La relación isotópica de un compuesto orgánico o inorgánico es su “huella dactilar” locual permite identificar su origen. También proporciona información sobre los procesosde degradación (físico-químicos y biológicos) que ha experimentado este compuesto en elmedio natural, debido al cambio que experimenta su composición isotópica.

Isótopos estables: Huella dactilar de contaminantes

Cálculo de la eficiencia de tratamientos de degradación natural e inducida

Los isótopos estables como herramienta en la resolución de problemas de contaminación ambiental: identificación de fuentes y cálculo de la eficiencia de procesos de degradaciónSara Herrero Martín, Neus Otero, Mònica Rosell, Cristina Domènech, Manuela Barbieri, Albert Soler

Identificación de fuentes de contaminación: ejemplo, contaminación por nitratos en zonas vulnerables

Purines

Fertilizantes

químicos

Osona

Zonas vulnerables a la contaminación por nitratos en Cataluña

La composición isotópica permite diferenciar el origen de los

nitratos entre fertilizantes, nitrato del suelo y residuos

ganaderos/aguas residuales. Las muestras de Maresme

provienen de fertilizantes sintéticos volatilizados y las de

Osona de purines y/o aguas residuales (Otero et al., 2009).

La composición isotópica además permite determinar

procesos de atenuación natural de la contaminación, que

seguirán las líneas de desnitrificación. Se detectó

desnitrificación natural en las muestras de Osona.

Barcelona

0 10 20 40Km

N

Barcelona

0 10 20 40Km0 10 20 40Km

NN

Maresme

Contaminación Agrícola y Ganadera

Fertilizantes químicos, residuosganaderos, aguas residuales

δ15N, δ18O, δ34S, δ2H, δ11B

Contaminación Minera

Aguas ácidas, aguas salinizadas…

d34S, δ18O, δ2H

Benceno y derivados (BTEX),hidrocarburos aromáticos

policíclicos (HAPs), clorados…

δ13C, δ2H

Contaminación Industrial

¿Quiénes somos?Nuestra misión es proporcionar soluciones integrales,aplicando la última tecnología en análisis de isótoposestables y mineralogía, para la resolución deproblemáticas de gestión ambiental, autentificaciónde productos y estudios de durabilidad mineral enobra civil.

¿Dónde estamos?Departament de Mineralogia, Petrologia i GeologiaAplicada. Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de BarcelonaC/Martí i Franquès s/n, 08028 Barcelona, Spainhttp://www.ub.edu/minegeo/sara.herrero@ub.edu

Eficiencia de la Atenuación Natural Monitorizada (ANM) de tricloroetileno (TCE) en un acuífero

Eficiencia de una barrera permeable reactiva en la degradación de percloroetileno (PCE) en un acuífero

fCC ln01313 dd

ƒ = 0,93 Eficiencia: 7%

Ejemplos de aplicación implementados por el grupo MAiMA

δ13C = -21,5‰ δ13C = -19‰

ε

-9,5‰

PCE PCE

Biodegradación de compuestos halogenados volátiles

Agradecimientos

CC CC

ClCl

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

HH

CC CC

HH

HH

HH

HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH

CC CC

ClCl

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

HH

CC CC

HH

HH

HH

HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH

CC CC

ClCl

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

ClCl

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

ClCl

CC CC

HH

ClCl

HH

HH

CC CC

HH

HH

HH

HHPCEPCE TCETCE DCEsDCEs VCVC ETHETH

HCl 2e-

2H+2e-

2H+2e-

2H+HCl 2e

-

2H+HCl HCl

El cálculo del fraccionamiento

(ε) se realiza en experimentos

de laboratorio con el material

de la barrera (en este caso

hierro cero valente). Una vez

conocida la ε, se puede

determinar la eficiencia de la

barrera a escala de campo en

función del cambio en la

composición isotópica del PCE

e incluso diferenciarlo de los

cambios debidos a bio-

degradación natural (Audí-Miró

et al., 2015).

Referencias bibliográficas

La composición isotópica permite

determinar la fracción de

contaminante degradado. Un proceso

de dilución no modificará la δ, en

cambio la degradación del

contaminante sí. En este caso de

estudio se pudo determinar el

porcentaje de biodegradación de TCE

utilizando valores de fraccionamiento

bibliográficos (Palau et al., 2014).

