SEMANA XV_ing ambiental.pdf

03 diciembre del
2022
SEMESTRE ACADÉMICO
2022B
LA
CIENCIA
DEL
SUELO
CURSO: CONTAMINACION Y CONTROL
DE SUELOS
DOCENTE: DR. FERNANDO VÁSQUEZ PERDOMO
ESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERÍA AMBIENTAL Y DE
RECURSOS NATURALES

6
FACTORES DE FORMACION DE LOS SUELOS

28
Suelos: la
vulnerable piel
protectora del
planeta

29
El suelo es por principio uno de los sitios principales donde van a parar gran parte de
los desechos sólidos y líquidos de cualquiera actividad humana.
Vertido incontrolado de residuos urbanos.

30
Indiquemos no obstante, que los suelos son también el receptáculo
natural de los deshechos no deseables de origen geológico, por
ejemplo, de las aguas ácidas con metales pesados provenientes de
mineralizaciones sulfuradas aflorantes. Todo lo que no es de
utilidad en los procesos industriales, mineros, urbanos, agrícolas,
etc., se acumula en el suelo, en muchos casos sin mayores
precauciones. Con ello, la escombreras mineras, los residuos de
una fábrica, incluyendo líquidos, se han venido depositando sobre
los suelos sin control alguno a lo largo de siglos e incluso milenios
(recordemos los desechos urbanos y mineros de la Roma clásica).
Por otra parte, la actividad agrícola se ha venido enfrentando
durante las últimas décadas a la necesidad de aumentar la
producción.

31
Esto se ha conseguido sobre dos bases principales: el abonado con
productos químicos (nitratos, fosfatos), y el control de plagas. En
definitiva, las actividades industriales y mineras por un lado, y las
agrícolas por otro, han dado origen al problema de que muchos
productos de origen humano, o formados gracias a las actividades
humanas, han ido a parar a los suelos, generando a su vez otros
problemas: la contaminación de aguas subterráneas, una menor
productividad agrícola, la contaminación de cultivos, y el
envenenamiento de ganado, afectando de forma directa, y en mayor
o menor grado en casa caso, a la economía y a la salud humanas.

32
la industria en su conjunto produce toda una serie de
contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos, que en muchas
ocasiones van a parar directamente a los suelos. Esto sucede ya
sea por depósito a partir de la atmósfera como partículas
sedimentadas o traídas por las aguas de lluvia, por el vertido
directo de los productos líquidos de la actividad minera y
metalúrgica, o por la infiltración de productos de desechos
industriales. Por ejemplo, en el caso de la minería tenemos las
aguas provenientes de minas a cielo abierto, escombreras (mineral
dumps), o talleres de la mina u otras edificaciones más o menos

33
Contaminación de suelos con drenaje ácido
de mina.

34
Uno de los principales problemas que puede producir la
minería es la adición al suelo de una fase líquida. Esta
habitualmente presenta una composición muy diferente a la
que habitualmente se infiltra en el mismo en ausencia de
actividades mineras (agua de lluvia). Las interacciones
resultantes pueden ser muy variadas en función de la
composición química del fluido, la mineralogía del suelo, y
el factor climático (temperaturas medias, abundancia y
frecuencia de lluvias). Los efectos en el suelo en relación con
la presencia de contaminantes pueden también ser variados.
En unos casos los contaminantes se acumulan en formas de
alta solubilidad, de forma que están disponibles para que los
animales y vegetales que viven sobre el mismo los ingieran.

35
De la misma manera se puede producir la contaminación de los
acuíferos, ya que las aguas de infiltración pueden incorporar a
éstos los contaminantes. Los suelos también pueden tener un
efecto absorbente, actuando como un biofiltro altamente reactivo
que facilita la inmovilización de los contaminantes gracias a
procesos físicos (filtración), físico-químicos (neutralización,
adsorción, absorción, precipitación, complejación) o biológicos
(biodegradación). En este sistema juegan un papel especialmente
importante las arcillas, debido a sus propiedades de adsorción.
Recordemos que la capacidad de captación iónica varía de una
arcilla a otra y se relaciona directamente con las características
estructurales de éstas.

36
. En el tipo 1:1 el armazón TO-TO se sustenta mediante enlaces tipo puente de hidrógeno,
entre los grupos (OH) de las capas octaédricas y los oxígenos de las tetraédricas. Este enlace
es lo suficientemente fuerte como para mantener la estructura global y al mismo tiempo
impedir la entrada de cationes entre capas. Por el contrario, en las arcillas 2:1 (TOT-TOT) este
tipo de enlace entre capas no es posible (se enfrentan capas tetraédricas). En este caso el
armazón estructural se compensa eléctricamente introduciendo cationes interlaminares. En las
esmectitas se producen múltiples substituciones en las capas octaédricas y tetraédricas, que le
confieren una carga global negativa. Sin embargo, esta carga es relativamente débil, razón por
la cual no se pueden ligar cationes de una manera fuerte en el espacio interlaminar. De esta
manera, se permite la entrada de agua y otras moléculas que causan un aumento en el espacio
interlaminar (“hinchamiento” de la arcilla). Con el agua vienen cationes disueltos, que su vez,
pueden ser fijados en dicho espacio. De esta manera las arcillas esmectíticas actúan como
depuradoras naturales de los suelos.

37
Estructura de las arcillas tipo esmectita. Note el espaciado interlaminar
donde se pueden acomodar cationes.

38
Otra labor importante de depuración
de soluciones viene dada por las
partículas minerales con
comportamiento coloidal, como la
goethita (carga positiva), con
capacidad para fijar complejos
aniónicos arseniacales. Otros óxidos,
como los de manganeso constituyen
coloides de carga negativa, que les
permite fijar cationes en solución.

39
Suelo rojo, caracterizado por la presencia de fases oxidadas de hierro.

40
Contaminación del
Suelo por Metales
Pesados

41
 Decida su horario de estudios, dado que esta modalidad requiere de
un autoaprendizaje, designe dos horas adicionales semanales para el
repaso permanente de los apuntes de la tutoría anterior y de la unidad
siguiente.
• Realice el estudio y el análisis del material didáctico y textos
bibliográficos, realice cuadros comparativos, para determinar
diferencias y relaciones. Desarrolle las actividades sugeridas con el
material audiovisual recomendado, elabore sus preguntas con
anticipación a la unidad a desarrollar en la semana, puesto que
cuenta con este material que le permite saber el tema preciso a
desarrollarse.
ORIENTACIONES

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CONTENIDO TEMATICO
15.1. Fuentes de contaminación.
15.2. Dinámica de los metales pesados en
el suelo

43
15.1. Fuentes de contaminación.
• El suelo es alterado como resultado de las actividades mineras. Una
de las anomalías biogeoquímicas que se generan al momento de la
extracción, es el aumento de la cantidad de microelementos en el suelo
convirtiéndolos a niveles de macroelementos los cuales afectan
negativamente la biota y calidad de suelo; estos afectan el número,
diversidad y actividad de los organismos del suelo, inhibiendo la
descomposición de la materia orgánica del suelo (Wong, 2003).
Salomons (1995)

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• Los suelos que quedan tras una explotación minera
contienen todo tipo de materiales residuales, escombros
estériles, entre otros, lo que representa graves
problemas para el desarrollo de la cubierta vegetal,
siendo sus características más notables las siguientes:
clase textural desequilibrada, ausencia o baja presencia
de la estructura edáfica, propiedades químicas
anómalas, disminución o desequilibrio en el contenido de
nutrientes fundamentales, ruptura de los ciclos
biogeoquímicos, baja profundidad efectiva, dificultad de
enraizamiento, baja capacidad de cambio, baja retención
de agua y presencia de compuestos tóxicos (García &
Dorronsoro, 2002)

45
• Se considera metal pesado a aquel elemento que tiene una
densidad igual o superior a 5 gr cm-3 cuando está en forma
elemental, o cuyo número atómico es superior a 20(excluyendo a
los metales alcalinos y alcalino-térreos).Su presencia en la
corteza terrestre es inferior al 0,1% y casi siempre menor del
0,01%. Junto a estos metales pesados hay otros elementos
químicos que aunque son metales ligeros o no metales se suelen
englobar con ellos por presentar orígenes y comportamientos
asociados; es este el caso del As, B, Ba y Se.
• Dentro de los metales pesados hay dos grupos:

46
• Oligoelementos o micronutrientes, que son los requeridos
en pequeñas cantidades, o cantidades traza por plantas y
animales, y son necesarios para que los organismos
completen su ciclo vital. Pasado cierto umbral se vuelven
Tóxicos. Dentro de este grupo están: B, Co, Cu, Mo, Fe,
Mn, Ni, Se y Zn.
Metales pesados sin función biológica conocida, cuya
presencia en determinadas cantidades en seres vivos
lleva aparejadas disfunciones en el funcionamiento de
sus organismos. Resultan altamente tóxicos y presentan
la propiedad de acumularse en los organismos vivos.
Son, principalmente: Cd, As, Cr, Hg, Pb, Sb, Bi.

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• Las concentraciones anómalas que se presentan en un suelo
pueden ser por causas naturales (por ejemplo, los suelos
desarrollados sobre serpentinas, con altos contenidos en elementos
como Cr, Ni, Cu y Mn); los metales pesados son muy estables en el
suelo y en el proceso natural de transformación de las rocas para
originar a los suelos suelen concentrarse, pero, en general, sin
rebasar los umbrales de toxicidad y además los metales pesados
presentes en las rocas se encuentran bajo formas muy poco
asimilables para los organismos.

48
• Las rocas ígneas ultrabásicas (como las peridotitas y las serpentinas)
presentan los más altos contenidos en metales pesados, seguidas de
las ígneas básicas (como los gabros y basaltos). Las menores
concentraciones se encuentran en las rocas ígneas ácidas (como el
granito) y en las sedimentarias (como las areniscas y las calizas). Los
porcentajes más altos se dan para el Cr, Mn y Ni, mientras que el Co,
Cu, Zn y Pb se presentan en menores cantidades, siendo mínimos los
contenidos para el As, Cd y Hg.

49
• En los suelos, los más abundantes son el Mn, Cr, Zn, Ni y
Pb (1-1.500 mg/kg; el Mn puede llegar a 10.000 mg/kg). En
menores concentraciones se encuentran el Co, Cu y As
(0,1-250 mg/kg) y con mínimos porcentajes el Cd y
Hg(0,01-2 mg/kg), según Bowen (1979).
• El contenido de metales pesados en suelos, debería ser
únicamente función de la composición del material original y
de los procesos edafogenéticos que dan lugar al suelo.
Pero la actividad humana incrementa el contenido de estos
metales en el suelo en cantidades considerables, siendo esta,
sin duda, la causa más frecuente de las concentraciones
tóxicas.

50
• De hecho esto sucede debido a los vertidos de origen
antropogénico, procedentes de vertidos industriales, de
actividades mineras, de la aplicación de plaguicidas y abonos, o
también del tráfico rodado. Como resultado, se emiten grandes
cantidades de partículas que, después de un cierto tiempo de
permanencia en la atmósfera, precipitan en los suelos lejos del
lugar donde han sido vertidas.
• En un balance realizado a finales de la década de los años 80,
se estimó que la cantidad anual de vertidos de metales en
suelos ascendía a unos 5 mil billones de Kg. El 74% de esta
cantidad corresponde a las cenizas procedentes de la
combustión de carburantes, principalmente carbón.

