Remediacin

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Remediación

• 10.5. Barreras reactivas permeables
• 10.6. Bioremediación
• 10.6.1. El proceso
• 10.6.2. Bioremediación como un concepto de
  remediación

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Barreras reactivas permeables

• Las barreras reactivas permeables son una
  metodología in situ para la remediación de agua
  contaminada.
• Estas barrera no son barreras físicas para el
  flujo. Son barreras con material capaz de
  reaccionar con los contaminantes del agua
  subterránea.
• Para aumentar la eficiencia de la pared reactiva,
  esta puede ser construida para que el agua
  subterránea converja con el medio reactivo. El
  arreglo resultante es llamado la traza de
  convergencia y barrera.

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(No Transcript)
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• La barrera tiene compuestos que reaccionarán con
  los contaminantes del agua subterránea, y los
  contaminantes son reducidos para inhibirlos o
  inmovilizarlos.
• Estos compuestos pueden ser orgánicos o
  inorgánicos, se consideraran dos compuestos para
  ilustrar el concepto de barrera
• Cromo hexavalente Cr6 (compuesto inorgánico).
• Triclorohetileno (compuesto orgánico).
• Con base en algunos experimentos de laboratorio,
  bajo condiciones de pH apropiadas, el hierro
  puede ser usado para reducir y remover el Cr6.
  Este concepto envuelve el uso de Fe0 para reducir
  el Cr6 a Cr3.

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• Ciertos compuestos que involucran al Cr6
  aparentan ser cancerigenos mientras que evidencia
  insuficiente es disponible para establecer el
  carácter cancerigeno del Cr3.
• Se estima que el Cr6 es 1000 veces más toxico
  que el Cr3.
• En la reducción de Cr6 a Cr3, el Fe0 es oxidado
  a Fe3, como se muestra en la ecuación
• El compuesto (FeOOH) y (Fe(1-x)CrxOOH) son
  identificados como sólidos precipitados en la
  reacción de oxidación.
• Estos compuestos tiene solubilidad en agua cuando
  presentan pH de 7 a 10 que generan soluciones
  acuosas con concentraciones de Cr3 que están
  dentro de los niveles máximos permisibles.

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• Consideremos ahora el compuesto orgánico TCE,
  este compuesto reacciona con el Fe.
• Cuando el TCE esta en contacto con la superficie
  del metal, el producto final de la reacción es
  tanto eteno y etano, que son fácilmente
  biodegradables.
• La descloración puede producirse a través de dos
  reacciones, las cuales son

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• Para entender como funciona el concepto de pared
  de hierro de valencia cero tenemos que
• La pluma contaminante tiene dimensiones de 10,000
  pies (3,048 m) de largo y 5000 pies (1,524 m) de
  ancho.
• La puma continente tiene aceite, solventes,
  limpiadores y combustible de aviones.
• Los sedimentos consisten de una mezcla de
  arcillas, limos, arenas y gravas que se extienden
  a una profundidad de 200 pies (60.96 m).
• La barrera se extiende 50 pies (15.24 m)
• El objetivo es reducir la concentración de TCE
  por debajo de niveles máximos permisibles, los
  cuales son 5 ppm para el TCE y 70 ppm para el
  cis-1,2-DCE.

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• La sección de grava mostrada en la figura esta
  incorporada para mejorar la distribución del
  flujo en la celda.
• Basados en los datos, después de siete meses de
  operación se observa que el cambio en la
  concentración disminuye de manera logarítmica.

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Bioremediación

• La bioremediación es la utilización biológica
  para convertir contaminantes en substancias
  inofensivas.
• El agotamiento de contaminantes a partir de la
  actividad de microorganismos es llamado
  biodegradación.
• Esencialmente, el proceso de bioremediación es la
  utilización de bacterias para cambiar la
  naturaleza química de los contaminantes.
• Las bacterias consumen el contaminante para
  sobrevivir y reproducirse.

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• La existencia de una población inicial de
  bacterias depende de diversos factores.
• Un factor importante es la disponibilidad de
  materia orgánica que es la principal fuente de
  carbón para muchos microorganismos.
• La disponibilidad de oxigeno es fundamental para
  el tener una población microbiana diversa capaz
  de lograr una degradación aeróbica.
• En la zona vadosa estos tanto el aire como el
  agua coexisten, mientras que en la zona saturada
  la disponibilidad de oxigeno es nula y el agua
  contenida en el acuífero generalmente carece de
  oxigeno.

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• Las bacterias no se limitan al uso de oxigeno
  como un receptor de electrones, en ausencia de
  este pueden consumir sulfatos SO42-, nitratos
  NO3- y ciertos metales como el Fe3 y Mn4.
• Una variante en la es tener una bacteria que
  utilice un químico inorgánico como donador de e-.
• Maier et. al., basándose en la capacidad del
  agua, la materia orgánica y oxigeno las
  siguientes generalizaciones
• Biodegradación en suelo superficial ? aeróbica.
• Biodegradación en zona vadosa ? aeróbica
  principalmente.
• Biodegradación en zona saturada ? aeróbica a poca
  profundidad.
• Para las bacterias, los contaminantes son una
  fuente de carbón y energía, esta energía se
  genera a través de las reacciones químicas.

