ES2691307B2

ES2691307B2 - Procedimiento, inyector y sistema de remediacion de sedimentos marinos anoxicos

Info

Publication number: ES2691307B2
Application number: ES201730723A
Authority: ES
Inventors: Fontanet Cesar Bordehore; Sala María Del Mar Cerdan
Original assignee: Universidad de Alicante
Current assignee: Universidad de Alicante
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2019-04-12
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: WO2018215680A1; ES2691307A1

Description

DESCRIPCION

PROCEDIMIENTO, INYECTOR Y SISTEMA DE REMEDIACION DE SEDIMENTOS

MARINOS ANOXICOS

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento de remediacion de sedimentos anoxicos en playas, puertos, estuarios o mar abierto, que se basa en la aspiracion de agua de mar, un tratamiento intermedio que consigue saturar en oxfgeno el agua aspirada a traves de un sistema de burbujeo de aire , y una inyeccion final de dicha agua saturada en el sedimento a tratar con el fin de intercambiar el agua intersticial con baja concentracion de oxfgeno existente en ese medio por agua saturada en oxfgeno, y para lo cual tambien se define el sistema de elementos y dispositivos necesarios para llevarlo a cabo.

Esta invencion se centra en el campo de las tecnologfas de descontaminacion de sedimentos afectados por sustancias tanto de tipo organico como inorganico, y mas espedficamente en los trabajos y tecnicas relacionadas con la regeneracion del sedimento y las condiciones para el uso publico y recreativo de playas, y al acondicionamiento ambiental de sedimentos anoxicos extrafdos durante el dragado de puertos.

Estado de la tecnica

La existencia de sedimentos fangosos anoxicos en playas ni controlados ni tratados, es un problema ambiental conocido dentro del sector de las tecnologfas de descontaminacion y de acondicionamiento ambiental, de hecho, hasta la fecha no se conoce otra tecnica que permita remediar dichos sedimentos que no implique la deslocalizacion. Ante estos problemas puntuales derivados del no control de los fangos, por ejemplo de malos olores, la solucion habitual se reduce a un dragado y gestion de esos fangos anoxicos en otro lugar, normalmente vertiendolos a un vertedero terrestre, o en el mismo mar pero en zonas alejadas de la costa.

En este sentido, la presencia de sedimentos anoxicos es frecuente en areas excesivamente resguardadas por puertos o escolleras, donde el bajo hidrodinamismo favorece la sedimentacion de material fino y la deposicion de materia organica. Por esta razon, en estos lugares se generan zonas anoxicas ricas en materia organica en las que se produce la liberacion de acido sulfddrico, H2S, y la formacion de sulfuro ferroso, FeS, que junto con la materia organica acumulada, confieren un color negro brillante a los sedimentos, una textura plastica y un caracterfstico olor fetido.

Ademas de este problema de pobre hidrodinamismo provocado principalmente por factores antropogenicos, en las ultimas decadas se anade problema ambiental que radica en un cambio en las comunidades marinas bentonicas, donde por ejemplo el alga Caulerpa prolifera ha substituido en parte a las fanerogamas Posidonia oceanica y Cymodocea nodosa. La presencia de Caulerpa prolifera, por la forma de sus frondes, favorece la deposicion de partfculas finas, y tambien genera una gran cantidad de materia organica que se acumula en el sedimento, incrementando las ya condiciones reductoras presentes en estas zonas del litoral.

Como consecuencia de todos estos cambios, se potencia el porcentaje de materiales finos y de materia organica en el sedimento volviendose fangoso, lo que afecta negativamente al potencial turfstico y uso publico de las playas, generandose entre otros la presencia de malos olores, ademas de reducir la biodiversidad asociada a dichos sedimentos, ya que la presencia de H2S en el sedimento, aun en bajas concentraciones, tiene una elevada toxicidad sobre las rafces de las fanerogamas, y en definitiva, se reduce la calidad ambiental del medio marino.

