MÉTODOS DE REMEDIACIÓN UTILIZADOS PARA LA RECUPERACIÓN DE LA HIDRÓSFERA, LITÓSFERA Y ATMÓSFERA CONTAMINADA
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Cesar MUÑOZ ; Luz D. QUINTERO 2 ; Sandra L. TOLEDO3 ; William S. MONTEALEGRE4 ¹Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente. Programa de Ingeniería Ambiental ² Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente. Programa de Ingeniería Ambiental ³ Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente. Programa de Ingeniería Ambiental ⁴
Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente. Programa de Ingeniería Ambiental
Resumen
En este artículo se dan a conocer algunos métodos de remediación que existen actualmente para la recuperación de la hidrosfera, litosfera y atmosfera. La contaminación hídrica por vertimientos de aguas residuales agrícolas trae consigo el deterioro de la calidad de las mismas y efectos adversos para la salud, la disposición inadecuada de residuos sólidos urbanos genera deterior en la superficie terrestre y perdida de sus funciones, los óxidos de nitrógeno presentesglobal, en la en atmosfera son uno de los principales gases que contribuyen al calentamiento el presente artículo se presentan métodos de remediación que disminuyen considerablemente los contaminantes presentes en cada uno de los recursos naturales mencionados.
Palabras c lave: Contaminación; Hidrósfera; Litósfera; Atmósfera; Remediación
1. Introducción
Una problemática ambiental recientemente tomada en cuenta por países desarrollados es el de legislar, inventariar y encontrar el tratamiento adecuado a los pasivos ambientales históricos existentes en sus respectivos estados. En países en vías de desarrollo como el nuestro este concepto ocupa solamente un marco teórico muy pobre ya que en la actualidad más importante es reducir la contaminación y minimizar el impacto desde las fuentes hacia el medio circundante. La poca investigación en esta área ambiental tiene como causas importantes la falta de legislación para el manejo de residuos y contaminantes ambientales, la falta de técnicas para hacer la Evaluación Inicial y la Evaluación de la Exposición en un Sitio Contaminado, la irresponsabilidad de los "contaminadores" y quizás la causa más importante sea el alto costo económico que significa remediar un suelo, un cuerpo de agua superficial, un flujo de agua subterránea o un aire contaminado por el sin fin de actividades industriales que vivimos en nuestro país. El desarrollo industrial, el generalizado manejo de agroquímicos en las actividades agrícolas, el crecimiento urbano y los problemas políticos-sociales en Colombia fomentan una creciente producción de residuos y contaminantes, los que han sido, son y probablemente seguirán siendo causantes de la contaminación de muchos lugares y que en adelante llamaremos "Sitios Contaminados”. El término “contaminantes”involucra el concepto de residuo, que son todos los materiales generados en procesos de extracción, beneficio, transformación, producción, consumo, utilización, control o tratamiento cuya calidad no permite reutilizarlos, y sin un debido tratamiento lo que ocasionan son daños al ambiente, ya sea como residuo sólido, lixiviado o gas contaminado que va directamente a la atmosfera y son sustancias que por sus características físicas, químicas o infecciosas pueden causar un aumento de la mortalidad o un aumento de enfermedades graves irreversibles o reversibles, sin contar el sin fin de perjuicios contra los recursos naturales. En el presente artículo miramos los métodos de remediación utilizados para la recuperación de la hidrósfera, litósfera y atmósfera contaminada, partiendo desde los métodos para
determinar los contaminantes y los métodos de remediar dicha contaminación encontrada, con el ánimo de fortalecernos académicamente y generar unas metodologías idóneas de utilización en territorio, lo que conlleve a solucionar la inminente contaminación a la que estamos expuestos para no dejar en hombros de las generaciones futuras este problema, de tal manera que la remediación de sitios contaminados adquiera un carácter sustentable y eficaz.
Objetivo General
Describir métodos de remediación para contaminación de la hidrósfera, litósfera y atmósfera.
Objetivos Específicos
Identificar las causas de contaminación de hidrósfera, litósfera y atmósfera. Describir un método de análisis de contaminación de hidrósfera, litósfera y atmósfera Seleccionar el mejor método de remediación para la contaminación en hidrósfera, litósfera y atmósfera, a partir del análisis de contaminación.