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• Las bacterias generalmente componerse de enzimas
  que transforman los contaminantes aún cuando la
  bacteria no metaboliza el contaminante
  directamente, a este proceso se le conoce como
  cometabolismo.
• Un ejemplo de este proceso es la destrucción de
  hidrocarburos clorinados por enzimas, producido
  por una bacteria metanotropica, por la oxidación
  del metano.
• Mientras que el metano es la fuente principal de
  comida para la bacteria, y el hidrocarburo
  clorinado es la segunda fuente puesto que no
  sustenta directamente el desarrollo de la
  bacteria.
• También se pueden destruir compuestos
  químicamente tóxicos a través de transformaciones
  químicas para compuestos poco nocivos.

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• Las bacterias pueden inducir el cambio en las
  propiedades del compuesto, como por ejemplo la
  solubilidad.
• El U6 (soluble en agua) puede actuar como un
  receptor de e-, produciendo U4 que no es soluble
  y precipitándose.
• La inmovilización del ión Cr6 tóxico a través de
  la precipitación a Cr3, el cual puede precipitar
  en forma de cromo oxidado.
• Las bacterias pueden también facilitar la
  destrucción de contaminantes, especialmente
  compuestos orgánicos halogenados, a través del
  proceso conocido como halogenación reductiva.
• La bacteria cataliza una reacción donde un átomo
  de halógeno es sustituido por un átomo de
  hidrogeno, este proceso se presenta en ambientes
  anaeróbicos.

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• Para sobrevivir en la superficie, los microbios
  requieren nutrientes para desarrollar células.
• Una bacteria típica esta compuesta de 50 C, 14
  N, 3 F, 2 K, 1 S, 0.2 Fe, y 0.5 de Ca, Mg y
  Cl.
• El desarrollo de una célula puede ser restringida
  por la falta de alguno de estos compuestos.
• Después de introducir el concepto de moléculas
  orgánicas y sus clasificaciones, los compuestos
  que pertenecen a este grupo son hidrocarburos y
  sus derivados.

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• BTEX ? componentes de la gasolina.
• B benceno
• T toluelo
• E etilbenceno
• X xileno
• Las razones que hacen que estos compuestos
  fácilmente remediables
• Más solubles en agua que otros compuestos
  orgánicos y compuestos de gasolinas.
• Sirven como donadores de electrones primarios
  para muchas bacterias.
• Son relativamente de rápida degradación.
• Las bacterias se desarrollan rápidamente si hay
  gran cantidad de oxigeno.

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• El BTEX puede ser degradado en forma aeróbica o
  anaeróbica.
• El catecol presenta un metabolismo de tipo
  aeróbico, donde
• R puede ser H, CH3, CH2CH3 y CH3 para el benceno,
  tolueno, etilbenceno y xileno respectivamente.

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• Para el caso del benceno, la apertura del anillo
  aromático para el radical por la enzima
  dioxigenasa sigue uno dos caminos (orto y meta).
• Para la forma orto presenta la nomenclatura CoA
  la cual denota una coenzima A.
• El acrónimo TCA significa ciclo ácido
  tricarboxilico, lo cual resulta en una
  mineralización completa de CO2 y H2O.

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• La degradación anaeróbica es una importante forma
  de degradación para el BTEX porque la demanda de
  oxigeno del microbio regularmente excede el
  abastecimiento disponible.
• La degradación anaeróbica del benceno y xileno no
  se conoce bien.
• El tolueno y eletilbenceno han mostrado tener un
  intermediario común el benzoil-CoA. Los catecoles
  resultantes de la degradación biológica se unen
  subsecuentemente por dioxigenasa como se mostró
  en el caso aeróbico anterior.
• El anillo aromático de benzoil-CoA se reduce y
  transforma subsecuentemente a acetil-CoA, un
  importante intermediario metabólico en las
  células.

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• La habilidad de los organismos para metabolizar
  el xileno parece estar limitado a unos cuantos
  tipos de organismos de bacterias denitrificantes
  que usan este compuesto como un sustrato de
  crecimiento. Las formas de degradación asociada
  son poco entendidas.
• Solventes clorinados. Los HCs alifaticos
  clorinados (CAHs) estas entre los contaminantes
  que se encuietran más frecuentemente en el suelo
  y el agua subterránea.
• Estos CAHs orgánicos estas construidos de la
  conversión natural de los HCs tales como el
  metano, etano o eteno a través de la sustitución
  de uno o más átomos de H por átomos de Cl.

