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CAPITULO

15Aumentado por

REMEDIACION DE ACUIFEROSJOSE ALEJANDRO OLAYA SANCHEZ Estudiante de Ing. Civil UN, 1999

Laura I. Wong Ayleen Pinzn Elena Sousa Ivanhoe Ruiz Estudiantes de Maestra Ing. Ambiental, UTP 2007 Revisado por Gonzalo Pulido Abril, 2008

TABLA DE CONTENIDO

Pg. 3

1. INTRODUCCION

2. SISTEMAS PASIVOS DE REMEDIACIN 2.1 EXCAVACIN, REMOCIN Y DISPOSICIN. 2.2 BARRERAS VERTICALES. 2.3. TABLESTACADOS CON PILAS DE ACERO. 2.4. INYECCIN DE LQUIDOS, LECHADAS O EMULSIONES. 2.5 CONTROLES SUPERFICIALES, COBERTURA Y MEMBRANAS 3. SISTEMAS ACTIVOS DE REMEDIACIN 3.1 TRATAMIENTO ON SITU. 3.2 SISTEMAS IN SITU. 4. CASO DE ESTUDIO. 4.1. MONITOREO Y REMEDIACIN DE UN ACUFERO CONTAMINADO POR HIDROCARBUROS.

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REMEDIACIN DE ACUFEROS

5. REFERENCIAS

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1.. INTRODUCCION 1 INTRODUCCIONLas mltiples actividades urbanas, agrcolas e industriales, generan residuos slidos, lquidos y gaseosos, cuya disposicin inadecuada ha llevado a la contaminacin de los suelos y consecuentemente de las aguas subterrneas (Acuferos). Es por esta razn que el hidrogelogo se ve abocado a la remediacin de los acuferos afectados. En el presente captulo se tratar algunos de los mtodos ms empleados para la remediacin de acuferos. Las tecnologas de remediacin de acuferos pueden clasificarse en sistemas pasivos y sistemas activos, otra posible clasificacin consiste en si el tratamiento se hace en el acufero (in situ) , o por fuera de el (o situ). La escogencia de cualquiera de los mtodos debe hacerse de tal forma que su seleccione sea ptima, desde el punto de vista tcnico y econmico. Aunque las tecnologas de remediacin de acuferos han tenido grandes avances en la ltima dcad, no sobra recalcar que en este tema, ms que en otro mas vale prevenir que curar. Los proyectos de remediacin son tan lentos y costosos, que especialmente en latinoamrica, los esfuerzos deben dirigirse hacia la prevncin de la contaminacin de acuferos.

2.. SISTEMAS PASIVOS DE REMEDIACION 2 SISTEMAS PASIVOS DE REMEDIACIONLos sistemas pasivos son aquellos orientados a la contencin de la pluma contaminante, mediante tcnicas como la minimizacin de velocidades, aislamiento del suelo contaminado, remocin del suelo contaminado, barreras fsicas, construccin de barreras verticales o recubrimientos y controles (La Greca, 1994). Estas tcnicas estn diseadas con el fin de aislar el suelo y las aguas contaminadas del entorno inmediato y de esta forma impedir su propagacin hacia las zonas no contaminadas. Las tcnologas ms empleadas son: Excavacin, Remocin y Disposicin. Barreras verticales. Inyeccin a presin de lquidos, lechadas o emulsiones Tablestacados con pilas de acero Controles superficiales, coberturas y recubrimientos.

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2.1 EXCAVACIN, REMOCIN Y DISPOSICIN.

Consiste en la remocin del suelo contaminado mediante excavaciones para su posterior disposicin y tratamiento. El agua en un principio es bombeada y conducida a sitios de almacenamiento, para su posterior tratamiento (on situ) y disposicin, mientras que el suelo contaminado es transportado a lugares seguros para su disposicin o en ocasiones es llevado a incineradores de residuos peligrosos. Los riesgos y deficiencias de este procedimiento radican primero que todo en que los procesos de excavacin y el manejo de estos materiales contaminados resultan peligrosos. Por esta razn deben realizarse en forma segura, con el fin de evitar el contacto prolongado con vapores, fluidos o elementos txicos que perjudiquen la salud de los operarios y atenten contra la seguridad de la comunidad. Otro riesgo se relaciona con que al disponer el suelo contaminado en otros lugares y no realizar un manejo ambientalmente apropiado; simplemente se esta cambiando la ubicacin del contaminante y no se le est a dando una solucin integral al problema (Fetter, 1993). Esta tcnica es aplicable nicamente a fuentes puntuales de contaminacin y pequeas profundidades debido a los altos costos asociados al movimiento de tierras y a la dificultad que se presenta al realizar la remocin completa del suelo afectado, as como del agua contaminada cuando la contaminacin se ha extendido a zonas muy profundas.

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2.2 BARRERAS VERTICALES.Las barreras verticales son empleadas para contener los contaminantes e impedir el esparcimiento de estos a travs del acufero. Las funciones de estas barreras son: Proporcionar el confinamiento necesario para impedir la migracin de los contaminantes en el agua subterrnea. Disminuir la velocidad de migracin del contaminante, particularmente en acuferos anisotrpicos y cuando la conductividad horizontal es mayor que la vertical. Reduccin de las velocidades de los contaminantes residuales, existentes en el subsuelo despus de un proceso de remediacin efectuado, ya sea in situ u on situ. Inhibicin del flujo de las aguas no contaminadas hacia sitios contaminados. Para esto hay que utilizar de forma conjunta sistemas de bombeo y extraccin de aguas subterrneas contaminadas. Control de las aguas subterrneas durante el desarrollo de tcnicas directas de remediacin, en las cuales se requiera realizar excavaciones, instalar tuberas, construccin de pozos etc.

La ubicacin de las barreras o paredes verticales puede efectuarse principalmente de tres formas: 1. Rodeando el rea contaminada de inters. De esta forma se proporciona un aislamiento y se evita la contaminacin del agua en buen estado.(figura 1-a). 2. Ubicacin aguas arriba. Su funcin es proporcionar un aislamiento que impida la contaminacin del agua proveniente de aguas arriba y a su vez facilite la tarea de extraccin del agua contaminada.(figura 1-b). 3. Ubicacin aguas abajo. Esta disposicin pretende activar el flujo de contaminantes hacia aguas abajo, con el fin de conducir el agua contaminada hacia los pozos de extraccin, como se ilustra e n la figura 1-c. Las barreras verticales pueden ser paredes con lechada de suelo bentonita, con lechada de cemento bentonita, de concreto plstico, de diafragmas y de vigas mviles.

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(1-a). Barrera de aislamiento circular.

(1-b). Barrera vertical gradiente aguas arriba.

(1-c). Barrera vertical gradiente aguas abajo.Figura 1. Ubicacin de paredes verticales (Colorado, 1999)

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Paredes con lechada de suelo bentonita.

En primera instancia se construye una zanja o trinchera hasta la profundidad deseada en presencia de una lechada de bentonita y agua, con el fin de estabilizar la excavacin e impedir derrumbes. Son viables hasta profundidades menores de treinta metros. Los porcentajes recomendados de la lechada de agua y bentonita son de 96% y 4% para el agua y la bentonita respectivamente. La lechada es la encargada de impedir el desplome, debido a que contrarresta las presiones ejercidas por el suelo. Como la presin en el interior de la zanja es mayor que en suelo, la lechada se infiltra en l, formando un colchn impermeable, que favorece la construccin de la barrera (La Greca, 1994). Simultneamente al proceso de excavacin, mostrado en la figura 2, se realiza el proceso de mezcla del relleno de suelo-bentonita que ser introducido en la zanja; desplazando de esta forma la lechada original de aguabentonita. El suelo empleado en la mezcla del relleno debe estar conformado con materiales bien gradados, desde arenas limpias hasta arcillas plsticas. Como recomendaciones constructivas es importante insistir en el uso de lechadas de agua-bentonita para controlar la estabilidad de la zanja. Adems es necesario recircular la lechada para mantener la integridad de la misma y controlar las prdidas ocasionadas por filtraciones. Es conveniente que el relleno de suelo-bentonita sea construido a lo largo de la zanja, para evitar su transporte hasta el lugar de disposicin; aunque en ocasiones es preparado aisladamente, con el fin de mejorar la calidad del relleno. Una vez terminada la construccin de las barreras es importante realizar un seguimiento a posibles cambios a largo plazo de las propiedades del relleno, ocasionados por ciclos hielo y deshielo, de humedad y sequa y deshidratacin del relleno.

