Modelo de remediación de subsuelos contaminados con gasolina

Resumen

Se construye un modelo físico a escala para evaluar la eficiencia de remediación de suelos y acuíferos contaminados con gasolina. El mecanismo de simulación consiste en la técnica resultante de la fusión de la metodología activa ‘Air Sparging’ (AS o inyección de aire) con el tratamiento alternativo ‘Extracción de Vapores del Suelo’(EVS o SVE), y se aplica en el presente estudio a dos Escenarios de remediación: un derrame ocurrido en zona no saturada, cerca del nivel freático; y una inyección en zona saturada. Un mo-delo conceptual de fácil aplicación in situ es el resultado de la investigación. Adicionalmente se evalúan fac-tores influyentes sobre el mecanismo de remediación y se monitorea la posibilidad de contaminación del agua subterráneas partir de derrames de gasolina en superficie.

1 INTRODUCCIÓN

Cuando el producto combustible sale Cuando el producto combustible sale de la capa de seguridad que debe rodear al tanque de almacenamiento se comienza a dar un proceso de transporte y dispersión del contaminante en el medio poroso. Este puede llegar al nivel freático o quedarse adsorbido en la zona no saturada. Cuando se transporta hacia el acuífero obedece a fuerzas gravitacionales y a las propiedades del suelo. Al llegar a la zona saturada, el hidrocarburo puede disolverse (en el caso de solventes miscibles), resuspenderse formando una pluma (en el caso de hidrocarburos de baja densidad o LNAPL) o acumularse en el fondo (hidrocarburos de alta densidad o DNAPL) de la zona saturada que hace parte de un acuífero.

En la presente investigación se trabajará con gasolina, compuesto hidrocarburo de baja densidad. Se estudiará el comportamiento de derrames en tres Escenarios diferentes bajo el efecto de remediación in situ por medio de la combinación de dos técnicas:

Extracción de Vapores del Suelo (EVS) y Aspersión de Aire (AS). Los tres Escenarios obedecen, en or­den cronológico, a un derrame en superficie, uno en la zona no saturada, y una inyección bajo el nivel freático.

La finalidad es la obtención de un modelo conceptual acompañado por expresiones matemáticas obtenidas analíticamente a partir del principio de conservación de masa e información experimental. El mecanismo de investigación es un modelo físico experimental en el que se simulará cada derrame y se aplicará la técnica de remediación bajo ambiente y tiempo controlados. Se es conciente de que el modelo físico actuará como un reactor dentro del cual ocurrirán procesos físicos, químicos y biológicos. Sin embargo, no todas las variables serán monitoreadas. Los parámetros de interés son aquellos directamente relacionados con la atenuación del contami­nante debido a la remediación impuesta. No se niega la existencia de un componente de atenuación natural debido a biodegradación de la gasolina. Por el contrario, se afirma que ésta última y otras variables no monitoreadas estarán implícitas en los resultados. Gracias a su propiedad de volatilización, la gasolina podrá ser extraída de la matriz del acuífero a lo largo de un ciclo completo de remediación basado en un intervalo de tiempo definido. Durante este ciclo se medirá el grado de remoción del contaminante en términos de tasas de remoción másica, se caracterizará su comportamiento con relación a las condiciones de operación, se hallará la cinética de la remediación en términos matemáticos, y se proyectará para su aplicación in situ. También se evaluará el riesgo asociado con cada Escenario de remedia­ción para tomar medidas de prevención de daños al medio ambiente, adicionales al derrame previo.

La remediación pretende hacer posible el mejora-miento de las condiciones ambientales para el ser humano y su entorno, un nuevo uso del suelo y la explotación del acuífero para fines de consumo.

2 MODELO FÍSICO

2.1- Modelo con miras a obtención de un modelo matemático

Se trata de un modelo bidimensional que opera dinámicamente. La funcionalidad matemática ocurre al considerar la cápsula de vidrio como tres volúmenes de control que operan en conjunto (Figura 1).

A la izquierda, el volumen de control (V.1) opera como almacenamiento de agua para alimentar el sistema y mantener constante la cabeza del acuífero. El volumen de control No. 2 (V.2) es el acuífero que contendrá el escenario de remediación. El escenario constituye un derrame específico de contaminante, con cierto arreglo de pozos y una matriz de suelo previamente caracterizado. A través de orificios en la lámina que divide V.1 de V.2, el agua pasa lentamente (atravesando una capa de tela asfáltica que le impone resistencia) hacia V.2. El tercer volumen de control está ubicado a la derecha. V.3 permite el flujo de agua entre V.2 y el exterior a través de una lámina perforada (igual a la existente entre V.1 y V.2) protegida con una malla de acero inoxidable con diámetro de abertura 0.5mm (tamiz No. 40).

El flujo a través del acuífero se caracteriza por ser estacionario, de modo que el caudal de salida del V.3 debe ser equivalente a la tasa de carga del pri­mer volumen de control.

