ING. EDGAR MARCELINO TARMEÑO

Actualmente, el desarrollo de nuevas tecnologías de toda índole depende de los elementos que se obtienen por actividades minero metalúrgicas o del reciclaje de otros materiales, ya que muchos de los componentes de los nuevos equipos (computadoras, instrumentos analíticos y teléfonos celulares, entre otros) están fabricados de metales como el hierro, cobre, cadmio, oro, plomo, plata y otros elementos como el silicio.

La excavación de minas, la remoción de minerales y el proceso y la extracción de metales puede causar daños ambientales y, en casos extremos, destruir el ecosistema; por ejemplo, se pueden dañar tierras de cultivo, favorecer la erosión y contaminar cuerpos de agua con sales solubles de elementos potencialmente tóxicos (EPT), como As, Se, Pb, Cd y óxidos de S, entre otros.Asimismo, el material subterráneo puede generar volúmenes de residuos hasta ocho veces superiores al original.

Los metales son sustancias con características de brillo y que son buenos conductores de calor y electricidad; con excepción del mercurio, todos los metales son sólidos a temperatura ambiente. Son más o menos maleables (formación de láminas) y dúctiles (formación de alambres). La mayoría posee propiedades de dureza, con excepción de los alcalinos, que son muy suaves. Químicamente, estos tienden a perder electrones para formar iones positivos (cationes)

Un no metal es un elemento que no exhibe las características de un metal. La mayoría de los no metales son gases o sólidos.Los metaloides o semi metales son elementos que presentan propiedades de ambos grupos. En muchos aspectos, los metaloides se comportan como no metales, química y físicamente. Sin embargo, en su propiedad física más importante, la conductividad eléctrica, se parecen a los metales.Los metaloides tienden a ser semiconductores, pero conducen la electricidad en menor grado que los metales.

Antes de considerar la aplicación de cualquier tecnología de remediación, es fundamental conocer ciertas características, tanto del suelo (ambientales), como del contaminante y de los organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, etc.) presentes en el sitio, con potencial metabólico para degradar los contaminantes. De esta manera, los procesos de remediación dependen de estos tres factores que deben encontrase en equilibrio.

FACTORES INTERRELACIONADOS ENTRE SÍ QUE FACTORES INTERRELACIONADOS ENTRE SÍ QUE INCIDENINCIDEN

EN LA REMEDIACIÓN DE UN SUELOEN LA REMEDIACIÓN DE UN SUELO

Las tecnologías de remediación pueden clasificarse de diferentes maneras:

En Base a su estado de desarrollo (tradicionales e innovadoras),

De acuerdo al lugar en donde se realizan (in situ y ex situ)

En el caso de la contaminación por metales, en base a la alteración de propiedades del contaminante (separación/inmovilización o disolución/movilización).

La idea de estos métodos es limitar la disponibilidad y movilidad de los metales contenidos en los residuos sólidos de zonas mineras. Sin embargo, muchos de estos métodos no reducen la toxicidad o el volumen de los metales presentes.

Las tecnologías tradicionales usadas con más frecuencia para la limpieza de sitios contaminados con metales, se encuentran:

Vitrificación in situ, Excavación y disposición, Lavado e inundación de suelos, Solidificación/estabilización (S/E), uso de

cubiertas sobre pilas de residuos (jales) y Tecnologías de bombeo y tratamiento

para el caso de aguas y lodos.

Una tecnología es considerada innovadora cuando sus aplicaciones a gran escala son limitadas.La aplicación de este tipo de tecnologías nació como resultado de la observación de que los humedales (wetlands) removían, de manera natural, metales contenidos en aguas. Este tipo de tecnologías tiene gran potencial para la remediación de suelos de manera más efectiva en cuanto a costos y a su desempeño.

Las tecnologías innovadoras representan cerca del 20% de todas las tecnologías usadas para la remediación de suelos, siendo la más frecuentemente aplicada la biorremediación (11% del total), seguida por la inundación de suelos (2%) y el tratamiento químico (2%). La fitorremediación es una tecnología innovadora, con relativamente pocas pero crecientes aplicaciones.

A diferencia de los contaminantes orgánicos, los metales no pueden descomponerse por vía biológica, física ni química, de manera que la remediación de sitios contaminados con metales o metaloides se limita a la alteración de su solubilidad, movilidad y/o toxicidad, básicamente a través de cambios en su estado de valencia, favoreciendo su inmovilización (quelación) y/o movilización (disolución).De esta manera, es posible favorecer la remoción o concentración de los metales para su posterior extracción

Por medio solo es posible concentrar EPT en suelos contaminados a través de su inmovilización, previniendo su dispersión, y posterior remoción de EPT de superficies y cuerpos de agua. El producto final concentrado puede disponerse de manera controlada o reciclarse para la recuperación de metales; dependiendo de la matriz en la que el metal se encuentre, se necesitan uno o más pasos para su tratamiento.Este tipo de tecnologías incluye la contención de contaminantes con el uso de cubiertas, métodos de S/E (microencapsulación, vitrificación, etc.) y fitorremediación.