Figura 2. Construccin de pared de aislamiento de zanja con lechada.(Colorado, 1999)

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Es importante tambin realizar seguimiento a los posibles defectos constructivos, ocasionados por terrones de suelo no mezclado, bolsas de lechada libre que no fue mezclada y a posibles colchones de agua - bentonita que quedo atrapada, como resultado de una colocacin directa en el interior de la zanja. El diseo de estas paredes debe contemplar la compatibilidad qumica, baja permeabilidad y compresibilidad, y una resistencia moderada. Para esto es necesario controlar la distribucin del tamao del grano y el contenido de agua del relleno. Adems es muy importante que el relleno fluya libre y adecuadamente, durante su disposicin, y desplace la lechada de bentonita y agua. Para poder cumplir con la estabilidad a largo plazo es necesario minimizar los cambios en la conductividad hidrulica, lo que se consigue con el uso de suelos bien gradados para la elaboracin del relleno. La conductividad hidrulica del relleno es baja y puede variar entre 10-5 y 10-9 cm/s

Paredes con lechada de cemento- bentonita.El principio fundamental es el mismo de las lechada de suelo-bentonita, con la diferencia de que en este caso, la excavacin es realizada bajo una carga hidrulica compuesta de cemento, agua y bentonita. Una vez terminada la excavacin, la lechada se deja endurecer en la zanja, dando como resultado un material endurecido cuya consistencia es de una arcilla dura. La construccin de paredes de aislamiento mediante esta tcnica es un proceso de una sola fase, disminuyendo as los costos de la construccin. El principal inconveniente que presenta esta tcnica, es que debido a que el material excavado no es utilizado en el relleno, se genera un exceso de material, posiblemente contaminado, incrementando de esta forma sus costos de disposicin. La conductividad hidrulica obtenida est entre 10-5 y 10-6 cm/s (La Greca, 1994). La tabla 1 presenta una comparacin de los costos involucrados en la construccin de ambos tipos de paredes. La tabla 2 muestra ventajas y desventajas de la tcnica de las paredes con lechada, respecto a otros mtodos existentes, como los pilotes de lmina de acero, bombeo etc.Tabla 1. Costos de construccin de paredes de lechada (Colorado, 1999)

Tabla 2. Caractersticas de las paredes de lechada. (Colorado, 1999)

VENTAJAS

DESVENTAJAS

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Los mtodos constructivos son simples.

Las reas adyacentes no son afectadas por abatimiento del nivel fretico. La bentonita no se deteriora con el tiempo. Las lechadas de bentonita son resistentes a la infiltracin y tienen bajos requerimientos de mantenimiento. Se eliminan los riesgos debidos a inconvenientes de bombeo y fallas en la energa.

Los costos de embarque de la bentonita desde el lugar de produccin. Algunos procedimientos de construccin son patentados y requieren una licencia. En sitios rocosos son necesarias las sobreexcavaciones. La bentonita se deteriora ante la exposicin de lechadas con altos contenidos inicos.

Paredes con concreto plstico.

El concreto empleado en esta tcnica est compuesto de por cemento, bentonita, agua, agregados y un menor contenido de agua que el concreto comn. La excavacin de la zanja es realizada en paneles, mediante el empleo de tubos de junta. De esta forma la fundicin de las paredes es realizada de manera similar a la

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construccin de muros pantalla. El concreto vertido reemplaza a la lechada de bentonita; indispensable para la estabilizacin de la excavacin. Los resultados obtenidos con la aplicacin de esta tcnica son: una resistencia a cortante mayor que la obtenida por los anteriores mtodos, conductividad hidrulica baja (aproximadamente de 10-7 cm/s). Adems de esto, el concreto plstico puede ser ms resistente a la contaminacin, pero presenta el inconveniente de ser ms costoso que las pantallas de lechada(La Greca, 1994).

Paredes de diafragma.Esta tcnica es empleada cuando se requiere una pared bastante resistente, que sirva de aislamiento del material contaminado y como elemento estructural que soporte los empujes de tierra existentes. Durante su construccin se usa una lechada de agua-bentonita para garantizar la estabilidad de la excavacin. Esta excavacin es realizada en paneles de 60 metros de longitud, construidos mediante el empleo de una almeja. Una vez se ha realizado la excavacin, se coloca el acero de refuerzo dentro de la lechada y se procede a la fundicin de la pared como se ilustra en la figura 3. Es evidente que los costos son bastante altos debido al uso de acero y a los volmenes de concreto empleados. La conductividad hidrulica obtenida es aproximadamente de 10-8 cm/s (La Greca, 1994).

Figura 3. Construccin de paredes de diafragma. (Colorado, 1999).

Paredes de vigas mviles.

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Esta tcnica consiste en una mquina piloteadora que avanza hacia el interior del suelo con una viga H especialmente modificada. Durante la perforacin y extraccin de la viga, se crean espacios del mismo tamao de esta que son rellenados con lechadas de cemento-bentonita, la cual es inyectada mediante boquillas de inyeccin instaladas en los extremos del pilote. Las penetraciones posteriores se superponen, logrando as una pared continua e impermeable de aproximadamente 5 a 7.5 cm de espesor. Las ventajas y desventajas de esta tcnica se muestran en la tabla3 (La Greca, 1994).Tabla 3. Ventajas y desventajas de la construccin de paredes de aislamiento de vigas mviles.(Colorado 1999)

VENTAJAS Relativa facilidad y velocidad de construccin.

Seguridad y salud de los trabajadores debido a que no es necesario la excavacin de materiales contaminados, que puedan perjudicarlos. Diminucin de costos relativos a la excavacin y disposicin del material excavado.

DESVENTAJAS Desconocimiento de la localizacin de la punta de la viga, principalmente a mayores profundidades. El espesor de la pared es delgado, lo que puede generar ineficiencia en la funcin de contencin de contaminantes, o inestabilidad y posibles fallas de la pared, ocasionada por los empujes de tierra existentes. Las penetraciones en suelos densos presentan dificultades para cualquier profundidad significativa.

2.3. TABLESTACADOS CON PILAS DE ACERO.

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Esta tcnica consiste en el hincado de una serie de pilas de acero entrabadas entre si para impedir el desplazamiento de la pluma contaminante. El problema principal que presenta es la posibilidad de corrosin que experimenta el acero al estar en contacto con las aguas subterrneas; adems de ser relativamente costoso. Las pilas de acero son ensambladas previamente al hincado de las mismas dentro del suelo. El hincado es realizado mediante martillos o martinetes, entre los cuales los ms usados son los mecanismos de accin simple a vapor, mecanismo de accin doble a vapor, martillo diesel, martillo vibratorio o martillo hidrulico. Una vez hincadas las pilas de acero hasta la profundidad requerida, se procede a cortar la porcin restante. En un principio este sistema presenta bastante permeabilidad debido a los espacios o juntas en las conexiones de las pilas, pero posteriormente estos espacios son llenados con material fino proveniente del suelo y que ha sido transportado por el flujo de aguas subterrneas, logrando de esta forma un mecanismo de contencin ms impermeable. La hincada de pilas de acero para remediar el problema de contaminacin de acuferos, es una tcnica muy elaborada y de alto costo cuando el proyecto es de magnitud considerable, debido a los costos del material y de embarque. Igualmente este proceso no es eficiente cuando el suelo es rocoso y no uniforme. En la tabla 4 se muestran algunas ventajas y desventajas de este sistema.Tabla 4. Caractersticas de los tablestacados con pilas de acero.(Colorado, 1999).

VENTAJAS Su construccin es fcil y no requiere realizar excavaciones. El acero puede ser cubierto para protegerlo de la corrosin y extender su vida til. No requiere de mantenimiento despus de su construccin.

DESVENTAJAS El tablestacado no es del todo hermtico. El hincado de las pilas a travs de suelos rocosos se torna dificultoso. Existe la posibilidad de que ciertos qumicos ataquen las pilas de acero.

2.4. INYECCIN DE LQUIDOS, LECHADAS O EMULSIONES.Esta tcnica consiste en lograr la ocupacin de los espacios vacos y poros de la matriz de suelo, mediante la inyeccin de lquidos, lechadas o emulsiones con dos fines primordiales: La reduccin de la permeabilidad del suelo impidiendo as el desplazamiento de la pluma contaminante y el incremento en la capacidad de soporte del suelo. Los materiales empleados para la inyeccin en el suelo son particulados o qumicos. Los particulados son aquellos compuestos de agua y elementos que se solidifican en el suelo, una vez son inyectados. Los qumicos consisten en dos o ms lquidos que conforman una gel al quedar en contacto uno con el otro. Los materiales de uso ms comn para la inyeccin son: Asfalto, arcilla, qumicos y cemento, en combinacin con agua, arcilla, polvo de roca, y/o arena.

