Desarrollo de una Metodología de Selección Eco Eficiente de Técnicas para Remediar Suelos Contaminados con Metales Pesados Edición Única

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(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. TECNOLÓGICO DE MONTERREY "DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE SELECCIÓN ECO-EFICIENTE DE TÉCNICAS PARA REMEDIAR SUELOS CONTAMINADOS CON METALES PESADOS". TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE: MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN RECURSOS NATURALES. ING. FERNANDO C. VIDAL ORTEGA. MONTERREY, N. L. AGOSTO DE 2003.

(3) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY. DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. TECNOLÓGICO DE MONTERREY "DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA DE SELECCIÓN ECO-EFICIENTE DE TÉCNICAS PARA REMEDIAR SUELOS CONTAMINADOS CON METALES PESADOS". TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE. MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN RECURSOS NATURALES. ING. FERNANDO C. VIDAL ORTEGA. MONTERREY, NL. AGOSTO DEL 2003.

(4) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado por el Ing. Fernando Clemente Vidal Ortega sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de: Maestro en Ciencias con especialidad en Sistemas Ambientales RECURSOS NATURALES. Comité de Tesis. Enrique Ortiz Nadal Ph. D. Asesor. Susana J. Hurtado-Baker M.C. Sinodal. APROBADO. Federico Viramontes B. Ph. D. Director de Programa de Graduados en Ingeniería Monterrey, N.L. Agosto 2003.

(5) DEDICATORIA.. A. DIOS. Por presentarme, nuevos retos, por darme fuerzas y ser mí Guía en los momentos dífícíles. Por rodearme de gente positiva y optimista que me motiva a mejorar continuamente y a dar lo mejor de mí.. A MI FAMILIA. Mamá, Papá y Hermana Por todo su amor y creer siempre en mí..

(6) AQ'KA'D'ECIMI'EWrOS Tn Ca vida, me he topado con gente que me fia Brindado su apoyo, motivado y animado a seguir adelante cuando siento que me faCtan fuerzas para continuar. Quiero agradecer a mi mamá por Brindarme su apoyo, por todo su amor, por ímpuCsarme a superarme diariamente, por ser eC apoyo de nuestra famida... mamá tu sabes que sin tí, esto nunca huBíera sido posíBCe, y te Co agradeceré por siempre... a mi papá, por sus consejos, su amor y enseñarme a nunca darme por vencido y Buscar nuevos retos, gracias papá por semBrar en mí eC deseo de Cuchar por mí sueños... a mí hermana, por su cariño, por su coraje, por ser mí ejempCo a seguir... mónita, te admiro... Sin ustedes, mí famíCía, no huBíera aCcanzado Co que he Cogrado en Ca vida... Cos quiero con todo mí ser, y prometo que no Ces faCCaré. J3. mí Tía Taty, Tío Tepe y "Pepito, por sus consejos y preocupación por mí.. Agradezco aC T)r. "Enrique Ortíz, por compartir conmigo eC reto de esta investigación aC permitirme desarroCCar eC tema de tesis y principalmente por esforzarme aCmáxímo.. recordarme que para. tener. éxito. deBo.

(7) (gracias, Ing. Susana J. Hurtado por recibirme en su oficina cuando estaBa desesperado y confundido, no oCvídare Ca tarde en que pCatícamos en Ca Banca frente a residencias, (gracias por creer en mí cuando yo no Co podía hacer, (gracias por su paciencia y ayudarme a convertirme en Ca persona que hoy en día soy. gracias por su amistad, por compartir su tiempo y conocimientos conmigo. Sin su ayuda, no huBíera podido seguir adeCante, Cas paCaBras no me aCcanzanpara expresarCe toda mí gratitud. A.C "Dr. Martín 'Bremer, por eC tiempo dedicado a orientarme y enriquecer este traBajo con su opinión y vadosas sugerencias. A mis compañeros de cuarto piso deC C'E'D'ES... especíaCmente a MígueCAngeC, porque en ti encontré un gran amigo, gracias por tu apoyo incondicional y consejos... Ing. CjaBríeC, no oCvídare CapCátíca en su oficina en que compartió sus experiencias conmigo y supo motivarme, a Lety, por tu amistad... a XarCíta, 'RomeCía, "Rocío y Perito, por compartir conmigo mí desesperación y siempre estar dispuestas a escucharme. A mis compañeros de maestría... yunínpor tu amistad y por ser mí apoyo durante mí estancia en Monterrey, no oCvídare Cas desveCadas y nuestras pCátícas íntermínaBCes, te extraño amiga... a Ana y Osear (Cas parejíCCas), Sandra, CCaudía M., Ana 3-(íCda, (greda, Nacho, 'EñzaBeth, Tre, Isa, y Taty,por su amistad y compartir conmigo estos momentos... no se detengan y Cuchen..

(8) JA mis amigos de Ca JAPÉVjAC,. Ca Líe. Trigos, Judíth y eCLie. Cafiue,. por sus sabios consejos y apoyo a pesar cCe Ca distancia. JA IsraeC, Toño, JACej andró, Caro, Tete, JACejandra, CCandía S., y Sergio porque con eC pasar de Cos años, nuestra amistad se fia fortaCecído... gracias por su paciencia, comprensión y Brindarme su apoyo en todo momento... tamBíén agradezco a Tíríneos 203, especíaCmente a Lety por abrirme Cas puertas de su hogar... a mí tocayo Jer, "Eduardo y JACberto, porque en eCCos encontré grandes amigos que me Brindaron su confianza y amistad. "Extiendo mi mas sincero agradecimiento a toda Ca gente que me da apoyado y confiado en mí. JA aqueCCos que dudaron que no tendría éxito, supongo que Cas paCabras sobran. JA todos Cos que me apoyaron, íncCuyendo a CCaudía (g. y 'Brenda por su amistad y siempre estar dispuestas a ayudarme, gracias por eC café de diciembre, ese día me devolvieron Ca confianza que había perdido en mí.,.. fínaCmente quiero agradecer a mis queridos amigos Héctor O., Jrecía, JAra, Tavís, 'Vane, 'Edgar y 'Benjí por continuar conmigo a pesar de Ca distancia, agradezco cada momento que fie pasado con ustedes, en Cos que me han enseñado grandes cosas, príncípaCmente eC disfrutar Ca vida aCmáxímo..

(9) ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS RESUMEN. I II III IV. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN. 1. 1.1 PROPÓSITO DE LA INVESTIGACIÓN. 3. 1.2 OBJETIVO GENERAL. 4. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 1.5 ESTRUCTURA Y CONTENIDO DE LA TESIS. 4 5 6. CAPÍTULO II PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN II. 1 EL SUELO Y SUS FUNCIONES. 9 9. 11.2 ESTADO DE LA PRÁCTICA DE REMEDIACIÓN DE SUELOS EN EL MUNDO 11.3 ESTADO DE LA PRÁCTICA DE REMEDIACIÓN DE SUELOS EN MÉXICO. 11 12. 11.4 DESARROLLO SOSTENIBLE. 13. 11.5 ECO-EFICIENCIA. II.5.1 Eco-eflciencia, un concepto emergente II. 5.2 Principios y criterios de la eco-eficiencia 11.6 LA ECO-EFICIENCIA EN EL PROCESO DE SELECCIÓN DE TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN DE SUELOS. 15. 15 15 17. CAPÍTULO III TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN. 19. TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN. 21. III.l LAVADO DE SUELO. 21. III. 1.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA. 22. III. 1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. 22. III.l.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS III. 1.4 REQUERIMIENTOS. 23 24. III. 1.4 LIMITACIONES III. 1.5 VENTAJAS III. 1.6 COSTO DE OPERACIÓN m. 1.7 TIEMPO. 25 26 26 27. III. 1.8 IMPACTO AMBIENTAL III. 1.9 IMPACTO SOCIAL. 27 28.

