ES2926175T3 - Composición con un material de liberación prolongada para la eliminación de hidrocarburos halogenados de entornos contaminados y procedimiento de remediación de suelos in situ utilizando dicha composición - Google Patents

Composición con un material de liberación prolongada para la eliminación de hidrocarburos halogenados de entornos contaminados y procedimiento de remediación de suelos in situ utilizando dicha composición Download PDF

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Abstract

Una composición de remediación de suelos y aguas subterráneas que contienen compuestos halogenados. La composición de remediación incluye una composición a base de hierro elemental, que puede incluir carbón activado capaz de absorber los compuestos halogenados con numerosos poros impregnados con hierro elemental. La composición de remediación incluye además un primer material de biorremediación que incluye una mezcla de uno a muchos organismos capaces de degradar los compuestos halogenados. La composición de remediación incluye un compuesto orgánico o sustancia polimérica y un segundo material de biorremediación que incluye una mezcla de uno a muchos organismos capaces de degradar el compuesto orgánico o la sustancia polimérica con el tiempo (p. ej., 20 a 365 o más días para proporcionar un tiempo de liberación). material o plataforma que crea sustrato) en moléculas o compuestos más pequeños utilizados por los organismos en el primer material de biorremediación mientras degradan los compuestos halogenados. El compuesto orgánico puede ser un carbohidrato complejo tal como almidón de calidad alimentaria, quitina u otro carbohidrato complejo tal como uno con baja solubilidad en agua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Composición con un material de liberación prolongada para la eliminación de hidrocarburos halogenados de entornos contaminados y procedimiento de remediación de suelos in situ utilizando dicha composición
Antecedentes de la descripción
1. Campo de la descripción:
La presente invención se refiere a una composición y un procedimiento para la remediación de entornos contaminados, y particularmente a la remediación de aguas subterráneas y/o suelos contaminados con hidrocarburos halogenados.
2. Descripción de la técnica relacionada:
Debido a la preocupación cada vez mayor por la protección del medio ambiente y la salud y seguridad públicas, la identificación y eliminación de materiales contaminantes en el medio ambiente, y especialmente del suministro de agua subterránea, se ha convertido en la actualidad en una de las preocupaciones ambientales más importantes. Años de vertidos no regulados de materiales peligrosos han contaminado gravemente las aguas subterráneas en muchas zonas, creando importantes problemas de salud y provocando grandes daños al ecosistema local. Como resultado, en los últimos años se ha hecho especial hincapié en la limpieza y la remediación de aguas subterráneas contaminadas y el entorno que rodea los vertederos, lo que ha dado lugar a la creación de una nueva industria de limpieza y remediación ambiental. No obstante, las tecnologías convencionales que se utilizan actualmente para la remediación de sitios contaminados a menudo son muy caras, pueden requerir años para su ejecución y no siempre son eficaces.
Debido al uso generalizado de disolventes clorados e hidrocarburos de petróleo, se han descubierto aguas subterráneas contaminadas en muchos sitios a lo largo del mundo. Los disolventes clorados, tales como el tricloroetano (TCE) y el percloroetileno (PCE), se utilizan para fines tales como limpieza en seco y como desengrasantes y limpiadores en una diversidad de industrias. Los hidrocarburos de petróleo que se encuentran comúnmente en las aguas subterráneas incluyen los componentes de la gasolina, tales como benceno, tolueno, etilbenceno y xileno. Otro contaminante común de las aguas subterráneas es la naftalina. Otros contaminantes adicionales de las aguas subterráneas y del suelo incluyen hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) generados en operaciones de combustión, coquización de carbón, refinado de petróleo y tratamiento de la madera; y bifenilos policlorados (PCB), que se han utilizado ampliamente con anterioridad en transformadores y condensadores eléctricos y para una diversidad de otros fines industriales, plaguicidas y herbicidas.
Se han utilizado diversos procedimientos ex situ e in situ para el tratamiento, la remediación y la eliminación en vertedero de suelos contaminados. Los procedimientos ex situ generalmente incluyen el traslado permanente del suelo contaminado a un vertedero seguro, la incineración, el tratamiento térmico indirecto, la aireación y la ventilación. El traslado de suelos contaminados a vertederos ya no representa una alternativa atractiva debido a los altos costes de excavación, transporte y eliminación en vertedero, y también debido a la posibilidad de responsabilidad residual. La incineración y el tratamiento térmico indirecto pueden realizarse in situ o ex situ pero, en cualquier caso, implican la excavación, la manipulación y el tratamiento de prácticamente todo el suelo contaminado, así como cantidades significativas de suelo adyacente al suelo contaminado. A continuación, el suelo debe transportarse a la instalación de tratamiento o, si no, debe instalarse el aparato de tratamiento in situ. Otras técnicas complejas y caras que se han utilizado implican la excavación y el tratamiento del suelo contaminado utilizando operaciones unitarias de múltiples etapas para separar el suelo de los contaminantes y recuperarlo.
Otros procedimientos y tecnologías de limpieza adicionales existentes incluyen procedimientos de "bombeo y tratamiento", en los que el agua subterránea contaminada se bombea a la superficie y se limpia químicamente o se hace pasar el agua subterránea por un biorreactor y después se reinyecta en el agua subterránea. Dicho proceso generalmente se lleva a cabo durante un largo periodo de tiempo, normalmente de uno a diez años o superior. Un tratamiento de remediación común para aguas subterráneas contaminadas con hidrocarburos clorados implica bombear el agua fuera del pozo o del acuífero, volatilizar los contaminantes en una torre de extracción de aire y devolver el agua descontaminada a su sitio de origen. Un tipo de remediación ambiental relacionado es el procedimiento de "excavación y transporte" en el que los suelos contaminados se retiran y después se tratan o se disponen en vertederos.
El mayor problema con los sistemas de bombeo y tratamiento es que, con el tiempo, se vuelven cada vez más ineficaces, por lo que se establecen concentraciones residuales estables. Cuando esto sucede, se dice que el sistema se ha "estancado" y la obtención de beneficios adicionales es muy reducida. Además, a menudo tiene lugar la formación de canales, creándose de esta forma grandes focos de contaminación, y con frecuencia se produce un efecto de rebote tras desconectar las bombas.
Se ha evaluado una amplia diversidad de materiales y procedimientos para la remediación in situ de hidrocarburos clorados, que incluyen hierro cero-valente (ZVI), permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno. El ZVI reduce la toxicidad del hidrocarburo clorado mediante una deshalogenación reductora, es decir, mediante la sustitución de los sustituyentes de cloro por hidrógeno. En este procedimiento, se construyen paredes reactivas cavando una zanja a lo largo de la trayectoria de migración del penacho y rellenándola con limaduras de hierro. Para dirigir el agua subterránea contaminada a través de la pared de relleno se utilizan tablestacas o cualquier otro medio apto para dirigir el flujo de agua subterránea. Los hidrocarburos clorados reaccionan con el hierro elemental a medida que el agua subterránea fluye a través de la pared e, idealmente, el agua limpia emerge por el lado de pendiente descendente de la pared. La desventaja del procedimiento de pared radica en la dificultad de introducir grandes volúmenes de material reactivo sólido, tales como partículas de hierro, a profundidades eficaces. Los procedimientos de excavación convencionales generalmente están limitados a una profundidad de trabajo práctica de aproximadamente 9,14 m (30 pies), mientras que los contaminantes de las aguas subterráneas se encuentran a profundidades de hasta 91,44 m (300 pies). Asimismo, con el paso del tiempo puede producirse una reducción de la permeabilidad en la pared debido a la precipitación y la obturación. Además, el enfoque de la pared reactiva puede no ser útil para degradar el cloruro de metileno y puede ser muy lento (por ejemplo, precisar hasta 10 años o más para lograr una remediación sustancial).
Los materiales de liberación de oxígeno (ORM) son composiciones tales como el peróxido de magnesio intercalado que liberan oxígeno lentamente y facilitan la degradación aeróbica de los contaminantes hidrocarbonados in situ. Los ORM son más eficaces cuando se utilizan para una operación de perfeccionamiento después de que un sistema mecánico se haya estancado y son menos eficaces en sitios nuevos en los que no se hayan implementado otras medidas de remediación. Tienen la desventaja de que los ORM son caros y se requieren grandes cantidades para una oxidación completa. Además, a menudo se requieren múltiples tratamientos para alcanzar los objetivos de limpieza previstos, y se pueden necesitar hasta cinco años para completar el proceso.
El Hydrogen Release Compound® (HRC) representa una opción alternativa para la remediación in situ de hidrocarburos clorados en condiciones anaeróbicas mediante una deshalogenación reductora. Cuando entra en contacto con la humedad del subsuelo, el HRC® se hidroliza, liberando lentamente ácido láctico. Los microbios anaeróbicos autóctonos (tales como los acetógenos) metabolizan el ácido láctico produciendo concentraciones bajas uniformes de hidrógeno disuelto. El hidrógeno resultante se utiliza después por otros microbios del subsuelo (deshalogenadores reductores) para retirar los átomos de cloro de las moléculas de disolvente y permitir una mayor degradación biológica. El HRC® se inyecta en el entorno afectado a presión y cada tratamiento dura aproximadamente de seis a nueve meses. Al igual que los ORM, el HRC® es caro y se requieren grandes cantidades para lograr una degradación completa. Además, generalmente se necesitan múltiples tratamientos para alcanzar los objetivos de limpieza previstos, y pueden ser necesarios hasta cinco años para completar el proceso.
Otra tecnología emergente de limpieza es la "biorremediación", en la que se aplican microorganismos naturales o genéticamente modificados a sitios contaminados tales como aguas subterráneas, suelos o rocas. En esta técnica, se desarrollan cepas especializadas de bacterias que metabolizan diversos hidrocarburos tales como gasolina, petróleo crudo u otros contaminantes basados en hidrocarburos y los reducen gradualmente a dióxido de carbono y agua. Sin embargo, esta remediación bacteriana precisa que las bacterias y el hidrocarburo entren en contacto estrecho en condiciones en las que las bacterias actúen metabolizando los hidrocarburos. Esto requiere mucho trabajo y esfuerzo para dispersar las bacterias en el suelo y después realizar continuamente trabajos en la zona contaminada, removiendo y labrando el suelo, hasta que las bacterias hayan entrado sustancialmente en contacto con todas las partículas de hidrocarburo contaminadas. Un inconveniente adicional lo ha constituido la dispersión ineficaz de las bacterias inyectadas debido a obstrucciones alrededor de los pozos provocadas por la adsorción y la proliferación de las bacterias alrededor de los pozos.
Las tecnologías descritas anteriormente comparten uno o varios de los siguientes inconvenientes: (1) se requieren largos periodos de tiempo para lograr una reducción continuada de las concentraciones de contaminantes; (2) aunque se pueden lograr reducciones, rara vez se alcanzan los niveles u objetivos de limpieza reglamentarios para el suelo y las aguas subterráneas; (3) el rendimiento es irregular y depende en gran medida de las condiciones del sitio y de los niveles de contaminantes; (4) con respecto a los sistemas activos, los contaminantes a menudo se retiran de una formación (agua subterránea, por ejemplo) y después se liberan en otra, tal como el aire, y como resultado, los contaminantes no se destruyen, solo se transportan de un lugar a otro; y (5) con respecto a los sistemas pasivos para el tratamiento de disolventes clorados, a menudo se liberan subproductos que son más tóxicos que los contaminantes originales, creando una situación transitoria más perjudicial que la que existía antes del tratamiento.
