1. Tècniques de restauració
d’emplaçaments contaminats
ç
COLGEOCAT 09/05/2012
BLOC 1: PRINCIPIS GENÈRICS
Sessió 1. Recull de tècniques de restauració d’aigües subterrànies
Roberto Espínola Cazorla
Departament d C
D t t de Coordinació Hid
di ió Hidrogeològica i Recuperació d’A üíf
lò i R ió d’Aqüífers
Unitat de Recuperació i Millora d’Aqüífers
Agència Catalana de l’Aigua (ACA)
2. Íٷ
1. Tècniques Ex situ vs In situ
2. Tècniques Ex Situ
3. Tècniques In Situ
4. Rendiment
5. Taules resum
2
4. TÈCNIQUES EX SITU
Ex Situ : Implica l’extracció l’aigua subterrània del seu emplaçament
original per tractar-la
g p
GENERALITATS:
• Cal aportar energia externa (per bombar l’aigua)
• Tècniques més intrusives
• Produeixen transferència de contaminants
• Assoleixen nivells de qualitat més baixos
• Rendiments limitats
• Més cares de mantenir
4
5. TÈCNIQUES IN SITU
In Situ : no Implica l’extracció l’aigua subterrània del seu emplaçament
original per tractar-la
g p
GENERALITATS:
• No cal bombament (no E externa)
• Tècniques poc intrusives
• Poden aconseguir la destrucció total dels contaminats
• Poden actuar sobre fraccions adsorbides al sòl
• Poden assolir objectius de qualitat més ambiciosos
• Manteniment més econòmic
5
11. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
Restauració (extracció de contaminants del medi)
Objectius
Genèrics
Contenció dels contaminants (barrera hidràulica)
Zones de Captura
Pou a protegir
11
12. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
CONFIGURACIONS OPERATIVES: Bombament directe
ESPESSORS IMPORTANTS
DE FASE LLIURE
12
13. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
CONFIGURACIONS OPERATIVES: Doble bombament
ESPESSORS REDUITS
DE FASE LLIURE
Inconvenient: Grans volums
d’aigua a tractar
d’ i t t
13
14. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
Aspectes i
A t importants d l P
t t del Pump & T t
Treat:
• Àmpliament utilitzat 70s – 90s
p
• Eficaç per extreure una gran quantitat de contaminant dissolt en les fases inicials
d’ una restauració.
• Adient pels principals contaminants de les aigües subterrànies (Hcs i dissolvents)
• Generació de volums molt grans d’aigua a tractar.
• Gran dificultat per assolir objectius de qualitat ambiciosos (aigua potable)
potable).
• Poc efectiu per arrossegar LNAPL i DNAPL.
• A llarg termini comporta elevats costos de manteniment i d’operativitat.
• Efecte rebot
14
15. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
Efecte rebot: Cas real
EVOLUCIÓ DE LA
CONCENTRACIÓ DE PCE
Efecte rebot
Fase activa
(bombament)
15
17. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
Efecte rebot: Difusió en matriu (típic DNAPL)
( )
17
18. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
EDAR o similar
Gestió de
l’efluent
Abocament a medi: riu llera reinjecció a l’aqüífer
riu, llera, l aqüífer
18
19. Tècniques Ex Situ
SOIL VAPOR EXTRACTION
(SVE)
Extracció de gas del sòl mitjançant buit
Tractament de l’influent
Gestió de l’efluent
19
20. Tècniques Ex Situ
SVE
SOIL VAPOR EXTRACTION
+ (SVE)
-
Sistema económico
Reducción máxima 90%
Infraestructura sencilla
Poco efectivo a baja k
Aplicable bajo difi i
A li bl b j edificios, etc
t
Poco eficaz en medio anisótropo
Fácil combinación con otros sistemas
20
21. Tècniques Ex Situ
SVE
SOIL VAPOR EXTRACTION
(SVE)
Restauració (extracció de contaminants del medi)
Objectius
Genèrics Olors en edificis
Contenció dels contaminants:
Atmosferes explosives
21
22. Tècniques Ex Situ
AIR SPARGING + SOIL VAPOR EXTRACTION
(SPARGING + SVE)
Injecció d’aire en la zona saturada
j
Extracció de gas del sòl mitjançant buit
g j ç
Tractament de l’influent
Gestió de l’efluent
22
23. Tècniques Ex Situ
SPARGING + SVE
+ -
Sistema económico No aplicable con fase libre
Infraestructura sencilla Poco eficaz en acuíferos confinados
Fácil combinación con otros sistemas Poco efectivo a baja k, alta % arcilla
No
N requiere t t i t agua
i tratamiento Ineficaz en suelos estratificados
I fi l t tifi d
23
24. Tècniques Ex Situ
