Tabla 5-2-3 Estándar de clasificación de zonas redox del vertedero de Vejen en Dinamarca (unidad: mg/L)
Figura 5-2-2 Contaminación aguas abajo del vertedero de Vejen en Dinamarca Redox partición en el halo
5.2.2.1 Compuestos orgánicos volátiles
Los compuestos alifáticos halogenados son los contaminantes orgánicos volátiles más comunes en el ámbito industrial. Son los disolventes más utilizados en la lubricación de máquinas y, por tanto, se utilizan en muchos sectores industriales. Por ejemplo, en Coventry, Reino Unido, una instalación industrial comenzó a utilizar tricloroetileno y disolventes orgánicos relacionados en la década de 1930 (Bishop et al., 1993), y la contaminación fue causada por una manipulación descuidada alrededor de los tanques de superficie. En el pasado, cuando se utilizaban camiones cisterna para llenar los tanques de almacenamiento de petróleo, el conductor colocaba el aceite restante en la manguera en el suelo una vez que el tanque estaba lleno. Con el tiempo, malos hábitos como este pueden dejar una gran cantidad de disolvente en el suelo. El acuífero debajo del sitio consta de una serie de formaciones de arenisca y capas intermedias de esquisto. Cuando los pozos de producción se contaminaron, se perforaron varios pozos de prueba en el sitio. El hoyo de prueba está expuesto y se puede usar un muestreador empacador para tomar muestras de cada capa de arenisca en el hoyo. Sin embargo, el uso de pozos abiertos resultó ser un error porque las concentraciones de contaminantes en los pozos de producción aumentaron hasta un punto en el que Bishop et al (1993) especularon que los contaminantes se movieron a través de los pozos abiertos hacia el acuífero inferior. Debido a que el acuífero es un sistema de medios duales, los poros y las fracturas existen al mismo tiempo, y los contaminantes pueden ingresar a los poros individuales a través de las fracturas. Si finalmente se eliminan los contaminantes del camino del flujo de alta permeabilidad, el proceso de difusión se revertirá y los contaminantes en los poros individuales serán transportados al camino del flujo principal, lo que expondrá el acuífero a solventes orgánicos durante un largo tiempo.
En la literatura es más común ver sitios de residuos industriales asociados a una industria concreta que contienen compuestos más específicos. Goerlitzer (1992) describió seis sitios estudiados por el Programa de Productos Orgánicos del USGS, uno de los cuales contenía hidrocarburos clorados utilizados en la producción de pesticidas, dos sitios contenían desechos explosivos y tres eran sitios de almacenamiento de madera. Un fenómeno muy interesante es la diferencia en la migración de pentaclorofenol (PCP) entre los dos lugares de almacenamiento de madera. El alquitrán de madera y el PCP se utilizan comúnmente para tratar postes de madera. El alquitrán de madera es una mezcla de más de 200 compuestos extraídos del alquitrán de hulla, de los cuales el 85% son hidrocarburos aromáticos policíclicos, el 12% son compuestos fenólicos y el 3% son compuestos heterocíclicos de nitrógeno, azufre y oxígeno (Goerlitz, 1992). Debido al alto coeficiente de partición octanol/agua del PCP, no se espera que migre muy lejos en las aguas subterráneas. Sin embargo, esto resultó ser falso en Visalia, California. Desde que se puso en uso a principios de la década de 1950, el PCP se ha movido 500 metros desde los tanques de almacenamiento con fugas hasta las aguas subterráneas (Figura 5-2-3). Los hidrocarburos aromáticos policíclicos, principalmente naftaleno y metilnaftaleno, también recorrieron la misma distancia que el pentaclorofenol. No se detectaron compuestos fenólicos ni heterocíclicos en las aguas subterráneas, y había líquidos insolubles en agua en la superficie del agua cerca de la fuente de contaminación.
