ES2322134T3 - Procedimiento para la recuperacion de suelos contaminados por compuestos organicos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la eliminación de contaminantes orgánicos de suelo caracterizado porque presenta un contenido en agua comprendido entre el 10% y el límite de saturación del campo, que comprende las siguientes etapas: (a) mezclar el suelo con un disolvente lipófilo; (b) eliminar por decantación o separación una fase líquida, que contiene los contaminantes y el disolvente, de una fase sólida constituida por el suelo tratado; (c) recuperar el disolvente de la fase líquida obtenida en la etapa (b) por destilación y recirculación a la etapa (a); (d) mezclar la fase sólida separada en la etapa (c) con agua en una razón que es tal como para disolver completamente el disolvente residual; (e) separar por decantación una fracción sólida, constituida por el suelo lavado, y una fase acuosa saturada con disolvente; (f) deshidratar la fracción sólida obtenida en la etapa (e); y (g) recuperar el disolvente de la fase acuosa por evaporación y reciclar a la etapa (a).
Description
Procedimiento para la recuperación de suelos
contaminados por compuestos orgánicos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la recuperación de suelos contaminados por
compuestos orgánicos.
En particular, la presente invención se refiere
a un procedimiento mejorado para la eliminación de contaminantes
orgánicos del suelo mediante la extracción con un disolvente
lipófilo, en el que la mejora consiste en el hecho de que se trata
el suelo purificado con agua para eliminar el disolvente
residual.
El problema del suelo contaminado por
contaminantes orgánicos tales como hidrocarburos, compuestos
aromáticos polinucleares, productos organoclorados está pasando a
ser cada vez más dramático en los países industrializados, no sólo
en cuanto a intervenciones en la contaminación del suelo y las aguas
subterráneas, sino también debido a la necesidad de recuperar zonas
para una posible utilización industrial y civil. Otro problema, que
es típico de la industria del petróleo, es el tratamiento de
desechos de perforación antes de descargarse al mar.
Existen muchas fuentes de contaminación y
diversas características del terreno sometido a contaminación. Estas
circunstancias hacen necesario disponer de una amplia gama de
posibles soluciones.
Las tecnologías adoptadas generalmente para el
tratamiento del suelo son: lavado del suelo, biorrecuperación y
solidificación/estabilización.
La expresión "lavado del suelo" se refiere
a técnicas de lavado que utilizan agua, que contiene opcionalmente
tensioactivos.
El lavado del suelo aprovecha la tendencia de
los contaminantes a unirse, o bien química o bien físicamente, a
partículas más finas del sedimento. Estas partículas pueden
separarse del resto de la matriz por medio de una serie más o menos
compleja de operaciones de separación basadas en diferencias en las
dimensiones, densidad y propiedades de superficie. Con esta
tecnología, se obtiene la separación de una fracción contaminada
fina y una fracción descontaminada gruesa.
Las partículas más finas separadas de este modo
sólo representan una pequeña fracción del volumen contaminado
inicial, aunque contienen la mayor parte de los contaminantes.
El lavado del suelo es una tecnología emergente
adoptada en numerosas situaciones para reducir la cantidad de
material peligroso que ha de depositarse en vertederos y recuperar
parte de los costes de tratamiento con la venta de una fracción más
gruesa producida como material de construcción.
Sin embargo, este procedimiento adolece de
inconvenientes sustanciales que se derivan de la necesidad de
trabajar con grandes volúmenes de agente extractante y la
dificultad para recuperar los aditivos utilizados.
Las técnicas de recuperación biológica se
limitan a compuestos biodegradables y concentraciones no tóxicas y
se ponen en peligro en gran medida por los tiempos prolongados
necesarios para completar la recuperación.
Los procedimientos de
solidificación/estabilización consisten en añadir un ligando
hidráulico al sedimento, por ejemplo cemento Pórtland. De esta
manera, los contaminantes se bloquean físicamente dentro de la
matriz cementosa y ya no pueden migrar hacia el entorno
circundante.