51
• Dinámica de los metales pesados en el suelo
• Los metales pesados incorporados al suelo pueden seguir cuatro
diferentes vías:
• Pueden quedar retenidos en el suelo, ya sea disueltos en la
solución del suelo o bien fijados por procesos de adsorción,
complejación y precipitación pueden ser absorbidos por las plantas y
así incorporarse a las cadenas tróficas pueden pasar a la atmósfera
por volatilización pueden movilizarse a las aguas superficiales o
subterráneas

53
• De entre los iones metálicos más tóxicos cabe destacar el Cd y Hg.
El primero se encuentra en forma catiónica y sus propiedades se
asemejan a las del ión calcio. Su interacción con los constituyentes
edáficos es más fuerte que la de este último. Debido a su extrema
toxicidad, cualquier vertido en el suelo da lugar a situaciones muy
problemáticas.
• El mercurio en el suelo se presenta, en principio, precipitado como
hidróxido Hg(OH)2. No obstante, en medios no muy oxidantes el
Hg(II), puede reducirse a Hg(I) y después a mercurio metálico, el
cual es muy volátil y puede difundirse fácilmente por los poros del
suelo.

54
•Para definir los umbrales de toxicidad para los distintos
contaminantes, un primer paso, muy útil, es calcular los valores
normales que presentan los suelos naturales, no contaminados.
A partir de este fondo geoquímico se puede establecer los
umbrales mínimos que pueden representar contaminación y
definir los niveles de toxicidad. Estos niveles han de ser
contrastados con estudios sobre las repercusiones en vegetales
y animales.
• Para el reconocimiento de la contaminación se utilizan los
"niveles de referencia” que conllevan sistemas de alerta,
vigilancia y control. Por encima de estas guías se encuentran
los “niveles de intervención” que obligan ya a tomar medidas
correctoras.

• La toxicidad de un suelo debida a los metales pesados y
elementos asociados es una consecuencia directa de sus
concentraciones en las fases bioasimilables; es decir, la
solución del suelo y las formas adsorbidas. Esta fracción
asimilable se equipara a la extraída por DTPA
(diethylentriaminepentaaceticacid) o por
EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid), y a ella se
deberían referir los diferentes niveles de toxicidad. Pero
por la dificultad de extracción, es por lo que las normativas
prefieren evaluar la cantidad total de elemento tóxico
presente. Se supone que existe un equilibrio entre la fase
soluble y la cantidad total presente (Lindsay, 1979, calcula
que el 10% del total se encuentra en fase soluble).

56
•Fuentes antropogénicas
•Las actividades humanas han ejercido un efecto considerable en la
concentración y movilidad de los metales en suelos.
• Productos químicos agrícolas y lodos residuales.
•Actividades de minería y fundición. El proceso de minería implica: la
extracción de las menas, el procesado preliminar, la evacuación de los
residuos y transporte de
los productos semi-procesados. Todas estas operaciones pueden
producir una contaminación localizada de metales. El polvo originado
puede ser depositado en los suelos a muchos kilómetros de distancia. En
áreas mineras, las capas superiores de suelos minerales presentan
concentraciones elevadas de cobre, níquel, arsénico, selenio, hierro y
cadmio.

57
• Residuos domésticos. Aproximadamente el
10% de la basura está compuesta de metales.
Uno de los problemas más serios de las
sociedades modernas es cómo deshacerse de
este volumen de basuras. Las dos alternativas
son enterrar o incinerar. El enterramiento
puede contaminar las aguas subterráneas,
mientras que la incineración puede contaminar
la atmósfera al liberar algunos de los metales
volátiles. Por esta razón el compost obtenido
de residuos orgánicos domésticos puede
llegar a tener altas dosis de metales pesados

58
• A excepción de pH ácidos, los
metales son poco móviles en suelos y
tienden a acumularse en la parte
superficial, en el horizonte
biológicamente más activo, lo que
hace que los metales estén fácilmente
accesibles para los vegetales.
• La contaminación de metales
pesados en suelos tiene orígenes muy
diversos:

59
• pH
• Es un factor esencial. La mayoría de los
metales tienden a estar más disponibles a pH
ácido, excepto As, Mo, Se y Cr, los cuales
tienden a estar más disponibles a pH alcalino.
• El pH, es un parámetro importante para definir
la movilidad del catión, debido a que en medios
de pH moderadamente alto se produce la
precipitación como hidróxidos. En medios muy
alcalinos, pueden nuevamente pasar a la
solución como hidroxicomplejos.

60
• Por otra parte, algunos metales
pueden estar en la disolución del suelo
como aniones solubles. Tal es el caso
de los siguientes metales: Se, V, As, Cr.
• La adsorción de los metales pesados
está fuertemente condicionada por el
pH del suelo y, por tanto, también su
solubilidad.

61
Textura
• La arcilla tiende a adsorber a los metales
pesados, que quedan retenidos en sus
posiciones de cambio. Por el contrario, los
suelos arenosos carecen de capacidad de
fijación de los metales pesados, los cuales
pasan rápidamente al subsuelo y pueden
contaminar los niveles freáticos.
• Estructura
• Favorece la entrada e infiltración de la
contaminación de metales pesados en el
suelo.

62
• Mineralogía de las arcillas
• Cada especie mineral tiene unos determinados
valores de superficie específica y de
descompensación eléctrica.
Ambas características son las responsables del
poder de adsorción de estos minerales. La capacidad
de cambio de cationes (CEC) es mínima para los
minerales del grupo de la caolinita, baja para las
micas, alta para las esmectitas y máxima para las
vermiculitas.
• Materia Orgánica
• Reacciona con los metales formando complejos de
cambio y quelatos. Los metales una vez que forman
quelatos o complejos pueden migran con mayor

63
• La materia orgánica puede adsorber tan
fuertemente a algunos metales, como es el Cu, que
pueden quedar en posición no disponible por las
plantas. Por eso algunas plantas, de suelos
orgánicos, presentan carencia de ciertos elementos
como el Cu y el Zn. El Pb y el Zn forman quelatos
solubles muy estables.
• La complejación por la materia orgánica del suelo
es una de los procesos que gobiernan la solubilidad
y la bioasimilidad de metales pesados. La toxicidad
de los metales pesados se potencia en gran medida
por su fuerte tendencia a formar complejos
organometálicos, lo que facilita su solubilidad,
disponibilidad y dispersión.

64
• La estabilidad de muchos de estos complejos frente
a la degradación por los organismos del suelo es una
causa muy importante de la persistencia de la
toxicidad. Pero también la presencia de abundantes
quelatos puede reducir la concentración de otros iones
tóxicos en la solución del suelo.
• La estabilidad de los complejos tiende a seguir la
siguiente secuencia: Cu > Fe > Mn = Co > Zn.
• Capacidad de cambio (CEC)
• Es función del contenido de arcilla y materia
orgánica, fundamentalmente. En general cuanto
mayor sea la capacidad de intercambio catiónico,
mayor será la capacidad del suelo de fijar metales. El
poder de ADSORCION

65
• adsorción de los distintos metales pesados depende
de su valencia y del radio iónico hidratado; a mayor
tamaño y menor valencia, menos fuertemente quedan
retenidos.
• Condiciones redox
• El potencial de oxidación-reducción es responsable de
que el metal se encuentre en estado oxidado o
reducido. Los diagramas Eh-pH se utilizan para mostrar
la estabilidad de compuestos de metales pesados y
proporciona un método fácil para predecir el
comportamiento de los metales pesados frente a un de
cambio en las condiciones ambientales.
• i) Cambio directo en la valencia de ciertos metales; por
ejemplo, en condiciones reductoras el Fe3+ se
transforma en Fe2+, los iones reducidos son mucho
más solubles.

66
• ii) En segundo lugar, las condiciones redox pueden
afectar indirectamente la movilidad de metales. Así,
muchos metales están asociados o adsorbidos a
hidróxidos de Fe y Mn, estos no son estables a Eh
bajos y se convierten en FeS o FeCO3 dependiendo
de las condiciones químicas, cuando esto ocurre los
metales que estaban asociados con los hidróxidos de
Fe y Mn se movilizan.
• En ambientes muy reductores el Fe se puede combinar con
el S2- hasta convertirse en pirita. Cuando los suelos y
sedimentos contienen cantidades significantes de pirita y
aumenta el Eh (creación de condiciones más oxidantes) el
S2- se oxida a SO4= liberando cantidades de H2SO4, el
suelo se acidifica fuertemente y los metales se hacen muy
solubles.

67
• Óxidos e hidróxidos de Fe y Mn
• Los óxidos (FeO, Fe2O3, Fe3O4) e hidróxidos [Fe (OH)2, Fe
(OH)3, FeO (OH)] de Fe juegan un importante papel en la
retención de los metales pesados. Las fases oxidadas de
manganeso han sido menos tratadas en la literatura sobre temas
ambientales, aunque también presentan un interesante potencial
como depuradoras naturales o sintéticas. Dado que los óxidos de
manganeso presentan dos estados de valencia (3+, 4+) la
variedad de especies minerales oxidadas es mayor que la de los
de hierro, que solo presentan el estado 3+. En cualquier caso
ambas formas tienen una alta capacidad de fijar a los metales
pesados e inmovilizarlos; los oxidróxidos de Fe y Mn se

68
• comportan como coloides positivos, y como tales
tienen la capacidad de fijar por adsorción a
aniones y aniones complejos (cromatos,
arseniatos, molibdatos, etc).
Además, estos compuestos se presentan
finamente diseminados en la masa del suelo por lo
que son muy activos. Los suelos con altos
contenidos de Fe y Mn tienen una gran capacidad
de adsorber metales divalentes, especialmente
Cu, Pb y en menor extensión Zn, Co, Cr, Mo y Ni.

69
• Carbonatos
• La presencia de carbonatos garantiza el mantenimiento de altos
valores de pH, en los que como ya hemos visto tienden a precipitar los
metales pesados. El Cd, y otros metales, presentan una marcada
tendencia a quedar adsorbido por los carbonatos.
• Salinidad
• El aumento en salinidad puede incrementar la movilización de
metales pesados por dos mecanismos.
Primeramente los cationes asociados con las sales (Na+, K+) pueden
reemplazar a metales pesados en lugares de adsorción. En segundo
lugar los aniones cloruro pueden formar complejos solubles estables
con metales pesados tales como Cd, Zn y Hg. Tienden a dar suelos de
pH básicos.
• En definitiva, según la forma en la que se encuentre el metal retenido
en el suelo, así será la disponibilidad relativa por las plantas y por
tanto la incorporación en los organismos .

71
• Al ir transcurriendo el tiempo disminuye la
disponibilidad de los metales, ya que se van fijando en
las posiciones de adsorción más fuertes y también los
geles van envejeciendo y se van volviendo más
cristalinos.
• En general, se considera que la movilidad de los
metales pesados es muy baja, quedando acumulados
en los primeros centímetros del suelo, siendo lixiviados
a los horizontes subsuperficiales en muy pequeñas
cantidades.
Es por ello que la presencia de altas concentraciones
en el horizonte superficial seguida de un drástico
decrecimiento a los pocos centímetros de profundidad
es un buen criterio de diagnóstico de contaminación

72
La importancia de la especiación. Algunos
ejemplos
• Las cantidades totales presentes en un suelo
constituyen una medida poco representativa de la
posible toxicidad de un metal pesado. Resulta
fundamental conocer la forma química bajo la que
se presenta, es decir la especiación, pues la
toxicidad de un elemento es muy distinta
dependiendo de su presentación, que va a regular
no sólo su disponibilidad (según se encuentre
disuelto, adsorbido, ligado o precipitado) sino que
también el grado de toxicidad que presente va a
depender de la forma química en sí misma.

73
• No obstante, por su facilidad de medida y
reproductibilidad, en los estudios de contaminación se
utilizan, muy frecuentemente, como ya se ha indicado
anteriormente en el punto 3, los valores totales para
definir los umbrales de contaminación.
• El tipo de sustancia contaminante y la forma bajo la
que se presente (soluble, cambiable, ligada, adsorbida,
ocluida, etc.) va a influir decisivamente en el efecto
contaminante producido. Veamos algún ejemplo:
• Mercurio
• Una posibilidad que da lugar a la movilización del Hg
es a través de su metilación, que corresponde a la
formación de un compuesto organometálico.

