Oxidación química in situ - In situ chemical oxidation

La oxidación química in situ ( CIUO ), una forma de proceso de oxidación avanzada , es una técnica de remediación ambiental utilizada para la remediación del suelo y / o aguas subterráneas para reducir las concentraciones de contaminantes ambientales específicos a niveles aceptables. La CIUO se logra inyectando o introduciendo oxidantes químicos fuertes directamente en el medio contaminado (suelo o agua subterránea) para destruir los contaminantes químicos en el lugar. Puede usarse para remediar una variedad de compuestos orgánicos, incluidos algunos que son resistentes a la degradación natural.

La oxidación química es la mitad de una reacción redox , que resulta en la pérdida de electrones. Uno de los reactivos de la reacción se oxida o pierde electrones, mientras que el otro reactivo se reduce o gana electrones. En la CIUO, los compuestos oxidantes, compuestos que ceden electrones a otros compuestos en una reacción, se utilizan para convertir los contaminantes en compuestos inofensivos. El in situ en ISCO es simplemente en latín para "en el lugar", lo que significa que ISCO es una reacción de oxidación química que ocurre en el sitio de la contaminación.

Es posible la remediación de determinadas sustancias orgánicas como disolventes clorados ( tricloroeteno y tetracloroeteno ) y compuestos relacionados con la gasolina ( benceno , tolueno , etilbenceno , MTBE y xilenos ) mediante la CIUO. Algunos otros contaminantes pueden volverse menos tóxicos a través de la oxidación química .

Una amplia gama de contaminantes del agua subterránea reaccionan de manera moderada o intensa con el método ISCO, y ISCO también se puede utilizar en una variedad de situaciones diferentes (por ejemplo, suelo insaturado o saturado, sobre el suelo o subterráneo, etc.), por lo que es un método popular. método a utilizar.

Historia

El reactivo de Fenton (peróxido de hidrógeno catalizado con hierro) y el permanganato de potasio son los oxidantes que se han utilizado durante más tiempo y ahora se utilizan con mayor frecuencia. Los sistemas de uso de peróxido de hidrógeno se basaron en el trabajo de HJH Fenton, quien usó sales de hierro para catalizar el compuesto. El peróxido de hidrógeno se utilizó por primera vez en 1985 para tratar un derrame de formaldehído en la planta Indian Orchard de Monsanto en Springfield, Massachusetts. En este sitio, se inyectó una solución al 10% de peróxido de hidrógeno en una columna de formaldehído . El reactivo de Fenton se usó inicialmente para tratar sitios de hidrocarburos donde estaban presentes benceno, tolueno y etilbenceno.

A medida que la industria cambió su enfoque hacia la remediación de disolventes clorados, se descubrió que el peróxido de hidrógeno es eficaz tanto en la industria de los hidrocarburos como en la industria de los disolventes clorados. Los científicos también encontraron que el permanganato podría usarse en solventes clorados. La CIUO basada en permanganato comenzó a utilizarse a fines de la década de 1990. En ese momento, la CIUO también se había convertido en una tecnología de rehabilitación establecida.

El desarrollo del persulfato de sodio para la CIUO comenzó a fines de la década de 1990 debido a las limitaciones en el uso de peróxido o permanganato como oxidantes. El peróxido tiene una vida tan corta que no se puede transportar correctamente. El permanganato solo trata los solventes clorados con dobles enlaces y es fácilmente usado por la materia orgánica en el suelo. El persulfato es más estable, trata una gama más amplia de contaminantes y los orgánicos del suelo no lo consumen tan fácilmente.

Agentes de oxidación

Oxidantes comunes usados en este proceso son permanganato (tanto permanganato de sodio y permanganato de potasio ), de Fenton Reactivo , persulfato , y ozono . Se pueden utilizar otros oxidantes, pero estos cuatro son los más utilizados.

Permanganato

El permanganato se utiliza en la rehabilitación de aguas subterráneas en forma de permanganato de potasio ( KMnO
4
) y permanganato de sodio ( NaMnO
4
). Ambos compuestos tienen las mismas capacidades oxidantes y limitaciones y reaccionan de manera similar a los contaminantes. La mayor diferencia entre los dos productos químicos es que el permanganato de potasio es menos soluble que el permanganato de sodio.