Cara a solucionar esta problematica, los trabajos desarrollados hasta la fecha en el campo de esta invencion describen procedimientos de remediacion de sedimentos marinos en zonas alejadas de la primera lfnea de costa y dirigidos a la eliminacion de contaminantes de un origen muy diferente al propuesto en esta invencion, tales como hidrocarburos del petroleo, aceites minerales, sustancias halogenadas, metales pesados, u otros, siendo los tratamientos de descontaminacion elegidos en la mayorfa de estos trabajos los conocidos dentro del sector como el “air sparging” y el “biosparging”.

En consecuencia, la invencion propuesta tiene entre sus novedades:

- el tipo de contaminante a degradar, que en este caso es materia organica y sustancias inorganicas generadas bajo condiciones de anoxia;

- la zona de acumulacion del mismo, que en la presente invencion son playas someras y zonas de bajo hidrodinamismo que acumulen sedimentos anoxicos; y

- el procedimiento y equipamiento para llevar a cabo la remediacion de sedimentos fangosos, que como a continuacion se describe es el de inyeccion de agua de mar saturada en oxfgeno, el cual no se ha realizado hasta el momento.

Cabe destacarse que la gran ventaja del presente invento respecto a otras tecnicas de descontaminacion existentes en la actualidad es su menor impacto ambiental, ya que no introduce ninguna sustancia exogena al medio, simplemente sustituye el agua intersticial del sedimento, la cual es pobre en oxfgeno (concentraciones <2 mg O²/L a 20°C), por agua de mar saturada en oxfgeno (concentraciones «9 mg O²/L a 20°C), consiguiendose en menos de 20 dfas, unas condiciones de buena oxigenacion que permiten degradar los compuestos organicos e inorganicos que se acumulan bajo condiciones de anoxia, y que provocan la formacion de un fango insalubre.

La presente invencion, frente a otras metodologfas, consigue la remediacion de sedimentos anoxicos en ambientes acuaticos a traves de la sustitucion progresiva del agua intersticial anoxica o hipoxica, por agua saturada en oxfgeno, transformando un sedimento anaerobico, con altos contenidos en materia organica, textura plastica, color negro y olor fetido, en otro que tiene unas buenas condiciones de oxigenacion, una menor plasticidad, es pobre en materia organica, y que ha perdido la coloracion negra y el olor pestilente.

Teniendo en cuenta las metodologfas existentes en el estado de la tecnica, el procedimiento y el sistema que se describe en la presente invencion resuelve la problematica del tratamiento y remediacion de sedimentos marinos anoxicos reduciendo al mfnimo el impacto ambiental, y presenta una solucion con la que se regenera dicho sedimento y permite mejorar las condiciones para el uso publico y recreativo de las zonas de actuacion, asf como mejorar la aptitud del sedimento para albergar fauna y la comunidad vegetal y algal asociada.

Descripcion de la invencion

La presente invencion define un procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos, cuya base cientffica se centra en mejorar el aporte de oxfgeno disuelto en agua a las diferentes fracciones de materia organica oxidable y otros compuestos inorganicos reducidos que se acumulan en el seno de un sedimento, siendo la solucion descrita a continuacion la de inyectar agua de mar saturada en oxfgeno, de forma que se consiga desplazar el agua intersticial anoxica presente en el medio.

El procedimiento comprende una serie de etapas, las cuales se llevan a cabo por medio de un tipo de instrumentos, que forman en su conjunto un sistema, asf como que parametros de seguimiento se han de tener en cuenta a la hora de implementar dicho procedimiento.

Para empezar, el procedimiento parte de una etapa inicial consistente en la obtencion o captacion de agua de mar, la cual se succiona o aspira con una bomba de aspiracion de agua, ya sea sumergible o de superficie, la cual vierte el agua succionada en una cuba o deposito de almacenamiento. Esta bomba de aspiracion es una bomba de caudal regulable, ya que el flujo de entrada al deposito debe ser al menos igual al de salida, lo cual se expone mas adelante.