Los EPT presentes en suelos, sedimentos o residuos sólidos pueden removerse de la matriz sólida a través de su disolución en una fase acuosa, para su posterior concentración, con el uso de estrategias de bombeo-tratamiento . Entre las tecnologías que pueden clasificarse dentro de estos procesos, se encuentran: lavado e inundación de suelos, extracción química y bio-lixiviación.

Los tratamientos fisicoquímicos utilizan las propiedades físicas y/o químicas de los contaminantes o del medio contaminado para transformar, separar o inmovilizar el contaminante. Son tratamientos económicamente factibles y la mayoría se encuentra disponible comercialmente, por lo cual son las técnicas más empleadas para la remediación de diferentes matrices contaminadas con residuos peligrosos desde hace décadas.

Estas tecnologías involucran una variedad de procesos como: filtración, neutralización, precipitación oxidación/reducción, sorción, evaporación y floculación, entre otros

Las tecnologías fisicoquímicas pueden desarrollarse in situ o ex situ, la principal desventaja de su aplicación en la remediación de sitios contaminados con metales radica en que, la mayoría, requiere de la excavación del suelo y de al menos un proceso secundario de tratamiento o disposición final del contaminante transformado, separado o inmovilizado, incrementándose los costos del tratamiento.

Para el caso de sitios contaminados por metales se pueden aplicar cinco tecnologías:

1. Inundación de suelos, 2. Lavado de suelos, 3. Extracción química,4. Solidificación/estabilización y 5. Electrorremediación.

La inundación del suelo (soil flushing) es una técnica de tratamiento innovadora, que comúnmente se aplica in situ. Consiste en inundar el suelo contaminado con agua o con una solución de extracción para disolver y/o suspender el contaminante y, posteriormente, extraer la fase líquida que contiene el contaminante mediante un sistema de extracción.La tecnología requiere la perforación de pozos de inyección y de extracción .

El proceso comienza con la perforación de pozos de inyección y de extracción en el sitio contaminado. Es importante que los pozos de extracción se ubiquen en el lugar más bajo del sitio; si éste no existe, deben colocarse a un nivel más bajo que el pozo de inyección. La solución se introduce en los pozos de inyección por bombeo, en donde la solución pasa a través del suelo contaminado, disolviendo, suspendiendo y arrastrando los contaminantes. La solución con los contaminantes se colecta en el pozo de extracción y finalmente se succiona y envía a una planta de tratamiento de aguas; el agua tratada puede reutilizarse en el proceso.

La eficiencia de remoción de metales en suelos mediante esta técnica, al igual que la de lavado de suelos, puede incrementarse con el uso de agentes quelantes, ácidos o bases. Sin embargo, la eficiencia puede disminuir drásticamente con el uso de ciertos aditivos (surfactantes) que pueden adherirse a las partículas del suelo, limitando así la transferencia del metal a la fase líquida. Un alto contenido de materia orgánica en el suelo también afecta la eficiencia del proceso

Entre las principales ventajas de esta técnica pueden destacarse:

Bajos costos; No es necesario excavar el suelo; No se requiere de infraestructura sofisticada.

Sin embargo, el empleo del proceso puede afectar los mantos acuíferos cuando no se prevé su ubicación, cuando el suelo es muy permeable y si el tiempo de residencia de la fase acuosa es muy prolongado.

En general, no se aplica en suelos con mezclas complejas de contaminantes.

Una alta cantidad de materia orgánica en el suelo dificulta el proceso de separación.

Requiere de grandes cantidades de agua y que los contaminantes sean solubles.

Se requiere de uno o varios procesos secundarios para el tratamiento de aguas residuales y partículas finas de suelo.

Es recomendable que después del tratamiento, el suelo no se utilice con fines agrícolas, ya que no sólo se lleva a cabo la remoción de los contaminantes, sino también de los elementos naturales del suelo, además de que es posible la alteración de ciertas propiedades físicas y químicas por el uso de soluciones ácidas, quelantes o surfactantes. Sin embargo, el suelo puede destinarse para otros usos como residencial e industrial.