(10) 111.2 ENJUAGUE DEL SUELO IN - SITU. 111.2.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA 111.2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 111.2.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS 111.2.4 REQUERIMIENTOS 111.2.5 LIMITACIONES HI.2.6 VENTAJAS III.2.7 COSTOS DE OPERACIÓN HI.2.8 TIEMPO II.2.9 IMPACTO AMBIENTAL III.2.10 IMPACTO SOCIAL 111.3 ELECTROCINÉTICA. 29. 29 29 31 33 34 34 35 35 35 36 36. 111.3.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA 111.3.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 111.3.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS III. 3.4 REQUERIMIENTOS III.3.5 LIMITACIONES ffl.3.6 VENTAJAS 111.3.7 COSTOS DE OPERACIÓN 111.3.8 TIEMPO 111.3.9 IMPACTO AMBIENTAL 111.3.10 IMPACTO SOCIAL. 37 38 39 40 42 43 43 44 44 45. TÉCNICAS DE INMOVILIZACIÓN. 45. 111.4 SOLIDIFICACIÓN / ESTABILIZACIÓN (S / S). 46. 111.4.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA III.4.1.1 Técnicas de Estabilización. 111.4.2 CONSIDERACIONES TÉCNICAS 111.4.2.1 S/S ex - situ a base de cemento 111.4.2.2 S/S in - situ a base de cemento. 111.4.3 REQUERIMIENTOS 111.4.4 LIMITACIONES 111.4.5 COSTOS DE OPERACIÓN 111.4.6 TIEMPO 111.4.7 IMPACTO AMBIENTAL 111.4.8 IMPACTO SOCIAL. 46 48. 51 52 55. 56 57 57 58 59 59. 111.5 TÉCNICAS DE VITRIFICACIÓN. 59. 111.5.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA 111.5.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. 59 61. VITRIFICACIÓN IN - SITU (VIS). 62. 111.5.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS 111.5.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 111.5.5 REQUERIMIENTOS. 63 64 65.

(11) 111.5.6 LIMITACIONES 111.5.7 VENTAJAS 111.5.8 COSTOS DE OPERACIÓN 111.5.9 TIEMPO 111.5.10 IMPACTO AMBIENTAL 111.5.11 IMPACTO SOCIAL VITRIFICACIÓN EX- SITU (VEX). 66 67 67 68 68 69 69. III.5.3A CONSIDERACIONES TÉCNICAS. 69. Arco eléctrico — corriente directa Calentamiento por plasma. 69 70. III. 5.4A REQUERIMIENTOS III.5.5A LIMITANTES III. 5.6A VENTAJAS III.5.7A COSTOS DE OPERACIÓN III.5.8A TIEMPO 111.6 TÉCNICAS DE FITOREMEDIACIÓN. 70 71 72 72 72 73. 111.6.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA. 74. 111.6.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. 75. 111.6.2.1 Fitoextracción 111.6.2.2 Fitoestabilización 111.6.2.3 Rhizofiltración. 77 78 78. 111.6.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS 111.6.4 REQUERIMIENTOS 111.6.5 LIMITANTES III. 6.6 VENTAJAS 111.6.7 COSTO DE OPERACIÓN 111.6.8 TIEMPO 111.6.9 IMPACTO AMBIENTAL 111.6.10 IMPACTO SOCIAL. 79 79 80 81 82 83 83 84. TÉCNICAS DE AISLAMIENTO. 84. 111.7 CUBRIMIENTO (CAPADO DE TIERRA). 85. 111.7.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA 111.7.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 111.7.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS 111.7.4 REQUERIMIENTOS 111.7.5 LIMITACIONES 111.7.6 VENTAJAS 111.7.7 TIEMPO. 86 87 87 88 89 89 90. 111.7.8 COSTO DE OPERACIÓN. 90. 111.7.9 IMPACTO AMBIENTAL 111.7.10 IMPACTO SOCIAL. 90 90.

(12) III.8 CONFINAMIENTO. 111.8.1 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA 111.8.2 IMPACTO AMBIENTAL 111.8.3 IMPACTO SOCIAL. 91. 91 91 91. CAPÍTULO IV MÉTODO DE PONDERACIÓN PARA LA TOMA DE DECISIONES. 93. IV.l INTRODUCCIÓN. 93. IV.2 MÉTODO GENERAL IV.3 APLICACIÓN DE LA MATRIZ DE EVALUACIÓN. 95 98. IV.4 PONDERACIÓN DE CRITERIOS IV.4.1 Puntuación de las alternativas para cada criterio. IV.5 MANEJO DE LA MATRIZ DE EVALUACIÓN PARA LA TOMA DE DECISIÓN IV.5.1 Agregación total. IV.6 EJEMPLO DE CÁLCULO UTILIZANDO EL MÉTODO DE LAS PONDERACIONES. 99 99. 99 100. 101. CAPÍTULO V METODOLOGÍA PROPUESTA. V.l INTRODUCCIÓN V.2 METODOLOGÍA PROPUESTA V.3 DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA V.3.1 Caracterización del sitio V.3.1.1 Análisis del sitio y sus alrededores V.3.1.2 Análisis geohidrológico V.3.1.3 Análisis químicos de los contaminantes V.3.1.4 Análisis Fisicoquímicos. V.4 ESTABLECER LAS METAS DE REMEDIACIÓN V.5 IDENTIFICAR LAS TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS POR. 103. 103 105 107 107 107 108 109 109. 110. METALES PESADOS. 110. V.6 DEPURAR LAS TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN (FILTRO DE INFORMACIÓN) V.7 CRITERIOS DE EVALUACIÓN. 117 121. V. 7.1 Definición de los Criterios de Evaluación CRITERIOS SIMPLES V.7.1.1 Mecanismo de remediación de la técnica V.7.1.2 Parámetros de análisis de la técnica V.7.1.3 Costo de aplicación de la técnica V.7.1.4 Velocidad de Tratamiento CRITERIOS COMPUESTOS V.7.1.5 Requerimientos de acondicionamiento del sitio V.7.1.5.1 Descripción de parámetros V.7.1.5.2 Actividades previas a la aplicación de la técnica V.7.1.5.3 Maquinaria requerida V. 7.1.6 Criterio de insumas utilizados V.7.1.7Impacto Ambiental durante el desempeño de la técnica. 727 722 723 725 729 733 138 739 140 141 141 146 154.

(13) V. 7.1.8 Impacto Socio-económico durante el desempeño de la técnica V.8 ELABORAR LA HOJA Y MATRIZ DE EVALUACIÓN. 755 157. V.9 RECOMENDACIÓN FINAL. 159. CAPÍTULO VI CASO DE ESTUDIO DATOS GENERALES. 167 167. CAPÍTULO VII RESULTADOS Y DISCUSIÓN RESULTADOS DISCUSIÓN. 187 187 188. CAPÍTULO VIII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. VIII. 1 CONCLUSIONES VIII.2 RECOMENDACIÓN AL APLICAR LA METODOLOGÍA VIII.3 TRABAJOS FUTUROS BIBLIOGRAFÍA. 195. 195 196 196 197. ANEXO I - CASOS DE ESTUDIO. A. ANEXO II-EQUIPO UTILIZADO EN LA REMEDIACIÓN DE SUELO. B. ANEXO III- MODELO CONCEPTUAL DEL POSIBLE IMPACTO AMBIENTAL. C. ANEXO IV- RIESGOS DE APLICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN DE SUELO. D.

(14) ÍNDICE DE FIGURAS. FIGURA III. 1 PROCESO DE LAVADO DE SUELO. 21. FIGURA III.2 PROCESO DE ENJUAGADO DE SUELO. 29. FIGURA III.3 PROCESO ELECTROCINÉTICO FIGURA III.4 RESTAURACIÓN DE SOLIDIFICACIÓN / ESTABILIZACIÓN (S/S) FIGURA III.5 PROCESO DE S/S EX -SITU FIGURA III.6 PROCESO DE S/S IN -SITU FIGURA III.7 PROCESO DE VITRIFICACIÓN. 38 48 53 56 61. FIGURAS III. 8 ETAPAS DE VIS. 65. FIGURA III.9 TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LOS CONTAMINANTES, FITOREMEDIACIÓN FIGURA III. 10 ESQUEMA DE CUBRIMIENTO FIGURA IV. 1 FORMATO DE MATRIZ DE DATOS PARA EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS FIGURA V.l DIAGRAMA DE METODOLOGÍA PROPUESTA FIGURA VI. 1. MODELO CONCEPTUAL FIGURA VI.2 DIAGRAMA DE METODOLOGÍA PROPUESTA, APLICADA AL CASO DE ESTUDIO. 75 85 98 105 169 170. II.