El deposito es un lugar intermedio de almacenamiento de agua que es utilizado para la saturacion de oxfgeno de la misma. El volumen de dicho deposito es al menos el necesario para cubrir la demanda de agua saturada en oxfgeno durante un periodo de inyeccion. Este volumen, por tanto, se ve condicionado por el resto de elementos y parametros de la inyeccion.

El deposito tiene la particularidad de comprender de:

- un sistema de filtrado consistente en una pluralidad de filtros que se ubican en la entrada de la aspiracion de la bomba impulsora de agua marina. Estos filtros disponen de una luz de entre 5 y 55 micras, y su funcion es la de evitar la entrada de sedimentos u otras partfculas en el deposito y en el circuito general de inyeccion;

-un sistema de burbujeo continuo de aire, formado por una pluralidad de difusores y un soplador de aire. Los difusores son de burbuja fina, entre 5-25 pm, ubicados y distribuidos en toda base del deposito, cuya funcion es la de aumentar la concentracion de oxfgeno disuelto en el agua hasta alcanzar valores cercanos a la saturacion, aproximadamente entre 6 y 9 mg O²/L a 20°C. Por su parte, el soplador exterior es un soplador de al menos 0,2 kW. Este sistema de burbujeo es tal que, la pluralidad de difusores repartidos por el fondo del deposito crean un burbujeo continuo y homogeneo, mas eficiente cuanto mas pequena es la burbuja, y propicia que el agua en el deposito este en constante movimiento y la saturacion de oxfgeno sea homogenea.

- al menos un oxfmetro sumergido en la masa acuatica del deposito, cuya funcion es la de medir la concentracion de oxfgeno en el agua, y realizar medidas en continuo.

- adicionalmente, conectado al oxfmetro, se puede disponer de un procesador de gestione las variaciones de la concentracion de oxfgeno disuelto en agua.

- una bomba de impulsion del agua saturada en el deposito hacia el circuito hidraulico inyector de agua saturada. Esta bomba de impulsion es una bomba de entre 2 atm y 130 atm de presion, en el que para la inyeccion en un sedimento grueso es necesario la utilizacion de una bomba de baja presion, mientras que para un sedimento fino se requiere de una bomba de alta presion.

El agua saturada es introducida a presion en un circuito hidraulico constituido por una pluralidad de tubenas, las cuales disponen de una pluralidad de inyectores. El numero de inyectores depende del numero, diametro y longitud de las tubenas. El circuito hidraulico tiene la particularidad de que esta disenado para que todos y cada uno de los inyectores reciban el mismo caudal de agua y a la misma presion, por tanto, en los extremos del circuito hidraulico adicionalmente se disponen de contadores de caudal y presion, para que la aparicion de gradientes haga que se limite el numero de inyectores. En principio, se estima que la distancia entre inyectores dentro de una tubena es de unos 10-60 cm, y su distancia viene fijada por la difusion del agua saturada en oxfgeno en cada inyector, es decir, cada inyeccion de cada inyector crea un bulbo de agua saturada de oxfgeno en el sedimento, de manera que a menor tamano de dicho bulbo, la distancia entre inyectores en la tubena es menor.

Estos inyectores son el elemento clave del sistema. Son unos conductos que se introducen en el sedimento a una profundidad de entre 10 y 30 cm. Estos inyectores son conductos opacos de material ngido para una correcta introduccion en el material del sedimento, pudiendo ser de acero inoxidable o PVC, con una longitud de entre 40 y 120 cm, y un diametro entre 4 y 12 mm, en el que el extremo inferior esta sellado y tiene configuracion conica para facilitar la accion de penetracion en el sedimento, y dispone a partir de la zona conica de una pluralidad de perforaciones radiales por las que sale inyectado el agua saturada de oxfgeno. Entrando en detalle, preferentemente la altura de dicha punta conica esta en el entorno de los 4 y 24 mm, y las perforaciones se ubican en una seccion de entre 1 y 7 cm de altura a una distancia de 2 a 7 cm de la zona conica del conducto. Las perforaciones son preferentemente aberturas circulares de entre 0,5 y 3 mm de diametro, realizandose de manera preferente entre 15 y 25 perforaciones; aunque tambien puede disponerse de unas aberturas en forma de malla adecuada de nylon o acero con una luz de malla de entre 100 y 1000 micras.

