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El Objetivo
El objetivo común de los distintos sistemas consiste en la conversión o transformación de los compuestos contaminantes en agua, anhídrido carbónico (CO2) u otro gas o sustancia
inorgánica y masa celular. Dicho de otra manera, suministrar o
garantizar un entorno 'artificial' a los efectos de replicar fenómenos
que ocurren en la naturaleza . Por lo tanto, son aplicables todos los conceptos "clásicos" de degradación o digestión biológica, como por ejemplo, puede encontrarse en textos universitarios fundamentales (3). En ciertos casos, esta definición de trabajo puede incluir o consistir en la inmovilización del contaminante. Afortunadamente, la mayoría de los derivados de petróleo son relativamente fáciles de degradar y por lo tanto razonablemente pasibles de ser resueltos por las distintas alternativas de bioremediación (1).
Como ilustración de lo que está "ocurriendo en el mundo real", las dos figuras adjuntas (Fig. 1 y Fig. 2), nos muestran el mapa de una instancia de contaminación, indicando la distribución de concentraciones a nivel de superficie y a aproximadamente 50 cm de profundidad. Lamentablemente no siempre se puede contar con una 'radiografía' tan concreta del problema, en muchos casos porque el problema reside a profundidades significativamente mayores, en otros casos porque no es practicable o accesible la zona afectada (debajo de construcciones), y en muchos casos, porque simplemente no se dispone de una infraestructura mínima para llevar a cabo la
tarea.
 Fig. 1  Fig.
2
En este caso concreto, el tratamiento elegido sería probablemente el retiro del material contaminado para su posterior
compostaje, ya sea en zonas especialmente acondicionadas, de relativa gran extensión pero con bajos requerimientos de energía, o alternativamente, en
biocomposteras, sistemas cerrados, relativamente intensivos del punto de vista energético y selectivos en sus aplicaciones debido a la también relativamente importante demanda de capital inicial. Estos últimos (sistemas 'cerrados') permiten sin embargo un marcadamente mayor control de proceso (ciclos de aproximadamente 20-26 días), dado que pueden utilizar, por ejemplo, dispositivos auxiliares para fomentar un mejor contacto y distribución uniforme ("blending") entre microorganismos, aire/oxígeno, nutrientes, contaminante o constitutivo objetivo. Dado que estos sistemas no están expuestos a la intemperie, se minimiza la disipación de calor y el control de la temperatura y la oxigenación es lograble por ventilzación forzada. Por otro lado, el carácter cerrado de estos sistemas permite un óptimo control de emisiones (típicamente suplementado con biofiltros de dimensiones menores que otras alternativas) así como la eliminación de lixiviados ("leaching") tanto en el terreno de la planta com en zonas aledañas y napas de agua subterránea. Con la creciente presión de los 'marcos regulatorios', estos dos últimos factores no son nada despreciables cuando se evalúa el problema en forma global. Estos sistemas están especialmente recomendados para tratar, por ejemplo, los lodos procedentes de celdas de decantación o flotación de refinerías y/o terminales localizadas en zonas de gran concentración urbana o con extremadamente baja disponibilidad en cuanto a área adjudicable para la planta de
tratamiento.
Fig. 3
Biocompostera (gentileza de DBS Manufacturing)
Tratamientos In-Situ vs. Tratamientos Ex-Situ
Como la denominación lo sugiere, el tratamiento de la masa contaminada puede intentar realizarse
in situ, i.e. sin excavación y/o transporte, o de modo ex situ, típicamente retirando el material contaminado y procediendo a su tratamiento en tanques o zonas especialmente adecuadas.