El permanganato de potasio es un sólido cristalino que normalmente se disuelve en agua antes de su aplicación en el sitio contaminado. Desafortunadamente, la solubilidad del permanganato de potasio depende de la temperatura. Debido a que la temperatura en el acuífero suele ser menor que la temperatura en el área donde se mezcla la solución, el permanganato de potasio vuelve a convertirse en un material sólido. Este material sólido entonces no reacciona con los contaminantes. Con el tiempo, el permanganato volverá a ser soluble, pero el proceso lleva mucho tiempo. Se ha demostrado que este compuesto oxida muchos contaminantes diferentes, pero es notable por oxidar disolventes clorados como el percloroetileno (PCE), el tricloroetileno (TCE) y el cloruro de vinilo (VC). Sin embargo, el permanganato de potasio no puede oxidar eficientemente diesel, gasolina o BTEX .

El permanganato de sodio es más caro que el permanganato de potasio, pero debido a que el permanganato de sodio es más soluble que el permanganato de potasio, se puede aplicar al sitio de contaminación en una concentración mucho más alta. Esto acorta el tiempo necesario para que se oxide el contaminante. El permanganato de sodio también es útil porque puede usarse en lugares donde no se puede usar el ion potasio. Otra ventaja que tiene el permanganato de sodio sobre el permanganato de potasio es que el permanganato de sodio, debido a su alta solubilidad, puede transportarse por encima del suelo como líquido, disminuyendo el riesgo de exposición a los gránulos o al contacto de la piel con la sustancia.

Las reacciones redox primarias para el permanganato vienen dadas por las ecuaciones:

  1. MnO -
    4
    + 8 H +
    + 5e - Mn 2+
    + 4 H
    2
    O
     - (para pH <3,5)
  2. MnO -
    4
    + 2 H
    2
    O
    + 3e - MnO
    2
    (S) + 4 OH -
     - (para pH de 3,5 a 12)
  3. MnO -
    4
    + e - MnO 2−
    4
     - (para pH> 12)

La reacción típica que ocurre en condiciones ambientales comunes es la ecuación 2. Esta reacción forma un producto sólido, MnO
2
.

La ventaja de usar permanganato en la CIUO es que reacciona comparativamente lentamente en el subsuelo, lo que permite que el compuesto se mueva más hacia el espacio contaminado y oxide más contaminantes. El permanganato también puede ayudar con la limpieza de materiales que no son muy permeables. Además, debido a que las soluciones de permanganato de sodio y permanganato de potasio tienen una densidad mayor que la densidad del agua, el permanganato puede viajar a través del área contaminada a través de la difusión impulsada por la densidad.

El uso de permanganato crea el subproducto MnO
2
, que está presente de forma natural en el suelo y, por tanto, es un subproducto seguro. Desafortunadamente, varios estudios han demostrado que este subproducto parece cementar las partículas de arena formando un material similar a una roca que tiene una permeabilidad muy baja. A medida que se acumulan materiales similares a rocas, bloquea el permanganato para que no llegue al resto del contaminante y reduce la eficiencia del permanganato. Esto se puede prevenir extrayendo el MnO
2
del área contaminada.

Reactivo de Fenton

El reactivo de Fenton es básicamente una mezcla de sales de hierro ferroso como catalizador y peróxido de hidrógeno . Se puede realizar una reacción similar mezclando peróxido de hidrógeno con hierro [férrico] (Hierro III). Cuando el peróxido es catalizado por hierro soluble, forma radicales hidroxilo ( · OH) que oxidan contaminantes como disolventes clorados , fuelóleos y BTEX. El reactivo de Fenton tradicional generalmente requiere una reducción significativa del pH de los suelos y el agua subterránea en la zona de tratamiento para permitir la introducción y distribución de hierro acuoso, ya que el hierro se oxidará y precipitará a un pH superior a 3,5. Desafortunadamente, el agua subterránea contaminada que necesita ser tratada tiene un nivel de pH que es neutral o cercano. Debido a esto, existen controversias sobre si ISCO usando el reactivo de Fenton es realmente una reacción de Fenton. En cambio, los científicos llaman a estas reacciones similares a las de Fenton. Sin embargo, algunos proveedores de ISCO aplican con éxito el reactivo de Fenton de pH neutro al quelar el hierro que mantiene el hierro en solución y mitiga la necesidad de acidificar la zona de tratamiento. La química de Fenton es compleja y tiene muchos pasos, incluidos los siguientes:

  1. Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH · + OH -
  2. Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + OOH · + H +
  3. HO · + H
    2
    O
    2
    → Fe (III) + HO ·
    2
    + H +
  4. HO · + Fe (II) → Fe (III) + OH -
  5. Fe (III) + HO ·
    2
    → Fe (II) + O
    2
    H +
  6. Fe (II) + HO ·
    2
    + H +
    → Fe (III) + H
    2
    O
    2
  7. HO ·
    2
    + HO ·
    2
    H
    2
    O
    2
    + O
    2

Estas reacciones no ocurren paso a paso sino simultáneamente.

Cuando se aplica a la oxidación química in situ, la reacción colectiva da como resultado la degradación de los contaminantes en presencia de Fe. 2+
como catalizador . El resultado final general del proceso se puede describir mediante la siguiente reacción:

H
2
O
2
+ contaminante → H
2
O
+ CO
2
+ O
2

Las ventajas de este método incluyen que los radicales hidroxilo son oxidantes muy fuertes y reaccionan muy rápidamente con contaminantes e impurezas en el agua subterránea. Además, los productos químicos necesarios para este proceso son económicos y abundantes.

Las aplicaciones tradicionales de reactivos de Fenton pueden ser muy exotérmicas cuando hay una cantidad significativa de hierro, manganeso o contaminantes (es decir, concentraciones de NAPL) en una zona de inyección. Durante el transcurso de la reacción, el agua subterránea se calienta y, en algunos casos, el reactivo y los vapores pueden emerger del suelo. La estabilización del peróxido puede aumentar significativamente el tiempo de residencia y la distribución del reactivo al tiempo que reduce la posibilidad de temperaturas excesivas al aislar eficazmente el peróxido de los metales de transición divalentes de origen natural en la zona de tratamiento. Sin embargo, las concentraciones de contaminantes NAPL aún pueden resultar en reacciones de oxidación rápidas con un aumento de temperatura asociado y más potencial para emerger incluso con la estabilización del reactivo. Los radicales hidroxilo pueden ser eliminados por carbonato, bicarbonato y materia orgánica natural además del contaminante objetivo, por lo que es importante evaluar la matriz del suelo de un sitio y aplicar reactivo adicional cuando estos componentes del suelo están presentes en abundancia significativa.

Persulfato

El persulfato es un oxidante más nuevo utilizado en la tecnología ISCO. El compuesto de persulfato que se utiliza en la remediación de aguas subterráneas se encuentra en forma de peroxodisulfato o peroxidisulfato ( S
2
O 2−
8
), pero los científicos en el campo de la ingeniería ambiental lo denominan generalmente ion persulfato. Más específicamente, se usa persulfato de sodio porque tiene la mayor solubilidad en agua y su reacción con contaminantes deja los productos secundarios menos dañinos. Aunque el persulfato de sodio por sí solo puede degradar muchos contaminantes ambientales, el radical sulfato SO -
4
generalmente se deriva del persulfato porque los radicales sulfato pueden degradar una gama más amplia de contaminantes a un ritmo más rápido (alrededor de 1.000 a 100.000 veces) que el ión persulfato. Se utilizan varios agentes, como calor, luz ultravioleta, pH alto, peróxido de hidrógeno y metales de transición, para activar los iones persulfato y generar radicales sulfato.

El radical sulfato es un electrófilo , un compuesto que es atraído por los electrones y que reacciona aceptando un par de electrones para unirse a un nucleófilo . Por lo tanto, el rendimiento de los radicales sulfato se mejora en un área donde hay muchos compuestos orgánicos donantes de electrones. El radical sulfato reacciona con los compuestos orgánicos para formar un catión radical orgánico. Ejemplos de grupos donantes de electrones presentes en compuestos orgánicos son los grupos amino (-NH2), hidroxilo (-OH) y alcoxi (-OR). Por el contrario, el radical sulfato no reacciona tanto en compuestos que contienen grupos atrayentes de electrones como nitro (-NO2) y carbonilo (C = O) y también en presencia de sustancias que contienen átomos de cloro. Además, a medida que aumenta el número de enlaces éter , las velocidades de reacción disminuyen.

