INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL...a mi lado y compartir juntos una meta más, por los grandes consejos y regaños para guiarme al camino correcto, por enseñarme a luchar por lo que

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

“REMEDIACIÓN DE UN SUELO CONTAMINADO CON DIESEL MEDIANTE LA TÉCNICA DE LAVADO EX SITU

EMPLEANDO SURFACTANTES A DIFERENTES TEMPERATURAS”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

P R E S E N T A:

ANGEL ALBERTO BERNAL CORTÉS

DIRECTOR DE TESIS:

J. TRINIDAD AVILA SALAZAR

“LA TÉCNICA AL SERVICIO DE LA PATRIA”

México D.F., abril del 2015

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E

INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

“REMEDIACIÓN DE UN SUELO CONTAMINADO CON DIESEL MEDIANTE LA TÉCNICA DE LAVADO EX SITU EMPLEANDO SURFACTANTES A DIFERENTES TEMPERATURAS”

RECONOCIMIENTOS

Al Instituto Politécnico Nacional (IPN) por haberme otorgado la oportunidad de formarme profesionalmente.

A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE) por darme la preparación necesaria para desarrollarme

profesionalmente.

Al M. en C. J. Trinidad Ávila Salazar, por todo el tiempo brindado, por los consejos y experiencias compartidas, gracias por el apoyo para la

conclusión de este trabajo de tesis.

Al profesor David Aguilar Jerónimo quien apoyó y facilitó la experimentación en el laboratorio.

Queda aclarar que este trabajo de tesis se realizó en las instalaciones del laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Escuela Superior de Ingeniería

Química e Industrias Extractivas.


AGRADECIMIENTOS A Dios por siempre estar a mi lado y darme esta oportunidad de cumplir una

meta más en mi vida.

A mis padres:

Ing. Ángel Bernal Garduño Ing. Ana María Cortés Olvera

Por todo el apoyo y dedicación que me han dado, gracias por siempre estar

a mi lado y compartir juntos una meta más, por los grandes consejos y regaños para guiarme al camino correcto, por enseñarme a luchar por lo que quiero y jamás darme por vencido, son mi modelo a seguir. Gracias.

A mi novia:

Ing. María Adriana Martínez Martínez

Por estar a mi lado y darme su apoyo siempre que lo necesito, por darme ánimos para levantarme y lograr mis metas, por ser la inspiración para este

trabajo de tesis.

A mis hermanos:

Ángel Armando Bernal Cortés Ana Angélica Bernal Cortés

Que siempre han estado a mi lado acompañándome y apoyándome.

A mis familiares y amigos que en su debido momento me dieron los ánimos y el apoyo para lograr finalizar con este trabajo de tesis.


ÍNDICE RECONOCIMIENTOS AGRADECIMIENTOS ÍNDICE DE TABLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i ÍNDICE DE FIGURAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii GLOSARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii GLOSARIO DE ABREVIATURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v RESUMEN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

CAPÍTULO I. ANTECEDENTES

I.1. El suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.2. Suelos de México. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 I.2.1. La degradación de los suelos en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 I.3. Propiedades de los hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 I.4. Contaminación por hidrocarburos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 I.4.1. Comportamiento en el ambiente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I.4.2. Fuentes de contaminación por hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . 9 I.4.3. Evolución de los hidrocarburos en el suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 I.5. Migración de la pluma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 I.5.1. Movimientos de los hidrocarburos en el subsuelo . . . . . . . . . . . . . 12 I.5.2. Movimiento de los LNAPL’s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 I.5.3. Movimiento de los DNALP’s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 I.6. Descripción del diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 I.6.1. Consumo de diesel en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 I.6.2. Riesgos asociados con la contaminación de diesel. . . . . . . . . . . . 22 CAPÍTULO II. TÉCNICAS EMPLEADAS EN LA REMEDIACIÓN

DE SUELO CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS

II.1. Remediación de suelos contaminados con hidrocarburos . . . . . . . . . . 23 II.2. Tecnologías de remediación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 II.3. Clasificación de tecnologías de remediación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 II.3.1. Tecnologías de biorremediación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 II.3.2. Tecnologías de remediación fisicoquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 II.3.3. Tecnologías de remediación térmicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 II.3.4. Tecnologías in situ y ex situ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 II.4. Tecnologías de remediación utilizadas en México . . . . . . . . . . . . . . . . 36 II.5. Surfactantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 II.5.1. Clasificación de los surfactantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 II.5.2. Empleo de surfactantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38


CAPÍTULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL

III.1. Caracterización del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 III.1.1. Muestra de suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 III.1.2. Análisis para evaluar la fertilidad del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 III.1.3. Análisis de salinidad del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 III.1.4. Análisis para la clasificación de suelos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 III.2. Homogenización de la muestra total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 III.3. Contaminación de la muestra de suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 III.4. Lavado de suelos (tratamiento ex situ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 III.5. Concentración de los hidrocarburos totales de petróleo (HTP’s). . . . . 77 III.6. Empleo de surfactantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS

IV.1. Análisis de la fertilidad del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 IV.2. Análisis con propósito de salinidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 IV.3. Análisis para la clasificación de suelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 IV.4. Uso y eficiencia de los surfactantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 IV.4.1. Comparación de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 BIBLIOGRAFÍA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

ANEXOS Anexo A. Determinación de pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Anexo B. Determinación de densidad aparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Anexo C. Densidad real del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Anexo D. Humedad del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Anexo E. Granulometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Anexo F. Límite de consistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Anexo G. Materia orgánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Anexo H. Nitrógeno inorgánico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Anexo I. Textura del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Anexo J. Porcentaje de saturación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Anexo K. Conductividad eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Anexo L. Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Anexo M. Nitrógeno total. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Anexo N. carbonatos equivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Anexo Ñ. Acidez extraíble. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Anexo O. Aluminio intercambiable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Anexo P. Determinación de HTP’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103


i

ÍNDICE DE TALBAS

Tabla I.1. Texturas del suelo de grueso a fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Tabla I.2. Procesos y sus efectos en el destino de los contaminantes. . . . . . . 15 Tabla I.3. Coeficientes de partición agua-aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Tabla I.4. Densidad de DNALP’s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Tabla I.5. Propiedades fisicoquímicas del diesel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Tabla I.6. Consumo nacional aparente de diesel de 2001 al 2006 (miles de barriles) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Tabla II.1. Ventajas y desventajas de las tecnologías de remediación clasificadas de acuerdo con el tipo de tratamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Tabla II.2. Ventajas y desventajas de remediaciones in situ y ex situ. . . . . . . . 26 Tabla III.1. Surfactantes empleados y concentraciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Tabla IV.1. Comparativa de valores pH en agua y dos soluciones. . . . . . . . . . 81 Tabla IV.2. Granulometría del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Tabla IV.3. Porcentaje global de suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Tabla IV.4. Textura del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 ANEXOS Tabla 1. Clasificación del suelo con respecto al pH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Tabla 2. Calibración de matraz aforado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Tabla 3. Granulometría del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Tabla 4. Resultados obtenidos del límite de consistencia. . . . . . . . . . . . . . . . 95 Tabla 5. Clasificación de concentración de material orgánica. . . . . . . . . . . . . 96 Tabla 6. Interpretación de nitrógeno inorgánico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Tabla 7. Interpretación de la conductividad eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Tabla 8. Cantidad de nitrógeno total. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Tabla 9. Interpretación de %𝐶𝑎𝐶𝑂3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101


ii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura I.1. Desarrollo y formación del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Figura I.2. Horizontes del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Figura I.3. Tipos de suelo en México. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figura I.4. Migración de la pluma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figura I.5. Migración de un contaminante de baja densidad sobre la superficie freática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Figura I.6. Migración de un contaminante de alta densidad sobre la superficie freática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

Figura I.7. Equilibrio multifase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figura I.8. Procesos de hidrocarburos en suelos y aguas subterráneas. . . . . . 15 Figura I.9. Sección transversal de un hipotético derrame LNAPL. . . . . . . . . . . 17 Figura I.10. Representación de plumas de contaminación por LNAPL’s y DNAPL’s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Figura II.1. Partes de un surfactante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Figura III.1. Suelo amontonado en forma de cono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Figura III.2. Método de cuarteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Figura III.3. Contaminación del suelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a) Homogenización del suelo con agitador mecánico. b) Contaminación del suelo con diesel. c) Confinamiento del suelo contaminado.

75

Figura III.4. Instalación y operación de las columnas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Figura III.5. Tuvo PVC con malla en zigzag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Figura III.6. Muestras después del lavado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Figura III.7. Pesar surfactante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Figura III.8. Mezcla de surfactante con agua des ionizada. . . . . . . . . . . . . . . . 80 Figura III.9. Formación de espuma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Figura IV.1. Triángulo de texturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 ANEXOS Figura 1. Calibración del equipo Casa Grande. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Figura 2. Calibración del equipo Casa Grande. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Figura 3. Tabla de conversiones (gravedad específica en gramos de suelo). . 97


iii

GLOSARIO

Absorción. Operación unitaria de transferencia de materia que consiste en poner un gas en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes del gas y obtener una solución de éstos en el líquido.