SPARGING + SVE
Versatilitat
en les
configuracions
24
25. Tècniques Ex Situ
AIR SPARGING + SVE + BIOVENTING
Injecció d’aire + nutrients en el subsòl
Extracció de gas del sòl mitjançant buit
g j ç
Tractament de l’influent
Gestió de l’efluent
25
26. Tècniques Ex Situ
SVE + BIOVENTING (+ AIR SPARGING)
Bioventing: Adició de nutrients per fomentar l’activitat biològica
26
27. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES SKIMMERS
Captació de producte lliure
Extracció manual del producte acumulat Extracció automàtica del producte acumulat
(SKIMMERS PASSIUS) (SKIMMERS ACTIUS)
Tractament de l’influent
Gestió de l’efluent
l efluent
27
28. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES SKIMMERS
Restauració (extracció de contaminants del medi):
• Adient per HC pesats i viscosos
Objectius
• Adient per fase lliure de poc gruix
Genèrics
• Fases finals d’una restauració
Contenció dels contaminants: Barreres absorbents (aigües superficials)
28
29. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES PASSIUS
SKIMMERS PASSIU
OLEÒFIL
O Ò
29
30. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES PASSIUS
SKIMMERS PASSIU
OLEÒFIL
30
31. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES PASSIUS
DETALL DEL CAPÇAL
SKIMMERS PASSIU SKIMMERS PASSIU
OLEÒFIL GRAVETAT
31
32. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES PASSIUS
SKIMMER ABSORBENT:
• Un cop saturat amb HC cal substituir-lo per un de nou
• Adient per hidrocarburs pesats i petits espessors d’ HC
p p p p
32
34. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES ACTIUS
La purga del HC
recuperat es f amb
t fa b
una bomba
pneumàtica
Bomba pneumàtica
de purga
34
35. Tècniques Ex Situ
SKIMMERS
SISTEMES ACTIUS
CINTA SENSE FI
Adient per HC pesats
35
36. Tècniques Ex Situ
DPE
EXTRACCIÓ MULTI FASE
(Dual Phase E t ti )
(D l Ph Extraction)
Extracció de fase gas i fase líquida
g q
Tractament de l’influent
T t t d l’i fl t
(ambdues fases)
Gestió de l’efluent
(ambdues fases)
36
38. Tècniques Ex Situ
DPE
EXTRACCIÓ MULTI FASE
BUIT FOCALITZAT BUIT EN CAPÇAL
(FASE LÍQUID-GAS) (FASE LÍQUID-GAS)
38
39. Tècniques Ex Situ
DPE
EXTRACCIÓ MULTI FASE
Aspectes i
A t importants d l DPE
t t del DPE:
p
• Combinació “millorada” de P&T + SVE: més flexible i operatiu
• Aconsegueix elevades taxes d’extracció: actua sobre Fase liure + dissolt + Gas
• Adient per medis de baixa permeabilitat
• Versàtil a l’hora d’acomodar-ho a les característiques del “Site”
• Dificultat per aplicar en llocs amb fluctuacions importants del nivell d’aigua
• Equip més car i tecnològicament més complex
• Manteniment més costós (dues línies de tractament)
• Poc aconsellable en medi d’alta permeabilitat (elevat volum d’aigua a tractar..)
39
41. Tècniques Ex Situ
TRACTAMENT
Processos Processos
P
fisicoquímics biològics
Separació per gravetat Bioreactors
Adsorció
Stripping
Precipitació/Coagulació/Floculació
41
42. Tècniques Ex Situ
Torre aireació: Stripping (típic COVs)
PCE, TCE,
PCE TCE BTEX
AGUAS CONTAMINADAS CON
COMPUESTOS VOLÁTILES
• S b b el agua a la parte alta
Se bombea l l t lt
de la torre stripping
• Se inyecta aire a presión en la
base de la torre stripping
pp g
• Los contaminantes se arrastran por la
acción del aire a contracorriente
• Se filtra el aire y el agua tratada en
carbón acti o (si es necesario)
activo
42
43. Tècniques Ex Situ
PUMP & TREAT
Tractaments: Stripping (típic COVs)
Material
• Inert (polipropilè)
• Genera elevada porositat
•G
Genera gran superfície d contacte
fí i de
43
46. Tècniques Ex Situ
SEPARADOR D’HIDROCARBURS
Entrada de l’influent
Decantació de sorres i
D t ió d
d’hidrocarburs
Gestió dels hidrocarburs
segregats
t
46
47. Tècniques Ex Situ
SEPARADOR D’HIDROCARBURS
Obturador per
flotació
SEPARADOR PER
COALESCÈNCIA
HC d
decantat
t t HC separat
Desarenador Filtre
47
coalescent
48. Tècniques Ex Situ
SEPARADOR D’HIDROCARBURS
Regulats per les normes:
Norma DIN 1999 y
normas europeas UNE-EN 858-1 y
UNE-EN 858-2
Rendiment de reducció de fins un 90%.