Cuando se aplica en el campo, el persulfato primero debe activarse (debe convertirse en el radical sulfato) para que sea efectivo en la descontaminación. El catalizador que se utiliza con mayor frecuencia es el hierro ferroso (Hierro II). Cuando los iones de hierro ferroso y persulfato se mezclan, producen hierro férrico (hierro III) y dos tipos de radicales sulfato, uno con una carga de -1 y el otro con una carga de -2. Una nueva investigación ha demostrado que Zero Valent Iron (ZVI) también se puede utilizar con persulfato con éxito. El persulfato y el hierro no se mezclan de antemano, sino que se inyectan juntos en el área de contaminación. El persulfato y el hierro reaccionan bajo tierra para producir radicales sulfato. La tasa de destrucción de contaminantes aumenta a medida que aumenta la temperatura del entorno.

La ventaja de usar persulfato es que el persulfato es mucho más estable que el peróxido de hidrógeno o el ozono sobre la superficie y no reacciona rápidamente por naturaleza. Esto significa menos limitaciones de transporte, se puede inyectar en el sitio de contaminación a altas concentraciones y se puede transportar a través de medios porosos mediante difusión impulsada por densidad. La desventaja es que este es un campo de tecnología emergente y solo hay unos pocos informes de pruebas en el campo y es necesario realizar más investigaciones con él. Además, cada mol de persulfato crea un mol de oxidante (radical sulfato o radical hidroxilo). Estos radicales tienen pesos atómicos bajos mientras que la molécula de persulfato tiene un peso atómico alto (238). Por lo tanto, el valor (oxidante producido cuando se activa el persulfato) por el costo (precio de la molécula de persulfato relativamente pesada) es bajo en comparación con algunos otros reactivos oxidantes.

Ozono

Si bien el oxígeno es un oxidante muy fuerte, es la forma elemental O
2
no es muy soluble en agua. Esto plantea un problema en la remediación del agua subterránea, porque el químico debe poder mezclarse con el agua para eliminar el contaminante. Afortunadamente, el ozono ( O
3
) es aproximadamente 12 veces más soluble que O
2
y, aunque todavía es comparablemente insoluble, es un oxidante fuerte.

La parte única de la oxidación del ozono es su aplicación in situ. Debido a que, a diferencia de otros oxidantes utilizados en la CIUO, es un gas, debe inyectarse en el sitio de contaminación desde la parte inferior en lugar de desde la parte superior. Se construyen tubos en el suelo para transportar el ozono a su lugar de inicio; las burbujas luego suben a la superficie. Cualquier sustancia volátil que quede es succionada por una bomba de vacío. Debido a que las burbujas viajan más verticalmente que horizontalmente, se necesita una ubicación cercana de los pozos de inyección de ozono para una distribución uniforme.

La mayor ventaja de usar ozono en la CIUO es que el ozono no deja ningún químico residual como el persulfato deja SO 2−
4
o permanganato deja MnO
2
. Los procesos relacionados con la ozonización (tratamiento del agua con ozono) solo dejan O
2
. El ozono también puede reaccionar con muchos de los contaminantes ambientales importantes. Además, debido a que el ozono es un gas, agregar ozono al fondo de la piscina de contaminantes obliga a que el ozono se eleve a través de los contaminantes y reaccione. Debido a esta propiedad, el ozono también se puede distribuir más rápidamente. Además, en teoría, H
2
O
2
co-inyectado con ozono dará como resultado iones -OH, que son oxidantes muy fuertes.

Sin embargo, el ozono tiene muchas propiedades que plantean problemas. El ozono reacciona con una variedad de contaminantes, pero el problema es que también reacciona rápidamente con muchas otras sustancias como minerales, materia orgánica, etc. que no son las sustancias objetivo. Nuevamente, no es muy soluble y permanece en forma de gas en el agua, lo que hace que el ozono sea propenso a una distribución no uniforme y se eleve hasta la parte superior del sitio de contaminación por las rutas más cortas en lugar de viajar a través de todo el material. Además, se debe generar ozono, y eso requiere una gran cantidad de energía.