Materiales y métodos Parte I. Análisis de contaminantes
Para la hidró sfera ,
se realizará primero un análisis químico y biológico/ organoléptico del agua contaminada por vertimientos agrícolas con el protocolo de tomas de muestras del IDEAM, se tomarán tres puntos de muestreo alto medio y bajo donde se analizan los siguientes parámetros: PH, OD, T°, Salinidad, Nitritos, Amoniaco, Alcalinidad, CO2, DBO5, cloruros, grasas, aceites, Nitrógeno total, mercurio, fosforo entre otros. A partir de esto se implementan los humedales con plantas macrofitas (buchón de agua, oreja de raton), donde se registran los avances y cambios organolépticos durante varios días y así poder determinar la eficiencia de las macrofitas. Posteriormente tomar nuevamente los parámetros dela fuente hídrica para hacer un comparativo de aquellos contaminantes removidos. el método que se utilizaría para realizar el análisis de la contaminación de las muestras de suelo contaminado por residuos sólidos urbanos, es la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG/EM), la cual es una técnica analítica e instrumental de alta sensibilidad capaz de identificar cualitativa y cuantitativamente cualquier tipo de mezclas de sustancias, mediante el análisis de su patrón defragmentación Para la li tósf era,
(Linares, y otros, 2006).
El método consiste en introducir la muestra dentro del Cromatógrafo de Gases, el cual se programa a cierta temperatura para separar los analitos volátiles y semivolátiles, los cuales son introducidos en el espectrómetro de masas, que se encarga de identificar los analitos por el tiempo de retención, y la comparación del espectro de masas con el espectro de electrones incluidos en una base de datos. Los materiales y equipos necesarios para el método son: Viales especiales para el cromatógrafo, Pipetas y el cromatógrafo de gases acoplado al espectrómetro de masas. El reactivo necesario es el n-Hexano de grado HPLC. El procedimiento inicia con la adición de cierta cantidad del hexano en la muestra de suelo secada previamente, y dejándolo reposar de 12 a 24 horas para que los asfáltenos se precipiten. Luego del reposo, se toma una cantidad de la muestra y se introduce en un vial para el cromatógrafo y se sella el vial. Luego se procede a hacer la medición en la CG/EM. Para la atmósfera , el método para determinar los contaminantes productos de NOx en la
atmosfera es el método de GRIESS-SALTZMAN es una técnica que solamente se usa para analizar muestras que contengan NOx en aire, y consiste en que el dióxido de nitrógeno es absorbido del aire por una solución acuosa de trietanolamina y el análisis posterior es realizado usando un reactivo que forme un compuesto azo-colorante. El color producido por el reactivo es medido en un espectrofotómetro a 540 nm en donde arroja los resultados del análisis. Reactivos utilizados para el análisis de dióxido de nitrógeno en la atmosfera (NOx) son: Trietanolamina, N-butanol, Peroxido de hidrógeno al 30%, Sulfanilamida, Ácido fosfórico concentrado 85%, NEDA y Nitrito de sodio. Los equipos utilizados son los siguientes: Absorbedor de polipropileno, Sonda de muestreo, Trampa de humedad, Filtro de membrana, Dispositivo de control de flujo, Patrón de medición de flujo, Espectrofotómetro para ser usado a 541 nm, con celdas de 1 cm de espesor, equipo para medición de aire, líneas de teflón (construidas de teflón, vidrio o acero inoxidable) y bomba de aire. Luego de que la muestra adsorbe el dióxido de nitrógeno de la muestra de oxigeno se hacen varias pruebas para estandarizar el resultado en lapsos de 10 min. Para determinar la cantidad de Contaminante NOx en la atmosfera del área de estudio se debe tomar muestra que de lacontiene cual se elhace burbujear el contaminante de Nitrógeno en el tren delamuestreo equipo burbujeador. Para hacerDióxido esta recolección del gas se utiliza la solución absorbente la cual se prepara de la siguiente manera: (Añadiendo 15 g de trietanolamina aproximadamente a 500 mL de agua destilada; luego adicione 3 mL de N-butanol. Mezcle bien y diluya hasta 1 L con agua destilada. El Nbutanol actúa como un surfactante. Si se presenta formación de mucha espuma durante el muestreo, se debe disminuir la cantidad de N-butanol. El reactivo es estable por dos meses si se mantiene en una botella oscura y bajo refrigeración.) Esta solución es adicionada en el tubo del centro en el tren de muestreo. Se deja por 24 horas para que el equipo absorba aire de los alrededores y se burbujee en dicha solución el contaminante dióxido de nitrógeno.
