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 el agua presente debajo de la superficie del suelo que satura el espacio poroso del subsuelo. A nivel mundial, entre el 25 y el 40 por ciento del agua potable del mundo se obtiene de pozos perforados y excavados . [1] Los agricultores también utilizan el agua subterránea para regar los cultivos y las industrias para producir bienes de uso diario. La mayor parte del agua subterránea es limpia, pero puede contaminarse como resultado de las actividades humanas o como resultado de las condiciones naturales.
Las múltiples y diversas actividades de los seres humanos producen innumerables desechos y subproductos. Históricamente, la eliminación de dichos desechos no ha estado sujeta a muchos controles reglamentarios. En consecuencia, los desechos a menudo se han eliminado o almacenado en superficies terrestres, donde se filtran en las aguas subterráneas subyacentes. Como resultado, las aguas subterráneas contaminadas no son aptas para su uso.
Las prácticas actuales aún pueden afectar las aguas subterráneas, como la aplicación excesiva de fertilizantes o pesticidas , los derrames de operaciones industriales , la infiltración de escorrentías urbanas y las fugas de vertederos . El uso de aguas subterráneas contaminadas causa riesgos para la salud pública a través del envenenamiento o la propagación de enfermedades, y la práctica de la remediación de aguas subterráneas se ha desarrollado para abordar estos problemas. Los contaminantes que se encuentran en las aguas subterráneas cubren una amplia gama de parámetros físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos, bacteriológicos y radiactivos. Los contaminantes y contaminantes se pueden eliminar de las aguas subterráneas mediante la aplicación de varias técnicas, lo que lleva el agua a un estándar que sea 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 , bioinyección , biosorbencia y fitorremediación . Algunas técnicas de tratamiento químico incluyen inyección de gas ozono y oxígeno, precipitación química , separación por membranas , intercambio iónico , absorción de carbono, oxidación química acuosa y recuperación mejorada de surfactantes . Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales . Las técnicas de tratamiento físico incluyen, entre otras, bombeo y tratamiento , inyección de aire y extracción de doble fase . [ cita requerida ]
Si un estudio de tratabilidad no muestra degradación (o un período de laboratorio prolongado antes de que se logre una degradación significativa) en la contaminación contenida en el agua subterránea, entonces la inoculación con cepas que se sabe que son capaces de degradar los contaminantes puede ser útil. Este proceso aumenta la concentración de enzimas reactivas dentro del sistema de biorremediación y, posteriormente, puede aumentar las tasas de degradación de contaminantes por encima de 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 del sistema de aguas subterráneas. La bioventilación mejora la actividad de las bacterias y arqueas autóctonas y estimula la biodegradación natural in situ de los hidrocarburos al inducir el flujo de aire u oxígeno hacia la zona no saturada y, si es necesario, al agregar nutrientes. [3] Durante la bioventilación, se puede suministrar oxígeno mediante la 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 los compuestos orgánicos volátiles (COV) a medida que los vapores se mueven lentamente a través del suelo biológicamente activo. [4]
La bioinyección es una tecnología de remediación in situ que utiliza microorganismos autóctonos para biodegradar los componentes orgánicos en la zona saturada. En la bioinyección, se inyecta aire (u oxígeno) y nutrientes (si es necesario) en la zona saturada para aumentar la actividad biológica de los microorganismos autóctonos. La bioinyección se puede utilizar para reducir las concentraciones de componentes del petróleo que se disuelven en las aguas subterráneas, se adsorben en el suelo por debajo del nivel freático y dentro de la franja capilar . [ cita requerida ]
El 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 bioslurper utiliza un tubo de “slurp” que se extiende hasta la capa de producto libre. De manera muy similar a como 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 levanta los LNAPL, como el petróleo, de la parte superior del nivel freático y de la franja capilar (es decir, un área justo por encima de la zona saturada, donde el agua se mantiene en su lugar por fuerzas capilares). El LNAPL se lleva a la superficie, donde se separa del agua y el aire. Los procesos biológicos en el término “bioslurping” 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 contaminantes del agua subterránea con el tiempo. 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 chino Pteris vittata, también conocido como helecho de 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 las aguas subterráneas. [ cita requerida ]
La precipitación química se utiliza habitualmente en el tratamiento de aguas residuales para eliminar la dureza y los metales pesados . En general, el proceso implica la adición de un agente a una corriente de desechos acuosos en un recipiente de reacción agitado, ya sea de forma discontinua o con un flujo constante. La mayoría de los metales se pueden convertir en compuestos insolubles mediante reacciones químicas entre el agente y los iones metálicos disueltos. Los compuestos insolubles (precipitados) se eliminan mediante sedimentación y/o filtración. [ cita requerida ]