Es necesario tener en cuenta que el mecanismo de transporte del soluto incluye factores abióticos im­portantes como la advección, dispersión, adsorción, dilución, la volatilización, la hidrólisis y reacciones químicas. El hallazgo de la dispersividad en cada di­rección, de la velocidad de flujo advectivo, y de la velocidad retardada del contaminante, permitirá aco­plar una ecuación de flujo tal que:

donde los términos entre corchetes son los factores abióticos y Er_m son todas aquellas reacciones propias e intrínsecas a la remedición (factores inducidos), por lo cual el cambio total de concentración en el tiempo se verá afectado por los mecanismos de remediación que se implementarán. Estos podrán sumarse en términos del gradiente de concentración d [ TPH ] dt medido en V.2. La Ecuación 1 sugiere el comportamiento dinámico del contaminante en el sistema y es la pauta para el hallazgo de una repre­sentación en términos matemáticos.

2.2 Montaje

Transporte: mediante el monitoreo del movimiento de la pluma de contaminante en una cuadrícula centimétrica trazada en el frente de la cápsula de vidrio será posible encontrar las variables experimentales que determinan el transporte del contaminante.

Con el fin de observar el movimiento de la gaso­lina se adiciona un trazador de naturaleza orgánica. Se probaron dos sustancias distintas (antraquinona y Rhodamina B, ambas insolubles en agua) llamadas comercialmente Oil Blue 2B y Oil Pink FB respectivamente. Estas sustancias son reactivos en polvo al­tamente concentrados y solubles en gasolina; son fa­bricadas en Taiwan por la casa química SIC Chemicals®.

Sellado: con el fin de evitar la volatilización no contabilizada a través del área superficial del modelo es necesario simular una capa que cumpla la función de impermeabilizante o barrera de gases (similar a la función del asfalto y en general toda la estructura del pavimento en una estación de servicio). Para este fin se eligió una cama de plástico transparente seguida de una capa de plastilina.

Todos los pozos de muestreo cuentan con un sistema de aislamiento del suelo hecho en material de algodón sintético (huata) para evitar el paso de partículas finas hacia la bomba de succión de vapores y hacia el Monitor Portátil de Gases (Figura 2).

Para el sellado de pozos de muestreo de gases, de inyección de aire y de extracción de vapores, se instalaron barreras de caucho alrededor del aislamiento de huata y cerca de la superficie. El cabezal de cada pozo es rodeado con plastilina.

Adicionalmente, los cabezales de los pozos de inyección de aire cuentan con racores que permita la entrada o salida de aire únicamente en caso de entrar en contacto con una contraparte sometida bien sea a presión de aire o a succión.

Los pozos de inyección de aire (AS o air sparging) son tubos de cobre flexible de diámetro de 3/8” y se encuentran soldados con precisión a los racores.

Control: los caudales de suministro de agua (en V.1) y evacuación (V.3) se controlan por medio de pequeñas válvulas de riego graduadas de tal forma que se cumplan las condiciones de flujo estacionario y se obtenga la velocidad de flujo deseada.

El control de vapores en la zona no saturada se implementó mediante los pozos de monitoreo: se utilizaron 10 pozos de aluminio con cabezales de poliuretano y punta de látex para acoplar la sonda del Monitor de Gases. Su función era la de entregar las curvas de remediación (concentración en función de la distancia) previas e inmediatamente posteriores a una operación completa de remediación.

2.3 Equipos

Monitor portátil de gases: coloquialmente conocidos como explosímetros, estos instrumentos se utilizan para medir las concentraciones de gases y vapores inflamables. Para la presente investigación se utiliza un monitor portátil de gases marca Thermo Gas Tech Corporation de la serie INNOVA. Este modelo es capaz de medir concentraciones de hidrocarburos en vapores y entregarlas al usuario digitalmente en unidades de partes volumétricas por millón de meta-no (sustancia con la que fue calibrado) presentes en una mezcla de vapor. Posteriormente es necesario encontrar las concentraciones de vapor de gasolina a partir de las concentraciones de metano.

Bombas de inyección de aire y de extracción de vapores del suelo: los equipos que actúan como bombas de inyección y de extracción de vapores res­ponden al nombre técnico de ‘unidad de enfriamien­to’ y son utilizados en el ensamble de neveras. Poseen dos boquillas de succión y una de expulsión de aire, lo cual las hace aptas bien sea para inyec­ción o para extracción de vapores. Funcionan con aceite ‘Capella’, el cual no genera interferencia con las lecturas del Monitor de Gases.

Rotámetro: utilizado para medir el caudal succio­nado por el (los) pozos de extracción de vapores del suelo, éste instrumento de la casa Dwyer posee un rango entre 5 y 50 ft3/h (0.08 a 0.4 L/s ó 4.72 a 23.6 L/min). La conexión del rotámetro en el modelo físico se observa en la Figura 3.