Se conocen composiciones y procedimientos para la remediación in situ de entornos contaminados, por ejemplo por los documentos US 2008/227179 A1 y US2004007524 A1.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de procesos de remediación para limpiar eficazmente aguas subterráneas y/o suelos contaminados con hidrocarburos y/o hidrocarburos halogenados que sean rápidos, rentables y que no liberen subproductos tóxicos en el suelo, el aire o el agua subterránea.
Sumario
La invención se refiere a una composición de remediación según la reivindicación 1 y a un procedimiento de remediación de suelos in situ según la reivindicación 14.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a formas de realización preferidas de la invención.
La presente descripción proporciona composiciones y procedimientos para la remediación in situ de suelos y/o aguas subterráneas que pueden reducir rápidamente las concentraciones de contaminantes a los niveles de limpieza reglamentarios. Las composiciones y los procedimientos son eficaces en una diversidad de condiciones de suelos y aguas subterráneas y pueden aplicarse para la remediación de una diversidad de contaminantes. Los procedimientos y las composiciones de la presente descripción no liberan subproductos tóxicos en los suelos, las aguas subterráneas o el aire y no tienen ningún efecto sobre las propiedades del suelo o la calidad del agua subterránea. Las composiciones de la presente descripción también son rentables, ya que permanecen activas durante un periodo prolongado de tiempo, por lo que solo se requiere un único tratamiento.
En un trabajo previo, el inventor creó una composición que, cuando se añade a un sitio tal como aguas subterráneas y/o suelos contaminados con uno o varios hidrocarburos halogenados, adsorbe los hidrocarburos halogenados y los reduce a subproductos menos inocuos. Esta composición era un carbono activado granular cuya estructura de poros interna se había impregnado con hierro elemental. Esta composición a base de hierro elemental puede considerarse un reactivo soportado para la remediación in situ de aguas subterráneas y/o suelos contaminados con uno o varios hidrocarburos halogenados. El reactivo soportado estaba formado principalmente por un adsorbente impregnado con hierro cero-valente, y el adsorbente se eligió de tal manera que fuera capaz de adsorber los contaminantes hidrocarbonados halogenados, así como los subproductos intermedios resultantes de la degradación de los contaminantes. En una forma de realización, el adsorbente es carbono activado. El inventor determinó que esta composición a base de hierro elemental era útil en procedimientos para la remediación de un entorno contaminado con hidrocarburos halogenados, incluyendo dichos procedimientos la adición del reactivo soportado a uno o varios sitios del entorno contaminado. De esta forma se logra una deshalogenación reductora de los contaminantes hidrocarbonados halogenados.
No obstante, con respecto a la presente descripción, el inventor reconoció además que puede producirse una sinergia útil entre esta composición a base de hierro elemental y las tecnologías de biorremediación. En particular, se comprendió que para lograr una degradación exitosa de hidrocarburos halogenados u otros contaminantes a menudo lo principal es conseguir una transferencia de electrones exitosa. Con este fin, la composición a base de hierro elemental se puede utilizar con una primera combinación de organismos que se eligen por su capacidad para degradar disolventes clorados y otros compuestos halogenados. Por ejemplo, la composición a base de hierro elemental puede actuar absorbiendo los contaminantes dentro de los poros del carbono activado en la proximidad del hierro de impregnación, que actúa junto con esta primera combinación de organismos degradando los contaminantes.
No obstante, además, el inventor reconoció que es deseable "alimentar" o "estimular" los organismos de la primera combinación/composición para continuar degradando los contaminantes durante un periodo de tiempo más prolongado. Los sustratos previos utilizados para este fin a menudo eran ineficaces, ya que donan hidrógeno o similares muy rápidamente y pierden su eficacia para alimentar o estimular la primera combinación de organismos con el paso del tiempo (por ejemplo, a lo largo de 20 a 40 días o más).
Para este fin el inventor descubrió que sería útil proporcionar una combinación de un compuesto orgánico (o sustancia polimérica o polímero) tal como un carbohidrato complejo para alimentar/estimular la primera combinación de organismos y una segunda combinación de organismos cuyo único/a fin/función sea romper el/los compuesto(s) orgánico(s) en moléculas más pequeñas que utilicen más fácilmente los microorganismos de la primera combinación para favorecer la degradación de los contaminantes. De esta forma, se ponen a disposición las moléculas estimulantes o más pequeñas desde el sustrato en una forma de liberación prolongada (por ejemplo, el compuesto orgánico con los organismos actúa como un material de liberación prolongada) que facilita la degradación de los contaminantes durante un periodo de tiempo mucho más largo a fin de lograr mayores porcentajes de degradación (por ejemplo, del 64 al 86 por ciento de degradación lograda en algunos ensayos en banco de pruebas). En implementaciones particulares, el compuesto orgánico es un carbohidrato complejo que es (o incluye) almidón (tal como un almidón de calidad alimentaria de una fuente tal como maíz, almidón, arroz, trigo o similares) mientras que en otras implementaciones de ejemplo, pero no limitantes, se utiliza quitina.
Se proporciona una composición que es particularmente adecuada para la remediación de suelos, aguas residuales o aguas subterráneas que contienen compuestos halogenados (tales como combustibles halogenados, disolventes clorados y similares). La composición de remediación se define en la reivindicación 1. La composición de remediación es un "material de liberación prolongada", ya que la degradación de compuestos orgánicos o sustancias poliméricas (por ejemplo, un carbohidrato complejo tal como almidón, quitina o similares) por parte de los organismos del material de segunda biorremediación se realiza a lo largo de un periodo de tiempo de al menos 20 días, tal como de 365 días o más (por ejemplo, la funcionalidad de liberación prolongada puede extenderse a lo largo de uno a tres o más años en algunos casos).
En algunas formas de realización útiles, el compuesto orgánico incluye un carbohidrato complejo en forma de almidón (por ejemplo, un almidón de calidad alimentaria tal como almidón de maíz, trigo, arroz, tapioca, patata (incluida la batata), sagú, judía mungo o arrurruz o una combinación de dichos almidones) mientras que otras composiciones de remediación utilizan quitina. En la práctica, la degradación del compuesto orgánico o sustancia polimérica por parte del, al menos un, organismo del segundo material de biorremediación comprende romper el compuesto orgánico en una pluralidad de moléculas más pequeñas que se utilizan (por ejemplo, como donantes de electrones) por el, al menos un, organismo del primer material de biorremediación durante la degradación de los compuestos halogenados.
La composición de remediación puede implementarse eficazmente en una forma de realización cuando la composición a base de hierro elemental incluye carbono activado con poros impregnados con hierro cero-valente (ZVI). En la misma o en otras implementaciones, la composición a base de hierro elemental puede incluir carbono activado que es capaz de adsorber los compuestos halogenados y que posee numerosos poros impregnados con hierro. En algunas formas de realización preferidas, el hierro (o las partículas de hierro elemental) impregnan el carbono activado disolviéndose al menos parcialmente en las paredes de los poros, y las transiciones entre el carbono activado y el hierro incluyen hierro fundido y carburo de hierro, que pueden aumentar significativamente la eficacia de la composición a base de hierro elemental en la degradación de compuestos halogenados.
En algunas formas de realización, la composición a base de hierro elemental posee entre aproximadamente el 1 y el 20 por ciento en peso de hierro. En estas o en otras formas de realización, el área superficial expuesta del hierro se encuentra entre aproximadamente 50 y 400 m2/g. Además, puede ser deseable que el carbono activado posea un área superficial de entre aproximadamente 800 y 2000 m2/g.
Descripción detallada
La descripción siguiente se refiere a nuevas composiciones y procedimientos de remediación para la remediación in situ de entornos tales como aguas subterráneas o suelos contaminados con hidrocarburos halogenados. La descripción se basa en descubrimientos previos realizados por el inventor de un reactivo soportado (o composición a base de hierro elemental) que es particularmente adecuado para limpiar aguas subterráneas y suelos contaminados con hidrocarburos halogenados. No obstante, la eficacia de esta composición a base de hierro elemental/reactivo soportado mejora enormemente al combinarla con tecnologías de biorremediación (por ejemplo, un conjunto o una combinación de uno a muchos microorganismos) adecuadas para degradar hidrocarburos halogenados a fin de crear una nueva composición de remediación.
Además, la eficacia de las tecnologías de biorremediación aumenta al incluir en la nueva composición de remediación una combinación de un material de liberación prolongada (o compuesto orgánico o sustancia polimérica (tal como un carbohidrato complejo (por ejemplo, almidón, quitina o similares))) con un segundo conjunto o combinación de uno o varios microorganismos elegidos para romper o degradar el material de liberación prolongada (por ejemplo, un carbohidrato complejo) en moléculas más pequeñas para mejorar su utilización a lo largo del tiempo por parte del segundo conjunto o combinación de microorganismos. Dicho de otra manera, la composición a base de hierro elemental (o reactivo soportado, tal como se denomina en el presente documento) en combinación con el/los compuesto(s) orgánico(s) o sustancia(s) polimérica(s) (por ejemplo, un almidón (u otro carbohidrato complejo) y microorganismos que degradan compuestos orgánicos/sustancias poliméricas proporcionan una composición o plataforma de liberación prolongada que actúa potenciando y favoreciendo (por ejemplo, estimulando) la degradación durante un periodo relativamente largo (por ejemplo de 20 a 365 días o más). Esta plataforma de liberación prolongada se utiliza (ya que libera lentamente hidrógeno o similares) en la nueva composición descrita en el presente documento por el conjunto o la combinación de microorganismos incluidos que degradan contaminantes tales como hidrocarburos halogenados.
Con respecto al "material de liberación prolongada" que se debe utilizar, el inventor comprendió que los polímeros son moléculas grandes que se forman cuando se unen los monómeros para formar la molécula más grande. El monómero puede ser un compuesto sencillo tal como etileno (CH2CH2) o una sustancia o material más complejo tal como un azúcar. En general, los polímeros tienen la estructura siguiente: [unidad de repetición]n, en la que la unidad de repetición es un monómero y n es el grado de polimerización. Con respecto a la degradación de compuestos orgánicos halogenados, se han utilizado muchas sustancias sencillas para promover dicha degradación. Sin embargo, suelen tener una vida muy corta e incluyen azúcares y ácidos grasos tales como el ácido láctico. Tal como se ha descrito anteriormente, estas sustancias o compuestos sencillos son solubles en agua y se consumen fácilmente por una diversidad de microorganismos.
Por lo tanto, el inventor reconoció la necesidad de un material de liberación prolongada que fuera una fuente de dichos compuestos que desempeñan el papel de un sustrato que puede utilizarse de forma beneficiosa por organismos capaces de degradar compuestos halogenados. Específicamente, el inventor descubrió que los compuestos orgánicos o sustancias poliméricas (o polímeros) eran buenas fuentes de dichos materiales de liberación prolongada. En algunas aplicaciones pueden preferirse polímeros de origen natural, pero también pueden utilizarse polímeros artificiales para poner en práctica los productos/procesos de remediación de la presente descripción.