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Los dos mtodos ms usados de inyeccin de materiales bajo presin en el suelo, son: perforacin por etapas y perforacin a la mxima profundidad. El mtodo por etapas consiste en la perforacin hasta la veta geolgica ms cercana y la inyeccin bajo presin del material. Una vez se ha inyectado, se procede a la limpieza del material sobrante en la perforacin, con el fin de facilitar la perforacin hasta la prxima veta geolgica y nuevamente realizar la inyeccin del material. El proceso se efecta hasta la profundidad requerida, teniendo en cuenta que es necesario utilizar presiones cada vez mayores a medida que aumenta la profundidad. El incremento de la presin requerida para la inyeccin del material debe ser muy bien controlado, para evitar sobrepasarse y generar el fracturamiento de las rocas existentes, empeorando la situacin. En el mtodo de perforacin a la mxima profundidad, se realiza la excavacin hasta la profundidad total requerida. Una vez realizada, la excavacin se procede a inyectar el material de abajo hacia arriba, desde el fondo, por secciones, mediante el empleo de tapones que faciliten la ejecucin del trabajo. Las presiones empleadas para inyectar el material son cada vez menores, a medida que se acerque a la superficie. Las ventajas de este mtodo son la reduccin del riesgo de fracturamiento de la roca debido a que las presiones pueden ser ajustadas especficamente a profundidades particulares, otra ventaja es que proporcionan un excelente sello. Existe otro mtodo utilizado para la inyeccin de materiales, conocido como varilla dirigida. Es empleado cuando se trabaja a bajas profundidades y los suelos estn libres de materiales rocosos. Consiste en penetrar el suelo con una varilla repetidas veces y a medida que esta se est sacando, se inyecta el material. Los problemas que presentan los mtodos de inyeccin, son las posibles fugas de lechada en torno a la tubera de inyeccin o la prdida de presin bajo el nivel fretico. La composicin de los materiales a inyectar depende de el tipo de suelo a ser inyectado, el contaminante a ser inhibido o mitigado y al tiempo de comienzo de la contaminacin. Los qumicos que son inyectados deben ser utilizados en suelos de granos finos y no son adecuados para ambientes altamente cidos o alcalinos, debido a que los materiales que se formen por coagulacin son una reaccin acido-base. Para los materiales gruesos resulta apropiado la inyeccin de materiales particulados. La cantidad de bentonita depende bsicamente de cuatro aspectos. El grado de trabajabilidad que tenga la mezcla, pues es importante que esta pueda ser bombeada con facilidad, labor que se dificulta cuando se aade bentonita en exceso, debido al incremento de la rigidez de la lechada. La adicin de bentonita, debido a que puede reducir la resistencia a la compresin, as como la migracin a travs del suelo despus de su colocacin. El incremento de bentonita, pues reduce considerablemente el asentamiento de la lechada antes de su inyeccin.

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Figura 4. Sistemas de inyeccin en rocas fracturadas. (Colorado, 1999).

Los sistemas de inyeccin son bastante empleados cuando se requiere la instalacin de una barrera vertical en suelos donde no se puede realizar una excavacin, como en las rocas fracturadas de la figura 4. Como se mencion anteriormente, la presin de inyeccin debe ser cuidadosamente controlada, debido a que un exceso puede debilitar los estratos, por fracturamiento de las rocas. Los costos de los sistemas de inyeccin son altos y su aplicacin se reduce a pocos casos especficos de contaminacin de aguas subterrneas. La tabla 5 resume caractersticas de los sistemas de inyeccin.

Tabla 5. Ventajas y desventajas de los sistemas de inyeccin. (Colorado. 1999).

VENTAJAS Cuando se disean sobre la base de investigaciones preliminares, pueden resultar muy exitosos. Los sistemas de inyeccin han sido usados por ms de 100 aos en los proyectos de construccin y estabilizacin de suelos Existe gran disponibilidad de tipos de lechada de inyeccin para un amplio rango de suelos.

DESVENTAJAS Limitados a tipos de suelos granulares que tengan tamaos de poros lo suficientemente grande para aceptar las lechadas de inyeccin Cuando existen perfiles muy estratificados, puede resultar una formacin incompleta de la lechada La presencia de niveles freticos altos, pueden diluir rpidamente la lechada, adems de presentar un extensivo transporte de contaminantes. Los mtodos para asegurar la inyeccin completa de los espacios vacos no son fcilmente disponibles. Requieren una planeacin cuidadosa y de pruebas preliminares.

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2.5 CONTROLES SUPERFICIALES, COBERTURAS Y MEMBRANASEstas tcnicas, empleadas ya sea de manera individual o conjunta, son usadas principalmente en la construccin de rellenos sanitarios, y estn orientadas a prevenir la contaminacin del subsuelo y de las aguas subterrneas. Los controles superficiales tienen como fin minimizar la cantidad de agua superficial que fluye hacia el subsuelo, reduciendo as su potencial de infiltracin. Las coberturas minimizan las infiltraciones del agua superficial o de la precipitacin directa. Las membranas impermeables, interceptan el flujo de las aguas contaminadas hacia el subsuelo y reducen significativamente el potencial contaminante nocivo mediante procesos de adsorcin. Los controles superficiales consisten en bermas de separacin y cunetas orientadas de tal forma que encausan las aguas potencialmente nocivas fuera del sitio de inters, impidiendo de esta forma la contaminacin del subsuelo y de las aguas subterrneas. Las coberturas por su parte son usadas para evitar que los contaminantes presentes en el suelo sean lavados y se infiltren en el suelo. Las coberturas son frecuentemente usadas en conjunto con recubrimientos, para mejorar su desempeo. En la figura 5 se presentan cuatro disposiciones de coberturas y recubrimientos que son empleados. La primera consiste en la atenuacin natural por parte del suelo, en la cual no se posee ningun tipo de cobertura ni membrana, permitiendo el paso de algunos contaminantes(1). La segunda emplea una membrana impermeable, para minimizar la infiltracin de contaminantes en el subsuelo(2). La tercera utiliza una cubierta impermeable, para reducir la infiltracin dentro de la fuente de residuos e impedir su lavado(3). La ultima combina el uso de cubiertas impermeables y membranas impermeables que minimizab la infiltracin y maximizan la recoleccin de lixiviados(4). En la tabla 6 se resean algunas caractersticas de los sistemas de coberturas y membranas anteriormente descritos(Knox, 1986).

Tabla 6.Caractersticas de los sistemas de coberturas y recubrimientos. (Colorado, 1999)

SISTEMA Atenuacin natural (1) Membrana impermeable (2) Cubierta impermeable (3)

Membrana y cubierta impermeables (4)

VENTAJAS No hay costos de recoleccin transporte y tratamiento de lixiviados Costos de construccin reducidos Disminuye impacto hidrogeolgico Permite la estabilizacin rpida de los residuos Disminuye el impacto hidrogeolgico despus de la clausura del rea Reduce los costos relativos de construccin para membranas impermeables Disminuye impactos ambientales Minimiza los costos de post-clausura de recoleccin, transporte y tratamiento de lixiviados

DESVENTAJAS Asimilacin de contaminantes por parte del suelo natural Responsabilidades a largo plazo Incremento de los costos de construccin Posibilidad de descarga superficial Colmatacin del suelo por contaminantes Incremento en los costos de clausura No hay controles de lixiviados durante la operacin del rea Monitoreo a largo plazo Altos costos de ingeniera y construccin Necesita de arcilla de alta calidad o material sinttico Disminuye tiempo para la estabilizacin de residuos

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Figura 5. Disposicin de coberturas y recubrimientos(Colorado, 1999)

El Proceso de construccin de coberturas y membranas para rellenos sanitarios involucra: Delimitacin del rea para recepcin futura de residuos.. Compactacin de residuos y conformacin de una sub-base apropiada, para la posterior colocacin de la membrana. Colocacin de una membrana permeable, para impedir la infiltracin del agua remanente hacia el relleno de residuos, impidiendo de esta forma la contaminacin de las aguas sbterrneas. Colocacin de una cubierta apropiada sobre la membrana anterior Revegetalizacin, que permita la evapotranspiracin del agua que se almacena por encima de la membrana. Reconformacin del rea, de tal forma que se maximice la escorrenta superficial y sea canalizada lejos del rea de inters. Los suelos usados como coberturas, son suelos naturales, materiales de cubierta comerciales y materiales de desecho(Fung, 1980). La mayora de estos suelos pueden ser mejorados mediante mezclas con aditivos o cementos, cuya seleccin depende de los costos y la forma de adicin o incorporacin. Algunos aditivos muy usados incluyen: cementos estabilizadores o resistentes, dispersantes, repelentes de agua, reductores de polvo, betumen, cal, cenizas finas y sulfato. El betumen estabiliza los suelos arenosos por cementacin e impermeabilizacin. La ceniza desarrolla propiedades cementantes con cal o cemento y agua debido a sus propiedades puzolnicas. Los dispersantes mejoran la compactacin y reducen la permeabilidad. Las capas que conforman el relleno sanitario son: Suelo superior: Constituye el soporte de la vegetacin Capa barrera o membrana: Empleada para reducir el paso de agua o gases, suelen ser suelos arcillosos con baja permeabilidad. Capa de amortiguacin: Protege la membrana de rasgaduras, rotura contrapeso y perforaciones Capa de drenaje o canal: Su funcin es la de evacuar el agua rpidamente del terreno.