Figura 5-2-3 Gráfico de concentración de pentaclorofenol en aguas subterráneas en la planta de tratamiento de madera de Visalia en California (otoño de 1976)
La planta de tratamiento de madera de Pensacola en Florida utiliza y Los mismos compuestos están presentes en el sitio de Visalia, pero el destino final y el transporte de los contaminantes son completamente diferentes. El pentaclorofenol es relativamente estable en este sitio, pero la concentración de compuestos fenólicos y compuestos heterocíclicos de nitrógeno es alta. Una diferencia importante entre los dos lugares es la diferencia de pH. El valor del pH del agua subterránea en el sitio de Visalia es de 7,9 a 8,6, mientras que el valor del pH del agua subterránea en el sitio de Pensacola es de 5,0 a 6,3. Goerlitz (1992) sugirió que el PCP era mucho menos soluble a pH bajo y, por lo tanto, sólo se detectaba en la fuente de contaminación en el sitio de Pensacola. Sin embargo, en las condiciones de alto pH del sitio de Visalia, el PCP era más soluble y no mostró adsorción ni biodegradación significativas durante la migración. Las diferencias en la biodegradación entre los dos lugares también pueden tener un impacto en el diferente comportamiento de los contaminantes.
Metales pesados en 5.2.2.2
Otro componente común de los residuos industriales son los metales pesados, cuyos niveles en los lixiviados pueden ser muchas veces superiores a los de las aguas subterráneas naturales. Los oligoelementos limitados en las normas para el agua potable incluyen principalmente cromo, plomo, cobre, plata, cadmio, zinc, níquel y mercurio. Para predecir con precisión la migración de estos elementos, primero es necesario analizar su distribución de equilibrio en términos de potencial redox. La mayoría de los elementos metálicos tienen diferentes estados de oxidación, por lo que es necesario comprender las características geoquímicas del halo de contaminación para poder predecir la distribución de equilibrio de los metales.
El cromo es un metal que puede provocar una grave contaminación de las aguas subterráneas. En condiciones oxidantes, el cromo existe en cromato en forma de cromo hexavalente (Figura 5-2-4). En este momento, la capacidad de migración del cromo es muy fuerte. El primer halo de contaminación de cromo en aguas subterráneas reportado fue causado por desechos de galvanoplastia de cromo de Long Island, Nueva York (Perlmutter y Lieber, 1970). El material de la superficie de Long Island son sedimentos glaciales permeables con acuíferos profundos y poco profundos debajo. El agua subterránea es la principal fuente de agua potable en esta región. A medida que la urbanización continúa expandiéndose en la región, las aguas residuales a menudo se vierten bajo tierra a través de depresiones superficiales, fosas sépticas y estanques de retención de aguas pluviales. Durante la Segunda Guerra Mundial, se construyeron tanques de almacenamiento de chatarra de cromo para una fábrica de aviones de la zona. En su dirección aguas abajo, el halo de contaminación de cromo y cadmio en las aguas subterráneas se extiende unos 1300 m y se vierte al río (Figura 5-2-5).
Figura 5-2-Diagrama pE-pH del sistema 4cr-O-H2O a 25°C y 1 atm (la solubilidad se define como la actividad del cromo igual a 10-6).
Henderson (1994) estudió el halo de contaminación por cromatos en un acuífero cerca de Odessa, Texas, EE.UU. Durante el período de seguimiento de seis años, la concentración máxima de cromo hexavalente en el halo de contaminación se redujo diez veces. A partir del volumen del halo de contaminación se puede estimar la cantidad total de cromo disuelto. Al medir el coeficiente de distribución de adsorción (Kd) de Cr6+, Henderson también estimó la cantidad de adsorción de Cr6+. Se encontró que la cantidad total de cromo hexavalente en el acuífero (la suma del contenido de Cr6+ en la solución y la fase sólida) disminuyó en una reacción de primer orden (Figura 5-2-6). Para explicar la disminución en el contenido de cromo hexavalente en el acuífero, Henderson trazó el valor Eh medido de la muestra de agua en el diagrama Eh-pH del cromo (Figura 5-2-7). Se puede observar que la mayoría de los puntos están ubicados en la región estable de Cr3+. En este momento, el cromo hexavalente en el acuífero se reducirá a cromo trivalente y precipitará o será adsorbido en la superficie del óxido o Fe(. OH)3, y su reacción La fórmula es:
Hidrogeoquímica
Figura 5-2-5 Halo de contaminación de cromo causado por desechos de galvanoplastia en Long Island, Nueva York (según Perlmutter y Liber, 1970).