74
• En el caso concreto del mercurio, se forma el metil-mercurio
(CH3Hg+), el cual, al igual que otros compuestos organometálicos,
es liposoluble, además de ser un compuesto mucho más tóxico que
el mercurio. En consecuencia, estos compuestos presentan una
elevada toxicidad, puesto que pueden atravesar fácilmente las
membranas biológicas y, en particular, la piel, y a partir de aquí, la
incorporación del metal en la cadena trófica está asegurada
• La metilación de metales inorgánicos por bacterias es un
fenómeno geoquímico relativamente importante que pueden
presentar elementos traza como As, Sn, Pb, y Cr, aparte del Hg,
como ya se ha indicado.

75
• El mercurio se añade a los sedimentos que contienen partículas
de oro finamente divididas, tratándose grandes volúmenes de
tierra. El oro forma una amalgama que puede ser separada
fácilmente (por sedimentación) de la tierra tratada. La amalgama
separada, es quemada para volatilizar el mercurio, como
resultado, el mercurio entra en la atmósfera. El vapor de mercurio
elemental liberado en la atmósfera, durante la tostación de la
amalgama Au/Hg y vaporizado durante los distintos procesos de
extracción de oro, es oxidado a Hg++ mediante ozono, energía
solar y vapor de agua. Una vez formado, el mercurio iónico Hg++
es arrastrado de la atmósfera por las lluvias y depositado sobre
ambientes terrestres y acuáticos donde es convertido en metil-

76
mercurio en el suelo por actividad bacteriana. El metilmercurio puede
ser fácilmente transportado del suelo al medio acuático. También se
pierde mercurio durante todo el proceso y dicho mercurio termina en los
ríos, en donde es fácilmente tomado por el pescado y es al menos 100
veces más tóxico que el Hg metálico.

77
• En la bahía de Minamata, en el sur del Japón,
se produjo una enfermedad denominada
“Enfermedad de Minamata”, debida al consumo
de pescado y mariscos contaminados con metil-
mercurio, debido al paso de Hg++ a metil-
mercurio por acción bacteriana. La producción de
metil-Hg por bacterias y su liberación en el medio
acuático es un mecanismo de defensa que
protege los microbios del envenenamiento de Hg.
La metilación bacteriana movilizó el Hg
almacenado en los sedimentos de la bahía. Este
mercurio procedía de una fábrica de plásticos que
utilizaba Hg como catalizador y vertía los residuos
en la Bahía.

78
Cadmio
Un ejemplo es el descrito por Iimura et al. (1977) referente al
envenenamiento causado por arroz en suelos de Japón con alto
contenido en Cd. El cambio del laboreo del suelo provocó el efecto
nocivo aunque las cantidades de Cd se mantuvieron constantes. Este
ejemplo es muy ilustrativo de la importancia de la especie frente a la
cantidad total del contaminante: con técnicas tradicionales de cultivos
no se producían daños, al mantenerse el suelo en condiciones
reductoras todo el año. Ahora bien, el drenaje temporal realizado para
facilitar el laboreo causó la oxidación de S= a SO4= con la que
desciende el pH y hace que aumente la concentración de Cd en
disolución y por tanto en el arroz provocando la disentería “itai-itai”.
Este ejemplo es ilustrativo de la importancia de la especie y no de la
cantidad total de un determinado compuesto.

79
• Manganeso
• Macías (1993), ha puesto de manifiesto la
importancia en la especiación de las formas de
este elemento en los suelos próximos a una
factoría de Carburos Metálicos en Galicia. Las
propiedades fisicoquímicas de los suelos han
modificado las características de los aportes de
Mn, que en un principio eran inertes y en tan sólo
15 años han pasado a formas bioasimilables y por
tanto perniciosas

80
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1985.
Determinación de las propiedades de Suelos Salinos ySodicos. In:
Diagnóstico y Rehabilitación de suelos salinos y sódicos. Richards L. A.
(ed). Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América.
Limusa. México. 172 p.
• Alloway, B. J. 1995. Heavy Metals in Soils. BlackieAcademic
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Madison Wis. Num. 5. Pte. 3. 1390 p.
BIBLIOGRAFIA

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• Water, Air & Soil Pollution. 111(1-4): 43-56.
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Caracterización de complejos arcilla-humus y su efecto en el
desarrollo de cultivos florícolas (Antirrhinum majus L.). Edafología.
Sociedad Española de la Ciencia del Suelo. 3(1): 161-169.

26 de noviembre
del 2022
SEMESTRE ACADÉMICO
2022B
EROSION DE SUELOS.
CONTAMINACIÓN CON
HIDROCARBUROS Y SU
CONTROL.
MANEJO Y CONTROL DE PASIVOS
AMBIENTALES.
DE SUELOS
RECURSOS NATURALES

Erosión
 Erosión: procesode
desagregacióndepartículasdel
sueloyarrastredelas mismas.
 Movimientodepartículasdelsuelo
desdeunlugaraotrobajo
influenciadelaguaoviento,
iniciadola desertificación
 “Erosiónesunprocesode
desprendimientoytransportede
partículas delsueloporagentes
erosivos”
(Ellison, 1944)

 Erosión: pérdidaselectivade materiales
delsuelo,por
desprendimientoy arrastre.
 Erosión hídrica: poraccióndel agua.
 Erosión eólica: poraccióndel viento.
 Erosión geológica: procesolento de
efectosapreciablestras un
largoplazoa escala
geológica(milesamillonesdeaños).
 Erosión acelerada o antrópica:
artificial, de desarrollomuyrápido;debida
generalmentea accióndel hombre.
Erosión

Factoresdeerosión
 Erosividad,capacidadpotencialde
lluviasdecausar erosión;
 Erodabilidad,susceptibilidaddel
sueloaser erosionado;
 T
opografía,segúninclinación(S0) y
longitud(L) dependiente.
 Cobertura,vegetaciónnaturalode
cualquierotrotipo,queprotegeel
suelo;
 Manejo,delsuelo,agua,plamtas;
sobrepastoreoy deforestación.

Tiposdeerosión hídrica
Erosión laminar
Erosión por
surcos
Erosión por
cárcavas Erosión
fluvial

Erosiónlaminar
 Esunaerosiónsuperficial.Despuésde
unalluviaesposiblequesepierdauna
capafinayuniformedetodalasuperficie
delsuelocomosifueraunalámina.
 Esformamáspeligrosade
erosiónhídricayaqueesta
pérdida,alprincipiocasi
imperceptible,sóloserá
visiblecuandopasadoun
tiempoaumentesu
intensidadiniciandounlugar
desertificado

Erosiónpor surcos
 Esfácilmenteperceptibledebidoa
formacióndesurcosirregulares
favoreciendoremocióndepartesuperficial
delsuelo.Estetipodeerosiónpuedeser
controlada.Casocontrarioprocesoavanza
desertificayllegaaetapadecárcava.

Erosiónpor cárcavas
Consiste en pérdidas de grandes masas
de suelo formando surcos de gran
profundidad y largo.

Erosiónfluvial
Acción erosiva de un río se debe a energía
del agua

Erosiónpormovimientode masas
Derrumbes
Deslizamientos

Remociónenmasa
 Movimientosdelterreno,suelooroca,quesedesplazansobre
pendientesdebidoafactoresnaturales(erosión,sismos,clima)o
accioneshumanas(tala,cortesdelsuelo,carreteras, etc).

Flujos(huaycos)
 Son movimientos
de material
litológico de
textura fina y
gruesa que se
desplazan a lo
largo de una
superficie:
o Flujos de lodo;
o Flujos de tierra;
o Flujo de detritos;
o Flujo de
escombros.

Reptación
 Consisteenmovimientos
muylentoso
extremadamentelentosdel
suelosubsuperficialsinuna
superficiedefalla definida.
 Generalmente,movimiento
delterrenoesdepocos
centímetrosalañoyafecta
grandesáreasde terreno.

 Directamente enlugardonde
ocurre, midiendoprofundidadde
remoción desuelo;
 Modelación, consimuladores
de lluviassobrecamadesueloy
medidadesuefecto(Parcelas
de escorrentía);
 Monitoreodedescargasde
sedimentos(durante
transporte), de precisión
cuestionable,notodoslos
sedimentoslleganauncursode
agua;
 Estimaciones
empíricas, como
EcuaciónUniversal de
Pérdidade Suelo
Medicióndeerosión

Parcelasdeescorrentía
 Seinstalanparadeterminarerosiónyescorrentíadelsueloen
pequeñasáreas,evaluandoinfluenciaquesobreellastiene
inclinación ylargo dependiente, tipo desuelo, tipo decobertura
vegetal,prácticasde
conservación,etc.

Parcelasdeescorrentía
 Sonrectangulares, orientadasconsulongitudensentidodemáxima
pendiente.
 Bordesdeéstassepuedenconstruirconláminasdemetaloplanchasde
madera, incrustadas de 0,15ma0,20mbajo
tierraysobresaliendo0,10ma0,15msobresuperficiedelterreno.
 Enextremomásbajode
parcelaseinstalauncolectory
unequipoparaconcentrar
aguadeescorrentíaysuelo
erodado,pudiendoconstruirse
condiferentes materiales.

EcuaciónUniversaldePérdidadeSuelos (USLE)
Utilizaseisfactores:erosividaddelluvia
(R), erodabilidaddelsueloo
susceptibilidaddeerosióndelsuelo(K),
longituddependiente(L), inclinaciónde
pendiente(S), coberturavegetaly
manejodecultivosyresiduos(C), y
prácticasdeconservación(P), para
estimarpérdidadesuelospromedio(A)
porperíododetiemporepresentadopor
R, generalmenteunaño:
A = R K L S C P

A=RKLSCP
A: Pérdidadesuelos,expresadaen ton/ha/año.
R: Factor de lluvia y escurrimiento, número de unidades de índice
de erosión pluvial (EI), que para unatormenta determinada es
producto desuenergía total (E) y sumáximaintensidad en30
minutos(I30).
K: Erodabilidaddelsuelo,factordesusceptibilidadaerosióndel
suelo,tasadepérdidadesuelosporunidadEI, medidoen
parceladeterrenoestándar(22,13mde
largo,9%pendiente,enbarbechoy
labranzacontinua).

A=RKLSCP
L: Factordelongituddependiente,proporcióndepérdidadesuelos
enlongituddependienteespecificaconrespectoaunalongitud
dependienteestándar,de22,13m.
S: Factordeinclinacióndependiente,proporcióndepérdidade
suelosdeunasuperficieconunapendienteespecificacon
respectoaunapendienteestándarde9%.
C: Factordecobertura,proporciónde
pérdidadesueloenunasuperficie
concoberturaymanejoespecifico
conrespectoaotraidéntica en
barbecho,conlabranza continua.

A=RKLSCP
P: Factordeprácticasdeconservación,proporciónde
pérdidadesueloconunaprácticadeconservación
(cultivosencontorno,barrerasvivas,etc),conrespecto
aaquella conlabranzaensentidodependiente.


FAO considerapérdidasdesuelotolerablesentre2,2
y11,2tn/ha/año,segúnprofundidaddelperfil,.
AplicacióndeEcuación Universal de
Predicción de Pérdidas de Suelo permite
establecerpérdidaspara diferentesalternativasde
usoymanejopropuestas.

Transportedesedimentos
 Conocertransportedesedimentosenunríoesdevital
importanciaparaefectuardiseñoydefinir reglasdeoperación
deobras hidráulicas:
o Bocatomas;
o Puentes;
o Reservorios;
o Proteccionesribereñas; etc.
 Desdepuntodevista hidráulico,
sedimentossonpartículasdesueloy
rocaarrastradasytransportadas por
unacorrientedeagua.