En algunos procedimientos, además del cemento,
se añaden aditivos específicos, que pueden reaccionar con los
contaminantes transformándolos en especies menos tóxicas o menos
móviles.
Este tipo de tecnología presenta la desventaja
de producir un aumento en el volumen del material tratado (sedimento
+ ligando) y, en cualquier caso, no garantiza la estabilidad del
producto final con el tiempo.
Asimismo, se conocen en la técnica
procedimientos de tratamiento basados en la extracción con un
disolvente seleccionado, por ejemplo, de cloruro de metileno,
hidrocarburos C_{2}-C_{4} licuados o fluidos
supercríticos.
Sin embargo, la aplicabilidad y eficacia de
estos procedimientos están limitadas en gran medida por la presencia
de elevados porcentajes de partículas finas y por el alto contenido
en agua que caracteriza generalmente a algunos tipos de suelo.
Con el fin de superar estos inconvenientes, se
han propuesto en la técnica procedimientos para la recuperación de
suelos que presentan un alto contenido en agua, que se basan en la
utilización de una mezcla extractante que consiste en un par
disolvente-codisolvente en proporciones tales como
para formar una única fase con el agua contenida en el terreno
(patente US nº 5.585.002) o un único disolvente, preferentemente
acetato de etilo (documento IT 1.298.543).
\newpage
En particular, según estos procedimientos, el
suelo, tras la extracción con el disolvente orgánico y decantación,
se somete a secado para eliminar el disolvente residual que está
presente en una cantidad comprendida generalmente entre el 3 y
entre el 10%.
Para este fin, se utiliza un equipo que, por
motivos de seguridad asociados con la inflamabilidad del disolvente
y para reducir las emisiones al entorno, debe inertizarse con
nitrógeno y dotarse de sistemas de captura de polvo adecuados.
Además, debido al bajo coeficiente de intercambio del terreno, este
equipo requiere una superficie de intercambio térmico considerable,
una carga alta y altas temperaturas que pueden producir alteraciones
en las características pedológicas del terreno, poniendo en peligro
la posibilidad de una nueva inserción en el espacio original.
La patente US nº 5.779.813 describe un
procedimiento para la eliminación de contaminantes orgánicos del
suelo que comprende las etapas (a) a (f) de la reivindicación 1 de
la presente patente.
En la actualidad, se ha descubierto que tratando
el suelo, tras la extracción con un disolvente y decantación, con
una cantidad suficiente de agua para disolver el disolvente
residual, es posible separar de la dispersión formada de este modo,
una fase acuosa sobrenadante, que contiene el disolvente, y una fase
sedimentada sólida en la que el disolvente residual se reduce hasta
una concentración mínima que es tal como para permitir una nueva
inserción en el entorno.
El disolvente contenido en la fase acuosa
anterior puede recuperarse mediante una simple evaporación y con un
menor consumo de energía, puesto que ya no es necesario calentar la
masa completa de suelo.
De acuerdo con esto, un objetivo de la presente
invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de
contaminantes orgánicos de suelo que contiene agua en una cantidad
comprendida entre el 10% y el límite de saturación del campo, que
comprende las siguientes etapas:
- (a)
- mezclar el suelo con un disolvente lipófilo;
- (b)
- eliminar por decantación o separación una fase líquida, que contiene los contaminantes y el disolvente, de una fase sólida que consiste en el suelo tratado;
- (c)
- recuperar el disolvente de la fase líquida obtenida en la etapa (b) por destilación y reciclar a la etapa (a);
- (d)
- mezclar la fase sólida separada en la etapa (c) con agua en una razón que es tal como para disolver completamente el disolvente residual;
- (e)
- separar por decantación una fracción sólida, que consiste en el suelo lavado, y una fase acuosa saturada con disolvente;
- (f)
- deshidratar la fracción sólida obtenida en la etapa (e); y
- (g)
- recuperar el disolvente de la fase acuosa por evaporación y recircular a la etapa (a).