Concentració d’HC de sortida: ≤ 5 mg/l
g
48
49. Tècniques Ex Situ
CARBÓ ACTIVAT
Entrada de l’influent
(Gas o aigua)
Adsorció de
contaminants
Gestió del carbó saturat
Abocador Recuperació
tèrmica
49
50. Tècniques Ex Situ
CARBÓ ACTIVAT
Material amb elevada porositat
(diàmetre de poro >2 - <50 nm)
Material amb una molt elevada superfície específica
500 - 1500 m2/g
Elevada capacitat d’adsorció inespecífica (adsorbent universal)
Adient per adsorbir molècules apolars i de gran volum (HC)
Aplicable a tractaments de gas i de líquids
50
54. Tècniques Ex Situ
CARBÓ ACTIVAT
Especificacions
spec cac o s
tècniques
54
55. Tècniques Ex Situ
CARBÓ ACTIVAT
Regeneració del
carbó activat
Bàsicament per tractament tèrmic:
Destrucció de COVs adsorbits
Destrucció d’un 5-10% de C que cal reposar
El rendiment del carbó regenerat es lleugerament inferior
55
59. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ (+ Coagulació+Floculació)
Entrada de l’influent
Modificació de les característiques físiques i
químiques de l’aigua (pH, Eh..)
Variació de fase dels contaminants:
de dissolts a sòlids insolubles
Gestió de fangs
Abocador Recuperació
59
dels metalls
60. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
Col·loides: Partícules de molt baix diàmetre que romanen de forma permanent
en suspensió i que necessiten d’un canvi d’estat per poder agregar-se i
separar-se d l’ i
de l’aigua.
60
61. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
Coagulació: Procés d’alteració de l’equilibri de càrregues en la part més
superficial de les partícules col·loïdals per evitar el rebuig elèctric.
Partícula neutra en conjunt, però amb Partícula neutra en conjunt i en la seva part
la superfície elèctricament desequilibrada (carga -) més superficial 61
62. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
Substàncies Coagulants:
62
63. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
Floculació: Procés d’agregació de partícules (coalescència) per generar
flòculs de gran mida amb l’objectiu d’afavorir la seva segregació de l’aigua.
63
64. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ (+ Coagulació+Floculació)
La P
L Precipitació química és el procés tradicional per eliminar metalls
i it ió í i é l é t di i l li i t ll
pesats en aigües.
Els agents precipitants típics són: OH-, S= i a vegades C03-2
Els metalls s’ eliminen com:
Hidròxids
Sulfurs
Carbonats
64
65. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
La solubilitat dels metalls pesats en dissolució presenta un mínim,
generalment a pH alcalins.
Cr i Zn són amfòters, és a dir,
presenten una solubilitat alta tant
en condicions alcalines i àcides.
65
66. Tècniques Ex Situ
PRECIPITACIÓ + Coagulació+Floculació
Qualitat assolible i tipus de precipitació
66
68. Tècniques Ex Situ
GESTIÓ D’EFLUENTS
Gestió a Medi:
• a llera
• a curs d’aigua
•at
terreny
GESTIÓ EFLUENTS
• reinjecció a l’aqüífer
TRACTAMENTS
Gestió en infraestructura:
• a EDAR o similar
68
69. Tècniques Ex Situ
GESTIÓ D’EFLUENTS
GESTIO A MEDI:
Cal autorització de l’administració hidràulica (RDL 1/2001)
Model d’autorització d’abocament a Catalunya
d autorització d abocament
• L’organisme competent és l’ ACA
• Cal fer una “Declaració d’Abocament”
• Dades del titular (CCAE, raó social...)
• Breu resum del procés de generació
• Anàlisi quantitatiu i qualitatiu de l’aigua a abocar
l aigua
• Cabals i regim d’abocament (estacional, continu..)
