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SUELOS
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CAPTULO 7T CNICAS FISICOQUMICAS DE R EMEDIACIN DE S UELOS
Como se mencion en el captulo 6 los tratamientos fisicoqumicos
utilizan las propiedades fsicas y/o qumicas de lcontaminantes o del
medio contaminado para destruir, separar o contener la
contaminacin.
A continuacin se describen las principales tcnicas.
7.1 Lavado de suelos (Soil Washing)
La tcnica de lavado de suelos utiliza algn tipo de lquido y un
proceso mecnico para mezclar el suelo contaminado. USEPA (EPA 1996)
establece que el volumen de suelo que contenga una mayora de
arcilla o partculas finas, debertratarse aparte, mediante otros
mtodos. Sin embargo, en el Grupo de Saneamiento de Suelos y
Acuferos del Instituto deIngeniera de la UNAM se ha podido
comprobar que un suelo con contenido de finos mayor al 20% tambin
presenta buenresultados al lavado de suelos sin necesidad de
retirar las partculas finas (USEPA, 1996).La tcnica de lavado fuera
del sitio consiste en excavar el suelo contaminado y llevarlo a un
sitio preestablecido y formpilas con ste e instalar drenes dentro
de las mismas a travs de las cuales se introduce el agua para
lavado o agua consurfactante Chad T. Jafvert (1996). La operacin de
lavado de suelo se puede realizar en un sitio construido
especficamentepara ello, como un estanque; o bien, el uso de
equipos mecnicos diseados para lavado del suelo (Trost, 1993). En
cualquierde los casos la operacin consiste en almacenar el suelo
contaminado en el sitio, llevarlo al sitio de tratamiento, agregar
lsolucin de lavado y mezclar. Despus de un ciclo de lavado, la
solucin se drena y se agrega otra solucin de lavado y se repitla
operacin.Dependiendo del caso se realiza un muestreo de suelo cada
dos o tres ciclos de lavado y la operacin se repite hasta que
laconcentracin del contaminante est dentro de los lmites
permisibles de acuerdo con la normatividad que aplique; o bien con
l
resultados de una evaluacin de riesgo ambiental.La solucin
drenada se lleva a un tratamiento para separar el contaminante y en
su caso el surfactante del agua. Para sueloscon contenido de finos
mayores a 20 por ciento, la solucin drenada se pasa a un hidrocicln
para separar el slido del lquid(Doroteo, Iturbe, 2010). El suelo se
dispone con el previamente lavado y el lquido remanente se lleva a
un tratamiento de agufisicoqumico para separar el surfactante y el
contaminante que anteriormente se encontraba en el suelo.Esta
tcnica es apropiada para disminuir la presencia de la mayora de los
compuestos orgnicos as como de metales. (Pratt1993)Los procesos que
intervienen en el lavado incluyen desorcin, complejacin, disolucin
o solubilizacin y oxidacin-reduccinCuando la solucin de lavado
penetra al suelo, sta puede desorber ciertos contaminantes de la
superficie de las partculas desuelo.La solucin tambin puede afectar
las reacciones cido-base, dando lugar a cambios de pH que tienden a
causar lasolubilizacin de los compuestos.En algunos casos la
solucin de lavado forma complejos con los compuestos y los
complejos pueden ser solubles.Tambin pueden ocurrir reacciones de
oxidacin reduccin cuando la solucin de lavado entra en contacto con
el suelo. Ecambio en el estado de oxidacin del sistema puede dar
lugar a la solubilizacin o a la desorcin de los compuestos.
7.1.1 Procedimiento
Para la tcnica de lavado de suelos a un lado del sitio se
proponen los siguientes pasos:
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TCNICAS DE REMEDIACIN DE SUELOS Y ACUF
1. Extraccin del suelo contaminado. Una vez extrado el suelo, se
realiza un muestreo en las paredes y fondo pargarantizar que se
extrajo todo el suelo contaminado. De existir alguna contaminacin
por arriba de los lmitpermisibles, se requiere agrandar el rea de
excavacin.
2. Traslado del suelo contaminado hacia la zona de aplicacin del
tratamiento, mediante la instalacin de estanques otros dipositivos
de acuerdo con cada sitio, donde se aplica el lavado y la
recirculacin de la solucin de lavado.