δ13CTCE (‰)

B de 29 ± 6% a 16 ± 4%

No significativa

TCE inicial δ13C= -16.3

Eficiencia de una planta piloto de desnitrificación inducida in-situ

La composición isotópica permite cuantificar la eficacia de la

atenuación inducida “in situ”, en este caso de una planta de

desnitrificación. La planta de desnitrificación consiguió la

eliminación total de los nitratos a los 5 meses de tratamiento.

Se demostró la utilidad de los isótopos para calcular la eficacia

de la planta previamente a la eliminación total de nitratos

(Vidal-Gavilán et al., 2013). 020

40

60

80

100

120

140

160

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

NO

3-

(pp

m)

distance from injection (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

NO

3-

(pp

m)

distance from injection (m)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

NO

3-

(pp

m)

distance from injection (m)

IE 21 53

2 meses

4 meses

5 meses

NO

3-(m

g/l

)

Distancia (m)

• Audí-Miró, C. Cretnik, S., Otero, N., Palau, J., Shouakar-Stash, O., Soler, A., Elsner, M. (2013) Cl and C isotope analysis to assess the effectiveness ofchlorinated ethene degradation by zero-valent iron: Evidence from dual element and product isotope values. Applied Geochemistry, 32, 175-183.

• Otero, N., Torrentó, C., Soler, A., Menció, A., Mas-Pla, J. (2009) Monitoring groundwater nitrate attenuation in a regional system coupling hydrogeologywith multi-isotopic methods: the case of Plana de Vic (Osona, Spain). Agriculture Ecosystems and the Environment, V133, 103-113.

• Palau, J.; Marchesi, M.: Chambon, J.: Aravena, R.; Canals, A.; Binning, P. J., Bjerg P. L.; Otero, N.; Soler, A. (2014) Multi-isotope (carbon and chlorine)analysis for fingerprinting and site characterization at a fractured bedrock aquifer contaminated by chlorinated ethenes. Science of the TotalEnvironment, 475: 61-70

• Vidal-Gavilan, G.; Folch, A.; Otero, N.; Solanas, A.M.; Soler, A. (2013) Isotope characterization of an in situ biodenitrification pilot-test in a fracturedaquifer. Applied Geochemistry, 32, 153-163.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

-2 2 6 10 14 18 22 26 30 34

δ1

8O

-N

O3

(0/ 0

0)

δ15N - NO3 (0/00)

Osona Maresme

Mez

cla

fert

iliza

nte

sN

O3

-y

NH

4

NO3-

Suelo

NO3-

fertilizantesNH4

+

NO3-

fertilizantesNO3

-

NO3- purines

Límite potabilidad

0

5

10

15

20

25

30

-2 4 10 16 22 28 34 40 46 52 58

d15

N (0/00)

18O

(0/ 0

0)

E

PC-1

PC-2

PC-3

PC-4

PC-5

% DEN

Nitrificación NH4 orgànico

NO3

fertiliz.

NH4

fertiliz

.

NO3

suelo

99%

90%

80%

60%

40%

0

5

10

15

20

25

30

-2 4 10 16 22 28 34 40 46 52 58

d15

N (0/00)

18O

(0/ 0

0)

E

PC-1

PC-2

PC-3

PC-4

PC-5

% DEN

Nitrificación NH4+orgánico

NO3-

fertiliz.

NH4+

fertiliz

.

NO3-

suelo

99%

90%

80%

60%

40%

E21

53 4I

Extracción

Inyección

Pozos Monitoreo

No significativa

= -13.8 ‰ (Slater et al., 2001)

C12

C12

C13C13

C12

C12C13 C12

C12C12

C13C13

Origen

C13C12

C13C12

C12

C12

C12

C12

C13

C13C12

C12C12

C12C12

C13

C12 C12

C12

C12

C12

C12

C12C12

Degradación

1001000

10001[%]

ε

1000

0

d

d tB

El grupo de investigación MAiMA utiliza el análisis de isótopos estables para la evaluacióny el manejo de sitios contaminados por agricultura y ganadería, contaminación industrial yminera, así como para el diseño de estrategias sostenibles para su remediación.

𝑙𝑛δ13𝐶𝑡 + 1000

δ13𝐶0+ 1000=

ε

1000× 𝑙𝑛

𝐶𝑡𝐶0

δ13𝐶 [‰] =13𝐶/12𝐶𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟13𝐶/12𝐶𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

− 1 × 1000

http://www.ub.edu/minegeo/