(15) ÍNDICE DE TABLAS. TABLA III. 1 EQUIPO UTILIZADO EN EL LAVADO DE SUELOS TABLA III.2 EQUIPO UTILIZADO EN EL ENJUAGUE DE SUELO TABLA III.3 EQUIPO ELECTROCINÉTICO. 25 33 41. TABLA III.4 EQUIPO DE SOLIDIFICACIÓN / ESTABILIZACIÓN (S/S). 57. TABLA III.5 SOLUBILIDAD DE ELEMENTOS EN VIDRIO CON SILICATO TABLA III.7 EQUIPO UTILIZADO EN EL PROCESO DE VIS TABLA III. 8 EQUIPO UTILIZADO EN EL PROCESO DE VEX TABLA III.9 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE VEX TABLA III. 10 FACILIDAD DE EXTRACCIÓN DEL METAL POR FITOREMEDIACIÓN TABLA III. 11 EQUIPO INVOLUCRADO EN EL PROCESO DE FITOREMEDIACIÓN TABLA III. 12 PLANTAS DE MAYOR uso, EN EL PROCESO DE FITOREMEDIACIÓN TABLA III. 14 CARACTERÍSTICAS DE REMEDIACIÓN POR FITOREMEDIACIÓN TABLA III. 14 COSTOS DEL PROCESO DE FITOREMEDIACIÓN TABLA III. 15 CUBIERTAS EMPLEADAS DURANTE LA TÉCNICA DE CUBRIMIENTO TABLA III. 16 EQUIPO UTILIZADO DURANTE LA APLICACIÓN DE CUBRIMIENTO TABLA IV. 1 EJEMPLO DE EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS, UTILIZANDO LA. 61 66 71 71 78 80 81 82 83 86 88. CALIFICACIÓN COMPLEJA. 97. TABLA IV.2 EJEMPLO DE JERARQUÍA DE OPCIONES TABLA V.l TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS TABLA V.l TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS TABLA V. 1 TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS TABLA V.l A TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS. 101 111 112 113 114. TABLA V.l A TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS TABLA V.l A TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN PARA SUELO CONTAMINADO POR METALES PESADOS TABLA V.2 PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL PROCESO DE DEPURACIÓN TABLA V.3 PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL FILTRADO DE INFORMACIÓN TABLA V.3A PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL FILTRADO DE INFORMACIÓN TABLA V.4. MECANISMO DE REMEDIACIÓN DE LA TÉCNICA. 115 116 117 119 120 124. TABLA V.S.PARÁMETRO DE ANÁLISIS TABLA V.5A. COSTOS DE ANÁLISIS DE SUELO. 127 128. TABLA V.6 RANGO DE COSTOS POR TÉCNICA. 129. TABLA V.7 LISTA DE COSTOS DE APLICACIÓN TABLA V.8 COSTOS DE CASOS ANALIZADOS TABLA V.9 LISTA DE TIEMPO DE REMEDIACIÓN. 130 131 134. TABLA V.10 CÁLCULO DEL ERROR ESTÁNDAR PARA LA VELOCIDAD DE REMEDIACIÓN. ... 135 TABLA V.l O CÁLCULO DEL ERROR ESTÁNDAR PARA LA VELOCIDAD DE REMEDIACIÓN. ... 136 TABLA V.l 1 VELOCIDAD DE TRATAMIENTO 137 TABLA V. 12 CONSUMO ENERGÉTICO (HP) DE MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS. 144. in.

(16) TABLA V.13 REQUERIMIENTOS DE ACONDICIONAMIENTODEL SITIO TABLA V.14 INSUMOS UTILIZADOS POR LA TÉCNICA (MATERIALES) TABLA V. 14A INSUMOS UTILIZADOS POR TÉCNICA (CONSUMO DE AGUA) TABLA V.14B INSUMOS UTILIZADOS POR TÉCNICA (CONSUMO DE ENERGÍA). 144 147 148 150. TABLA V. 15 VALORACIÓN DEL EQUIPO UTILIZADO. 152. TABLA V.16 IMPACTO AMBIENTAL TABLA V. 17 IMPACTO SOCIO-ECONÓMICO TABLA V.18 IMPACTO POTENCIAL EN SEGURIDAD TABLA V.19 HOJA DE EVALUACIÓN TABLA V.19 HOJA DE EVALUACIÓN. 154 156 157 162 163. TABLA V.19 HOJA DE EVALUACIÓN. 164. TABLA V.20 MATRIZ DE SELECCIÓN. 165. TABLA V.20A MATRIZ DE SELECCIÓN TABLA VI. 1 MUÉSTREOS REALIZADOS AL PREDIO "A". 166 168. TABLA VI.2 CONSUMO ENERGÉTICO POR TÉCNICA EN MOVIMIENTO DE TIERRA TABLA VI.3 HOJA DE EVALUACIÓN: ENJUAGUE DE SUELO. 171 172. TABLA VI.4 HOJA DE EVALUACIÓN: LAVADO DE SUELO. 173. TABLA VI.5 HOJA DE EVALUACIÓN.: ELECTROCINÉTICA TABLA VI.6 HOJA DE EVALUACIÓN: FITOEXTRACCIÓN TABLA VI.7 HOJA DE EVALUACIÓN: S/S IN-SITU. 174 175 176. TABLA VI.8 HOJA DE EVALUACIÓN: S/S EX-SITU. 177. TABLA VI.9 HOJA DE EVALUACIÓN: VITRIFICACIÓN IN - SITU TABLA VI.10 HOJA DE EVALUACIÓN: VITRIFICACIÓN EX SITU. 178 179. TABLA VI. 11 HOJA DE EVALUACIÓN: CUBRIMIENTO (CAPADO) TABLA VI. 12 HOJA DE EVALUACIÓN: CONFINAMIENTO. 180 181. TABLA VI.13 CÁLCULO DE LA RAPIDEZ DE LA REMEDIACIÓN. 182. TABLA VI.13 CÁLCULO DE LA RAPIDEZ DE LA REMEDIACIÓN. 183. TABLA VI.13 CÁLCULO DE LA RAPIDEZ DE LA REMEDIACIÓN. 184. TABLA VI. 14 MATRIZ DE SELECCIÓN. 185. TABLA VI. HA MATRIZ DE SELECCIÓN TABLA VII. 1 TÉCNICAS MÁS RECOMENDADAS PARA EL PREDIO "A". 186 188. m.

(17) RESUMEN. En este trabajo se desarrolla una metodología que permite la selección de alternativas de remediación para sitios contaminados con metales pesados. La metodología considera los factores tradicionales de selección como son: el costo, tiempo y efectividad de remediación; además, esta metodología involucra factores relacionados con los principios de ecoeficiencia en el proceso de selección. Así, se toman en cuenta aspectos como el impacto ambiental, consumo de insumos (agua, materiales y energía) y el impacto socio-económico. Esta metodología parte de una recopilación bibliográfica de las diferentes alternativas de remediación disponibles para suelos contaminados con metales pesados. Las técnicas de remediación son analizadas para comprender su funcionamiento e identificar sus ventajas y limitaciones. Por otro lado, se define ocho criterios de evaluación que se utilizan en el proceso de selección de las técnicas de remediación: el mecanismo de remediación, requerimientos de acondicionamiento del sitio, necesidades de caracterización del sitio, insumos utilizados por la técnica, equipo involucrado en el proceso de remediación, costo de implementación, velocidad de tratamiento, así como impacto ambiental y socio-económico. Para cada uno de estos criterios se elaboró un mecanismo de evaluación cuantitativa; una vez cuantificados, se utilizó una matriz de selección en la cual el usuario provee, por medio de ponderaciones, la importancia relativa de cada uno de los criterios, para finalmente calcular un índice de selección que considera la evaluación de cada criterio y su importancia para el usuario. Este índice de selección se utiliza directamente para ordenar las alternativas de remediación de acuerdo con su desempeño global, es decir, con los criterios y su ponderación. Finalmente, esta metodología se aplicó a un caso de estudio real; los resultados de la selección de alternativas se compararon con los que se obtendrían de la forma tradicional (factibilidad, costo y tiempo). Se encontró que la metodología propuesta da resultados similares al método tradicional cuando la ponderación (importancia relativa) de los factores de costo y tiempo es alta; sin embargo, se pudo observar que con esta metodología, la. rv.

(18) selección de alternativas de remediación se puede ver afectada si se le da mayor importancia a aspectos del tipo eco-eficiente, con lo cual puede variar significativamente la técnica recomendada para la remediación del sitio contaminado..

(19) CAPÍTULO I - Introducción. CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN La creciente economía y la industrialización han llevado a la civilización, a la modernización y al progreso económico, sin embargo, esto se ha logrado a costa de la extracción y la destrucción masiva y desmedida de ecosistemas y recursos naturales, con una gran ineficiencia energética, y con el uso excesivo de materiales peligrosos y sustancias tóxicas en procesos productivos, que generan gran cantidad de residuos peligrosos. En México, la Ley General del Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente (LGEEPA) define los residuos peligrosos como todos aquellos residuos, en cualquier estado físico, que por sus características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o biológicoinfecciosas, representan un peligro a los ecosistemas. Según el Instituto Nacional de Ecología (INE) se producen ocho millones de toneladas anuales de residuos peligrosos; de tirarse directamente a los ecosistemas, sobrepasarían su capacidad de asimilación natural, y se acumularían en el agua, suelo y/o aire. Es importante señalar que menos del 5% de los residuos peligrosos generados en México son metales pesados (INE, 2003). Una gran preocupación actual es la acumulación de metales pesados en suelo, debido al riesgo potencial que representan para el ambiente y la salud de la población. Entre los problemas que conlleva la contaminación del suelo se encuentran: la pérdida de fertilidad, así como su capacidad biodegradadora; además, representa una de las más grandes amenazas para la supervivencia de la flora y fauna que dependen directamente de los procesos naturales del suelo. Al fenómeno anterior, se agrega el deterioro creciente de las fuentes de abastecimiento de agua, ya sea subterráneas o superficiales, derivado también de la contaminación de los suelos por materiales peligrosos y todo tipo de residuos.. 1.