Implementación

El mecanismo de suministro principal para ISCO es a través de varillas metálicas huecas perforadas martilladas en el suelo mediante métodos de perforación de "empuje directo" o inyectando el oxidante en pozos instalados mediante métodos de perforación rotatoria con barrena de vástago hueco. Una ventaja de los pozos de inyección es que pueden usarse para múltiples aplicaciones del material oxidante, mientras que las técnicas de inyección de empuje directo son generalmente más rápidas y menos costosas. Los pozos de inyección de ozono generalmente se construyen con una pantalla de acero inoxidable de 1 a 2 "colocada en un paquete de arena, lechada a la superficie con una combinación de cemento y arcilla de bentonita. A menudo, se debe realizar un estudio piloto de campo para determinar los parámetros de inyección y el pozo. espaciado.

Los oxidantes como el permanganato y el reactivo de Fenton se administran como soluciones a base de agua. Estas sustancias se inyectan en el acuífero y luego se dejan propagar por la gravedad y la corriente de agua. A medida que se encuentran contaminantes, las sustancias los oxidan y purifican el agua. El ozono se administra (burbujea) como gas en aire seco o en un gas portador de oxígeno. Se requiere equipo especializado para la oxidación in situ mediante inyección de gas ozono. El ozono debe bombearse al agua subterránea desde el fondo del acuífero porque el gas ozono es menos denso que el agua. A medida que el ozono viaja a través del acuífero contra la gravedad, reacciona con los contaminantes a lo largo del camino. Sin embargo, existen algunos métodos específicos de suministro de oxidante que incluyen sondas de inyección, fracturamiento hidráulico , mezcla de suelos, pozos verticales, pozos horizontales y muros de tratamiento.

Sondas de inyección

Las sondas de inyección se utilizan en áreas donde la permeabilidad es muy baja. Una sonda de pequeño diámetro (de 2 a 4 cm de diámetro) se gira o se empuja hacia el suelo mientras se insertan los reactivos en ella a baja presión. Los reactivos viajan por el núcleo de la sonda y salen a través de pequeñas perforaciones a lo largo de los lados de la sonda que se encuentran a ciertos intervalos. Los reactivos se alejan del núcleo entrando en grietas y poros existentes y crean un "halo de reactividad" (de la página 182 o Principios y prácticas de oxidación química in situ con permanganato ). Para optimizar la cantidad de contaminante que se oxida, las sondas se colocan en el suelo relativamente juntas, a una distancia de entre 0,6 y 1,2 metros.

Fracturamiento hidráulico

La fracturación hidráulica es el proceso de crear artificialmente fracturas en un sitio que tiene baja permeabilidad y luego rellenar las fracturas con oxidantes. Primero, se perfora un agujero en el suelo y luego se usa un fuerte chorro de agua para crear fracturas. Se usa arena gruesa, que permite la permeabilidad suficiente para que pasen los oxidantes, para rellenar las fracturas y evitar que se cierren, y después de eso, el oxidante se inyecta en la fractura.

Mezcla de suelo

La mezcla de suelo se puede utilizar para suministrar formas sólidas o líquidas de oxidantes al suelo contaminado. Para zonas de contaminación cercanas a la superficie o intermedias, se pueden utilizar equipos de construcción estándar (es decir, mezcla con cubeta) o herramientas especializadas para mezclar el suelo (es decir, Lang Tool, Allu Tool, Alpine, etc.). El mezclado profundo del suelo requiere un equipo de mezclado de barrena especializado. Para aplicar este método in-situ y en suelos profundos, el oxidante debe bombearse hasta el punto de mezcla usando una barra Kelly (un equipo de perforación de tierra), o tubería apropiada al lugar donde el suelo necesita ser oxidado. . Luego, el suelo debe mezclarse con paletas mezcladoras.

Pozos horizontales y verticales

Las redes de pozos horizontales consisten básicamente en el uso de tuberías largas que entran y salen del acuífero o penacho contaminado que se utiliza para inyectar oxidantes y extraer el agua subterránea tratada. Las redes de pozos verticales consisten en pozos de inyección adecuadamente espaciados con un radio de influencia (ROI) ligeramente superpuesto para asegurar el contacto del reactivo dentro de la zona de tratamiento vertical y horizontal. Los pozos de inyección pueden instalarse permanentemente o instalarse temporalmente (es decir, mediante el uso de tecnología de empuje directo). Las redes de pozos horizontales utilizan tuberías que tienen una leve forma de L en la parte inferior para inyectar oxidante y extraer el agua subterránea tratada horizontalmente. Los pozos horizontales se utilizan especialmente cuando los oxidantes deben entregarse a capas delgadas de saturación.