Antecedido por el rotámetro, se utiliza un tubo en U con bifurcación y sellado a la atmósfera para me­dir el diferencial de cabeza de succión del sistema. El líquido interno que se utiliza es glicerina, cuya densidad es de 1.2 g/cm3. La medición de caudal y de presión de inyección de aire en la zona saturada del sistema también se mide con el conjunto rotámetro – tubo en U de la Figura 3.

3 METODOLOGÍA

En la presente investigación existen dos procesos generales de interés: el mecanismo de transporte del contaminante y la cinética de remediación bajo las técnicas de Extracción de Vapores del Suelo (EVS) y Aspersión de Aire (AS). Ambos procesos deben complementarse para ser integrados en un modelo matemático general, cuyo origen sea el balance de masas al interior del modelo físico desarrollado en laboratorio. Los numerales siguientes incluyen las metodologías utilizadas para la experimentación, los cálculos y el acople de datos.

3.1 Procedimiento para acople del modelo de transporte del contaminante

Se medirán en laboratorio los parámetros necesarios para reemplazar numéricamente la Ecuación 1:

Porosidad total y efectiva del suelo utilizado para cada escenario (n y ne); conductividad hidráulica (K) mediante el método granulométrico de Terzagui (1910); velocidad de flujo de D’Arcy (vx); dispersi­vidad (a) y coeficiente de dispersión (D) estimados a partir del seguimiento de la pluma contaminante en la cuadrícula frontal del modelo físico; coeficiente de distribución (Kd) y densidad del suelo (pb), para estimar indirectamente el coeficiente de retardo y la velocidad neta del contaminante (R y vc). La vola­tilización se induce y es el factor más importante en el desarrollo del modelo de remediación. Es función de las tasas de inyección y de extracción de vapores, temas de los cuales se discute en numerales siguientes.

3.2 Metodología de medición de la remediación

• 3.2.1 Procedimiento experimental general

Para un acuífero libre, se llevan a cabo tres ensayos o escenarios de remediación, cada uno con propósitos distintos:

• Escenario 1: (Figura 4) derrame instantáneo superficial. No se remedia. El objetivo es monitorear la concentración del producto a medida que viaja hacia la zona saturada.
• Escenario 2: (Figura 5) derrame instantáneo en la zona no saturada, cerca del nivel freático.
• Escenario 3: (Figura 6) Derrame instantáneo en la zona saturada.

La Figura 7 muestra esquemáticamente el procedimiento de operaciones de remediación seguido en los escenarios 2 y 3.

Las operaciones transcurren en un ‘Ciclo de reme­diación’ básico desarrollado en una escala de tiempo de 30 días, en el que se identifica la duración aproxi­mada de cada mecanismo de operación.

El procedimiento experimental general es aquel que se lleva a cabo a diario durante un ‘Ciclo de remediación’. Este comienza con la organización de un escenario y termina cuando se ha compilado in-formación suficiente para correlacionar todas las variables dentro de un modelo. En escala real, un ciclo debe acabar cuando la última de las operaciones empleadas (Figura 7) sea exhaustiva (la lectura de concentración sea cero o constante). El esquema en la Figura 8 describe el proceso de recopilación de datos en base diaria:

Figura 8. Operaciones llevadas a cabo diariamente sobre el modelo físico.

Durante la EVS se recopilan los datos en tiempo real durante dos horas aproximadamente, con lo cual se obtiene una curva de extracción dinámica para cada prueba. Los tiempos también son tenidos en cuenta cuidadosamente durante el monitoreo previo y posterior, con lo cual se logran calcular las tasas de volatilización en horas de no operación del sistema.

El esquema de la Figura 8 muestra la variación en el mecanismo de operación a lo largo del ciclo de remediación. Dichas variaciones y las características de cada operación se anotan en la Tabla 1.

3.2.2 Metodología de procesamiento de datos

La finalidad del procesamiento de datos es la obtención de las masas de hidrocarburo extraído en función del tiempo de remediación. Para tal fin se lleva a cabo el siguiente procedimiento de cálculos:

Durante la EVS se recopilan los datos en tiempo real durante dos horas aproximadamente, con lo cual se obtiene una curva de extracción dinámica para cada prueba. Los tiempos también son tenidos en cuenta cuidadosamente durante el monitoreo previo y posterior, con lo cual se logran calcular las tasas de volatilización en horas de no operación del sistema.

3.2.3 Metodología de medición de la calidad del agua

El método estándar 1664 para la determinación de grasas y aceites incluye un procedimiento gravimitrico final para encontrar la cantidad de hidrocarburos totales. Estos últimos están referidos como ‘materiales no polares’ (MNP) en los estándares ambientales (Horizon Technology, 2003). El 1664 fue el método seleccionado para llevar a cabo los análisis del agua proveniente del acuífero piloto.

