Extracción de vapores del suelo

La extracción de vapores del suelo ( SVE ) es un proceso de tratamiento físico para la remediación in situ de contaminantes volátiles en suelos de la zona vadosa (no saturados) (EPA, 2012). La SVE (también conocida como ventilación in situ del suelo o extracción al vacío ) se basa en la transferencia de masa del contaminante desde las fases sólida ( adsorbida ) y líquida ( acuosa o no acuosa) a la fase gaseosa , con la posterior recolección de la contaminación en fase gaseosa en pozos de extracción . La masa de contaminante extraída en la fase gaseosa (y cualquier fase líquida condensada) se trata en sistemas superficiales. En esencia, la SVE es el equivalente en la zona vadosa de la tecnología de bombeo y tratamiento para la remediación de aguas subterráneas . La SVE es particularmente adecuada para contaminantes con constantes de la ley de Henry más altas , incluidos varios solventes clorados e hidrocarburos . La SVE es una tecnología de remediación madura y bien demostrada ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} y ha sido identificada por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) como un remedio presuntivo. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

La tecnología de remediación por extracción de vapor del suelo utiliza sopladores de vacío y pozos de extracción para inducir el flujo de gas a través del subsuelo, recolectando el vapor del suelo contaminado , que posteriormente se trata en la superficie. Los sistemas SVE pueden depender del flujo de gas a través de rutas naturales o se pueden instalar pozos específicos para el flujo de gas (forzado o natural). La extracción por vacío del gas del suelo induce el flujo de gas a través de un sitio, aumentando la fuerza impulsora de transferencia de masa desde la fase acuosa ( humedad del suelo ), no acuosa (fase pura) y sólida (suelo) a la fase gaseosa. El flujo de aire a través de un sitio es, por lo tanto, un aspecto clave, pero la humedad del suelo y la heterogeneidad del subsuelo (es decir, una mezcla de materiales de baja y alta permeabilidad) pueden resultar en un menor flujo de gas a través de algunas zonas. En algunas situaciones, como la mejora de la atenuación natural monitoreada, se puede emplear un sistema SVE pasivo que dependa del bombeo barométrico . ^{[ 11 ] [ 12 ]}

La SVE presenta varias ventajas como tecnología de remediación de la zona vadosa. El sistema puede implementarse con pozos estándar y equipos disponibles en el mercado (sopladores, instrumentación, tratamiento de vapores, etc.). Además, la SVE puede implementarse con una mínima alteración del terreno, principalmente mediante la instalación de pozos y un mínimo de equipos en superficie. Dependiendo de la naturaleza de la contaminación y la geología del subsuelo, la SVE tiene el potencial de tratar grandes volúmenes de suelo a costos razonables.

El gas del suelo (vapor) extraído por el sistema SVE generalmente requiere tratamiento antes de su descarga al medio ambiente. El tratamiento en superficie se aplica principalmente a la corriente de gas, aunque la condensación del líquido debe controlarse (y en algunos casos puede ser deseable). Existen diversas técnicas de tratamiento disponibles para el tratamiento en superficie ^{[ 13 ]} , que incluyen la destrucción térmica (p. ej., oxidación térmica por llama directa , oxidantes catalíticos ), la adsorción (p. ej., carbón activado granular , zeolitas , polímeros ), la biofiltración , la destrucción por plasma no térmico , la destrucción fotolítica/ fotocatalítica , la separación por membrana, la absorción de gas y la condensación de vapor . Las tecnologías de tratamiento en superficie más utilizadas son la oxidación térmica y la adsorción con carbón activado granular. La selección de una tecnología de tratamiento en superficie específica depende del contaminante, las concentraciones en el gas de escape, el caudal y las consideraciones económicas.

La eficacia de la SVE, es decir, la tasa y el grado de eliminación de masa, depende de varios factores que influyen en la transferencia de la masa contaminante a la fase gaseosa. La eficacia de la SVE es función de las propiedades del contaminante (p. ej., constante de la ley de Henry , presión de vapor , punto de ebullición , coeficiente de adsorción ), la temperatura en el subsuelo, las propiedades del suelo de la zona vadosa (p. ej., tamaño de grano del suelo , contenido de humedad del suelo , permeabilidad del suelo , contenido de carbono del suelo ), la heterogeneidad del subsuelo y la fuerza impulsora del flujo de aire ( gradiente de presión aplicado ). Por ejemplo, una cantidad residual de un contaminante altamente volátil (como el tricloroeteno ) en una arena homogénea con alta permeabilidad y bajo contenido de carbono (es decir, adsorción baja o insignificante) se tratará fácilmente con SVE. En cambio, una zona vadosa heterogénea con una o más capas de arcilla que contengan naftaleno residual requeriría un tiempo de tratamiento más prolongado o mejoras en la SVE. Los problemas de eficacia de la SVE incluyen la acumulación y el rebote, que resultan de zonas contaminadas con menor flujo de aire (es decir, zonas de baja permeabilidad o zonas con alto contenido de humedad) o menor volatilidad (o mayor adsorción). Trabajos recientes en instalaciones del Departamento de Energía de EE. UU . han investigado la estratificación y las zonas de baja permeabilidad en el subsuelo y cómo afectan a las operaciones de SVE. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Las mejoras para aumentar la efectividad de SVE pueden incluir perforación direccional , fracturación neumática e hidráulica y mejora térmica (por ejemplo, inyección de aire caliente o vapor ). ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} Las mejoras de perforación direccional y fracturación generalmente tienen como objetivo mejorar el flujo de gas a través del subsuelo, especialmente en zonas de menor permeabilidad. Las mejoras térmicas como la inyección de aire caliente o vapor aumentan la temperatura del suelo subsuperficial, mejorando así la volatilidad de la contaminación. Además, la inyección de aire caliente (seco) puede eliminar la humedad del suelo y, por lo tanto, mejorar la permeabilidad del gas del suelo. Se pueden aplicar tecnologías térmicas adicionales (como calentamiento por resistencia eléctrica, calentamiento del suelo de seis fases, calentamiento por radiofrecuencia o calentamiento por conducción térmica ) al subsuelo para calentar el suelo y volatilizar/desorber contaminantes, pero estas generalmente se consideran tecnologías separadas (en comparación con una mejora de SVE) que pueden usar extracción por vacío (u otros métodos) para recolectar gas del suelo.