(20) CAPÍTULO I - Introducción. Debido a esta problemática y con la finalidad de recuperar las funciones naturales del suelo, se han desarrollado técnicas de remediación de suelo contaminado con metales pesados, que han demostrado su éxito en países como: Estados Unidos, Alaska y los Países Bajos. El éxito en estos lugares se debe entre otras causas, a su gran infraestructura y a sus ordenamientos legales relativos al control de los materiales y residuos peligrosos. Esto explica la gran diferencia que existe en los sistemas jurídicos de los países pioneros en materia de protección de los suelos y el agua y la remediación de sitios contaminados. Por lo tanto, es necesario tener cautela al tratar de usarlos como modelo para sustentar una Política Nacional, en el caso de México. En México no existe un ordenamiento adecuado para la remediación de suelos, se carece de una normatividad clara y precisa que regule esta actividad, lo que puede ocasionar perder de vista el objetivo principal: recuperar las funciones naturales del suelo. Actualmente en México se toman medidas correctivas de acuerdo con los intereses del responsable de aplicar la remediación, por lo que se dan soluciones parciales al implementar la técnica de remediación a menor costo, sin tomar en cuenta si la técnica seleccionada soluciona el problema. Por otro lado, se tienen los altos impactos ambientales y económicos, derivados de la aplicación de una técnica no adecuada al sitio. Evidentemente se puede aprender de las experiencias de otros países para encontrar una solución a esta problemática y, a partir de las metodologías existentes, proponer una que sirva de guía a lo largo del proceso de evaluación y selección de las técnicas de remediación, y que permita identificar las ventajas y desventajas de la aplicación de una técnica determinada, y así tener la seguridad de que la técnica seleccionada sea la más adecuada al sitio contaminado.. 2.

(21) CAPÍTULO I - Introducción. 1.1 Propósito de la investigación La incertidumbre acerca de si se seleccionó la técnica apropiada para remediar un predio contaminado por metales pesados, debido a las diversas técnicas de remediación existentes, crea confusión en el responsable de tomar la decisión. Esto se origina a partir de diversos factores, tales como la inexperiencia, la falta de información, el uso de juicio personal, entre otros. El trabajo de esta investigación se enfoca en conocimiento, bases y aplicación de la ecoeficiencia (estrategia para alcanzar el desarrollo sostenible) en la remediación de suelos contaminados por metales pesados. Se selecciona esta área de estudio, debido a que en el nivel empresarial, la eco-eficiencia ha demostrado gran eficacia al minimizar costos e insumos con el menor impacto ambiental, a partir de una óptima administración de los recursos disponibles. Considerando esta problemática, este trabajo presenta una propuesta metodológica para evaluar de forma eco-eficiente, las diversas alternativas de remediación de suelos contaminados por metales pesados, y conocer el funcionamiento de cada proceso de remediación, así como los diversos factores que intervienen en su implementación, para posteriormente seleccionar la técnica o técnicas que más se adecúan al mismo. Esta metodología se basa en el desarrollo de criterios eco-eficientes, a partir de los cuales se evalúan las diversas alternativas de remediación de suelos contaminados por metales pesados. Debido a la poca información y falta de conocimiento adecuado sobre el funcionamiento de la(s) técnica(s) de remediación se puede crear confusión sobre qué técnica utilizar, por tal motivo se propone en primera instancia un aprendizaje del proceso de remediación, cuáles son las bases de las alternativas que se tienen para remediar y la puesta en práctica de las mismas en un caso real.. 3.

(22) CAPÍTULO I - Introducción Las preguntas de investigación que sirven para guiar el desarrollo de este trabajo son: -. ¿Qué criterios promoverán una selección eco-eficiente de las diversas alternativas de remediación de suelos contaminados por metales pesados?. -. ¿Es posible elaborar una metodología de selección eco-eficiente que pueda aplicarse en situaciones reales?. 1.2 Objetivo general -. Elaborar una metodología que permita la selección de una o varias técnicas de remediación con base en consideraciones técnicas y eco-eficientes a aplicar en un sitio contaminado por metales pesados.. - Aplicar a un caso de estudio la metodología propuesta. 1.3 Objetivos específicos -. Realizar una documentación bibliográfica de las técnicas de remediación de suelos contaminados por metales pesados más utilizadas, novedosas, y que cuenten con información disponible.. -. Establecer los criterios de selección que permitan una evaluación eco-eficiente de las diversas técnicas de remediación de suelos contaminados por metales pesados.. -. Elaborar una escala de calificación para cada criterio propuesto, que permita evaluar cuantitativamente la técnica de remediación.. -. Ponderar los criterios de selección de acuerdo con el interés que tengan para el responsable de tomar la decisión final.. -. Diseñar un índice de selección que cumpla con los principios de eco-eficiencia, que refleje la ponderación de los criterios y que finalmente facilite la toma de decisiones de organismos públicos y privados.. 4.

(23) CAPÍTULO I - Introducción. 1.4 Alcances y limitaciones de la investigación. Este trabajo se circunscribe a las técnicas de remediación de suelo contaminado por metales pesados. Las principales contribuciones de esta investigación, en materia de remediación de suelos son:. •. La recopilación técnica acerca de los procesos de remediación de metales pesados en suelo.. •. Un proceso de evaluación y ponderación de técnicas de remediación, mediante el uso de criterios eco-eficientes, que permiten filtrar las diversas técnicas de remediación, jerarquizándolas de acuerdo con las necesidades del interesado en realizar la remediación.. •. El análisis de casos de estudio exitosos documentados por la USEPA, sirvieron como punto de referencia para justificar los criterios y los posibles impactos generados durante la aplicación de una técnica de remediación de suelos contaminados por metales pesados.. •. La investigación realizada para definir los criterios de evaluación, que se caracterizan por su flexibilidad para cambiar en puntaje según el caso de estudio y experiencia de la remediación.. Las limitaciones de esta investigación son:. •. La escasa información documentada sobre la remediación de suelos en México. Se carece de un inventario de casos de remediación.. •. La poca información documentada en los casos de estudio de la USEPA, con respecto al comportamiento eco-eficiente de las técnicas de remediación (consumo de insumes, gasto energético, etc.).. •. La implementación de la metodología en esta investigación. Se aplica a un caso específico, por lo que al aplicarse en otro contexto se deberán generar cambios en el desarrollo de criterios.. 5.

(24) CAPÍTULO I - Introducción. •. Para este trabajo el consumo energético y de insumes se emplea de acuerdo con la información reportada por la bibliografía; en futuros trabajos se pueden estimar en relación con las toneladas de suelo tratado.. 1.5 Estructura y contenido de la tesis La tesis comprende siete capítulos: El Capítulo I contiene los antecedentes, justificación y objetivos de la investigación, partiendo del suelo y sus funciones, además da un panorama del entorno actual de la remediación de suelos en Estados Unidos y México. En el Capítulo n se realiza una investigación sobre la eco-eficiencia como estrategia administrativa para el desarrollo sostenible. La investigación abarca los orígenes de la ecoeficiencia, sus principios, criterios y la importancia de implementarla en la remediación de suelos. El Capítulo ni presenta una investigación de las alternativas de remediación de suelos contaminados por metales pesados. Durante la investigación se consideraron factores ecoeficientes, como el comportamiento técnico, los requerimientos para su implementación, y el o los posibles impactos ambientales y sociales que puedan generarse. El Capítulo IV describe diversos métodos para la evaluación de alternativas y toma de decisiones. Se desdtaca el método de ponderación, herramienta que permite evaluar diversas alternativas en la toma de decisiones, y que es utilizado en el desarrollo de la metodología propuesta. En el Capítulo V se presenta el desarrollo de la metodología propuesta para realizar una selección eco-eficiente de técnicas de remediación de suelo contaminado por metales pesados. Esta metodología se basa en el principio del aprendizaje del proceso de remediación y la eco-eficiencia, para posteriormente aplicarla en una situación real. La metodología propuesta consta de siete etapas: 1) caracterización del sitio, 2) técnicas de uso 6.

