\

www.BiorremediacionIndustrial.com

alternativas de bioremediación y sus aplicaciones

Home

Home

Fundamentos

 
Aplicaciones
 
The Library

 

 

 

Links

Aplicaciones

Envie su consulta consultas@engineer.com  hoy! 
 

B&B LatAm TOP 5

Dos ejemplos ilustrativos

Veamos a continuación dos casos concretos, simplificados pero extremadamente ilustrativos de la situación que se presenta en las instancias de contaminación de suelos. En el caso de una refinería o terminal es claro que vamos a tener oportunidades de bioremediación tanto en los lodos que generarán como en todo el entorno en que está emplazada la planta (aire, suelo, líquidos).

Caso Ilustrativo # 1: Contaminación de aguas subterráneas con tricloroetileno (TCE)
Durante varios años, tricloroetileno utilizado como agente de limpieza de maquinaria y a su vez "contaminado" con grasa y agua ha sido descartado y enviado "sistemáticamente" a lagunas de evaporación sin membrana impermeable de fondo, cercanas a la planta. Las características del terreno corresponden a suelo moderadamente arcilloso (10%) y contenido estimado de materia orgánica cercano a 3%. El acuífero se halla aproximadamente a 15m del fondo de las lagunas de evaporación, según la figura.

  


Pretenderemos determinar, en forma aproximada, los siguientes puntos:
a. estimación de la distribución de contaminante en las tres fases suponiendo que no haya biodegradación;
b. cuanto tiempo demoraría en llegar el contaminante a una estación de extracción/potabilización a aproximadamente 1.6 km del área "problema".

A grosso modo, lo que haremos será calcular el porcentaje de contaminante en cada fase, tomando como base lo que ocurre en digamos 1 m3 de "tierra contaminada". Antes de seguir adelante deberemos suponer, a sólo efecto de desarrollar los cálculos, un contenido volumétrico de humedad, e.g. 0.2 Asimismo, debemos considerar un valor de porosidad, típicamente entre 0.3 y 0.6 - elijamos para nuestro ejemplo 0.35.

Podemos entonces "disecar" el m3 de "tierra contaminada" como sigue:

Vw = volumen ocupado por agua = 1 m3 * 0.2 = 200 L
Va = volumen ocupado por aire, a partir de la definición de porosidad

Siendo que
porosidad = (volumen de agua Vw + volumen de aire Va) / volumen total V

resulta 
Va = volumen total * porosidad - Vw = 1 m3 * 0.35 - . 2 m3 = 15 m3

La cantidad total de contaminante está dada por
s * Gb * V + Cw * Vw + Ca * Va (I)
siendo
s = masa de contaminante adherida ("sorbed") por masa seca, sin unidad
Gb = masa de sólido dividido por volumen real ("dry bulk density")
Cw = concentración de contaminante en fase líquida, e.g. mg/L
Ca = concentración de contaminante en fase gaseosa

Antes de seguir adelante necesitamos introducir tres relaciones fundamentales
a. de la literatura de suelos, la distribución de contaminante entre la fase líquida y la sólida está regida por el coeficiente de distribución Ksd, dado por 
Ksd = s / Cw
b. el modelo de volatilización de dos películas ("thin film model") es aplicable, por lo que el cociente H de concentración de contaminante aire líquido obedece la ley de Henry, por lo que, en la interface resulta que
H = Ca / Cw
c. una buena estimación del coeficiente de distribución Ksd está dada por:
Ksd = c. 6.3 * 10^-7 * foc * Kow
siendo
foc = fracción orgánica (dato)
Kow = coeficiente de las concentraciones del contaminante específico, en octanol y en agua

Nos queda formalmente asumir un valor ilustrativo para Gb, e.g. 2070 kg/m3 y utilizando tablas de propiedades de contaminantes, tricloroetileno en particular, llevar a cabo la aritmética necesaria

Para simplificar un poco los cálculos, introduzcamos las relaciones presentadas en la ecuación (I) del balance de masa presentado anteriormente

s * Gb * V + Cw * Vw + Ca * Va (I)

s * Gb * V + Cw * Vw + H * Cw * Va (II)

Nos resta ahora recabar la información necesaria de las propiedades del tricloretileno y realizar operaciones. De (1) sabemos que:
H = 0.3 (constante de Henry)
solubilidad = 1100 mg/L
Kow = 240 ("partition coefficient")