4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 Resultados experimentales

Referente al acuífero y al suelo que lo conforma, la Tabla 2 resume los resultados observados y/o calcu­lados experimentalmente:

4.1.1 Escenario 1

Las mediciones de concentración de vapor en los pozos de monitoreo ubicados a diferente profundidad permitieron calificar el proceso de dispersión bidimensional del contaminante (x; z):

4.1.2 Escenario 2

La Fig. 5 muestra la distribución de 120 mL de contaminante derramados a 4 cm del nivel freático. Se observa ascenso por capilaridad en la zona no saturada y formación de pluma contaminante en la zona saturada.

4.1.2.1 Comportamiento general de la remediación:

Bajo la aplicación de la ‘Metodología para el procesamiento de datos’ (Fig. 9) se obtienen como resultado rangos compuestos por los límites inferior y superior de masas de producto que se logran extraer del sistema mediante la remediación combinada con Aspersión de aire (AS) y Extracción de vapores del suelo (EVS). La Figura 11 resume el comportamiento general de la masa de contaminante en el tiempo.

La franja delimitada por las líneas azules corres­ponde a la extracción de masa alcanzada mediante la técnica de Extracción de Vapores del Suelo solamente (13.43% de remoción máxima). La franja delimitada con rojo pertenece a la remediación adicional que se implementó mediante el mecanismo combinado de Aspersión de aire y extracción de vapores (AS/EVS, alcanzando un máximo acumulado de 20.1% de remoción).

Ambos comportamientos tienen tendencia logarítmica y se logran controlar mediante las Ecuaciones en el pié de la Figura 11. Se aclara que en la etapa de remediación combinada se utilizó primero el mecanismo de AS/EVS y, cuando éste redujo las concentraciones extraídas a un mínimo estable, se emprendió la remediación con dos pozos de inyección de aire, cuyos caudales individuales equivalían a la mitad del caudal total inyectado en la configuración individual. La acción emitida por los dos pozos de aspersión fue la de impulsar nuevamente la tasa de extracción de contaminante.

4.1.2.2 Cinética de remediación

Compuesta por ciclos de pruebas de EVS y de AS/EVS, la Figura 12 describe la cinética de la re-mediación de la gasolina en la zona no saturada.

Cada punto de la Figura 12 describe la tasa (g/d) a la que se removió el contaminante en una opera­ción (EVS o AS/EVS). La tasa considerada como un indicador de la eficiencia de la técnica de remedia­ción. Las líneas entre puntos tienen gran relevancia: aquellas con pendiente negativa corresponden a eta­pas en las que el subsuelo está respondiendo a la remediación de manera constante, mientras que las líneas de unión con pendiente positiva hacen alusión a una actividad de recuperación del contaminante que se atribuye al fenómeno de volatilización natural que ocurre durante las horas que el sistema no se opera. Las coordenadas resaltadas corresponden a aumentos críticos en la tasa de remoción debido a: a) medición tras 97h de descanso del sistema (promedio 30h), b) cambio de EVS a AS/EVS y c) inyección de aire sola (AS) durante 2h.

4.1.2.3 Volatilización natural de la gasolina

El concepto nace de la cuantificación de la actividad que existe en el sistema en el tiempo que no hay manipulación por parte del operador. En general se observa un aumento de concentración (y de tasa de remoción al reanudar operaciones) en la zona no saturada. Se adjudica a un fenómeno de difusión natural, cuya finalidad es obtener el equilibrio de presiones al interior de la zona no saturada (el cual se afecta durante la EVS). La Figura 13 muestra este comportamiento en términos de tasas de volatilización por cada metro de profundidad de la zona no saturada, para todo el tiempo de remediación del derrame ocurrido en la zona no saturada, cerca del nivel freático.

De la Figura 13 y teniendo en cuenta las opera-ciones de remediación realizadas en cada tiempo, se obtienen los siguientes puntos:

• En días de remediación por medio de EVS se presenta una tasa de volatilización (TVN) baja con comportamiento lineal.
• Debido a la operación combinada de (AS/EVS) la TVN logra aumentar considerablemente.
• La TVN cae críticamente en menos de un día al cambiar la operación de AS/EVS a EVS nuevamente. Se considera que la baja se presenta en relación con la inexistencia de un mecanismo de inducción de la volatilización como la aspersión de aire. Al continuar la operación con EVS la tasa se recupera linealmente.
• Cuando se comienza a operar el sistema mediante AS/EVS nuevamente, esta vez con dos pozos de AS equidistantes al punto de mayor concentración (ASen 2 pozos/EVS) se encontró que la actividad natural disminuyó en proporción con la tasa de remediación.

4.1.2.4 Concentración remanente luego de un ciclo de remediación

Mediante comparación de las concentraciones de sa­turación (con la que se inició la remediación) y la remanente (medida en el modelo), el producto rema­nente queda a una concentración entre el 4 y el 27% de la inicial. El valor 0.27C0 será la concentración de inicio para un siguiente ‘ciclo de remediación’ (ver modelo conceptual).