3. Preparacin de la solucin de lavado con un surfactante que
puede ser no inico, inico o catinico dependiendo dcontaminante. Por
lo general, se utiliza una concentracin de 1% en peso con respecto
al agua. La solucin de lavadose almacena en un estanque de
recirculacin. Los surfactantes que han presentado mayor eficiencia
son Tween 80 yEmulgin 100 (Lpez Olvera et al,2004).
4. Adicin de la solucin de lavado en la instalacin donde se
tiene el suelo.5. Mezclado mediante el dispositivo que mejor se
adapte a cada situacin y lavado.6. Instalacin de un sistema de
drenaje dentro de la instalacin para extraer la solucin de lavado
del suelo. Este sistem
es con tubera de PVC o con tubera de fierro galvanizado.7. Envo
del agua a estanque de recirculacin.8. Muestreo de suelo de
control. Para el muestreo, previamente se selecciona el nmero de
muestras segn el volumen
de lavado. Se utiliza un auger manual para los muestreos de
control, siguiendo los lineamientos de la
NOM138.SEMARNAT/SS-2003.
9. Una vez que se cumplan las concentraciones permisibles se
extrae el suelo del estanque y se traslada a un rea
dealmacenamiento de suelo tratado, previa instalacin de un liner en
esta rea. Si no se cumple con los lmitepermisibles debe continuarse
el lavado del suelo.
10. Plan de muestreo final para realizarlo en presencia de
PROFEPA. Realizacin del muestreo final de acuerdo con lestablecido
en la NOM-138-SEMARNAT/SS-2003.
11. Por otra parte, se realiza el tratamiento del agua en el
estanque diseado para ello. Se utiliza un tratamientofisicoqumico
mediante el uso de un floculante (cloruro frrico o sulfato de
aluminio).
12. Muestreo del agua tratada y en caso de cumplir la
normatividad, envo a un cuerpo de agua superficial o al drenaje.13.
Limpieza de los estanques y coleccin de residuos del estanque de
lavado.
7.1.2 Ventajas y desventajas
Las ventajas que presenta esta tcnica son las siguientes:
Ofrece la posibilidad de remover una gran variedad de
contaminantes del suelo, tanto orgnicos como inorgnicos,
Es posible su utilizacin como tratamiento preliminar, reduciendo
considerablemente la cantidad de material qnecesitara tratamiento
posterior con otro mtodo.
La tcnica presenta dos desventajas:
Es un mtodo que agrega una sustancia qumica al sueloEs necesario
el tratamiento de la solucin de lavado que arrastr los
contaminantesEl costo se incrementa por el tratamiento del agua
residual
Es importante evaluar los cambios fsicos, qumicos y biolgicos en
un suelo al que se ha aplicado lavado. En muchocasiones los
problemas de derrames de hidrocarburos ocurren en zonas agrcolas
que de por s resultan afectadas por lacontaminacin, Sin embargo, es
importante que si se aplica la tcnica de lavado, las condiciones
del suelo posteriores atratamiento permanezcan lo ms similares a su
condicin anterior al incidente.
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Por lo anterior, es necesario realizar pruebas de laboratorio en
donde se comparen las caractersticas naturales del suelo con lasque
quedan despus de aplicada la solucin de lavado.
Particularmente importante es el tipo de surfactante que se
aplica. Deben aplicarse sustancias biodegradables en tiempos
cortosy que no cambien sustancialmente las caractersticas fsicas y
qumicas del suelo.
En cuanto al tratamiento de la solucin de lavado, ms que un
problema tcnico es un problema econmico ya que hay queaumentar el
costo del tratamiento de la solucin de lavado que arrastr a los
contaminantes y que adems contiene el productopropio.