Una vez los inyectores estan introducidos en el sedimento a tratar, se inyecta el agua saturada de oxfgeno desde el deposito. Como norma general la presion y caudal utilizados deben ser suficientes para desplazar el agua intersticial, a mayor concentracion de finos del sedimento, la presion ha de ser mayor, y como se ha visto con anterioridad, esta presion esta entre las 2 y 130 atm. Para conseguir la regeneracion del sedimento, la inyeccion de agua de mar saturada en oxfgeno se realiza con una frecuencia o ciclo de inyeccion que vana entre los 50 a 70 minutos de inyeccion y 90 a 180 minutos de reposo, y con un tiempo variable dependiendo del sedimento a tratar, pudiendo llegar a 30 dfas de trabajo.

Adicionalmente, este procedimiento sugiere la implementacion de un plan de seguimiento ambiental y de comprobacion de la eficiencia del metodo utilizado, analizando los cambios que se producen tanto en el agua intersticial como en el propio sedimento tratado. En especial este trabajo consiste en monitorizar a lo largo del tiempo, con separacion temporal entre medidas de entre 3 y 7 dfas, al menos los siguientes parametros en el agua intersticial: potencial redox, concentracion de oxfgeno disuelto, demanda qufmica de oxfgeno, pH y concentracion de sulfuros-sulfatos; y el contenido en materia organica, olor y color den el sedimento. Tambien es necesario realizar al menos dos medidas anteriores al inicio del tratamiento para poder comparar antes-despues.

Para terminar, cabe destacarse que por norma general los sedimentos acuaticos anoxicos se definen por tener una baja concentracion de oxfgeno disuelto y un potencial redox negativo, con valores tfpicos que oscilan entre 0 y 2 mg O²/L, y -50 y -200 mV respectivamente. La realizacion de la presente invencion, mediante la remocion del agua intersticial del sedimento, baja en oxfgeno y con potencial redox negativo, y su cambio por agua saturada en oxfgeno y potencial redox positivo consigue la oxidacion de la materia organica oxidable, mejorando las condiciones ambientales y de uso de dichos sedimentos. Ademas, esta oxidacion permite la eliminacion de sustancias toxicas para la fauna que vive dentro del sedimento (infauna, principalmente mesofauna -20pm a 200 pm y macrofauna >200 pm), principalmente H²S; y tambien se eliminan sustancias volatiles malolientes, como los compuestos reducidos del azufre que menoscaban la capacidad de una playa somera de ser utilizada para el bano.

Para completar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caractensticas del invento, se acompana como parte integrante de la misma un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Fig.1 es una representacion del esquema del sistema de inyeccion, en el que se muestran todos los elementos con los que se lleva a cabo el procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos

Fig.2 es una representacion de un inyector, que formando parte del sistema, es el elemento que se introduce en el sedimento marino a tratar.

Fig.3 es una representacion de un juego de inyectores.

Exposicion de un modo detallado de realizacion de la invencion.

Teniendo en cuenta las figuras anteriores, y en concreto la Figura 1, el procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos se basa en una serie de etapas que siguen una secuencia establecida y que comprende de los siguientes pasos:

- aspiracion de agua de mar, lo cual se lleva a cabo con una bomba aspiracion (2); - almacenamiento en un deposito (3) de dicha agua de mar aspirada;

- tratamiento en el deposito (3) del agua de mar con un sistema de burbujeo hasta que el agua llega a una concentracion de oxfgeno disuelto en un rango de entre 6 y 9 mg O²/L a 20°C, estando dicho sistema de burbujeo formado por una pluralidad de difusores (4) y un soplador de aire (5), y midiendose la concentracion de oxfgeno con un oxfmetro (7);

- inyeccion por medio de una bomba de impulsion (6) de dicha agua saturada a un circuito hidraulico que dispone de tuberfas (9) con una pluralidad de inyectores (1) que son introducidos en el sedimento (10) a tratar y en el que los inyectores (1) tienen perforaciones por donde el agua saturada es inyectada en dicho sedimento; y - la inyeccion de agua saturada en el sedimento (10) se realiza con una secuencia de inyeccion de entre 90-180 minutos de reposo y 50-70 minutos de inyeccion.

En este sentido, cabe destacarse que, el burbujeo se produce por una pluralidad de difusores (4) generadores de burbujas finas (40) de entre 5-25 pm de diametro; que el soplador de aire (5) es exterior y de al menos 0,2kW de potencia; que cada inyector (1) se introduce en el sedimento (10) una profundidad (a) de entre 10-30 cm (Figura 2); y que la presion de inyeccion con la que la bomba de impulsion (6) inyecta el agua saturada en oxfgeno al circuito hidraulico es de entre 2 y 130 atmosferas.

Adicionalmente, en el deposito (3) se dispone de un sistema de filtrado consistente en una pluralidad de filtros (8) que se ubican preferentemente en la entrada de la aspiracion del agua marina, aunque tambien puede estar a la salida, en el que los filtros (8) disponen de una luz de entre 5 y 55 micras, y su funcion es la de evitar la entrada de sedimentos u otras partfculas en el deposito (3) y en el circuito hidraulico de inyeccion formado por las tuberfas (9) e inyectores (1).

Tal como se puede observar de manera detallada en la Figura 2, cada inyector (1) es un conducto cilmdrico conectado en su extremo superior a una tubena (9) del circuito hidraulico, que se introduce en el sedimento (10) a una profundidad de entre 10 y 30 cm. Este inyector (1) es un conducto opaco de material ngido para una correcta introduccion en el material del sedimento (10), y en preferentemente dispone de una longitud de entre 40 y 120 cm, y un diametro entre 4 y 12 mm. Para la correcta introduccion en el sedimento (10), el extremo inferior (11) esta sellado y tiene configuracion conica para facilitar la accion de penetracion, que preferentemente tiene una altura en el entorno de los 4 a 24 mm. A partir de la zona conica, el inyector (1) dispone de una pluralidad de perforaciones (12) radiales por las que sale inyectado el agua saturada de oxfgeno, generandose un bulbo (13) de oxigenacion.

En una realizacion preferente de la invencion, las perforaciones (12) se ubican en una seccion de entre 1 y 7 cm de altura a una distancia de 2 a 7 cm de la zona conica del conducto, siendo dichas perforaciones aberturas circulares de entre 0,5 y 3 mm de diametro, y habiendo un total de entre 15 y 25 aberturas. En otra realizacion, dichas perforaciones (12) son unas aberturas en forma de malla adecuada de nylon o acero con una luz de malla de entre 100 y 1000 micras, en una franja similar a la anterior.

La Figura 3 muestra una serie de inyectores (1) conectados a una tubena (9) del circuito hidraulico, en los que se advierte una separacion entre inyectores (1). La distancia entre inyectores (1) es preferentemente de entre 10 y 60 cm, y su distancia viene fijada por el tamano del bulbo (13) de agua saturada en oxfgeno que genera cada inyector (1) en el sedimento, de manera que a menor tamano de dicho bulbo (13), la distancia entre inyectores (1) en la tubena (9) es menor.