Pueden utilizarse diversas clases de suelo en el
procedimiento y con diferentes características pedológicas, tanto
con un componente muy arenoso como uno
limo-arcilloso. Es importante controlar que el
contenido en agua presente en el terreno que va a recuperarse esté
cerca de su capacidad de campo. En el caso de un terreno con un
menor contenido en humedad, el material debe humedecerse antes del
tratamiento.
Con el procedimiento descrito, normalmente se
trata un suelo mixto medio o de tipo arcilloso, con un contenido
del 10 al 50% (con respecto al peso seco) de partículas que
presentan un tamaño de partícula inferior a 63 \mum y un
contenido en agua comprendido entre el 10 y el 60% en peso.
En la etapa (a), la razón en peso de
disolvente/suelo está comprendida entre 0,2 y 5,0, preferentemente
entre 0,5 y 1. En un procedimiento que funciona en continuo, la
razón con velocidad de flujo a contracorriente de disolvente/suelo
está comprendida entre 0,2 y 0,5.
Esta etapa se lleva a cabo generalmente a
temperatura ambiente, durante un periodo de tiempo comprendido entre
10 y 120 minutos.
Los disolventes utilizados en el procedimiento
según la presente invención se seleccionan de modo que sean no
tóxicos y volátiles, baratos y estén fácilmente disponibles.
Ejemplos de disolventes lipófilos adecuados para
los fines de la presente invención son acetato de etilo y éter de
petróleo. Entre los disolventes lipófilos, se prefiere el acetato de
etilo para los fines de la invención.
Las etapas (a) a (e) del procedimiento según la
presente invención pueden repetirse varias veces, si es
necesario.
La extracción con un disolvente según la etapa
(a) puede llevarse a cabo con un procedimiento discontinuo o
continuo. En el primer caso, el equipo consiste en un sistema de
mezclado industrial tal como una mezcladora de tambor giratorio, de
paletas o de reja de arado, en la que se carga la cantidad de tierra
que va a tratarse, junto con el disolvente, mezclando durante el
periodo de tiempo necesario para obtener la extracción de los
contaminantes.
En el caso de una ejecución continua del
procedimiento, el equipo de extracción puede consistir en un sistema
de husillos en el que se transportan el disolvente y la tierra en
contracorriente. El último husillo separa la tierra de la mayor
parte del disolvente.
La separación según la etapa (b) tiene lugar
instantáneamente tras haberse detenido el mezclado debido al hecho
de que la fracción fina que hay en el suelo se mantiene en una forma
aglomerada a partir del agua y sólo pasa una mínima parte al
disolvente de extracción.
De esta manera, se obtiene un suelo, purificado
de contaminantes, que consiste tanto en la fracción gruesa como la
fracción fina, que contiene del 3 al 10% de disolvente residual y
una fracción líquida que contiene los contaminantes.
En la etapa (c) del procedimiento según la
presente invención, la fase sólida se lava con agua para permitir
la recuperación del disolvente de extracción residual, que presenta
una solubilidad en agua del 8,7% (v/v); el disolvente así
recuperado puede recircularse a la etapa (a) del procedimiento según
la presente invención.
En el caso de un procedimiento discontinuo, el
lavado con agua puede llevarse a cabo en el mismo equipo utilizado
para la extracción en la etapa (a), alimentando agua al sistema tras
separar el disolvente por decantación. Utilizando un procedimiento
continuo, el lavado con agua puede efectuarse en una mezcladora
adecuada o en un husillo adicional en el que se alimentan la tierra
y el agua en contracorriente.
En ambos casos, no es necesario presurizar el
aparato con gas inerte y no se forman polvos, ya que el material se
dispersa en agua.