Los polímeros de origen natural se dividen en tres tipos o categorías generales: (1) polinucleótidos; (2) poliamidas; y (3) polisacáridos. De entre los mismos, el inventor descubrió que las poliamidas y los polisacáridos son probablemente los más aplicables y útiles. En algunas formas de realización específicas, una de las sustancias poliméricas o compuestos orgánicos más eficaces presentados en la presente descripción son carbohidratos complejos tales como uno o varios almidones (que son polisacáridos). Los polímeros contienen unidades monoméricas que pueden desempeñar el papel de un material de liberación prolongada, que se utiliza de forma beneficiosa para favorecer la degradación de los compuestos halogenados. Los ácidos grasos poliméricos tales como el poli(ácido láctico) y los polímeros de aminoácidos (poliamidas) son ejemplos adicionales de compuestos orgánicos o sustancias poliméricas que pueden utilizarse. Las cadenas cortas de aminoácidos que poseen de 6 a 30 ácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos se denominan polipéptidos. Cuando el número de aminoácidos alcanza 40 o más (peso molecular de 5000 Da (daltons)), la cadena adquiere las propiedades asociadas a las proteínas. Los ejemplos de proteínas que pueden usarse en las composiciones de remediación incluyen caseína, extracto de levadura y peptona.
En general, las sustancias poliméricas que pueden usarse como parte de las composiciones de remediación descritas y reivindicadas en el presente documento incluyen compuestos orgánicos, que generalmente incluirán unidades monoméricas que pueden usarse como material de liberación prolongada que favorece la degradación de compuestos orgánicos halogenados con un peso molecular promedio superior a 2500 Da o de forma más preferida superior a 5000 Da. Los polisacáridos pueden caracterizarse alternativamente según la fórmula general Cx(H2O)y, en la que x es un número entero superior a 12 y preferentemente en la que x es un número entero entre 200 y 2500 y en la que, además, x e y son números enteros diferentes. Alternativamente, los polisacáridos pueden caracterizarse según la fórmula general (C6H10O5K en la que n es un número entero que, en una forma de realización, es superior o igual a 40 e inferior o igual a 3000.
La siguiente descripción proporciona ejemplos específicos de sustancias poliméricas y/o compuestos orgánicos en forma de carbohidratos complejos tales como almidón de calidad alimentaria. No obstante, los expertos en la técnica comprenderán que estos son ejemplos no limitantes y que pueden sustituirse por otros compuestos orgánicos o sustancias poliméricas en estas composiciones de remediación. La descripción también analiza el reactivo soportado o la composición a base de hierro elemental que se incluye en la nueva composición de remediación y cómo se puede producir. La descripción proporciona un procedimiento de uso de la nueva composición de remediación para descontaminar suelos y/o aguas subterráneas. La descripción procede después a detallar posibles mezclas o "recetas" para proporcionar o producir la nueva composición de remediación.
Más específicamente, la composición de remediación puede incluir un reactivo soportado para la deshalogenación reductora de hidrocarburos halogenados. El reactivo puede consistir esencialmente en un adsorbente impregnado con hierro cero-valente, y el adsorbente puede tener afinidad por hidrocarburos halogenados. Además, el adsorbente puede elegirse de tal manera que sea capaz de adsorber subproductos intermedios tóxicos producidos por la deshalogenación reductora de los contaminantes, por ejemplo productos intermedios tales como dicloroetano y subproductos intermedios de la descomposición del tricloroetano. De esta forma, el adsorbente proporciona un medio para concentrar los contaminantes en una nueva matriz en la que hay disponibilidad de una gran área superficial de hierro, tal como se analiza en detalle más adelante en el presente documento. Los reactivos soportados llevan a cabo un tratamiento de hidrocarburos halogenados presentes en suelos y aguas subterráneas, al menos parcialmente, mediante la degradación de los contaminantes hidrocarbonados halogenados y sus subproductos intermedios tóxicos en subproductos inocuos (por ejemplo, etano, eteno, etc.).
Los reactivos soportados se preparan en algunas implementaciones utilizando un adsorbente que posee un área superficial elevada por unidad de peso y una afinidad elevada por los hidrocarburos halogenados. Los adsorbentes adecuados para estos fines incluyen, pero sin limitación, carbono activado, vermiculita, alúmina, zeolitas y materiales carbonizados tales como madera, hueso y similares. Por lo tanto, aunque el procedimiento de preparación de los reactivos soportados se describe utilizando carbono activado como adsorbente, se entenderá que los procedimientos y los reactivos soportados que pueden usarse en la nueva composición de remediación no están limitados únicamente a este adsorbente.
En una forma de realización no limitante, el reactivo soportado consiste esencialmente en carbono activado como soporte, y el carbono activado está impregnado con hierro cero-valente. El carbono activado posee preferentemente un área superficial elevada por unidad de peso (preferentemente de entre 800 y 2000 m2/g) y una afinidad elevada por los hidrocarburos halogenados. La capacidad del carbono activado para adsorber compuestos orgánicos del agua mejora su utilidad como soporte. Sin embargo, aunque el carbono activado puede atrapar contaminantes hidrocarbonados, el carbono por sí mismo no es estable a lo largo de periodos prolongados, es decir, está sometido a erosión, en cuyo caso los contaminantes se desplazan con el carbono activado y no quedan realmente atrapados ni se eliminan. El carbono activado proporciona una matriz eficaz para la adsorción de contaminantes hidrocarbonados clorados. La impregnación del carbono activado con hierro cero-valente proporciona depósitos de hierro submicrométricos dentro de la estructura porosa del carbono, maximizando así el área superficial disponible del metal y ubicando el metal allí donde la concentración de moléculas contaminantes adsorbidas es máxima. En consecuencia, el reactivo soportado permite un contacto eficaz del hierro con los contaminantes químicos adsorbidos, ya que el hierro se encontrará muy próximo al contaminante. Los reactivos soportados de la nueva composición de remediación llevan a cabo un tratamiento de los hidrocarburos clorados en suelos y aguas subterráneas mediante la degradación de estos productos químicos en subproductos inocuos.
Los carbones activados se pueden fabricar a partir de un amplio espectro de materiales que incluyen, pero sin limitación, carbón, cáscaras de coco, turba y madera. La materia prima generalmente se tritura, se tamiza y se lava para eliminar los componentes minerales. A continuación, el material se activa a altas temperaturas (típicamente superiores a 900 °C) en una atmósfera controlada para producir un material que posee una extensa red porosa y un área superficial grande (por ejemplo en el intervalo de 1000 a 2000 m2/g). Los reactivos soportados se pueden producir prácticamente con cualquier fuente de carbono activado. Todo lo que se necesita son pequeños ajustes en los parámetros de diseño del sistema teniendo en cuenta las diferentes formas de carbono. Cuando el producto se usa para la remediación de aguas subterráneas, los carbonos lavados con ácido pueden ser útiles ya que el lavado con ácido elimina del carbono cualquier metal extraño que pueda representar una preocupación ambiental.
Con el carbono activado, las áreas superficiales disponibles para la adsorción varían preferentemente de aproximadamente 800 m2/g a 2000 m2/g. Puede producirse alguna pérdida de área superficial de carbono durante el proceso de impregnación, pero los ensayos han demostrado que la pérdida no es significativa cuando se mide mediante isotermas de adsorción. En una forma de realización, el área superficial del hierro cero-valente utilizado en el reactivo soportado incluido en la composición de remediación varía de aproximadamente 50 a 400 m2/(g de hierro depositado). El porcentaje en peso de hierro depositado dentro de la matriz de carbono varía de aproximadamente el 1 por ciento al 20 por ciento en peso de hierro y, en algunas formas de realización útiles, en el intervalo de aproximadamente el 7 al 8 por ciento en peso de hierro. En una forma de realización, el reactivo soportado posee un área superficial total superior a 1500 m2/g. El hierro contenido en los reactivos soportados normalmente es un hierro de alta pureza. En otras palabras, el hierro no contiene otros metales, tales como metales pesados, que contaminarían las aguas subterráneas y el agua potable más allá de los límites permitidos por la EPA. Preferentemente, el hierro posee una pureza de al menos el 99% y las concentraciones de contaminantes traza tales como cromo, aluminio, potasio, cesio, zinc, plomo, níquel, cadmio y/o arsénico son inferiores a 5 ppm. En algunos casos, la fuente del hierro es una sal de calidad alimentaria.
En una forma de realización particular, un reactivo soportado utilizado en la composición de remediación para la remediación in situ de aguas subterráneas y/o suelos contaminados con un hidrocarburo halogenado incluye (o incluso consiste esencialmente en, en algunos casos): (i) un adsorbente impregnado con hierro cero-valente y (ii) un hidróxido metálico o un carbonato metálico (tal como piedra caliza) en una cantidad suficiente como para proporcionar un reactivo que tenga un pH superior a 7. El adsorbente se selecciona de tal manera que sea capaz de adsorber el hidrocarburo halogenado. Los adsorbentes adecuados para los fines de la presente invención incluyen, pero sin limitación, carbono activado, vermiculita, alúmina y zeolitas.
Tal como se ha descrito anteriormente, los contaminantes en el suelo/agua subterránea que se están sometiendo a remediación se adsorben inicialmente por el carbono activado y después se degradan a través de un mecanismo de descloración reductora. Sin embargo, se pueden formar subproductos de reacción tóxicos tales como cloruro de vinilo y cis-dicloroeteno durante el proceso de tratamiento. En los sistemas de remediación convencionales, aunque estos subproductos reaccionan con el hierro, lo hacen a un ritmo reducido y las concentraciones pueden aumentar inicialmente. De hecho, pueden producirse acumulaciones bastante grandes, lo que genera un riesgo más elevado para el medio ambiente que el que existía originariamente. Una de las ventajas del reactivo soportado descrito en el presente documento para su uso en la composición de remediación es que estos subproductos tóxicos también son fácilmente adsorbidos por el carbono activado. Como resultado, se escapa poco o ningún subproducto de la matriz de carbono y se protege la calidad del agua subterránea a lo largo de todo el ciclo vital de limpieza. Además, el reactivo soportado degrada los subproductos intermedios en subproductos no tóxicos tales como etano, etano y etino.
La fabricación del reactivo soportado puede involucrar procedimientos que produzcan un adsorbente (por ejemplo, carbono activado) impregnado con hierro cero-valente, lo que se puede realizar utilizando una diversidad de procedimientos conocidos por los expertos en la técnica. Un primer procedimiento de ejemplo para producir un reactivo soportado implica mezclar el adsorbente con una cantidad calculada de una sal de hierro hidratada tal como nitrato férrico mientras se calienta para fundir la sal de hierro hidratada. El hierro puede ser una sal de hierro (II) o de hierro (III). La mezcla se seca y se piroliza para descomponer la sal de hierro en óxido de hierro, formando un producto intermedio (es decir, el carbono activado impregnado con una forma de óxido de hierro). Después, el producto intermedio se somete a condiciones de reducción para reducir el óxido de hierro a hierro elemental, produciendo así el carbono activado impregnado con hierro elemental.