Muy brevemente, tratamientos in situ (1, 4, 12, 13, 14) pueden pretender llevar a cabo la degradación del contaminante en el lugar, con varias alternativas posibles, dictadas un poco por la cantidad de material afectado, las produndidades involucradas y/o otras restricciones, e.g. disponibilidad de recursos, el plazo de tiempo en el cual se debe resolver el problema, los valores límite a los que debemos llegar, las características del terreno, e.g. arcilloso, poroso, existencia de fracturas. Las técnicas elegidas pueden variar, por ejemplo, si el contaminante reside en zona no saturada ("vadose zone") o si el problema ya afecta zonas de acuífero/napa. De modo muy grosero, los distintos procedimientos se centran en el mantenimiento de condiciones óptimas para el desarrollo de microorganismos: niveles adecuados de oxígeno, contenido de humedad apropiado, balance proporcionado de nutrientes y eventuales promotores de biodegradación. Así, el suministro de oxígeno, por ejemplo, puede plantearse mediante flujos de aire forzado (mediante sopladores) o inducido (mediante bombas de vacío); o bien inyección o percolado de soluciones conteniendo NO3 o H2O2.
Algunas de las consideraciones para tratamientos in situ también se aplican para los tratamiento
ex situ (1, 4, 12, 14), que como dijimos consisten en la reubicación del material (costos asociados y riesgos involucrados en el transporte!) y posterior tratamiento en zonas o recipientes especialmente adecuados. Así por ejemplo, podríamos pensar en tratar la masa contaminada en reactores biológicos batch (SBRs) o semi-batch, una especie de fase líquida ("slurry phase"), en tanques o piletas similares a los existentes en las plantas de tratamiento municipal (1, 4, 12). Comparado con otras alternativas de tratamiento, este sistema, en el que el tratamiento transcurre en condiciones saturadas (el material contaminante o constitutivo se mantiene en suspensión en un medio acuoso), permite generalmente el máximo contacto entre los constitutivos: contaminante, biomasa, oxígeno, agua y nutrientes. Según la definición de cada uno, en ciertas instancias esta alternativa ("slurry phase") puede llevarse a cabo in situ. De todas maneras, lo que queremos acá es reconocerlo como el familiar tratamiento biológico, implementable con por ejemplo sistemas de aireación difusa o unidades de superficie, en el cual, al igual que en los sistemas de efluentes municipales e industriales, deberemos simultáneamente suministrar y distribuir oxígeno, lograr buenos niveles de mezcla (e.g. máx. +/- 10% de discrepancia en SS en cualquier punto) y mantener en suspensión la biomasa de forma de llevar a cabo exitosamente el tratamiento. El material contaminante estará presente tanto disuelto (< c. 0.45 µm) como adherido a superficies y sólidos. Según la cinética de la reacción, lenta o rápida, deberán plantearse distintos balances de masa para la fase líquida y para la fase adherida (1). Podría por ejemplo asignarse 3 g de oxígeno por cada g de diesel y aplicar los cálculos habituales en el dimensionado de sistemas de aireación. Obviamente en estos casos el cálculo de la potencia en el freno (brake horsepower) para mixing deberá ser realizado de forma más cuidadosa, pues podemos teer contenido de sólidos típicamente entre 5 y 20%, e incluso hasta 50% por tanto es importante considerar las recomendaciones de diseño específicas (1).
Fig. 4. Sistema de aireación difusa (gentileza de Environmental Dynamics,
Inc.)
Distintas alternativas de tratamiento ex situ en la denominada fase sólida, incluirían
land treatment y compost, siendo el modo de aireación el factor distintivo.
Los procedimientos de land treatment (1, 4, 5), inspirados en los practicados por siglos por los agricultores, básicamente consisten en aplicar y distribuir la masa contaminada en zonas especialmente confinadas (preparadas con liners de fondo, sistemas de drenaje y monitoreo, almacenamiento de líquido, entre otros) e integrarla a la matriz, suministrando aire mediante equipamiento similar utilizado en la producción: tractores, arados. El tratamiento puede realizarse también in situ o mediante la utilización de zonas especialmente acondicionadas como por ejemplo playas de estacionamiento de plantas abandonadas. Si bien los beneficios incluyen bajo requerimiento de capital inicial y costos operativos, involucran necesariamente grandes áreas no siempre disponibles y frecuentementemente altas tasas de volatilización que podrán o no ser aceptables, según los criterios aplicables y/o vigentes. Adicionalmente, sólo son inmediatamente aplicables a instancias de contaminación con profundidades alcanzables con los implementos agrícolas convencionales (entre 15 y 50 cm).
