DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS
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DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS:DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS:TÉCNICAS BIOLÓGICASTÉCNICAS BIOLÓGICAS
Departamento de Edafología y Química AgrícolaFacultad de Ciencias. Universidad de Granada
Francisco Martín Peinado
Descontaminación de Suelos
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TÉCNICAS BIOLÓGICAS
In situ
- Bioventing
- Biorremediación
- Bioaumentación
- Fitorremediación
Ex situ
- Biopilas
- Compostaje
- Landfarming
- Lodos
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TÉCNICAS BIOLÓGICAS
Estimulan el crecimiento de organismos en suelos contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la realización de
sus actividades metabólicas.
Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo
(nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.)
Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos contaminantes inorgánicos
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In situ
NO
BAJOS
ALTO
DUDOSA
DIFÍCIL
Ex situ
SI
ALTOS
BAJO
SI
FÁCIL
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE TÉCNICAS IN SITU Y EX SITU
Alteración de estructura del suelo
Costes económicos
Tiempo de ejecución
Uniformidad de tratamiento
Verificación de su eficacia
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En ocasiones las técnicas biológicas se acompañan de otras técnicas físicas y químicas para completar el proceso de limpieza
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PARÁMETROS CON MAYOR INFLUENCIA
Condiciones aeróbicas: Favorecen la oxidación y la actividad biológica. Dependen de la textura del suelo, grado de saturación y condiciones redox.
Condiciones anaeróbicas: Puede degradar algunos contaminantes orgánicos (clorados) o impedir la oxidación de algunos minerales (sulfuros metálicos).
Agua: Medio de transporte de nutrientes y constituyentes orgánicos (absorción – secreción) al interior – exterior de los orgs.
Nutrientes: Se aplican para favorecer la actividad biológica (algunos metales pesados son también micronutrientes).
pH: Afecta la solubilidad y biodisponibilidad de muchos contaminantes.
Temperatura: Afecta la actividad biológica (problema en climas fríos). Se puede inducir calentamiento controlado (problema VOCs).
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BIOVENTING
CONCEPTOInyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la
concentración de oxígeno y estimular la biodegradación. Utiliza bajas tasas de flujo (diferencia con Soil Vacuum Extraction (SVE))
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio – largo plazo (meses – años)
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BIOVENTING
APLICABILIDAD
LIMITACIONES
- Hidrocarburos del petróleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros orgánicos (fuels).
- Favorece la degradación de VOCs por la lenta migración hacia zonas biológicamente activas del suelo.
- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgánicos (cambio de estado de valencia, cambio en movilidad)
- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.
- Posible emisión de vapores (control y monitoreo)
- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio)
- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradación.
- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediación.
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BIOVENTING
COSTES
- Tipo y concentración del contaminante, y permeabilidad del suelo.
- Espaciado y nº pozos.
- Tasa de bombeo.
- Tratamiento de gases emitidos.
- Periodicidad del monitoreo.
- Técnica cada vez más utilizada, en especial junto a SVE
- Air Force Center for Environmental Excellence (AFCEE), demostraciones de bioventing en 135 lugares,
http://www.afcee.brooks.af.mil/er/ert/bioventing.htm.
10 - 70 $ (8 – 55 €) m3 suelo
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BIOVENTING
CASO PRÁCTICO
Localidad: Base Fuerzas Aéreas Ogden, Utah (USA)
Origen: Enero 1985, vertido de 102 m3 fuel de avión JP-4
Contaminantes: Hasta 10.200 mg/kg de hidroc. tot. petr. (TPH)
Área contaminada: 1.625 m2 (6.600 m3 suelo)
Tratamiento: SVE seguido de BIOVENTING
Duración: 15 meses
Resultado final: TPH < 6 mg/kg (nivel referencia = 38,1 mg /kg)
Coste: 90 $ m3
Observaciones: Suelo muy favorable (arenoso, gravoso)
No se requirió incinerador catalítico de gases
Se extrajeron unos 95.700 kg de contaminante
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BIORREMEDIACIÓN
CONCEPTOEstimulación de la actividad de microorganismos del suelo (o
inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas ricas en nutrientes o productos enmendantes y sautradas en oxígeno disuelto.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
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BIORREMEDIACIÓN
APLICABILIDAD
- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extraíbles por volatilidad (SVE))
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas de extracción, limpieza o remoción.