Figura 5-2-6 El contenido de Cr6+ en el acuífero Trinity Sandstone en Texas disminuye debido a la reducción
El hierro divalente o el carbono orgánico disuelto en el acuífero se reduce mediante cultivos, trivalente El cromo se adsorbe en la superficie del hidróxido. Basándose en el concepto de vida media del modelo de reacción de primer orden, Henderson (1994) pudo predecir cuándo la concentración de cromo hexavalente caería por debajo de los estándares del agua potable. Este es un ejemplo de limpieza de la contaminación de un acuífero mediante atenuación natural. Es necesario un conocimiento profundo del entorno geoquímico del acuífero para controlar de forma proactiva la contaminación del acuífero.
El estado de la materia orgánica y los metales en 5.2.2.3.
Los problemas geoquímicos más complejos ocurren cuando los compuestos orgánicos y los metales reaccionan entre sí en los sitios de eliminación de desechos industriales, una situación bien ilustrada por Davis et al. La fábrica, ubicada en Woburn, Massachusetts, procesa y tiñe cuero desde 1927. Anteriormente, en el lugar se fabricaban pesticidas que contenían arsénico y plomo desde 1853, y en la cuenca donde se ubica el sitio se ubicaban cientos de curtidurías.
Las reacciones y procesos geoquímicos del sitio se muestran en la Figura 5-2-8. El lixiviado rico en materia orgánica liberado por las pilas de pieles crea un halo de reducción de la contaminación muy similar al de un vertedero, con arsénico y cromo provenientes de los pesticidas y el proceso de curtido, respectivamente. En un aura de reducción de la contaminación, no se esperaría que el arsénico y el cromo fueran muy móviles, pero ocurre todo lo contrario. Davis et al. (1994) creían que los complejos orgánicos que contenían arsénico y cromo mejoraban enormemente su movilidad. La Figura 5-2-8 utiliza letras para representar reacciones químicas hipotéticas. El arsénico (secuencia a-b-c-d) reacciona con el metano en el halo de contaminación para formar compuestos fácilmente móviles: ácido metilarsénico (MMAA, CH3AsO(OH)2) y ácido dimetilarsénico (DMAA, (CH3)2AsO(OH)).
Entre estos compuestos, el arsénico es +V. A medida que el halo de contaminación se mueve hacia áreas más oxidadas aguas abajo de la pila de pieles, MMAA y DMAA se desmetilan y el arsénico se reduce a arsénico trivalente cerca del tanque de descarga.
Figura 5-2-7 Diagrama Eh-pH del cromo
Figura 5-2-8 Diagrama esquemático del sistema de flujo de agua subterránea y reacciones químicas debajo del sitio de fabricación de cuero en Woburn, Massachusetts.
Las reacciones químicas que afectan al cromo se representan en el orden e-f-g en la Figura 5-2-8. El cromo hexavalente se utiliza en el proceso de coloración y se reduce a cromo trivalente en el halo de contaminación en la parte inferior de la pila de reducción. Como se mencionó anteriormente, este proceso precipita el cromo. Sin embargo, en presencia de ácidos orgánicos, el cromo trivalente se combinará con él para formar un complejo soluble, mejorando así la movilidad del cromo trivalente y permitiendo su transporte al estanque de drenaje.
En el halo de contaminación también se producen otras reacciones químicas, como la reacción de precipitación (H) del yeso sobresaturado, que proviene de la oxidación del sulfuro de la pirita, y el Ca2+ proviene de la disolución del carbonato cálcico. Además, parte del mismo puede reducirse a sulfuro y combinarse con hierro para formar precipitados amorfos de sulfuro ferroso (I). El proceso anterior ilustra la complejidad de las reacciones geoquímicas en los halos de contaminación de fuentes de desechos mixtos. También ilustra que para caracterizar completamente el halo de contaminación, es necesario analizar una gran cantidad de compuestos para comprender completamente los procesos de control geoquímico de la migración de. varios componentes.