En la etapa (e) del procedimiento según la
presente invención, tras la decantación se separa una fracción
sólida, que consiste en el suelo lavado, y una fracción acuosa
saturada con disolvente. La fracción sólida obtenida de este modo
se somete a continuación a deshidratación, utilizando un equipo
conocido en la técnica, tal como prensado con prensa de banda,
centrifugación.
La recuperación del disolvente agotado (etapa d)
puede efectuarse utilizando un evaporador de película delgada con
paredes rascadas que funciona a presión atmosférica o con una ligera
depresión, obteniéndose un residuo de caldera que contiene la
fracción extraída del suelo y cantidades mínimas de agua y una
corriente en la cabeza que consiste en el disolvente de extracción
según la etapa (a).
Alternativamente, dicha recuperación puede
efectuarse por destilación en presencia de agua, obteniéndose un
residuo de caldera que consiste en agua y contaminantes, que puede
separarse por decantación, y una corriente en la cabeza que
consiste en el disolvente de extracción según la etapa (a).
El procedimiento según la presente invención
permite que se eliminen los contaminantes de suelo con alto
contenido en agua y partículas finas de manera sencilla y
económica.
La figura 1 indica el diagrama de bloques del
procedimiento según la presente invención.
Los siguientes ejemplos se proporcionan a título
ilustrativo pero no limitativo del alcance de la invención en modo
alguno.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Una muestra de suelo extraída de un espacio
contaminado por hidrocarburos presenta las siguientes
características:
- \bullet
- pH en disolución acuosa = 7,02; en KCl 1 N = 7,34
- \bullet
- Contenido en humedad: 18,3%
- \bullet
- Conductividad: 1,14 mS/cm
- \bullet
- Concentración salina: 6,76 mEq/100 g
- \bullet
- Hidrocarburos totales (hidrocarburos totales de petróleo - TPH) 18.000 ppm (determinación mediante cromatografía de gases)
- \bullet
- Caracterización agronómica: grava 46,3%, arena 42,4%, arcilla 11,3%.
Se coloca un kilogramo de esta tierra en un
cilindro giratorio junto con 1 kg de acetato de etilo y se mantiene
con agitación, a temperatura ambiente, durante 30 minutos.
Tras haberse dejado sedimentar la mezcla durante
5 minutos, se filtra la fase líquida sobre un filtro de teflón con
poros de 0,45 micras, con el fin de determinar, por pesada, la
fracción fina del suelo arrastrada por el disolvente, que asciende
al 0,7% en peso de tierra.
Se recupera el acetato de etilo de la fracción
líquida por destilación en un evaporador giratorio a 90ºC.
Se recuperan 940 g de disolvente, que, con la
adición de 60 g adicionales de acetato de etilo nuevo, se utilizan
para un segundo ciclo de lavado de la tierra.
El disolvente recuperado tras este segundo ciclo
asciende a 1 kg.
Se añade agua (1 kg), en el mismo tambor
giratorio, a la tierra, que contiene 60 g de acetato de etilo
residual, que es suficiente para disolver la cantidad de disolvente
residual, sabiendo que la solubilidad del acetato de etilo en agua
es igual al 8,7% (v/v).
Tras 10 minutos de agitación, se deja sedimentar
la mezcla durante 30 minutos. Se separa la fase acuosa superior y
se conserva. Se centrifuga la dispersión de tierra en agua que queda
en el fondo a 3.000 x G, recuperándose una fracción sólida que
consiste en tierra purificada en la que la concentración de
hidrocarburos totales de petróleo (TPH) asciende a 180 ppm, dentro
de los límites establecidos por las leyes en vigor.
Se calienta la fase acuosa obtenida a partir de
la centrifugación, unida a la que se apartó tras la sedimentación,
hasta 90ºC en un evaporador giratorio, recuperándose el acetato de
etilo disuelto.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
(Comparativo)
Se seca una muestra de 1 kg de suelo que
presenta las características indicadas en el ejemplo 1 al aire
durante 48 horas para reducir el contenido en humedad hasta el 3,2%
y luego se trata tal como se describió en el ejemplo 1.
