Hispanopedia WikiEl calentamiento por resistencia eléctrica ( ERH ) es un método intensivo de remediación ambiental in situ que utiliza el flujo de corriente alterna para calentar el suelo y el agua subterránea y evaporar los contaminantes. [ 1 ] La corriente eléctrica se hace pasar a través de un volumen de suelo específico entre electrodos subterráneos. La resistencia al flujo eléctrico que existe en el suelo provoca la generación de calor, lo que resulta en un aumento de la temperatura hasta alcanzar el punto de ebullición del agua a esa profundidad. Una vez alcanzada esta temperatura, un aporte adicional de energía provoca un cambio de fase, formando vapor y eliminando los contaminantes volátiles. El ERH suele ser más rentable cuando se utiliza para tratar áreas de origen de contaminantes.
Tecnología
El calentamiento por resistencia eléctrica (ERH) se utiliza en la industria de la restauración ambiental para la remediación de suelos y aguas subterráneas contaminados. El ERH consiste en la instalación de electrodos en el subsuelo, la aplicación de corriente alterna (CA) a los electrodos y el calentamiento del subsuelo a temperaturas que favorecen la evaporación de los contaminantes. Los contaminantes volatilizados se capturan mediante un sistema de recuperación de vapores subterráneos y se transportan a la superficie junto con el aire y el vapor recuperados. De forma similar a la extracción de vapores del suelo , el aire, el vapor y los contaminantes volatilizados se tratan posteriormente en la superficie para separar el agua, el aire y los contaminantes. El tratamiento de los distintos flujos depende de la normativa local y de la cantidad de contaminante.
Algunos contaminantes orgánicos de baja volatilidad tienen una vida media de hidrólisis corta . Para contaminantes como el 1,1,2,2-tetracloroetano y el 1,1,1-tricloroetano , la hidrólisis puede ser la principal forma de remediación. A medida que se calienta el subsuelo, la vida media de hidrólisis del contaminante disminuye según lo descrito por la ecuación de Arrhenius . Esto da como resultado una rápida degradación del contaminante. El subproducto de la hidrólisis puede remediarse mediante la hidrólisis eólica de alta resolución (ERH) convencional; sin embargo, la mayor parte de la masa del contaminante primario no se recuperará, sino que se degradará en un subproducto.
Para la calefacción por resistencia eléctrica (ERH) existen principalmente dos configuraciones de carga eléctrica: trifásica y hexafásica. La calefacción trifásica consiste en electrodos dispuestos en un patrón triangular o delta repetitivo. Los electrodos adyacentes son de diferente fase eléctrica , por lo que la electricidad se conduce entre ellos, como se muestra en la Figura 1. La zona contaminada está representada por la forma verde, mientras que los electrodos están representados por los círculos numerados.
El calentamiento de seis fases consta de seis electrodos dispuestos en un patrón hexagonal, con un electrodo neutro en el centro. Los conjuntos de seis fases se muestran en azul en la Figura 2. La zona contaminada se representa con la forma verde, mientras que los electrodos se representan con los círculos numerados. En un sistema de calentamiento de seis fases, pueden existir puntos calientes y fríos dependiendo de las fases adyacentes. Por este motivo, el calentamiento de seis fases suele funcionar mejor en áreas circulares pequeñas, de menos de 20 metros de diámetro.
La recirculación hidrotermal ( ERH) suele ser más eficaz con compuestos orgánicos volátiles (COV). Los compuestos clorados percloroetileno , tricloroetileno y cis- o trans-1,2-dicloroetileno son contaminantes que se pueden remediar fácilmente con ERH. La tabla muestra los contaminantes que se pueden remediar con ERH junto con sus respectivos puntos de ebullición. Los contaminantes menos volátiles, como el xileno o el diésel, también se pueden remediar con ERH, pero los requisitos energéticos aumentan a medida que disminuye la volatilidad.
