Equipo para biorremediar suelos contaminados por compuestos orgánicos,

transportable, en su modo de realización preferente, compuesto por un depósito biorreactor en el que se dispone el suelo; caracterizado por realizar una recirculación de los gases inyectados en el proceso mediante aireaciones forzadas de intensidad con una distribución homogénea del oxígeno, presentando un sistema de salida del gas viciado tras un tratamiento del mismo antes de llegar al exterior. También el equipo realiza una recirculación de los lixiviados generados que ayuda a un reparto homogéneo de la humedad, distribuyéndose verticalmente los compuestos orgánicos presentes en el agua circulante. La combinación de las dos recirculaciones optimiza el rendimiento y condiciones de biodegradación con un mínimo impacto ambiental

Equipo para biorremediar suelos contaminados con compuestos orgánicos.

Objeto de la invención

La invención corresponde al sector técnico de procesos de recuperación de suelos contaminados por compuestos orgánicos, específicamente procesos de degradación biológica aeróbica.

Los contaminantes orgánicos del suelo son de naturaleza muy variable (aceites, petróleos, gasolinas, fitosanitarios, etc.) y su presencia en los suelos se debe a diversas actividades humanas (industria, transporte, agricultura, etc.).

Los hidrocarburos forman parte de los contaminantes más habituales en el suelo debido al aumento del uso de los productos derivados del petróleo en todo el mundo. Estos contaminantes son un riesgo significativo para la salud humana y para el medio ambiente. El desarrollo de la normativa en materia de descontaminación y recuperación de los suelos contaminados exige el desarrollo de procesos que sean más eficientes y menos costosos.

Antecedentes de la invención

La biorremediación es uno de los procesos de remediación más comunes de este tipo/de contaminación. Las técnicas de biorremediación pueden ser in situ o ex situ. Entre las técnicas in situ destacan la bioaireación, la biodegradación mejorada, la fitorremediación, la inyección de aire comprimido y la atenuación natural.

Si por las condiciones del lugar no se puede realizar remediación in situ o si se quiere simplemente optimizar la técnica, se puede recurrir a técnicas ex situ alternativas tales como el compostaje, el landfarming y las biopilas. Estas técnicas se pueden realizar on-site, en el propio emplazamiento donde se encuentra en suelo a tratar, u off-site, en instalaciones situadas fuera del mismo. Cuando sea posible, los suelos contaminados se suelen tratar de manera más eficaz si el tratamiento biológico se realiza ex-situ (Alexander, M., 1999; Biodegradation and Bioremediaticn; 2nd ed, Academic Press, San Diego, California), ya que la adición de nutrientes necesarios como el nitrógeno y el fósforo, la humedad, los surfactantes, las bacterias, y el oxigeno, así como la monitorización de los parámetros que controlan la evolución del proceso, se pueden realizar más fácilmente que in situ.

Una de las técnicas más estudiadas, dentro del proceso biológico de remediación de suelos son las biopilas (Von Fahnestock, F.M.; Wickramanayake, G.B.; Kratzke, R.J.; Major, W.R.; 1997; Biopile design, operation and maintenance handbook for treating hydrocarbon-contaminated soils; United States: Battelle Press). Como el común de los procesos de biorremediación, el principio básico de acción de las biopilas es la transformación de los contaminantes biodegradables del suelo en productos inocuos, aprovechando para ello la acción de determinados microorganismos presentes en el suelo en condiciones controladas, con la particularidad de que el suelo se excava, acondiciona y coloca en pilas.

Si el sistema de las biopilas se desarrolla a la intemperie, la presencia significativa de compuestos orgánicos volátiles y su emisión a la atmósfera sin depuración previa, pueden presentar un impacto ambiental no despreciable. Por otro lado, el desarrollo de estas técnicas requiere una gran cantidad de espacio, ya que el suelo tras ser extraído debe ser apilado en una zona específica para ello. Para poder optimizar la aplicabilidad de esta tecnología es necesario introducir algunas mejoras al sistema.