Calculemos primeramente una estimación del coeficiente de distribución Ksd dada por:
Ksd = c. 6.3 * 10^-7 * foc * Kow = 6.3 * 10^-7 * 0.03 * 240 = 4.536 * 10^-6 L/mg = 4.536 * 10^-3 m3/kg

Por otro lado, podemos estimar que la cantidad de contaminante llegue a saturación de la fase líquida, siendo entonces:
Cw = concentración en fase líquida = solubilidad = 1100 mg/L

Por lo tanto resulta
s = Cw * Ksd = 1100 mg/L * 4.536 * 10^-3 L/mg = 4.9896 10^-3

Utilizando las unidades que consideremos más cómodas para trabajar, podemos expresar la ecuación(II) como:
4.9896 10^-3 * 2070 kg/m3 * 1 m3 + 1100 mg/L * 200 L + 0.3 * 1100 mg/L * 150 L = 
10.328 kg (masa contaminante adherido) + 0.22 kg (presente en fase líquida) + 0.066 kg (presencia en fase gaseosa)

Los correspondientes porcentajes resultan:
contaminante adherido a fase sólida: 10.328*100/10.614 = c. 97.4%
contaminante presencia fase líquida: 0.22 * 100 / 10.614 = c. 2.1%
contaminante presencia fase gaseosa: 0.066 * 100/10.614 = c. 0.5%

Distribución del constitutivo/contaminante en la matriz

contaminante adherido a fase sólida  97.4%
contaminante presencia fase líquida    2.1%
contaminante presencia fase gaseosa    0.5%


El resultado numérico obtenido es fundamental y bastante ilustrativo de la mayoría de las instancias. Surge entonces, como primera "inducción", casi inmediata, que cualquier abordaje en cuanto a remediación en el caso de un derrame NO consiste en simplemente extraer la fase líquida: el altísimo porcentaje de contaminante permanecerá adherido ("sorbed") y poco lograremos simplemente bombeando (inútilmente!) líquido con muy poco contaminante. Luego de 'modelar' nuestro problema y evaluando las alternativas de remediación esbozadas anteriormente, podemos pensar en que en el mejor de los casos, lograremos "despegarlo" para entonces recién dar lugar a la degradación biológica. Tendremos acá, aún en nuestro problema simplificado que considerar la suma de estos dos tiempos: el necesario para la separación y el de la biodegradación. Parte de muchos problemas de bioremediación consisten en que medida o tasa (tiempos!) pueda lograrse este prerequisito, i.e. "desorption" (12). Adicionalmente, debemos notar que los contaminantes pueden oscilar entre instancias fácilmente biodegradables (e.g. la mayoría de los constitutivos de las gasolinas) hasta situaciones más complejas involucrando contaminantes como MTBE ("Methyl tert-butyl ether"). El profesional interesado encontrará información muy valiosa en el sitio de contaminantes de la Universidad de Minnesota (10).

Veamos ahora el problema de la propagación del contaminante hacia pozos de extracción practicados en la vecindad de la zona contaminada.

Básicamente aplicaremos la ley de Darcy, suponiendo distintos valores posibles para la conductividad hidráulica. De los calculus surgirá claramente la importancia de caracterizar (o poder caracterizar!) el terreno de la mejor manera posible.

La velocidad superficial en un medio poroso está dada por:
Vs = - Kc * deltaH / deltaL
en nuestro caso:
deltaH = c. 15.2m
deltaL = c. 1600m

Según (1), la conductividad hidráulica Ks puede oscilar entre 10^-3 m/s para arenas gruesas y 10^-8 m/s para terrenos arcillosos. Luego, calculando para valores intermedios, logramos la siguiente tabla:

Kc (m/s) Vs (m/d) tiempo en llegar (años)
0.001 8.162 * 10^-1

5.5

0.0001 8.162 * 10^-2 54.8
0.00001 8.162 * 10^-3 547.6
0.000001 8.162 * 10^-4 5475.9
0.0000001 8.162 * 10^-5 54758.6
0.00000001 8.162 * 10^-6 547585.9

En nuestro caso, por las características del suelo (10% arcilla) es esperable valores del modelo simplificado entre el segundo valor (54.8 años) y el quinto (5475.9 años). Incidentalmente, no hemos considerado que la velocidad del contaminante en realidad deberá atenuarse con coeficientes de retardación, no calculados aquí pero explicados por las sucesiones de adsorción y desorción usualmente supuestas en los modelos. Teniendo en cuenta esta corrección (podría ser del orden de 10), la velocidad estimada de propagación del contaminante es sensiblemente menor. Asimismo, el comportamiento en el acuífero (con coeficiente de retardación probablemente entre 2 y 4) diferirá del comportamiento del contaminante en la zona no saturada.