4.1.3 Escenario 3

En el Escenario 3 la gasolina con trazador fue inyectada a una profundidad de 8cm por debajo del nivel freático. Se presenta resuspensión del contaminante debido a las fuerzas de flotación de la gasolina que prevalecen sobre las del agua. El resultado es la plu­ma delgada y alargada mostrada en la Figura 6, don-de también se observa que ha quedado producto atrapado en la zona saturada.

4.1.3.1 Comportamiento general de la remediación

La Figura 14 y las ecuaciones en su pié son análogas a la Figura 11 y sus ecuaciones:

Es evidente que el mayor aporte (31.81% de re-moción) lo genera la operación mediante EVS, y que al agotar por completo la eficiencia de éste me-canismo (63% del tiempo total), la AS/EVS ayuda a que la remediación prevalezca (el 37% del tiempo restante) hasta acumular un 35.14% de remoción. Se debe aclarar que durante la operación mediante AS/EVS se realizaron pruebas con uno y con dos pozos de aspersión, los últimos equidistantes a la coordenada x del derrame.

4.1.3.2 Cinética de remediación

La Figura 15 representa la cinética de remoción del contaminante del Escenario 3 en su primer ciclo de remediación.

Compuesta por 24 días de medición, la Figura 15 muestra tres comportamientos: una primera curva desde el día 1 hasta el día 15 (EVS), una segunda curva desde el día 15 hasta el día 20 (AS/EVS), y una tercera hallada desde el éste último hasta el día 24 (ASen 2 pozos/EVS). Las coordenadas identifi­cadas con formas rellenas marcan el inicio de cada una de las operaciones (cuadrado – EVS, triángulo – AS/EVS, círculo – ASen 2 pozos/EVS). Se observa que la inclusión de inyecciones de aire potencian la continuación de la remediación y mejoran su efi­ciencia al aumentar la tasa; sin embargo, al imple­mentar ASen dos pozos/EVS para traer el mismo efecto general, no se presentó un alza representativo en la tasa de remediación.

Por su parte, el círculo vacío indica operaciones posteriores a una suspensión en la remediación (días 12 y 22). De este hecho se puede concluir que la suspensión del trabajo de campo durante un tiempo mayor al promedio genera discontinuidades en la cinética de remediación.

4.1.3.3 Volatilización natural de la gasolina

Aunque en el Escenario 3 también se presenta la resuspensión de gases, no se observa la misma intensidad que en Escenario 2. La volatilización natural solo se hizo evidente cuando la suspensión de operaciones duró un tiempo mayor al promedio de descanso del sistema, por lo cual se encuentra relacio-nado con la cinética de remediación por medio de los marcadores circulares vacíos de la Figura 15, los cuales fueron enseñados anteriormente. Por otro lado, las tres curvas que integran el comportamiento cinético de la remoción del hidrocarburo presentan trayectorias suaves, contrario a lo que sucedía en la misma gráfica para el Escenario 2. Esta última mostraba irregularidades propias de la resus-pensión de los compuestos orgánicos volátiles en la zona no saturada.

4.1.4 Fracción de producto presente en el agua en función del tiempo en cada derrame

Los resultados de laboratorio indican que la concen­tración de hidrocarburos totales aumenta en el agua que fluye del acuífero a medida que éste se transpor­ta verticalmente en la zona de Vadose (curva verde en Fig. 16).

La concentración de hidrocarburos es la máxima cuando ha transcurrido pocas horas a partir de la llegada del contaminante al nivel freático (curvas roja y anaranjada en Fig. 16). En los análisis de TPH de los Escenarios 2 y 3 se encontró que ésta concentración máxima disminuye a medida que transcurre el tiempo de remediación.

4.1.5 Influencia de la configuración de pozos de aspersión sobre la remediación

Durante la remediación del derrame inducido en la zona no saturada se observó que la ubicación de pozos de inyección de aire en una coordenada x distinta a la coordenada x en que se ubica el (los) pozos de extracción de vapores resultará en un nuevo impulso de la tasa de remediación: al aumentar la eficiencia de las trayectorias de los vapores en la zona no satu­rada (que pasarán por zonas donde se presenta absorción) habrá mayor concentración y volatilización.

Por el contrario, en el Escenario del derrame en la zona saturada no se observa un aporte apreciable del mecanismo que presenta dos pozos de inyección.

Un análisis desde el punto de vista teórico permite concluir que para éste caso la eficiencia de las burbujas de un pozo de inyección con caudal Q es aparentemente mayor (y su diámetro aparentemente menor) a la eficiencia alcanzada por las burbujas inyectadas por dos pozos con caudal Q 2 cada uno. Dado que al poseer menor diámetro (mayor relación área superficial / volumen) las burbujas tendrán mayor área y tiempo de contacto con el contaminante (por la dificultad de vencer la tensión superficial), una mayor concentración del producto será extraída.