Aeróbica:Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular
Anaeróbica:Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)
(a veces el residuo puede ser más tóxico; ej: TCE = cloruro de vinilo)
Podredumbres blancas (hongos):Enzimas que degradan lignina. Aplicadas al TNT (laboratorio)
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BIORREMEDIACIÓN
COSTES
- Propiedades del suelo
- Potencial de lixiviado del contaminante
- Reactividad química (tendencia a reacciones no biológicas)
- Biodegradabilidad del contaminante
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)
- Bloqueo de pozos de inyección nutrientes (colonización de orgs.)
- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Se requiere tratamiento del agua extraída.
30 - 100 $ (25 – 80 €) m3 suelo
LIMITACIONES
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BIOAUMENTACIÓN
CONCEPTOIntroducción en el suelo de organismos seleccionados,
adaptados o genéticamente modificados para degradar contaminantes específicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
Los tratamientos electroquímicos pueden mejorar los resultados
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BIOAUMENTACIÓN
APLICABILIDAD
- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Descontaminación de campos de batalla (US Dep. Defense).
Organismos más usados:
Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.
Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.
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BIOAUMENTACIÓN
COSTES
- Propiedades del suelo (textura, permeabilidad, pH, CO, humedad, nutrientes).
- Propiedades del contaminante (biodegradabilidad, reactividad química, solubilidad en agua).
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)
- Texturas finas o suelos heterogéneos (limitan el contacto entre los microorganismos y el contaminante)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Poco efectiva para contaminantes inorgánicos.
25 - 105 $ (20 – 80 €) m3 suelo
LIMITACIONES
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FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar
y destruir contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
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FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOAbsorción de contaminantes (inorgánicos o radionucléidos)
por plantas y traslocación / acumulación en raíz, tallo y/o hojas.
Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante / kg suelo.(algunas se usan con fines extractivos, minería (Ni, Cu))
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FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
Biodisponibilidad:Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, CuModerada: Co, Mn, FeBaja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Cítrico Δ biodisp.)
EspecieThlaspi caerulescensThlaspi calaminare
Haumaniastrum robertiiHaumaniastrum katangense
Ipomoea alpinaThlaspi rotundifolum subsp.
Macadamia neutrophyllaAlyssum bertoloniiBerkheya coddii
Psychotria douarreiAstragalus pattersoni
Iberis intermediaAtriplex confertifolia
Pteris vittata
ElementoCd, Zn
ZnCoCuCuPbMnNiNiNiSeTlUAs
Conc. (mg/kg)3000, 10000
10000102008356
123008200
5500013400170004750060003070100
22000
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COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.
- Adaptación de las plantas al medio contaminado (tolerancia).
- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).
- Condiciones climáticas.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
FITORREMEDIACIÓN
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FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOMetabolismo o degradación enzimática de contaminantes
orgánicos en el interior de la planta, transformándolos en no-tóxicos o disminuyendo su toxicidad (incluye la fitovolatilización).
Procesos:- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificación).- Degradación en CO2 y H2O.
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FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
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COSTES
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trófica.
- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorción de los contaminantes (lixiviados).
- Está en fase de investigación.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
FITORREMEDIACIÓN
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uDescontaminación de Suelos
FITOESTABILIZACIÓN
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTOProducción de compuestos químicos por las plantas para
inmovilizar contaminantes en la interfase suelo – raíz.
Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros métodos de remediación fracasan.
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COSTES
- Grado de contaminación del suelo.
- Condiciones climáticas adversas.
- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).
- No extrae ni degrada contaminantes, sólo los inmoviliza.
15 - 40 $ (10 – 30 €) m3 suelo
LIMITACIONES
FITORREMEDIACIÓN
FITOESTABILIZACIÓN
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uDescontaminación de SuelosFITORREMEDIACIÓN
FITOESTIMULACIÓN
CONCEPTODegradación de contaminantes orgánicos (plaguicidas,
PAHs y disolventes orgánicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la rizosfera (biodegradación por rizosfera mejorada o rizodegradación).
Mecanismos en la rizosfera:
- La exudación de compuestos mejora la activ. microbiana.
