Biobarreras Santiago Cardona Gallo scardona@unal.edu.co 4255112 Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Mayo 2 y 3 de 2006

Esquema contaminador de suelos y acuíferos

Agua subterránea tratada Agua subterránea contaminada Biobarrera Agua subterránea tratada Agua subterránea contaminada Fuente Modelo Conceptual

Modelo Conceptual

Procesos de transformación y transporte

Dinámica de la contaminación de suelos y acuíferos

Ciclo hidrológico y la contaminación

PROBLEMA COMPLEJO Geoquímica Adsorción Diseño reactor BRP Biodegradación Transporte contaminantes Diseño BRP Hidráulica Oxidación

MODELO CONCEPTUAL VENTAJAS BAJO GASTO ENERGETICO BAJO COSTO DE OPERACION Y MANTENIMIENTO TRATA VARIOS TIPOS DE CONTAMINANTES LARGA DURACIÓN, SIMPLE Y PASIVO PRODUCTIVIDAD EN EL SITIO MODERADA INVERSIÓN INICIAL (-50% T Y B) NO GENERA EMISIONES O DESECHOS MEDIOS REACTIVOS DISPONIBLES Y ECONÓMICOS VENTAJAS

MODELO CONCEPTUAL MEDIOS REACTIVOS APLICADOS

MODELO CONCEPTUAL Contaminantes removidos

Objetivo General: Específicos: Evaluar la capacidad del sistema de tratamiento pasivo de paredes para tratar suelos y agua subterránea contaminada con hidrocarburos. Específicos: Determinar y caracterizar el suelo en estudio. Determinar las cinéticas de la biodegradación y oxidación de diesel en agua. Determinar los parámetros de diseño de la barrera reactiva permeable . Aplicación de los procesos.

Justificación Tecnología económica, costos 50% menor Bombeo y Tratamiento Alta remoción Manejable aplicación, operación y mantenimiento Tratamiento extenso en el tiempo Medios reactivos y paredes asequibles Eficiente Agua dulce 2.7%. Subterránea 22.40%. Ríos 0.01%. Volumen 9,376 MT. Derrames 32MG (1998) Mundial. Estaciones de servicio: >2,500 en la Colombia.

Costo barrera reactiva permeable vs. Tratamiento y bombeo

1. Plan experimental intermitente Metodología 1. Plan experimental intermitente 1.1. Caracterización del suelo agrícola: Porosidad, fracción de carbono orgánico, pH, nitrógeno, fósforo, clasificación textura del suelo, conductividad eléctrica, densidad de biomasa (UFC/gr), densidad real, densidad aparente, capacidad de campo, conductividad hidráulica, color, textura, contenido de agua.  1.2. Estudio en reactores por lotes: Biodegradación Biodegradación con microorganismos SoA, N, H2O2 [40,000 mg/L diesel] Cultivo en placa y crecimiento bacterial Estudio MEB Oxidación Adsorción del diesel en suelo Factor de retardo, R

Metodología Diseño Barrera Reactiva Permeable - Determinación cinética ecuación - Modelo Flujo Pistón - Cinética Primer orden - Conductividad hidráulica - Porosidad - Velocidad flujo=th/b 1.3. Columnas Experimentales. Estudios en reactores dinámicos secuénciales (biodegradación y oxidación) y de un solo medio reactivo. - Diseño BRP como un reactor flujo pistón, cinética enzimática, th, K, A, b, L, v, V, =10.7cm, h=30cm - Construcción BRP - Operación BRP: [diesel], pH, flujo, N, H2O2, UFC/g, análisis de metales - N: 46%. H2O2: 50% industrial. [10,000 mg/L] diesel

Estudio de barrido con microscopio electrónico (MEB) RESULTADOS Caracterización Suelo agrícola: cumple con las condiciones para el proceso. Biodegradación: No. Corrida Co (mg/L) Porcentaje Degradado k (d-1) t1/2 (d) 2 %MR N1/2 th CAN 1 31,480 70.4 0.0721 9.61 0.920 70.39 1.76 16.88 2 39,870 24.8 0.0161 43.040 0.956 24.81 0.41 17.71 Crecimiento de bacterias Comparación del suelo inalterado, foto A y al final del proceso de biodegradación del día 18, foto B. Estudio de barrido con microscopio electrónico (MEB) Crecimiento bacterial en el suelo agrícola Oxidación: K= 0.1128d-1 y t1/2=6.14 d  

DISEÑO BIOBARRERA MODELO CONCEPTUALREACTOR FLUJO PISTÓN

DISEÑO BARRERA REACTIVA REACTOR FLUJO PISTÓN: REACCIÓN ENZIMÁTICA CINÉTICA DE PRIMER ORDEN: ESPESOR BARRERA: b=Q/A 1/K Ln(S/Se) =VX th TIEMPO DE RESIDENCIA: th=1/K Ln(C/C0) TIEMPO DE VIDA MEDIA: th= 1/K Ln2 NÚMERO DE VIDAS MEDIAS: th/t1/2 REMOCIÓN DE MASA: %MR = (1-e(-0.693th/t1/2))100 MODELO McCarty:

Resultados en Columnas Remoción: 80.5% de diesel con adición de peróxido de hidrógeno y nitrógeno. Remoción: 53.30% de diesel sin adición de H2O2 y N Remoción suelo estéril 44% Concentración inicial 10,000 mg/L de diesel Flujo 300 mL/d Densidad bacterial en columnas No. de columna UFC/g Suelo agrícola inalterado 6.400x105 80.5% 1.360x107 53.30% 1.044x107 Suelo estéril No presento

OPERACIÓN DE C O L U M N A S

Conclusiones El estudio cumple con el objetivo planteado ya que se comprueba que una tratamiento pasivo de paredes es eficiente para el tratamiento de agua del subsuelo contaminada con diesel. El proyecto aporta al campo de la ingeniería de la remediación: los hidrocarburos del petróleo como el diesel son removidos eficientemente por medio de una barrera reactiva permeable, lo cual no se ha reportado en la literatura especializada. La concentración inicial de diesel tiene gran influencia en la tasa de biotransformación. En las condiciones del estudio realizado se presentó la biodegradación de diesel por el consorcio de microorganismos del suelo agrícola. La tecnología desarrollada permitirá a las empresas colombianas que ofrecen servicios de remediación (principalmente al gobierno) aplicarla para sanear derrames de diesel e hidrocarburos.

Fin de la Presentación Gracias