Adsorción. Tendencia de un componente del sistema a concentrarse en la interfase.

Anfifílico. Moléculas que poseen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico.

Anión. Ion con carga eléctrica negativa, resultado de la ganancia de electrones en su estructura.

Catión. Ion cargado positivamente, debido a la pérdida de electrones. Los cationes más comunes del suelo son: calcio. Magnesio, sodio, potasio, amonio e hidrógeno.

Consistencia. Propiedad relacionada con la rigidez de los cuerpos.

Degradación del suelo. Cambio en la salud del suelo ando en una disminución de la capacidad del ecosistema para producir bienes o prestar servicios para sus beneficios.

Densidad. Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia.

Densidad aparente. Masa por unidad de volumen de un suelo que se ha secado a un paso constante a 105 °C.

Densidad real del suelo. Es el peso de las partículas sólidas del suelo, relacionado con el volumen que ocupan.

Derrame. Vertido de hidrocarburo que contamina al ambiente, se produce debido a un accidente o práctica inadecuada.

Desorción. Operación unitaria de transferencia de materia en la cual uno o más componentes del líquido se transfieren al gas.

Fenómeno de difusión. Cuando la concentración de un soluto es diferente en una y otra porción de una solución, las moléculas del soluto se moverán de la solución más concentrada hacia la más diluida. Este movimiento se detendrá hasta cuando sean iguales las dos concentraciones.


iv

Fertilidad. La cualidad que permite a un suelo proporcionar los compuestos apropiados, en las cantidades debidas y en el balance adecuado para el crecimiento de plantas específicas.

Floculación. Proceso químico mediante el cual se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.

Gravimetría: Parte de la química analítica que estudia aquellos procedimientos analíticos basados en mediciones de peso.

Hidrólisis. Reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química.

Horizonte. Capa de suelo paralela a la superficie de la tierra que tiene características distintivas, producto de los procesos físicos, químicos y biológicos, de formación del suelo.

Intemperización. Descomposición, desgaste, desintegración y destrucción de las rocas.

Interfase. La superficie de contacto entre dos fases condensadas (dos líquidos o un líquido y un sólido).

Lixiviación. La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

Permeabilidad. Capacidad que tiene un material a un flujo que lo atraviesa sin alterar su estructura interna.

Porosidad. Es una capacidad de almacenamiento de fluidos que posee una roca.

Remediación. Remoción de contaminación o contaminantes del medio ambiente.

Solubilidad. Medida de la capacidad de disolverse de una determinada sustancia en un determinado medio.

Tensión interfacial. Fuerza de atracción hacia dentro ejercida sobre las moléculas de la superficie de un líquido.


v

Tensión superficial. Cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.

Volatilización. Proceso que consiste en el cambio de estado de sólido o líquido al estado gaseoso.

GLOSARIO DE ABREVIATURAS

CMC Concentración Micelar crítica COS Compuestos orgánicos semivolátiles COV Compuestos orgánicos volátiles

DNAPL’s Fase líquida no acuosa de alta densidad DT Desorción térmica

ECC Equivalente de carbonato EV Extracción de vapores FH Factor de humedad

HTP’s Hidrocarburos totales de petróleo IP Índice de plasticidad LC Límite de concentración LL Límite líquido

LNALP’s Fase líquida no acuosa de baja densidad LP Límite plástico M Molar (concentración).

mdb Miles de barriles NAPL Light Non-aqueous Phase Liquid

PS Porcentaje de saturación RE Remediación electrocinética S/E Solidificación/estabilización

SUCS Sistema unificado de clasificación de suelos TEA Trietanolamina


vi

RESUMEN En México las actividades industriales han provocado serios daños al medio ambiente afectando en gran medida a los suelos incluyendo a todos los ecosistemas. Una de las principales actividades que más dañan al ambiente, contribuyendo a la degradación del aire, agua y suelo, es la industria petrolera. Capítulo I. Se analizan los conceptos y los tipos de suelo que existen en México, el movimiento de los hidrocarburos por el subsuelo y la forma en que contaminan; así como el diesel y su consumo en nuestro país. Capítulo II. Se muestran los tipos de tecnologías existentes para la remediación de los suelos y las más empleadas en México. Capítulo III. En este caso de estudio se caracterizó el suelo sin contaminar determinándose como un tipo de suelo arenoso-arcilloso y se aplicó la técnica de lavado de suelos ex situ con una solución de surfactantes con agua desionizada, la cual consiste en excavar el suelo y ponerlo en contacto con surfactantes por medio de columnas de lavado para lograr la remoción del contaminante. Capítulo IV. Diversas muestras de suelo se contaminaron con diesel a diferentes concentraciones. Se emplearon tres diferentes soluciones micelares; Alpha-Step PC48, alquil aril sulfonato de sodio y alquil éter sulfato de sodio, a concentraciones de 1 % al 4 %, realizando los lavados a diferentes temperaturas en un intervalo de 40 a 45 °C. Se analiza el suelo contaminado (antes del lavado) para realizar una comparación y determinar el grado de remediación de cada muestra después del lavado. Obteniendo el mejor resultado con el surfactante alquil éter sulfato de sodio a una concentración del 4 %, con una eficiencia de 84.4 %, a temperatura ambiente. El aumento de temperatura en el lavado ex situ no es recomendable ya que no aumenta la eficiencia de los surfactantes, genera gastos innecesarios de tiempo y económico. El lavado de suelos contaminados asistido con surfactantes y biosurfactantes es una tecnología que requiere que se profundice en el estudio de algunas variables como son el tipo de surfactante, concentración, tiempo de lavado, fenómenos de difusión, desorción, propiedades termodinámicas, entre otros. Los cuales determinarán el éxito o fracaso de la técnica empleada.


1

INTRODUCCIÓN Debido a que el petróleo es el combustible más empleado en la actividad humana, su incidencia en el medio ambiente ha repercutido en los últimos 100 años. Los hidrocarburos del petróleo siguen siendo usados como la principal fuente de energía y por tanto, generan gran contaminación ambiental a nivel mundial. Ha sido importante la cantidad de derrames de hidrocarburos en los distintos modos de transporte, trayendo consigo grandes impactos negativos al medio ambiente, principalmente al suelo; debido a su industrialización y a la necesidad masiva de hidrocarburos. Cada vez existe mayor número de accidentes con hidrocarburos, por ellos nuestro medio ambiente tiene cada vez mayor necesidad de remediar sitios contaminados. Además los derrames de hidrocarburos no sólo presentan peligro para el suelo, sino también para el aire, agua y principalmente a quienes están en contacto directo con estos tres factores tan indispensables para nosotros. El descubrimiento de hidrocarburos en el suelo ha permitido que se realicen extensas investigaciones ambientales, se experimenten gestiones de mitigación, las cuales expliquen cómo afectan y/o degradan el suelo. Los hidrocarburos tienen el poder de causar daños sumamente graves en el ser humano, como puede ser algún tipo de cáncer, por ejemplo. La industria petroquímica en México se ha desarrollado aceleradamente, generando diversos satisfactores económicos, sin embargo, su expansión y desarrollo también ha dado origen a graves repercusiones a la salud de la población y al equilibrio ecológico de los ecosistemas. Entre las causas que han generado este deterioro ambiental por la contaminación de cuerpos de agua y suelos a lo largo del país, se encuentran; el manejo inadecuado y abandono de materiales y residuos peligrosos, mantenimiento inadecuado o falta de éste en instalaciones petroleras, explosiones en instalaciones, fugas en líneas de conducción y derrames de hidrocarburos. En el año 2001, PEMEX reportó un total de 8 mil toneladas de hidrocarburos derramados, en su mayoría en tierra, en los 4 sectores del país. De acuerdo con información de PEMEX, dos de los lugares más contaminados por hidrocarburos a nivel nacional son la refinería Lázaro Cárdenas y el pantano de Santa Alejandrina, ambos ubicados en el sureste de México.