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Filtro: Usadas para evitar que las partculas finas penetren en capas conformadas por material grueso y de esta forma se reduzca la capacidad de transmitir agua. Capa para drenaje de gas: Diseada para interceptar los gases que emanan los desechos y lograr una adecuada evacuacin de estos que resulten inflamables y peligrosos.

Los geotextiles, son otro tipo de cubiertas distintas a las de suelo-aditivo, empleadas cuando se trata de cubrir residuos de alto riesgo de contaminacin. Consisten bsicamente en materiales bituminosos, cemento portland, barreras de concreto y membranas, que funcionan solas o en combinacin con el suelo. Su seleccin depende de: El grado de flexibilidad: Conforme a la susceptibilidad a rasgaduras y agrietamientos, dependiendo si se trata de una membrana flexible o rgida. El deterioro: Las barreras de concreto son susceptibles al ataque qumico, mientras que las membranas presentan deterioro ocasionado por animales de madriguera, luz solar o las races de las plantas existentes.

3.. SISTEMAS ACTIVOS DE REMEDIACIN 3 SISTEMAS ACTIVOS DE REMEDIACINLos sistemas activos controlan de forma integral y directa la pluma de contaminacin, mediante el tratamiento del agua y el suelo contaminado, por diversas tcnicas de bombeo, biolgicas, tratamiento qumico etc. Este tratamiento puede realizarse de dos maneras: Tratamiento on situ: Consistente en la extraccin del agua del subsuelo mediante pozos de bombeo, zanjas, drenes colectores o interceptores y posteriormente su tratamiento mediante cualquiera de los mtodos de purificacin de agua. Tratamiento in situ: La remocin de contaminantes es realizada directamente en el acufero.

3.1 TRATAMIENTO ON SITU.Las dos componentes fundamentales de estas tecnologas son: La extraccin del agua y su tratamiento. La extraccin del agua puede realizarse mediante controles hidrodinmicos, sistemas de bombeo e inyeccin y tcnicas especiales para la recuperacin de NAPLs. 3.1.1. Tcnicas de recuperacin. 3.1.1.1 Controles hidrodinmicos. Los controles hidrodinmicos consisten en pozos de inyeccin y el bombeo, con el fin de controlar el gradiente hidrulico y de esta forma inhibir la migracin de contaminantes. Estos sistemas son tiles para prevenir descargas de aguas contaminadas fuera del sitio afectado, reducir la tasa de migracin de la pluma contaminante, confinar la pluma mediante la combinacin de los pozos de inyeccin y bombeo. Los controles hidrulicos pueden ser sistemas interceptores o sistemas de pozos de bombeo e inyeccin.

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Sistemas Interceptores.

Estos sistemas son empleados para la recoleccin del agua subterrnea contaminada mediante drenes superficiales o zanjas abiertas. Los drenes superficiales consisten en una serie de conductos perforados, instalados bajo el nivel fretico, de tal forma que recolectan el agua subterrnea contaminada. Posteriormente estos tubos alimentan una tubera principal, la cual a su vez descarga en un sumidero, donde mediante bombeo es extrada el agua y dispuesta para su tratamiento. Los drenes pueden ser dispuestos en espina de pescado o en forma de parrilla como se muestra en la figura 6. Las ventajas y desventajas de los drenes subsuperficiales se enumeran en la tabla 7. Las zanjas interceptoras pueden ser de bombeo(sistemas activos) o de flujo por gravedad(sistemas pasivos). En el primer caso se dispone de pozos verticales de bombeo debidamente espaciados, o un colector horizontal de recoleccin perforado, ubicado en el fondo de la zanja. En el segundo caso, las zanjas son usadas en su mayora para la remocin del material contaminante sobrenadante como aceites e hidrocarburos, como se ilustra en la figura 7. Todas las zanjas interceptoras deben excavarse aproximadamente un metro bajo el nivel fretico, para impedir el escape de afluentes contaminantes y acelerar la llegada de contaminantes libres adicionales.Tabla 7. Ventajas y desventajas de los drenes subsuperficiales. (colorado, 1999)

VENTAJAS Los costos de operacin son bajos debido a que el flujo es por gravedad. Constituye un medio para recolectar infiltraciones o lixiviados sin el uso de recubrimientos impermeables Existe mucha flexibilidad para el diseo de los drenes Los mtodos constructivos son simples Son sistemas confiables dado que necesitan constante monitoreo

DESVENTAJAS No son apropiados en suelos pobremente permeables En la mayora de los casos no es factible construir estos drenes bajo instalaciones existentes El sistema requiere de continuo y cuidadoso mantenimiento para asegurar una recoleccin adecuada de los lixiviados o infiltraciones

Figura 6. Esquema de drenes superficiales (Colorado, 1999)

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Las zanjas deben ser continuas, para evitar que exista escurrimiento o infiltracin de contaminantes dentro de sus paredes. Adems la zanja debe poseer un ancho conveniente de tal forma que se facilite la instalacin de tuberas, bombas y equipo necesario para la remocin de los contaminantes. Sus paredes aguas abajo deben ser recubiertas con un material impermeable, con el fin de evitar que los contaminantes presentes se infiltren a travs de estas y contine la contaminacin del subsuelo aguas abajo. La tabla 8 resume algunas ventajas y desventajas de las zanjas.Tabla 8. Ventajas y desventajas de los sistemas interceptores.

VENTAJAS Facilidad de construccin Facilidad y bajo costo de instalacin tiles para monitorear y recuperar contaminantes Utiles para interceptar infiltraciones en suelos pobremente permeables

DESVENTAJAS Accin continua de mantenimiento y monitoreo Menos eficientes que los sistemas puntuales Costos de operacin y mantenimiento alto No son tiles para sitios de disposicin profundos. Los sistemas abiertos requieren precauciones de seguridad para prevenir incendios o explosiones

3.1.1.2. Sistemas de Bombeo e Inyeccin. El agua subterranea puede ser removida del subsuelo por bombeo, para tratarla en la superficie. Posteriormente, puede ser reinyectada en el subsuelo, descargada a un cuerpo de agua superficial o conducida a un sistema de tratamiento de. Los pozos de bombeo controlan directamente el movimiento del agua y de forma indirecta el de los contaminantes. Cada pozo genera una zona de captura del contaminante, cuyo ancho es funcin del caudal de bombeo. A medida que la tasa de bombeo es mayor, la zona de captura es ms ancha. Los pozos deben ser diseados con base en un estudio hidrogeolgico del rea de inters. El estudio hidrogeolgico y una red de monitoreo, que proporcionan la informacin de las dimensiones de la pluma de contaminacin, los parmetros del acufero. Adems es necesario aplicar los conceptos de la hidrulica de pozos, que proporcionan los valores correspondientes al espaciamiento entre pozos, nmero de pozos, profundidad, tasas de bombeo e inyeccin.

Figura 7. Seccin transversal de una zanja y una bomba(Colorado, 1996)

El control de la pluma de contaminacin puede realizarse bsicamente con pozos superficiales o profundos.

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Pozos de bombeo superficiales. Son varios pozos poco profundos, ubicados muy cerca entre s un del otro e intercomunicados a una tubera principal, la cual est conectada a un sistema central de bombeo como se aprecia en la figura 8. Estos sistemas son usados nicamente para acuferos libres debido a los limitantes relacionados con la capacidad de succin.

Figura 8. Pozos de bombeo superficial (Colorado. 1999)

Sistemas de pozos profundos. Son similares a los superficiales, con la diferencia de que estos son bombeados individualmente y son empleados para profundidades mayores. Los sistemas de pozos deben ser diseados de tal forma que el radio de influencia intercepte completamente la pluma de contaminacin. Los Pozos de inyeccin. Aplican el proceso inverso a los anteriores. Reinyectan el agua tratada al acufero. Adems pueden usarse para formar un cono, en el nivel fretico, que acta como una barrera al flujo de aguas subterrneas como se aprecia en la figura 9.