Un segundo procedimiento de ejemplo para preparar un reactivo soportado implica la precipitación lenta de goetita (óxido de hidrógeno y hierro) a partir de una solución de una sal de hierro (por ejemplo, sulfato ferroso) mediante la adición de una solución diluida de bicarbonato de sodio. La precipitación se lleva a cabo con un mezclado vigoroso en una suspensión del carbono activado para proporcionar un producto intermedio (es decir, el adsorbente impregnado con una forma de óxido de hierro). Después, este producto intermedio se lava, se seca y finalmente se reduce para convertir los óxidos de hierro en hierro elemental, produciendo así el carbono activado impregnado con hierro elemental.
Un tercer procedimiento de ejemplo para preparar un reactivo soportado implica el tratamiento del carbono activado con una solución de una sal de hierro hidrosoluble, tal como sulfato de hierro (II/III), cloruro de hierro, citrato de hierro, nitrato de hierro o cualquier otra sal de hierro hidrosoluble adecuada. La solución se puede pulverizar sobre el carbono, o el carbono se puede suspender en un volumen medido de la solución de sal de hierro suficiente para lograr la carga deseada. A continuación, la suspensión se desairea mediante la aplicación de vacío. Dependiendo del proceso elegido para la reducción final, el material impregnado de sal puede secarse y reducirse directamente, o la neutralización de la sal puede realizarse mediante la adición de una solución diluida de bicarbonato de sodio o hidróxido de sodio a lo largo de un periodo de tiempo, produciendo así óxidos/hidróxido de hierro dentro del carbono. En el último caso, el carbono activado impregnado con óxido de hierro o hidróxido de hierro se somete después a condiciones reductoras para reducir el óxido de hierro o el hidróxido de hierro a hierro cero-valente.
En una forma de realización, la eficacia del reactivo soportado se mejora aumentando el pH del reactivo soportado a un pH básico, por ejemplo mediante la adición de un pequeño porcentaje de hidróxido de magnesio (u otro hidróxido metálico o, en algunos casos, un carbonato metálico (tal como piedra caliza) al reactivo soportado para elevar el pH por encima de 7,0.
La composición de remediación que incluye estos reactivos soportados (junto con una combinación o conjunto de uno o varios organismos aptos para biorremediación, un carbohidrato complejo y una combinación o conjunto de organismos para degradar el carbohidrato complejo) se puede aplicar al tratamiento de aguas contaminadas con una diversidad de compuestos orgánicos halogenados miscibles o solubles en agua. Los disolventes clorados son contaminantes particularmente comunes en acuíferos y otros entornos subterráneos que contienen agua. Los contaminantes que se pueden tratar con eficacia incluyen disolventes halogenados tales como, pero sin limitación, (TCE), dicloroetileno (DCE), tetracloroetileno, dicloroetano, tricloroetano, percloroeteno (PCE), cloruro de vinilo (VC), cloroetano, tetracloruro de carbono, cloroformo, diclorometano y cloruro de metilo. Otras clases de contaminantes que se pueden tratar con eficacia incluyen metanos bromados, etanos bromados, etenos bromados, fluoroclorometanos, fluorocloroetanos, fluorocloroetenos, bifenilos policlorados (PCB) y plaguicidas.
A este respecto, la descripción proporciona un procedimiento para la remediación de un sitio contaminado con hidrocarburos halogenados. El procedimiento incluye inyectar una composición de remediación con un reactivo soportado de la presente descripción en una o varias ubicaciones del sitio contaminado. Los ejemplos ilustrativos de entornos contaminados que pueden tratarse con una composición de remediación con un reactivo soportado en combinación con organismos de biorremediación (y un almidón u otro carbohidrato complejo y organismos degradantes) incluyen, pero sin limitación, suelo, sedimento, arena, grava, agua subterránea, material acuífero y vertederos. Por ejemplo, en una forma de realización, la composición de remediación con reactivo soportado se inyecta en múltiples sitios dentro de un acuífero, tal como se describe en el ejemplo 3. En esta forma de realización, el procedimiento de aplicación da como resultado una distribución sustancialmente homogénea de la composición de remediación con reactivo soportado en el penacho contaminante, en lugar de crear una barrera o una zanja rellena como en los procedimientos convencionales. Por lo tanto, el procedimiento de remediación según la forma de realización descrita en el ejemplo 3, que utiliza una composición de remediación con un reactivo soportado, no se basa en la difusión del agua subterránea para lograr un tratamiento eficaz. Más bien, el componente de carbono activado del reactivo soportado de la composición de remediación concentra los contaminantes dentro de la matriz adsorbente en la que se encuentra disponible una gran área superficial de hierro, aumentando así la velocidad de degradación de los contaminantes. El agua subterránea contaminada presente en el sitio posteriormente entra en contacto con el reactivo soportado, con lo que se logra la deshalogenación reductora de los compuestos hidrocarbonados halogenados conjuntamente con la combinación o conjunto de organismos incluidos para degradar los compuestos halogenados.
El reactivo soportado proporciona una serie de ventajas sobre los productos y procedimientos de remediación convencionales. Por ejemplo, reduce rápidamente las concentraciones de contaminantes en las aguas subterráneas de modo que puedan lograrse o alcanzarse los niveles reglamentarios en un corto periodo de tiempo (por ejemplo en un periodo de varios días o unas pocas semanas, en comparación con varios meses o años con los procedimientos convencionales). Además, el reactivo soportado no es tóxico, no se descompone a lo largo del tiempo y no se liberan subproductos de degradación tóxicos, por lo que la calidad del agua subterránea está protegida a lo largo de todo el tratamiento. El reactivo soportado tiene la capacidad de tratar una diversidad de productos químicos clorados y es eficaz en todo tipo de condiciones de suelos y aguas subterráneas. Permanece activo durante un periodo prolongado de tiempo, por lo que normalmente solo se requiere un único tratamiento. Esta característica de "liberación prolongada" se combina eficazmente con las características de liberación prolongada del carbohidrato complejo y la combinación o conjunto de microorganismos provistos en la composición de remediación para degradar o romper el carbohidrato complejo en moléculas más pequeñas a fin de que se utilicen de forma más eficaz y a lo largo del tiempo (por ejemplo de 20 a 365 días o más) por la combinación o conjunto de organismos proporcionados para favorecer la degradación de los hidrocarburos halogenados por el reactivo soportado. Además, el material es fácil de usar y no requiere ningún control o equipo de seguridad especial para su instalación.
La composición de remediación y su uso para la remediación de aguas subterráneas/suelos contaminados se ilustran adicionalmente mediante los siguientes ejemplos no limitantes. Todos los términos científicos y técnicos tienen los significados que entenderá un experto en la técnica. Los ejemplos específicos siguientes ilustran los procedimientos en los que se pueden preparar las composiciones de la presente descripción. Los procedimientos pueden adaptarse a variaciones con el fin de producir composiciones abarcadas por la presente descripción pero que no se divulgan específicamente. Además, las variaciones de los procedimientos para producir y usar las mismas composiciones de una forma algo diferente serán evidentes para los expertos en la técnica.
Ejemplo 1
Preparación de un reactivo soportado por descomposición a baja temperatura de nitratos metálicos
Se mezcla una cantidad medida de carbono activado con una cantidad asociada de nitrato férrico hidratado calculada para proporcionar el porcentaje en peso deseado de hierro elemental en el producto final, por ejemplo, del 1 al 20 por ciento en peso de hierro. La sal de hierro suele estar húmeda y al calentarse se funde fácilmente, de tal manera que se obtiene como resultado una mezcla uniforme. A medida que se agita la mezcla, se calienta a aproximadamente 50 °C para derretir la sal. Si es necesario, se puede añadir una pequeña cantidad de agua para producir una mezcla que tenga una consistencia cremosa. A continuación, la mezcla se seca a una temperatura de 90 a 110 °C para que se pueda triturar hasta obtener un polvo granulado de flujo libre. Durante este proceso la sal de nitrato se descompone en alguna medida.
A continuación, el polvo seco se carga en un horno y se calienta según un programa de temperatura manteniendo mientras las condiciones reductoras en todo momento. Inicialmente, la temperatura se eleva lentamente a de 150 a 200 °C para secar completamente el reactivo y continuar la degradación del nitrato de hierro. La temperatura se sigue aumentando y, a 300 °C, la sal de nitrato se descompone por completo en óxido.
Una vez que el nitrato se ha degradado por completo en óxido, se introduce un gas reductor tal como gas metano o gas hidrógeno en la atmósfera del horno y la temperatura se eleva de 550 a 850 °C, reduciendo completamente el óxido a hierro elemental. Téngase en cuenta que las temperaturas a menudo son importantes, ya que el inventor ha descubierto que si la temperatura es demasiado baja, a medida que se forma el hierro, este no se disuelve en el carbono y, al no producirse la disolución en el carbono, puede no materializarse una de las características más importantes del carbono impregnado con hierro. El gas metano es más seguro de usar que el hidrógeno y, por lo tanto, se prefiere en algunas implementaciones. La cantidad teórica de agua se forma normalmente tras la reducción completa del óxido a medida que la temperatura aumenta a entre 400 y 450 °C cuando se utiliza el 100% de hidrógeno o metano.
Las propiedades finales del reactivo soportado están influenciadas por la última temperatura de reducción. Por ejemplo, cuando el reactivo se reduce a temperaturas inferiores a 700 °C y después se expone al aire después de enfriarse, puede tener lugar una reacción exotérmica, que oxida una porción del hierro reducido. Sin embargo, cuando la reducción final se lleva a cabo a alta temperatura, por ejemplo a entre aproximadamente 700 y 850 °C, el reactivo es estable y la exposición al aire no tiene efecto. Si la reducción se completa a una temperatura inferior a 450 °C, el material puede ser pirofórico. A temperaturas de reducción de entre aproximadamente 450 y 700 °C se pueden obtener varias actividades de reactivos.
Ejemplo 2
Preparación de un reactivo soportado mediante un procedimiento de precipitación
Se disuelve una cantidad apropiada de sulfato de hierro hidratado en agua desionizada en un tanque con agitación y se añade una cantidad medida de carbono activado. Se continúa agitando después de completar la adición y se aplica vacío al tanque para desairear el carbono. Una vez que se desairea el carbono, se añade lentamente una cantidad suficiente de una solución diluida de bicarbonato de sodio para iniciar la precipitación de goetita y otros óxidos de hierro sobre el carbono suspendido. La presurización del tanque durante la adición del bicarbonato puede mejorar el proceso de impregnación. Una vez completada la adición de bicarbonato, se continúa con el mezclado durante varias horas más. El proceso se completa cuando el análisis de hierro ferroso de una parte alícuota es negativo. Después, la suspensión se lava con agua desionizada y se filtra varias veces. Finalmente, el reactivo recogido se seca a 110 °C. En este punto, el carbono está impregnado con óxidos de hierro y está listo para la reducción.