• Coordenades del punt d’abocament
L’ACA autoritza o rebutja la sol·licitud
• Pot imposar controls específics
• L sensibilitat d l punt d’ b
La ibilit t del t d’abocament pot condicionar l resposta d
t t di i la t de
l’administració. 69
70. Tècniques Ex Situ
GESTIÓ D’EFLUENTS
GESTIO A MEDI:
Reinjecció:
• La injecció dels efluents de tractament en l’aqüífer facilita les alternatives
l aqüífer
de gestió.
• Generació d’un circuit tancat que “renta” la zona focus.
Inconvenients:
• Modificacions dels equilibris piezomètrics
• Mobilització Incontrolada de massa contaminant.
• Ineficàcia del bombament per no captació del plomall en la seva totalitat
70
71. Tècniques Ex Situ
GESTIÓ D’EFLUENTS
GESTIO A EDAR:
Cal autorització de l’administració actuant
Les administracions actuants poden ser:
ACA
Ajuntaments
Entitats Supramunicipals:
• Entitats Metropolitanes
• Consells Comarcal
Regulat pel Decret 130/2003 “Reglament dels serveis públics de
sanejament”
Les administracions actuants poden imposar límits més restrictius 71
72. Tècniques Ex Situ
GESTIÓ D’EFLUENTS
GESTIO A EDAR:
Límits abocament Decret 130/2003
72
73. Tècniques Ex Situ
GESTIO A EDAR:
GESTIÓ D’EFLUENTS
Límits abocament Decret 130/2003
73
75. Tècniques In Situ
A) BIOREMEDIACIO
B) ATENUACIÓ NATURAL MONITORITZADA (ANM)
C) BARRERES REACTIVES PERMEABLES (BRP)
D) OXIDACIÓ QUÍMICA In Situ (ISCO)
75
76. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
“Tècnica l’objectiu de la qual és la degradació, transformació i/o
Tècnica l objectiu degradació
immobilització dels contaminants mitjançant processos biològics”
Empra microorganismes autòctons de l‘ aqüífer.
Por fer
P f servir microorganismes aliens a l’ üíf però especialitats en el
i i i li l’aqüífer ò i lit t l
contaminant objectiu (Bioconcentració).
Es poden alterar les condicions naturals de l‘ aqüífer per afavorir
el metabolisme microbià, Ex: adició de nutrients, de substrat (Bioestimulació).
76
77. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
ACA
“Guia de bioremediació d’ HC derivats
del petroli”
p
77
79. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
AVANTATGES
Es pot destruir completament el contaminant (restarien els productes
de degradació)
No hi ha transferència de contaminants
Generalment és més ràpid que el P&T
Generalment més barat que d’altres alternatives
Pot tractar contaminants adsorbits i dissolts
Pot actuar a la zona focus i al llarg del plomall d’afecció
d afecció
79
80. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
INCONVENIENTS
A vegades no s’assoleix la destrucció total dels contaminants
s assoleix
Es poden generar compostos més tòxics que l’inicial
Alguns contaminants són resistents a la biodegradació
Alguns contaminants poden ser tòxics pels propis microorganismes
Proliferació incontrolada de microorganismes
La biodegradació de compostos orgànics pot ocasionar la mobilització
d’espècies inorgàniques com As o Mn
L’alteració de les condicions redox de l’aigua o de l’abastament de sustrat
g
pot afectar l’efectivitat aigües avall
80
82. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
DESHALOGENACIÓ
DESHA OGENACIÓ REDUCTIVA
Es requereixen condicions reductores en el medi
El DNAPL actua com a receptor d’electrons
Cal un donador d’electrons efectiu i evitar en el que sigui possible la
d electrons
competència d’altres acceptor d’electrons (nitrat, sulfato, O2, CO2, Fe+3)
82
83. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
DESHALOGENACIÓ
DESHA OGENACIÓ REDUCTIVA
Donadors d’electrons són: lactat, etanol, glucosa..
, ,g
Cal tenir cura de que el procés sigui complet (evitar CV).
Els compostos “fill” presenten valor Koc progressivament menors (baixa
capacitat d’adsorció i major solubilitat = més facilitat per la seva remoció)
d adsorció remoció).
Cometabolisme: Quan el compost objectiu es degradat per una enzima
(cofactor) generada durant el metabolisme d’un altre compost. En aquest
cas la degradació del DNAPL no rendeix cap benefici a l’organisme.
83
84. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
BIOREMEDIACIÓ DE COVS x NO HABITUAL HABITUAL
84
85. Tècniques In Situ
BIOREMEDIACIÓ
CONFIGURACIÓ DE SISTEMES DE RESTAURACIÓ
Gran variabilitat segons les particularitats de l’emplaçament objectiu:
Ex: Biobarreres
Injecció de nutrients i 02
mitjançant piezòmetres per
mineralitzar contaminants
en medi aeròbic
aeròbic.