Las alternativas de compostaje (1, 4, 5, 6, 15, 27, 29), pueden incluir configuraciones de largas y altas (e.g. 5m) filas de material ' a cielo abierto' como así también tratamientos en recintos especialmente equipados (Fig. 5) o recipientes cerrados. En los sistemas de biopilas, la alimentación de oxígeno puede realizarse mecánicamente al redistribuir el material de las pilas ("windrows"), o pasivamente, mediante la inyección de aire mediante tubos perforados ("static piles"). En comparación con el sistema de tratamiento anterior (land treatment), las plantas de compostaje requieren considerablemente menos superficie de terreno. Como resultado del proceso, resultan productos biológicamente estables (e.g. humus), si bien no estrictamente en calidad de fertilizantes, pero de utilidad para procesos productivos, e.g. acondicionador o mejorador de suelo. Al igual que land treatment los requerimientos energéticos son bajos en el caso de compost a 'campo abierto'. Si bien pueden plantearse problemas de emisión, es una alternativa notablemente más económica y mucho más simple que una incineración indiscriminada. Según la alternativa seleccionada, el mantenimiento puede ser significativo o no. Finalmente, las alternativas de biocomposteras o sistemas cerrados, ya han sido
comentados.
Fig.
5 Líneas de compost mecanizado (gentileza de US Filter)
En cuanto a las alternativas de compostaje en general y su promisorio potencial (27), son extremadamente interesantes los comenatios de Savage et (15) dentro del contexto de manejo y tratamiento de residuos peligrosos: " A pesar de sus limitaciones, el sistema de compost es actualmente competitivo con las alternativas de incineración y/o rellenos sanitarios como un medio de disposición de residuos resultantes de actividades agropecuarias, sólidos municipales contaminados y barros de refinerías de petróleo. Adicionalmente, es [altamente] probable que continúe manteniendo su posición competitiva. Este pronóstico se explica cuando uno compara las ventajas y desventajas inherentes de los sistemas de compost con las características de los métodos físicos, químicos y térmicos alternativos (e.g. incineración, rellenos sanitarios). Los mismos criterios [económicos] que favorecieron la expansión de los sistemas de aplicación de lodos municipales y el correspondiente declinio de las instancias de incineración argumentan a favor de los sistemas de compostaje de residuos agrícolas [peligrosos] y barros de petróleo. Las dimensiones del problema, el factor característico de los residuos agrícolas, hacen al tratamiento por compost económicamente más atractivo que la disposición utilizando incineración. Los costos y las dificultades involucradas en los intentos de incinerar barros de petróleo han derivado en la búsqueda de alternativas a la incineración. El éxito experimentado en el tratamiento de [estos] lodos por landfarming y los resultados obtenidos en la investigación de compostaje de barros de petróleo apuntan a los sistemas biológicos de compost como una atractiva alternativa".
En muchos casos, aún cuando se haya logrado un alto grado de biodegradación, puede requerirse el procesado biológico de contaminantes arrastrados en los caudales de aire, como resultado de cierto porcentaje de volatilización (e.g. intencional con el sistema SVE, i.e. "soil vapor extraction"; fracción indeseada en el caso de tratarse de una implementación de tipo tratamiento biológico) siendo entonces aplicables los [eventualmente] [posteriores] tratamientos biológicos fase gaseosa utilizando biofiltros o biotrickling filters, similares a los filtros percoladores o trickling filters. Al igual que en estos últimos, el tratamiento del contaminante se lleva a cabo por la formación de films de biomasa que se desarrollan en el interior de las torres (1, 4, 17), siendo aceptables soportes sintéticos (e.g. packing random o estructurado) como también material de compost y otros materiales. En el caso de los biofiltros, el constitutivo/contaminante 'reside' inicialmente en la fase gaseosa y luego disuelve para ser asimilado por los microorganismos, mientras que en los percoladores habituales, el contaminante está mayoritariamente inicialmente ya disuelto en el líquido a
tratar.