El espaciado de los electrodos y el tiempo de operación pueden ajustarse para equilibrar el costo total de la remediación con el tiempo de limpieza deseado. Una remediación típica puede consistir en electrodos espaciados entre 4,5 y 6 metros, con tiempos de operación generalmente inferiores a un año. El diseño y el costo de un sistema de remediación ERH dependen de varios factores, principalmente el volumen de suelo/agua subterránea a tratar, el tipo de contaminación y los objetivos del tratamiento. Las propiedades físicas y químicas de los compuestos objetivo se rigen por leyes que hacen que las remediaciones térmicas sean ventajosas frente a la mayoría de los métodos convencionales. El consumo de energía eléctrica necesario para calentar el subsuelo y volatilizar los contaminantes puede representar entre el 5 % y el 40 % del costo total de la remediación.
Existen varias leyes que rigen la remediación de ERH. La ley de Dalton rige el punto de ebullición de un contaminante relativamente insoluble. La ley de Raoult rige el punto de ebullición de contaminantes mixtos solubles, y la ley de Henry rige la proporción del contaminante en fase gaseosa con respecto al contaminante en fase líquida.
Ley de Dalton
Para compuestos mutuamente insolubles, la ley de Dalton establece que la presión parcial de un líquido de fase no acuosa (NAPL) es igual a su presión de vapor, y que el NAPL en contacto con agua hervirá cuando la presión de vapor del agua más la presión de vapor del COV sea igual a la presión ambiente. Cuando se forma una burbuja de COV-vapor, la composición de la burbuja es proporcional a las presiones de vapor respectivas del compuesto.
Ley de Raoult
Para compuestos mutuamente solubles, la ley de Raoult establece que la presión parcial de un compuesto es igual a su presión de vapor multiplicada por su fracción molar. Esto significa que los contaminantes mutuamente solubles se volatilizarán más lentamente que si solo hubiera un compuesto presente.
Ley de Henry
La ley de Henry describe la tendencia de un compuesto a unirse al aire en fase gaseosa o disolverse en agua. La constante de la ley de Henry, también llamada coeficiente, es específica para cada compuesto y depende de la temperatura del sistema. Esta constante se utiliza para predecir la cantidad de contaminante que permanecerá en fase gaseosa (o se transferirá a la fase líquida) al salir del condensador.
Innovaciones recientes
En los últimos cinco años se han producido avances tecnológicos significativos en la remediación de la roca madre. Tres áreas de enfoque han sido: la remediación de la roca madre, el 1,4-dioxano y otros contaminantes emergentes, y el calor controlado a baja temperatura para potenciar otros procesos de remediación o naturales.
Tratamiento de la roca madre
La ERH se ha utilizado durante más de 15 años para el tratamiento de suelos no consolidados tanto en la zona vadosa como en la saturada. Los avances y resultados recientes demuestran que la ERH puede ser un método de tratamiento eficaz para la roca madre . En un sitio con ERH, la principal vía de conducción de la corriente eléctrica se encuentra en la fina capa de agua inmediatamente adyacente a los granos de suelo o roca. El agua en el volumen de poros transporta poca corriente. No es el fluido de los poros el que domina la conductividad eléctrica, sino el fluido que humecta los granos. La roca sedimentaria suele poseer la fina capa de agua necesaria para el flujo de corriente. Esto significa que la ERH puede utilizarse eficazmente para el tratamiento de la roca madre sedimentaria, que normalmente presenta una porosidad primaria significativa.