4.2 Modelo conceptual

Las Figuras 17 y 18 resumen la eficiencia de remoción del contaminante para los Escenarios 2 y 3 res­pectivamente. En ellas se logra comparar dos aspec­tos: el primero es la capacidad de remediación de cada método utilizado en un escenario (EVS vs. AS/EVS y ASen dos pozos/EVS); el segundo aspec­to es la variación de eficiencias que existe en fun­ción de la ubicación del derrame: en zona saturada o en zona no saturada.

Teniendo en cuenta las Figuras 17 y 18, el modelo conceptual para un derrame instantáneo en la zona no saturada obedece a la Figura 19, y el modelo conceptual para una inyección en la zona saturada corresponde a la Figura 20. Definido para un ciclo de remediación que se lleva a cabo en base de tiempo mensual (30 días), se tiene que la Curva de Remediación (en azul para derrame en zona no saturada, rojo para zona saturada) se desplaza entre la circunferencia -en donde existe el 100% de la masa derramada a concentración inicial (M0; C0) y un círculo concéntrico que marca el estado de concentración final a la que lograría llegar el contaminante luego de ser expuesto a varios ci-clos completos de remediación (Mfinal; Cfinal).

El área entre ambos círculos está dividida en por­ciones nombradas con un método de operación del sistema independientemente de la zona del derrame.

Finalmente, las líneas en posición radial repre­sentan una escala de porcentaje de remoción, donde la parte más externa es el 0% de remoción y el punto más cercano al círculo pequeño es una eficiencia cercana al 100%.

Utilizando la descripción previa, se observa a simple vista que la Curva de Remediación azul es más amplia que la Curva de remediación roja, y por lo tanto que el método investigado será más eficien­te cuando se generan derrames en la zona saturada de un acuífero.

Para continuar con la remediación del sitio si­guiendo este modelo conceptual, sería necesario comenzar un nuevo ciclo operando con EVS, luego con AS/EVS, luego con ASen dos pozos/EVS y fi­nalmente potenciar la totalidad de producto remanente aplicando AS. Al completar la remediación, el modelo conceptual luciría similar a la Figura 21, creada hipotéticamente:

A partir de las ecuaciones logarítmicas que descri­ben la extracción de contaminante en el tiempo, será posible estimar el grado de remoción adicional que aportaría cada nuevo ciclo (cálculo de la masa ex-traída acumulada a los 60 días de operación).

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El transporte en la zona no saturada es netamente vertical y se debe a las fuerzas gravitacionales prin­cipalmente. Sin embargo, ocurren ramificaciones en la ruta del contaminante debido a heterogeneidades del suelo que oponen menor resistencia que otras al paso de sustancias. Una fracción del contaminante debe quedar absorbida en el suelo no saturado. La fracción restante descansa sobre el nivel freático al entrar en contacto con éste y fluirá formando la plu­ma de contaminación.

5.1.2 Derrame cerca del nivel freático

La forma definitiva tomada por el contaminante consta de una fracción que queda distribuida en la zona no saturada y una fracción que se convierte en pluma contaminante al caer sobre el nivel freático. La parte superior de la mancha (Figura 5) se atañe a la absorción del contaminante en el suelo debido a fuerzas capilares. La forma que tomó la pluma en la zona saturada obedece a las fuerzas de tensión su­perficial que tienden a formar un menisco sobre el agua, debido al diferencial de densidades entre las dos fases. La irregularidad que se observa en el cen­tro de la mancha se debe a la anisotropía del suelo utilizado.

5.1.3 Inyección bajo el nivel freático

El contaminante debe resuspenderse sobre el acuífe­ro debido a la diferencia de densidades. Forma una lámina delgada y extensa. El proceso de partición producto – suelo se observa en la franja capilar, y la partición producto – agua subterránea se observa en la zona saturada. El primero tiene repercusión sobre la volatilización y el segundo, sobre la presencia de hidrocarburos en el agua que fluye del acuífero.

5.2 Comportamiento general de la remediación

Es definitiva la existencia de dos comportamientos claramente definidos por el mecanismo de operación del sistema de remediación. En un derrame en zona no saturada, la Extracción de Vapores del Suelo (EVS) tendrá menor efectividad que la combinación de Aspersión de aire y extracción (AS/EVS). Por el contrario, cuando se trata de remediar la zona satu­rada, la EVS muestra mayor efectividad que la AS en combinación con EVS. La concentración del con­taminante reducida mediante EVS en la zona satura-da se caracteriza por tener decaimiento exponencial preciso (R² = 0.944) con constante de decaimiento= 0 .3106d ^{– 1} .

Adicionalmente a la comparación de tasas de remediación aportadas individualmente por cada técnica en función del Escenario del derrame, se tiene que la tasa de remediación decae más rápidamente en el Escenario de la zona saturada, lo cual es sinónimo de mayor eficiencia. En general, la remoción de masa total de contaminante es mayor un rango entre el 8 y el 14.5% en la zona saturada. La Tabla 4 proporciona los porcentajes de remediación alcanza-dos en un ciclo de remediación para los Escenarios 1 y 2.