Figura 9. Principio de los sistemas de inyeccin(Colorado. 1999)

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La tabla 9 presenta algunas ventajas y desventajas de los sistemas de bombeo e inyeccin.

Tabla 9. Caractersticas de los sistemas de bombeo(Colorado, 1999)

VENTAJAS Son un medio efectivo y eficiente para asegurar el control de la contaminacin de las aguas subterrneas. Fcil instalacin Algunas veces puede inducirse recarga de un acufero como parte de la estrategia de remediacin Pueden ser aprovechados pozos de monitoreo como parte del sistema de remediaci Su diseo tiene gran flexibilidad

DESVENTAJAS Los costos de operacin y mantenimiento son altos Requieren monitoreo continuo despus de su instalacin Los sistemas de bombeo necesariamente remueven agua limpia en combinacin con las aguas contaminadas Es necesario el tratamiento en superficie de las aguas subterrneas antes de su descarga Su aplicacin a suelos finos es limitada Pueden requerir el uso modelos numricos para evaluar su efectividad

Los costos de construccin pueden ser ms bajos que los de barreras artificiales

Optimizacin de los sistemas de bombeo. La restauracin de un acufero contaminado ocurrir en un menor tiempo si la pluma de contaminacin del acufero cae dentro de la zona de captura de uno o ms pozos, de tal forma que esta no se extienda. De igual forma, si se aumenta las tasas de bombeo, el tiempo de remediacin decrecer. La condicin ptima consiste en bombear exactamente el volumen de agua contaminada del acufero y de esta forma disminuir el volumen de agua a tratar en la superficie. La aplicacin de modelos numricos resulta bastante til para estimar estrategias de remediacin de acuferos mediante los sistemas de pozos. El uso de pozos de bombeo sin pozos de inyeccin puede ser problemtico si no existe un cuerpo de agua superficial en el cual se pueda disponer el agua subterrnea tratada. Cuando se emplea la combinacin de pozos de inyeccin y de bombeo, el tiempo de limpieza puede ser menor debido a que pueden ser generados gradientes hidrulicos ms fuertes, de forma tal que se aumenta el flujo hacia las zonas de bombeo.

3.1.1.3. Recuperacin de NAPLs. Cuando existe presencia de lquidos en fase no acosa (NAPLs), la extraccin y tratamiento del agua es ms compleja, debido a que estos lquidos como hidrocarburos y aceites, no son miscibles con el agua. Los LNAPLs, que flotan sobre el nivel fretico, son relativamente fciles de localizar y remover, mientras que los DNAPLs, se encuentran en el fondo del acufero, lo que dificulta su localizacin y remocin. El rea del acufero afectada con NAPLs se clasifica para efectos de remediacin, en las tres zonas mostradas en la figura 10.

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Figura 10. Zonas de remediacin de NAPLs. (Colorado, 1999).

Zona en fase disuelta. En esta seccin se clasifican las reas donde la probabilidad de existencia de NAPLs es baja y la remediacin es realizada mediante tcnicas convencionales disponibles. Zona en fase libre confirmada de NAPL. Son las reas donde se ha comprobado la presencia de NAPLs. En estas zonas los sistemas pasivos de control son los que deben aplicarse, en lugar de una tecnologa convencinal. Por ejemplo, sistemas de contencin que contemplen un gradiente hidrulico para permitir remover el material en fase libre y aseguren que el NAPL permanezca inmovilizado. Zona potencial de NAPL. Son las zonas donde es difcil confirmar la presencia de NAPL libre o residual. Las tcnicas de remediacin deben ser similares al de la zona anterior.

Los derrames de hidrocarburos, principalmente en estaciones de gasolina, son unos de los casos ms comunes de NAPLs. En espacial son clasificados como LNAPLs por su baja densidad. Los mtodos de recuperacin de LNAPLs son: Recuperacin simultanea de agua y LNAPL en un pozo simple. Debido a que El LNAPL fluye en direccin aguas abajo del gradiente, es posible la extraccin de este mediante bombeo o zanjas. Cuando se emplean tcnicas de bombeo, la extraccin es activada mediante un interruptor flotante, de tal forma que el nivel de bombeo sea mantenido cercano a las rejillas de succin de la bomba, garantizando la extraccin del LNAPL, como se muestra en la figura 11. (Fetter, 1993) Debido a que puede haber emulsificacin en el proceso de extraccin, es necesario contar con un separador de agua y aceite. Adems debe realizarse un proceso de tratamiento al agua, a causa de la posible existencia de materiales orgnicos solubles introducidos durante el proceso de mezcla. Recuperacin separada de agua y LNAPL con dos bombas instaladas en un pozo simple. Este mtodo, mostrado en la figura 12, evita el problema de la formacin de la emulsin, pues cuenta con dos bombas, una de las cuales extrae el agua y la otra se dedica a recuperar el producto que flota y enviarlo a un tanque de almacenamiento, para su posterior manejo. (Fetter, 1993).

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Las caractersticas que debe poseer este sistema son: El entubado y la rejilla del pozo deben poseer un dimetro mayor que en el caso anterior, para alojar ambas bombas. Debe existir rejilla entre un punto ms arriba de la capa de LNAPL y uno ms abajo del nivel de bombeo de agua. Debe existir un detector del producto encima del nivel de bombeo del agua. De esta forma si el producto desciende, es enviad una seal a para apagar la bomba de extraccin del agua. La bomba del producto es ubicada en el nivel de bombeo previsto y con un interruptor que la apague o prenda segn el caso.

Figura 11. Sistema de pozo simple de bombeo.(Colorado, 1999)

Figura 12. Sistema de dos bombas y un pozo.(Colorado, 1999)

Figura 13. Sistema de dos bombas y dos pozos. (Colorado, 1999)

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Recuperacin separada de agua y LNAPL con dos bombas en pozos separados. Si el dimetro del pozo es muy pequeo para albergar las dos bombas, es aconsejable la construccin de dos pozos; cada uno con una bomba, en los cuales el ms profundo ser destinado a la extraccin del agua y el otro a la extraccin del producto, como se muestra en la figura 13. 3.1.2. Tcnicas de Tratamiento. Hasta el momento nicamente se ha descrito los procesos de extraccin del agua contaminada, falta entonces describir algunos de los procesos y sistemas de tratamiento mostrados en la tabla 10, dependiendo si el contaminante es un compuesto orgnico disuelto y voltil, o se trata de un compuesto inorgnico

Figura 14. Torre empaquetada de arrastre por aire. (Colorado, 1999)

3.1.2.1. Arrastre por aire. El arrastre por aire consiste en la transferencia de masa que aumenta la volatizacin de los componentes del agua mediante el paso de aire a travs de esta. Existen varias tcnicas para la realizar el arrastre: Torres empaquetadas, torres de bandeja, sistemas de spray, aireacin difusa y aireacin mecnica. Las ms empleadas son las torres empaquetadas, como la esquematizada en la figura 14. Consiste en hacer pasar flujos de agua y aire en contracorriente a travs del material de empaquetamiento. Este material debe tener gran rea superficial, que haga posible la transferencia de los voltiles del agua al aire, se que rige por la teora de las dos pelculas, (La Greca, 1994) la cual comprende transferencias desde la masa lquida a la pelcula lquida, de pelcula lquida a la pelcula de aire y de la pelcula de aire a la masa de aire La evacuacin del aire es por la parte superior de la columna, mientras que la del agua es por la parte inferior. La seccin transversal de la columna est determinada por la cantidad de agua a tratar y la velocidad apropiada para la corriente de aire. Los dimetros para una torre de arrastre se encuentran entre 0.3 y 3 metros, y su altura entre 1 y 15 metros. Para reducir la tendencia a flujos preferenciales, es necesario utilizar pequeos tamaos de grano para el empaquetamiento. La velocidad recomendable del aire es el 60% de la velocidad de inundacin, siendo esta la velocidad del aire capaz de mantener retenida el agua en la columna. El incremento en la temperatura tiene un efecto favorable sobre el coeficiente de transferencia de masa (Lamarre, Mc Garry and Stover, 1983).