(25) CAPÍTULO I - Introducción. potencial, 3) factibilidad de alcanzar las metas de remediación, 4) implementación de los criterios de evaluación, 5) elaboración del índice de selección (hoja y matriz de evaluación), 6) evaluación de alternativas y 7) toma de decisión para la selección de la técnica adecuada. En el Capítulo VI, se describe la aplicación de metodología propuesta a un caso real, en donde se evalúa(n) y selecciona(n) la(s) técnica(s) de remediación para seleccionar la(s) más adecuada(s) de acuerdo con criterios de eco-eficiencia. El Capítulo VE muestra los resultados y discusión de la investigación. Finalmente, en el Capítulo VIII se presenta las conclusiones y recomendaciones futuras de investigación que contribuyan a mejorar la metodología propuesta.. 7.

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(27) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. C A P Í T U L O II PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN Este capítulo presenta el marco conceptual que fundamenta la metodología propuesta. Se da a conocer la importancia y funciones del suelo, así como el daño que ocasiona su contaminación, también se presenta un análisis de la situación actual a nivel nacional e internacional en materia de remediación de suelos. Se analiza la eco-eficiencia como una estrategia para alcanzar exitosamente el desarrollo sostenible empresarial, y finalmente su aplicación en la remediación de suelos. II.1 El suelo y sus funciones El suelo se define como el material no consolidado compuesto por partículas inorgánicas, materia orgánica, agua, aire y organismos, que constituye la capa superior de la superficie terrestre en diferentes niveles de profundidad; mientras que un suelo contaminado se define como aquél donde se encuentran presentes uno o más materiales peligrosos y/o residuos de toda índole y que pueden constituir un riesgo para el ambiente y la salud del hombre (Lichtinger Víctor et al, 2002). El suelo es un recurso natural prácticamente no renovable que desempeña varias funciones y usos (Lichtinger Víctor et al, 2002): •. El suelo es la base para la vida del hombre y los animales, permite la implantación de las raíces de las plantas y les proporciona agua y elementos nutritivos. La producción de alimentos depende entre otros factores, de la disponibilidad y fertilidad de terrenos agrícolas.. •. El suelo desempeña también una importante función como habitat biológico y reserva genética. En su seno se pueden desarrollar gran cantidad de vegetales y animales que forman parte de la cadena alimenticia y constituyen la riqueza de la biodiversidad, por lo que también deben ser protegidos. 9.

(28) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. •. El suelo es la base física de las edificaciones, sean viviendas, industrias, lugares de recreación, sistemas de transporte o sitios para disposición de residuos. También, es fuente de materias primas como arcillas, arena, grava y minerales.. •. Finalmente, el suelo alberga una importante herencia cultural, representada por tesoros arqueológicos y paleontológicos, que son fuente única de información, que debe ser mantenida como un testimonio de la historia de la tierra y de la humanidad.. Los suelos frecuentemente son los receptores finales de materiales residuales ajenos a su naturaleza, ya sea por eventos accidentales o deliberados. Debido a las diversas funciones con las que cuenta el suelo, su contaminación por metales pesados puede llegar a representar un alto riesgo para la estabilidad del ecosistema, ya que los metales pesados depositados en los suelos pueden ser arrastrados por diversos procesos hacia los mantos acuíferos, en mayor o menor grado, dependiendo de las características físicas y químicas del suelo en cuestión y de las concentraciones existentes del metal (Rendón Valdez Martha Silvia, 1996). Con base en lo anterior, y ante la inmensa superficie de zonas afectadas por la actividad humana, surge la necesidad de tomar acciones para controlar la dispersión de contaminantes y remediar el sitio.. La remediación de suelos se refiere al conjunto de actividades tendentes a reducir la presencia de materiales peligrosos o todo tipo de residuos en aquellos suelos o sitios contaminados (Lichtinger Victor et al., 2002).. 10.

(29) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. II.2 Estado de la práctica de remediación de suelos en el mundo Derivada de la práctica común de dispersión de residuos en el suelo, a nivel global, se cuenta con diversas técnicas, programas y documentos que sirven de apoyo para analizar y seleccionar las opciones que puedan aplicarse en la resolución de una problemática ambiental, en diversos sectores. Dentro de los organismos de control y remediación de los sitios contaminados, en los Estados Unidos, se encuentra la Agencia de Protección al Medio Ambiente (Environmental Protection Agency, EPA), y la Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act (CERCLA), quien autoriza al Gobierno Federal para tomar acciones de limpieza y/o mitigación en relación a descargas (o descargas potenciales) de sustancias peligrosas que podrían amenazar al medio ambiente o la salud pública. Mediante la acción legal se obliga a quien contamina a limpiar el sitio o retribuir el gasto invertido por el Superfund, el cual es un fondo económico destinado exclusivamente a la remediación de sitios contaminados (FRTR, 2003). En el proceso de evaluación de las opciones para minimizar el daño al medio ambiente, se busca la que sea técnica, ambiental y económicamente posible, de acuerdo a ciertos criterios establecidos, por ejemplo (Cleaner Production and Sustaibility): •. Reducción de la cantidad residuos/emisiones.. •. Reducción de la toxicidad del residuo/emisiones.. •. Reducción en los costos de disposición o descarga.. •. Reducción en los costos de insumes.. •. Evitar efectos adversos en la calidad de la producción. •. Fácil de implementar. También existen guías que sirven de apoyo en el proceso de depuración y selección de la remediación de sitios contaminados, como la Guía para Dirigir la Investigación y Estudios de Factibilidad de Remediación (Remediation Investigatin (RI) / Feasability Study (FS)),. 11.

(30) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. que se caracteriza por los procesos interdependientes RI/FS, como resultado de la integración de datos durante la RI y el análisis de datos durante la FS (EPA, 1988 / 540/G89/004). El primer paso en la FS es identificar los problemas existentes en un sitio usando los datos de la RI (por ejemplo, historia del sitio, estudios previos, reportes) y determinar las tecnologías de remediación (por ejemplo, control del agua superficial, control de la contaminación del aire) más utilizadas. El siguiente nivel en la FS es identificar y filtrar aquellas tecnologías de remediación de aplicación potencial para eliminar aquellas que pueden ser difíciles de implementar, aquellas cuya efectividad no ha sido demostrada, o que no logran alcanzar los objetivos de remediación en un periodo de tiempo razonable. El proceso de filtración se centra en eliminar tecnologías con severas limitaciones con respecto a las condiciones específicas del sitio. Las características del sitio, del contaminante y de las técnicas son utilizadas para filtrar tecnologías de remediación que no pueden ser aplicadas (Shah Kanti L., 2000). II.3 Estado de la práctica de remediación de suelos en México En México no existe una normatividad clara y precisa con respecto a la remediación de suelos contaminados por metales pesados, por lo que las metas de remediación se fijan con base a información utilizada en sitios remediados en otras partes del mundo, no garantizando esto que se alcance niveles de riesgo aceptables o en su defecto, que estas metas sean técnicamente aplicables en el sitio a remediar. Cuando existe una contingencia ambiental en suelo, la primera instancia que tiene atribución es la Procuraduría Federal de Protección Ambiental (PROFEPA), cuya acción de vigilante y carácter punitivo, le permite determinar la magnitud y tipo de daño que se esté generando, para lo cual se solicita una evaluación del impacto; una vez que se identifica un impacto, se levanta el acta, se determina la sanción y la restauración de la zona dañada, 12.

(31) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. sometiendo a evaluación el estudio a la Dirección General de Gestión Integral de Materiales y Actividades Riesgosas para la aprobación de dicho estudio, en el cual se deberá indicar la técnica y empresa prestadora de servicio con previa autorización para el manejo de residuos peligrosos de suelos contaminados (Departamento de Manejo Integral de Contaminantes de SEMARNAT, 2003). SEMANART, en su papel normativo, es quien evalúa y autoriza la empresa prestadora del servicio y la técnica de remediación a utilizar, así como también establece los límites deseables de concentración del contaminante. Aunque en nuestro país existen organismos preocupados por evitar y/o mitigar la degradación de los componentes de nuestros ecosistemas, se carece de una normatividad y metodología de selección en materia de suelos contaminados por metales pesados, que sirvan de guía en el proceso de evaluación y selección de técnicas de remediación de suelos contaminados por metales pesados. Debido a esta carencia, actualmente la selección de la(s) técnica(s) de remediación depende en gran parte de: a) La técnica que promueve la(s) compañía(s) que participan en un proyecto de remediación (no siendo siempre la mas apropiada). b) En base a la oferta de menor costo (industria). c) La predisposición por parte de las autoridades para el confinamiento. d) No se consideran aspectos de riesgo durante las acciones de remediación y rara vez se efectúan monitoreos para verificar el riesgo una vez terminada la remediación. II.4 Desarrollo sostenible Las empresas intentan tener un control sobre las actividades que puedan impactar directa o indirectamente al medio ambiente, sin dejar de ser competitivas, ni de minimizar su producción, buscan un equilibrio económico, social y ambiental. Para lograr este objetivo se ha desarrollado una herramienta, que en la última década ha demostrado su gran eficacia, el desarrollo sostenible o sustentable.. 13.