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CAPÍTULO I. ANTECEDENTES En el mundo se producen más de dos mil millones de toneladas métricas de petróleo y muchos de los productos derivados de este contaminan el ambiente. El desarrollo económico en México favoreció la concentración territorial de la industria. Hasta 1970 no se aplicó ningún criterio ambiental para su desarrollo, aunque había indicios de impactos crecientes sobre la contaminación atmosférica y la generación de residuos. El resultado de una política de bajos precios de petróleo propició su uso intensivo y, con ello, un crecimiento de la demanda energética más acelerada. En la segunda parte de la década de los 70’s, el crecimiento petrolero se incrementó. En México, la industria petrolera en su conjunto ha tenido un gran impacto negativo en materia ambiental. Por la amplia gama de productos derivados del petróleo. El suelo y el subsuelo constituyen un recurso natural difícilmente renovable que desempeña funciones entre las que destaca su papel como medio filtrante durante la recarga del manto acuífero y la protección de los mismos, ocurren los ciclos biogeoquímicos, hidrológicos y las redes tróficas, además de ser el espacio donde se realizan las actividades agrícolas, ganaderas y de soporte de la vegetación. A continuación se describirá el primer capítulo para familiarizar al lector con los términos y conceptos básicos para su correcto entendimiento, tales como el suelo y sus características, contaminación y degradación del suelo, el uso de hidrocarburos en México y daños a la salud. I.1 El suelo El suelo se forma al romperse y desintegrarse el material rocoso a formas más pequeñas por medio de procesos mecánicos y químicos. Como se mencionó anteriormente, el suelo desempeña diversas funciones, como la de medio filtrante durante la recarga de los mantos acuíferos y la protección de los mismos, también es el lugar donde ocurren los ciclos biogeoquímicos e hidrológicos, además de ser el espacio donde se realizan las actividades agrícolas, ganaderas y ser el soporte de la vegetación. (Figura I.1). (9)


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Figura I.1. Desarrollo y formación del suelo (fuente: Muñiz Oscar, apreciación y clasificación

de los suelos). Los suelos están formados por cuatro componentes básicos: minerales, aire, agua y materia orgánica. En la mayoría de suelos, los minerales representan alrededor de 45 % del volumen total, agua y aire cerca de 25 % cada uno, y materia orgánica entre 2 % y 5 %. La porción mineral consiste en tres distintos tamaños de partículas clasificadas como arena, limo, y arcilla. La arena es la partícula más grande que se puede considerar como suelo. Estas partículas minerales le dan textura al suelo, donde la arena tiene las partículas más grandes y sueltas; el limo tiene las partículas de tamaño intermedio y la arcilla tiene las partículas más pequeñas. (Tabla I.1). (9)

Tabla I.1. Texturas del suelo de grueso a fino Designación de texturas.

Textura gruesa

Textura fina

Arena Arena margosa Marga arenosa

Marga arenosa fina Marga

Marga limosa Limo

Marga de arcilla limosa Arcilla margosa

Arcilla Un suelo franco, o marga, contiene estos tres tipos de partículas en partes iguales aproximadamente. Una marga arenosa es una mezcla que contiene una gran cantidad de arena y menos cantidad de arcilla, mientras que una marga arcillosa contiene grandes cantidades de arcilla y menos cantidad de arena. La estructura


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del suelo se refiere a como se aglomeran la arena, limo y arcilla en terrones secundarios mayores. Tanto la textura como la estructura determinan el espacio de poros (área entre las partículas minerales) para la circulación de aire y agua, resistencia a la erosión, soltura, facilidad para ararse y penetración de las raíces. El ingrediente final del suelo es la materia orgánica. Esta contiene residuos de plantas muertas, materia animal y billones de organismos vivos que habitan en el suelo. La materia orgánica une las partículas individuales, aumenta la capacidad del suelo para retener humedad, mejora la aireación y regula la temperatura. Aunque la estructura está relacionada a los minerales en el suelo y no cambia con las actividades agrícolas, la estructura se puede mejorar o destruir fácilmente con la selección y duración de prácticas agrícolas. Los suelos se desarrollan en capas, también conocidos como horizontes. En el campo, los horizontes se describen de acuerdo a las siguientes propiedades:

• Color: Ejemplo: color negro indica presencia de material orgánico. Colores rojos indican presencia de óxidos de hierro.

• Textura: porcentaje de partículas de distinto tamaño que tiene el horizonte. • Estructura: se refiere a la forma de agregarse las partículas individuales del

suelo (granular, prismática, etc.). • Espacios vacíos o poros. • pH. • Límites: se considera el espesor del horizonte y la topografía de la

superficie del límite. • Perfil: Exposición vertical bidimensional de horizontes en un suelo

individual, cuyas disposiciones y combinaciones son únicas en una zona geográfica.

Los horizontes de un perfil se designan con letra mayúscula, con las que se indican las propiedades y características propias de cada horizonte. (Figura I.2).

Figura I.2. Horizontes del suelo (fuente: Muñiz Oscar, apreciación y clasificación de los

suelos).


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• Capa Superior (O) materia orgánica. Consiste de desperdicios, camadas de hojas y todo tipo de material orgánico que se encuentra sobre la superficie del terreno; es de color oscuro.

• Capa Superficial (A) material suelto y desmenuzado, con cantidad variable de materia orgánica y la que suele ser la más productiva.

• Capa de Subsuelo (B) son usualmente de colores claros, es una zona de acumulación de productos.

• Capa de Roca (C) área de transición entre el suelo y el material parental o roca, se encuentra material parcialmente desintegrado y partículas de minerales.

Al observar el perfil del suelo no siempre se puede encontrar un límite claro entre dos horizontes bien diferenciados, a veces el límite no es neto y vemos como el horizonte superior va cambiando poco a poco sus características hasta llegar un momento en que nos adentramos en el horizonte siguiente. A esta capa, en la que están mezcladas las características de dos de ellos se les llama: horizonte de transición y recibe las dos letras de ambos. (8) I.2. Suelos de México México cuenta con una gran diversidad de suelos que puede explicarse por la interacción de diversos factores, entre los que se encuentran la compleja topografía originada por la actividad volcánica del Cenozoico, el amplio gradiente altitudinal, la enorme diversidad paisajística y de tipos de rocas que existen en el territorio. En México existen 26 de los 32 grupos de suelo reconocidos por el Sistema Internacional Base Referencial Mundial del Recurso Suelo. Dominan los Leptosoles (28.3% del territorio), Regosoles (13.7%), Phaeozems (11.7%), Calcisoles (10.4%), Luvisoles (9%) y Vertisoles (8.6%) que, en conjunto, ocupan 81.7% de la superficie nacional, como se aprecia en la figura I.3. (5)

Nota: 1 Incluye: Umbrisol, Durisol, Acrisol, Planosol, Solonetz, Gypsisol, Nitisol, Alisol, Lixisol, Histosol, Ferralsol y Plintosol. Figura I.3. Tipos de suelo en México (fuente: INEGI. Conjunto de Datos Vectorial Edafológico

México. 2007).


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I.2.1. La degradación de los suelos en México

El suelo es una parte fundamental en el funcionamiento de los ecosistemas; en él se realizan funciones tan importantes como los ciclos bioquímicos y la captura de agua. Su formación involucra periodos que pueden llegar a miles de años, por su degradación, algunas irreversibles, puede realizarse en periodos considerablemente más cortos. Cuando se habla de la degradación del suelo se hace referencia a los procesos inducidos por las actividades humanas que provocan la disminución de su productividad biológica o de su biodiversidad, así como de la capacidad actual y futura para sostener la vida humana. (5) I.3. Propiedades de los hidrocarburos Los hidrocarburos son compuestos formados por átomos de carbono e hidrógeno, de gran abundancia en la naturaleza, presentes principalmente en el petróleo. El comportamiento de los contaminantes en el medio es función de sus propiedades fisicoquímicas, dentro de las cuales se incluyen la densidad, la solubilidad, la tensión de vapor, además de las reacciones que sean propensas a sufrir y de la concentración. Conjuntamente habrá que considerar las características del medio que los rodea como el tipo de suelo, la adsorción, permeabilidad, tamaño de las partículas, contenido de humedad y materia orgánica, profundidad del nivel del agua, entre otras. Densidad. Es la relación entre la masa y la unidad de volumen, atendiendo a esta característica intrínseca, los compuestos orgánicos se pueden clasificar en:

• Compuestos orgánicos ligeros, son aquellos cuya densidad es menor que la del agua.

• Compuestos orgánicos densos, son aquellos que poseen una densidad mayor a la del agua. La densidad determina el proceso de transporte en el manto acuífero, por ejemplo: los ligeros tienden a formar una capa sobre el nivel freático, moviéndose horizontalmente en la dirección del flujo del agua subterránea; en cambio los densos migran hacia la base del acuífero creando una columna a partir de la cual pueden viajar en la dirección del flujo del agua subterránea.

