Remediación de suelos y sedimentos
Los problemas ambientales creados por los incendios forestales, los accidentes de los petroleros y los derrames de petróleo de coches y camiones, los contenedores con fugas, los accidentes industriales y los residuos mal eliminados contribuyen a la contaminación del suelo. Numerosas toneladas de suelo y sedimentos en el mundo fueron contaminados con dioxinas que necesitan un método de remediación adecuado. Para la remediación del suelo y los sedimentos se pueden utilizar los siguientes métodos in situ y ex situ.
Degradación radiolítica: La radiación ionizante en forma de haces de electrones de alta energía y rayos gamma es una técnica potencial de destrucción no térmica. Las evaluaciones teóricas y algunas empíricas sugieren que estas fuentes de alta energía pueden ser adecuadas para transformar la dioxina en productos inocuos. La radiolisis gamma ha demostrado ser eficaz en la degradación de PCDD y PCB en disolventes orgánicos y en la desinfección de aguas residuales. El estudio de los subproductos y los cálculos de la teoría de objetivos teóricos indican que la destrucción de la TCDD procede a través de la decloración reductora. También se descubrió que la adición de promotores (por ejemplo, carbón activo) a los tóxicos aumenta el porcentaje de destrucción bajo radiación de haz de electrones.
Descloración catalizada por bases: El proceso de descomposición catalizada por bases (BCD) es un proceso de deshalogenación química. Implica la adición de un carbonato, bicarbonato o hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo al medio contaminado. El BCD se inicia en un desorbedor térmico de temperatura media (MTTD) a temperaturas que oscilan entre 315°C y 426°C. El álcali se añade al medio contaminado en proporciones que van del 1% al 20% en peso. Se añade un compuesto donante de hidrógeno a la mezcla para proporcionar iones de hidrógeno para la reacción, si estos iones no están ya presentes en el material contaminado. El proceso BCD desintoxica químicamente los contaminantes orgánicos clorados eliminando el cloro de los contaminantes y sustituyéndolo por hidrógeno. Por ejemplo, los aceites contaminados con PCB y dioxinas se remediaron con Na/NH3, al igual que los suelos contaminados con PCB y los lodos de sitios contaminados.
Tratamiento subcrítico del agua: El agua que se mantiene en estado líquido por encima de los 100°C aplicando una presión se denomina agua subcrítica. Tiene propiedades similares a las de los disolventes orgánicos y puede actuar como un medio benigno. Se ha utilizado para extraer los PCB y otros contaminantes orgánicos del suelo y los sedimentos. Algunos investigadores estudiaron el uso de hierro cero-valente (ZVI) en la decloración reductora de PCDDs y la remediación de suelos contaminados con agua subcrítica como medio de reacción y disolvente extractor. Se descubrió que utilizando polvo de hierro como matriz los congéneres clorados más altos se reducían prácticamente por completo a menos del homólogo tetra-sustituido. El hierro cero-valente ha sido aceptado como uno de los medios más eficaces de remediación ambiental. Es barato, fácil de manejar y eficaz en el tratamiento de una amplia gama de compuestos clorados o metales pesados. Se ha aplicado ampliamente in situ, ex situ o como parte de un proceso de tratamiento controlado en aguas residuales, estabilización de enmiendas del suelo de agua potable y aplicaciones de residuos mineros.
Desorción térmica: La desorción térmica es un proceso de separación que se utiliza con frecuencia para remediar muchos sitios del Superfondo. Es una tecnología de remediación ex situ que utiliza el calor para separar físicamente los hidrocarburos del petróleo de los suelos excavados. Los desorbers térmicos están diseñados para calentar los suelos a temperaturas suficientes para que los componentes se volatilicen y desorban (se separen físicamente) del suelo. Aunque no están diseñados para descomponer los componentes orgánicos, los desorbers térmicos pueden, dependiendo de los componentes orgánicos específicos presentes y de la temperatura del sistema desorber, hacer que algunos de los componentes se descompongan total o parcialmente. Los hidrocarburos vaporizados se tratan generalmente en una unidad de tratamiento secundario (por ejemplo, una postcombustión, una cámara de oxidación catalítica, un condensador o una unidad de adsorción de carbono) antes de su descarga a la atmósfera. Los postquemadores y los oxidantes destruyen los componentes orgánicos. Los condensadores y las unidades de adsorción de carbono atrapan los compuestos orgánicos para su posterior tratamiento o eliminación.
Fotolisis in situ: En este método las dioxinas pueden someterse a la fotólisis por la luz solar en condiciones adecuadas. Es rentable y menos destructivo para el lugar. Se añade una mezcla de disolventes orgánicos al suelo contaminado y se deja pasar un tiempo para la solubilización, el transporte y la fotodegradación de las dioxinas. Para ello, se rocía la superficie del suelo con el disolvente orgánico de baja toxicidad y se deja que se fotodegrade bajo la luz del sol. Varios investigadores han utilizado este enfoque, descubriendo que las dioxinas en la superficie del suelo se descomponen rápidamente tras ser rociadas con diversos orgánicos como isooctano, hexano, ciclohexano, etc. Se descubrió que las reacciones fotolíticas inducidas por el sol pueden ser un mecanismo principal para la transformación de estas sustancias químicas en productos de degradación menos tóxicos. El movimiento convectivo ascendente de las dioxinas al evaporarse los disolventes volátiles fue el principal mecanismo de transporte en estos estudios. La eficacia de este proceso depende de un equilibrio entre dos factores que controlan la velocidad: el transporte convectivo hacia la superficie y la disponibilidad de luz solar para la fotodegradación.