(32) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. De acuerdo con la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, (Artículo 3°, inciso XI), se define al desarrollo sostenible como:. "El proceso evaluable mediante criterios e indicadores de carácter ambiental, económico y social que tiende a mejorar la calidad de vida y la productividad de las personas, que se funda en medidas apropiadas de preservación del equilibrio ecológico, protección del ambiente y aprovechamiento de recursos naturales, de manera que no se comprometa la satisfacción de las necesidades de las generaciones futuras".. Para alcanzar el desarrollo sostenible se cuenta con una estrategia de gran utilidad, la ecoefíciencia. Según la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) la eco-eficiencia es "la eficiencia con la cual los recursos naturales son usados para satisfacer las necesidades humanas." (OCDE, 1998). De esta manera, la eco-eficiencia busca mejorar la eficiencia económica y ecológica, al generar un mayor valor con el menor impacto ambiental.. Stephan Shmidheiny apuntó en 1992 que las empresas que alcancen de forma continua mayores niveles de eficiencia, evitando la contaminación mediante la sustitución de materiales, tecnologías y productos más limpios y la búsqueda del uso más eficiente y la recuperación de los recursos a través de una buena gestión, serán llamadas empresas "ecoeficientes".. El Consejo Mundial Empresarial para el Desarrollo Sostenible (World Business Council for Sustainable Development, WBCSD), explica que la eco-efíciencia "es alcanzada a través de la producción de bienes y servicios a precios competitivos, que satisfagan las necesidades humanas y que generen una calidad de vida mientras que progresivamente reduzcan los impactos ambientales y la utilización de recursos a lo largo del ciclo de vida. Esto a un nivel al menos en línea con la capacidad estimada de soporte del planeta" (Verfaillie Hendrick, 2000).. 14.

(33) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. II.5 Eco-eficiencia La eco-efíciencia es fácil de entender y ha sido adaptada por industriales, organismos de Gobierno y economías de países y estados como la Unión Europea en la búsqueda de una productividad económica. La eco-eficiencia busca ir más allá que la reducción de la contaminación o el uso racional de los recursos, subrayando aspectos de productividad y proveyendo herramientas para la competitividad. II. 5.1 Eco-eficiencia, un concepto emergente La eco-eficiencia deriva de la búsqueda de cómo lograr un equilibrio entre el desarrollo económico y la protección del medio ambiente, en bienestar de la humanidad; es por esto que expresa la eficiencia con que son utilizados los recursos naturales y los servicios ambientales para satisfacer las necesidades humanas, y se describe como la relación que guarda el producto o servicio resultante, con respecto al total de las presiones ambientales generadas para producirlo (Consejo Coordinador Empresarial, CCE, 2003).. 77.5.2 Principios y criterios de la eco-eficiencia. El Consejo Empresarial para el Desarrollo Sostenible (BCSD) en 1993, estableció como direccionamiento de la eco-eficiencia tres principios fundamentales (BCSD, 1993): a) Producción de bienes y servicios aprecios competitivos; b) Satisfacer las necesidades humanas mejorando la calidad de vida; c) Reducción de los impactos ambientales y la intensidad de uso de recursos naturales a lo largo de su ciclo de vida, a un nivel cuando menos igual a la capacidad de carga de los ecosistemas.. 15.

(34) CAPITULO II - Protocolo de investigación. Puesto de manera simple, eco-eficiencia significa producir más con menos (CCE, 2003). Tal definición contiene enormes objetivos sociales y metas ambientales. Esto llevó a la adopción de siete criterios básicos para avanzar hacia la eco-eficiencia (Verfaillie Hendrik y Bidwell Robin, 2000): 1. Minimizar la intensidad del uso de materiales. 2. Minimizar la intensidad del uso de energía. 3. Minimizar la emisión de contaminantes. 4. Aumentar las posibilidades de reciclaje. 5. Maximizar el uso de recursos renovables contra no renovables. 6. Aumentar la durabilidad de los productos. 7. Incrementar la intensidad de servicio de los productos. Los 7 elementos básicos para alcanzar la eco-eficiencia se relacionan con el cumplimiento de tres objetivos principales (Schmidheiny S., 1992): •. Reducir el consumo de recursos naturales: esto incluye minimizar el uso de energía, materiales, agua y suelo, aumentar la capacidad de reciclaje, y la durabilidad del producto, y entrelazar el ciclo de los materiales.. •. Reducir el impacto en la naturaleza: este apartado involucra la minimización de emisiones al aire, descargas de agua, disposición de residuos y la dispersión de sustancias tóxicas, así como también fomentar el uso sostenible de los recursos renovables.. •. Incrementar el valor del producto o del servicio: esto significa dar más beneficios al cliente, mediante la funcionabilidad, flexibilidad y modularilidad del producto, ofreciendo servicios adicionales (tal como mantenimiento, actualización y servicio de intercambio) y centrándose en vender las necesidades funcionales que el cliente desea. Vender un servicio, en lugar del producto, incrementa la posibilidad del cliente de satisfacer sus necesidades con menos materiales y menos recursos.. 16.

(35) CAPÍTULO II - Protocolo de investigación. Los países en vías de desarrollo, como México, pueden aprender del crecimiento económico que siguieron los países industrializados y no cometer los mismos errores, como los elevados costos ambientales, y las prácticas exclusivamente post-productivas o al final del tubo de control de contaminación que prevalecieron en décadas pasadas. Por ello, es preciso abrazar nuevas ideas que abran oportunidades a nuestras empresas para lograr un desempeño ambiental eficaz dentro de una filosofía de competitividad (CCE, 2003). 11.6 La eco-eficiencia en el proceso de selección de técnicas de remediación de suelos La eco-eficiencia fusiona objetivos económicos, ambientales y sociales haciendo del reto de la sustentabilidad una oportunidad de negocios. Esta idea atribuye a la empresa y al libre mercado un papel protagónico en el tránsito de la sociedad en su conjunto hacia un modelo sustentable de desarrollo. A partir de este modelo surge el interés de aplicar la ecoeficiencia en el proceso de selección de técnicas de remediación para un suelo contaminado por metales pesados, buscando que la técnica seleccionada sea la mas adecuada a utilizar en el sitio a remediar, y que al mismo tiempo se logre satisfacer las necesidades del interesado en realizar la selección, es decir, que la(s) técnica(s) seleccionada sea la más eco-eficiente.. 17.

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(37) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. C A P I T U L O III TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN La información de las técnicas de remediación más utilizadas aplicables a metales pesados utilizadas en esta metodología, se obtuvieron de acuerdo a fuentes de la EPA, y están clasificadas, por su modo de actuar con el contaminante en, técnicas de extracción, encapsulación, de tratamiento biológico, aislamiento y confinamiento; mas adelante se explica a detalle cada uno de estos modos de acción. Así, las técnicas a describir en este capítulo son: 1.- Extracción Enjuague de suelo Lavado de suelo Electroquinesis 2.- Encapsulación Solidificación / Estabilización in - situ Solidificación / Estabilización ex - situ Vitrificación in - situ Vitrificación ex - situ 3.- Proceso Biológico Fitoremediación 4.- Aislamiento Cubrimiento (capado de suelo) 5.- Confinamiento. Las etapas en un proceso de remediación completo pueden incluir la excavación de residuos, pre-tratamiento, mezcla, alimentación, fusión, limpieza del gas capturado, reciclaje de material filtrado libre de gas, y formación de material fundido (U.S. EPA, 1992, 625/R-92/002). Con base en esto, a lo largo de este capítulo, se hace una descripción de cada técnica, con la finalidad de poder identificar y comprender las etapas que la constituyen, así como también aquellos factores que afectan su desempeño o que logran mejorar su ejecución en el proceso de remediación.. 19.

(38) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. El análisis y descripción de cada técnica están en función de los siguientes parámetros definidos, que permiten contextualizar los diferentes componentes que intervienen en el proceso de aplicación: a) Descripción de la técnica. En este punto, se da una definición de la técnica, así como una idea general de su modo de interactuar con el contaminante. b) Descripción del proceso. Se realiza un análisis más a detalle sobre el proceso de remediación que involucra la técnica en cuestión, mencionando las diversas etapas por las cuales el suelo pasa durante el tratamiento. c) Consideraciones Técnicas. Este rubro, describe aquellas cuestiones a considerar antes y durante la aplicación del proceso de tratamiento que pueden afectar el desempeño de la técnica. d) Requerimientos. Se hace mención de los factores a considerar para aplicar la técnica, de los insumes y el equipo necesario. e) Limitaciones. Se mencionan aquellas situaciones que pueden representar un obstáculo técnica en la remediación. f). Ventajas. Describe los puntos a favor, de la aplicación de la aplicación de la técnica.. g) Costos de Operación. Se indican los costos reportados por la EPA, así como aquellos factores que afectan el costo del tratamiento. h) Tiempo. Es el tiempo promedio de remediación de la técnica. i) Impacto Ambiental. Representa la posible alteración al medio ambiente, como resultado de la implementación de la técnica de remediación.. 20.

(39) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. j) Impacto Social. Es el daño potencial que puede recibir los miembros de una comunidad cercana al sitio a remediar y/o trabajadores presentes en el sitio.. TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN III.1 LAVADO DE SUELO Es un proceso ex - situ que utiliza agua con aditivos químicos y un sistema mecánico de decantación, permitiéndole concentrar y retirar las sustancias contaminantes del suelo, y de esta forma reducir su volumen. La figura III. 1, muestra el proceso que sigue el lavado de suelo.. Volátiles. Centroide • . emisiones. ^ Suelo contaminado. I. .. Emisiones. ^.. I. Reuso de solvente V I. I Homogenización. del suelo I. Suelo I preparado ^. I Lavado. >. de suelo. Solvente contaminado^. Tratamiento. * del solvente I. *. Lodos finos contaminados. ^r ^r ir. Solvente tratado. Suelo limpio Rocas, grava, arena, basura. FIGURA m.l PROCESO DE LAVADO DE SUELO. 21.

(40) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. j) Impacto Social. Es el daño potencial que puede recibir los miembros de una comunidad cercana al sitio a remediar y/o trabajadores presentes en el sitio.. TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN III.1 LAVADO DE SUELO Es un proceso ex - situ que utiliza agua con aditivos químicos y un sistema mecánico de decantación, permitiéndole concentrar y retirar las sustancias contaminantes del suelo, y de esta forma reducir su volumen. La figura III. 1, muestra el proceso que sigue el lavado de suelo.. Volátiles. Centroide • . emisiones. ^ Suelo contaminado. I. .. Emisiones. ^.. I. Reuso de solvente V I. I Homogenización. del suelo I. Suelo I preparado ^. I Lavado. >. de suelo. Solvente contaminado^. Tratamiento. * del solvente I. *. Lodos finos contaminados. ^r ^r ir. Solvente tratado. Suelo limpio Rocas, grava, arena, basura. FIGURA m.l PROCESO DE LAVADO DE SUELO. 21.

(41) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. 111.1.1 Descripción de la Técnica El tratamiento físico, involucra separar las partículas finas contaminadas, de tamaño de limo y arcilla, de las fracciones más gruesas, como son las arenas y gravas (Seoánez Calvo Mariano, 1998). La idea del cribado para reducir la contaminación del suelo, es encontrar aquellos contaminantes orgánicos e inorgánicos que tienden a unirse, de forma química o física, con las partículas de limo y arcilla. El limo y arcilla, en cambio, son atados a las partículas de grava y arena por procesos físicos, principalmente mediante compactación y adhesión (Freeman et al., 1995). El tratamiento químico se utiliza en la remoción de los contaminantes del suelo ya sea disolviendo o suspendiéndolos en una solución de lavado (la cual es posteriormente tratada por métodos convencionales de tratamiento de agua residual) o reduciendo su volumen del suelo utilizando técnicas de separación de partículas (Freeman et al., 1995). El tratamiento químico involucra agregar agentes de extracción que reaccionen con el contaminante y logren lixiviarlo del suelo (USEPA, 1997 /TE-97-01; Elliot and Brown, 1989; Ellis and Fogg, 1985; Tuin and Tels, 1990). 111.1.2 Descripción del Proceso Es bien sabido que cierto tipo de suelos tienen mas tendencia a absorber y retener y retener contaminantes químicos que otros. Por ejemplo, los suelos de grano fino como el limo y arcilla, absorben mas químicos que los suelos de grano grueso como grava y arena. A su vez, el limo y arcilla tienden a adherirse a la arena y a la grava. El lavado de suelo ayuda a separar el limo y la arcilla de los suelos de grano grueso, mas limpios (USEPA, 2001 / 542-F-01-0005). Después de separar las partículas finas de las partículas limpias, ambas fracciones son decantadas. Las partículas finas, pasan a través de un filtro prensa; las partículas de mayor tamaño son enjuagadas, para remover el resto del agente extractor y contaminante, y decantadas a través de un cinturón de filtro, o filtro prensa. Esta fracción se considera. 22.

(42) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. limpia y puede ser regresada al lugar o usarse como material de relleno (Seoáenz Calvo Mariano, 1998). Funciona mejor cuando el suelo tiene mayor cantidad de granos gruesos que de granos finos. El lavado puede limpiar el suelo de una gran cantidad de productos químicos como son, combustibles, metales y pesticidas que pueden ser absorbidos por aquél (USEPA, 2001 / 542-F-01-0005). Antes de utilizar el método de lavado del suelo, se tamiza el material extraído del área contaminada a fin de retirar los objetos de mayor tamaño, como piedras y escombros. Se coloca el suelo tamizado en una unidad de lavado. Una vez en la lavadora, se agrega agua y a veces detergentes. La mezcla de suelo y agua pasa a través de tamices, paletas mezcladoras y atomizadores de agua. Esto separa el limo y la arcilla de la porción de grano grueso. Parte de la contaminación puede disolverse en el agua o flotar a la superficie. Se retira entonces el agua contaminada que queda del lavado para llevarla a una planta de tratamiento. El agua limpia puede ser utilizada nuevamente en la unidad de lavado o simplemente desechada (USEPA, 2001 / 542-F-01-0005). Después de separar las partículas finas de las partículas limpias, ambas fracciones son decantadas. Las partículas finas, pasan a través de un filtro prensa; las partículas de mayor tamaño son enjuagadas, para remover el resto del agente extractor y contaminante, y decantadas a través de un cinturón de filtro, o filtro prensa. Esta fracción se considera limpia y puede ser regresada al lugar o usarse como material de relleno. III.1.3 Consideraciones Técnicas Esta técnica puede ser utilizada en combinación con otra, como la incineración, solidificación o estabilización, resulta ser costo - efectiva, ya que al funcionar como una técnica de pre-tratamiento, reduce la cantidad de material a tratar, al mismo tiempo que lo homogeniza. En general, el lavado de suelos es efectivo en arena y grava contaminada con material orgánico, inorgánico y contaminantes reactivos. Aquellos suelos con una gran. 23.

(43) CAPÍTULO III - Técnicas de remediación. cantidad de limo y arcilla normalmente no responden bien a este tipo de tratamiento, especialmente si son aplicadas como tecnología única (Freeman et al., 1995). La eficiencia de remoción depende del tipo de contaminantes, así como también del tipo de suelo. Los contaminantes orgánicos pueden ser removidos con una eficiencia de un 90 a 99 % o más. Los contaminantes orgánicos semi-volátiles pueden ser removidos con una eficiencia menor (40 a 90 %) dependiendo el surfactante seleccionado. Los metales y pesticidas, que son mas insolubles en agua, frecuentemente requieren de ácido o reactivos quelantes para un lavado efectivo, el uso de una solución acida, es conocida como extracción acida (Freeman et al., 1995). III. 1.4 Requerimientos. Para aplicar esta técnica se requiere considerar los siguientes factores, que afectan el desempeño de la técnica (EPA, 1991 / PB91-160556): 1. Tiempo de residencia 2. Tipo y concentración de ácido utilizado 3. pH. 4. Homogeneidad del suelo. 5. El grado de mezclado 6. Capacidad de Intercambio Catiónico 7. Solubilidad del contaminante 8. Contenido de arcilla 9. Tamaño de partícula Insumas: Agua, combustible, electricidad, solución acida/base, vapor y aire comprimido. Equipo: Para el funcionamiento general del lavado de suelos, se requiere de cierto equipo, que a continuación se presenta.. 24.