1. Por arrastre: partículasmásgruesas(500- 2000micrones).
2. Por saltación: partículasmedianas(70- 500 micrones).
3. En suspensión: partículaspequeñasolivianas(<70
micrones).

Transporte de sedimentos en
saltación
Transporte de sedimentos en
suspensión
Transporte de sedimentos por arrastre
de fondo

Sedimentación
 Aldisminuirvelocidaddeflujo, agentesyano
puedenseguirllevandocargadesedimento,por
tanto,granosprecipitano decantan.
 Depositofinaldesedimentosenunmomento
determinado,ocurriráensuperficies deprimidas.
 T
antoenmarcomoencontinentesepueden
acumularimportantesespesores de
materialessedimentarios.
 Áreadondeseacumulansedimentos
tendráciertascondiciones físicas,
químicasy biológicas.

Sedimentación- colmatación
 Problemasde sedimentación:
o Pérdidadevolumenen
embalses;
o Reduccióndeprofundidadde
canales;
o Producciónde inundaciones;
o Deteriorodecalidadde agua;
o Alteraciónymuertedevida
acuática;
o Perjuiciosal esparcimiento.

Colmatacióndeembalses
Siseefectúaperiódicamentelevantamientostopográficosdel
fondo,sepuedeestimarvolúmenesdepositadoseinferir
volúmenestransportadospor río.
Sedimentaciónpuedesermuyintensay
determinarqueenpocosañosembalses
pierdansucapacidad útil.
Medianteestudiodelavancedebarra de
fondopuedecalcularseaportessólidos
anuales,casoquecorrespondetambiéna
desembocadura(delta)de río.

Sedimentacióndeembalses
Distribución longitudinal esquemática de
sedimentos en embalses estacionales, con
un nulo o escaso manejo de desagües de
fondo
Distribuciónlongitudinalesquemáticadesedimentosen
embalseconbuenagestióndedesagüesdefondoy
provistodeundiquedecola

Erosióneólica
Procesos:trestiposde movimiento:
 Saltación:partículas50–500µm.(arenamuyfina,finaymedia);
movimientoasaltos,choqueponeenmovimientootraspartículas.
 Suspensión:partículas<50µm(limosyarcillas), quedan
suspendidas ypuedenmoverseagrandesdistancias.
 Arrastre:partículas>500 µm
(arenagruesaymuygruesa);
arrastradasporairea nivel
delsuelo.

Factoresdeerosión eólica
 Resistenciadelsuelo:tamañodepartículas
yagregados,agentescementantes,
estabilidaddeagregados;
 Clima:viento(velocidadyturbulencia),
precipitación;
 Cubiertavegetal(naturalezay orientación);
 Contenidodehumedaddelsuelo;
 Rugosidaddelsuelo:presenciade
camellones,rugosidadproducidapor
labranza;
 Longituddelárea expuesta.

Efectosdeerosión eólica
 Remociónselectivade
materialesmásfinos;
 Dañosporabrasióna cultivos;
 Redistribucióndefertilizantes;
 Cultivospuedenser cubiertos;
 Deposicióndematerial en
canales, carreteras;
 Dañosaequiposy
estructuraspor
“corrosión”.

Actividadeólica: dunas
 Cuandoarenatransportadapor vi
chocacontraun obstáculoysede
encima hastacubrirlo,seformaun
 Dunaspresentansiempreuna pen
suaveenzona desdedondesopla
(barlovento)yunapendiente opue
mayorenzona protegidadelvient
(sotavento).
 Depósitoseólicosmás
conocidosson dunas.
 Dunaspueden alcanzar
dimensiónde
hasta200 m.

32
9 Migración
10Puente destruido
13
Inundación
Consecuenciasdeerosión
1
1 Deforestación
2 Terreno escarpado
3 Monocultivo
4 Derrumbes
5 Colmatación
6 Sedimentación en
embalse
2
3
4
5
6 9
10
13

Consecuenciasdeerosión
12Erosióneólica
7
8
8Bancosdelodos,impidennavegación
1
2
● 11Cultivossinprotección
● 7Formaciónde cárcavas
● 11
● 7

Manejointegralde cuenca
1
Reforestación 3
Bancales
4 Cultivos
en
contorn
o
6 Inundaciones
controladas
8 Río navegable,
pesca
11 Carretera sin
derrumbes
14 Frutales
en
terrazas
15 Disminuye
sedimentación
7 Nuevo
embalse
1
4
3
8
6
7
11
15
9 Servicios urbanos
mejorados
9
12
14
11

Manejointegralde cuenca
2Erosiónencárcavas detenida
5Terraplenes
2
5
10Cortinasrompevientos
13Rotacióndecultivosenfajas
1
3
1
0

37
CONTAMINACIÓN DE
HIDROCARBUROS YSU
CONTROL

INDUSTRIA DE LOS HIDROCARBUROS – FUENTES DE CONTAMINACION
La operación sísmica.

LEVANTAMINETOS GEOFÍSICOS
(DS 039-2014-EM)
Artículo 74º.-Rehabilitación de áreas
Las actividades de sísmica 2D o 3D deberán realizarse
de acuerdo a un cronograma de trabajo y, el área
será rehabilitada de acuerdo al Plan de Abandono
aprobado en su Estudio Ambiental. Culminadas las
actividades de abandono, el Titular deberá
comunicarlo a la Autoridad Competente en Materia de
Fiscalización Ambiental en un plazo de diez (10) días
hábiles a partir de la culminación del Plan de
Abandono.
La rehabilitación tendrá en consideración las
características y condiciones previas del área y su uso
futuro, que deberán estar contenidas en un
cronograma de actividades que deberá ser remitido al
OEFA antes del inicio de la rehabilitación

ELEMENTOS DEL
PETROLEO
CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS
Por el número de carbonos:
C1 – C4 : Gases
C5 – C19 : Líquidos
C20+ : Sólidos

FORMAS DE CONTAMINACION POR LA OPERACIÓN PETROLERA
La operación sísmica.
Es una de las mas utilizadas en la
etapa de exploración, y consiste en
La fase exploración. La fase de extracción.
El transporte.
Se da después de la extracción del
crudo. El transporte del crudo es una
de las etapas mas riesgosas y costosas
en términos de destrucción ambiental.
Desde que se transporta el crudo
masivamente, son millones de barriles
que se han derramado en zonas
selváticas, ríos, lagos y mares. Las
consecuencias de tales derrames
continúan afectando estos ecosistemas
muchos años después
Dentro de las etapas de exploración y explotación también se da
una compactación de los suelos por la maquinaria pesada donde
por la pérdida de vegetación, se produce una erosión y
contaminación de los suelos de la zona. Los microorganismos del
suelo son alterados por la contaminación con hidrocarburos,
desapareciendo o disminuyendo las especies menos resistentes
sin dejar atrás las altas tasas de mutaciones. Las alteraciones al
suelo producen cambios en el pH de este y del agua, que pueden
causar un deterioro crónico de los ecosistemas
Un manejo inadecuado de la fuente energética
puede causar problemas de gran envergadura
socio-ambiental.
Son utilizados lodos químicos, los cuales son
altamente contaminantes. Se construyen piscinas
para depositar las aguas acidas y los lodos
contaminados que salen junto con el petróleo.
Esta fase altera el equilibrio natural, ya que
requiere de grandes cantidades de agua del lugar
y aumenta los niveles de contaminación. También
en las perforaciones se producen lodos con
metales pesados y tóxicos como cadmio, cobre,
arsénico, mercurio y plomo.
Comienza cuando alguno de los
pozos exploratorios toca un
yacimiento. En tierra o en mar
las operaciones a realizarse en
esta etapa alteran el ambiente
natural y lo contaminan. Esta
etapa presente riesgos
adicionales de accidentes,
relacionados con gases tóxicos,
aguas acidas y los depósitos de
crudo.
resonancia que produce
la medición de las ondas de
la
detonación de cargas de dinamita.
Esto significa que la zona explorada
queda completamente llena de
agujeros dinamitados. Al encontrarse
el lugar donde probablemente se
puede dar la explotación del mineral,
se procede a abrir los pozos
exploratorios.

Fuentes de Contaminación de
Hidrocarburos
Transporte
ZONAS DE PRODUCCION DE
PETROLEO
REFINERIAS
Distribución

A. Ciudades y ríos
B.Operaciones de buquestanque C
Transporte menor
D. Refinerías e Industrias Químicas
E.Precipitación Atmosférica F
Fuentes Naturales
G Accidentes de Buquestanque
H Extracción Mar Adentro
En el Perú, los principales problemas relacionados a contaminación
por hidrocarburos se presentan en la amazonía como consecuencia
de la explotación de petróleo, en donde existen grandes extensiones
de ecosistemas dañados que requieren ser saneados para recuperar
las condiciones naturales del entorno.
 Según la National Academy of Sciences, se estima que anualmente
se vierten a los océanos del mundo 6.1 millones de toneladas
métricas de petróleo (MTM).
Aporte EstimadoAnual dePetróleo a losMares del
Mundo
tm
2
1,5
1
0,5
0
A B C D E F G H
ToneladasMétricas (tm)

CONTAMINACION DE SUELOS Y LA NAPAFREATICA

20,180 ppm de TPH – derrame reciente, por
robo de grapas en tuberia
Sub suelo
calcáreo –
con fósiles
–
Terraza
Marinas

Suelo “normal” Suelo “contaminado”
LA REFINERIA DETALARA

Ingreso de agua contaminada con crudo
debido al elevado nivel freático (a 60 cm de
profundidad).
PLUSPETROL – Trompeteros – LOTE 8. Iquitos
Suelo “normal” Suelo “contaminado”

0
30 cm
60 cm
Horizonte petrocálcico
impermeable en el sub
suelo – con fosiles
El movimiento de hidrocarburos solo ha ocurrido hasta los
60 cm de profundidad, debido a que luego se encuentra una
capa dura e impermeable de carbonato de calcio.
0 5000 10000 15000 ppm de TPH

0
30 cm
60 cm
La mayor cantidad de hidrocarburos totales se
encuentran en la parte superior y disminuyen con la
profundidad
Sub Suelo
orgánico
saturado de
agua – con alto
contenido de
crudo -
0 5000 10000 15000 20000 mg/kg de TPH
Nivel
freático

TERMINALES DE DISTRIBUCION DE PETROLEO
Numer
o
de
muest
ra
clave
de
campo
Empresas
Lugar
Concentración en µg/g de peso seco
Contaminado
Suelo Supeficial
normal
Ba Pb Cd
Ba Pb Cd
1 GMP1
XXXA
Trujillo
167 703.9 6.43
2
GMP1
C 38 143.5 5.33
3 GMP2 65 252.9 3.59
4
GMP2
C 60 250.2 5.95
5 M1
YYYA
Arequipa
239
187
9 9
6 M2 118 39 2
Promedio por Actividad 148 908.8 6.92 81 168.4 3.84
Contaminación de suelos por las actividades del sub sector hidrocarburos

Niveles Guía de Calidad de Suelos (µg/g peso seco)
Contaminantes
Uso de la Tierra
Uso
residencial
Uso agrícola Uso industrial
Niveles aceptables de contaminación del suelo
(mg/kg)
Ba Total 500 750 2000
Cd total 5 3 20
Cu (total) 150 100 500
Cr (total) 250 750 800
Pb (total) 500 375 1000
Ni (total) 150 100 500
Hg total 2 0.8 20
Decreto 831/93. Anexo II Tabla9 . Ministerio de Salud y Ambiente . Secretaria de Ambiente y Desarrollo sustentable-
para reglamentar lo relativo a “residuos peligrosos” ARGENTINA

Estructuras químicas de diferentes componentes
mayoritarios de un crudo de petróleo
ALIFATICOS AROMATICOS RESINAS ASFALTENOS
Naftaleno
Fenantreno

ORIGEN DE LA CONTAMINACION
Pluma de
contaminación
generada por el
vertido a partir
de un foco
puntual.