Extracción de disolventes y gases licuados: La extracción es un medio físico-químico para separar los contaminantes orgánicos del suelo y los sedimentos, concentrando y reduciendo así el volumen de contaminantes que hay que destruir. Se trata de un proceso ex situ y requiere que el suelo del lugar contaminado se excave y se mezcle con el disolvente. Finalmente, produce un suelo y un sedimento relativamente limpios que pueden devolverse al emplazamiento. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) evaluó un proceso de extracción de disolventes a escala piloto que utiliza propano licuado para extraer los contaminantes orgánicos del suelo y los sedimentos. Se obtuvieron aproximadamente 1000 libras de suelo, con una concentración media de bifenilos policlorados (PCB) de 260 mg/kg, de un sitio remoto del Superfund. Los resultados mostraron que las eficiencias de eliminación de PCB variaban entre el 91,4% y el 99,4%, y que los suelos extraídos con propano retenían bajas concentraciones de PCB (19,0-1,8 mg/kg). Se comprobó que la eficacia global de la extracción dependía del número de ciclos de extracción utilizados.
Destilación al vapor: Destilación en la que la vaporización de los constituyentes volátiles de una mezcla de líquidos tiene lugar a una temperatura más baja (que los puntos de ebullición de cualquiera de los líquidos puros) mediante la introducción de vapor directamente en la carga. Es una forma ideal de separar los compuestos volátiles de los contaminantes no volátiles con un alto rendimiento. La destilación por vapor es eficaz con energía de microondas para tratar suelos y sedimentos contaminados. Los tratamientos con microondas pueden ajustarse a flujos de residuos individuales: dependiendo del suelo, los contaminantes y sus concentraciones, el tratamiento de remediación puede realizarse en varios pasos hasta alcanzar el nivel de limpieza deseado. Todos los contaminantes pueden eliminarse hasta niveles no detectables o de trazas. La destilación por vapor resultó eficaz para la eliminación de la 2,7-diclorodibenzo-p-dioxina (DCDD) del suelo aplicado a la DCDD. La concentración de DCDD (250 μg/50 g de suelo) en el suelo original disminuyó a menos del 5% tras la destilación por vapor durante sólo 20 minutos. Los resultados sugieren que la destilación al vapor podría ser un nuevo método de remediación para suelos contaminados con dioxinas.
Mecanoquímica (MC): En esta tecnología la energía mecánica se transfiere desde los cuerpos de molienda al sistema sólido a través de esfuerzos de cizallamiento o compresión, dependiendo del dispositivo utilizado. Una parte importante de la energía de molienda se convierte en calor y una parte menor se utiliza para inducir roturas, estiramientos y compresión a nivel micro y macroscópico o para realizar una reacción. La degradación de MC puede realizarse fácilmente utilizando molinos de bolas que están disponibles en diferentes tamaños (es posible el tratamiento de materiales de hasta varias toneladas) y construcciones. Los contaminantes se eliminan directamente en el interior de un material contaminado, independientemente de la estructura compleja y la naturaleza fuerte del contaminante. Este método tiene un alto potencial para eliminar los residuos orgánicos en cualquier lugar deseado con un funcionamiento flexible debido a que utiliza una instalación portátil compuesta por un molino y un tanque de lavado con un filtro. Aunque este método necesita un reactivo declorante como el CaO en la operación de molienda, no requiere ninguna operación de calentamiento. Para apoyar el uso del método de decloración MC, sería útil tener una correlación entre la tasa de decloración de los residuos orgánicos y las condiciones de molienda (MC) para determinar la condición óptima en un reactor MC a escala. El método ofrece varias ventajas económicas y ecológicas: la molienda por bolas sólo requiere un bajo aporte de energía. Debido a las condiciones de reacción sorprendentemente benignas, los compuestos tóxicos pueden convertirse en productos definidos y utilizables. No cabe esperar emisiones nocivas para el medio ambiente. Esto abrió el desarrollo de nuevos e innovadores procesos de descontaminación y remediación de dioxinas ex situ.
Proceso de biodegradación: La biorremediación es un proceso de tratamiento que utiliza microorganismos como hongos y bacterias para degradar las sustancias peligrosas en sustancias no tóxicas. Los microorganismos descomponen los contaminantes orgánicos en productos inocuos, principalmente dióxido de carbono y agua. Una vez degradados los contaminantes, la población microbiana se reduce porque han utilizado toda su fuente de alimentación. El grado de biodegradación depende en gran medida de la toxicidad y las concentraciones iniciales de los contaminantes, su biodegradabilidad, las propiedades del suelo contaminado y el tipo de microorganismo seleccionado. Existen principalmente dos tipos de microorganismos: los autóctonos y los exógenos. Los primeros son aquellos microorganismos que se encuentran ya viviendo en un sitio determinado. Para estimular el crecimiento de estos microorganismos autóctonos, puede ser necesario proporcionar la temperatura del suelo, el oxígeno y el contenido de nutrientes adecuados. Si la actividad biológica necesaria para degradar un determinado contaminante no está presente en el suelo del lugar, se pueden añadir al suelo contaminado microorganismos procedentes de otros lugares cuya eficacia haya sido probada. Estos se denominan microorganismos exógenos.