7.1.3 Tensoactivos
Los tensoactivos o surfactantes son agentes qumicos que alteran
las propiedades de una solucin. Las molculas de lossurfactantes
tienen una porcin hidroflica y una hidrofbica, y pueden ser
aninicos, catinicos y no inicos. La molcula surfactante est
compuesta por un fuerte grupo hidroflico (afn al agua), y una mitad
hidrofbica (repelente al agua), la pa rhidrofbica (cola) tiene una
cadena de hidrocarburos conteniendo 12 o ms tomos de carbono,
mientras que la parthidroflica (cabeza) son inicos o polares
(Sabatini et al, 1996)
Adems del ensamble en interfases los surfactantes siguen un
proceso de autoensamble que se conoce como micelacin.
Laconcentracin del surfactante en la cual se inicia la primer
micela se conoce como concentracin micelar crtica (CMC). Abajoesta
CMC los surfactantes disueltos existen en forma de monmeros,
mientras que arriba de esta concentracin el surfactanteexiste en
forma micelar.
7.1.4 Alternativa para la zona no saturada
La tcnica para limpiar la zona no saturada del suelo consiste en
inundar o irrigar la zona a sanear desde la superficie desuelo de
manera que el suelo se sature. Los contaminantes son arrastrados
verticalmente a travs del suelo, hasta llegar alnivel fretico para
despus migrar con el flujo del agua subterrnea. Posteriormente el
contaminante con el surfactante srecupera aguas abajo mediante
pozos de extraccin o en una zanja de recuperacin de la cual debe
extraerse la solucin ydarle un tratamiento para separar el
surfactante y reciclarlo hasta que se obtengan los niveles de
limpieza requeridos (Iturbet al, 2004).
7.2 Extraccin de vapores
Esta tcnica se aplica nicamente para la zona no saturada y para
suelos contaminados con compuestos orgnicos
voltiles (COV) ya que consiste en desorber los compuestos
voltiles de las partculas de suelo mediante succin desde
lsuperficie. Slo se usa cuando el espesor contaminado es menor a 20
m de profundidad y donde el nivel fretico no esomero.
Los hidrocarburos de fraccin ligera, como la gasolina se
encuentran en muchas ocasiones en el subsuelo de estacionesde
servico, derrames en ductos y/o tanques de almacenamiento (Iturbe
et al., 2005). La extraccin de vapor es untecnologa reconocida para
remediar suelos contaminados con compuestos orgnicos voltiles y
semivoltiles. Tambin sconoce como venteo del suelo y sistema de
extraccion con vacio.
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TCNICAS DE REMEDIACIN DE SUELOS Y ACUFLa tcnica aprovecha la
volatilidad del contaminante para permitir la transferencia de masa
de la fase adsorbida y disuelten el suelo a la fase de vapor en la
cual se remueve a travs de su extraccion por vacio.Los principios
de operacin de estos sistemas consisten en que el suelo contaminado
se lava con aire fresco mediante unpozo de extraccin en el que se
aplica un vaco. Con este proceso los COV son arrastrados del suelo
y pasan a la fase devapor.El vaco acta desorbiendo los compuestos
de la zona no saturada y por otro lado incrementa la aeracin del
suelo co
lo que aumentan las posibilidades de biodegradacin de los
compuestos ms pesados que no pueden ser arrastradosdurante el
sistema de vaco.Los factores que deben tomarse en cuenta para el
diseo de estos sistemas con respecto a las caractersticas del
sueloson: tipo de suelo, profundidad del acufero, porosidad,
permeabilidad, contenido de materia orgnica, contenido de agua,etc.
En lo que respecta a las condiciones de operacin, es importante le
velocidad de flujo y la temperatura (Harper et al.,2003).Los suelos
arenosos o de granos gruesos, con bajos contenidos de agua y de
carbono orgnico son ms rpida yfcilmente limpiados que un suelo de
granos finos y de alto contenido de carbono orgnico, en cuyo caso
los compuestoestn ms adsorbidos a las partculas del suelo.