Caso Ilustrativo # 2: Cálculo de la velocidad de un contaminante, teniendo en cuenta el coeficiente de retardación

Los resultados obtenidos en el ejemplo anterior, nos inclinarían tal vez a suponer, erróneamente, que la propagación de los distintos constitutivos/contaminantes es "lenta". El siguiente ejemplo, analizando una situación de pérdida continuada en un tanque de almacenamiento deteriorado, nos ilustra que el daño puede trasladarse sensiblemente más rápido, considerando otro escenario/juegos de datos posible:
Kc = 10^-3 m/s
DeltaH/deltaL = - 0.06
Gb = 1900 kg/m3
Foc = 0.01
Kow = 250
Porosidad theta = 0.25

La correspondiente velocidad superficial según Darcy:
Vs = - Kc * dh/dx = 10^-3 m/s * 0.06 * 60 * 60 * 24 = 5.184 m/día

El coeficiente Ksd está dado, como ya vimos antes, por:
Ksd = 6.3 * 10^-7 * foc * Kow = 6.3 * 10^-7 * 0.01 * 250 = 1.575 * 10^-6 L/mg = 1.575 * 10^-3 m3/kg

Coeficiente de retardación R:
R = 1 + Gb * Ksd / theta = 1 + 1900 kg/m3 * 1.575 * 10^-3 m3/kg / 0.25 = 12.97

Teniendo en cuenta la porosidad indicada, la velocidad del medio estará dada por :
V = Vs / porosidad = 5.184 m/día / 0.25 = 20.736 m/día = c. 21 m/día

Luego , la estimación de la velocidad del contaminante sera:
Vc = V / R = 20.736 m/día / 12.97 = c. 1.6 m/día

Como vemos, este valor es significativamente mayor que el manejado en el caso anterior. Surge entonces la pregunta: es esto grave? Nuestra respuesta probablemente dependerá de cuan lejos del lugar vivamos.

 

Búsqueda OnLine!
Buscar:
Palabras:   Todas
Algunas
Breves Conclusiones

Pretender que este simplificado material de buen fé constituya siquiera una síntesis de la problemática ambiental involucrando derivados de petróleo y sus posibles tratamientos sería fuera de los objetivos planteados. Por tanto, más que el asentamiento final de un aserto científico, este material sólo deberá considerarse como facilitador o punto de comienzo de una especialidad promisoria que presenta características de especial relevancia para la region, dado que concilia problemas reales existentes (e.g. industrias en los distintos escalones del sector petrolero, refinerías, terminales, líneas de combustible, estaciones de servicio - por todas partes!), con oportunidades de investigación 'científica' intense y no necesariamente requiriendo para su solución considerables inversiones de capital como las típicamente asociadas a los proyectos de saneamiento y efluentes. Asimismo, ciertas 'tecnologías', de bajo costo, son pasibles de ser en gran medida desarrollables/aplicables localmente , específicamente compostaje (27), land treatment y variantes de inyección/inducción de aire/oxígeno ya mencionadas mediante sopladores y/o bombas de vacío. Estos tres puntos - existencia real del problema, generación de oportunidades de trabajo, tanto calificado como no especializado, y alternativas de tratamiento biológico de bajo costo en varios contextos - conjugan una situación que no siempre se presenta en problemas de contaminación ambiental, cualquiera sea la fase involucrada. Es especialmente desafortunado entonces, cuando por desinformación involuntaria, se dan por 'saneados' problemas que en realidad permanecen irresolutos, e.g. mera extracción de fase líquida en una instancia de derrame de diesel.


www.incineradores.com - www.rellenosanitario.com - www.LodosActivados.com - www.AireacionExtendida.com

www.biofiltros.com - www.pretratamiento.com - www.floculadores.com - www.filtroprensa.com

www.LodosActivados.com

www.TorresDeEnfriamiento.com - www.CondensadoresEvaporativos.com

www.pretratamiento.com

www.PocketGoogle.com

www.VirtualGuild.Net