliza una bomba de extracción para eliminar el agua subterránea aguas abajo del punto de inyección. El agua subterránea extraída se trata en la superficie para separar los tensioactivos inyectados de los contaminantes y el agua subterránea. Una vez que los tensioactivos se han separado del agua subterránea, se reutilizan. Los tensioactivos utilizados no son tóxicos, son de calidad alimentaria y biodegradables. La recuperación mejorada con surfactantes se utiliza con mayor frecuencia cuando el agua subterránea está contaminada por líquidos densos en fase no acuosa (DNAPL). Estos compuestos densos, como el tricloroetileno (TCE), se hunden en el agua subterránea porque tienen una densidad mayor que el agua. Luego actúan como una fuente continua de columnas de contaminantes que pueden extenderse kilómetros dentro de un acuífero. Estos compuestos pueden biodegradarse muy lentamente. Se encuentran comúnmente en las proximidades del derrame o fuga original, donde las fuerzas capilares los han atrapado. [7]
Algunas barreras reactivas permeables utilizan procesos químicos para lograr la remediación del agua subterránea. [ cita necesaria ]
Bombear y tratar es una de las tecnologías de remediación de aguas subterráneas más utilizadas. En este proceso, el agua subterránea se bombea a la superficie y se combina con tratamientos biológicos o químicos para eliminar las impurezas. [ cita necesaria ]
El rociado de aire es el proceso de soplar aire directamente al agua subterránea. A medida que las burbujas suben, los contaminantes se eliminan del agua subterránea mediante contacto físico con el aire (es decir, extracción) y se transportan hacia la zona no saturada (es decir, el suelo). A medida que los contaminantes ingresan al suelo, generalmente se usa un sistema de extracción de vapor del suelo para eliminar los vapores. [8]
La extracción por vacío de dos fases (DPVE), también conocida como extracción multifase, es una tecnología que utiliza un sistema de alto vacío para eliminar tanto el agua subterránea contaminada como el vapor del suelo. En los sistemas DPVE, se instala un pozo de extracción de alto vacío con su sección cribada en la zona de suelos y aguas subterráneas contaminados. Los sistemas de extracción de fluido/vapor deprimen el nivel freático y el agua fluye más rápido hacia el pozo de extracción. DPVE elimina los contaminantes de arriba y debajo del nivel freático. A medida que el nivel freático alrededor del pozo desciende debido al bombeo, el suelo no saturado queda expuesto. Esta área, llamada franja capilar , suele estar muy contaminada, ya que contiene sustancias químicas no disueltas, sustancias químicas que son más ligeras que el agua y vapores que se han escapado del agua subterránea disuelta debajo. Los contaminantes en la zona recién expuesta se pueden eliminar mediante extracción de vapor. Una vez en la superficie, los vapores extraídos, los compuestos orgánicos en fase líquida y el agua subterránea se separan y tratan. El uso de extracción por vacío de doble fase con estas tecnologías puede acortar el tiempo de limpieza en un sitio, porque la franja capilar suele ser el área más contaminada. [9]
Los pozos de monitoreo a menudo se perforan con el fin de recolectar muestras de agua subterránea para su análisis. Estos pozos, que generalmente tienen seis pulgadas o menos de diámetro, también se pueden usar para eliminar hidrocarburos de la columna de contaminantes dentro de un acuífero subterráneo mediante el uso de un desnatador de petróleo estilo cinturón. Los skimmers de aceite de correa, que son de diseño simple, se usan comúnmente para eliminar aceite y otros contaminantes de hidrocarburos flotantes de los sistemas de agua industriales. [ cita necesaria ]
Un skimmer de petróleo de pozo de monitoreo remedia diversos petróleos, que van desde fuelóleos livianos como gasolina, diésel liviano o queroseno hasta productos pesados como petróleo No. 6, creosota y alquitrán de hulla. Consiste en una correa en movimiento continuo que gira sobre un sistema de poleas accionadas por un motor eléctrico. El material de la correa tiene una fuerte afinidad por los líquidos de hidrocarburos y por el agua que se desprende. El cinturón, que puede tener una caída vertical de más de 100 pies, se baja al pozo de monitoreo más allá de la interfaz LNAPL/agua. A medida que la correa se mueve a través de esta interfaz, recoge contaminantes de hidrocarburos líquidos que se eliminan y recogen al nivel del suelo a medida que la correa pasa a través de un mecanismo de limpiaparabrisas. En la medida en que los hidrocarburos DNAPL se depositen en el fondo de un pozo de monitoreo y la polea inferior del skimmer de correa los alcance, estos contaminantes también pueden eliminarse mediante un skimmer de petróleo del pozo de monitoreo. [ cita necesaria ]
Por lo general, los skimmers de cinta eliminan muy poca agua con el contaminante, por lo que se pueden usar separadores simples tipo vertedero para recolectar cualquier líquido de hidrocarburo restante, lo que a menudo hace que el agua sea apta para su retorno al acuífero. Debido a que el pequeño motor eléctrico utiliza poca electricidad, puede funcionar con paneles solares o una turbina eólica , lo que hace que el sistema sea autosuficiente y elimina el costo de llevar electricidad a una ubicación remota. [10]
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