Presión de vapor. Determina la rapidez o facilidad con la que un compuesto se volatiliza. Cuanta más alta sea la presión de vapor de una sustancia mayor será su tendencia a volatilizarse, así, la gasolina se evapora rápidamente, aunque esté en poros y fracturas. Concentración. Es la cantidad de una sustancia dada que se encuentra disuelta en un volumen específico de solvente, generalmente, se representa en unidades


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de partes por millón para el caso de contaminantes en suelo o agua. La concentración de un hidrocarburo constituye el mecanismo más relevante para el transporte de los vapores de hidrocarburos desde el derrame. Polaridad. Está referida a la existencia o no de una distribución equitativa de las nubes electrónicas que forman varios enlaces. Si no es equitativa, una parte de la molécula será más positiva y la otra será más negativa, por tanto, la molécula se comporta como un dipolo. Si las nubes electrónicas están igualmente distribuidas, se dice que la molécula es no polar. La polaridad depende de la electronegatividad de los átomos y forma de la molécula. Los compuestos orgánicos contienen carbono e hidrógeno, y la leve diferencia que existe en la electronegatividad entre ambos hace que la mayoría de estos compuestos sean no polares. Esto desemboca en una baja solubilidad de los mismos. Solubilidad en el agua. Con esta característica, aparte de conocer lo propenso que va a ser un contaminante en medio acuoso, también nos va a dar una idea de su estabilidad, su bioacumulación y su sorción química en el ambiente. La alta solubilidad al agua de un compuesto promueve su mayor movilidad, y es menos probable a ser acumulativo, bioacumulativo, volátil y persistente; un compuesto químico altamente soluble es propenso a ser biodegradado y metabolizado por los microorganismos. Si por el contrario es poco soluble, tiene más probabilidad de ser movilizado por vía adsorción y es menos móvil, más bioacumulativo y persisten en los compartimentos ambientales. La solubilidad de los hidrocarburos varía de acuerdo a sus características químicas y físicas que influyen de manera determinante en el transporte de tales compuestos hacia zonas profundas del subsuelo. (6) I.4. Contaminación por hidrocarburos La composición de los crudos es muy variable dependiendo del lugar en el que se han formado. No solo se distinguen unos crudos de otros por sus diferentes proporciones en las distintas fracciones de hidrocarburos, sino también porque tienen distintas proporciones de azufre, nitrógeno y de las pequeñas cantidades de diversos metales, que tienen mucha importancia desde el punto de vista de la contaminación. La contaminación provocada por estos compuestos afecta, tanto directa como indirectamente, a todas las esferas de la tierra; atmósfera, océanos y suelos, llegando en algunos casos a traspasar los límites edafológicos y afectar a las aguas subterráneas. De las inclusiones recibidas por los acuíferos, las de los hidrocarburos son de las más pródigas debido al alto número de escapes que se producen en tanques de gasolineras, rupturas de oleoductos, vertidos accidentales y percolaciones de aceites en asfaltados.


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I.4.1. Comportamiento en el ambiente Un derrame de hidrocarburos lleva consigo una serie de cambios progresivos de sus propiedades físico-químicas los cuales se atribuyen al proceso de intemperización, el cual incluye; evaporación, disolución, dispersión, oxidación, sedimentación y biodegradación. La tasa de intemperización varía en función de las características del producto derramado y de las condiciones climáticas existentes en el lugar del derrame. Evaporación. Este paso atañe la composición del producto derramado; crece su densidad y viscosidad, mermando su solubilidad en el agua, reduciendo así el nivel de toxicidad del producto. En la medida que los compuestos más volátiles se evaporan, el hidrocarburo se hace más pesado y puede llegar a hundirse. A las 24 horas casi el 40 % del petróleo se ha evaporado. Estos porcentajes varían de acuerdo al valor de la viscosidad del hidrocarburo, por lo que el proceso de evaporación es muy trascendental en los derrames, especialmente si se trata de gasolina o de crudos livianos. La evaporación de los hidrocarburos es uno de los factores principales para determinar el destino final del derrame. Disolución. Este proceso comienza inmediatamente, es de largo plazo y continúa durante todo el proceso de degradación del hidrocarburo. Es notorio que los compuestos más ligeros son los más solubles en el agua y por lo tanto se convierten en los más tóxicos, por lo que es muy importante calcular su concentración, para estimar los posibles efectos tóxicos. Oxidación. La combinación química de hidrocarburos con el oxígeno molecular contribuye a la descomposición final del hidrocarburo. Cuanta más área expuesta exista, mayor será la oxidación y mayor la velocidad de degradación. La radiación ultravioleta solar produce la oxidación fotoquímica que puede implicar una degradación diaria del 1 % del derrame. Emulsificación. Este es el procedimiento por el cual un líquido se dispersa en otro líquido en forma de pequeñas gotas, es decir como suspensión. La degradación de este tipo de emulsión es muy lenta y solo puede ser acelerada por la presencia de cierto tipo de bacterias dentro de la emulsión. Sedimentación. Puede suceder por dos mecanismos; el primero se define en la medida que el hidrocarburo se intemperiza resultando en un incremento de su densidad respecto al agua circundante, por lo que existe hundimiento. El segundo ocurre por la adhesión de las partículas suspendidas en la columna de agua al hidrocarburo.


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Biodegradación. Este es el proceso por el cual la mancha desaparece del medio ambiente. Ciertas especies de hongos y otros organismos, especialmente de bacterias, utilizan los hidrocarburos como fuente de alimento. Es un proceso natural muy lento, pero se puede manipular para agilizarlo. (6) I.4.2. Fuentes de contaminación por hidrocarburos Los hidrocarburos que llegan hasta los mantos acuíferos corresponden a su mayoría a los componentes del petróleo y sus derivados. La contaminación por hidrocarburos se produce de forma frecuente y sus efectos pueden llegar a ser muy peligrosos. Los principales orígenes de aparición de hidrocarburos en el subsuelo son:

• Centros petroquímicos y de refinación. • Fugas de depósitos. • Vertidos accidentales. • Transporte terrestre. • Enterramientos de residuos que contienen hidrocarburos.

Las actividades consideradas como fuentes de contaminación son:

• Saneamiento in situ (trazas de hidrocarburos). • Gasolineras y talleres automotrices (benceno, fenoles, hidrocarburos

halogenados y aromáticos). • Depósito final de residuos sólidos (hidrocarburos halogenados). • Industrias metalúrgicas (hidrocarburos halogenados). • Talleres de pinturas y esmaltes (hidrocarburos halogenados). • Industria maderera (hidrocarburos aromáticos). • Manufactura de pesticidas (hidrocarburos halogenados). ()

I.4.3. Evolución de los hidrocarburos en el suelo El comportamiento de los contaminantes está en función de sus características fisicoquímicas en las que se incluyen densidad, solubilidad, viscosidad, además de características del medio que los rodea como son el tipo de suelo, adsorción, permeabilidad, tamaño de las partículas, contenido de humedad y de materia orgánica, profundidad del nivel del agua entre otros. Los hidrocarburos incluyen productos con una variable degradabilidad y comportamiento en el medio, pero será la densidad la característica que determina mayormente los procesos de transporte.


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I.5. Migración de la pluma Como se ve en la figura I.4, el hidrocarburo es vertido en la superficie, éste se propaga verticalmente hacia el nivel freático y cuando lo alcanza, se mantiene sobre el agua flotando, desplazándola con tendencia a trasladarse según el flujo. Existe una franja, la zona capilar, donde el hidrocarburo por diferencia de densidad y su incapacidad para desalojar el agua intersticial, da origen a los procesos de dispersión y difusión. Pero la mayor parte de los hidrocarburos se acumulan directamente sobre el nivel del agua y bajo la zona de fuga, extendiendo una cuña hacia la zona de menor gradiente hidráulico. (7)

Figura I.4. Migración de la pluma (fuente: Juana B. Eweis. Principios de Biorrecuperación:

Tratamientos para la regeneración de suelos y aguas subterráneas mediante procesos biológicos y físicos−químicos. Edita. Mc Graw Hill).

Después se va diluyendo hasta que alcanza la saturación irreductible (valor de la saturación por debajo de la cual el hidrocarburo deja de fluir, es como si el medio tuviera una permeabilidad nula); así mismo sufre un rápido desplazamiento en el componente horizontal que se va frenando a medida que se extiende la mancha. A continuación se esquematizan las diferentes evoluciones en el subsuelo que pueden sufrir los contaminantes dependiendo si están en fase líquida no acuosa de baja densidad o de alta densidad. Los hidrocarburos ligeros tienden a formar una capa en forma de nata en el nivel freático y se mueven horizontalmente en la dirección del flujo del agua subterránea, así lo hacen las gasolinas, aceites y petróleo crudo, como se muestra en la figura I.5. (6)


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Figura I.5. Migración de un contaminante de baja densidad sobre la superficie freática.

Cuando hay control sobre la emisión y la fuente aislada, la contaminación potencial aún existe. Muchas fases de los hidrocarburos pueden haber dejado restos atrapados en la superficie de los poros por la fuerza de capilaridad y actúan como una continua fuente de polución. En el caso de que el contaminante sea más denso que el agua, la situación varía. El hidrocarburo pesado tenderá a penetrar por la zona saturada, venciendo las fuerzas de presión de los poros. A causa de los efectos de capilaridad y de la diferencia de densidades, el desplazamiento es inestable dentro de la zona saturada del acuífero, por lo que la migración se produce a modo de digitalizaciones. El contaminante formará también una cubierta sobre el nivel del agua (a menos que existan grandes orificios producidos por raíces, que ofrecen un camino más fácil para la penetración del contaminante a través de la extensión saturada), y a partir de ahí saldrán las digitalizaciones hacia la base del acuífero; este fenómeno se aprecia en la figura I.6. (6)

Figura I.6. Migración de un contaminante de alta densidad sobre la superficie freática.