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3.1.2.2. Carbn activado. Esta tecnologa consiste en la adsorcin de los contaminantes debida al contacto del agua con la superficie adsorbente de los granos de carbn activado, por fuerzas fsico - qumicas. La cantidad de compuesto que puede ser adsorbida, est determinada por un balance entre las fuerzas que mantienen el compuesto en solucin y las fuerzas que atraen el compuesto hacia la superficie del carbn. Los factores que influyen en el balance son: La adsorcin incrementa al disminuir la solubilidad El pH del agua afecta la capacidad adsortiva El aumento de la temperatura reduce la capacidad adsortiva Los compuestos aromticos y halogenados adsorben mejor que los alifticos. Columnas de flujo descendente. Pueden disponerse en paralelo o en serie. Debe realizarse retrolavado de los lechos peridicamente debido a que estos actan como filtros. Sistemas en serie de lecho expandido de flujo ascendente. Empleados cuando el afluente presenta gran cantidad de slidos suspendidos. Sistemas de lechos mviles de flujo ascendente. En este caso el carbn nuevo es aadido continuamente por la parte superior y el agua afluente entra por la base, crendose as contracorriente entre el carbn y el agua.Tabla 10. Sistemas de tratamiento para aguas subterrneas segn el tipo de contaminante (Colorado, 1999)

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Figura 15. Esquema de un contactor tpico de carbn activado.(Colorado, 1999).

La figura 15 esquematiza una unidad de carbn activado, y la figura 16, las ms comunes disposiciones de unidades de adsorcin:

Figura 16. Esquema de sistemas de adsorcin por carbn (Colorado, 1999)

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El movimiento de una partcula contaminante del agua a la superficie involucra cuatro procesos: Transporte de la masa al fluido en ausencia de la superficie adsortiva, transporte a travs de la pelcula, difusin lenta intraparticular y enlace fsico efectivo. Las fuerzas que controlan estos procesos son: La atraccin elctrica, la naturaleza hidrofbica de los componentes orgnico y la afinidad qumica contaminante-carbn activado. La eficiencia del proceso de adsorcin depende principalmente de los siguientes factores: Solubilidad. Los componentes menos solubles son adsorbidos ms fcilmente Estructura molecular del contaminante Peso molecular. Entre mayor sea el tamao de las molculas, ms fcil es su adsorcin Polaridad. Los componentes orgnicos dbilmente ionizados son ms fciles de adsorber Saturacin de hidrocarburos. Las cadenas orgnicas de carbono dobles o triples son adsorbidas con mayor facilidad.

3.1.2.3. Precipitacin qumica. Es un proceso fsico qumico en donde una sustancia inorgnica en solucin, es transformada parcial o totalmente a fase slida. La aplicacin ms comn es la remocin de metales en forma de hidrxidos o sulfuros. El procedimiento es el siguiente:Primero se adiciona sulfuro de sodio o cal, al agua extrada, en un tanque de mezcla rpida. Se realiza la adicin de agentes floculantes. Las aguas contaminadas son conducidas a una cmara de floculacin, en donde se realiza la mezcla y se aglomeran las partculas. Se separa de la fase lquida, las partculas aglomeradas, mediante sedimentacin o procesos de filtracin. Debido a que los metales alcanzan la solubilidad mnima a un pH especfico, es necesario controlar la adicin de cal y as evitar que el metal nuevamente se vuelva soluble. Los floculantes ms utilizados son el sulfato de aluminio, la cal, floculantes orgnicos y el hierro.

3.1.2.4. Tratamientos Convencionales. Adems de los sistemas de arrastre por aire, carbn activado y precipitacin qumica, existen multiples alternativas empleadas para la purificacin del agua superficial o subterrnea, que dependiendo del caso pueden emplearse; las ms comunes son: Almacenamiento Mediante la sedimentacin de material suspendido se mejoran las condiciones fsicas del agua y se reduce considerablemente el nmero de bacterias indeseables. Se obtiene tambin una reduccin del contenido de materia orgnica mediante oxidacin bioqumica y una reduccin de dureza como resultado de la accin de las algas. En ciertos casos, sin embargo, la apariencia del agua puede deteriorarse debido a crecimientos excesivos de algas. Aireacin La aireacin es necesaria para promover el movimiento de gases hacia o desde el agua. Los gases que pueden requerir remocin son el CO2, H2S y otros gases causantes de olores. Por otro lado, algunas veces se aade al agua oxgeno y tambin CO2. Las aguas subterrneas normalmente tienen un dficit de oxgeno y contienen demasiado CO2; la aireacin en estos casos sirve para agregar oxgeno y precipitar hierro o manganeso. En aguas con olores causados por H2S es deseable la aireacin.

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Coagulacin qumica Mediante la remocin del material suspendido y coloidal este proceso produce un mejoramiento en la calidad fsica y orgnica del agua. Ablandamiento con Cal Soda El proceso reduce la dureza carboncea y no carboncea. Si se aade cal en exceso como normalmente ocurre, se obtiene adems un alto grado de purificacin bacterial. Filtracin lenta en arena La filtracin lenta mejora la calidad fsica del agua reduciendo la turbiedad y el color. Reduce adems en forma considerable el nmero de bacterias y la intensidad de sabores y olores existentes. Precedida de aireacin reduce el contenido de hierro y manganeso efectivamente. Filtracin rpida La filtracin rpida es esencial para la remocin de floc liviano proveniente de la coagulacin; reduce la turbiedad, el olor y el nmero de bacterias siempre que vaya precedida de coagulacin. Precedida de aireacin reduce tambin el contenido de hierro y manganeso. Desinfeccin (Cloracin) El cloro se aplica principalmente como desinfectante pero es adems til para remocin de sabores y como agente decolorante. El cloro en pequeas dosis destruye las bacterias patgenas y en dosis grandes (supercloracin) mejora tambin la calidad qumica del agua y reduce el color. Intercambio inico Los intercambios inicos se usan en tratamientos de aguas para ablandamiento, remocin selectiva de iones especficos y desmineralizacin completa de aguas para propsitos industriales y de laboratorio. Estabilizacin Proceso usado para controlar la corrosin e incrustacin en tuberas mediante el control del pH para el cual el agua se mantiene en equilibrio con carbonato de calcio. Generalmente, el ajuste de pH se hace por tratamiento con cal. Purificacin Natural en Aguas Subterrneas En aguas subterrneas debe reconocerse que ciertas substancias pasarn a travs del suelo con muy poco o ningn cambio fsico, qumico o biolgico, mientras que otras sern removidas o alteradas substancialmente. Tratamientos en tren: Utilizacin combinada de las diferentes tecnologas.

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3.2 SISTEMAS IN SITU.El tratamiento del agua mediante estos sistemas, es realizado directamente en el acufero. A grandes rasgos, pueden clasificarse en: barreras reactivas, extraccin de vapores, bioremediacin y tratamientos qumicos.3.2.1 Barreras reactivas permeables Degradan o inmoviliza los contaminantes asociados al agua subterrnea a su paso a travs de la barrera. Se basan en la transferencia de materia por gradiente de concentracin. Tipos de barreras reactivas: Barreras de degradacin: oxidante/reductor Barreras de precipitacin: pH alcalino, Fe2+ Barreras de adsorcin: carbn activado, arcillas

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3.2.2. Extraccin de vapores. Este proceso consiste en hacer pasar una corriente de aire a travs del suelo, para eliminar los compuestos orgnicos voltiles, forzando la transferencia de los contaminantes del suelo a la corriente de aire. Para la extraccin de los vapores es necesario el uso de la bomba de vaco mostrada en la figura 17, que induce el movimiento de los gases del suelo,a travs de una serie de pozos de extraccin de vapor y un juego de tuberas perforadas en la zona contaminada. Este proceso es usado principalmente para eliminar los compuestos orgnicos voltiles presentes en la zona vadosa. Una vez se han extrado los contaminantes, es necesario aplicarle un tratamiento a los vapores extrados, antes de su descarga a la atmsfera.

Figura 17. Sistema de extraccin de vapor del suelo.(Colorado, 1999)

Para mejorar la eficiencia de los sistemas de extraccin por vapor del suelo, puede ampliarse la zona vadosa mediante el bombeo de agua subterrnea contaminada, colocarse barreras impermeables sobre la superficie para reducir los cortocircuitos de flujo del aire y/o instalarse pozos de recarga de aire por medio de compresores, alrededor y dentro del sitio de inters Existen tres fases de las cuales pueden provenir contaminantes voltiles: a)La matriz de suelo(fase slida), b) la humedad localizada entre los pozos, rodeando la superficie de la matriz del suelo, y c) el gas contenido en los poros del suelo. La eliminacin del contaminante de estas tres fases, ocurre tal como se muestra en la figura 18.

Figura 18. Modelo esquemtico del suelo/vapor del suelo. (Colorado, 1999)

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El transporte entre las distintas fases esta influenciado por los siguientes parmetros: Aspectos fsicos: Permeabilidad, porosidad, Contenido de humedad, densidad de la masa de suelo, distribucin del tamao de granos del suelo. Medio ambiente: Precipitacin, temperatura del aire, cobertura del terreno, radiacin solar, humedad del aire, velocidad del aire. Aspectos qumicos: Solubilidad, concentracin del contaminante, coeficientes de adsorcin y difusin, presin de vapor y volatilidad del contaminante.