El polvo seco se carga en un horno y se calienta según un programa de temperatura mientras se mantienen en todo momento las condiciones reductoras. Inicialmente, la temperatura se eleva lentamente a de 150 a 200 °C para secar completamente el reactivo y continuar la degradación del óxido de hierro y el hidróxido de hierro. Se introduce un gas reductor tal como gas metano o gas hidrógeno en la atmósfera del horno y se eleva la temperatura a de 550 a 850 °C, reduciendo completamente el óxido a hierro elemental. Una vez más, debe recordarse que el inventor ha demostrado que las temperaturas de reducción más altas (por ejemplo, de 800 a 850 °C) proporcionan la disolución deseada del hierro en el carbono, lo que representa una característica muy útil del carbono impregnado que puede no lograrse a temperaturas de reducción más bajas. El gas metano es generalmente más seguro de usar que el hidrógeno y, por lo tanto, se prefiere en algunas implementaciones. La cantidad teórica de agua se forma normalmente tras la reducción completa del óxido a medida que la temperatura aumenta a entre 400 y 450 °C cuando se utiliza el 100% de hidrógeno o metano.
Ejemplo 3
Aplicación de una composición para la remediación de suelos/aguas subterráneas
Se introducen varillas de inyección de diámetro reducido (por ejemplo, de aproximadamente 1,90 a 5 cm (de 0,75 a 2 pulgadas) de diámetro) a las profundidades previstas (por ejemplo, de 1,5 a 45,7 m (de 5 a 150 pies)). La profundidad dependerá de la potencia del equipo de perforación y de la dureza del suelo. Se utilizan equipos de perforación de empuje directo accionados hidráulicamente para golpear/empujar la varilla de inyección a las profundidades deseadas y después extraerla aproximadamente 15,24 cm (6 pulgadas) para abrir un pequeño hueco debajo del punto de inyección. Después, se inyecta a presión por la varilla una suspensión acuosa premezclada de una composición de remediación con un reactivo soportado de la presente descripción. Se permite el aumento de presión en la formación y un lodo comienza a fluir hacia el interior de la formación. No se lleva a cabo ningún intento de controlar la trayectoria del flujo de fluido, sino que, más bien, el objetivo es lograr una distribución sustancialmente homogénea de la suspensión dentro de la formación. La suspensión tiende a emanar hacia afuera en todas las direcciones desde la base de la inyección, y el radio de influencia promedio o eficaz se controla mediante la cantidad de fluido bombeado dentro de la varilla.
Después de la inyección del primer lote de la suspensión, se puede preparar un segundo lote (nuevo) de la suspensión, instalar una nueva varilla de inyección y repetir el proceso. El tratamiento se continúa de esta forma a lo largo del penacho, reduciendo las concentraciones de contaminantes en las concentraciones de agua subterránea a medida que avanza el tratamiento. Si se pudiera ver una sección transversal de la formación, se observaría que el régimen de tratamiento tiene como objetivo crear una red tridimensional de material, dispersada aleatoriamente y de forma relativamente uniforme a lo largo de la formación tratada.
Muchas tecnologías de tratamiento, ZVI por ejemplo, solo funcionan bien cuando se instalan en aguas subterráneas (suelos saturados) y no resultan eficaces para el tratamiento de suelos de zonas vadosas (no saturados). Debido a que el carbono activado es muy eficaz para adsorber compuestos orgánicos de las corrientes de vapor, las composiciones de remediación de la presente descripción son capaces de actuar con una eficacia prácticamente similar cuando se instalan en zonas vadosas. Como resultado, la composición de remediación se puede utilizar de forma igualmente eficaz para el tratamiento de aguas subterráneas y suelos contaminados.
Teniendo en cuenta esta comprensión de la composición a base de hierro elemental y el uso de una composición de remediación, puede ser apropiado en este punto de la descripción referirse a fórmulas o recetas para la nueva composición de remediación que se basa en la composición a base de hierro elemental (por ejemplo, carbono activado impregnado con hierro en sus poros). En particular, el inventor ha experimentado con una diversidad de composiciones de remediación que incluyen la composición a base de hierro elemental como parte del sustrato para potenciar la degradación de hidrocarburos halogenados mediante composiciones de biorremediación elegidas para este fin específico. Se cree que este rendimiento mejorado se logra mediante una combinación de captura o absorción de los contaminantes en los poros del carbono activado en las proximidades del hierro elemental (por ejemplo, partículas de hierro cero-valente) y después proporcionando una fuente de hidrógeno o de electrones (o fuente de "estimulante") para las composiciones de biorremediación que pueden consumirse durante un periodo de tiempo más largo que los sustratos previos.
En general, puede considerarse que la nueva composición de remediación incluye los siguientes ingredientes o materiales principales: (1) un primer conjunto o combinación de uno o varios organismos (o una primera composición de biorremediación) que actúa degradando compuestos halogenados (por ejemplo, disolventes clorados y similares); (2) una composición a base de hierro elemental (tal como el reactivo soportado descrito anteriormente); (3) un compuesto orgánico o sustancia polimérica (tal como una o varias poliamidas y/o polisacáridos (por ejemplo, uno o varios carbohidratos complejos); y (4) un segundo conjunto o combinación de uno o varios organismos (o una segunda composición de biorremediación) que actúa degradando el compuesto orgánico o sustancia polimérica. Los ingredientes (2) a (4) pueden considerarse una nueva composición o plataforma (o actúan conjuntamente para formar una nueva plataforma) para facilitar la funcionalidad de biorremediación del primer conjunto o combinación de uno a varios organismos.
Como antecedente del origen de la composición de remediación, es útil entender que el inventor estaba considerando el uso de la composición a base de hierro elemental en sitios contaminados con una amplia mezcla de contaminantes. En un ejemplo (de muchos ensayos completados a lo largo de los años), se sabía que el agua subterránea del sitio contenía alcoholes, compuestos aromáticos, cetonas, disolventes clorados, éteres y compuestos alifáticos. El reto de realizar la remediación de un sitio de este tipo es que ninguna tecnología conocida por sí sola puede abordar todos los contaminantes de interés. Los análisis de este ejemplo mostraron que la contaminación total del agua subterránea era de aproximadamente 2000 ppm o el 0,2% (peso) de compuestos orgánicos tóxicos.
Como consecuencia de este abanico de contaminantes y la propensión a generar productos secundarios difíciles de eliminar, la mayor parte de las estrategias de remediación (antes de la nueva composición de remediación) probablemente incluirían el uso de múltiples técnicas implementadas en serie a lo largo de un periodo de tiempo. Cada tecnología de esta serie se diseñaría de forma que actúe sobre un conjunto muy específico de contaminantes y se usaría o se ejecutaría hasta su conclusión antes de emplear en el sitio la siguiente tecnología que actúe sobre diferentes contaminantes. Teniendo en cuenta estos problemas, el inventor ha descubierto una combinación de tecnologías (es decir, una nueva composición de remediación tal como se indica en el presente documento) que funcionará en conjunto de una manera nueva y mejorada para proporcionar un tratamiento que se puede usar en sitios tales como el ejemplo proporcionado anteriormente para lograr los niveles de limpieza previstos. El uso de una sola composición de remediación es muy deseable (pero no existía antes de la nueva composición de remediación) ya que proporcionará una reducción sustancial en el tiempo, el coste y el esfuerzo de campo. Como se evidenciará, se ha descubierto que las composiciones de remediación que se enseñan en el presente documento pueden utilizarse (como en el procedimiento explicado en el ejemplo 3) en el campo para realizar con éxito la remediación de un sitio contaminado (por ejemplo, un sitio con contaminantes que incluyen compuestos halogenados).
Se añadieron trazas de metales a cada frasco de ensayo de agua subterránea del sitio contaminado junto con los otros ingredientes de las composiciones de remediación. No obstante, durante una remediación activa, normalmente no es necesario incluir trazas de metales para mantener un buen crecimiento microbiano, ya que estos están disponibles en los minerales del subsuelo y en las aguas subterráneas. Sin embargo, cuando solo se utiliza agua subterránea, son necesarios algunos metales traza. Además, se añadieron micronutrientes y macronutrientes a los viales o frascos de ensayo para favorecer la creación de un entorno muy favorable para el crecimiento celular, pero estos nutrientes generalmente están fácilmente disponibles en aguas subterráneas y suelos contaminados y, por lo general, no es necesario incluirlos en una composición de remediación.
Con respecto a los ingredientes útiles y deseables para la nueva composición de remediación, el primer ingrediente es un conjunto o combinación de uno o varios organismos elegidos específicamente para degradar los contaminantes sobre los que se desea actuar. En este caso, los contaminantes sobre los que se desea actuar son compuestos halogenados que incluyen disolventes clorados y similares. El inventor utilizó una composición de remediación que incluía tres conjuntos o combinaciones diferentes de dichos microorganismos, y los resultados mostraron que es muy probable que una amplia diversidad de conjuntos/combinaciones sean útiles en la composición de remediación cuando se combinan con los otros tres ingredientes para degradar eficazmente compuestos halogenados. Un conjunto o combinación de uno o varios microorganismos está disponible comercialmente (por ejemplo, de proveedores en forma de un concentrado líquido) y era una combinación de muchos organismos que en el pasado se había demostrado que degradaban hidrocarburos combustibles tales como benceno, tolueno, xilenos y similares. El segundo conjunto o combinación de microorganismos analizados fue una combinación de organismos (nuevamente disponible comercialmente en forma de concentrado líquido) que ha demostrado (o se sabe) que puede degradar disolventes clorados y otros compuestos halogenados, incluidos cloroformo cis-DCE (dicloroetileno), cloruro de metileno, TCE (tricloroetileno), VC (cloruro de vinilo) y clorobenceno. El tercer conjunto o combinación de microorganismos sometidos a ensayo fue una combinación de dehalococcoides (DHC) que también está disponible comercialmente (por ejemplo, distribuida por SiREM de Canadá como KB-1®) y está diseñada para degradar diversos compuestos clorados completamente a hidrocarburos gaseosos. Téngase en cuenta que este primer "ingrediente" puede incluir dos o más composiciones proporcionadas por el proveedor que se combinan para degradar todos los contaminantes sobre los que se desea actuar de un sitio en particular.
El segundo ingrediente en la "receta" para la composición de biorremediación proporcionada anteriormente es una composición a base de hierro elemental tal como una que incluye carbono activado y hierro elemental. En algunas formas de realización preferidas, esta composición a base de hierro elemental adopta la forma de uno de los reactivos soportados descritos en el presente documento y que pueden fabricarse tal como se ha descrito anteriormente para proporcionar carbono activado impregnado con hierro en sus numerosos poros. Dicho reactivo soportado es eficaz para absorber contaminantes tales como compuestos halogenados dentro de los poros en la proximidad de las partículas de hierro elemental.
El tercer ingrediente utilizado en la elaboración de la composición de biorremediación es un compuesto orgánico o sustancia polimérica (tal como un carbohidrato complejo u otro polisacárido y/o una poliamida), mientras que el cuarto ingrediente es un segundo conjunto o combinación de microorganismos, que se selecciona debido a su capacidad para degradar compuestos orgánicos o sustancias poliméricas (por ejemplo para degradar un carbohidrato complejo particular, tal como un almidón de calidad alimentaria). En una forma de realización útil, se sabía que este segundo conjunto o combinación de microorganismos podía degradar en los ensayos carbohidratos complejos tales como celulosa y almidón en compuestos más pequeños que después pueden utilizarse de forma beneficiosa por otros organismos (por ejemplo, los del primer conjunto o combinación de la composición de remediación) para degradar los contaminantes del sitio (por ejemplo, compuestos halogenados tales como disolventes clorados). Cuando se usan otros compuestos orgánicos o sustancias poliméricas, puede ser deseable elegir el segundo conjunto o combinación de uno o varios microorganismos por su capacidad para degradar ese/esos compuesto(s) orgánico(s) o sustancia(s) polimérica(s). Se puede considerar que estos dos ingredientes (o la composición a base de hierro elemental también puede incluirse) proporcionan un sustrato de liberación prolongada para estimular los procesos de degradación por parte del primer conjunto o combinación de microorganismos en un sitio.