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Tanto en el caso de hidrocarburos ligeros como en de los pesados, las fases volátiles irán ocupando los poros de la zona no saturada, moviéndose por difusión. I.5.1. Movimiento de los hidrocarburos en el subsuelo El movimiento de los líquidos inmiscibles en el agua a través de la zona no saturada es un proceso bastante complicado, ya que en él existen dos fases; la líquida del agua y la líquida no acuosa del hidrocarburo; y tres o cuatro fases en la zona vadosa, las mencionadas anteriormente más el aire de los poros y el sólido de las partículas del suelo. El equilibrio multifase se describe en la figura I.7; la zona no saturada no contaminada presenta cuatro fases diferentes, aire, suelo, agua y la fase líquida no acuosa o hidrocarburo. Cuando dos fluidos inmiscibles coexisten en un medio poroso, están repartidos según las leyes de la hidrostática y de la capilaridad. La repartición de fluidos depende de la dimensión de los poros, del ángulo de contacto, de la tensión interfacial y de las saturaciones. (6)

Figura I.7. Equilibrio multifase (fuente: Juana B. Eweis. Principios de Biorrecuperación: Tratamientos para la regeneración de suelos y aguas subterráneas mediante procesos

biológicos y físicos−químicos. Edita. Mc Graw Hill).

Dada la complejidad del proceso de transporte de los hidrocarburos por el subsuelo es conveniente definir algunos parámetros que sirven para comprender este movimiento de flujo multifase. Radio de saturación. Es la fracción del espacio total del poro llena de líquido. El total de todos los radios de saturación, incluido el del aire resulta ser la unidad. Tensión interfacial. Un líquido en contacto con otra sustancia posee una energía que es el resultado de la diferencia del grado de atracción de las moléculas de la superficie entre ellas con la del grado de atracción de otra sustancia. Este fenómeno se define como la cantidad de energía que hace falta para separar un área unitaria de una sustancia desde otra.


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Mojabilidad. Se define como la capacidad que posee un líquido para esparcirse sobre una superficie dada. Es una función del tipo de fluido y de la superficie sólida. El ángulo se denomina ángulo de contacto, es uno de los métodos más usados para determinar la mojabilidad. Ángulo de contacto de avance, aparece cuando el agua está en contacto con el petróleo sobre una superficie sólida previamente en contacto con el petróleo, es decir, ocurre cuando el agua avanza hacia el petróleo. Ángulo de contacto de retroceso, surge cuando el petróleo está en equilibrio con el agua sobre una superficie previamente cubierta con agua (el petróleo avanza hacia el agua). Histéresis. Fenómeno que ocurre cuando la tensión y la mojabilidad son diferentes o cuando la interfase líquido-líquido no acuosa está avanzando o retrocediendo sobre una superficie sólida. La presión capilar está sujeta a histéresis ya que el ángulo de contacto es una función de la dirección del desplazamiento; puede tener diferentes valores si el equilibrio es alcanzado por avanzar o retroceder sobre la superficie (cambio de dirección). Presión de capilaridad. Cuando dos líquidos inmiscibles están en contacto, se forma entre ellas una superficie que tiende a curvarse. Midiendo la presión del poro en cada fase cerca de la superficie de contacto se observa que las presiones no son iguales, esa diferencia es la presión capilar. Si Pw es la presión del fluido acuoso y Pnw es la presión del fluido no acuoso, P c= Pw − Pnw es la presión capilar, que es directamente proporcional a la tensión interfase e inversa al radio de curvatura. Esto significa que es función de las propiedades de los dos líquidos inmiscibles y que depende del porcentaje de cada uno que haya en el poro. Permeabilidad relativa. Durante el flujo simultáneo de dos líquidos inmiscibles, parte del espacio libre del poro se verá completado con agua y la otra parte con el fluido contaminante, de forma que ambos competirán por el espacio libre, de ahí surge el concepto de permeabilidad relativa, que es el radio ocupado por un fluido respecto al que ocuparía de tener todo el espacio del poro para ese fluido. Potencial de fluido. Es la cantidad de trabajo necesario para mover una masa unitaria de fluido desde una posición de referencia y en unas condiciones determinadas hasta otra posición y condiciones. Saturación. Se denomina así a la fracción del espacio poroso ocupado por el fluido. Imbibición. Es el proceso de expulsión de un fluido en un medio poroso mediante el contacto exterior con otro líquido de mayor tensión superficial; el líquido que moja se extiende, ocupando los poros más pequeños y desplaza al fluido


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inicialmente contenido por fuerzas capilares. Esto resulta de vital importancia para conseguir obtener el petróleo desde medios con poros muy finos, en los que la presión capilar suele ser muy elevada. (6) Otra clasificación para el estudio del comportamiento en el subsuelo de los hidrocarburos derivados del petróleo, ampliamente utilizada por muchos autores es la definida por el parámetro NAPL (Light Non-aqueous Phase Liquid). NAPL es un grupo de sustancias orgánicas que son relativamente insolubles en agua; se clasifican en 2 grupos en función de sus propiedades como la densidad:

• Fase líquida no acuosa de baja densidad (LNALP’s). • Fase líquida no acuosa de alta densidad (DNAPL’s).

Cuando se produce una liberación de NAPL’s al subsuelo, bien por derrame o fuga, estos se mueven hacia abajo a través del subsuelo. Los LNAPL’s se retienen generalmente, en la parte superior del nivel freático, mientras que los DNAPL’s penetran a la zona saturada y migran hacia abajo hasta que son retenidos por una capa impermeable. Una vez que se liberan al medio ambiente, los LNAPL’s migran verticalmente hasta que la saturación residual agote el líquido o hasta que se alcanza la franja capilar. Los NAPL se mueven en el medio geológico desplazando aire y agua. El agua es la fase relativa al aire y NAPL que tiende a alinear el borde de poros que cubre partículas, moviéndose en el centro de los espacios de los poros. Tanto el agua como el NAPL no ocupan completamente el espacio de los poros en el subsuelo por lo que la permeabilidad del medio respecto a estos fluidos es diferente, así esos espacios estuviesen ocupados por una sola fase. En el transporte de contaminantes en medios porosos, saturados, homogéneos e isótropos el flujo está afectado por los siguientes mecanismos:

• Movimiento convectivo. • Dispersión aparente (difusión molecular y dispersión mecánica). • Reacciones geoquímicas (cambio iónico, adsorción, entre otros). • Procesos bioquímicos (degradación biológica).

Cuando los hidrocarburos derivados del petróleo son accidentalmente liberados al medio, inmediatamente sufren una serie de procesos de degradación que se observan en la figura I.8. (15)


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Figura I.8. Procesos de hidrocarburos en suelos y aguas subterráneas (fuente: Rosales

Aranda, Rosa Ma. (2013). Tesis doctoral: Detección y evaluación de la contaminación del suelo por tanques enterrados de almacenamiento de hidrocarburos en estaciones de

servicio). Los efectos de los contaminantes orgánicos que causan en el suelo, están influenciados por la degradación o desaparición de dichos contaminantes en el subsuelo por varios procesos, mostrados en la tabla I.2.

Tabla I.2. Procesos y sus efectos en el destino de los contaminantes Proceso Clase de químicos Efecto Sorción Orgánico Retardo

Precipitación intercambio de iones

Inorgánico Retardo

Intercambio iónico Inorgánico Retardo Filtración Orgánico/inorgánico Retardo

Oxidación-reducción química

Orgánico/inorgánico Transformación/retardo

Incorporación biológica Orgánico/inorgánico Retardo Biodegradación Orgánico Transformación

Hidrólisis Orgánico Transformación Volatilización Orgánica Eliminación por

transferencia de medio Disolución Orgánico/inorgánico Aumento de movilidad

Co-solvencia Orgánica Aumento de movilidad Ionización Orgánico Aumento de movilidad

Complejación Inorgánico Aumento de movilidad Fase inmiscible Orgánico Varios efectos


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Una vez que los contaminantes orgánicos alcanzan el suelo, pueden moverse en una o más de siete direcciones:

1. Pueden vaporizarse a la atmósfera sin cambios químicos (volatilización). 2. Pueden ser absorbidos en los suelos (absorción). 3. Pueden moverse hacia abajo a través del suelo en forma líquida y perderse

en el suelo por lixiviación (filtración). 4. Pueden someterse a reacciones químicas con o en la superficie del suelo