- Oxigenación del suelo (transformaciones aeróbicas)
- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.
- Las micorrízas (hongos) degradan contaminantes orgánicos.
- Mejora del hábitat para poblaciones microbianas.
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COSTES
- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.
- Efectiva sólo en sitios con bajo grado de contaminación.
- Está en fase de investigación.
10 – 150 (8 – 115 €) $ m3 suelo
LIMITACIONES
FITORREMEDIACIÓN
FITOESTIMULACIÓN
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VENTAJAS
- Bajo coste.
- Preserva el suelo (no destruye su estructura ni fertilidad).
- Evita dispersión y lavado de contaminantes.
- Inmoviliza o degrada contaminantes (orgánicos).
- Efectiva para cont. Inorgánicos.
- Aceptación social (ecológica).
INCONVENIENTES
FITORREMEDIACIÓN
- Lenta (años).
- Producción de biomasa baja (densidad y longitud raíz).
- Contaminación elevada = toxicidad de la planta.
- Tratamiento de plantas, riesgo a la cadena trófica.
- Condiciones climáticas adversas.
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CASO PRÁCTICO
Localidad: Ensign-Bickford Company, Simsbury, Connecticut (USA)
Origen: 1996-97, quema y detonaciones al aire libre (OB/OD)
Contaminantes: Hasta 4.000 mg/kg de Pb (media 635 mg/kg)
Área contaminada: Indeterminada
Tratamiento: Fitoextracción y fitoestabilización (mostaza india y girasol, tres tratamientos; en parcelas de experimentación)
Duración: 7 meses
Resultado final: Reducción en algunas áreas de 635 a 478 mg/kg
Coste: no especificado
Observaciones: Suelos fertilizados y encalados para ajustar pH
Se instaló un sistema de riego y abonado foliar
En una parcela, la mostaza india llegó a adsorber hasta 3252 mg/kg de Pb
FITORREMEDIACIÓN
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BIOPILAS
CONCEPTOMezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y
confinamiento en montones estáticos sometidos a aireación (inyección o vacío) y recogida de gases y lixiviado para su tratamiento.
DESCRIPCIÓN
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
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APLICABILIDAD
- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.
- Incrementa la biodegradación favoreciendo las condiciones de humedad, temperatura, nutrientes, oxígeno y pH.
- Impermeabilización completa de la pila (acompañar con técnicas de recogida y tratamiento de gases y lixiviados).
BIOPILAS
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COSTES
130 - 260 $ (100 – 200 €) m3 suelo
BIOPILAS
LIMITACIONES
- Excavación del suelo = riesgo de liberación de VOCs.
- Test previos de biodegradación del contaminante (cálculo de tasas de aireación y nutrientes).
- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.
- Uniformidad cuestionable (proceso estático, no mezcla periódica).
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CASO PRÁCTICO
Localidad: U.S. Army Fort Greely, Alaska (USA)
Origen: Excavaciones en zonas de almacenaje (1991 – 1993)
Contaminantes: SVOCs, VOCs, Fuels, BTEX (hasta 3000 mg/kg gasolinas y 20,2 mg/kg BTEX)
Volumen suelo : 15710 m3 filtrado y lavado, 13000 m3 tratado.
Tratamiento: Fase I: Filtrado y lavado; Fase II: Biopilas; Fase III: procesado de contaminantes.
Duración: 3 años
Resultado final: Fuels < 100 mg/kg; BTEX < 10 mg/kg; (descenso medio del 85%) y > 95% en VOCs y SVOCs.
Coste: Fase I: 26 $ m3; Fase II: 39 $ m3; Fase III: 22 $ m3.
Observaciones: Tratamiento combinado y con mezcla periódica.
BIOPILAS
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COMPOSTAJE
CONCEPTOMezcla de suelo contaminado con materiales porosos y
enmiendas orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la biodegradación (incremento de temperatura ).
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
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Descontaminación de SuelosT
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APLICABILIDAD
- Explosivos y PAHs.
- Mantener condiciones de oxidación (aireación), humedad (irrigación) y temperatura (54 – 65 ºC)
- Métodos de aireación:
· Mezcla mecánica de montones (la más usada)
· Estática, inyección o bombeo en pilas.
· Agitación mecánica en contenedores.
- Controlar la emisión de VOCs y SVOCs.