Al realizar los ensayos en banco de pruebas, el inventor realizó ensayos con una plataforma (o composición) en forma de ácido láctico (en forma de lactato de sodio pero sin una segunda combinación de organismos que se utilizan para degradar el lactato). El lactato se usa comúnmente para la biorremediación de disolventes clorados conjuntamente con combinaciones de DHC y otros organismos eficaces en la degradación de dichos compuestos. Estos ensayos demostraron o verificaron que una limitación significativa del lactato como plataforma es que es hidrosoluble, de modo que tiende a trasladarse con el agua subterránea y se consume rápidamente, por lo que es ineficaz para favorecer la degradación durante periodos de tiempo más largos (por ejemplo, no es un "sustrato de liberación prolongada"). Como resultado, en la práctica, la remediación de sitios con lactato como plataforma requiere que se aplique una serie de dosis suplementarias de lactato para mantener una concentración constante de apoyo de las vías de degradación. Esto aumenta de forma indeseable el coste y los esfuerzos de trabajo de campo de la remediación de un sitio contaminado.
En los ensayos en banco de pruebas, el inventor determinó que sería muy útil y deseable que se eligieran los ingredientes tercero y cuarto de la composición de remediación de manera que se proporcionen materiales que puedan utilizarse y consumirse de forma beneficiosa por uno o varios microorganismos a lo largo de un periodo de tiempo prolongado (por ejemplo, de 20 a 365 días o más). En particular, se determinó que los compuestos orgánicos en forma de carbohidratos complejos (por ejemplo, quitina o almidón de calidad alimentaria) están fácilmente disponibles y son económicos y pueden proporcionar las características de un material útil en el sustrato. Se reconoció que, a diferencia del lactato, muchos carbohidratos complejos tienen baja solubilidad en agua, por lo que es menos probable que se desplacen con el agua subterránea que el lactato. Además, el inventor reconoció que los carbohidratos complejos podrían degradarse o descomponerse a lo largo de un periodo de tiempo prolongado para proporcionar una plataforma o composición de liberación prolongada para facilitar o favorecer (durante los procesos de remediación) la acción del primer conjunto o combinación de organismos de la composición de remediación.
Específicamente, el inventor comprendió que el almidón (por ejemplo, un carbohidrato (o un polisacárido) que tiene una gran cantidad de unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos, y puede incluir dos tipos de moléculas en forma de amilosa lineal y helicoidal y amilopectina ramificada, que puede proporcionarse en forma de almidón de calidad alimentaria) tiene una solubilidad en agua reducida y se degrada fácilmente por una amplia diversidad de organismos, que pueden proporcionarse como el cuarto ingrediente de la composición de remediación. De forma similar, el inventor identificó la quitina (por ejemplo, otro polisacárido natural) como otro posible material para la composición de remediación ya que posee solubilidad en agua reducida y ha demostrado ser una plataforma o composición útil para la degradación de disolventes clorados mediante el uso de uno o varios microorganismos.
Se pensaba que tanto el almidón como la quitina tenían el potencial de ser fuentes de "liberación prolongada" de moléculas más pequeñas que los microorganismos (del primer conjunto o combinación) pueden utilizar para realizar una degradación más eficaz (por ejemplo, degradación de compuestos orgánicos clorados (COC) a lo largo del tiempo sin necesidad de añadir más materiales de sustrato). Este potencial se demostró en un ensayo en banco de pruebas en el que se utilizó almidón o quitina (el tercer ingrediente de la composición de remediación) junto con una segunda combinación o conjunto de uno o varios organismos elegidos por su capacidad para degradar biopolímeros complejos (tales como los carbohidratos complejos de almidón, quitina y similares) para proporcionar un mecanismo de liberación prolongada para las moléculas/compuestos más pequeños utilizados como "estimulante" para los procesos de degradación por parte de los organismos del primer conjunto o combinación de uno o varios organismos de la composición de remediación.
En los ensayos, la composición de remediación se añadió a frascos de agua subterránea de la forma siguiente: (1) cantidades de 1,0 o 1,5 ml del primer conjunto o combinación de uno o varios organismos (o más en caso de utilizar dos o más concentrados líquidos de proveedores para que actúen sobre diferentes contaminantes); (2) 1,5 o 2,0 gramos nominales de la composición a base de hierro elemental; (3) 0,5 gramos del carbohidrato complejo (por ejemplo, almidón, quitina o similares); y (4) cantidades de 1,0 o 1,5 ml del segundo conjunto o combinación de organismos. Se cree que la cantidad de "iniciador" utilizada para el primer y segundo conjunto de organismos puede variar ampliamente al poner en práctica la composición de remediación, ya que estos proliferarán a lo largo del tiempo de uso en un sitio. La relación de la composición a base de hierro elemental con respecto al carbohidrato complejo también puede variar para proporcionar una composición de remediación útil, siendo la relación dada de al menos 1 a 2 un ejemplo útil (por ejemplo, considerándose proporciones de 1:1, 1:3, 1:4 y similares también dentro del alcance de la presente descripción). En resumen, los ensayos en banco de pruebas verificaron que la composición de remediación fue eficaz durante un periodo prolongado de tiempo en la degradación de los compuestos halogenados (por ejemplo, en la degradación de los COC a los niveles previstos).
En una implementación, la composición a base de hierro elemental utilizada en la composición de remediación era un carbono activado granulado cuya estructura interna de poros había sido impregnada con hierro elemental. La composición a base de hierro elemental no era simplemente una mezcla de carbono activado y hierro en polvo, y es inexacto incluso pensar en la misma como carbono activado con fragmentos de hierro cero-valente (ZVI) presentes dentro de la estructura del poro. En cambio, tal como se explicó anteriormente, el proceso de fabricación para este ingrediente clave de la composición de remediación puede, en algunas formas de realización preferidas, comenzar con carbono activado granulado (GAC), y esta materia prima de carbono se impregna con una solución acuosa de una sal de hierro. A continuación, el producto intermedio se procesa a temperaturas más elevadas (por ejemplo de 850 °C o superiores) en condiciones reductoras en un horno rotatorio. En estas condiciones, la sal de hierro se descompone y se forma hierro elemental. A medida que se forma, se disuelve parcialmente en el carbono.
Significativamente, la transición entre el carbono y el hierro metálico muestra la presencia de hierro fundido y carburo de hierro. Esta conexión física da como resultado una interacción que activa el hierro, lo que le permite actuar de una manera que el ZVI y los polvos de hierro a escala nanométrica no pueden por sí solos. Un ejemplo de ello es la capacidad de esta composición a base de hierro elemental (o reactivo soportado) para degradar tetracloruro de carbono y cloroformo completamente sin generar cloruro de metileno y también para degradar cloruro de vinilo.
Además, esta forma de la composición a base de hierro elemental degrada los compuestos halogenados de forma abiótica por medio de reducción química.
Considerando la explicación anterior, puede ser útil ahora describir una serie de aspectos o características útiles del catalizador soportado (por ejemplo, la composición a base de hierro elemental). El catalizador soportado a menudo incluirá carbono activado a base de carbón. Se pueden usar otros materiales, pero las propiedades finales del catalizador soportado dependen en gran medida del material de partida. El inventor ha comprobado que los carbonos basados en carbón bituminoso cumplen con todos los requisitos de adsorbente detallados en la presente descripción. En una forma de realización preferida, el carbono se activa en vapor de agua y dióxido de carbono a aproximadamente 1000 °K durante aproximadamente 30 a 60 minutos. Este catalizador soportado posee un área superficial de carbono en el intervalo de 800 a 1800 m2/g. El carbono activado es capaz de realizar la adsorción de compuestos orgánicos halogenados a partir de corrientes de vapor y líquido. El carbono activado también es preferentemente capaz de realizar la adsorción de productos intermedios tóxicos que se generan a partir de la reacción del hierro metálico con compuestos orgánicos halogenados primarios (contaminantes). El catalizador soportado se fabrica o se produce en muchos casos de forma que posea un área superficial de hierro metálico en el intervalo de 50 a 400 m2/g de hierro. La carga de hierro metálico se encuentra normalmente entre el 1 y el 20% (peso). En la práctica, el hierro metálico formado está preferentemente desprovisto de óxidos superficiales u otros revestimientos.
La temperatura de reducción utilizada para producir el catalizador soportado es de 973 a 1200 °K, y algunas formas de realización utilizan una temperatura de reducción de aproximadamente 1140 °K. Esta reducción a alta temperatura es útil para desarrollar el contacto deseado entre la superficie de carbono activo y los depósitos submicrométricos de hierro metálico. También es importante en algunas aplicaciones desarrollar insensibilidad a la exposición al aire, lo que evita la creación de una película de óxido que inutilizaría completamente el producto. A la temperatura de reducción más alta, los datos de Mossbauer Spec muestran que a medida que se reduce la sal y se forma hierro metálico, el metal se disuelve parcialmente en el carbono. Se puede observar el paso gradual de carbono a hierro fundido y el paso gradual de carburo de hierro a hierro elemental en un par de formas cristalinas diferentes. Como consecuencia, existe una interacción entre el carbono y el metal que crea propiedades únicas que el ZVI comercial no posee. Debido a esta interacción, el hierro metálico es estable en contacto con el agua subterránea (GW) y puede permanecer activo durante un tiempo prolongado. Se han recopilado datos que muestran una actividad de más de 8 años cuando está en contacto con el agua sin importar la presencia de trazas de oxígeno disuelto. Esto es importante porque el polvo de hierro y el ZVI a escala nanométrica en particular no permanecen activos en contacto con el agua subterránea durante periodos prolongados. Además, el catalizador soportado puede degradar compuestos que el ZVI no puede o para los que presenta una eficacia muy reducida. Por ejemplo, el catalizador soportado puede degradar tetracloruro de carbono y cloroformo rápidamente sin una generación significativa de cloruro de metileno. Puede degradar fácilmente el cloruro de vinilo y es eficaz con compuestos tales como 1,1-DCA y 1,2-DCA.
Sin embargo, también debe entenderse que existe una serie de limitaciones para el uso de este catalizador soportado. La reacción del hierro metálico embebido dentro de la estructura porosa con compuestos orgánicos halogenados consume el hierro. Esto se conoce como la "demanda de hierro" y depende del compuesto específico. Por ejemplo, la demanda de hierro para el tetracloruro de carbono es sustancialmente mayor que para el cloruro de vinilo. Debido a que el hierro metálico se agota y que existen límites para el porcentaje en peso de hierro que se puede cargar de forma realista dentro de la estructura de poros del carbono, se obtiene como resultado una limitación superior en la cantidad o la masa del compuesto halogenado que se puede degradar por un peso unitario de carbono impregnado. Como resultado, cuando las concentraciones en el suelo de varios compuestos halogenados superan aproximadamente 1000 ppm, el coste del tratamiento aumenta y el tratamiento de DNAPL (líquidos densos de fase no acuosa) puede ser importante. Además, algunos compuestos, tales como clorobencenos y compuestos fluorados (por ejemplo, materiales ignífugos y ácido perfluorooctanoico (PFOA)), son resistentes a la degradación por este material.