(adsorción; oxidación-reducción química). 5. Los compuestos orgánicos pueden romperse por la acción de los

microorganismos presentes en el suelo (biodegradación). 6. Alcanzar ríos y arroyos por la escorrentía superficial. 7. Pueden ser absorbidos por las plantas o animales del suelo e introducirse

en la cadena alimentaria. El componente más importante en el suelo en relación con la persistencia de sustancias tóxicas es la arcilla. Ésta persistencia aumenta cuanto más pequeñas son las partículas, por lo tanto con el aumento en el contenido de arcilla, partículas más pequeñas y que aportan un área superficial mayor, mayor adsorción de los productos químicos. La adsorción en las arcillas es un proceso de gran importancia en la retención de los hidrocarburos en el suelo. Se trata de un proceso de partición de fase reversible que determina la disponibilidad y el movimiento de los hidrocarburos derivados del petróleo en el suelo y sedimento. Los principales factores que influencian la adsorción son el tamaño de las partículas de suelo, siendo máximo en las partículas menores como es el caso de la arcilla, contenido de materia orgánica y su coeficiente de reparto. (15) I.5.2. Movimiento de los LNALP’s Cuando ocurre un derrame sobre la superficie terrestre de LNAPL’s, estos migran verticalmente por la zona no saturada del suelo bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas de capilaridad tal y como lo haría el agua a menos que la zona no saturada sea extremadamente seca, estará mojada de agua y los hidrocarburos poco densos constituirán la fase no mojable. Dentro de esta zona no saturada, en la parte superior, el agua se encuentra en poros en saturación irreductible, y es denominada agua pendular, en la parte justo debajo y hasta la zona saturada, al agua que allí se encuentra se le denomina funicular. En la zona no saturada del subsuelo, los LNAPL’s pueden existir en cuatro fases:

• Fase aire-vapor en el espacio poro. • Fase acuosa-disuelta en agua. • Fase líquida-LNAPL en fase libre o móvil. • Fase adsorbida en el subsuelo.


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Si el derrame ha sido de gran volumen, los LNAPL’s se moverán a través de los espacios de los poros hasta alcanzar el nivel freático. Los compuestos disueltos llegan antes que el menos soluble de los compuestos y pueden cambiar las propiedades del agua causando una reducción en su calidad y una disminución en el peso del nivel freático en las aguas subterráneas (ver figura I.9). (6)

Figura I.9. Sección transversal de un hipotético derrame LNAPL (fuente: Rosales Aranda,

Rosa Ma. (2013). Tesis doctoral: Detección y evaluación de la contaminación del suelo por tanques enterrados de almacenamiento de hidrocarburos en estaciones de servicio).

Lo volatilización de los LNAPL’s es el mecanismo por el que el fluido pasa de la fase líquida a la fase gaseosa. No es uno de los principales procesos que tiene lugar en el subsuelo, pero en el caso que nos ocupa de contaminantes derivados del petróleo es significativo. Los factores fundamentales que afectan a este proceso son:

• El área de contacto entre los productos libres de la zona insaturada. • La presión de vapor del contaminante vertido. • La tasa de difusión a la que está sometida ese contaminante en el

subsuelo. • Las propiedades difusivas del suelo para las fases de vapor de los

contaminantes. Para determinar la volatilidad de un compuesto se parte de la ley de Henry, que establece una relación entre la presión de vapor de un compuesto sobre su solución acuosa y la concentración en solución. La constante de proporcionalidad entre ambas es también conocida como la constante de la ley de Henry, la cual puede ser manifestada en unidades de (atmósferas/(moles/m3 de agua)) o en un coeficiente de partición agua-aire. Esta es la tasa de solubilidad acuosa de una


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sustancia, expresada en miligramos/litro, a una temperatura dada a la concentración saturada de vapor de la fase pura de la sustancia, también expresada en miligramos/litro. Los compuestos que tienen una partición agua-aire baja como los alcanos, tienden a su fase vapor, mientras que las que la tienen alta como los bencenos, tienden a la fase acuosa (tabla I.3).

Tabla 3. Coeficientes de partición agua-aire Compuesto Peso molecular Coeficiente de partición agua-aire

Benceno 78 5.88 Tolueno 92 3.85 Xileno 106 4.68

Etilbenceno 106 3.8 Ciclohexano 84 0.15

Hexano 86 0.0015 Octano 114 0.0079

Los cuatro primeros compuestos son de tipo aromático, más pesados y tóxicos, y al tener sus coeficientes valores altos, tenderán a quedarse en el subsuelo en fase líquida y serán los que con mayor facilidad percolen hasta el acuífero. En cambio, los otros tres, alcanos, tienen un coeficiente de partición bajo, por lo que será más probable que se volatilicen antes de llegar a contaminar al acuífero. (6) I.5.3. Movimiento de los DNAPL’s Los líquidos no acuosos densos incluyen entre sus compuestos algunos que tienen átomos de cloro, bromo o flúor. En su estado puro estos compuestos tienen diferentes movilidad en la tierra y en el agua. Su conductividad hidráulica es función de la permeabilidad intrínseca de la formación donde se encuentra el vertido y de las propiedades del mismo. Lo que suele ocurrir con este tipo de contaminantes es que son más densos y menos viscosos que el agua y por tanto tienen una movilidad relativa bastante alta, esto se describe en la tabla I.4.


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Tabla I.4. Densidades de DNALP’s Compuestos halogenados con un carbono Densidad (g/cm3)

Diclorometano 1.33 Triclorometano 1.48

Tetraclorometano 1.59 Dibromoclorometano 2.45

Compuestos halogenados con dos carbonos 1,1−Dicloroetano 1.18 1,2−Dicloroetano 1.23 1,1−Dicloroetileno 1.22 1,2−Dicloroetileno 1.26

1,1,1−Tricloroetano 1.34 1,1,2−Tricloroetano 1.43

Tricloroetileno 1.46 1,1,2,2−Tetracloroetano 1.60

Tetracloroetileno 1.62 1,2−Dibromoetano 2.17

Compuestos halogenados con tres carbonos 1,2−Dibromo−3−cloropropano 2.05

1,2−Dicloropropano 1.16 Compuestos halogenados aromáticos

1,2−Diclorobenceno 1.30 1,4−Diclorobenceno 1.25

Bifenilos policlorados Aroclor 1016 1.33 Aroclor 1221 1.15 Aroclor 1242 1.39 Aroclor 1248 1.41 Aroclor 1254 1.51

Compuestos no halogenados Disulfida carbonada 1.26

Cuando el vertido sobre la superficie del terreno, o la descarga desde el subsuelo supera el valor de saturación residual. Los DNALP’s se mueven verticalmente en la zona no saturada bajo la influencia de la fuerza de la gravedad. La migración se produce a través de los poros más grandes, los cuales inicialmente tenían agua mojando los minerales del suelo y aire. Los DNALP’s desplazan al aire, por lo que dichos poros se quedan rellenados por agua y estos hidrocarburos. En esta zona la permeabilidad para los DNALP’s es mayor que para el agua, por lo que va desplazándola y ocupando su lugar, así que en la zona capilar va a desplazar al agua hacia abajo, ocupando los poros de la misma.


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Al llegar a la zona saturada del acuífero estos hidrocarburos penetran en la misma también debido al empuje de la fuerza de la gravedad desplazando al agua cuando alcanzan el llamado peso crítico, a partir del cual se forman las especies de digitalizaciones verticales hacia la base del acuífero. Una vez que los hidrocarburos han alcanzado la capa del suelo acuífero, pueden comenzar a moverse lateralmente, incluso en ausencia de un gradiente hidráulico, aunque lo que se requiere un gradiente de presión lateral como se aprecia en la figura I.10. (6)

Figura I.10. Representación de plumas de contaminación por LNAPL’s y DNAPL’s.

I.6. Descripción del diesel El Diesel Fuel es la fracción de petróleo que es destilada después del queroseno (202-306) °C. La composición del Diesel Fuel contiene cadenas alifáticas saturadas y fracciones aromáticas de diez a diecinueve átomos de carbono (C10 – C19) que son conformadas por parafinas, cicloparafinas y grupos aromáticos. El diesel está compuesto esencialmente de n-alcanos (65-85) % de cadenas lineales y ramificadas (parafinas), cicloalcanos, hidrocarburos policíclicos aromáticos, azufre, entre otros (se describen en la tabla I.5). Algunos derivados del petróleo son usados en la industria y en el transporte (gasolina y diesel). Durante el transporte y uso de estos materiales se liberan accidentalmente al suelo y a las aguas subterráneas representando una gran amenaza al ambiente. (13)


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Tabla I.5. Propiedades Fisicoquímicas del Diesel Propiedades Diesel Composición C10 – C19 HC

Carbono 86.5 % Azufre 0.05 % máximo Agua 161 ppm

Oxígeno 0 Hidrógeno 13%

(*) Índice de cetano 40 – 55 Poder calorífico inferior 41.860 KJ/Kg

Viscosidad cinemática (40°C) 1.3 – 4-1 mm2/s Punto de inflamación 60 – 80 °C Punto de ebullición (188 – 343) °C

Gravedad específica (60°F) 0.85 Kg/L Relación aire / combustible 15

(*) Mide la calidad de ignición del diesel.