Al seleccionarse como solución, la implementación de SVE implica los siguientes elementos: diseño del sistema, operación, optimización, evaluación del rendimiento y cierre. Varios documentos de orientación proporcionan información sobre estos aspectos de la implementación. Los documentos de orientación de la EPA y del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU . (USACE) ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} establecen un marco general para el diseño, la operación, la optimización y el cierre de un sistema SVE. La guía del Centro de Ingeniería y Medio Ambiente de la Fuerza Aérea (AFCEE) ^{[ 22 ]} presenta acciones y consideraciones para la optimización del sistema SVE, pero tiene información limitada relacionada con los enfoques para el cierre de SVE y el cumplimiento de los objetivos de remediación. La guía del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) ^{[ 23 ]} complementa estos documentos al analizar acciones y decisiones específicas relacionadas con la optimización, la transición y/o el cierre de SVE.

El diseño y la operación de un sistema SVE son relativamente sencillos, y las principales incertidumbres tienen que ver con la geología del subsuelo , las características de la formación y la ubicación de la contaminación. Con el tiempo, es típico que un sistema SVE muestre una tasa decreciente de extracción de contaminantes debido a limitaciones en la transferencia de masa o a la eliminación de la masa contaminante. La evaluación del rendimiento es un aspecto clave para fundamentar las decisiones sobre si el sistema debe optimizarse, finalizarse o migrarse a otra tecnología para reemplazar o complementar el SVE. La evaluación del rebote y el flujo de masa ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 23 ]} proporciona enfoques para evaluar el rendimiento del sistema y obtener información en la que basar las decisiones.

Varias tecnologías están relacionadas con la extracción de vapores del suelo. Como se mencionó anteriormente, diversas tecnologías de remediación mediante calentamiento del suelo (por ejemplo, calentamiento resistivo eléctrico, vitrificación in situ ) requieren un componente de recolección de gases del suelo, que puede adoptar la forma de SVE y/o una barrera superficial (es decir, una campana). La bioventilación es una tecnología relacionada, cuyo objetivo es introducir oxígeno adicional (u posiblemente otros gases reactivos) en el subsuelo para estimular la degradación biológica de la contaminación. La inyección de aire in situ es una tecnología de remediación para tratar la contaminación en aguas subterráneas. Se inyecta aire y se "difunde" a través del agua subterránea, y luego se recolecta mediante pozos de extracción de vapores del suelo.

• Bioventilación
• Proceso de desprendimiento electrotérmico dinámico
• remediación ambiental
• Inyección de aire in situ
• Calentamiento del suelo in situ
• Desorción térmica in situ
• Muestreo de gas activo modificado
• Separador vapor-líquido
• Compuestos orgánicos volátiles

• EPA. 1996. "Guía del usuario para el tratamiento presuntivo de los COV en suelos". EPA/540/F-96/008, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Oficina de Residuos Sólidos y Respuesta a Emergencias, Washington, DC.
• EPA. 1997. Análisis de mejoras seleccionadas para la extracción de vapores del suelo . EPA/542/R-97/007, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Oficina de Residuos Sólidos y Respuesta a Emergencias, Washington, DC.
• EPA. 2012. "Guía ciudadana para la extracción de vapores del suelo y la inyección de aire". EPA/542/F-12/018, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Oficina de Residuos Sólidos y Respuesta a Emergencias, Washington, DC.

• Descripción general del programa CLU-IN de la EPA de EE. UU. sobre extracción de vapores del suelo
• Cómo evaluar tecnologías alternativas de limpieza para emplazamientos con tanques de almacenamiento subterráneo
• Manual de usuario de Hyperventilate: Un sistema de guía de software creado para aplicaciones de extracción de vapor. Agencia de Protección Ambiental.
• Extracción de vapores del suelo y bioventilación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (EM 1110-1-4001)
• Guía del sistema de extracción de vapores del suelo / Herramienta para determinar el estado final del proceso de extracción de vapores del suelo (SVEET)
• Matriz de selección de la Mesa Redonda Federal sobre Tecnologías de Remediación (FRTR), Sección 4.8, Extracción de vapores del suelo
• Árbol tecnológico del Centro para la Supervisión Ambiental Pública (CPEO): Extracción de vapores del suelo (SVE)
• Árbol tecnológico del Centro para la Supervisión Ambiental Pública (CPEO): Mejoras en la extracción de vapores del suelo
• Un nuevo enfoque para evaluar la contaminación por volátiles en la zona vadosa ofrece una vía para el cierre del sitio.