3.2.3. Tratamiento Qumico. Este proceso es aplicable nicamente en casos donde los contaminantes son conocidos y los niveles y extensin de la pluma de contaminacin bien definidos. El agente de tratamiento es entonces bombeado dentro del acufero, dependiendo del tipo de contaminante que exista. De esta forma los metales pesados pueden ser llevados a formas insolubles e inmovilizados, mediante el uso de alcalis o sulfuros; los cianuros son destruidos con agentes oxidantes y el cromo hexavalente puede ser llevado a forma insoluble con agentes reductores. Los siguientes son ejemplos de procesos de tratamiento . Mtodo Vyredox (Hallberg y Martinelli, 1976). Este mtodo, esquemqtizado en la figura 21, est diseado para la remocin de hierro y manganeso. El objetivo principal es alcanzar un alto grado de oxidacin en los estratos alrededor del pozo. El pH y el potencial elctrico deben ser mantenidos lo ms alto posible. Los pozos de inyeccin estn localizados alrededor de los pozos de abastecimiento. El hierro es precipitado en la zona ms lejana del pozo de extraccin y en las cercanias es realizada la oxidacin del manganeso.

Figura 21. Mtodo Vyredox.(Colorado, 1999)

Barreras permeables. Consiste en la construccin de paredes, mediante cartuchos fijos o removibles, llenados con materiales como carbn activado, rmicroorganismos, resinas o polmeros qumicamente

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selectivos. Cuando se trata de cartuchos removibles, estos son reemplazados por otros, despus de un tiempo determinado, en el cual el material ha dejado de cumplir su funcin de manera efectiva, para lograr un tratamiento continuo y una completa remediacin de la zona contaminada. Existen adems, numerosas barreras permeables disponibles en le mercado, conocidas como geomembranas, las cuales son muy eficientes, pero su uso es restringido a profundidades de 15 metros aproximadamente 3.2.4. Bioremediacin.

Consiste en el tratamiento del agua subterrnea sin excavacin del terreno. Este proceso posee los principios bsicos de cualquier mtodo de tratamiento biolgico, en el cual el suelo no funciona como un depsito, sino como un reactor biolgico. La bioremediacin consiste en la aceleracin de los procesos de biodegradacin manteniendo las poblaciones microbianas del subsuelo. La mayora de los microorganismos del subsuelo crecen sobre un substrato y principalmente son bacterias, aunque tambin existen hongos y protozoarios. Muchos de los microorganismos que habitan en las aguas subterrneas, que han sido contaminadas con componentes sintticos, son capaces de degradar esos mismos compuestos, en cambio los microorganismos externos son incapaces de degradar esos compuestos. Por esta razn es necesario aclimatar una microflora a un determinado tipo de contaminantes, antes de que los microorganismos puedan comenzar su degradacin.

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Algunos factores que afectan la tasa de metabolizacin de los compuestos orgnicos son: el pH, la temperatura, la humedad, la cantidad de nutrientes presentes(Nitrgeno, fsforo, potasio) y la cantidad de aceptores de electrones(oxgeno, hierro frrico, nitrato, sulfato y dixido de carbono). El proceso de bioremediacin consiste entonces en la estimulacin de los microorganismos subsuperficiales, mediante la adicin de nutrientes y un aceptor de electrones para biodegradar los contaminantes de inters. Es importante considerar la posibilidad de generar compuestos intermedios indeseables, durante el proceso de biodegradacin, que pueden ser ms persistentes en el ambiente que los originales. Adems es necesario antes de iniciar un proceso de remediacin, verificar el cumplimiento de dos criterios bsicos (Bedient, 1994): La geologa subsuperficial. La conductividad debe ser alta(> 10-4cm/s), con el fin de que permita el transporte del aceptor y de los nutrientes a travs del acufero. Los microorganismos deben estar presentes en cantidades y tipo suficientes para degradar los contaminantes de inters

La mayora de los procesos de bioremediacin son estudiados con experimentos de simulacin microbial en laboratorio y de modelacin de transporte de nutrientes. Los pasos que deben seguirse para la ejecucin de los procesos de bioremediacin son (Bedient, 1994): 1. Investigacin del sitio. Consiste en definir la hidrogeolga del medio y las dimensiones de la pluma de contaminacin, heterogeneidad del suelo, profundidad hasta el nivel fretico y hasta la zona de contaminacin, Tambin es necesario definir las zonas de recarga y descarga, las conexiones hidrulicas entre acuferos y las fluctuaciones estacionales del nivel fretico. 2. Recuperacin de productos libres sobrenadantes. Para esto se hace necesario el uso de tcnicas de bombeo para la extraccin de sobrenadantes y de inyeccin, con el fin de adicionar nutrientes a las aguas subterrneas (figura 19). 3. Estudio preliminar de degradacin microbial. Es necesario hacerse n estudio de factibilidad, con el fin de identificar si los organismos nativos son capaces o no de hacer la biodegradacin de los materiales contaminantes. Tambin es importante determinar los requerimientos de nutrientes, que dependen de las condiciones especficas del sitio. Los estudios de factibilidad deben contemplar tcnicas para medir la evolucin de contaminantes, estudios para medir la demande de oxgeno, estudios de mineralizacin y controles para detectar transformacin abitica de los qumicos, causando efectos txicos sobre los microbios. 4. Diseo del sistema. Consiste en el diseo de los pozos de inyeccin y extraccin, como los mostrados en la figura 20, para la circulacin de nutrientes en zonas contaminadas del acufero. El oxgeno puede ser suministrado puro, en agua, perxido de hidrgeno u ozono.

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Figura 19. Bioremediacin aerbica (Colorado, 1999)

5. Operacin y mantenimiento. Es necesario la recirculacin de nutrientes; adems la inyeccin de nutrientes y oxgeno debe ser una labor continua para asegurar el crecimiento de las colonias bacteriales.

Figura 20. Bioremediacin in situ.(Colorado, 1999)

Los requerimientos bsicos para la remediacin in situ son: Presencia de microorganismos apropiados: preferiblemente microorganismos nativos capaces de degradar los contaminantes especficos del sitio Fuentes de energa. Es necesario usar carbono orgnico como fuente de energa, el cual es usado por los organismos para el mantenimiento celular y el crecimiento. Fuentes de carbono. El carbono orgnico es empleado de forma conjunta con las fuentes de energa para las clulas. Aceptores de electrones. Dependiendo si el proceso es aerbico o anaerbico Nutrientes. Tipo y cantidad requerida por los microorganismos

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Condiciones ambientales aceptables. Necesarias para evitar la limitacin de los procesos de metabolismo microbial

3.2.5. Fitoremediacin

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Pinito de agua es el nombre popular que recibe la planta con la que se va a trabajar para determinar si a travs de ella se logra atacar los niveles de arsnico en el agua.

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4.. CASOS DE ESTUDIO.. 4 CASOS DE ESTUDIO 4.1. MONITOREO Y REMEDIACIN HIDROCARBUROS.DE UN ACUFERO

CONTAMINADO

PO R

Hidrogeocol Ltda, empresa Colombiana especializada en hidrogeologia ambiental, realiz en 1996 un estudio con el fin de determinar el impacto ambiental generado por el derrame de gasolina de la estacin de servicio mostrada en la figura 22, situada en Bogot (Colombia) y desarrollar la remediacin del acufero.