I.6.1. Consumo de diesel en México La capacidad de producción de diesel para satisfacer las necesidades del país es crecientemente insuficiente como se muestra en la tabla I.6.

Tabla I.6. Consumo nacional aparente de diesel de 2001 al 2006 (miles de barriles) Concepto 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Consumo nacional aparente

101.981

100.777

112.712

117.083

123.370

133.590

Producción 102.784 97.419 112.347 118.840 116.070 119.720 Importación 2.446 6.278 1.424 1.061 7.665 14.965 Exportación 3.249 2.920 1.059 2.818 3.65 1.095 Nota: incluye únicamente los combustibles automotrices. Mientras que la producción de diesel de 2001 al 2006 aumentó en 16.936 miles de barriles (16.5 %), la demanda (consumo nacional aparente) lo hizo en 31.609 miles de barriles (32 %). Esto evidencia la necesidad creciente de importar este energético. Mientras que en el año 2001 se importaron 2.446 miles de barriles (mdb), en 2006 fueron 14.065 mdb. En México se comercializan los siguientes productos diesel. Diesel marino, diesel agrícola, Pemex Diesel; es el producto destinado al uso automotriz; diesel industrial de bajo azufre para el empleo de equipos de combustión a flama abierta. El producto destinado al servicio automotriz es el que registra la mayor tasa de crecimiento. (19)


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I.6.2. Riesgos asociados con la contaminación de diesel A menudo los derrames de diesel se extienden a lo largo de distancias considerables, y se desplazan verticalmente en sentido descendente contaminando aguas subterráneas. La difusión del diesel hacia la materia orgánica e inorgánica del suelo está en función de cada especie química presente en la mezcla, como sucede con su difusión hacia la fase vapor. Los derrames de hidrocarburos, por las sustancias que involucran, pueden poner en peligro los lugares donde se produce, la integridad de los ecosistemas, así como la preservación de los recursos naturales. Cuando los derrames de hidrocarburos permanecen sin ser atendidos causan daños al suelo y al hábitat que de él depende. Los efectos tóxicos de los hidrocarburos en el ambiente dependerán de la cantidad y composición de petróleo, la frecuencia de exposición, el estado físico del derrame, las características del sitio donde sucedió el derrame, variables ambientales como temperatura, humedad y oxígeno, y sensibilidad de la biota específica del ecosistema impactado. Los hidrocarburos se pueden encontrar de la siguiente forma en el suelo; líquida, soluble en agua del suelo, absorbida por el suelo y en la atmósfera edáfica. Ante un derrame de hidrocarburos, las propiedades físicas del suelo que pueden resultar más afectadas son su estructura (debido a la ruptura de los agregados), aumento de la retención de agua en la capa superficial y potencial hídrico. El componente más importante del suelo en relación con la persistencia de sustancias tóxicas es la arcilla. La persistencia aumenta al disminuir el tamaño de las partículas debido a que aportan una gran área superficial para la adsorción de los productos químicos. Las propiedades químicas del suelo más afectadas por un derrame de hidrocarburos son el aumento de carbono orgánico, ya que el 75 % del carbono del petróleo es oxidable; la disminución de pH, debido a la acumulación del carbono orgánico y generación de ácidos orgánicos, el aumento de manganeso y de hierro intercambiable y el aumento del fósforo disponible. Sin duda, además de las propiedades físicas y químicas, las biológicas también sufren modificaciones cuando se contamina el suelo por hidrocarburos. Los microorganismos necesitan un micro hábitat adecuado para ejercer su actividad y con ello colaborar al buen funcionamiento de los ciclos de elementos naturales en el suelo. (17) (18)


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CAPÍTULO II. TÉCNICAS EMPLEADAS EN LA REMEDIACIÓN DE SUELO CONTAMINADO CON HIDROCARBUROS

En este segundo capítulo se mencionarán las técnicas y tecnologías de remediación de suelos contaminados por hidrocarburos así como el uso de surfactantes para remediación de suelos. II.1. Remediación de suelos contaminados con hidrocarburos En los últimos años se ha desarrollado una rama de la ingeniería llamada “ingeniería de la remediación”, surgida de la necesidad de desarrollar técnicas y tecnologías para la recuperación ambiental de sitios degradados por la actividad humana. Las actividades del hombre dan origen con frecuencia a consecuencias ambientales especialmente observables en el suelo, por ser éste el primer punto de contacto de una fuga accidental de sustancias líquidas o sólidas que pueden ser tóxicas. La contaminación accidental más frecuente de suelos en nuestro país se verifica con hidrocarburos provenientes de instalaciones fijas como destilerías de petróleo, tanques subterráneos de estaciones de servicio, o producidos por siniestros en rutas con derrame de derivados del petróleo. El tratamiento y recuperación de los suelos contaminados se puede definir como el conjunto de operaciones realizadas con el objetivo de controlar, disminuir o eliminar los contaminantes presentes. II.2. Tecnologías de remediación El término tecnologías de tratamiento implica cualquier operación unitaria o serie de operaciones unitarias que altera la composición de una sustancia peligrosa o contaminante a través de acciones químicas, físicas o biológicas de manera que reduzcan la toxicidad, movilidad o volumen del material contaminado. Las tecnologías de remediación representan una alternativa a la disposición en tierra de desechos peligrosos que no han sido tratados, y sus capacidades o posibilidades de éxito, bajo las condiciones específicas de un sitio, pueden variar ampliamente. El uso de una tecnología de remediación en particular depende, además de los factores específicos del sitio y de las propiedades fisicoquímicas del contaminante, de su disponibilidad, de la fiabilidad demostrada o proyectada, de su estado de desarrollo y de su costo.


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II.3. Clasificación de tecnologías de remediación Las tecnologías de remediación pueden clasificarse de diferentes maneras, con base en los siguientes principios:

• Estrategia de remediación. • Tipo de tratamiento. • Lugar en que se realiza el proceso de remediación.

Cada una de estas clasificaciones proporciona diferente información acerca de las tecnologías de remediación. Estrategia de remediación; son tres estrategias básicas que pueden usarse separadas o en conjunto, para remediar la mayoría de los sitios contaminados.

1. Destrucción o modificación de los contaminantes. Este tipo de tecnologías busca alterar la estructura química del contaminante.

2. Extracción o separación. Los contaminantes se extraen y/o separan del medio contaminado, aprovechando sus propiedades físicas o químicas (volatilización, solubilidad, carga eléctrica).

3. Aislamiento o inmovilización del contaminante. Los contaminantes son estabilizados, solidificados o contenidos con el uso de métodos físicos o químicos.

Tipo de tratamiento; esta clasificación se basa en el principio de la tecnología de remediación y se divide en tres tipos de tratamiento:

1. Tratamiento biológico (biorremediación). Utilizan las actividades metabólicas de ciertos organismos (plantas, hongos, bacterias) para degradar, transformar o remover los contaminantes a productos metabólicos inocuos.

2. Tratamiento fisicoquímico. Este tipo de tratamiento, utiliza las propiedades físicas y/o químicas de los contaminantes o del medio contaminado para destruir, separar o contener la contaminación.

3. Tratamiento térmico. Utiliza calor para incrementar la volatilización, quemar, descomponer o fundir los contaminantes en el suelo.

A continuación se muestra en la tabla II.1 las principales ventajas y desventajas del uso o aplicación de los métodos biológicos, fisicoquímicos y térmicos. (20)


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Tabla II.1. Ventajas y desventajas de las tecnologías de remediación, clasificadas de acuerdo con el tipo de tratamiento

ventajas Desventajas

Tratamiento biológico

• Son efectivos en cuanto a costos.

• Son tecnologías más benéficas para el ambiente.

• Los contaminantes generalmente son destruidos.

• Se requiere un mínimo o ningún tratamiento posterior.

• Requieren mayores tiempos de tratamiento.

• Es necesario verificar la toxicidad de intermediarios y/o productos.

• No pueden emplearse si el tipo de suelo no favorece el crecimiento microbiano.

Tratamiento fisicoquímico

• Son efectivos en cuanto a costos.

• Pueden realizarse en periodos cortos.

• El equipo es accesible y no se necesita de mucha energía ni ingeniería.

• Los residuos generados por técnicas de separación, deben tratarse o disponerse: aumento en costos y necesidad de permisos.

• Los fluidos de extracción pueden aumentar la movilidad de los contaminantes: necesidad de sistemas de recuperación.

Tratamiento térmico

• Es el grupo de tratamientos más costoso.

El lugar de realización del proceso de remediación en general, se distingue dos tipos de tecnología:

1. In situ. Son las aplicaciones en las que el suelo contaminado es tratado, o bien, los contaminantes son removidos del suelo contaminado, sin necesidad de excavar. Es decir, se realizan en el mismo sitio en donde se encuentra la contaminación.