7.2.2 Procedimiento
Para la aplicacin del sistema se requiere contar con lo
siguiente (Suthersan, 1997)Pozos de extraccin, bomba de vaco,
unidad de tratamiento para los vapores en el exterior, separador
aire/agua,tuberas, vlvulas, etc.Condiciones de operacin como
niveles de extraccin de vaco, velocidad del flujo de extraccin,
medicin deconcentraciones de vapores, etcEstimacin de niveles de
limpieza
Parmetros para el sistema de operacin:Velocidad de extraccin de
vaco
Radio de influenciaConcentracin de contaminantes
Componentes del sistemaNmero de pozos de extraccinLocalizacin de
los pozosConstruccin de los pozos (profundidad, intervalo de
perforaciones)Bomba de extraccinSeparador aire/aguaSistema de
tuberas y vlvulasMedidores de flujos, presin de vapor, etcUnidad de
tratamiento de los vapores en el exterior
La aplicacin de succin se realiza mediante la instalacin de
pozos de de extraccin; pueden ser de PVC o de fierrgalvanizado. El
dimetro de la tubera para los pozos es variable dependiendo del rea
de aplicacin; sin embargo, esfrecuente usar tubera de 2 de dimetro.
A la tubera para formar los pozos de extraccin de aire se le
fabrican orificios oranuras hasta la distancia ms baja de
aplicacin. La instalacin de los pozos se realiza despus de conocer
el radio deinfluencia para la salida del aire, para lo cual se debe
realizar una prueba previa para calcular estos radios
(Suthersan,1997).
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TCNICAS DE REMEDIACIN DE SUELOS Y ACUFque promueva el
crecimiento de los microorganismos que posteriormente se utilizan
en la biorremediacin. Tambin puede inyectar aire caliente para
facilitar la desorcin para casos de compuestos orgnicos
voltiles.Para la aplicacin de bioventeo se construye un sistema de
tuberas similares a las del tratamiento de extraccin devapores de
la siguiente forma:Los pozos de inyeccin de aire pueden ser de PVC
o de fierro galvanizado. El dimetro de la tubera para los pozos
puedser variable dependiendo del rea de aplicacin; sin embargo, es
frecuente usar tubera de 2 de dimetro. A la tubera
para formar los pozos de inyeccin de aire se le fabrican
orificios o ranuras hasta la distancia ms baja de aplicacin.El
sistema de pozos de inyeccin de aire se interconecta en la
superficie, mediante tuberas y vlvulas, a fin de usar unsolo
compresor que suministre el aire a todos los pozos; o bien a una
parte de ellos. Para esto es el uso de vlvulas encada pozo.
Asimismo se instala un medidor de presin en las lneas e
interconexiones para suministrar la cantidarequerida en cada
seccin.El bioventeo favorece la circulacin de aire en la zona
vadosa que a su vez facilita la degradacin de COV que
sobiodegradables aerbicos.En el bioventeo la biodegradacin aerbica
es el proceso dominantePor ejemplo, la degradacin del benceno tiene
lugar de acuerdo con la siguiente reaccin (Suthersan, 1997):
C6H6 + 7.5 O2 6 CO2 6H2O + biomasa
Se observa que aproximadamente se requieren 3.5 g de O 2 por
gramo de benceno degradadoParmetros para el sistema de
operacin:
Velocidad de extraccin de vacoRadio de influenciaConcentracin de
contaminantes
Componentes del sistemaNmero de pozos de extraccinLocalizacin de
los pozosConstruccin de los pozos (profundidad, intervalo de
perforaciones)Bomba de extraccin
Separador aire/aguaSistema de tuberas y vlvulasMedidores de
flujos, presin de vapor, etcUnidad de tratamiento de los vapores en
el exterior
TABLA 7.1 CRITERIOS DE DISEO PARA UN SISTEMA DE BIOVENTEO
Parmetro Impacto Extensin horizontal y vertical de
lacontaminacin
Estimacin de masa y volumen contaminado desuelo
Caracterizacin de la zona contaminada Manejo de flujo de aire en
diferentes zonas,requerimiento de tasas de aireacin y nivelesde
bombeo o inyeccin de aire
Ubicacin y nmero de pozos de inyeccin deaire
Diseo del sistema de bioventeo
Monitoreo continuo de O2, CO2 yconcentraciones de otros
gases
Monitoreo localizado y optimizacin del procesode bioventeo en
reas problema
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Los objetivos de un sistema de extraccin de vapores (SEV) y el
bioventeo son diferentes, el sistema SEV busca maximizel flujo de
aire a travs del suelo para que la volatilizacin sea ptima. El
bioventeo busca proveer la cantidad necesaria daire (oxgeno) para
estimular la poblacin bacteriana de la zona de tratamiento, que sta
aumente y degrade locontaminantes problema. Para el bioventeo se
requiere que los niveles de oxgeno en el suelo sea de por lo menos
el 2%.