85
86. Tècniques In Situ
ATENUACIÓ NATURAL MONITORITZADA
Conjunt de processos naturals físics, químics i biològics que
contribueixen a reduir o atenuar les concentracions de contaminants.
Inclou processos:
• No destructius: dispersió, dilució, sorció, immobilització, volatilització
•D t
Destructius:
ti decaïment
d ï t radioactiu,
di ti hidròlisis,
hid òli i i transformació
t f ió i
degradació biològica.
86
91. Tècniques In Situ
ATENUACIÓ NATURAL MONITORITZADA
METODOLOGIA I ENFOC
Fase I. Model conceptual i avaluació preliminar del cas: descripció detallada
del cas, incloent-hi informació de la font de contaminació, del flux subterrani
, ,
i la hidrologia, i l’extensió i transport dels contaminats, així com de l’entorn i
dels receptors potencials.
Fase II. avaluació de l’atenuació: aplicació i desenvolupament de les línies
d’evidència que mostrin i quantifiquin el comportament del plomall.
• Lí i d’ idè i primària: sèries d d d
Línia d’evidència i ài èi de dades espacials i t
i l temporals per conèixer
l èi
l’estabilitat, expansió o retracció del plomall.
• Línies d’evidència secundària: dades geoquímiques que evidencien la transformació
es d e dè c a secu dà a geoqu ques e de c e a t a s o ac ó
dels contaminats al medi.
• Línies d’evidència opcionals: dades microbiològiques, assaigs de laboratori, o altres
tipus d’
ti d’assaig que aportin altres i di i d’ t
i ti lt indicis d’atenuació d l contaminants
ió dels t i t
91
92. Tècniques In Situ
ATENUACIÓ NATURAL MONITORITZADA
METODOLOGIA I ENFOC
Fase III. Monitoreig a llarg termini: verificació i seguiment de l’atenuació;
detecció de canvis punts d’alarma i/o assoliment dels objectius de
canvis,
remediació. En cas que s’assoleixin els objectius, podrà finalitzar-se el cas.
92
98. Tècniques In Situ
ATENUACIÓ NATURAL MONITORITZADA
PARÀMETRES A
CONTROLAR
98
99. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
Intercepció del flux d’aigua subterrània
Actuació sobre el contaminant objectiu
(zona reactiva)
Gestió de fangs
Monitoreig de l’eficàcia
99
100. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
Model
conceptual
100
101. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
CARACTERÍSTIQUES
Í
Mètode passiu (no cal aportar energia)
p ( p g )
No hi ha transferència de contaminants a altres medis
Tecnologia assequible
No hi ha emissions de CO2 emissions
Costos de manteniment baixos
PROCESSOS
Deshalogenació reductiva
g
Redox
Millora biorremediació
Sorció
S ió
Control pH
101
109. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
TRACTAMENT DE COVs HALOGENATS AMB ZVI (Feo)
REDOX
Fe :
Feº: e- donnor
DNAPLs: e- acceptor
109
110. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
TRACTAMENT DE Cr VI
Reducció de Cr+6 a Cr+3 mitjançant Feo i precipitació d hidròxids
d’hidròxids
110
111. Tècniques In Situ
BARRERES REACTIVES PERMEABLES
Material
M t i l reactiu: F o
ti Fe
111
112. Tècniques In Situ
Rasa d’intercepció:
Material reactiu: Feo 3%:
112
113. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA In Situ
Adició de compostos d’alta capacitat oxidant
Destrucció i/o transformació dels
D t ió i/ t f ió d l
contaminants
Monitoreig de l’eficàcia
113
118. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA
Permanganat: MnO4-
PCE
TCE
DCE
CV
MnO2 (sòlid): = Pèrdues de permeabilitat en la BRP
118
119. Tècniques In Situ
Reacció Fenton OXIDACIÓ QUÍMICA
·OH: radical hidroxil. Oxidant inespecífic molt reactiu.
Te molt baixa capacitat de mobilització: implica que H2O2 i Fe+2 han d’estar
alhora en el matei lloc
mateix lloc.
Es fan servir estabilitzants per perllongar la capacitat reactiva del H2O2 i Fe+2
119
120. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA
Reacció F t
R ió Fenton
Avantatges
120
121. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA
Reacció F t
R ió Fenton
Limitacions
121
122. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA
Configuracions operatives: Recirculació
122
123. Tècniques In Situ
OXIDACIÓ QUÍMICA
Configuracions operatives: Allib
C fi i ti Alliberador puntual d’ id t
d t l d’oxidant
123