2. Ex situ. La realización de este tipo de tecnologías requiere de excavación, dragado o cualquier otro proceso para remover el suelo contaminado antes de su tratamiento que puede realizarse en el mismo sitio o fuera de él.

A continuación se muestra en la tabla II.2 las ventajas y desventajas de las remediaciones in situ y ex situ.


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Tabla II.2. Ventajas y desventajas de remediaciones in situ y ex situ In situ Ex situ

Ventajas

• Permiten tratar el suelo sin necesidad de excavar ni transportar.

• Potencial disminución en costos.

• Menor tiempo de tratamiento.

• Más seguros en cuanto a uniformidad: es posible homogeneizar y muestrear periódicamente.

Desventajas

• Mayores tiempos de tratamiento.

• Pueden ser inseguros en cuanto a uniformidad: heterogeneidad en las características del suelo.

• Dificultad para verificar la eficacia del proceso.

• Necesidad de excavar el suelo.

• Aumento en costos e ingeniería para equipos.

• Debe considerarse la manipulación del material y la posible exposición al contaminante.

Además de las clasificaciones anteriores, las tecnologías de remediación pueden clasificarse con base en el tiempo que llevan en el mercado y al grado de desarrollo en el que se encuentran, las tecnologías tradicionales y las tecnologías innovadoras. Tecnologías tradicionales. Son tecnologías utilizadas comúnmente a gran escala, cuya efectividad ha sido probada. La información disponible acerca de costos y eficiencia es de fácil acceso. Entre las tres tecnologías tradicionales usadas con mayor frecuencia, se encuentran:

• La incineración in situ y ex situ. • La solidificación/estabilización, la extracción de vapores. • La desorción térmica.

Tecnologías innovadoras. Son tecnologías propuestas más recientemente, que pueden encontrarse en diferentes etapas de desarrollo (investigación, escala piloto o gran escala). Su ilimitado número de aplicaciones genera la falta de datos acerca de sus costos y eficiencias. En general, una tecnología de tratamiento se considera novedosa si su aplicación a gran escala ha sido limitada. (20) II.3.1. Tecnologías de biorremediación El término biorremediación se utiliza para describir una variedad de sistemas que utilizan organismos vivos como plantas, hongos, bacterias, etc., para degradar, transformar o remover compuestos orgánicos tóxicos a productos metabólicos


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inocuos o menos tóxicos. Esta estrategia biológica depende de las actividades catabólicas de los organismos y por consiguiente de su capacidad para utilizar los contaminantes como fuente de alimento y energía. Las rutas de biodegradación de los contaminantes orgánicos, varían en función de la estructura química del compuesto y de las especies microbianas degradadas. El proceso de biorremediación incluye reacciones de óxido-reducción, procesos de sorción e intercambio iónico, e incluso reacciones de acomplejamiento y quelación que resultan en la inmovilización de metales. La biorremediación puede emplear organismos propios del sitio contaminado o de otros sitios, puede realizarse in situ o ex situ, en condiciones aerobias o anaerobias. Aunque no todos los compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, los procesos de biorremediación se han usado con éxito para tratar suelos, lodos y sedimentos contaminados con hidrocarburos del petróleo (HTP) solventes, explosivos, clorofenoles, pesticidas, conservadores de madera, e hidrocarburos aromáticos policíclicos. (20) II.3.2. Tecnologías de remediación fisicoquímicas. Como ya se mencionó, los tratamientos fisicoquímicos aprovechan las propiedades físicas y/o químicas de los contaminantes o del medio contaminado para destruir, separar o contener la contaminación. Este tipo de tecnologías generalmente son efectivas en cuanto a costos y pueden concluirse en periodos cortos, en comparación con las tecnologías de biorremediación. Sin embargo, los costos pueden incrementarse cuando se utilizan técnicas de separación en las que los contaminantes pueden requerir de tratamiento o disposición. Mientras que las tecnologías de biorremediación son principalmente métodos destructivos, las fisicoquímicas incluyen las tres estrategias básicas de acción sobre el contaminante: destrucción, separación e inmovilización. Al igual que el resto de las tecnologías de remediación, las fisicoquímicas pueden realizarse in situ o ex situ, sin embargo, la mayoría de estas tecnologías se aplican in situ. Entre las tecnologías fisicoquímicas para tratamiento in situ se encuentran:

• Remediación electrocinética (RE) Es una tecnología que aprovecha las propiedades conductivas del suelo, cuyo objetivo es separar suelos, lodos y sedimentos con el uso de un campo eléctrico que permite remover las especies cargadas. Implica la aplicación de una corriente directa de baja intensidad entre un electrodo positivo y uno negativo.


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Aplicaciones. Pueden tratarse contaminantes orgánicos polares y metales pesados, puede emplearse para mejorar otras tecnologías de remediación como la biorremediación y la remoción de contaminantes no solubles. Limitaciones. Su eficiencia disminuye en medios con un contenido de humedad menor al 10 %, la presencia de ciertos metales o materiales aislados provocan variaciones en la conductividad eléctrica del suelo, valores extremos de pH y reacciones de óxido-reducción pueden disminuir su eficiencia y formar productos indeseables. Costos. Varían en función de la cantidad de suelo a tratar, su conductividad, tipo de contaminante y tipo de proceso. (20)

• Extracción de vapores (EV) También conocida como ventilación del suelo, vaporización y volatilización, es una tecnología en la que se aplica un vacío al suelo para inducir un flujo controlado y continuo de aire, y remover así contaminantes volátiles y semivolátiles del suelo. La efectividad depende principalmente en la volatilidad de los contaminantes y de la permeabilidad y homogeneidad del suelo. Aplicaciones. Es usada para remediar sitios contaminados por derrames o fugas de compuestos orgánicos volátiles (COV) y algunas gasolinas, pueden aplicarse en zonas insaturadas. Limitaciones. No es recomendable para la remoción de aceites pesados, metales o dioxinas; sólo es aplicable para compuestos volátiles; la humedad, contenido de materia orgánica y permeabilidad del suelo al aire, afectan la eficiencia del proceso. (20)

• Solidificación/estabilización (S/E) Es un proceso en el que el suelo contaminado se mezcla con aditivos para inmovilizar los contaminantes, disminuyendo o eliminando la lixiviación. La solidificación se refiere a las técnicas que encapsulan al contaminante formando un material sólido. La estabilización limita la solubilidad o movilidad del contaminante, generalmente por la adición de materiales, como cemento, cal o polímeros, que aseguren que los constituyentes peligrosos se mantengan en su forma menos móvil o tóxica. Aplicaciones. Los procesos de S/E son utilizados para tratar contaminantes inorgánicos, como suelos y lodos contaminados con metales. Limitaciones. Los COV tienden a volatilizarse durante el mezclado de suelo con los agentes de S/E y generalmente estos no son inmovilizados; la profundidad a la que se encuentra el contaminante limita algunos procesos; el material solidificado


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puede impedir el futuro uso del sitio; los metales volátiles pueden volatilizarse durante el tratamiento y no es recomendable para sitios con más de 25% de metales. Tiempo de remediación. La S/E son tecnologías de corto a mediano plazo. (20)

• Separación física Las técnicas de separación buscan concentrar los contaminantes sólidos por medios físicos y químicos. La mayoría de los contaminantes orgánicos e inorgánicos tienden a unirse química o físicamente a la fracción más fina del suelo. Las partículas finas de arcillas y sedimentos pueden separarse de arenas y gravas gruesas para concentrar los contaminantes en volúmenes menores de suelo. De esta manera, el volumen de suelo obtenido puede tratarse o disponerse. Aplicaciones. Los contaminantes que pueden tratarse por separación física son los compuestos orgánicos semivolátiles (COS), gasolinas y compuestos inorgánicos. Limitaciones. Alto contenido de arcillas y de humedad incrementa los costos del tratamiento. (20)

• Lavado de suelos, extracción por solvente e inundaciones de suelos. Estas tres tecnologías separan contaminantes orgánicos e inorgánicos del suelo por medio de un líquido de extracción. El fluido líquido requiere de un tratamiento posterior para remover o destruir los contaminantes.

a. Lavado de suelos. Los contaminantes sorbidos en las partículas finas del suelo son removidos con el uso de soluciones acuosas en un suelo excavado. De esta manera se reduce el volumen del material contaminado, ya que las partículas finas son extraídas del resto del suelo.

b. Extracción por solventes. Este tipo de procesos utiliza solventes orgánicos para disolver los contaminantes y así removerlos del suelo.

c. Inundación del suelo. Grandes cantidades de agua, en ocasiones con algún aditivo, se aplican al suelo o se inyectan en cuerpos de agua cercanos, para aumentar el nivel del agua en la zona contaminada, favoreciendo así el paso de los contaminantes del suelo hacia el cuerpo de agua. un sistema de inundación, debe incluir la extracció

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