El contenido de agua, tambin es muy importante para la actividad
bacteriana, se requiere estar dentro de un intervalo entr
el 40 y 60% de la capacidad de campo. Para los dos parmetros
anteriores tambin se requiere que el suelo tenga unabuena
permeabilidad.
7.4 Estabilizacin y solidificacin
Los procesos de estabilizacin y solidificacin tienen como
objetivo inmovilizar, fijar o encapsular los contaminantes dedel
suelo para evitar su migracin
La estabilizacin es el proceso, generalmente qumico, por el cual
se reduce el riesgo de un contaminante debido a suconversin a un
compuesto menos soluble, inmvil, o con propiedades menos
txicas.
La solidificacin se refiere a un proceso que encapsula al
contaminante en un slido monoltico. La encapsulacin pueser a travs
de partculas pequeas (microencapsulacin) o de un bloque
(macroencapsulacin). La solidificacin nnecesariamente involucra una
interaccin qumica entre los desechos y el agente solidificante,
pero puede ligamecnicamente al desecho en el monolito (Suthersan,
1997).Esta tcnica no remueve al contaminante ni lo degrada sino que
lo inmoviliza. Se utiliza en cualquier tipo de suelo y pacasi todo
tipo de contaminantes, excepto para compuestos orgnicos voltiles o
semivoltiles ya que durante el proceso seliberan.La tcnica por lo
general se aplica fuera del sitio pero hay aplicaciones in situ
(Nyer, 1996)
7.3.1 Procedimiento
Para el primer caso se tienen los siguientes pasos:
Excavacin del rea contaminadaTratamiento mediante el mezclado
con el producto seleccionadoPruebas de lixiviacinDisposicin del
suelo tratado (traslado al sitio original o a un relleno
sanitario)
La mezcla solidificada tiene resistencia, estabilidad y una
textura similar a la del concreto.Para el segundo caso se requiere
equipo especializado que penetre hasta la profundidad necesaria y
mezcle el agenteestabilizador. Este proceso se repite con la
maquinaria hasta cubrir toda el rea.
Los procesos que se utilizan por lo general se agrupan por el
tipo de producto que se usa como estabilizador o comoencapsulador,
de la siguiente forma.
Uso de cementantes
La inmovilizacin con cementantes se ha usado ampliamente para
gran cantidad de desechos industriales con resultados deproductos
estables.
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TCNICAS DE REMEDIACIN DE SUELOS Y ACUFSe usa cemento Prtland y
si es necesario se agrega agua, dependiendo del contenido que tenga
el suelo. Loscontaminantes se incorporan en la mezcla del cemento
produciendo cambios fsicos que dan lugar a la inmovilizacin. Eesta
aplicacin se han utilizado tambin cenizas, bentonita y silicato de
sodio para mejorar el proceso (Sharma, 2004).Las siguientes
propiedades se asocian con los compuestos del cemento:
Silicato triclcico: hidrata y endurece rpidamente y da
resistencia al producto
Silicato diclcico: hidrata y endurece lentamente pero contribuye
a aumentar la resistencia del producto despus de unsemanaAluminato
triclcico: libera gran cantidad de calor en los primeros das de
hidratacin y endurecimiento. Cementos cbajos porcentajes de este
compuesto son especialmente resistentes a los sulfatos contenidos
en los desechos o suelos.Sulfato de calcio (yeso): Baja la tasa de
hidratacin del cemento
Uso de materiales puzolnicos
Los materiales puzolnicos contienen cantidades significativas de
silicatos que en s no tienen accin cementante pero queal combinarse
con agua y otros materiales, producen el encapsulamiento del
contaminante.Los principales productos usados para este proceso
son: cenizas provenientes de carboelctricas, y cal.El uso de cal en
los procesos de estabilizacin y solidificacin es frecuente ya que
transforma al sistema en hidrofbic
Esto permite el tratamiento de compuestos aceitosos y muchos
compuestos orgnicos.La cal viva (CaO) se mezcla con un surfactante
para retardar la reaccin entre el agua y el CaO, de modo que este
ltimacte con el compuesto orgnico. Posteriormente la mezcla
CaO-compuesto orgnico se convierte en un slido Ca(OHque
gradualmente se convierte en carbonato de calcio CaCO 3 por reaccin
con el dixido de carbono del aire.Los silicatos solubles reducen la
lixiviacin de los metales formando una mezcla
metal-silicato-gel.