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• De forma alterna los compuestos clorinados pueden
  pasar a un estado menos clorinado. Debido a su
  amplio usos como solventes, CAHs son
• Tetracloroeteno (PCE)
• Tricoloroeteno (TCE)
• Tretracloruro de carbono (CT)
• Cloroformo (CF)
• Cloruro de metileno (MC)
• La biodegradación de los compuestos de CAHs
  ocurren principalmente a través de la oxidación y
  halogenación reductiva.
• Sus contrapartes no clorinadas se degradan
  aeróbicamente, la presencia de atomos de cloro
  inhiben la degradación aeróbica.
• Los mecanismos directos tienenden a ocurrir más
  con compuestos que estan menos clorinados.

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• Compuestos más clorinados, los cuales proveen de
  una energía indirecta a los organismos y son
  dependientes del cometabolismo para su
  degradación, son degradados relativamente
  despacio.
• Los sistemas que han sido efectivos en el
  cometabolismo de los HCs clorinados incluyen la
  enzima de metano monooxigenasa producida por una
  bacteria metanotropica usando sustratos tales
  como metano o formol y tolueno dioxigenasa
  producido por una bacteria desarrollada en el
  tolueno.
• La transformación aeróbica del TCE a través de la
  oxidación cometabólica convierte el TCE a un
  intermediario TCE epóxido por una enzima de
  metano monooxigenasa.
• El epóxido resultante se disuelve espontáneamente
  en agua a un diol TCE. El diol TCE se colapsa de
  a acuerdo a dos posibles formas de reacción. Bajo
  condiciones ácidas el diol TCE forma un ácido
  glioxilico.

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• De forma alterna, bajo condiciones básicas el
  diol TCE forma formol con la liberación una
  molécula de CO.
• Un segundo mecanismo de biodegradación para HCs
  clorinados involucra la dehhalogenación
  reductiva.
• La dehalogenación reductiva se da en condiciones
  anaeróbicas.
• Este proceso es eficiente cuando el número de
  sustituciones de halógeno es alto.

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• Un problema en el uso de biodegradación
  anaeróbica es que en la biodegradación total de
  alifáticos altamente halogenados bajo condiciones
  anaeróbicas, no se consuma y sus derivados pueden
  ser más tóxicos que el TCE.
• La determinación de si una biodegradación
  aeróbica o anaeróbica será efectiva es una
  función de la historia del sitio.
• Los microorganismos asociados con una pluma
  contaminante usará el electrón receptor que
  genera la mayoría de la energía relativa de otros
  electrones receptores.
• Una vez que el receptor optimo es consumido, otro
  receptor que genera menos energía será utilizado
  y el resultado es una jerarquía de zonas e aguas
  subterránea que refleja la historia de la pluma.

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• En la figura 10.11 se muestra un diagrama de la
  evolución de la pluma de petróleo localizada en
  un acuífero inicialmente aeróbico.
• El primer limite esta caracterizada por un
  ambiente rico en oxigeno, sin embargo cerca de la
  zona fuente, el oxigeno ha sido consumido y
  existe un ambiente anaeróbico que conduce a una
  biodegradación del mismo tipo.
• En esta sección hemos examinado solo la
  superficie del tema general de bioremediación de
  hidrocarburos clorinados. Otras formas de
  reacción son posibles, algunas de estas se
  resumen en las tablas 10.5 y 10.6.

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• Implementación. Los conceptos presentados antes
  puede ser implementado en diferentes
  configuraciones.
• En la figura 10.12 se ilustra la secuencia de
  eventos que ayudarán a que cierto diseño se
  realice.
• El punto de partida propuesto es la evaluación
  del sitio. Para esto se debe de tomar en cuenta
  parámetros físicos, químicos y biológicos.
• La parámetros físicos claves son aquellos que
  impactan procesos en el subsuelo tales como el
  flujo y el transporte de masa, es decir,
  porosidad, permeabilidad, grado de saturación y
  contenido orgánico en el suelo.

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• El diseño del nutriente y el sistema receptor de
  electrones depende de los parámetros del
  subsuelo.
• Los parámetros químicos ayudan a definir el sitio
  y su potencial de bioremediación.
• La determinación de la distribución de
  concentración para el sitio provee una línea base
  contra la cual el cambio en la distribución de la
  concentración resultó usando una estrategia de
  bioremediación implementada puede ser comparada.
• La examinación de varias especies contaminantes
  presentes, especialmente productos de la
  biodegradación de reacciones químicas, proveen
  una visión de los mecanismos de degradación.

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• El conocimiento de niveles del substrato son una
  ayudan para evaluando el potencial de introducir
  una colonia microbiana.
• La concentración de electrones donadores como el
  tolueno o fenol, ayudan a asegurar el éxito de la
  cometabolización espontánea de contaminantes.
• El contenido de oxigeno determinará donde las
  condiciones aeróbicos o anaeróbica están
  presentes en un sitio.
• La concentración de otros receptores de
  electrones como el oxigeno, tales como el sulfato
  o nitratos, indican donde los receptores de
  electrones son adecuado para la biodegradación
  aeróbica.

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• Los niveles de nutrientes indicaran donde el
  ambiente microbiano requiere la adición de
  nutrientes.