1,4-dioxano
El 1,4-dioxano es un contaminante de interés recientemente identificado. Los criterios regulatorios para el 1,4-dioxano cambian constantemente a medida que se obtiene más información sobre este contaminante. El 1,4-dioxano tiene una alta solubilidad en agua y una baja constante de la ley de Henry, lo que en conjunto presenta desafíos complejos asociados con la remediación. En condiciones ambientales, las propiedades físicas del 1,4-dioxano indican que la desorción con aire no es un mecanismo de tratamiento eficiente. Los resultados recientes de la remediación con ERH indican que la ERH crea condiciones favorables para el tratamiento. La remediación con ERH implica la desorción con vapor, que históricamente no se había investigado para el 1,4-dioxano. En sitios con ERH, se observó que la desorción con vapor transfiere eficazmente el 1,4-dioxano a la fase gaseosa para su posterior tratamiento. Se han documentado reducciones del 99,8 % (o más) en las concentraciones de 1,4-dioxano en aguas subterráneas en la remediación reciente con ERH. El monitoreo de los flujos de tratamiento de la capa superior indica que el 95 % del 1,4-dioxano permaneció en el flujo de vapor después de su extracción del subsuelo. Además, el carbón activado granular ha demostrado ser un método eficaz para el tratamiento del vapor de 1,4-dioxano.
Calentamiento controlado a baja temperatura
La volatilización es el principal mecanismo de eliminación en la mayoría de los sitios ERH. Sin embargo, ERH también puede utilizarse para potenciar otros procesos, algunos de origen natural, y así reducir el coste del tratamiento de una pluma contaminante. ERH puede emplearse para proporcionar calentamiento controlado a baja temperatura en proyectos con procesos de remediación que no impliquen la eliminación con vapor. El "calentamiento a baja temperatura" se refiere a alcanzar una temperatura subsuperficial inferior al punto de ebullición del agua. Ejemplos de ERH a baja temperatura incluyen la biorremediación potenciada por calor , el calentamiento de la superficie a temperaturas superiores a la solubilidad de los gases disueltos para inducir la eliminación de COV (en particular, la ebullición de dióxido de carbono), la oxidación química in situ potenciada por calor (especialmente para la activación del persulfato) y la reducción potenciada por calor (como en las reacciones catalizadas por hierro). El calentamiento ERH a baja temperatura también puede utilizarse para hidrolizar alcanos clorados in situ a temperaturas inferiores al punto de ebullición, donde el ácido clorhídrico liberado durante la hidrólisis reacciona posteriormente con carbonatos y bicarbonatos del subsuelo para producir dióxido de carbono para la eliminación de COV del subsuelo.
El uso de calentamiento a baja temperatura junto con biorremediación, oxidación química o decloración dará como resultado mayores velocidades de reacción. Esto puede reducir significativamente el tiempo necesario para estos procesos de remediación en comparación con la remediación a temperatura ambiente. Además, la opción de baja temperatura no requiere el uso del sistema de tratamiento en superficie para los vapores recuperados, ya que no se alcanzarán temperaturas de ebullición. Esto significa menos infraestructura en superficie y un menor costo total.
Cuando se combina el calor con la extracción multifásica, las altas temperaturas reducen la viscosidad y la tensión superficial de los fluidos recuperados, lo que facilita y agiliza su extracción. Este es el objetivo original del desarrollo de la ERH: mejorar la recuperación de petróleo (véase la sección " Historia" más arriba).
Debilidades
- Entre las desventajas de la remediación por calentamiento remoto (ERH) se encuentran las pérdidas de calor en sitios pequeños. Los volúmenes de tratamiento con una gran superficie pero poca profundidad presentan pérdidas de calor significativas, lo que reduce la eficiencia de la ERH. El intervalo mínimo de tratamiento para una remediación eficiente mediante ERH es de aproximadamente 3 metros verticales.
- La presencia de contaminantes como el aceite o la grasa dificulta la remediación. El aceite y la grasa provocan un efecto de la Ley de Raoult que requiere más energía para eliminar los contaminantes.
- La turba o el alto contenido de carbono orgánico en el subsuelo adsorberán preferentemente los COV debido a las fuerzas de van der Waals . Esta adsorción preferencial aumentará la cantidad de energía necesaria para eliminar los COV del subsuelo.
- Los depósitos de combustible se tratan con menos frecuencia mediante la remediación térmica mejorada (ERH) porque existen otras tecnologías de remediación menos costosas y porque estos depósitos suelen ser delgados (lo que provoca importantes pérdidas de calor).