Paredes de tratamiento

Las paredes de tratamiento se utilizan para entregar oxidantes al final de una columna de contaminantes y pueden usarse para prevenir la migración de un oxidante. Las paredes generalmente consisten en zanjas continuas que están conectadas a una red de tuberías en la que se pueden inyectar oxidantes. Otra versión de este sistema de distribución es el uso de una serie de pozos verticales desconectados para inyectar el oxidante en el agua subterránea. Los factores que afectan la aplicación y el rendimiento de la pared de tratamiento son similares a los factores que afectan el rendimiento de las barreras reactivas permeables.

Estudios de caso

La tecnología ISCO se ha probado muchas veces sobre el terreno. Los siguientes son algunos ejemplos de estudios que se han realizado para observar la eficacia de la CIUO.

Estación Aeronaval de la Isla Norte

En enero de 2007, se trató el agua subterránea alrededor de la Estación Aérea Naval North Island en el condado de San Diego, California . Esta prueba trató un total de 60,000 galones de agua subterránea y usó aproximadamente 22,646 libras de persulfato de sodio para realizarla. No se agregaron catalizadores al persulfato, pero hubo una cantidad significativa de reducción de contaminantes. Se concluyó que la producción de radicales se debe a la temperatura elevada del agua subterránea (20 ° C-24 ° C). Al final de los 19 días posteriores a la última inyección de persulfato de sodio, hubo una reducción general de la concentración de TCE de más del 90%.

Complejo de lanzamiento espacial 37

Space Launch Complex 37 apoyó los lanzamientos de la nave espacial Saturno de 1961 a 1971. Las actividades en el Complejo incluyeron la limpieza de piezas y el enjuague del motor, lo que dejó dos áreas de origen de compuestos orgánicos volátiles clorados (CVOC). United Launch Alliance también utilizó el área para lanzar los vehículos de lanzamiento Delta IV antes de cualquier actividad de remediación en el sitio. Las concentraciones máximas de CVOC en el sitio fueron 9500 microgramos / litro de cis 1,2-DCE y 7900 microgramos / litro de cloruro de vinilo. Ambos sitios se limpiaron con ozono. Se utilizó una rejilla de inyección de ozono que constaba de 116 pozos de acero inoxidable. Después de 16 meses de tratamiento con ozono, hubo una reducción de la masa de contaminantes del 44% en un sitio y del 70% en el otro sitio.

Planta de artillería de Nebraska

La planta de artillería de Nebraska , ubicada cerca de Mead, Nebraska, fue una instalación militar que produjo bombas, cohetes y proyectiles de 1942 a 1956. Para su producción se utilizaron materiales altamente explosivos como 2,4,6-trinitrotolueno ( TNT ) y hexahidro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazina ( RDX ); Para reducir la exposición química de los trabajadores de la planta a estos materiales, los residuos de RDX y TNT que se acumulaban en el piso se lavaban con agua de forma rutinaria. El agua que fluía hacia el exterior en zanjas sin revestimiento contaminó el suelo alrededor de la planta con RDX y TNT. El tricloroetileno (TCE) para desengrasar las tuberías contaminó aún más el área. A lo largo de los años, los contaminantes ingresaron al agua subterránea.

Para detener la propagación del agua subterránea contaminada, se ha colocado un elaborado sistema de 11 pozos de extracción para contener las plumas. Este método trata el agua con carbón activado granular . Este campo se eligió para probar la eficacia con la que el permanganato podía eliminar los contaminantes explosivos. En el campo, se colocaron dos pozos de inyección para crear una cortina de permanganato entre ellos, a través de la cual fluiría la pluma contaminante. El resultado de la oxidación fue una disminución temporal de contaminantes en los pozos en un 70-80%, pero el permanganato no se distribuyó uniformemente a través de la cortina. La prueba mostró que el permanganato era una herramienta eficaz para eliminar temporalmente los contaminantes explosivos del agua subterránea.

