La extracción de vapor del suelo (SVE) es un proceso de tratamiento físico para la remediación in situ de contaminantes volátiles en suelos de zonas vadosas (no saturados) (EPA, 2012). SVE (también conocido como ventilación del suelo in situ o extracción al vacío) se basa en la transferencia masiva de contaminantes desde 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 los pozos de extracción. La masa contaminante extraída en la fase gaseosa (y cualquier fase líquida condensada) se trata en sistemas aéreos. En esencia, SVE es el equivalente en zona vadosa de la tecnología de bombeo y tratamiento para la remediación de aguas subterráneas . SVE es particularmente susceptible a contaminantes con constantes de la Ley de Henry más altas , incluidos varios solventes clorados e hidrocarburos . 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 EE. UU. (EPA) como solución presunta. [8] [9] [10]
La tecnología de remediación por extracción de vapor del suelo utiliza sopladores de vacío y pozos de extracción para inducir el flujo de gas a través del subsuelo, recogiendo el vapor del suelo contaminado , que posteriormente se trata en la superficie. Los sistemas SVE pueden depender del flujo de entrada de gas a través de rutas naturales o se pueden instalar pozos específicos para el flujo de entrada de gas (forzado o natural). La extracción al vacío del gas del suelo induce el flujo de gas a través de un sitio, aumentando la fuerza impulsora de transferencia de masa desde la fase acuosa ( humedad del suelo ), no acuosa (fase pura) y sólida (suelo) a la fase gaseosa. Por lo tanto, el flujo de aire a través de un sitio es 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 resultar en 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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SVE tiene varias ventajas como tecnología de remediación de zonas vadosas. El sistema se puede implementar con pozos estándar y equipos disponibles en el mercado (sopladores, instrumentación, tratamiento de vapor, etc.). SVE también se puede implementar con un mínimo de perturbación en el sitio, involucrando principalmente la instalación de pozos y un mínimo de equipo sobre el suelo. Dependiendo de la naturaleza de la contaminación y la geología del subsuelo, 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 nuevamente 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). Se encuentran disponibles una variedad de técnicas de tratamiento para el tratamiento sobre la superficie [13] e incluyen destrucción térmica (p. ej., oxidación térmica con llama directa, oxidantes catalíticos ), adsorción (p. ej., carbón activado granular , zeolitas , polímeros ), biofiltración , destrucción no térmica por plasma, Destrucción fotolítica/ fotocatalítica , separación de membranas, absorción de gases y condensación de vapor. Las tecnologías de tratamiento aéreo más comúnmente aplicadas son la oxidación térmica y la adsorción con carbón activado granular. La selección de una tecnología de tratamiento aérea particular depende del contaminante, las concentraciones en los gases de escape, el rendimiento y las consideraciones económicas.
La efectividad del SVE, es decir, la velocidad y el grado de eliminación de masa, depende de una serie de factores que influyen en la transferencia de masa contaminante a la fase gaseosa. La eficacia del SVE es función de las propiedades del contaminante (p. ej., 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 (p. ej., tamaño de grano del suelo , contenido de humedad del suelo , permeabilidad del suelo). , contenido de carbono del suelo ), heterogeneidad del subsuelo y fuerza impulsora del flujo de aire ( gradiente de presión aplicado ). Como ejemplo, una cantidad residual de un contaminante altamente volátil (como 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 contienen naftaleno residual requeriría un tiempo de tratamiento más largo y/o mejoras de SVE. Los problemas de efectividad de los SVE incluyen relaves y rebotes, que resultan de zonas contaminadas con menor flujo de aire (es decir, zonas de baja permeabilidad o zonas de alto contenido de humedad) y/o menor volatilidad (o mayor adsorción). Un trabajo reciente en sitios del Departamento de Energía de EE. UU . ha investigado las capas y las zonas de baja permeabilidad en el subsuelo y cómo afectan las operaciones SVE. [14] [15]
Las mejoras para mejorar la efectividad de SVE pueden incluir perforación direccional , fracturación neumática e hidráulica y mejora térmica (p. ej., inyección de aire caliente o vapor). [16] [17] [18] Las mejoras de perforación y fracturamiento direccional 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 subterráneo, mejorando así la volatilidad de la contaminación. Además, la inyección de aire caliente (seco) puede eliminar la humedad del suelo y así 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. (frente a una mejora SVE) que puede utilizar extracción al vacío (u otros métodos) para recolectar gas del suelo.
En cuanto a la selección como remedio, la implementación de SVE implica los siguientes elementos: diseño, operación, optimización, evaluación del desempeño y cierre del sistema. Varios documentos de orientación proporcionan información sobre estos aspectos de implementación. Los documentos de orientación de la EPA y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (USACE) [19] [20] [21] establecen un marco general para el diseño, operación, optimización y cierre de un sistema SVE. La guía 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 Noroeste del Pacífico (PNNL) [23] complementa estos documentos al discutir acciones y decisiones específicas relacionadas con la optimización, la transición y/o el cierre de SVE.
El diseño y operación de un sistema SVE es relativamente sencillo, y las principales incertidumbres tienen que ver con la geología / características de formación del subsuelo y la ubicación de la contaminación. A medida que pasa el tiempo, es típico que un sistema SVE muestre 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 tomar decisiones sobre si el sistema debe optimizarse, terminarse o pasarse a otra tecnología para reemplazar o aumentar el SVE. La evaluación del rebote y el flujo de masa [24] [25] [23] proporcionan enfoques para evaluar el rendimiento del sistema y obtener información en la que basar las decisiones.
Varias tecnologías están relacionadas con la extracción de vapor del suelo. Como se señaló anteriormente, diversas tecnologías de remediación del calentamiento del suelo (por ejemplo, calentamiento resistivo eléctrico, vitrificación in situ ) requieren un componente de recolección de gas del suelo, que puede tomar la forma de SVE y/o una barrera superficial (es decir, una 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 pulverización de aire in situ es una tecnología de remediación para tratar la contaminación en aguas subterráneas. El aire se inyecta y se "rocía" a través del agua subterránea y luego se recolecta mediante pozos de extracción de vapor del suelo.
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