Se observa el arrastre en el disolvente de 65 g
de la fracción fina de la muestra. Esta dispersión permanece
estable durante varias horas, haciendo necesario efectuar una
centrifugación para separar el sólido del líquido.
Se utiliza el disolvente recuperado por
destilación para un segundo lavado del suelo. Tras la segunda
centrifugación, se unen las dos fracciones finas del suelo a la
fracción gruesa y se secan al aire durante 24 horas.
La concentración de TPH tras el segundo
tratamiento asciende a 1.670 ppm, que es un valor superior al límite
máximo de 750 ppm indicado por la Ley para la reutilización de
espacios (Boletín Oficial de la región de la Toscana nº 36 del 16
de junio de 1993).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Se seca una muestra de suelo como en el ejemplo
2 y entonces se añade agua de modo que el contenido en humedad
alcance el 18%.
Tras el tratamiento descrito en el ejemplo 1, se
observa que el disolvente, obtenido mediante simple decantación,
contiene menos del 0,7% de fracción fina.
Un análisis de los TPH indica una concentración
residual de 183 ppm, un valor que confirma los resultados del
ejemplo 1, tanto en cuanto a la recuperación del terreno como a la
sencillez de las operaciones de recuperación del disolvente.
La recuperación del disolvente, sumando la
cantidad obtenida por decantación tras el tratamiento de extracción
de los contaminantes y la separación por destilación y por
destilación del residuo en la fase acuosa del lavado del suelo,
demostró ser prácticamente cuantitativa.
Claims (11)
1. Procedimiento para la eliminación de
contaminantes orgánicos de suelo caracterizado porque
presenta un contenido en agua comprendido entre el 10% y el límite
de saturación del campo, que comprende las siguientes etapas:
- (a)
- mezclar el suelo con un disolvente lipófilo;
- (b)
- eliminar por decantación o separación una fase líquida, que contiene los contaminantes y el disolvente, de una fase sólida constituida por el suelo tratado;
- (c)
- recuperar el disolvente de la fase líquida obtenida en la etapa (b) por destilación y recirculación a la etapa (a);
- (d)
- mezclar la fase sólida separada en la etapa (c) con agua en una razón que es tal como para disolver completamente el disolvente residual;
- (e)
- separar por decantación una fracción sólida, constituida por el suelo lavado, y una fase acuosa saturada con disolvente;
- (f)
- deshidratar la fracción sólida obtenida en la etapa (e); y
- (g)
- recuperar el disolvente de la fase acuosa por evaporación y reciclar a la etapa (a).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el disolvente lipófilo es acetato de etilo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la razón en peso entre el disolvente lipófilo y el suelo
está comprendida entre 0,2 y 5,0.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que la razón en peso entre el disolvente lipófilo y el suelo
está comprendida entre 0,5 y 1.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que en la etapa (a) el mezclado de los componentes se lleva a
cabo a temperatura ambiente, durante un periodo de tiempo
comprendido entre 10 y 60 minutos.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la separación en la etapa (b) tiene lugar por decantación o
eliminación del líquido.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la recuperación del disolvente en la etapa (d) se lleva a
cabo con un evaporador de película delgada con unas paredes de
rascado que funciona a presión atmosférica o con una ligera
depresión o por destilación en presencia de agua.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el disolvente recuperado en la etapa (d) se recicla a la
etapa (a).
9. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que las etapas (a) a (e) pueden repetirse varias veces.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que los contaminantes orgánicos son hidrocarburos alifáticos y
aromáticos, hidrocarburos aromáticos polinucleares, productos
organoclorados alifáticos y aromáticos, pesticidas, dioxinas y
dibenzofuranos.
11. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
9, que se lleva a cabo de manera discontinua o en continuo.
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