Parte II. Mé tod os d e remediación .
se establecerán Humedales con plantas macrofitas (buchón de agua, oreja de ratón), estos sistemas son sistemas de autodepuración de aguas residuales. Para la hidr ósfera,
El método consiste en fijar las plantas macrofitas sobre un lecho de grava impermeabilizado, estas hacen que el agua residual en este caso provenientes de actividades agrícolas sea depurada progresivamente, estos sistemas purifican el agua mediante del fósforo, materiallos orgánico (DBO), oxidando el amonio, reduciendo los nitratos y remoción removiendo métodos involucran oxidación bacteriana, filtración, sedimentación y precipitación química El término macrófitas, dado su uso en el lenguaje científico, abarca a las plantas acuáticas visibles a simple vista, incluye plantas acuáticas vasculares, musgos, algas y helechos. Constituyen fitosistemas, porque emplean la energía solar a través de la fotosíntesis. Básicamente, se trata de captar la luz solar y transformarla en energía química, que es usada en su metabolismo para realizar funciones vitales. Al realizar la planta sus funciones vitales, colabora en el tratamiento de las aguas Como materiales para llevar a cabo el método de remediación se utilizará agua, Sustrato, Comunidades de microbios, Invertebrados acuáticos, Peceras, macrofitas (Buchón de agua y oreja de ratón). , el método de remediación que se utilizaría es el método de oxidación química por permanganato (MnO4), el cual es un tratamiento químico aplicado in-situ. Para la litósfera
En este método, se utiliza el MnO4 para oxidar los contaminantes presentes en el suelo y los convierte en subproductos inofensivos, como el Mn (IV). Para la aplicación del proceso, se perforan pozos en varios lugares del suelo contaminado, y a diferentes profundidades, en los que se introduce el permanganato en forma líquida, algunas veces mezclado con el potasio (KMnO4) o el Sodio (NaMnO4), los cuales se mezclan con los productos químicos nocivos presentes en el suelo y los descompone. Dependiendo del pH del suelo, la oxidación puede ser por transferencia directa de electrones o por generación de radicales, pero en general, puede ser usado en suelos contaminados con un rango de pH de 3,5 a 12, y tiene un tiempo de reacción relativamente extenso. (Regentint.com, 2014) Para la atmósf era , el método de remediación sería la Técnica de la reducción selectiva no
catalítica (SNCR). La cual consiste en inyectar en el flujo de humos cargado de NOx un agente reductor en una zona de temperatura especificada o a través de una ventana determinada, siendo muy importante que el ( agente reductor se mezcle con los humos adecuadamente y se disponga de un tiempo de residencia adecuado)para que se puedan producir las correspondientes reacciones de reducción. El campo de temperaturas para la reacción, se sitúa entre1600 a 2100ºF 870 a 1150ºC (EPA 2002) siendo preferidas temperaturas superiores a1700ºF (927ºC). Por debajo de 1600ºF (870ºC), para ayudar a las reacciones se necesitan aceleradores químicos, como el hidrógeno.
El sistema (SNCR) se compone de una serie de equipos para su implementación y son los requeridos para su funcionamiento ya que se debe contar con el equipo de almacenamiento y manipulación de la urea, almacenamiento de la mezcla del agente reactivo con el fluido de transporte (aire comprimido, vapor o agua) y el equipo de La inyección En el proceso de la (SNCR), la unidad de combustión actúa como una cámara de reacción. El reactivo es inyectado dentro de las regiones radiantes y convectivas del sobr ercalentador y del recalentador, donde la temperatura de los humos está dentro del rango requerido. El sistema de inyección se diseña para promover la mezcla del reactivo el gas de combustión. El número yy ubicación dedelosflujo puntos temperatura los patrones dentrodedeinyección la unidad se de determinan combustión. por los perfiles de El equipo principal del sistema (SNCR) es el de inyección, integrado por una serie de toberas ubicadas en las paredes del hogar a distintas cotas, para alcanzar la temperatura de operación en los humos. El número de toberas de inyección y su ubicación se basan en la experiencia de obtener una buena distribución del agente reactivo en el interior del flujo de humos. La urea se inyecta como solución acuosa. La tecnología de la urea implica un mayor tiempo de residencia para las reacciones, debido al tiempo requerido para vaporizar las gotitas de líquido, una vez inyectadas en el flujo de humos. Cuando la urea se inyecta, es importante controlar el exceso de reactivo que no ha reaccionado, ya que cuando la temperatura de los humos disminuye, el exceso de NH puede reaccionar con otros productos formados en la combustión, principalmente trióxido de azufre SO. Resultados y discu sión
Para la hidrósfera, se espera la eliminación de microorganismos patógenos: Por filtración y adsorción en partículas de arcilla, la eliminación de Trazas de Metales, debido a que tienen una alta afinidad por adsorción con materia orgánica y pueden ser acumulados en los humedales; la eliminación de materia orgánica, la cual es realizada por los microorganismos que viven adheridos al sistema radicular de la planta y que reciben el oxígeno a través de un sistema de aireación muy especializado. Una parte de la aireación del agua también se realiza por difusión del oxígeno del aire a través de la superficie del agua. También se elimina una parte de la materia orgánica por sedimentación. Las bacterias están siempre presentes en la planta del buchón de agua puesto que el nitrógeno se elimina por fenómenos de nitrificación-desnitrificación y amonificación, realizados por bacterias. Por tal motivo éstas son de vital importancia en el proceso de purificación del agua. Para la litósfera, se espera la oxidación química de los elementos presentes en el suelo que afectan sus características, por la introducción del permanganato, el cual reacciona con los elementos, descomponiéndolos y convirtiéndolos en elementos inofensivos. Además de esto, el permanganato se puede mezclar con el potasio o el sodio para mejorar los resultados. En la Atmósfera Los niveles de reducción de NOx que se pueden alcanzar llegan al 70% en condiciones muy controladas; en la práctica, para mantener unos niveles aceptables de (consumo de reactivo y arrastre de reactivo no utilizado), se llega reducciones de las emisiones de NOx entre 50 y 60%.
