REMEDIACIN DE SUELOS CONTAMINADOS POR PLOMO

Mtodos de remediacin por Lavado con recuperacin de Pb por biorreactores y Electroremediacion

INTRODUCCIONEntre los metales pesados, el plomo (Pb) es un contaminante potencial y real en algunos lugares en el mundo ya que se acumula con facilidad en suelos y sedimentos. La presencia de Pb en el ambiente se debe principalmente a las actividades antrpicas. El Pb no es un elemento esencial para las plantas, los animales o para los seres humanos, por lo que concentraciones elevadas de este metal pesado en los humanos causan diferentes sntomas de toxicidad tales como: retraso del crecimiento, impacto al sistema nervioso, entre otros.La remediacin de suelos mediante el proceso de lavado con diferentes agentes extractantes, esta eficiencia est determinada por el pH, concentracin de la solucin utilizada y tiempo de extraccin, en una segunda etapa, se recuperar los elementos utilizados y contaminantes del agua utilizada en el lavado mediante un proceso de remocin de plomo con la ayuda de bacterias sulfato reductoras que permiten eliminar mas del 80% del plomo.Otro mtodo empleado es por electrorremediacion con el cual describiremos las tecnicas que emplea para la remocin de plomo.OBJETIVO GENERAL Comparar la eficiencia y viabilidad de los mtodos de remediacin por lavado con recuperacin de Pb por biorreactores con bacterias sulforeductoras (BSR) y electroremediacion de suelos contaminados con plomo.OBJETIVOS ESPECFICOS Seleccionar tecnologas factibles para el tratamiento, en funcin de las caractersticas del sitio de estudio, as como del tipo de contaminantes y su concentracin. Determinar las condiciones ms eficientes de las tecnologas seleccionadas, en funcin de la eficiencia y viabilidad as como realizar pruebas de las diferentes tecnologas de remediacin para la remocin o estabilizacin de Pb en el suelo contaminado. Determinar las condiciones ms eficientes de las tecnologas seleccionadas, en funcin del tiempo y magnitud de la remocin o estabilizacin del plomo. REMEDIACIN DE SUELOS CONTAMINADOS POR PLOMO1. CARACTERIZACIN DEL REA DE ESTUDIO

El rea se ubica en Huautla (Morelos, Mxico) en el cual realizaban la explotacin de minerales como plata, plomo y zinc. Esta rea actualmente es una reserva natural.

Caracterizacin fisicoqumica

Los suelos estudiados se encuentren relativamente estables debido a que los valores de pH y CIC registrados pueden favorecer la inmovilizacin de los metales como el plomo (la mayora de los metales se comportan como cationes y son sorbidos en materiales con carga neta negativa, siendo ste el principal mecanismo de retencin. Las partculas de menor tamao son predominantes en la muestra; el material en estudio corresponde a un sedimento grueso (20 - 50 mm). Caracterizacin qumica

La importancia de cuantificar el contenido de metales solubles, radica en que el contenido total de metales: parte de la mineraloga del material; fases slidas que se vuelven ms estables con el tiempo, disminuyendo la biodisponibilidad del contaminante (intemperizacin). Es decir, la concentracin de plomo encontrada en el lixiviado, es la fraccin del metal que se encuentra potencialmente disponible y a la cual la poblacin y/o el ecosistema pueden quedar expuestos. De acuerdo con los resultados de este anlisis, se confirm la presencia de altas concentraciones de plomo (hasta 3340 mg/kg).En general, se observ que el contenido total de metales txicos en la muestra, se increment al disminuir el tamao de partcula. La mayor proporcin, con respecto al total de la muestra es de Pb (30.7%) encontradas en las partculas menores a 45 mm. Asimismo, debido a la importancia de cuantificar el contenido de metales solubles, se determin que solamente se encontraron solubles plomo, arsnico y cadmio.

2. LAVADO El principal objetivo del lavado de suelos consiste en disolver, suspender o precipitar el contaminante, para favorecer su transferencia a la fase acuosa. Esta tcnica busca transferir la mayor cantidad posible del contaminante al lquido de lavado; siendo esta una tcnica de restauracin ex-situ.El plomo no se puede extraer del suelo cuando se utiliza solamente agua, por ello se hace uso de extractantes o aditivos qumicos.El lavado de suelo se comenz a utilizar como una tcnica de restauracin de sitios contaminados en Holanda hacia el ao de 1982 como una necesidad debido a la identificacin de un nmero importante de lugares contaminados como resultado del crecimiento industrial.

Figura 1: proceso de lavadoDe esta manera, con el propsito de determinar las mejores condiciones para cumplir con lo anterior, se llevaron a cabo experimentos en lote con cuatro soluciones de lavado (HCl, EDTA, cido ctrico), ms un control con agua meterica (utiliza agua en equilibrio con CO2 (H2O-CO2) para lixiviar metales. La velocidad de agitacin (150 rpm), la relacin slido-liquido (1:5) y el tiempo total de lavado (24 horas), se mantuvieron constantes en todos los sistemas experimentales; para asi provocar la solubilizacin del metal. Una vez que transcurrido el tiempo de extraccin, se filtra la muestra y al filtrado se le determin la concentracin de plomo. Las determinaciones de plomo en el extracto se realizaron utilizando un espectrmetro de absorcin atmica Perkin Elmer.