DERRAMES DE PETROLEO EN EL MAR

Residuos peligrosos generados durante las actividades
petroleras
Clorohidrocarburos-
6%
Lodos y
recortes de
perforación
70%
Otros
11%
Lodos
aceitosos
13%

Contaminante (C)
Infiltración
C
C
C
Destino de los contaminantes en suelos
Volatilización
Biodegradación
Descomposición
Química
Fotooxidación
Descomposición
Química
C
C
Desorción
C
Adsorción
Manto freático
Dispersión y solubilización

EFECTOS DE LOS HIDROCARBUROS EN EL SUELO
Las propiedades físicas del suelo más afectadas por derrames de hidrocarburos
son:
La estructura del suelo debido a la ruptura de los agregados
Aumento de la retención del agua en la capa superficial.
El potencial hídrico.
Las propiedades químicas del suelo más afectadas por un derrame de
hidrocarburos son:
Aumento del carbono orgánico ya que el 75 % del carbono del petróleo crudo es
oxidable
Disminución del pH, debido a la acumulación del carbono orgánico y generación de
ácidos orgánicos.
Aumento del manganeso y hierro intercambiable
Aumento del fósforo disponible.
Aumento de la contaminación por metales pesados Cd, Pb, Zn, etc

El fundamento bioquímico de la biorremediación se basa en que en la
cadena respiratoria, o transportadora de electrones de las células, se van a
producir una serie de reacciones de óxido-reducción cuyo fin es la
obtención de energía. La cadena la inicia un sustrato orgánico (compuestos
hidrocarburados) que es externo a la célula y que actúa como dador de
electrones, de modo que la actividad metabólica de la célula acaba
degradando y consumiendo dicha sustancia.
FUNDAMENTO BIOQUÍMICO DE LA BIODEGRADACIÓN
ESQUEMA DE LAS REACCIONES

66
CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROS

BIORREMEDIACIÓN “IN SITU”
Este tipo de tratamiento normalmente es la opción más adecuada para la
recuperación de suelos, ya que no es necesaria la preparación y
excavación del material contaminado. No obstante, antes de decidir el
tipo de tratamiento deben valorarse numerosos factores entre los que se
destacan:
Impacto ambiental en la zona.
Actividades industriales que pueden verse afectadas.
Costos comparativos con otros tratamientos.
La dificultad de acceso a la zona contaminada para proveer de
oxígeno y nutrientes.
La determinación del porcentaje de tratamiento.
La velocidad del proceso.
El potencial peligro de extensión de la contaminación.
El método de la biorremediación “In Situ” de suelos se puede dividir en
dos tipos: tratamiento de compuestos volátiles y tratamiento de
compuestos semivolátiles y no volátiles.

Las técnicas más usadas son:
Bioventeo o Bioaireación o Bioventing
Inyección de aire a presión o Biosparging
Atenuación natural
Bioestimulación
Bioaumentacion

Bioventing o inyección de aire
Consistente en la ventilación forzada del suelo mediante la inyección a presión de oxígeno (aire) en la zona
no saturada del suelo a través de pozos de inyección. Debido a la aireación del suelo se va a favorecer la
degradación de los hidrocarburos por dos motivos: por volatilización, facilitando la migración de la fase
volátil de los contaminantes, y por biodegradación, ya que al incrementar la oxigenación del suelo se van a
estimular la actividad bacteriana.
Los factores a tener en cuenta en la aplicación del bioventing o inyección de aire natural son:
–Se degradarán más fácilmente las moléculas más pequeñas (hasta C20), siendo más fácilmente
biodegradables los compuestos parafinados o de cadena lineal que los compuestos aromáticos. En
general, son favorables los compuestos de alta volatilidad (presión de vapor mayor de 10 mm de Hg
a 20ºC).
–Los suelos deben contener bajos contenidos en arcilla y ser lo más homogéneamente posible, con
un valor de permeabilidad al aire adecuado (> 10-10 cm2).
–El principal problema es la biodisponibilidad de los microorganismos. Cuanto menor es la
solubilidad de los contaminantes menor será la biodisponibilidad.
–Los aportes de oxígeno deben ser suficientes, así como la existencia de fuentes de carbono,
aceptores de electrones y energía suficientes.
– No debe existir de producto libre en flotación sobre el nivel freático.
–Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en peso), potencial
redox mayor de -50 mV, temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de
10:1.
– Necesidad de tiempos de actuación cortos (meses) y coste medio-alto.

Esquema de un sistema Bioventing

Biosparging o Inyección de aire a presión
Consiste en inyectar aire a presión en la parte inferior para deslazar el
agua de los espacios intersticiales de la matriz del suelo. Esta inyección
genera principalmente dos efectos:
1.El aire inyectado absorbe gran cantidad de los hidrocarburos volátiles
presentes en el agua y el suelo.
2.Elaire eleva los niveles de oxígeno del agua mejorando la
biodegradación de los contaminantes (Matthews, 1993).
Con la inyección de aire a presión se llevan a cabo dos mecanismos de
remoción del contaminante, la volatilización de compuestos de la zona
insaturada y la fase acuosa y la biodegradación. El mecanismo
gobernante depende de las características de los contaminantes.

Biosparging
Application
When used appropriately, biosparging is effective in reducing petroleum products at
underground storage tank (UST) sites. Biosparging is most often used at sites with mid-weight
petroleum products (e.g., diesel fuel, jet fuel); lighter petroleum products (e.g., gasoline) tend
to volatilize readily and to be removed more rapidly using air sparging. Heavier products (e.g.,
lubricating oils) generally take longer to biodegrade than the lighter products, but biosparging
can still be used at these sites.

Schematic showing how biosparging enhances the microbial
degradation of contaminants

Ventajas.
 Es un proceso excelente para casos donde los compuestos volátiles son los
contaminantes principales.
 Necesidad de tiempos de actuación cortos (meses).
 No requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el uso de
maquinaria pesada.
Desventajas
 El principal problema es la biodisponibilidad de los microorganismos. Cuanto
menor es la solubilidad de los contaminantes menor será la biodisponibilidad.
 En este sistema hay poco control del movimiento del agua subterránea y los
contaminantes, lo cual puede acelerar y agravar la extensión de la contaminación.
 En cuanto a las profundidades, la literatura recomienda profundidades mínimas
aproximadas de 1,2 metros, necesarias para confinar adecuadamente el aire
inyectado; y máximas aproximadas de 9 metros, por debajo de las cuales sería
muy difícil controlar la dirección del desplazamiento del aire.
 Los cambios en la litología del suelo pueden afectar la dirección y la velocidad
del flujo, más aún si se tiene en cuenta que el aire a presión viaja
aceleradamente.

Atenuación Natural
In situ de bajo costo.
Procesos físico químicos de interacción contaminante suelo y procesos de
biodegradación de forma natural en el medio (biotransformación natural).

Su característica principal es la utilización de los procesos fisicoquímicos de
interacción contaminante-suelo y los procesos de biodegradación que tienen lugar
de forma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos de
biotransformación natural que van a reducir la concentración de los contaminantes
y entre los que se encuentran la dilución, dispersión, volatilización,
adsorción, biodegradación y aquellas reacciones químicas que se
producen en el suelo y que contribuyen de alguna forma a la disminución
de la contaminación.
Esta técnica se aplica en aquellos casos en los que exista contaminación producida
por hidrocarburos de tipo halogenado o no halogenado. La atenuación natural
puede darse en presencia (condiciones aeróbicas) o ausencia de oxigeno
(condiciones anaeróbicas). En presencia de oxígeno los microorganismos
convierten en última instancia los contaminantes en dióxido de carbono, agua y
masa celular microbiana (mineralización). En el caso de escasez de oxígeno, los
microorganismos dependen de otros aceptores de electrones disponibles (nitrato,
sulfato, formas oxidadas de Fe o Mn,...). Se trata de una biodegradación
anaerobia, cuyos mecanismos y significado se están comenzando a comprender en
los últimos años (Heider et al., 1999).
ATENUACION NATURAL

ATENUACION NATURAL
Su característica principal es la utilización de los procesos físico-químicos de
interacción contaminante-suelo y los procesos de biodegradación que tienen
lugar de forma natural en el medio. Estos procesos se conocen como procesos
de biotransformación natural
Biorremediación intrínseca: se deja que el propio ambiente natural resuelva
el problema si se determina que en el propio ambiente hay las poblaciones y
condiciones optimas( temperatura, pH, nutrientes etc...). Aún así se sigue un
control para asegurarse que no se producen compuestos tóxicos secundarios.

Factores de atenuación natural
Exige protección y riesgo de potenciales receptores durante
tiempo de atenuación.
Existencia de condiciones geológicas y geoquímicas
favorables.
Necesidad de reducción de masa en intervalo razonable de
tiempo en superficie y subsuperficie.
Confirmación de existencia de tipo y número de poblaciones
de microorganismos que puedan biodegradar contaminantes.
No existencia de producto libre en flotación.
Concentración de oxígeno disuelto en agua .

Bioestimulación
Consiste en la estimulación de las poblaciones microbianas indígenas
existentes en el suelo mediante la adición de nutrientes, regulación de
condiciones redox, cambio de pH, u otras condiciones diversas sobre
las que se puede influir.
En este sistema, el agua subterránea es conducida a la superficie por
medio de un sistema de pozos de extracción, se acondiciona en un
reactor para volverla a inyectar y estimular la degradación bacteriana
de los contaminantes del subsuelo y del acuífero. En el reactor en
superficie se agregan al agua: nutrientes, oxígeno, microorganismos
previamente seleccionados y adaptados, y el efluente se retorna al
subsuelo por medio de pozos de inyección, aspersores superficiales o
galerías de infiltración distribuidas a lo largo y ancho del sitio que se
requiere remediar. Algunas veces esta técnica utiliza biosurfactantes
para ayudar al lavado de contaminantes del suelo (Zitrides, 1990);
(Cole, 1994).

Las características determinantes en la selección, el éxito o el fracaso de esta técnica de remediación son:
 Tipo de suelo. Los suelos deben ser lo más homogéneos posible por unidad
fisiografica, con un valor de porosidad y permeabilidad al aire adecuado (> 10-
10 cm2).
 Deben existir unas condiciones óptimas de pH (6 y 8), de humedad (12-30% en
peso), temperatura entre 0 y 40 ºC y los nutrientes del suelo en relación N:P de
10:1.
Ventajas.
 Esta técnica es muy útil en el tratamiento de extensas zonas contaminadas de
centros industriales donde no es posible o conveniente parar el proceso
operativo para realizar el tratamiento requerido.

Bioaumentación
Otras líneas de investigación han llevado a la introducción de
microorganismos aclimatados o incluso modificados genéticamente en
el medio, con el fin de mejorar la biodegradación (Walter, 1997; Atlas y
Unterman, 1999). Esta técnica funciona en condiciones de laboratorio o
bioreactor, pero en ambientes externos (suelo o agua) su implantación
depende de una serie de factores (Alexander, 1999).
 Presencia de toxinas, nutrientes y condiciones ambientales,
movilidad y/o distribución de los microorganismos y la presencia de
abundante materia orgánica.
 Los microorganismos añadidos deben sobrevivir a los depredadores y
competir con éxito con la población autóctona antes de ocupar los
nichos potenciales.
 En general, los ambientes más selectivos y la utilización de
consorcios microbianos favorecen la bioaumentación.

Ventajas.
 No requiere área adicional para llevar a cabo el tratamiento, ni el
uso de maquinaria pesada.
Desventajas.
 El tamaño de la población de microorganismos degradadores crece
rápidamente como respuesta a la contaminación del medio y es muy
difícil, si no imposible.