En cuanto a la técnica sola de Aspersión de aire (AS), ésta se nominaría como una técnica de remediación preliminar a cualquier otra operación que involucre extracción de vapores de compuestos volátiles o como técnica útil en la reducción de producto remanente en el sitio. El modelo conceptual hace uso de éste hallazgo experimental.

Las conclusiones anteriores corresponden a un primer ciclo de remediación que sirvió como base experimental tras el que quedó producto remanente (residual más extraíble), de manera que será necesario sumar ciclos de remediación.

Al calibrar el punto de inicio de un siguiente ciclo de remediación con la concentración remanente del primero, (ver Modelo Conceptual) se logrará predecir el tiempo total de la remediación. Para lograr saber la concentración final correspondiente al segundo ciclo se debe utilizar las cuatro ecuaciones de remoción de masa que rigen el comportamiento general en cada Escenario. El porcentaje de reme­diación acumulado irá aumentando ciclo tras ciclo hasta alcanzar su valor máximo ( ¨100 % debido a la fracción residual de contaminante, que es la que queda inevitablemente atrapada en los poros del acuífero).

Al diseñar los caudales tanto de inyección de aire como de extracción de vapores del suelo y la presión requerida para succionar los vapores, toda la técnica de remedición quedaría determinada.

5.3 Factores influyentes sobre la tasa de remoción

A pesar de describir cualitativamente la influencia de cada derrame sobre el agua subterránea, a nivel cuantitativo los resultados de TPH en el agua poseen un alto grado de incertidumbre, con lo cual no es posible comparar los valores obtenidos con los están-dares de calidad del agua para concluir acerca de su grado de afectación.

La eficiencia óptima de los pozos de aspersión se presentará con una configuración doble o mayor, en donde el caudal de aspersión es relativamente alto, el diámetro de las perforaciones en pozos de AS es pequeño y las rutas del aire en la zona no saturada hacia la extracción recorren caminos donde el contaminante se encuentra absorbido.

Existe una resuspensión o volatilización natural del contaminante que prevalece en la zona no saturada cuando las operaciones de remediación se suspenden. Esta actividad, que se adjudica a la búsqueda del equilibrio propio del sistema, tiende a aumentar la concentración en la zona no saturada, con lo cual las tasas de remediación sufrirán un aumento en función del tiempo que el operador abandone el sistema.

5.4 Estudios recomendados

Como primera medida se recomienda continuar la investigación teniendo en cuenta los procesos biológicos que afectan o modifican la remediación mediante el método combinado de AS y EVS. Como segundo aspecto, se propone la utilización de la influencia que tiene la configuración de pozos de as­persión sobre la eficiencia de la volatilización para optimizar la técnica combinada de AS y EVS. Por último, se considera útil un estudio del transporte y la viabilidad de remediación de hidrocarburos de baja densidad en acuíferos semiconfinados.