El lavado de suelos es una tecnología ex situ, en la cual el suelo contaminado se excava y se lava con agua o soluciones de extracción en una unidad de lavado con el fin de disolver, suspender o precipitar el contaminante, lográndose así su transferencia a la fase acuosa.El lavado de suelos, a diferencia de la inundación, puede concentrar los contaminantes en un volumen menor de suelo, debido a la separación entre partículas finas y gruesas, reduciendo así el volumen del material contaminado (partículas finas)

El proceso consiste de tres etapas: mezclado, lavado y enjuagado.Antes de iniciar, el material contaminado se tamiza para retirar los objetos de mayor tamaño. Posteriormente, el suelo se adiciona a la unidad de lavado, en donde se mezcla y se lava con el uso de agua con o sin aditivos, en un proceso en lote o continuo.Al finalizar el lavado del suelo, la fase líquida se envía a una planta de tratamiento de aguas, mientras que la fase sólida se enjuaga nuevamente con agua limpia

El uso de agua como solución es efectivo para la remoción de compuestos orgánicos solubles de bajo peso molecular (alcoholes y fenoles), sales inorgánicas (sulfatos y cloruros) y metales solubles Cr (VI).Para aumentar la eficiencia de lavado en un suelo con metales, pueden emplearse:

Agentes quelantes tales como el ácido etilendiamino tetracético (EDTA), los ácidos cítrico, málico y acético.

Ácidos y bases. Movilizan, neutralizan o transforman el contaminante.Las soluciones ácidas se aplican para incrementar la solubilidad de muchos metales, mientras que las alcalinas se usan para remover fenoles y metales ligados a la fracción orgánica del suelo.

Después del lavado de suelos se separan las partículas más finas, en donde se adsorben los contaminantes del volumen original. Las partículas gruesas (limpias) se regresan al sitio, mientras que a las finas (contaminadas) se les realiza un nuevo tratamiento o se disponen adecuadamente en un sitio de confinamiento.Debido a que la mayor parte de las partículas depositadas en el sitio después del tratamiento son gruesas, éstas sólo tienen utilidad como soporte de infraestructuras, después de una adecuada compactación en el sitio y no para fines agrícolas

El tratamiento químico, es una tecnología que implica reacciones de óxido reducción (redox), las cuales transforman los elementos potencialmente tóxicos en compuestos o elementos no peligrosos o menos riesgosos, reduciendo su toxicidad o su solubilidad y/o aumentando su estabilidad química. Cuando se requiere tratar contaminación por metales y/o metaloides, se busca cambiar el estado de valencia, ya que de éste depende la capacidad del metal para reaccionar con otros contaminantes o compuestos presentes en el suelo y, por consiguiente, su precipitación; de esta manera, es posible disminuir la concentración biodisponible del elemento potencialmente tóxico en el suelo.

El procedimiento puede realizarse in situ o ex situ y combinarse con otras técnicas como la inundación (el agente oxidante o reductor se disuelve en el medio de inundación) o el lavado de suelos (en este casos deseable que las reacciones redox se desarrollen en el extracto del lavado), o aplicarse directamente en el suelo contaminado a través de una solución, sin llegar a inundarlo; en este último caso, los metales se quedan en el sitio

Para aplicar esta es necesario analizar y experimentar con las propiedades particulares de cada suelo para determinar las características que deben tener los agentes oxidantes o reductores.Agentes oxidantes más comunes para este tratamiento son: ozono, peróxido de hidrógeno, permanganato de potasio, reactivo Fenton (formado por una combinación de peróxido de hidrógeno y

sulfato ferroso), hipoclorito, cloro y dióxido de cloro. Agente reductor se puede utilizar ácido sulfhídrico, de forma que el sulfuro reaccione con metales divalentes como Pb2+, Co2+, Fe2+ Cd2+, formando un complejo insoluble (sulfuro metálico) que precipita en la matriz del suelo.

La principal ventaja de este método, al igual que otras tecnologías in situ, es que permite tratar el suelo sin necesidad de excavación; algunas otras ventajas son:

Bajo consumo de energía; Las soluciones diluidas son más fáciles

de separar; Tiempos del tratamiento relativamente

cortos.

En caso de combinarla con otra técnica, los costos se incrementan, por la aplicación de otros procedimientos (excavación, inundación, etc.).

Los químicos necesarios para el tratamiento son corrosivos (ácidos e hidróxidos) y pueden resultar relativamente costosos.

A pesar del cambio en el estado de oxidación del metal, éste permanece en el sitio dejando un riesgo latente de que regrese a su estado de oxidación original.

Necesidad de evaluar y ensayar la reacción en laboratorio, ya que el contaminante interactúa de forma diferente con cada tipo de suelo. Esto conlleva a diseñar una reacción específica para cada sitio contaminado.

El suelo tratado químicamente puede utilizarse para la construcción de unidades industriales; no es recomendable su uso para agricultura, ya que el constante riego, la interacción con pesticidas, fertilizantes y raíces puede cambiar el estado de oxidación del contaminante.