BIORREMEDIACIÓN “EX SITU”
Dos son los tratamientos que se distinguen cuando el procedimiento se
realiza fuera del lugar donde está la contaminación: tratamiento por vía
sólida y tratamiento por vía suspensión. La biorrecuperación vía sólida se
puede realizar por dos métodos: tratamiento en lechos y tratamiento por
compostaje. La diferencia fundamental entre ambos es el sistema de
aireación, mientras que en el primero sólo se pueden tratar las capas de
suelo menos profundas, en el compostaje se requiere la formación de
grandes apilamientos de material degradable. En el tratamiento vía
suspensión se excava el material contaminado y se traslada a un reactor. La
característica de este método es la suspensión en un medio acuoso del
suelo contaminado, es decir, el tratamiento se lleva a cabo bajo condiciones
de saturación de agua. La ventaja de estos procedimientos frente a los
primeros radica en la posibilidad de optimizar mejor los parámetros
microbiológicos, así como el control del proceso; a cambio, lógicamente, de
un mayor costo.

Ventajas.
 Es económico con respecto a otras técnicas de biorremediación.
 Es un proceso considerado de bajo nivel tecnológico que no requiere
exigentes consideraciones de ingeniería, y a la vez permite una fácil
manipulación y control de las variables de diseño y operación.
Desventajas.
 Requiere grandes extensiones de terreno para disposición de suelos
y no es viable si no se cuenta con suficiente área.
 Cuando los contaminantes son hidrocarburos livianos la remediación
puede ser acelerada por su volatilización, lo cual generaría
problemas con las autoridades ambientales donde las regulaciones
de emisiones atmosféricas son exigentes.
 Cuando la contaminación es profunda los costos de excavación y
movimiento de tierras pueden ser altos.

Bioceldas o biopilas
Es un tratamiento de biorremediación en condiciones no saturadas, que consiste en
la reducción de la concentración de contaminantes derivados del petróleo en suelos
excavados mediante el uso de la biodegradación a partir de la construcción de un
sistema cerrado que permita controlar lixiviados, hidrocarburos volátiles y algunas
variables de diseño mediante el suministro de nutrientes y oxígeno a través de la
pila del suelo. La técnica consiste en la formación de pilas de material
biodegradable de dimensiones variables, formadas por suelo contaminado y
materia orgánica (compost) en condiciones favorables para el desarrollo de los
procesos de biodegradación de los contaminantes. En el fondo de la pila el sistema
cuenta con un aislante que generalmente son geomembranas o canales plásticos
para el control de lixiviados. Estas pilas de compost pueden ser aireadas de forma
activa, volteando la pila, o bien de forma pasiva, mediante tubos perforados de
aireación, con distribución permanente de nutrientes, microorganismos y aire. En
principio, las biopilas se pueden aplicar a la mayoría de los compuestos orgánicos,
siendo más eficaz en los compuestos de carácter más ligero.

Biopilas
Ex situ en condiciones no saturadas
Suelos excavados
Formación de pilas de material biodegradable (suelo contaminado +
materia orgánica)

Sistema de biopilas estáticas

Entre los se destacan:
 Los hidrocarburos deben ser no halogenados y deben encontrarse en el suelo en
concentraciones menores a 50.000 ppm.
 Dada la necesidad de excavación y posterior depósito del suelo contaminado, se requiere
una superficie de trabajo relativamente grande cuyas dimensiones dependen del volumen
de suelo a tratar.
 Necesidad de una densidad de poblaciones microbianas (>1.000 CFU/gramo de suelo),
condiciones de humedad (40 a 85% de capacidad de campo), temperatura (10 a 45ºC),
textura (baja proporción de arcillas), pH del suelo adecuadas (6 a 8) y baja presencia de
metales pesados (< 2.500 ppm).
 La concentración de nutrientes en el suelo cuyo rango normal de C:N:P sea de 100:10:1.
•Tiempo: alto (meses a años) – Costo bajo.
Factores que influyen en la aplicación de las biopilas

Ventajas.
 Esta técnica es muy eficiente en el tratamiento de residuos con bajas concentraciones
de hidrocarburos.
 Por ser un sistema cerrado permite un mayor control de las variables del proceso,
como el control de condiciones climatológicas adversas (baja temperatura o alto
régimen pluviométrico).
 Cuando no se dispone de espacio suficiente para extender el suelo, este sistema
permite construir pilas de suelo cuatro o cinco veces más altas que en una disposición
sobre el suelo (ocupa diez veces menos área)(Zitrides, 1995)
Desventajas.
 Si en el proceso se generan gases o vapores de hidrocarburos volátiles regulados por
la autoridad ambiental, o las condiciones climatológicas de la zona pueden afectar
negativamente la eficiencia del proceso, la pila del suelo se debe cubrir con membranas
o poner techo de forma similar a los invernaderos. Los vapores generados en el proceso
se deben colectar y tratar antes de ser emitidos a la atmósfera. Lo que incurre a costos
adicionales.
 Como todos los tratamientos “Ex Situ”, cuando la contaminación es muy profunda, el
movimiento de tierra puede requerir costos más altos.

LAND FARMING
1. PEAD revestimento
2. Bomba para coleta
lixiado
3. Camada de pedra
4. CAMADA DE SOLO
A TRATAR
5. Feno de alfalfa para
reter umidade
6. Rodas do sistema de
irrigação
7. Tubulação com
suficientes
perfurações
8. Tubo flexivel coleta
do lixiviado
9. Válvula controla
subida para o
bioreator ou para
tanque de água
10. Mangueira de
recirculação
11. Biorreator (bactéria)
12. Tubulação de água
13. -16- Sistema
distribuição água

Tratamiento de biosuspensión
También conocido como sistema biorreactor o contacto líquido-sólido. El procedimiento
consiste en excavar el suelo contaminado y luego introducirlo en un reactor añadiendo
nutrientes, agua, y los cultivos microbianos adecuados para que se lleve a cabo la
degradación. Se mezcla bien y se airea la suspensión hasta que las transformaciones de los
compuestos seleccionados para su eliminación alcanzan el nivel deseado. A continuación se
detienen el mezclado y la aireación, y se deja a los sólidos separarse de los fluidos por
sedimentación. El sedimento es retirado y, si la transformación ha tenido éxito, el suelo se
devuelve a su lugar de origen, mientras que los líquidos se tratan como aguas residuales. El
suministro de oxígeno puede realizarse mediante aireación difusa, turbina difusora y aireación
superficial (Metcalf y Eddy, 1991). La tasa de transferencia de oxígeno necesaria es función de
la tasa de degradación de los compuestos orgánicos y de la tasa de crecimiento microbiano.
Su determinación no es fácil de hacer, sin embargo, las tasas de transferencia disminuyen al
aumentar la concentración de sólidos suspendidos. El mezclado y el suministro de nutrientes
también son fundamentales, ya que por el primero se incrementa el contacto entre los
microorganismos y los componentes contaminantes, dando como resultado un incremento de
las velocidades de transferencia de masa y de reacción. Los nutrientes normalmente optimizan
la biorrecuperación por favorecer el crecimiento de los microorganismos. Por otro lado, el
mezclado y la aireación ayudan a romper los flóculos de tierra y a disolver los contaminantes.

Ventajas.
 En comparación con otros procesos de tratamiento, los reactores vía suspensión
proporcionan el mayor contacto entre los contaminantes, los microorganismos, el oxígeno,
el agua y los nutrientes.
 La capacidad de controlar los sistemas del tratamiento vía suspensión es mucho mayor y
por tanto puede ser la tecnología más efectiva.
 El tratamiento vía suspensión puede aplicarse en particular a los suelos contaminados con
residuos oleosos y de consistencia alquitranada (siendo estos compuestos difíciles de
biodegradar).
 Es más rápido y requiere menos superficie que otros sistemas
Desventajas.
 Debido al energético mezclado y a la aireación forzada se favorece el escape de emisiones
de aire, por ello la suspensión no es una buena elección para suelos donde los compuestos
volátiles sean mayoría.
 Esta técnica demanda mayor cantidad de dinero a comparación de otras técnicas de
biodegradación.

Diseño y aplicación de sistemas de
Biotratamiento
1. Fase de investigación y caracterización de la contaminación y del
emplazamiento.
Análisis y elección de la medida biocorrectiva.
Diseño y evaluación del sistema
Control y seguimiento
Análisis e interpretación de resultados.
2.
3.
4.
5.

Diagrama de flujo de los pasos previos necesarios para la implementación de la
biorremediación de un suelo contaminados, en los que están basados los ensayos
de tratabilidad.

FASES DEL ESTUDIO DE
TRATABILIDAD DE UN
SUELO CONTAMINADO
CON HIDROCARBUROS
1 NT: nitrógeno total;
2COT: carbono orgánico total.
3 EOT: extracto orgánico total.
4 TPH: hidrocarburos
totales del petróleo.
5 HAPs: hidrocarburos
aromáticos policíclicos.
suelo resuspendido en agua

Tamaño de la población de microorganismos encontrados
en suelos
Tamaño de la población
Organismos Valores típicos Extremos
Suelo superficial (células / gramo de suelo)
Bacteria 0.1 - 1 billones >10 billones
Actinomices 10 - 100 millones 100 millones
Hongos 0.1 - 1 millones 20 millones
Algas 10.000 - 100.000 3 millones
Subsuelo (células/gramo de suelo)
Bacterias 1000 - 10 millones 200 millones
Fuente: Adaptada de la Tabla 9.1 en The Soil Chemistry of Hazardous Materials(/Dragun, 1988)

Características de los microorganismos biodegradadores
Casi todos son eubacterias.
Poseen actividades de peroxidasas y oxigenasas.
La oxidación subsecuente cambia las propiedades de los
compuestos, haciendolos susceptibles de ataques
secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono
y agua.

Ruta metabólica de degradación de hidrocarburos por Pseudomonas aeruginosa. a) n-alcanos, b) naftaleno y c)
tolueno. El último paso en la degradación de n-alcanos involucra la Betaoxidación y la degradación de
aromáticos y poliaromáticos finalizan en ciclo de TCA. En ambas rutas el catecol es el intermediario.

Bacterias
Achrornobacter
Acinetobacter
Actinomyces
Aeromonas
Alcaligenes
Arthrobacter
Bacillus
Beneckea
Brevebacterium
Coryneforms
Erwinia
Flavobacterium
Klebsiella
Lactobacillus
Leumthrix
Moraxella
Nocardia
Peptococcus
Pseudomonas
Sarcina
Spherotilus
Spirillum
Streptomyces
Vibrio
Xanthomyces
Hongos
Allescheria
Aspergillus
Aureobasidium
Botrytis
Candida
Cladosporium
Cunninghamella
Debaromyces
Fusarium
Gonytrichum
Hansenula
Helminthosporiu
m
Mucor
Oidiodendrum
Paecylomyses
Phialophora
Penicillium
Rhodosporidium
Cephalosporium Rhodotorula
Saccharomyces
Saccharomycopisis
Scopulariopsis
Sporobolomyces
Torulopsis
Trichoderma
Trichosporon
Todos los ecosistemas acuáticos y marinos contienen algún tipo de microorganismos
degradadores de petróleo

Degradación de
Hidrocarburos por
diversos Tipos de
Bacteria

Costes económico en la remediación de suelos contaminados.