Para comprender el atractivo y la utilidad de las composiciones descritas en el presente documento, puede ser útil ahora analizar de forma más detallada la degradación biológica de los compuestos halogenados. En general, siempre que se tengan las siguientes condiciones: Microorganismos donantes de electrones aceptores de electrones nutrientes, se producirá una actividad biológica que potencialmente puede degradar los contaminantes y promover el crecimiento. Pueden producirse muchas reacciones, pero se pueden agrupar en las siguientes clasificaciones: (a) uso del compuesto orgánico como sustrato de crecimiento primario; (b) oxidación biológica promotora del crecimiento; (c) reducción biológica promotora del crecimiento; (d) fermentación y (e) cometabolismo.
La primera clasificación de grupo o grupo incluye vías tales como la deshalogenación reductora y la halorrespiración. La fermentación es un mecanismo importante ya que es uno de los principales medios para la generación de hidrógeno, que es un importante donante de electrones y participa en numerosas vías que dan como resultado la sustitución de cloro por hidrógeno en estos compuestos halogenados. En este proceso, los átomos de cloro son desplazados por el hidrógeno formando una gran cantidad de productos secundarios. Las vías comunes que se muestran en la literatura para la degradación de, por ejemplo, TCE en una serie de compuestos menos clorados tales como DCE y VC son típicamente a través de la descloración reductora. La fermentación puede tener una serie de indicadores. Por ejemplo, la generación de metano es un indicio sólido de que la fermentación está teniendo lugar, al igual que la generación de ácidos grasos. Además del hidrógeno y el metano, la fermentación produce una diversidad de ácidos grasos, incluidos acetato, formiato, lactato, succinato, propionato y butirato. Una vez están presentes los ácidos grasos, puede comenzar la fermentación secundaria que consume ácidos C3 y superiores para producir acetato, formiato, agua e hidrógeno adicionales.
El cometabolismo es un proceso mediante el cual el contaminante halogenado se degrada por medio de enzimas y cofactores empleados por el organismo para el metabolismo de algún otro sustrato primario (donante de electrones). El lactato se usa comúnmente de esta forma para la biorremediación de disolventes clorados junto con DHC y otros organismos eficaces en la degradación de dichos compuestos. Se han empleado muchos otros materiales para este propósito, desde desechos agrícolas tales como mazorcas de maíz hasta caparazones de cangrejos y camarones (quitina) y polímeros tales como polilactatos. La quitina es un material esencialmente insoluble en agua, pero ha demostrado ser una plataforma o composición eficaz para la degradación de disolventes clorados usando uno o varios microorganismos.
Existe una serie de características clave en la biorremediación. Los microorganismos de origen natural son normalmente capaces de degradar un amplio espectro de contaminantes. En muchos casos, los subproductos metabólicos también son contaminantes tóxicos; no obstante, estos compuestos también son susceptibles a la biodegradación. En su mayor parte, los microorganismos son bastante robustos y son capaces de desarrollarse en un amplio intervalo de condiciones que incluyen pH, temperatura y salinidad (pero téngase en cuenta que existen excepciones a esta regla). Los nutrientes esenciales, tales como los metales traza, están disponibles a menudo a partir del contenido mineral de los suelos subterráneos. Las plataformas o composiciones alternativas a menudo son ventajosas y se usan ampliamente para promover la degradación de los contaminantes de interés. Una plataforma o composición común utilizada para este propósito es el ácido láctico.
Existe, sin embargo, una serie de limitaciones en la biorremediación. Los microorganismos a menudo no son capaces de transformar completamente los contaminantes tóxicos en subproductos inofensivos. Por ejemplo, algunos organismos muy útiles convierten el TCE en cloruro de vinilo pero no pueden degradar el cloruro de vinilo. Como resultado, se necesitan otros medios para abordar el cloruro de vinilo. Una limitación del lactato es que es hidrosoluble, de modo que tiende a trasladarse con las aguas subterráneas y se consume rápidamente. Como resultado, en la práctica se aplican normalmente dosis suplementarias de lactato para mantener una concentración constante de apoyo de las vías de degradación. Otras plataformas o composiciones, tales como el aceite vegetal o los aceites emulsionados, fermentan lentamente y un alto porcentaje de esta actividad no se captura de manera beneficiosa para degradar los contaminantes sobre los que se desea actuar. Algunos organismos son difíciles de manejar y sensibles a las condiciones del subsuelo, tales como el pH. Dado que los contaminantes se utilizan normalmente como donantes de electrones por los organismos (fuente de alimento), a medida que se reducen las concentraciones de contaminantes las poblaciones microbianas disminuyen y el avance de la remediación se estanca.
Considerando todo esto, el inventor ha diseñado y fabricado una composición que es eficaz para combinar la degradación biológica de compuestos halogenados con un absorbente impregnado con hierro metálico. Deberá entenderse que el producto (catalizador soportado o composición a base de hierro elemental tal como se indica en el presente documento) fabricado impregnando la estructura de poros internos del carbono activado con hierro metálico es muy eficaz en la degradación de muchos compuestos halogenados. Además, la velocidad de degradación de estos compuestos es muy rápida. El carbono activado concentra los contaminantes, lo que permite un contacto eficaz con una superficie metálica grande y muy activa. Casi toda la absorción de compuestos orgánicos por el carbono se encontrará dentro de la estructura microporosa. Los microorganismos tenderán a habitar en la estructura de macroporos y mesoporos del carbono, ya que son demasiado grandes para acceder a los microporos.
El hierro metálico activo también reside dentro de los microporos, por lo que se esperaría que los contaminantes absorbidos reaccionaran rápidamente con el hierro y fuera posible una degradación biológica muy reducida, ya que los microbios están limitados a los poros más grandes. Si este fuera el caso, entonces los compuestos halogenados simplemente reaccionarían con el hierro disponible hasta que este se agote y el contaminante residual que reside dentro de los microporos se desorbería lentamente con el tiempo. Dicho proceso limitaría gravemente la degradación biológica haciéndola casi ineficaz. Faltan dos características esenciales en el análisis anterior. La primera es el hecho de que el carbono y el hierro son conductores, y existe una interacción adicional entre ellos debido a que el hierro se disuelve parcialmente en el carbono. El proceso metabólico (proceso biológico) involucra tanto donantes como aceptores de electrones. Así, hay una transferencia de electrones durante la degradación o la respiración de estos compuestos halogenados y el carbono y el hierro pueden facilitar este proceso. Trabajos recientes han demostrado que el carbono activado puede transportar electrones de forma eficaz a los compuestos absorbidos. El carbono impregnado con hierro proporcionará una plataforma aún más eficaz para el transporte de electrones.
La segunda característica que falta tiene que ver con si los compuestos absorbidos están biodisponibles. En otras palabras, debe determinarse si los microorganismos que residen dentro de la estructura de macroporos y mesoporos del carbono afectan a los compuestos almacenados dentro de la estructura microporosa. La investigación realizada por el inventor ha producido datos definitivos que prueban que los compuestos absorbidos por el carbono activado se degradan por microorganismos que residen en la red de poros más grandes. Cuando estas dos características se combinan, el resultado es un sistema altamente eficaz y efectivo para la degradación de compuestos halogenados. Los microorganismos secretan cofactores y enzimas que pueden penetrar en la estructura microporosa del carbono y la plataforma metálica de hierro/carbono proporciona la lanzadera para el transporte de electrones para completar la reacción. En este proceso, el hierro no se consume como lo haría si estuvieran involucradas reacciones de descloración abiótica. El efecto neto de ello es que no se produce un rápido agotamiento del hierro metálico dentro de la estructura porosa del carbono debido a la lanzadera de electrones creada para estimular la degradación biológica de los compuestos absorbidos. Este es, en efecto, un sistema muy eficaz para catalizar las vías de degradación biológica con respecto al agotamiento del hierro metálico.
El inventor comprendió entonces que la última pieza del rompecabezas tiene que ver con proporcionar un mecanismo o plataforma de liberación prolongada eficaz para generar estimulantes adecuados para favorecer este proceso a lo largo del tiempo. Actualmente se utilizan materiales derivados de ácidos grasos de bajo peso molecular, tales como el ácido láctico o aceites emulsionados, para facilitar la biorremediación. Sin embargo, ninguno de estos u otros materiales de uso común son adecuados para favorecer la degradación durante un periodo de tiempo prolongado de forma eficaz. La simple adición de un carbohidrato complejo u otro compuesto orgánico no es suficiente, ya que los microorganismos capaces de degradar compuestos halogenados no suelen ser adecuados para la descomposición o la fermentación de tales materiales. Como resultado, el proceso es lento en el mejor de los casos y, en muchos casos, inexistente.
La clave identificada por el inventor consiste en añadir uno o varios organismos cuya función principal sea la degradación de compuestos orgánicos o sustancias poliméricas (por ejemplo, carbohidratos complejos tales como el almidón y materiales celulósicos). Cuando se realiza está acción, los compuestos orgánicos o sustancias poliméricas (por ejemplo, carbohidratos complejos tales como el almidón de calidad alimentaria) comienzan a actuar como composiciones o plataformas de liberación prolongada (o suministro de estimulante), ya que las moléculas grandes se descomponen en piezas pequeñas que ahora pueden utilizarse directamente para la degradación beneficiosa de compuestos halogenados. Aunque se ha demostrado que la quitina funciona en este sistema, es prácticamente insoluble en agua y su estructura es muy parecida a la celulosa. La celulosa es difícil de descomponer y recientemente fue el centro de atención de la industria de los biocombustibles y se realizó un esfuerzo concertado para fermentar este material abundante dando etanol. Esto resultó ser más difícil de lo previsto y se han comercializado medios químicos en lugar de biológicos para su producción. La búsqueda de microorganismos aceptables continúa, y una de las vías más prometedoras consiste en buscar organismos en las heces de animales que se alimentan de celulosa, tales como el oso panda, que sobrevive principalmente consumiendo bambú. Otra limitación de la quitina es que es un subproducto de la industria pesquera, producido a partir de caparazones de cangrejos y camarones. La pesca de estas criaturas es una actividad estacional y, por lo tanto, la disponibilidad de quitina no es siempre necesariamente un hecho fiable.