De cara a mejorar la técnica de biopilas, la tecnología de biorreactores es una de las más adecuadas ya que permite la combinación controlada y eficiente de procesos químicos, físicos y biológicos, que mejoran y aceleran la biodegradación, del mismo modo que permite controlar las emisiones contaminantes del proceso (Riser-Roberts, E. (1998). Remediation of petroleum contaminated soils. Lewis Publishers). Como ejemplo de lo anterior están los siguientes reactores:

El Institute for Ecology of Industrial Areas de Polonia (Instituto de Ecología para las Áreas Industriales) en su documento Production-Scale Implementation of Petroleum Contaminated Soils Bioreactor (2000) diseña, construye y pone en marcha un reactor cerrado para la biorremediación de pequeños volúmenes de suelo contaminado. El aire se inyecta por la zona inferior del reactor, en el que se mide la temperatura, el contenido de oxígeno y la humedad del suelo, en continuo. El experimento tiene una duración de 97 días en los que no se trata la corriente de salida de gas. La disminución de los HTP (Hidrocarburos Totales del Petróleo) es de aproximadamente 50% del valor inicial.

Berry, C. (2005), Bioremediation of Petroleum and Radiological Contaminated Soil Using an Ex Situ Bioreactor. Tesis doctoral. Georgia Institute of Technology, desarrolló un reactor para tratar suelos contaminados por hidrocarburos y radiaciones mediante un sistema basado en la bioaireación. La concentración de oxígeno en el suelo, la humedad y la temperatura son parámetros determinantes para este proceso que tiene una duración de 22 meses. La disminución de los HTP es el 99% del valor inicial.

El Naval Facilities Engineering Service Center (NFESC) (1998) diseña la técnica denominada "Biocell". Se trata de un sistema de biorremediación en un contenedor cerrado donde los microorganismos aerobios llevan a cabo la eliminación de los hidrocarburos presentes en el suelo. En este sistema los compuestos orgánicos volátiles generados durante el proceso se tratan con una columna de carbón activo.

Se conoce por el documento US 5249368 un aparato transportable para llevar a cabo la remediación biológica de pequeñas cantidades de suelo contaminado. El objetivo de dicho aparato es descontaminar pequeñas cantidades de suelo (menores a 1000 Y3= 765 m³) en lugares donde no hay mucho espacio; los lixiviados generados en dicho proceso no son recirculados dentro del reactor y requieren un tratamiento; otra desventaja de este sistema es que los gases de salida del reactor son expulsados a la atmósfera.

El documento patente US 4962034 publica un procedimiento para el tratamiento biológico de suelos contaminados en reactor fijo de hormigón. El objetivo de la invención es controlar la migración de la contaminación tanto a la atmósfera como al suelo, mediante la utilización de un reactor de hormigón cerrado en el cual se recogen los lixiviados generados para ser posteriormente recirculados dentro del sistema mediante un sistema de pulverización; cuando el líquido es añadido, éste arrastra los contaminantes volátiles que se van acumulando en la zona superior del reactor y los reintroduce al suelo. Se trata de un reactor fijo cuya construcción debe realizarse mediante obra civil, siendo considerables los requerimientos de espacio para su construcción.

Se conoce por el documento KR 4068638-A un reactor para remediación de suelos contaminados usando un inoculo especializado. Este reactor recircula el lixiviado generado en el proceso según las necesidades de humedad del suelo.

En ninguno de los procesos descritos se realiza la recirculación con los gases de salida del reactor.

Descripción de la invención

La presente invención tiene como objetivo degradar suelos contaminados por compuestos orgánicos mediante tecnología ex situ - on site con biorreactor aerobio que mejore la técnica de referencia (biopilas). Combina para ello los beneficios de recircular tanto los lixiviados generados en el proceso como los gases de salida. Lo primero con el fin de mantener la humedad y los nutrientes necesarios para la biorremediación en el suelo, evitar la migración de contaminación al exterior y lograr un cierto grado de depuración de los lixiviados. Lo segundo provoca que los compuestos orgánicos volátiles presentes en los gases de salida vuelvan a ser tratados por el propio suelo, evitándose su migración a la atmósfera; con ello se reduce o, directamente, se elimina la necesidad de un tratamiento secundario de la corriente de este gas. Todo lo anterior, en un biorreactor transportable y adaptable a las necesidades puntuales de cada caso.

De cara a optimizar las condiciones de biodegradación, los rendimientos de tratamiento y al mismo tiempo disminuir sus costes, se han planteado los siguientes objetivos:

Disminuir el tiempo necesario para la biorremediación y lograr una degradación homogénea en toda la masa de suelo.