Aplicación de rendimiento

La efectividad de la oxidación depende de la litología del sitio , el tiempo de residencia del oxidante, la cantidad de oxidante utilizado, la presencia de materiales oxidantes distintos del contaminante objetivo, el grado de contacto efectivo entre el oxidante y el contaminante (s) y la cinética de la reacción de oxidación entre el oxidante y el contaminante.

El suelo y el agua subterránea se analizan antes y después de la aplicación del oxidante para verificar la eficacia del proceso. El monitoreo de los gases emitidos durante la oxidación también puede ayudar a determinar si se están destruyendo contaminantes. Niveles elevados de CO
2
es un indicador de oxidación.

Seguridad y peligros

Los cuatro tipos principales de oxidantes que se utilizan en la CIUO (reactivo de Fenton, ozono, permanganato y persulfato) son todos agentes oxidantes fuertes y presentan serios peligros para las personas que trabajan con ellos. Para la seguridad de los trabajadores, el sitio que está usando ozono como oxidante debe probar los niveles de ozono en el aire periódicamente porque el ozono tiene efectos respiratorios adversos. Todos los oxidantes deben almacenarse adecuadamente para que no se descompongan y los trabajadores deben asegurarse de que no tengan contacto de la piel con ninguno de los oxidantes.

Algunos compuestos ISCO pueden reaccionar agresivamente con contaminantes orgánicos y deben usarse con cuidado en el sitio. El reactivo de Fenton en particular es altamente exotérmico y puede causar efectos no deseados sobre la vida microbiana en el acuífero si no se usa con cuidado o se estabiliza.

Otros desafíos asociados con la CIUO incluyen la generación de productos de oxidación tóxicos o no deseados. La evidencia reciente sugiere que la oxidación del benceno da como resultado la formación de fenol (un compuesto relativamente benigno) y un nuevo subproducto aldehído, cuya toxicología se desconoce.

Mejoras potenciales

Actualmente, la CIUO se aplica principalmente por sí misma, pero es posible combinar la CIUO con otras tecnologías como la reducción química in situ (ISCR) y la desorción térmica in situ (ISTD). Como ISCO no es eficiente en el tratamiento de penachos contaminantes de baja concentración, ISCO se puede utilizar para tratar la fuente de contaminantes mientras que ISCR trata los penachos.

La CIUO tradicional está limitada por la transferencia masiva de contaminantes a la fase acuosa (agua subterránea). Dado que la reacción de oxidación tiene lugar en el agua subterránea, la destrucción de contaminantes se limita solo a aquellos contaminantes que se han dividido en la fase de agua subterránea. Para superar esta limitación en sitios que tienen una contaminación sustancial del suelo y / o líquido en fase no acuosa (NAPL), se pueden inyectar tensioactivos simultáneamente con oxidantes. Los tensioactivos emulsionan los contaminantes absorbidos por el suelo y / o NAPL permitiendo su destrucción en reacciones oxidativas en fase acuosa; esta tecnología patentada se conoce como oxidación química in situ mejorada con surfactante (S-ISCO).

La tecnología de administración de la CIUO y los reactivos también podrían mejorarse. Actualmente, se inyecta un oxidante en el sitio contaminado y se distribuye por la presión de inyección, turbulencia y advección. Este método es eficaz con un espaciado de puntos apropiado y un radio de influencia (ROI) ligeramente superpuesto. Sin embargo, los reactivos a base de peróxido no son muy estables y reaccionan con otras sustancias poco después de ser inyectados en la subsuperficie, a menos que el peróxido esté estabilizado. Además, los métodos actuales de activación de persulfato a menudo se estancan dando como resultado resultados subóptimos. Estos problemas podrían solucionarse creando oxidantes más estables y dirigidos específicamente a los contaminantes para que no oxiden otras sustancias. Los sistemas de suministro también podrían mejorarse para que los oxidantes se envíen a las ubicaciones correctas.

Ver también

Referencias

enlaces externos

Puede encontrar información adicional sobre este tema en los siguientes sitios:

  1. Oxidación química in situ para la remediación de aguas subterráneas — Libro
  2. Principios y prácticas de la oxidación química in situ: un curso breve
  3. Procesos de reacción y transporte que controlan la oxidación química in situ de DNAPL
  4. Manual de prácticas tecnológicas
  5. Información de limpieza de la EPA de EE. UU.
  6. Base de datos constante de tasas de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon