Biobarreras Santiago Cardona Gallo scardona@unal.co 4255112

1. Biobarreras Santiago Cardona Gallo scardona@unal.edu.co 4255112 Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos Mayo 2 y 3 de 2006

2. Esquema contaminador de suelos y acuíferos

3. Agua subterránea tratada Biobarrera Agua subterránea contaminada Fuente Modelo Conceptual

4. Modelo Conceptual

5. Procesos de transformación y transporte

6. Dinámica de la contaminación de suelos y acuíferos

7. Ciclo hidrológico y la contaminación

8. PROBLEMA COMPLEJO Geoquímica Adsorción Diseño reactor BRP Biodegradación Transporte contaminantes Diseño BRP Hidráulica Oxidación

9. MODELO CONCEPTUAL • BAJOGASTO ENERGETICO • BAJOCOSTO DE OPERACION Y MANTENIMIENTO • TRATA VARIOS TIPOS DE CONTAMINANTES • LARGA DURACIÓN, SIMPLE Y PASIVO • PRODUCTIVIDAD EN EL SITIO • MODERADA INVERSIÓN INICIAL (-50% T Y B) • NO GENERA EMISIONES O DESECHOS • MEDIOS REACTIVOS DISPONIBLES Y ECONÓMICOS VENTAJAS

10. MODELO CONCEPTUAL MEDIOS REACTIVOS APLICADOS

11. MODELO CONCEPTUAL Contaminantes removidos

12. Objetivo • General: • Evaluar la capacidad del sistema de tratamiento pasivo de paredes para tratar suelos y agua subterránea contaminada con hidrocarburos. • Específicos: • Determinar y caracterizar el suelo en estudio. • Determinar las cinéticas de la biodegradación y oxidación de • diesel en agua. • Determinar los parámetros de diseño de la barrera reactiva • permeable. • Aplicación de los procesos.

13. Justificación • Tecnología económica, costos 50% menor Bombeo y Tratamiento • Alta remoción • Manejable aplicación, operación y mantenimiento • Tratamiento extenso en el tiempo • Medios reactivos y paredes asequibles • Eficiente • Agua dulce 2.7%. Subterránea 22.40%. Ríos 0.01%. • Volumen 9,376 MT. Derrames 32MG (1998) Mundial. • Estaciones de servicio: >2,500 en la Colombia.

14. Costo barrera reactiva permeable vs. Tratamiento y bombeo

15. Metodología 1. Plan experimental intermitente 1.1. Caracterización del suelo agrícola: Porosidad, fracción de carbono orgánico, pH, nitrógeno, fósforo, clasificación textura del suelo, conductividad eléctrica, densidad de biomasa (UFC/gr), densidad real, densidad aparente, capacidad de campo, conductividad hidráulica, color, textura, contenido de agua. 1.2. Estudio en reactores por lotes: Biodegradación Biodegradación con microorganismos SoA, N, H2O2 [40,000 mg/L diesel] Cultivo en placa y crecimiento bacterial Estudio MEB Oxidación Adsorción del diesel en suelo Factor de retardo, R

16. Metodología Diseño Barrera Reactiva Permeable - Determinación cinética ecuación - Modelo Flujo Pistón - Cinética Primer orden - Conductividad hidráulica - Porosidad - Velocidad flujo=th/b 1.3. Columnas Experimentales. Estudios en reactores dinámicos secuénciales (biodegradación y oxidación) y de un solo medio reactivo. -Diseño BRP como un reactor flujo pistón, cinética enzimática, th, K, A, b, L, v, V, =10.7cm, h=30cm - Construcción BRP -Operación BRP: [diesel], pH, flujo, N, H2O2, UFC/g, análisis de metales -N: 46%. H2O2: 50% industrial. [10,000 mg/L] diesel

17. Estudio de barrido con microscopio electrónico (MEB) Comparación del suelo inalterado, foto A y al final del proceso de biodegradación del día 18, foto B. Crecimiento bacterial en el suelo agrícola Oxidación:K= 0.1128d-1 y t1/2=6.14 d RESULTADOS Caracterización Suelo agrícola: cumple con las condiciones para el proceso. Biodegradación: Crecimiento de bacterias

18. DISEÑO BIOBARRERA MODELO CONCEPTUALREACTOR FLUJO PISTÓN

19. DISEÑO BARRERA REACTIVA REACTOR FLUJO PISTÓN: REACCIÓN ENZIMÁTICA CINÉTICA DE PRIMER ORDEN: ESPESOR BARRERA: b=Q/A 1/K Ln(S/Se) =VX th TIEMPO DE RESIDENCIA: th=1/K Ln(C/C0) TIEMPO DE VIDA MEDIA: th= 1/K Ln2 NÚMERO DE VIDAS MEDIAS: th/t1/2 REMOCIÓN DE MASA: %MR = (1-e(-0.693th/t1/2))100 MODELO McCarty:

20. Resultados en Columnas • Remoción: 80.5% de diesel con adición de peróxido de hidrógeno y nitrógeno. • Remoción: 53.30% de diesel sin adición de H2O2 y N • Remoción suelo estéril 44% • Concentración inicial 10,000 mg/L de diesel • Flujo 300 mL/d Densidad bacterial en columnas

21. OPERACIÓN DE C O L U M N A S

22. Conclusiones • El estudio cumple con el objetivo planteado ya que se comprueba que una tratamiento pasivo de paredes es eficiente para el tratamiento de agua del subsuelo contaminada con diesel. • El proyecto aporta al campo de la ingeniería de la remediación: los hidrocarburos del petróleo como el diesel son removidos eficientemente por medio de una barrera reactiva permeable, lo cual no se ha reportado en la literatura especializada. • La concentración inicial de diesel tiene gran influencia en la tasa de biotransformación. • En las condiciones del estudio realizado se presentó la biodegradación de diesel por el consorcio de microorganismos del suelo agrícola. • La tecnología desarrollada permitirá a las empresas colombianas que ofrecen servicios de remediación (principalmente al gobierno) aplicarla para sanear derrames de diesel e hidrocarburos.

23. Fin de la Presentación Gracias