113
MANEJO Y CONTROL DE
PASIVOS
AMBIENTALES

19 de noviembre
del 2022
SEMESTRE ACADÉMICO
2022 B
IMPACTOS AMBIENTALES
DE LA MINERIA
EN EL SUELO
DE SUELOS
RECURSOS NATURALES

IMPACTOS AMBIENTALES
DE LA MINERIA
EN EL SUELO

IMPACTOS AMBIENTALES DE LA MINERIA EN EL SUELO

Uno de los efectos más indeseados de la actividad
industrial y minera es la contaminación del suelo. Pero ¿en
qué consiste? ¿cuáles son los contaminantes que pueden
afectar al suelo, y qué efectos tienen sobre sus
propiedades físicas y químicas? A lo largo de este capítulo
intentaremos entregar una visión general sobre el tema,
analizando los aspectos químicos y mineralógicos del
mismo.
Minería y suelo:
La contaminación del suelo

El suelo es, por principio, el sitio donde van a parar gran parte de
los desechos sólidos y líquidos de cualquier actividad humana.
Indiquemos no obstante, que los suelos son también el
receptáculo de los deshechos no deseables de origen geológico,
por ejemplo, de las aguas ácidas con metales pesados
provenientes de mineralizaciones sulfuradas aflorantes.
Todo lo que no es de utilidad en los procesos industriales,
mineros, urbanos, agrícolas, etc., se acumula en el suelo, en
general sin mayores precauciones. Con ello, la escombreras
mineras, los productos producidos en una fábrica, muchos
desechos líquidos, se han venido depositando sobre los suelos
sin control alguno a lo largo de siglos e incluso milenios
(recordemos los desechos urbanos y mineros de la Roma
clásica).

Contaminantes de origen minero
La minería en su conjunto GENERA toda una serie de
contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos, que de una forma u
otra van a parar al suelo. Esto sucede ya sea por depósito a partir
de la atmósfera como partículas sedimentadas o traídas por las
aguas de lluvia, por el vertido directo de los productos líquidos de
la actividad minera y metalúrgica, o por la infiltración de productos
de lixiviación del entorno minero: aguas provenientes de minas a
cielo abierto, escombreras (mineral dumps), etc., o por la
disposición de elementos mineros sobre el suelo: escombreras,
talleres de la mina u otras edificaciones más o menos
contaminantes en cada caso.

Ya hemos visto en los temas anteriores lo que se refiere a las emisiones mineras
a la atmósfera y agua, pero ¿cómo actúan éstas sobre el suelo? ¿Qué
interacciones originan?
La presencia de gases contaminantes de origen minero en la atmósfera
constituye sin duda un problema menor frente a los de origen industrial o
urbano. Esto es debido a que sus volúmenes, comparados con los emitido por
otro tipo de actividades, suelen ser limitados. Las excepciones son las
relacionadas con la actividad metalúrgica (sobre todo de sulfuros) o de procesos
de combustión directa de carbón. En estos casos, las emisiones gaseosas
suelen ser ricas en SO2-SO3, lo que implica, como vimos en su momento, la
formación de la denominada “lluvia ácida”, cargada en ácidos fuertes como el
sulfúrico o el sulfuroso (pasos secuenciales):
SO2 (g) + H2O(l) <=> SO2(l)
SO2(l) + 2H2O(l) <=> H3O+ + HSO3
-
HSO3
- + H2O(l) <=> H3O+ + SO3
2-
Al llegar estos ácidos al suelo producen efectos devastadores sobre la vegetación, infiltrándose en
el suelo. Cabe destacar también la acción sobre las aguas continentales (lagos), que puede

La lluvia ácida puede producir efectos más o menos
importantes en función de la alcalinidad del suelo: cuando el
suelo contiene abundantes carbonatos tiene una alta capacidad
de neutralizar estos efectos, mediante la formación de sulfato
cálcico y liberación de CO2. A su vez, el CO2liberado en el
proceso puede combinarse con el agua del suelo produciendo
ácido carbónico y bicarbonatos, que en todo caso son menos
fuertes que los ácidos derivados del azufre. Así pues, en
ausencia de agentes neutralizadores (carbonatos) la lluvia ácida
acaba produciendo una acidificación del suelo, que degrada y
oxida la materia orgánica que contiene, reduciendo
considerablemente su productividad agronómica y forestal.
Además, puede producir tanto la movilización de algunos
componentes a través de la formación de sales solubles, como la
inmovilización agronómica de otros, que pueden pasar a formar
compuestos insolubles, no biodisponibles.

Por su parte, los vertidos o efluentes líquidos que llegan al suelo pueden
tener efectos muy variados en función de su composición. En el epígrafe
siguiente hablaremos más en detalle de este tema.
La disposición de elementos mineros sólidos sobre el suelo puede tener
sobre éste efectos variados:
 La de escombreras (mineral dumps) puede inducir la infiltración de
aguas de lixiviación, más o menos contaminadas en función de la
naturaleza de la mena presente en la escombrera en cuestión. Por
ejemplo, mientras hay minerales fácilmente lixiviables (p.ej., pirita,
esfalerita), otros son mucho más estables (p.ej., galena). De esta
manera, es más fácil introducir en las aguas Zn2+, Cu2+, Fe3+, Fe2+que
Pb2+. También produce un importante efecto de apelmazado del suelo,
relacionado con el peso de los materiales acumulados, que cambia
completamente el comportamiento mecánico de éste incluso después
de retirada la escombrera. Otro efecto es el de recubrimiento, que
evita la formación y acumulación de la materia orgánica, y el
intercambio de gases con la atmósfera.

 La de los procesos derivados de la lixiviación en pila (heap
leaching), comúnmente utilizados para la extracción
metalúrgica de uranio, cobre y oro. La mena triturada es
dispuesta en agrupamientos rectangulares de unos metros de
altura sobre bases impermeables. En el caso del uranio y del
cobre las pilas se riegan mediante aspersores con una solución
de ácido sulfúrico (en el caso del cobre, se pueden introducir
también bacterias de tipo T. ferrooxidans). La química del
proceso es similar a la que vimos en el Tema 3 sobre drenaje
ácido (ver). En cuanto al oro, su lixiviación se basa en la
utilización de compuestos cianurados (normalmente cianuro de
sodio). La pila también se riega con aspersores, y el proceso
químico es del tipo:
2 Au + 4 CN- + 02 + 2 H2O -> 2 Au[(CN)2]2- + 2 OH- + H2O2

Aunque en todos los casos se utilizan superficies basales impermeables bajo
las pilas, las infiltraciones son siempre posibles. Por otra parte, el viento
puede formar aerosoles, arrastrando a áreas más o menos alejadas estos
productos.
 La de talleres de mina es una de las que tienen un mayor potencial
contaminante, derivado de la presencia de hidrocarburos en grandes
cantidades: depósitos de combustible para repostar, aceites pesados
lubricantes, etc., cuyo vertido accidental suele ser bastante común, y
tienen una gran facilidad de flujo y de infiltración en el suelo.
 Otros edificios mineros (lavaderos, polvorines, oficinas, etc.) pueden
producir efectos más o menos importantes, en función de factores
diversos: existencia de instalaciones anexas, empleo de reactivos más o
menos tóxicos, condiciones de almacenamiento de éstos, etc.

En definitiva, la minería puede producir sobre el suelo
alteraciones más o menos importantes de carácter físico,
físico-químico y químico, que en general ocasionan su
infertilidad, o en el peor de los casos, mantienen su
fertilidad pero permiten el paso de los contaminantes a la
cadena alimenticia, a través del agua, o de la
incorporación de los contaminantes a los tejidos de
animales o vegetales comestibles.

Vulnerabilidad del suelo ante los contaminantes químicos
Uno de los principales problemas que puede producir la minería es la
adición al suelo de una fase líquida. Esta habitualmente presenta una
composición muy diferente a la que habitualmente se infiltra en el mismo
en ausencia de actividades mineras (agua de lluvia). Las interacciones
resultantes pueden ser muy variadas en función de la composición
química del fluido, la mineralogía del suelo, y el factor climático
(temperaturas medias, abundancia y frecuencia de lluvias).
Los efectos en el suelo en relación con la presencia de contaminantes
pueden ser variados, e incluso variar con el tiempo o con las condiciones
climáticas. En unos casos los contaminantes se acumulan en formas
lábiles, de alta solubilidad, de forma que están disponibles para que los
animales y vegetales que viven sobre el mismo puedan captarlos, y sufrir
sus efectos tóxicos.

También pueden facilitar la contaminación de los acuíferos, ya que
las aguas de infiltración pueden incorporar a éstos los contaminantes.
Pero también pueden tener un efecto absorbente, actuando como un
biofiltro altamente reactivo que facilita la inmovilización de los
contaminantes gracias a procesos físicos (filtración), físico-químicos
(neutralización), químicos (sorción, precipitación, complejación,
degradación química) o biológicos (biodegradación). En este sistema
juegan un papel especialmente importante las arcillas, debido a sus
propiedades de absorción, adsorción e intercambio iónico. Sin
embargo, cuando se supera la capacidad de amortiguación del suelo,
éste se convierte de hecho en fuente de contaminación. De igual
forma, un cambio en las condiciones climáticas puede producir la
reversibilidad del proceso.

Por ello a menudo se habla de que la presencia de
contaminantes en el suelo constituye una bomba de
tiempo química, que aún si en un determinado momento
no produce efecto alguno, si puede hacerlo en un futuro.
Por ejemplo, si la erosión del mismo induce un transporte
de los contaminantes a otras áreas.
En relación con ello, tenemos que definir el concepto
de Carga Crítica de un suelo, como la cantidad máxima
de un determinado componente que puede ser
incorporado a un suelo sin que se produzcan efectos
nocivos.
Esto nos lleva a otros conceptos importantes en lo
relativo a la presencia de contaminantes en el suelo: los
de geodisponibilidad y biodisponibilidad.

La geodisponibilidad es la consecuencia directa de la actividad
minera: al llevar a cabo la explotación minera de un yacimiento, se
ponen a disposición del medio geológico unos elementos que antes
no lo estaban, o lo estaban de forma mucho más limitada. Cabe
destacar, no obstante, que muchos yacimientos minerales,
particularmente los de menas sulfuradas, son en sí fuentes naturales
de contaminación ambiental. Esto depende en gran medida de si son
o no aflorantes, de su profundidad (en especial, si se localizan por
encima o por debajo del nivel freático), composición mineralógica, etc.

La biodisponibilidad, por su parte,
sería “el grado por el cual un
contaminante en una fuente potencial,
está disponible para ser tomado por
un organismo”. Por ejemplo, muchas
plantas tienen la capacidad de
absorber determinadas
concentraciones de elementos
pesados, siempre que se encuentren
en el suelo en formas solubles, o
asociados a nutrientes básicos.

En definitiva, la minería pone a disposición del medio ambiente una
serie de sustancias potencialmente tóxicas, pero que por lo general han
de sufrir una serie de transformaciones físicas, químicas y biológicas
para que puedan entrar en la biosfera. No obstante, y parafraseando la
letra de una canción del grupo español Mecano, podríamos decir de la
minería: “no podemos vivir sin ella, pero con ella tampoco”. El Nevada
Bureau of Mines (USA) lo ha expresado de la siguiente forma: “If it isn’t
grown, it has to be mined”. Sin embargo, hoy por hoy se están
adoptando una serie de medidas correctoras que hacen que la minería
aún siendo una vecina incómoda, al menos “sí podamos vivir con ella”.

Los procesos concretos que controlan las transformaciones
son los siguientes:
Procesos de precipitación/disolución
Los compuestos que constituyen la
contaminación pueden formar
compuestos insolubles al ser
depositados en el suelo. La naturaleza
de tales compuestos insolubles
dependerá de la composición del
suelo, de la composición del
contaminante, y otra parte, de las
condiciones físico-químicas bajo las
que se produce el fenómeno. Algunos
ejemplos: el cadmio soluble precipita
en forma de CdCO3 en presencia de
carbonatos en el suelo.