El intercambio iónico para la remediación de aguas subterráneas se lleva a cabo prácticamente siempre haciendo pasar el agua hacia abajo bajo presión a través de un lecho fijo de medio granular (ya sea un medio de intercambio catiónico o un 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 que se utilizan con más frecuencia para la remediación son las zeolitas (tanto naturales como sintéticas) y las resinas sintéticas. [2]
El carbón activado más común que se utiliza para la remediación se deriva del carbón bituminoso . El carbón activado adsorbe los compuestos orgánicos volátiles del agua subterránea; los compuestos se adhieren a la superficie similar al grafito del carbón activado. [ cita requerida ]
En este proceso, llamado oxidación química in situ o ISCO, se introducen oxidantes químicos en el subsuelo para destruir (convertir en agua y dióxido de carbono o en sustancias no tóxicas) las moléculas orgánicas. Los oxidantes se introducen como líquidos o gases. Los oxidantes incluyen aire u oxígeno, ozono y ciertos productos químicos líquidos como peróxido de hidrógeno , permanganato y persulfato . El ozono y el gas oxígeno se pueden generar en el sitio a partir del aire y la electricidad e inyectarse directamente en el suelo y la contaminación del agua subterránea. 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 el líquido de fase no acuosa densa o DNAPL cuando está presente. [ cita requerida ]
La recuperación mejorada de surfactantes aumenta la movilidad y solubilidad de los contaminantes absorbidos en la matriz del suelo saturado o presentes como líquido denso en fase no acuosa . La recuperación mejorada de surfactantes inyecta surfactantes (agentes tensioactivos que son el ingrediente principal del jabón y detergente) en el agua subterránea contaminada. 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 sobre el suelo para separar los surfactantes inyectados de los contaminantes y el agua subterránea. Una vez que los surfactantes se han separado del agua subterránea, se reutilizan. Los surfactantes utilizados no son tóxicos, son de grado alimenticio y biodegradables. La recuperación mejorada de 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 por 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 de las aguas subterráneas. [ cita requerida ]
El bombeo y tratamiento 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 requerida ]
La inyección de aire es el proceso de insuflar aire directamente en el agua subterránea. A medida que las burbujas ascienden, los contaminantes se eliminan del agua subterránea por contacto físico con el aire (es decir, despojo) y son transportados hasta la zona no saturada (es decir, el suelo). A medida que los contaminantes se desplazan hacia el suelo, se suele utilizar un sistema de extracción de vapor del suelo para eliminar los vapores. [8]
La extracción por vacío de doble fase (DPVE), también conocida como extracción multifásica, 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 filtrada en la zona de suelos y agua subterránea contaminados. Los sistemas de extracción de fluido/vapor deprimen el nivel freático y el agua fluye más rápido hacia el pozo de extracción. La DPVE elimina los contaminantes de encima 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 livianas que el agua y vapores que se han escapado del agua subterránea disuelta que se encuentra debajo. Los contaminantes en la zona recién expuesta se pueden eliminar mediante extracción por vapor. Una vez sobre el suelo, los vapores extraídos y los compuestos orgánicos en fase líquida y el agua subterránea se separan y tratan. El uso de la 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 se perforan a menudo con el fin de recolectar muestras de agua subterránea para su análisis. Estos pozos, que suelen tener un diámetro de quince centímetros o menos, también se pueden utilizar para eliminar hidrocarburos de la columna de contaminantes dentro de un acuífero de agua subterránea mediante el uso de un separador de aceite de tipo banda. Los separadores de aceite de banda, que tienen un diseño simple, se utilizan comúnmente para eliminar petróleo y otros contaminantes de hidrocarburos flotantes de los sistemas de agua industriales. [ cita requerida ]
Un separador de aceite para pozos de monitoreo remedia diversos tipos de petróleo, desde combustibles livianos como gasolina, diésel liviano o queroseno hasta productos pesados como petróleo N° 6, creosota y alquitrán de hulla. Consiste en una correa que se mueve continuamente y que funciona sobre un sistema de poleas accionado por un motor eléctrico. El material de la correa tiene una fuerte afinidad por los líquidos de hidrocarburos y por el desprendimiento de agua. La correa, 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 se recogen a nivel del suelo a medida que la correa pasa a través de un mecanismo limpiador. En la medida en que los hidrocarburos DNAPL se depositan en el fondo de un pozo de monitoreo y la polea inferior del separador de aceite para pozos de monitoreo los alcanza, estos contaminantes también pueden eliminarse mediante un separador de aceite para pozos de monitoreo. [ cita requerida ]
Por lo general, los separadores de banda eliminan muy poca agua junto con el contaminante, por lo que se pueden utilizar simples separadores tipo vertedero para recolectar cualquier líquido de hidrocarburo restante, lo que a menudo hace que el agua sea adecuada para su retorno al acuífero. Debido a que el pequeño motor eléctrico consume poca electricidad, se puede alimentar 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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