BIBLIOGRAFÍA

• Acercar: Unidad de asistencia técnica ambiental. Resolución 391 del 6 de Marzo de 2001, DAMA. Enero 2005. http://www.acercar.org.co/industria/legislacion/atmosferico /aire/r391_2001.pdf
• Air Liquid, France. Gas Data. Noviembre 2004. http://www.airliquide.com/en/business/products/gases/gasd ata/index.asp?GasID=41
• Alcaldía de Bogotá. Resolución 1170 de 1997, DAMA. Di­ciembre de 2004. http://calsegen01.alcaldiabogota.gov.co:7772/sisjur/normas /Norma1.jsp?i=976#1
• Applied Hydrology Associates. MTBE Characterization and remediation. Agosto 2004. http://www.appliedhydrology.com/mtbe_characterization_a nd_remediation.htm
• ASTM Designation D 5719 – 1995. Standard Guide for Simu­lation of Subsurface Airflow Using Groundwater flow Modeling Codes. Annual Book of ASTM Standards, 1995.
• Blacicm T & Arulanandan K, 2002. Identification of contami­nated soils by dielectric constant and electrical conductiv­ity. ASCE Journal of Environmental Engineering, Sep­tiembre 2002, No. 9: 103.
• Burbano A, Dionysiou D, Richardson T, Suidan M. 2002. Degradation of MTBE intermediates using Fenton’s re­agent. ASCE Journal of Environmental Engineering, Sep­tiembre 2002 No. 9: 799.
• Cooper C. David & Alley F.C. Air Pollution Control, A Design Approach. Ed. 2. Waveland Press Inc, 1994.
• Davis S, Powers S; Clarkson University, US. 2000. Alternative sorbents for removing MTBE from gasoline-contaminated ground water. ASCE Journal of Environmental Engineer­ing, Abril 2000 No. 4: 354.
• Dyer M, University of Durham, Reino Unido, Behaviour of gas bubbles for in-situ soil remediation. Environmental Geotechnics, Seco e Pinto Ed, 1998. Rotterdam.
• EPA Fact Sheet: Approval of EPA Methods 1664, Revision A, and 9071B for Determination of Oil and Grease and Non-polar Material in EPA’s Wastewater and Hazardous Waste Programs. EPA-821-F-98-005. Febrero de 1999.
• EPHC Environment Protection & Heritage Council. Analytical Methods for the Determination of Total Petroleum Hydro­carbons in Soil, 2003.
• Fiorenza S, Suárez M, Rifai H; University of Houston, Texas 2002. Forum: MTBE in groundwater: status and remedia‑
• tion. ASCE Journal of Environmental Engineering, Sep­tiembre 2002 No. 9:
• Fukue M, Minato M, Matsumoto M, Taya N. Development of resistivity cone for monitoring contaminated and non­contaminated soil layers. Environmental Geotechnics, Seco e Pinto Ed, 1998. Rotterdam.
• Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis. American Institute of Chemical Engineers. Nueva York, AL Ch. E., 1989, 585 pág.
• Horizon Technology. SPE Extraction for Total Petroleum Hy­drocarbons (TPH). Application Note A39. 2003.
• Kim D, O’Shea K, Cooper W. 2002. Degradation of MTBE and related gasoline oxigenates in aqueous media by ultra­sound irradiation. ASCE Journal of Environmental Engi­neering, Septiembre 2002 No. 9: 806.
• LaGrega, Buckingham & Evans. Hazardous Waste Manage­ment. 2. Ed. McGraw Hill, 2001.
• Lerner D & Lesley M . Think Tank. Uderground Storange Tank Branch, Spring 1997, No. 23.
• Lousiana State University, Electronic thesis and dissertation li­brary. Solote transport in porous media: scale efects. Noviembre 2004. http://etd02.lnx390.lsu.edu/docs/available/etd-0802102‑
• 105201/unrestricted/chap_5.pdf
• Martinez, I. ©1995-2004, Gasoline Properties. Septiembre 2004.
• http://imartinez.etsin.upm.es/bk3/c15/Fuel%20properties.ht m
• MecxS.A.Nuevastecnologías.Junio2004.
• http://www.mecx.net/cleanox3.html
• Miller C, Christakos G, Imhoff P, McBride J & Pedit J. Multi­phase flow and transport modeling in heterogeneous porous media: challenges and approaches. Advances in Water Re­sources 21, No. 2, pp. 77-120, 1998.
• Ministerio del trabajo y asuntos sociales (NTP), España. http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_475.htm
• Nedunuri K, Govindaraju R, Banks M, Chen Z. Junio 2000. Evaluation of phitoremediation for field-scale degradation of total petroleum hydrocarbons. ASCE Journal of Envi­ronmental Engineering, Junio 2000 No. 6: 483.
• Organización Panamericana de la Salud, OPS & Centro Pana­mericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, CEPIS. Curso de autoinstrucción en prevención, prepara­ción, y respuesta para desastres por productos químicos. Agosto 2004. http://www.cepis.ops­oms.org/tutorial1/e/monimedi/#4
• P.D.Industries. Mumbai – India, Julio 2004.
• http://www.pdindustries.com
• Presentation at the Hydrogeology Consortium Annual Meet­ing, November 8, 2000, Orlando, FL. Mayo 2004. http://www.eng.fsu.edu/~abchan/NAmodels.html
• Raisglid M & Burke M, 2000. Solid-phase extraction for U.S. EPA Method 1664, oil and grease. American Laboratory, Mayo 2000.
• Saujanya Dyechem. Manufacturers and exporters of dyes, dye intermediates & chemicals. Julio 2004. http://www.saujanya.com
• Scott Specialty Gases Inc. Techical and safety data. Octubre 2004.
• http://www.scottecatalog.com/ScottTec.nsf/74923c9ec562a 6fb85256825006eb87d/79ab7a1827b36ff6852569a700527 0c3?OpenDocument
• SicChem Taiwan. Colours and Specialty chemicals. Julio 2004. http://www.sicchem.com
• Soil & Groundwater Cleanup. Site Hydrocarbon Cleanup Standards. Noviembre 1996.
• Sorial G, Smith F, Suidan M, Pandit A, Biswas P, Brenner R. Junio 1997. Evaluation of trickle bed air biofilter perform­ance for BTEX removal. ASCE Journal of Environmental Engineering. Junio 1997 No. 6: 530.
• Termo Electrón Corporation. Descripción de productos. No­viembre 2004. http://www.thermo.com/com/CDA/Category/CategoryFram es/1,2213,377,00.html
• Urlings M, Spuy F, Coffa S, Vree van H. Soil Vapour Extrac­tion of Hydrocarbons: in situ and on-site Biological treat­ment. In Situ Bioreclamation, 1990.
• Wiedemeier T, Rifai H, Newell Ch, Wilson J. Natural Attenua­tion of Fuels and Clorinated Solvents in the Subsurface, Wiley, 1999.

Por: Echevarría Gregory, María Angélica –
Molano, Carlos Eduardo
Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia

Fuente: DSpace de Universidad de Los Andes

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