Figura 2: Sistema de lixiviacin utilizado para la realizacin del tratamiento de lavado

Figura 3. Eficiencia de extraccin (remocin) de plomo, con respecto al contenido total del metal en el suelo.Los resultados sugieren que la solucin de lavado ms eficiente para la extraccin de plomo a partir del material estudiado, es la de cido EDTA, ya que con sta se obtuvieron las mayores eficiencias de remocin y velocidades iniciales de disolucin de plomo.La eficiencia del EDTA para la remocin de plomo, puede atribuirse a que este tipo de agentes quelantes, forma complejos solubles con iones metlicos, incrementando as la eficiencia de lavado en un suelo contaminado con metales (US EPA, 2001).3. RECUPERACIN DEL PLOMO EN EL LIXIVIADO

1. Recuperacin por biorreactor con bacterias sulfato reductorasEl reactor se ha mantenido operando de manera continua y estable durante 180 das. Los resultados indican que el sistema experimental, en las condiciones actuales, puede remover hasta 10 mg/L de plomo, sin afectar la concentracin de sulfuro en el reactor.Se determin una eficiencia de remocin de plomo soluble del 98.4%, con una eficiencia en la produccin de sulfuro de 270 mg/L. Los resultados mostraron que el bioreactor, tiene la capacidad de remover eficientemente hasta 23.4 mg/L de Pb en solucin (figura 4).

Figura 4. Serie de tiempo de la concentracin de plomo soluble en la entrada y salida del biorreactor durante 170 das.En la Figura 5, se muestra el desempeo del sistema durante 500 das de operacin con tiempos de residencia de 4 das empleando como fuente de carbono al etanol. De acuerdo con el balance de plomo soluble en el reactor, la remocin fue de 99.8%.

Figura 5. Desempeo del sistema durante 500 das de operacin; tiempo de residencia 4das.El producto formado de la reaccin de sulfuro con el plomo soluble es sulfuro de plomo (PbS). Este compuesto es prcticamente insoluble ya que tiene una constante de producto de solubilidad (KPs) de 3x10-28 a 25C. De hecho es el compuesto menos soluble de todos los compuestos de plomo (ej. el Pb(OH)2 y PbCO3 tienen una Kps de 1.4x10-20 y 7.4x10-14, respectivamente).

3. Remediacin electrocintica

La remediacin electrocintica (electorremediacin) es un proceso que puede remover eficientemente metales de suelos o materiales poco permeables. La baja permeabilidad del material, es un requisito esencial para el proceso, ya que este tipo de suelos tiene capacidad para mantener la solucin electroltica, a travs de la cual se moviliza el metal soluble, por efecto del campo elctrico.En esta etapa experimental se evaluaron distintas condiciones experimentales variando la intensidad de la corriente (amperaje) y la distancia que separa los electrodos (nodo y ctodo). El campo elctrico provoca la disociacin del agua, formado un frente cido en el nodo y un frete bsico en el ctodo, lo que podra afectar la solubilidad del plomo, para tratar de controlar este fenmeno se utiliz como electrolito cido actico 2M, (pH3), las fluctuaciones de pH en el sistema se debieron a la variabilidad del flujo de alimentacin del electrolito a la celda (0.5 0.3 mL/min).

Figura 6. Sistema utilizado para el tratamiento de electrorremediacin.

En la tabla 6 se presenta la eficiencia del sistema para la remocin de plomo, la concentracin inicial de plomo total en el residuo fue de 2099.20 mg/kg. Como se puede observar la mxima eficiencia de remocin en 24 horas de tratamiento fue de 13.6 % alcanzada con 3.0 mA/cm2 y una distancia entre electrodos de 16 cm, sin embargo los resultados obtenidos con 12 cm de separacin y 3.0 mA/cm2 de intensidad y la prueba realizada con 1.5 mA/cm2 y 16 cm de separacin obtuvieron eficiencias muy cercanas de 13.2 y 13.3 % respectivamente.Tabla 6. Eficiencia de remocin de Pb por electroremediacin

La intensidad de la corriente es un factor importante en la velocidad de remocin del plomo y bajo las condiciones de este experimento la distancia de separacin de los electrodos no repercuti negativamente en el proceso, a mayor separacin, se puede tratar ms material con la misma eficiencia siempre que no decaiga la conductividad elctrica.4. RESULTADOSLos resultados obtenidos muestran que el proceso de lavado de suelo puede ser utilizado exitosamente y de manera efectiva para el tratamiento de una muestra real de suelos contaminados con un alto contenido de plomo.Para seleccionar la tecnologa factible se tuvo que tener en cuenta que este proceso se ve afectado por diversas variables como son el tipo de extractante, el pH y concentracin del contaminante, etc. Con respecto a los extractantes utilizados los resultados muestran que se lograron porcentajes cercanos al 70% para el acetato y mayores al 95% para el EDTA. La tcnica de remocin de Pb por bacterias sulfato reductoras (BSR) empleando etanol como fuente de carbono en un reactor RAFA es una alternativa tcnicamente factible para remover este tipo de contaminantes con una eficiencia del 99% a una velocidad de remocin de 45mgPb/L-da.La remocin de plomo por electroremediacion permitio retirar un mximo del 13.6% del plomo presente. Esta ltima tcnica podra ser factible pero es necesario realizar ms estudios para lograr una remocin mayor al 80%.Por los resultados puede sugerirse, de manera preliminar, que por las condiciones especficas del sitio y, debido a las caractersticas fisicoqumicas del material estudiado, su presencia en el sitio, no implica un riesgo ambiental, ya que los elementos con altas concentraciones de Pb no se encuentran biodisponibles.