Mejorar el grado de modularidad y transportabilidad de los reactores.

1. Equipo para biorremediar suelos contaminados con compuestos orgánicos, mediante biodegradación aeróbica, de los que funcionan con un sistema de recirculación de lixiviados, llevándose a cabo esta recirculación de manera intermitente, mediante un bombeo de caudal instantáneo dispersado mediante un dispositivo de distribución (17) ubicado en la zona superior del depósito biorreactor (1), que comprende:

un depósito (1) estanco,

un sistema de recirculación de gases,

conducto de aporte de oxigeno externo (12),

componentes de salida de los gases,

conteniendo la parte inferior del depósito (1) un falso fondo (21), y estando compuesto el sistema de recirculación de gases de una tubería de recirculación de gases (10) que sale de la parte superior del depósito (1); presentando en su recorrido una válvula de recirculación (20), un tanque de recogida de condensados (24) y una bomba de aportación de oxigeno externo (8); comunicándose dicha tubería con la parte inferior del depósito en el falso fondo (21) y realizándose la entrada de oxigeno en el depósito por medio de aireación forzada desde la zona inferior del depósito (1) a una velocidad instantánea de aireación alta; y porque la generación de los lixiviados se logra con la presencia en el suelo de una humedad igual a la capacidad de campo junto con un volumen de agua circulante en exceso suficiente para realizar la recirculación de dicha agua en forma de lixiviados; realizándose la aplicación de los lixiviados al suelo con caudales instantáneos muy altos, que aseguran la distribución del lixiviado sobre toda la superficie del suelo, generando una altura de encharcamiento baja.

2. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, encima del falso fondo (21) se dispone una rejilla metálica (22), colocándose arriba de la rejilla un material filtrante (23).

3. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tubería de recirculación de gases (10) dispone de un depósito de expansión (27), con el fin de mantener el sistema en depresión o en sobrepresión.

4. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque por el conducto de aporte de oxígeno al sistema (12) se puede introducir tanto oxígeno puro como aire, cooperando una bomba de aportación en esta entrada (8), regulándose esta aportación mediante una válvula automática (18).

5. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la salida de gases se compone de un conducto (11) que presenta en su recorrido una válvula automática (19) que purga estos gases de salida, pasando luego por un reactor de depuración de estos gases (9) que consiste en un depósito en el que se introduce un material adsorbente de moléculas orgánicas.

6. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por tratar los compuestos orgánicos volátiles presentes en los gases recirculados al sistema, mediante el paso de éstos a través de la columna de suelo, que en fase de degradación opera como un biofiltro.

7. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dentro de la masa de suelo que se coloca en el interior del depósito (1) se disponen sondas de medida de oxigeno (3), humedad (4) y temperatura (5).

8. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de recirculación de los gases se hace de forma intermitente y es comandada por la concentración de oxigeno medido en el suelo; cuando esta concentración baja de un valor de consigna se activa la recirculación de gases durante un tiempo suficiente para el mezclado del gas en todo el sistema (suelo, depósito y tubería de recirculación de gases).

9. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque cuando, tras el mezclado producido por la recirculación de gases, la concentración de oxigeno baja de un determinado nivel, se produce la entrada de oxigeno externo al sistema (12) mediante la bomba de aportación (8), efectuándose a su vez la salida de un volumen de gas por el conducto de salida (11).

10. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los datos aportados por las sondas introducidas en el suelo (3, 4 y 5) son procesados en un ordenador (7) para la puesta en funcionamiento de las bombas y válvulas del sistema de recirculación de los gases.

11. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dispone de un tanque externo de recogida de lixiviados (13) para almacenar los lixiviados generados en el proceso.

12. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia y el volumen de recirculación de lixiviados es comandada por un temporizador o por los valores recogidos por los medidores de nivel (15), o por los valores marcados por las sondas, o bien, en una combinación de los parámetros anteriores, que coordinan el funcionamiento de una bomba (16).

13. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque puede ser un reactor modular transportable o estar fijo en un emplazamiento.

14. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por poder disponer de sistema de calefacción producido por calentamiento del gas, del lixiviado o del propio depósito.

15. Equipo para biorremediar suelos contaminados, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito puede ser aislado térmicamente.