COMPOSTAJE
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Descontaminación de SuelosT
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COSTES
150 – 180 – 220 $ (115 – 140 – 170 €) m3 sueloMezcla mecánica – Estática – Agitación mecánica
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs.
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
COMPOSTAJE
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Descontaminación de SuelosT
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CASO PRÁCTICO
Localidad: Dubose Oil Product Co. Cantonment, Florida (USA)
Origen: Lugar de tratamiento y reciclaje residuos (1993 – 1994)
Contaminantes: SVOCs (PAH), VOCs, BTEX (hasta 38,3 mg/kg VOCs, 576 mg/kg PAHs y 160 mg/kg PCP)
Volumen suelo : 35400 m3 excavados, 12000 m3 tratados.
Tratamiento: Compostaje, con recogida y tratamiento de lixiviados, inyección de aire e inoculación de nutrientes y humedad.
Duración: 1 año (cada tanda (1300 m3 máximo) hasta 30 días)
Resultado final: Limpieza de todos los contaminantes por debajo de los límites legales (PAH < 50 mg/kg; PCP < 37 mg/kg).
Coste: 644 $ m3 (total de operaciones, incluido el compostaje).
Observaciones: Tiempo estimado del compostaje, 7 meses.
COMPOSTAJE
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Descontaminación de SuelosT
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LANDFARMING
CONCEPTODisposición del suelo contaminado en capas lineales y
remoción periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para estimular la biodegradación (humedad, nutrientes, etc.)
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
DESCRIPCIÓN
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Descontaminación de SuelosT
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APLICABILIDAD
- Hidrocarburos del petróleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.
- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.
- Recogida y tratamiento de escorrentías y lixiviados.
LANDFARMING
![Page 40: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/40.jpg)
Descontaminación de SuelosT
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COSTES
150 $ (115 €) m3 suelo
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs.
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
LANDFARMING
![Page 41: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/41.jpg)
Descontaminación de SuelosT
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CASO PRÁCTICO
Localidad: Wood Pole Storage Area Vancouver, Washington (USA)
Origen: Tratamiento y secado de residuos (desde 1939)
Contaminantes: HPAHs (High molecular weight) y PCP (hasta 1500 mg/kg HPAHs y 500 mg/kg PCP)
Volumen suelo : 3030 m3 tratados.
Tratamiento: Cuatro series de tratamientos: Oxidación UV, peróxido, etanol (acondicionamiento y mejora) y nutrientes (biorremediación).
Duración: 15 meses (tratamiento medio por capa, 84 días)
Resultado final: Disminución media de la contaminación en un 80% (HPAH < 22 mg/kg; PCP < 21).
Coste: 357 $ m3 (total de operaciones).
Observaciones: La solución nutritiva a base de harina de pescado, alimentaba los microorgs. pero éstos no degradaban contaminantes, se sustituyó por un fertilizante nitrogenado.
LANDFARMING
![Page 42: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/42.jpg)
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LODOS
CONCEPTOMezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos,
para favorecer la biodegradación al incrementar el contacto entre los microorganismos y el contaminante, dentro de un “bioreactor”.
Técnica a corto - medio plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
![Page 43: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/43.jpg)
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APLICABILIDAD
- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCs al excavar un suelo).
- Biorreactores secuenciales aeróbicos/anaeróbicos, mejoran la remediación de PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.
- 1º Tamizar suelo; 2º Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3º Añadir oxígeno y nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4º Filtrado y secado del suelo y tratamiento de resíduos.
LODOS
![Page 44: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/44.jpg)
Descontaminación de SuelosT
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COSTES
160 - 210 $ (125 - 165 €) m3 suelo
LIMITACIONES
- Tamizado previo del suelo (caro).
- Problemática en suelos heterogéneos y arcillosos.
- Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes (caro).
LODOS
![Page 45: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/45.jpg)
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COMPARATIVA DE MÉTODOS
![Page 46: DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS: TÉCNICAS BIOLÓGICAS](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022061602/56815cfe550346895dcafec2/html5/thumbnails/46.jpg)
Descontaminación de SuelosT
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COMPARATIVA DE MÉTODOS
Las más usadas:In situ: Bioventing y Fitorremediación; Ex situ: Landfarming