Uso de materiales termoplsticos
En este caso el material termoplstico cubre o rodea al material
contaminado y lo inmoviliza. Se utilizan materiales com
asfaltos y materiales de polietileno
Uso de polmeros orgnicos
El uso de este proceso es por lo general para contaminantes con
radionclidos pero tambin se pueden usar para sitios conmetales. El
polmero que se utiliza para este fin es el formaldehdo urea. Esta
aplicacin produce la inmovilizacin contaminante.
7.5 Electrocintica
Tiene como objetivo separar y extraer contaminantes orgnicos e
inorgnicos (metales) de suelos, lodos y sedimentos, conel uso de un
campo elctrico que permite remover las especies cargadas (iones).
Implica la aplicacin de una corrientdirecta de baja intensidad
entre un electrodo positivo y uno negativo. Esta tcnica se utiliza
principalmente en suelos de baperrmeabilidad.La electrocintica
incluye el transporte de agua (electrsmosis) as como el de iones
(electromigracin) como resultado dun campo elctrico. El agua se
introduce en el suelo en el nodo para reponer el agua que est
fluyendo hacia el ctododebido a la electrsmosis. El flujo de agua
sirve para limpiar y degradar los contaminantes en la
subsuperficie. Lcontaminantes viajan con el flujo de agua del nodo
hacia el ctodo y ah se pueden colectar para su tratamiento.
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Las ventajas de la electrsmosis incluye el flujo de agua
uniforme a travs de suelos heterogneos, un alto grado de controde
la direccin de flujo y muy poco consumo de energa.La electrocintica
considera el movimiento de los contaminantes en el suelo a travs de
zonas de tratamiento donde locompuestos se remueven por adsorcin y
degradacin.Para la instalacin de electrodos horizontales se
utilizan capas de grafito arriba y abajo del rea contaminada.El
flujo puede invertirse peridicamente simplemente cambiando la
corriente de los electrodos.
La electrocintica es una tcnica con la cual se aplican
nutrientes y aceptores de electrones (NO 3) en suelos de textura
fina.Durante la biorremediacin los microorganismos consumen
contaminantes orgnicos como fuente de energa y los oxidan si pH y
la temperatura son adecuados (5.5-8.5) y (10 a 30 0C). La oxidacin
biolgica de sustancias orgnicas requiere transferencia de
electrones mediante los aceptores indicados.El tipo y poblacin de
microorganismos nativos presentes en el subsuelo por lo general son
suficientes para iniciar el proceso dbiodegradacin. Sin embargo,
los aceptores finales de electrones pueden no ser suficientes para
llevar a cabo todo el proceso,por lo que se requieren nutrimentos y
aceptores de electrones adicionales.
La electrocintica se ha usado anteriormente para:estabilizacin
del suelo.barreras para el transporte advectivo de contaminantes
inicos a travs de capas arcillosas de baja permeabilidad.Remocin de
metalesMovimiento de contaminantes solubles de la zona contaminada
hacia la zona de tratamiento
El transporte de iones negativamente cargados por
electromigracin se dar hacia el nodo y viceversa para iones
cargadospositivamente. El transporte por difusin puede darse hacia
el ctodo o hacia el nodo dependiendo del gradiente dconcentracin de
iones.
Despus del oxgeno los aceptores de electrones son molculas
inicas (nitratos, fosfatos, sulfatos, etc) que son muysolubles en
agua. Los nitratos estn cargados negativamente. Si se suministran
por el ctodo se movern hacia el nodo alaplicar un potencial
elctrico en el suelo. Esta tcnica sirve tanto como aceptor de
electrones o como nutrimento, parfavorecer la biorremediacin.
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