Claims

REIVINDICACIONES

1 Procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos, que comprende de las etapas de:

- aspiracion de agua de mar;

- almacenamiento en un deposito de dicha agua de mar aspirada;

y se caracteriza porque ademas comprende de:

- un tratamiento en el deposito del agua de mar aspirada con un sistema de burbujeo hasta que el agua llega a una concentracion de oxfgeno disuelto en un rango de entre 6 y 9 mg O²/L a 20°C;

- la inyeccion de dicha agua saturada en oxfgeno en un circuito hidraulico que dispone de una pluralidad de inyectores que son introducidos en el sedimento a tratar y en el que los inyectores tienen perforaciones por donde el agua saturada en oxfgeno es inyectada en dicho sedimento; y

- en el que la inyeccion de agua saturada oxfgeno en el sedimento se realiza con una secuencia de entre 90-180 minutos de reposo y 50-70 minutos de inyeccion.
2. - Procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el burbujeo es mediante burbujas finas de entre 5 y 25 pm de diametro.
3. - Procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que cada inyector se introduce en el sedimento a una profundidad (a) de entre 10-30cm.
4. - Procedimiento de remediacion de sedimentos marinos anoxicos, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la presion de inyeccion es de entre 2 y 130 atmosferas.
5. - Inyector (1) para llevar acabo un procedimiento de remediacion de sedimentos marinos, caracterizado por ser un conducto cilfndrico rfgido conectado a una tuberfa (9) de alimentacion en su extremo superior y en el que el extremo inferior (11) que se introduce en el sedimento (10) tiene forma conica, estando sellado en su punta, y disponiendo de una pluralidad de perforaciones (12) en su pared que inyectan agua saturada en oxfgeno formando un bulbo (13) de oxigenacion en el sedimento (10) a tratar.
6. - Inyector, segun la reivindicacion 5, caracterizado por que es conducto con una longitud de entre 40 y 120 cm y con un diametro de entre 4 y 12 mm.
7. - Inyector, segun la reivindicacion 5, caracterizado porque dispone de perforaciones (12) con seccion circular con un diametro de entre 0,5 y 3 mm, en una franja de 1 y 7 cm de altura, y estando el inicio de esta franja una distancia de 2 y 7 cm desde la punta.
8. - Inyector, segun la reivindicacion 7, caracterizado porque el numero de perforaciones (12) esta entre 15 y 25.
9. - Inyector, segun la reivindicacion 5, caracterizado porque dispone de perforaciones (12) con seccion rectangular en una malla con luz de malla de entre 100-1000 micras, en una franja de 1 y 7 cm de altura, y estando el inicio de esta franja una distancia de 2 y 7 cm desde la punta.
10. - Sistema para llevar acabo un procedimiento de remediacion de sedimentos marinos, que comprendiendo al menos un inyector (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 5-9, se caracteriza ademas por comprender una bomba de aspiracion (2) que aspira agua del mar; un deposito (2) donde se satura con oxfgeno el agua de mar impulsada desde la bomba de aspiracion (2) y que dispone de un sistema de burbujeo, un oxfmetro (7) y una bomba de impulsion (9) del agua saturada; y un sistema hidraulico conformado por tuberfas (9) que alimentan de agua saturada en oxfgeno a la pluralidad de inyectores (1) introducidos en el sedimento (10) marino a tratar.
11. - Sistema, segun la reivindicacion 10, caracterizado por que el sistema de burbujeo se conforma por soplador (5) exterior de al menos 0,2 kW y una pluralidad de difusores (4) generadores de burbuja fina (40) de entre 5 y 25 pm de diametro distribuidos en el fondo del deposito (2).
12. - Sistema, segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la distancia entre inyectores (1) en una tuberfa (9) del circuito hidraulico esta en el orden de entre los 10 y 60 cm.
13. - Sistema, segun la reivindicacion 10, caracterizado por que en el deposito (2) se dispone de una pluralidad de filtros (8).
14. - Sistema, segun la reivindicacion 11, caracterizado por que los filtros (8) se ubican en la entrada de la aspiracion del agua marina.