Contaminación de Napas Freáticas
Lamentablemente, en muchas instancias, la contaminación no se reduce a zonas relativamente superficiales o acotadas. En muchas situaciones, el material contaminante se encuentra presente en los reservorios naturales, acuíferos, que frecuentemente alimentan la cadena de abastecimiento y consumo humano de agua. Para las poblaciones en las cuales el suministro de agua potable se realiza a
partir de aguas subterráneas, e.g en oposición a aguas de superficie, esto se presenta como un muy grave problema y de difícil solución. Lo que comentaremos brevemente a continuación es la remediación de las aguas, no la potabilización o recuperación de las mismas.
Dentro de las alternativas para remediación de aguas subterráneas (1, 4, 5, 12) podemos mencionar la secuencia bombeo, tratamiento y reinyección y por otro lado, aireación de la masa acuosa.
La alternativa de secuencias bombeo, tratamiento y reinyección ("pump/treat/reinject"; combinación ex-situ in-situ) consiste en la extracción por bombeo de líquido de la napa contaminada, posterior tratamiento del mismo mediante plantas de tratamiento convencionales, red de saneamiento o disposición, y eventual agregado de oxígeno y nutrientes en el caso de su devolución al acuífero para promover la remediación in situ.
Las alternativas de aireación de la masa acuosa (air
sparging), consisten en un tratamiento análogo a un tratamiento biológico convencional, mediante la incorporación forzada o inducida de aire, de manera de mantener un nivel adecuado de oxígeno disuelto para posibilitar la actividad biológica. De manera muy simplificada, puede consistir en inyección de aire por medio de sopladores a una línea de aire al acuífero.
Contaminación de Zonas No Saturadas
Dentro de las alternativas para el tratamiento de zonas no saturadas (1, 4, 5, 12, 16), podemos destacar:
- volatilización inducida y posterior tratamiento de la vena de aire (SVE o "soil vapor extraction"), en el caso de contaminantes volátiles; en este caso puede dar lugar a un tratamiento biológico posterior del contaminante en fase gas, por ejemplo, mediante la utilzación de biofiltros o biotrickling filters;
- biodegradación en el lugar mediante el suministro de aire a la zona no saturada de manera de promover la degradación in situ, en el caso de contaminantes menos volátiles ("bioventing").
Distribución característica del contaminante en la matriz
Parte de lo específico a los problemas de bioremediación consiste en la característica distribución de los contaminantes. En el caso de tratamientos convencionales de líquidos residuales y efluentes industriales, aún en refinerías y terminales, típicamente el contaminante está "accesible" en el caudal a tratar. En estos casos, ya populares, frecuentemente previo al proceso biológico, pretendemos sucesivamente separar contaminante por gravedad (masa sedimentable, e.g. tanques API en las plantas de efluentes de refinerías) y/o flotación en unidades DAF (una vez "rota" la emulsión, y al liberarse el líquido presurizado, burbujas de aire arrastran el contaminante como una especie de elevador o ascensor, basándose en la ley de Henry para gases de baja solubilidad). Dependiendo del caso en cuestión, nos restaría por procesar el contaminante disuelto (digamos en forma arbitraria < 0.45 µm), mediante por ejemplo sistemas de aireación difusa. Este tren de tratamiento tiene los mismos habituales procesos unitarios presentes en plantas de tratamiento de efluentes
convencionales.
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