- Los emplazamientos dentro de los vertederos también presentan dificultades, ya que los residuos metálicos pueden distorsionar las trayectorias de la corriente eléctrica. La reflectancia de la radiación electromagnética (ERH) es más uniforme en suelos o rocas naturales.
Fortalezas
- La ERH se adapta a todo tipo de suelos y lechos rocosos sedimentarios. También es eficaz en las zonas vadosas y saturadas. Ciertas litologías pueden limitar los métodos tradicionales de remediación al impedir una vía fiable de eliminación/destrucción de la contaminación en cuestión. Dado que la electricidad puede viajar a través de cualquier litología que contenga agua, la ERH puede ser eficaz en cualquier tipo de suelo. Al formar burbujas de vapor flotantes durante el proceso de calentamiento, la ERH crea un gas portador que transporta la contaminación en cuestión hacia arriba y fuera de cualquier tipo de suelo. La ERH no es capaz de desecar el subsuelo. Para que el subsuelo conduzca electricidad, debe haber agua presente. La conductividad cesará antes de que el subsuelo se deseca.
- La electrohumectación se aplica habitualmente bajo edificios en funcionamiento o instalaciones de fabricación. Los electrodos pueden instalarse sobre el nivel del suelo dentro de un área cercada o bajo tierra para permitir el acceso superficial sin restricciones a la zona de tratamiento.
- Aunque se utiliza principalmente para zonas de origen de contaminantes, la hidrolimpieza mejorada (ERH) puede emplearse para alcanzar objetivos de remediación menos exigentes, como los niveles máximos de contaminantes (MCL, por sus siglas en inglés) para el agua potable.
- Tras el tratamiento ERH, las temperaturas elevadas del subsuelo disminuirán gradualmente durante meses o años hasta volver a la temperatura ambiente. Este periodo de temperaturas elevadas es una parte importante del proceso de remediación. Las temperaturas elevadas favorecerán la biorremediación , la hidrólisis y la deshalogenación reductiva del hierro .
Referencias
- ↑ Powell, Thomas, et al. " Nuevos avances para el tratamiento in situ mediante calentamiento por resistencia eléctrica. Archivado el 27 de marzo de 2018 en Wayback Machine ." Revista de remediación 17.2 (2007): 51-70.
Enlaces externos
- Descripción general de la tecnología de remediación CLU-IN
- Guía del ciudadano para el tratamiento térmico in situ
- Noticias y tendencias tecnológicas del programa CLU-IN de la EPA: El calentamiento por resistencia eléctrica resuelve la difícil eliminación de la fuente de contaminación por contaminantes emergentes (CEC) – Verano de 2014
- Calentamiento por resistencia eléctrica de compuestos orgánicos volátiles en rocas sedimentarias - Revista de Remediación, invierno de 2014
- Remediación in situ de 1,4-dioxano mediante calentamiento por resistencia eléctrica – Revista de Remediación, primavera de 2015
- Noticias y tendencias tecnológicas del programa CLU-IN de la EPA: Muestreo estratégico e implementación de medidas correctivas adaptativas para mejorar el desempeño de la limpieza en el canal de Commencement Bay-South Tacoma – Invierno de 2015
- Noticias y tendencias tecnológicas del programa CLU-IN de la EPA: El enfoque de la tríada para la eliminación de NAPL acelera la limpieza de Fort Lewis - Julio de 2005
- Noticias y tendencias tecnológicas del programa CLU-IN de la EPA: La Fuerza Aérea utiliza el calentamiento por resistencia eléctrica para la eliminación de fuentes de TCE y la reducción de la nube tóxica – Invierno de 2004
- Revisión de costos y rendimiento de NAVFAC para ERH - Marzo de 2007. Archivado el 27 de febrero de 2009 en Wayback Machine .
- Tecnologías de control de la contaminación
- Contaminación del suelo
- Tecnología de tratamiento de residuos