Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambent (MAiMA)
Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada
Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona
http://www.ub.edu/minegeo
Modelos conceptuales de
aplicación
Albert Soler Gil
Director del grupo de Mineralogia
Aplicada y Medioambiente
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
- La directiva Marco del Agua indica que
“Quien contamina paga”
necesario conocer el origen.
Identificación de Fuentes de Contaminación
INTRODUCCIÓN
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
Conocer el origen de la contaminación
d13CPCE= -20‰d13CPCE= -35‰
d13CPCE= -35‰
d13CPCE= -20‰
d13CPCE= -20‰
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En casos complejos
La combinación con otros isótopos (d13C, d37Cl y d2H)
mejora la discriminación
d13C
d37Cl
d2H
d37Cl
d13C
2D o 3Dimensiones
APLICACIONES: FINGERPRINTING
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APLICACIONES: FINGERPRINTING
d34S= -15‰
d15N= +15‰
d15N= +15‰
d15N= +20‰
d34S= -15‰
d15N= +20‰
d11B= +35‰
d11B= +35‰
d15N= +2‰
d15N= +2‰
d11B= -5‰
d11B= -5‰
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δ18O
NO
3(‰
) V
SM
OW
+10-10 0 +20 +30
NO3
Fertilitzantes
+10
0
+20
+30
+40
+50
δ15NNO3 (‰) AIR
Fertilitzantes NH4+ Estiercol, Residuales
El nitrato tiene diferentes composiciones isotópicas en
función de su origen.
APLICACIONES: FINGERPRINTING
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Fertilizantes
Minería
potasas
d1
8O
(S
O4)
d34S (SO4)
“ “ Llobregat
Tributario Anoia
Bajo LlobregatEvaporitas
Oxidación
Sulfuros
Cardener
Alto Llobregat
Anoia
error
El sulfato tiene diferentes composiciones isotópicas en
función de su origen.
APLICACIONES: FINGERPRINTING
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Identificación de procesos de degradación
APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN
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APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN
16O
14N
16O
16O
El Fraccionamiento isotópico al no estar influenciado por la dispersión,
sorción, dilución, etc. permite poner de manifiesto la degradación
natural de los contaminantes.
15N
16O
16O 16O
Ej. Reacción de desnitrificación:
4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3
- + 7H2O
16O
14N
18O
16O
15N
16O
16O 16O
16O
14N
16O
16O
15N 14N
14N 14N
14N 14N
15N 14N
14N 14N
14N 14N
14N 14N
d15N = 0 per mil + 4 ‰ d15N = - 4 ‰
14N 14N
15N
16O
16O 16O 14N 14N
14N 14N
14N 14N
REACCIÓN
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FERT NO3
54
56
51
59
58
55
72
70
52
62
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35
d15
N (‰)
d18
O (‰
)d
18O
d15N
NH4
+PURIN / URBANOSUEL
O
APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN
Cual es la reacción de desnitrificación ?
14NO3- + 5FeS2 + 4H+ 7N2 + 10SO4
2- + 5Fe2+ + 7H2O
4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3
- + 7H2O
Utilidad
isótopos 13C y 34S
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Dilución + Dispersión + Biodegradación + etc. Atenuación Natural
Solo la degradación
produce
FRACCIONAMIENT
O ISOTÓPICOBiodegradación verdadera reducción de contaminantes
C12 C12
C12
C12
C12
C12
C12C12
C12C12C12
C12 C12
C12
C12
C12 C12
C12
C13
C12
C12
C12
C13
C13
C12
C12
C12
C12
C13
C12C12
C12C12
C12 C12
C12
C12
C13
PCE
TCE
APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN
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Hunkeler, D., et al. (1999) ES&T, 33: 2733 - 2738
d13Cini = XPCE· d13CPCE + XTCE· d13CTCE + XcDCE· d13CcDCE + XVC· d13CVC .....
A PESAR DE LA EXISTENCIA DE BIODEGRADACIÓN,
TAMBIÉN SE PUEDE CONOCER LA COMPOSICIÓN INICIAL
Y POR TANTO LA FUENTE DE CONTAMINACIÓN.
APLICACIONES: IDENTIFICACIÓN DEGRADACIÓN
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Cálculo de eficiencia de degradación
INTRODUCCIÓ
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
- En las actuaciones de descontaminación “in situ” es difícil
discriminar entre los cambios de concentración debidos a procesos
físicos y los relacionados con la degradación del contaminante.
Christ JA, Ramsburg CA, Abriola LM, Pennell KD, Löffler FE - Environ.
Health Perspect. (2005)
APLICACIONES: CÁLCULO EFICIENCIA DEGRADACIÓN
Barreras Reactivas Permeables Oxidación Quimica Avanzada
Bioestimulación
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
δ15
NNO3 (‰)
δ1
8O
NO
3 (
‰)
zone 1zone 2zone 3εN=-26.3‰ and εO=-20.4‰
60%
40%
20%
MNL-019
LMV-005
TON-001
SPT-010
NO3
Fertilitzantes
Fertilitzantes NH4+Estiercol, Residuales
APLICACIONES: CÁLCULO EFICIENCIA DEGRADACIÓN
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
fCC ln0
1313 dd ƒ = 0.13 Eficiencia = 87%
δ13C = -21.5‰ δ13C = +12.4‰ε
-17.1‰
PCE PCE
APLICACIONES: CÁLCULO EFICIENCIA DEGRADACIÓN
f = fracción remanente contaminante % Eficiencia 1-f*100
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
días
C/C
0
δ13C
-30
+10
-10
0 5 10 15 20
1
0.5
0
días
C/C
0
δ13C
-30
+10
-10
0 5 10 15 20
1
0.5
0
días
C/C
0
δ13C
-30
+10
-10
0 5 10 15 20
1
0.5
0
Eficiència= 1-Ct\C0
(degradación + dilución +
dispersión +
sorción…)
Eficiència=1- e(δt- δ
0)
(solo degradación)
días
C/C
0
δ13C
-30
+10
-10
0 5 10 15 20
1
0.5
0
días
C/C
0
δ13C
-30
+10
-10
0 5 10 15 20
1
0.5
0
C/C0
δ13C
APLICACIONES: CÁLCULO EFICIENCIA DEGRADACIÓN
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FUNDAMENTO:
Los procesos abióticos como la volatilización, sorción, dilución i dispersión
no producen cambios isotópicos
Biodegradación
Fraccionamiento isotópico
Enriquecimiento isotópico del compuesto remanente
UTILIDADES:Discriminar entre diferentes plumas o orígenes
Estimar el grado de biodegradación
RESUMEN
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
Jornada de Transferencia I+D+I El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
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