Figura 22. Localizacin de la estacin (Hidrogeocol Ltda, 1996)

Se procedi a la construccin de once perforaciones exploratorias y se construyeron nueve pozos de monitoreo, se instalaron cuatro hidropunzones para el monitoreo del contenido de vapor orgnico en el subsuelo y se construy un pozo de remediacin. (Ver figura 24) El estudio demostr la existencia de impacto ambiental hidrogeolgico en la zona de la estacin, debida al derrame de gasolina. Las zonas vecinas se ven afectadas debido a condiciones favorables que presenta el terreno en cuanto a su litologa y su pendiente, que facilita la migracin del contaminante hacia esas zonas. De

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esta forma se ide un plan de contingencia para la extraccin del hidrocarburo directamente en el rea de extraccin, el cual a la fecha se encuentra en operacin. Construccin de pozos de monitoreo. Para caracterizar hidrogeolgicamente la zona, se realizaron once perforaciones exploratorias, de las cuales nueve fueron revestidas posteriormente de tal forma que se habilitaron como pozos de monitoreo. Para el monitoreo de vapor orgnico en la zona vadosa fueron instalados tres hidropunzones. La construccin de los pozos fue realizada de acuerdo a las condiciones naturales del terreno, la distribucin de las construcciones existentes y teniendo en cuenta las caractersticas regionales del rea de drenaje. La red que proporciona la informacin necesaria para la evaluacin de las condiciones geohidrulicas, est conformada entonces por los pozos de monitoreo y los hidropunzones instalados. El mtodo empleado para la perforacin de los pozos fue el de perforacin con barreno helicoidal de eje slido. Este equipo de perforacin empleado es manual y porttil. Los dimetros finales de perforacin obtenidos fueron entre 4 y 5. Durante el proceso de perforacin se tomaron muestras del suelo cada 0.5 metros de profundidad mediante un dispositivo de cuchara partida, con el fin de establecer la columna litolgica. Tambin fueron medidas las concentraciones de vapores orgnicos en campo, mediante el uso de un fotoionizador. El diseo de cada uno de los pozos fue realizado de acuerdo al anlisis litolgico de las correspondientes muestras y a la profundidad de la tabla de agua. Los filtros y tuberas empleados cumplen la norma A.S.T.M estndar F-480, roscados. Las caractersticas generales de diseo del pozo de monitoreo uno (pm-1)se muestra en la figura 23. De forma similar se disearon los dems pozos de monitoreo, y los pozos exploratorios. Una vez se concluy con la limpieza y desarrollo de cada pozo de monitoreo, mediante el uso de una cuchara baldeadora (vaciador), se procedi a efectuar la medicin de la conductividad hidrulica. Para determinarla fueron realizadas pruebas de valdeo o valvuleo (pruebas de impulso). De esta forma se genero un cambio instantneo en la carga hidrulica y fue posible cuantificar la recuperacin del acufero en funcin del tiempo. La conductividad hidrulica calculada varo entre 0.13mt/da(PM-5) a 10.47 m/da(PM-3) Una vez constituida la red de monitoreo se realiz la nivelacin topogrfica de todos los piezmetros instalados. La cota de cada pozo de monitoreo s referenci respecto al pozo de monitoreo PM-7, al cual se le asigno la cota100.00 metros. En cada uno de los tres hidropunzones se registro la concentracin de vapor orgnico en p.p.m. cada 0.5 metros de profundidad. Las concentraciones de vapores aumentaron en profundidad, en la zona no saturada. Los valores de concentracin ms altos se encontraron a las profundidades de 1.0,1.5 y 2.0 metros y en los pozos de monitoreo PM-1, PM-5, PM-9, PM-6, y PM-3; los cuales corresponden a los sitios cercanos a los tanques de almacenamiento 2 y 3 que presentaron la fuga del producto. Las figuras 24 y 25 muestran las curvas de concentracin de vapor obtenidas a profundidades de 1.0 y 1.5 metros respectivamente.

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Figura 23. Pozo de monitoreo PM-1(Hidrogeocol Ltda, 1996)

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Figura 24.Mapa de curvas de concentracin de vapor orgnico 1.0 metros (Hidrogeocol Ltda, 1996)

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Figura 25. Curvas de concentracin de vapor orgnico a 1.5 metros (Hidrogeocol Ltda, 1996)

Caracterizacin hidrogeolgica. La geologa superficial corresponde a sedimentos coluviales, constituidos fundamentalmente por arcillas arenosas, arcillas limosas y arenas cuarzosas en matriz arcillosa. En la mayora de los pozos se presentan intercalaciones de horizontes de espesor variable, conformados por humus, arenas arcillosas, arcillas y arcillas arenosas. Una vez obtenida la informacin necesaria se procedi con el desarrollo de un modelo de flujo subterrneo, para lo cual fueron empleados modelos numricos de flujo subterrneo, cuyos resultados se muestran en la figura 26.

Figura 26. Modelo general de flujo. (Hidrogeocol Ltda, 1996)

Condiciones geoambientales. El resultado del estudio efectuado determin que se presentaba impacto ambiental en las aguas freticas y en el subsuelo, en el rea de la estacin de servicio. Esta situacin merecio especial atencin debido a las caractersticas litolgicas del material del subsuelo y a la morfologa del terreno, pues facilitan el transporte y la migracin del carburo hacia zonas vecinas, induciendo riesgos de contaminacin de estos sectores. Plan de contingencia y obras de remediacin. La recomendacin inicial fue la de efectuar de manera inmediata un plan de contingencia para extraer el hidrocarburo mediante valdeo de los pozos de monitoreo; adicionalmente teniendo en cuenta las condiciones de flujo subsuperficial, se propuso la construccin de dos pozos de remediacin para facilitar la captacin del hidrocarburo y mitigar el impacto hidrogeolgico.

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El primer pozo de remediacin PR-1 se ubic en el sector sur-oriental del taller y el segundo PR-2 en el costado occidental del mismo frente al pozo de monitoreo PM-10. Finalmente se construyo nicamente el pozo PR-1, por facilidad y disponibilidad de espacio. ( Figura 29). En la tabla 11 se describe el diseo definitivo del pozo.Tabla 11. Diseo del pozo de remediacin PR-1. (Hidrogeocol Ltda, 1996)

Profundidad (m) 0-3 3-9 9-13.5 13.5-16.5

Descripcin Tubera ciega para pozos profundos en P.V.C de 6 de dimetro Filtros en P.V.C. de ranura continua de 6 de dimetro Tubera ciega para pozos profundos en P.V.C. de 6 de dimetro Filtro en P.V.C. de ranura continua de 6 de dimetro

A travs del pozo de monitoreo PM-10 se inyect aire a presin con el fin de remover los voltiles de la zona no saturada e inducir volatizacin de la zona saturada. De esta forma se logr la oxigenacin del subsuelo y con ello la aceleracin del proceso de biodegradacin natural. En el escenario con un pozo remedial que es el que se encuentra en funcionamiento, se consider un caudal de 1.5m3/da. La figura 28 muestra las velocidades del agua subterrnea con este pozo remedial. La zona de captura obtenida fue aproximadamente un 40%del flujo del rea total impactada. Otro escenario estudiado es el conformado por dos pozos de remediacin, el pozo PR-1(ya construido) con las mismas condiciones de bombeo del escenario anterior (1.5m3/da), mientras que el pozo PR-2 tendra una tasa de bombeo de 2.5m3/da, por estar situado en una zona de mayor permeabilidad. Este escenario posea mayor rea de captura que la del escenario anterior(aproximadamente una captura del 90%. Ver figura 29), por lo que la remediacin alcanzara mayor eficiencia. De acuerdo a los resultados se concluy que la remocin del hidrocarburo residual en la zona no saturada y parte en la saturada, puede realizarse eficientemente por medio de la inyeccin del aire y extraccin de vapores. Tambin se recomend la construccin del pozo remedial PR-2 con el objeto de crear otra zona de captura que en conjunto con la existente permita capturar el 90% del flujo del rea impactada. La figura 30 muestra el sistema remedial en operacin.

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Figura 27. Pozo de remediacin PR-1(Hidrogeocol Ltda, 1996)

Figura 28. Escenario de contingencia para un pozo remedial. (Hidrogeocol Ltda, 1996)

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Figura 29. Escenario de contingencia para dos pozos remediales. (Hidrogeocol Ltda, 1996)

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Figura 30. Sistema remedial en operacin. (Hidrogeocol Ltda, 1996)

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5.. REFERENCIAS 5 REFERENCIASColorado H. A.. ESTADO DEL ARTE DE LAS TECNICAS DE REMEDIACION DE ACUIFEROS. Proyecto final de especializacin en Ingenieria Ambiental. Universidad Nacional de Colombia, Colombia 1999 Hidrogeocol Ltda. INVESTIGACIN DE HIDROLOGA AMBIENTAL EN LA ESTACIN DE SERVICIO . Documento interno N 156, 1996 Bedient, P.B., Rifai, H.S. and Newell, C.J. GROUND WATER CONTAMINATION. Prentice Hall PTR, New Jersey, 1994. La Greca, M. D., Buckingham, P. L. Evans. J. C. And The Enviromental Resources Management Group. HAZARDOUS WASTE MANAGEMENT. Mac Graw Hill, USA, 1994. Knox, R. C., Canter. L. W. And Kincannon, D. F. AQUIFER RESTORATION STATE OF THE ART. Noyes publications, New Jersey, 1986. Fetter. C. W. CONTAMINANT HIDROGEOLOGY. Prentice Hall, New Jersey, 1993. Pulido, G. INTRODUCCION A LA HIDROGEOLOGIA AMBIENTAL. Universidad Nacional de Colombia, Colombia, 1996.

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