(44) CAPITULO III — Técnicas de remediación. Tabla DI. 1 Equipo utilizado en el Lavado de suelos Equipo Barrenadora Cribado Sistema de separación Ciclón Hidrociclón Celda flotante Manejo de lodos Clarificador Filtro prensa Dispositivos de presión Suelo tratado (Relleno) Sistema de reuso de agua Sistema de tratamiento de volátiles. Lavado de suelos ex-situ • • •. • • • • • • •. III.1.4 Limitaciones 1. Un requerimiento mínimo para tratar on - site y para que sea costo - efectiva de 5000 ton de contenido de suelo (USEPA, 1997 / 540/S-97/507). 2. Un contenido de arena o grava de 50 a 70 % en el suelo (USEPA, 1997 / 540/S97/507). 3. Se recomienda que el suelo tenga una fracción limo-arcilla no superior al 10% de su volumen total, ya que no resulta costo - efectiva (USEPA, 1997 / 540/S-97/507). 4. Remover partículas mayores a 60 mm de diámetro (USNAVY, 2003) 5. Considerar la solubilidad del contaminante (>1000 mg/L) (USEPA, 1997 / 540/S97/507). 6. Las condiciones climáticas ocasionan escurrimiento superficial, y con ello la infiltración del agua. Asimismo, se debe considerar aplicar la técnica en climas frío, ya que éste puede congelar la solución y afectar los rangos de lixiviación (Freeman etal., 1995). 7. La presencia de múltiples contaminantes, puede complicar el crear una fórmula de solución para un simple lavado, requiriendo el uso de múltiples secuencias de procesos de lavado para remover los contaminantes (ENVIROTOOLS, 2002).. 25.

(45) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación III. 1.5 Ventajas. Existen diferentes ventajas para utilizar esta tecnología, como son: 1. Provee un sistema cerrado que no es afectado por condiciones externas. Asimismo este sistema permite controlar las condiciones (como el pH y la temperatura) bajo las cuales las partículas del suelo son tratadas (ENVIROTOOLS, 2002). 2. Permite la excavación y tratamiento on - site de suelo que contiene residuos químicos peligrosos (ENVIROTOOLS, 2002). 3. Tiene el potencial para remover una amplia variedad de contaminantes químicos del suelo (ENVIROTOOLS, 2002). 4. Reduce el volumen de material a tratar hasta en un 90% (ENVIROTOOLS, 2002). 5. Es una tecnología transportable que puede ser llevada al sitio contaminado (ENVIROTOOLS, 2002). 6. Es costo - efectiva porque puede ser utilizada como una técnica de pre-tratamiento, reduce significativamente la cantidad de material que requeriría un tratamiento posterior por otro tipo de tecnología. También genera un material mas uniforme para un tratamiento posterior (ENVIROTOOLS, 2002). III.1.6 Costo de Operación De acuerdo con datos reportados por la EPA los costos estimados de los residuos tratados con lavado de suelo y extracción acida varían de $50 a $300/ton y de $180 a $320 /ton, respectivamente (USEPA, 1993 / 542/R-93-001), Dentro de los factores que afectan el costo, se encuentran los siguientes: 1. Solubilidad del metal 2. Profundidad y distribución de la contaminación 3. Volumen del material a tratar 4. Tamaño de partícula 5. Manejo de residuos. 26.

(46) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. 111.1.7 Tiempo El lavado de suelo es utilizado para tratar suelo excavado, así que la duración de la operación y mantenimiento dependen de la tasa de procesamiento de la unidad de tratamiento y del volumen del suelo. El procesamiento normalmente será realizado por una unidad móvil. La tasa de alimentación de una unidad móvil se considera en un rango de 30 a 300 ton/día (USNAVY, 2003).. El tiempo promedio de operación para esta técnica es de 3 a 4 meses, sin embargo, el tiempo puede variar de acuerdo los siguientes puntos:. •. Metas de remediación. •. Requerimientos del medio a tratar, en base al volumen. •. Concentración y distribución del contaminante. •. Características del suelo subterráneo, incluyendo el tamaño de partícula y su densidad.. 111.1.8 Impacto Ambiental El lavado de suelos no desintoxica los contaminantes, ni los altera, pero los transfiere del suelo al fluido de lavado o mecánicamente los concentra en una masa pequeña para su tratamiento posterior.. Existen cuatro principales residuos generados durante el lavado de suelo: los sólidos contaminados de la unidad de lavado, el agua residual, agua de tratamiento de los lodos y residuos, y emisiones de aire (Freeman et al., 1995). Otros residuos generados son: 1. La arena y grava limpia que por sus características no tóxicas, pueden ser usadas como relleno (ENVIROTOOLS, 2002).. 27.

(47) CAPITULO III - Técnicas de remediación. 2. Un pequeño volumen de suelo, que contiene la mayoría de las partículas de limo y arcilla, que contienen algunos contaminantes que recibirán tratamiento posterior o simplemente confinados (ENVIROTOOLS, 2002). 3. El agua de lavado puede ser tratada on - site u off - site en una planta de tratamiento, dependiendo del tipo y concentración del contaminante presente (ENVIROTOOLS, 2002). 4. Los posibles gases emitidos, son retenidos por un sistema de captura y tratamiento de gases (Freeman et al., 1995). III.1.9 Impacto Social Las actividades de excavación pueden llegar a ser una fuente importante de emisión de polvos, COVs y metales volátiles, así como también, pueden acelerar el proceso de infiltración del contaminante, convirtiéndose en un peligro potencial para trabajadores y poblaciones cercanas, debido a las diversas rutas de exposición, como la inhalación, la ingestión y/o el contacto dérmico. La proximidad a zonas residenciales afectarán los estándares de ruido y emisiones para minimizar su impacto en la población y lograr alcanzar los niveles que marca la normatividad correspondiente (Freeman et al., 1995).. 28.

(48) CAPITULO III — Técnicas de remediación. 111.2 ENJUAGUE DEL SUELO IN - SITU III.2.1 Descripción de la técnica El enjuague del suelo in situ es una técnica de tratamiento innovadora que consiste en inundar suelos contaminados con una solución que lleva los contaminantes hasta un lugar donde pueden extraerse (USEPA, 1996 / 542-F-96-022). La Figura DI.2 muestra el proceso de enjuaguado de suelo.. Aplicación tipo espreado Aétsvos 'v' Bomba. Tratador de agwa subterránea Bomba. =n. Á Pozo de I extracción I de agua Lechada. Zoca de baja peiroeabilMad. FIGURA ffl.2 PROCESO DE ENJUAGADO DE SUELO. III.2.2 Descripción del Proceso El proceso comienza con la perforación de pozos de inyección y de extracción en el suelo contaminado. La cantidad, la ubicación y la profundidad de los pozos de inyección y de extracción dependen de varios factores geológicos y consideraciones técnicas. Los pozos pueden instalarse en forma vertical u horizontal. Además de la colocación de los pozos, hay que trasladar hasta el sitio otros equipos (como un sistema de tratamiento de aguas residuales) o construirlos in situ. La solución de enjuague se introduce en los pozos de inyección por bombeo y pasa por el suelo, arrastrando contaminantes mientras se dirige a. 29.

(49) CAPÍTULO III — Técnicas de remediación. los pozos de extracción. En los pozos de extracción se recoge el elutriado, o sea la solución de enjuague mezclada con los contaminantes (USEPA, 1996 / 542-F-96-022). El elutriado se extrae del suelo por bombeo en los pozos de extracción y generalmente pasa por un sistema de tratamiento de aguas residuales para retirar los contaminantes. Los contaminantes son tratados o eliminados, y el agua tratada puede reutilizarse en la solución de enjuague o eliminarse de otra forma aceptable. Debido a que se trata de un proceso circular, los sistemas de enjuague del suelo in situ a menudo se denominan sistemas de inyección y recirculación se recogen y se someten a un tratamiento (USEPA, 1996 / 542-F96-022). El tipo de solución que se necesita para el tratamiento depende de los contaminantes que se hallen en el suelo en un lugar determinado. La solución de enjuague generalmente es uno de los siguientes líquidos: 1) agua solamente o 2) agua con aditivos tales como ácidos (pH bajo), bases (pH alto) o agentes tensioactivos (como detergentes). El agua se usa para tratar contaminantes que se disuelven fácilmente en el agua. Una solución acídica es una mezcla de agua y ácido, como ácido nítrico o ácido clorhídrico. Las soluciones acídicas se usan para extraer metales y contaminantes orgánicos, como los que se encuentran generalmente en el reciclaje de baterías o en procesos de cromado industrial. Por ejemplo, la contaminación con zinc, una de las posibles consecuencias de las operaciones de cromado, se trataría con una solución acídica. Una solución básica es una mezcla de agua y una base, como hidróxido de sodio (el amoníaco es un ejemplo de una base que se usa comúnmente en el hogar); las soluciones básicas se usan para tratar fenoles y algunos metales. Un agente tensioactivo puede ser un detergente o un emulsor. Los emulsores facilitan la mezcla de sustancias que normalmente no se mezclan, como aceite y agua. Por esta razón, las soluciones tensioactivas son eficaces para retirar contaminantes oleosos. También se está investigando el uso de agua con solventes orgánicos como solución de enjuague. Los solventes orgánicos, como el etanol, se usan para disolver ciertos contaminantes que el agua sola no puede disolver (USEPA, 1996 / 542-F-96-022).. 30.