Este tipo de reacciones de precipitación/disolución están sujetas a
limitaciones cinéticas: la formación de una fase sólida puede ser una
reacción rápida una vez que todos los componentes que forman la
fase sólida se encuentran presentes. El precipitado así formado es
generalmente una fase mineral de muy baja cristalinidad, muy lábil
frente a cualquier cambio en las condiciones que permiten su
formación. Con el paso del tiempo, esta fase va adquiriendo una
mayor cristalinidad y estabilidad físico-química (p.ej., paso de
Fe(OH)3 a FeO(OH), y finalmente a Fe2O3). No obstante, cuando uno
de los componentes necesarios para formar la fase nueva se
encuentra inicialmente en fase sólida en el suelo, la cinética de la
reacción suele ser más lenta. Todo ello condiciona la dinámica global
del proceso.

Procesos de sorción/desorción
El proceso de sorción puede definirse como la interacción de una fase
líquida con una sólida, y comprende en el detalle tres mecanismos:
adsorción, precipitación superficial y absorción.
 La adsorción consiste en la acumulación de una especie del líquido
(adsorbato) sobre la superficie de una fase sólida (adsorbente). Es un
proceso complejo, en el que se establecen fuerzas de asociación entre
ambos componentes de muy diverso tipo: enlaces (covalentes,
iónicos, por fuerzas de van der waals, por puentes de hidrógeno),
intercambio de ligandos, energía de orientación dipolo-dipolo, efecto
hidrofóbico).
 La precipitación superficial consiste en la formación de un precipitado
cristalino sobre el sólido, que puede tener su misma u otra
composición.
 La absorción implica la incorporación de la o las fases dentro del
sólido, de forma más o menos uniforme en la estructura cristalina.

IMPACTO DE LA MINERIA EN EL MEDIO NATURAL
IMPACTO AL TERRENO

31
LA MINERIA Y CONTAMINACIONDEL SUELO

ITGE (1995). Contaminación y depuración de suelos. Publicaciones del ITGE. 330
pg.
Krauskopf, K.B.; Bird, D.K. (1995) Introduction to geochemistry. McGraw-Hill, NY,
647 pp.
McLean, J.E.; Bledsoe, B.E. (1992). Behaviour of metals is soils. USEPA Ground
Water Issue, EPA/540/S-92/018.
Porta, J.; López-Acevedo, M.; Roquero, C. (1999) Edafología para la agricultura y el
medio ambiente. Ediciones Mundi-Prensa. 849 pg.
Soil Survey Division, Natural Resources Conservation Service, United
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Williams, I. (2001) Environmental geochemistry. Wiley, NY, 388 pp.
BIBLIOGRAFIA

36
CONTAMINACIÓN DEL SUELO CON MERCURIO

CONT
AMINACIÓNDELSUELO
POR MERCURIO
Un problema medio
ambiental global

ELMERCURIOYSUS
TRAGEDIASENEL
MUNDO
 La minería informal yel
mercurio en el Perú.
El caso del derrame de
mercurio en Choropampa
ylos daños a la salud en la
población rural expuesta.
 Japón, bahía de Minamata.
 Desastre de Irak.

DESASTREDEIRAK
Entre 1971 y 1972 enferman más
de
6.000 personas y decenas de
miles sufren graves
consecuencias
residuales debido a un
envenenamiento con mercurio
originado en semillas de trigo y
cebada importadas desde
México y
EE.UU.

JAPÓN,BAHÍADE
MINAMATA
La Llamada Enfermedad de
Minamata, debida al consumo
de pescadoy mariscos
contaminados con
metilmercurio, sedebe a la
producción de metil Hg por
bacterias presentesen el agua, y
suposterior liberación en el
medio acuático

ELCASODELDERRAMEDEMERCURIOENCHOROPAMPAYLOS DAÑOSALASALUDEN
POBLACIÓNRURALEXPUESTA
EnCajamarca, situada en losAndesdel
norte de Perú, seubica la Minera
Yanacocha, la mina de oro másgrande de
América Latina. Eldía viernes 2de junio del
año 2000, un camión de transporte produjo
el derrame de 1
5
1kg de mercurio metálico;
másde un millar de campesinos y
campesinasque no conocían losefectos
tóxicos del mercurio fueron afectados por
este accidente.

LAMINERÍAINFORMALYEL
MERCURIOENELPERÚ
Elgran
movimiento de
tierras que
ocasionala
extracción ilegal
de losrecursos
mineros afecta la
topología de la
zona donde se
realiza la
explotación,
ocasionando la
alteración de
ecosistemasy la
pérdida dehábitat
para algunas
especies.

ASPECTOS GENERALES
DEL MERCURIO

Símbolo: Hg
Numero atómico: 80
Masa atómica : 200,59
Estados de oxidación: +1, +2
Punto de Fusión: (ºC): -38,83
Punto de Ebullición: (ºC): 356,73
Densidad (kg/m3): 13546;(20ºC)
Volumen atómico: (cm3/mol):14,81
Color: Blancoplateado
En temperatura deambienteestado Líquido
Mercurio

incorporación del mercurio
proceso de
desgasificación
del mercurio
metal
seinhala
directamente
incorporaa
lascadenas
tróficas
ciclo delagua
vulcanismo
ATMÓSFERA

vertidos industriales
atmosféricos o por la
combustión decarbones
ATMÓSFERA
seinhala
directamente
HOMBRE
el vertido de
residuos alas
aguas de los ríosy
mares
uso
agrícola,
está
presente
como
contamina
nte del
suelo.

Fisicoquímica del
mercurio
El mercurio puedeenlazarse
con otros compuestoscomo
mercurio monovalente o
divalente (representado
como Hg(I) y Hg(II) o Hg2+,
respectivamente).
compuestos
inorgánicos de
mercurio son: sulfuro
de mercurio (HgS),
óxido de mercurio
(HgO) y cloruro de
mercurio
estos
también
(HgCl2). A
compuestos
se les
conoce como salesde
mercurio
compuestos
orgánicos de
mercurio: (como el
dimetilmercurio,
fenilmercurio,
etilmercurio y
metilmercurio),
pero el más
conocido de todos
es elmetilmercurio.
En condiciones naturales, el
mercurio se da en alguno de los
siguientes estados:
•Como vapor metálico y
mercurio líquido/elemental.
•Unido a minerales que
contienen mercurio(sólido).
•Como iones en solución o
unido a compuestos iónicos
(sales inorgánicas yorgánicas).
•Como complejos iónicos
solubles.
•Como compuestos orgánicos
no iónicos gaseososodisueltos.
•Unido a partículas o materia
orgánica o inorgánica mediante
adsorción iónica, electrofílica o
lipofílica.

EMISIONES DEL
MERCURIO
 FUENTES NATURALES
 ACTIVIDADES HUMANAS

Mayormente lo encontramos en
forma de sulfuros.
•Cinabrio rojo(HgS-80%)
•Metacinabrio negro(sulfuro mixto)
•Calomel
EL MERCURIO EN LA NATURALEZA

TRATAMIENTO DE SUELOS PORMERCURIO
TRATAMIENTO DE SUELOS PORMERCURIO
Las emisiones
procedentes
naturales,
humanas
de mercurio
de procesos
y de actividades
del pasado, se
escapan del control humano.
Aquellas procedentes de
actividades humanas actuales
pueden ser limitadas mediante
medidas, o bien preventivas, o
bien de control.
TECNICAS DE REMEDIACIÓN
Otras tecnologías incluyen la reducción
química, separación por membranas,
técnicas emergentes como adsorción de
macrociclos, extracción por membranas yel
tratamiento biológico. A continuación,
veamos algunas de estastecnologías:
Otras tecnologías incluyen la reducción
química, separación por membranas,
técnicas emergentes como adsorción de
macrociclos, extracción por membranas y el
tratamiento biológico. A continuación,
veamos algunas de estastecnologías:
Solidificación/Estabilización (in situ o ex situ)
Lavado de suelos / Extracción ácida (ex situ)
Tratamiento Térmico (ex
sViitturi)ficación(in situ o exsitu)
Vitrificación (in situ o ex situ)
Precipitación /coprecipitación
Adsorción
Filtración de Membrana
BIORREMEDIACIÓN
BIORREMEDIACIÓN

BIORREMEDI
ACIÓN
Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de
mercurio ha probado ser una tecnología efectiva
para el tratamiento de la contaminación con este
metal. El proceso se basa fundamentalmente en la
capacidad de ciertos grupos biológicos de soportar
altas concentraciones de mercurio presentes en los
medios donde se encuentran.
Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de
mercurio ha probado ser una tecnología efectiva
para el tratamiento de la contaminación con este
metal. El proceso se basa fundamentalmente en la
capacidad de ciertos grupos biológicos de soportar
altas concentraciones de mercurio presentes en los
medios donde se encuentran.
● Los mecanismos de esta resistencia se
● encuentran codificadas en genes que les permite modificar la forma contaminante, usualmente el me
y transformarlo en una forma menos tóxica o en mercurio elemental. Adicionalmente, puede prese
acumulación o retención del químico en la biomasa microbiana.
Los mecanismos de esta resistencia se
encuentran codificadas en genes que les permite
modificar la forma contaminante, usualmente el
metil mercurio ytransformarlo en una forma
menos tóxica o en mercurio elemental.
Adicionalmente, puede presentarse una
acumulación o retención del químico en la
biomasa microbiana.
MECANISMOS DE BIORREMEDIACIÓN
Reducción enzimática a Hgº yvolatilización
Formación de HgS insoluble
Remoción de mercurio en aguasresiduales
Remoción de mercurio en aguasresiduales
Plantas genéticamentemodificadas

PERSONAS CONTAMINADAS PORMERCURIO
PERSONAS CONTAMINADAS
POR MERCURIO
La investigación sobre el tratamiento de envenenamiento por mercurio es limitada.
Los medicamentos disponibles en la actualidad para la intoxicación aguda de
mercurio incluyen quelantes de N-acetil-D, L-penicilamina, British anti-Lewisita,
ácido 2,3-dimercapto-1-propanosulfónico y ácido dimercaptosuccínico. En un
pequeño estudio con 11 trabajadores de la construcción expuestos al mercurio
elemental, los pacientes fueron tratados con DMSA yelPAN.
La terapia de quelación con ambos fármacos dio como resultado la
movilización de una pequeña fracción del total de mercurio corporal estimado.
DMSA fue capaz de aumentar la excreción de mercurio a una mayor medida
que la NAP
.

SOLUCIONES GENERALES
PARA EVITAR RIESGOS Y
CONTAMINACIÓN POR MERCURIO

ES NECESARIA LA COMBINACIÓN DE
MEDIDAS DE CONTROL Y DE
MEDIDAS PREVENTIVAS PARA QUE
LA REDUCCIÓN DE EMISIONES DE
MERCURIO SEA ÓPTIMA. HE AQUÍ
ALGUNAS MEDIDAS PARA ALGUNAS
DE LAS FUENTES MÁS
IMPORTANTES:

 Las incineradoras de residuos urbanos y médicos pueden separar los desechos que contengan mercurio antes de la combustión.
Las incineradoras de residuos urbanos y médicos pueden separar los desechos que contengan mercurio antes de la combustión.
Las industrias de cemento, mineras y metálicas que usan materias primas con trazas de contaminación pueden usar una materia prima de mejor calidad o poner en marcha controles de fin de ciclo
La industria de chatarra de acero puede separar de antemano los componentes que contienen mercurio, como las luces e interruptores.
Los mineros de oro a pequeña escala pueden recibir formación sobre métodos más seguros que no utilizan o utilizan menos mercurio. Es difícil controlar esa prohibición; los mineros de oro a
pequeña escala pueden recibir formación sobre métodos más seguros que no utilizan o utilizan menos mercurio

«A veces sentimos quelo que hacemos es
tan solo una gota de agua en el mar,pero
el marseria menos si lefaltara una gota».
Madre Teresade Calcuta (1910-1997)

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