Los sistemas de base urea tienen ventajas sobre otros sistemas a base amoníaco. La urea no es tóxica, es un líquido menos volátil y se puede almacenar y manejar con mayor seguridad. Las gotas de la solución de urea pueden penetrar más adentro en los humos cuando se inyectan dentro de la caldera, mejorando la mezcla con los humos, lo cual es difícil en calderas grandes.
Conclusiones
Es sorprendente las diversas causas de contaminación que pueden presentarse en los recursos naturales, y también los diversos métodos de remediación que se han descubierto y desarrollado hasta la actualidad, cada uno con diferentes técnicas, elementos y resultados, y que pueden desarrollarse para un mismo tipo de contaminación o para tipos diferentes. La principal reflexión que deja el artículo, y el trabajo desarrollado para llevarlo a cabo, es que cada actividad que se realiza de manera antropogénica o natural ocasiona afectaciones al ambiente, algunas más graves que otras, pero, a causa del desarrollo, en las últimas décadas se han agravado sus consecuencias, llevando a los especialistas en el tema a buscar soluciones inmediatas y eficaces, que permita la subsistencia de los seres vivos del presente y del futuro.
Referencias bi bliográficas
Condorchem
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Recomendación
Es evidente el deterioro de los recursos naturales presentado en los últimos años, ocasionando desastres naturales, baja calidad de los recursos, disminución de los mismos, extinción de especies de flora y de fauna, entre muchas otras consecuencias. Es por esto, que se deben aplicar métodos de control y remediación urgentes en cada uno de los recursos naturales. Tanto para el agua, que es un recurso demasiado importante y que más afectaciones tiene sobre la salud y el desarrollo, y la cual tiene demasiadas causas de contaminación, como vertimientos por actividades agrícolas, pecuarias e industriales, y que tiene incidencia directa con otros recursos como el suelo y la atmósfera, y estos a los mismos tienen incidencia directa con ellos. Por esto es tan importante desarrollar métodos de remediación eficaces, sostenibles y económicos que puedan ser implementados en el agua. Para el suelo, también es muy importante desarrollar métodos de remediación, ya que el estado del suelo es el que determina la calidad de los productos a consumir, factor muy importante para cualquier aspecto, tanto de salud, de economía, entre otros. Y para el aire, es importante tanto desarrollar métodos de remediación, como de control, prevención y mitigación, ya que es el recurso, a nuestro parecer, más afectado por el desarrollo industrial, y en general, humano. El aire se ve afectado por cualquier actividad por mínima que sea, ya que la mayoría de estos generan gases, tanto a gran escala como las industrias, como a menor escala como la combustión de madera para cocinar, o producción de estiércol, actividades que generan diferentes tipos de gases, que se mezclan con los componentes del aire y crean nuevos elementos muy perjudiciales para la salud.
Luz Delia Quintero Botina Estudiante Ingeniería Ambiental
William Sneyder Montealegre Rojas Estudiante Ingeniería Ambiental
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD
Sandra Lorena Toledo Almario
Cesar Muñoz Ñañez
Estudiante Ingeniería Ambiental
Estudiante Ingeniería Ambiental
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD
Universidad Nacional Abierta Y a Distancia UNAD