Entre los muchos compuestos orgánicos sometidos a ensayo, el almidón (por ejemplo, almidón de maíz o patata u otro almidón de calidad alimentaria) produjo los mejores resultados generales. El almidón de calidad alimentaria está fácilmente disponible y es económico. El almidón es ligeramente hidrosoluble y se fermenta fácilmente por una diversidad de organismos no patógenos. Por estos motivos, el almidón es un polisacárido preferido (o compuesto orgánico o sustancia polimérica) para su uso en el sistema descrito o como parte de una plataforma para organismos de biorremediación. En general, se pueden usar muchos otros carbohidratos complejos, y el carbohidrato complejo puede ser un polímero con una fórmula de Cm((H2O)n), en la que m y n son números enteros diferentes y en la que m es superior a 6 tal como superior a 12. Se pueden utilizar materiales que contienen almidón tales como mazorcas de maíz y patatas. No obstante, todos estos materiales que "contienen almidón" se ven afectados por el hecho de que consisten principalmente en material celulósico y sufren las limitaciones asociadas al mismo. Para los fines de la presente invención, podrían usarse dichos materiales; sin embargo, es probable que no sean tan eficaces como el almidón de calidad alimentaria. Por ejemplo, en un ensayo, la medición del cloruro demostró que la proporción de degradación biológica con respecto a la química (abiótica) era de aproximadamente 1,3:1. Una investigación adicional puede ser útil para aumentar aún más esta relación y prolongar la esperanza de vida del hierro de impregnación. Se espera que este sistema se pueda aplicar a un amplio intervalo de condiciones del sitio y se desarrolló específicamente para enfocarse en los efectos de la zona fuente. Además, aunque no se consideran ejemplos de carbohidratos complejos, los oligosacáridos (tales como rafinosa y estaquiosa, que se encuentran en alubias, repollo y similares) se pueden usar junto con, o en algunos casos en lugar de, uno o varios carbohidratos complejos.
Los ejemplos representativos de organismos (o microorganismos que pueden usarse para proporcionar un primer material de biorremediación tal como se menciona en las reivindicaciones siguientes) que degradan compuestos halogenados se dividen en varios grupos metabólicos que incluyen (pero sin limitación): halorrespiradores; acetógenos; metanógenos; y anaerobios facultativos. Los ejemplos de halorrespiradores incluyen cepas de Dehalococcoides (SiRem of Canada ofrece un consorcio de estos denominados KB-1), Dehalobacter restrictus y Deesulfitobacterium dehalogenans. Los ejemplos de acetógenos incluyen Clostridium aceticum y Bacillus acetógenos. Los ejemplos de metanógenos incluyen Methanobacterium bryantii, Methanococcus deltae, Methanogenium cariaci y Methanosarcina acetivorans. Además, se encuentran muchos metanógenos entre Archea (por ejemplo, hay más de 50 especies descritas). Los ejemplos de anaerobios facultativos incluyen géneros bacterianos y fúngicos tales como especies de Actinomyces, Bacteroides, Clostridium, Porphyromonas y Veillonella. Por supuesto, un experto en la técnica comprenderá fácilmente que los ejemplos anteriores son algunos de los muchos microorganismos que se conocen y que pueden incluirse individualmente o en combinación en el primer material de biorremediación.
Tal como se ha explicado anteriormente, hay muchos tipos de almidón (o almidón de calidad alimentaria) con fuentes tales como patata, maíz, arroz, tapioca, trigo, soja y plantas (o productos vegetales). Asimismo, se puede utilizar una diversidad de organismos solos o en combinación en el segundo material de biorremediación (tal como se menciona en las reivindicaciones) para proporcionar una degradación útil de dichos almidones. Dos productos de descomposición comunes de la degradación biológica del almidón son la maltosa y la glucosa. Los ejemplos de bacterias que se pueden proporcionar en el segundo material de biorremediación incluyen: Bacillus amyloliquefacicns, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis y Pseudomonas spp. Además, los ejemplos de hongos que se pueden proporcionar en el segundo material de biorremediación incluyen: Aspergillus niger y Penicillium.
La descripción anterior se considera únicamente ilustrativa de los principios de las composiciones y procedimientos descritos y posteriormente reivindicados. Las palabras "comprende", "que comprende", "incluyen", "que incluye" e "incluye" cuando se utilizan en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones siguientes tienen por objeto especificar la presencia de uno o varios números enteros, características, etapas, componentes indicados, pero no excluyen la presencia o la adición de uno o varios de otros números enteros, características, etapas, componentes o grupos de los mismos.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una composición de remediación, que comprende:
una composición que comprende carbono activado impregnado con hierro elemental;
un primer conjunto de uno o varios organismos capaces de degradar al menos un compuesto halogenado; al menos una poliamida o al menos un polisacárido; y
un segundo conjunto de uno o varios organismos capaces de degradar la, al menos una, poliamida o el, menos un, polisacárido en moléculas o compuestos más pequeños útiles para el primer conjunto de uno o varios organismos durante la degradación del compuesto halogenado;
en la que el segundo conjunto de uno o varios organismos degrada la, al menos una, poliamida o el, menos un, polisacárido a lo largo de un periodo de tiempo de al menos 20 días; y
en la que las moléculas o compuestos más pequeños donan electrones para que los utilice el primer conjunto de uno o varios organismos durante la degradación del compuesto halogenado;
en la que, en combinación, la composición que comprende carbono activado impregnado con hierro elemental, la, al menos una, poliamida o el, al menos un, polisacárido y el segundo conjunto de uno o varios organismos proporciona una plataforma de liberación prolongada que estimula la degradación por el primer conjunto de uno o varios organismos.
2. La composición de la reivindicación 1, en la que la, al menos una, poliamida o el, al menos un, polisacárido comprende almidón.
3. La composición de la reivindicación 2, en la que el almidón es un almidón de calidad alimentaria.
4. La composición de la reivindicación 1, en la que la, al menos una, poliamida o el, al menos un, polisacárido comprende quitina.
5. La composición de la reivindicación 1, en la que la degradación de la, al menos una, poliamida o el, al menos un, polisacárido, incluye proporcionar una pluralidad de unidades monoméricas y en la que la, al menos una, poliamida o el, al menos un, polisacárido tiene un peso molecular promedio de al menos 2500 daltons.
6. La composición de la reivindicación 1, en la que el hierro elemental impregna el carbono activado al disolverse al menos parcialmente en las paredes de los poros del carbono activado.
7. La composición de la reivindicación 6, en la que las transiciones en las paredes de los poros entre el carbono activado y el hierro elemental comprenden hierro fundido y carburo de hierro.
8. La composición de la reivindicación 1, en la que la composición a base de hierro elemental tiene entre aproximadamente el 1 y el 20 por ciento en peso del hierro, en la que el área superficial expuesta del hierro se encuentra entre aproximadamente 50 y 400 m2/g, y en la que el carbono activado tiene un área superficial de entre aproximadamente 800 y 2000 m2/g.
9. La composición de la reivindicación 1, en la que los compuestos halogenados se encuentran en el grupo que consiste en hidrocarburos halogenados.
10. La composición de la reivindicación 1, en la que el segundo conjunto de uno o varios organismos incluye bacterias que incluyen al menos una de Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis o Pseudomonas sp.
11. La composición de la reivindicación 1, en la que el segundo conjunto de uno o varios organismos incluye hongos.
12. La composición de la reivindicación 11, en la que los hongos comprenden al menos uno de Aspergillus niger y Penicillium.
13. La composición de la reivindicación 1, en la que el primer conjunto de uno o varios microorganismos incluye al menos uno de halorrespiradores, acetógenos, metanógenos y anaerobios facultativos.
14. Un procedimiento de remediación in situ de un suelo que se ha contaminado con uno o varios compuestos halogenados, que comprende:
introdu cir en el suelo contaminado una suspensión acuosa de una composición de remediación,
en el que la composición de remediación es una composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9776898B2 (en) * 2014-02-14 2017-10-03 Regenesis Bioremediation Products Treatment of aquifer matrix back diffusion
US10676376B2 (en) * 2016-09-29 2020-06-09 Ecolab Usa Inc. Modification of iron-based media for water treatment
WO2019090759A1 (zh) * 2017-11-13 2019-05-16 中国恩菲工程技术有限公司 湿法冶炼含铁溶液中除铁的方法及装置
RU2692554C1 (ru) * 2017-12-25 2019-06-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ адсорбционной подготовки почвы к фиторемедиации
US11572295B1 (en) 2019-06-11 2023-02-07 Swamp Fox Innovations, LLC Compositions and methods for reduction of free chlorine and related odor
CN111960569A (zh) * 2020-08-04 2020-11-20 安徽省环境科学研究院 一种基于零价铁的废水中硝酸盐处理方法
JP7300656B2 (ja) * 2021-05-31 2023-06-30 戸田工業株式会社 土壌・地下水浄化処理用浄化剤及びその製造方法、並びに土壌・地下水の浄化処理方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803033A (en) 1971-12-13 1974-04-09 Awt Systems Inc Process for removal of organic contaminants from a fluid stream
US4478954A (en) 1983-05-23 1984-10-23 Standard Oil Company (Indiana) Synthesis gas reaction
US4713343A (en) 1985-08-29 1987-12-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Biodegradation of halogenated aliphatic hydrocarbons
GB8926853D0 (en) 1989-11-28 1990-01-17 Gillham Robert W Cleaning halogenated contaminants from water
US5057227A (en) 1990-10-09 1991-10-15 University Of South Carolina Method for in-situ removal of hydrocarbon contaminants from groundwater
GB2255087B (en) 1991-04-25 1995-06-21 Robert Winston Gillham System for cleaning contaminated water
DE4121697C2 (de) 1991-06-29 1994-05-05 Pero Kg Verfahren zur Rückgewinnung von in einem Adsorber adsorbierten Lösungsmitteln
CA2079282C (en) 1992-09-28 2000-09-19 Alan George Seech Composition and method for dehalogenation and degradation of halogenated organic contaminants
US5403809A (en) 1992-12-21 1995-04-04 W. R. Grace & Co.-Conn. Composite inorganic supports containing carbon for bioremediation
US6008028A (en) 1993-03-31 1999-12-28 Microbial And Aquatic Treatment Systems Compositions of constructed microbial mats
WO1994023857A1 (en) 1993-04-09 1994-10-27 Technology Applications, Inc. Method and composition for remediating environmental contaminants
EP0646642A3 (en) 1993-09-30 1995-08-16 Canon Kk Carrier containing microorganism and method for soil remediation using this carrier.
GB9408124D0 (en) 1994-04-23 1994-06-15 Univ Waterloo Electrically-enhanced degradation of organic contaminants using zero-valent metals
US5427944A (en) 1994-05-24 1995-06-27 Lee; Sunggyu Bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon-contaminated soil
US5733067A (en) 1994-07-11 1998-03-31 Foremost Solutions, Inc Method and system for bioremediation of contaminated soil using inoculated support spheres
US6150157A (en) 1994-09-23 2000-11-21 The Regents Of The University Of California Reductive dehalogenation of organic halides in contaminated groundwater
JP2803725B2 (ja) * 1995-02-06 1998-09-24 インランド コンサルタンツ， インコーポレイテッド ハロゲン汚染土壌のバイオレメディエーションのための組成物および方法
US5618427A (en) 1995-02-13 1997-04-08 W. R. Grace & Co.-Conn. Composition and method for degradation of nitroaromatic contaminants
AT402199B (de) * 1995-03-08 1997-02-25 Howorka Franz Verfahren und vorrichtung zur entsorgung von organischen verbindungen
US5833855A (en) 1996-01-05 1998-11-10 Auburn University Situ bioremediation of contaminated groundwater
US5750036A (en) 1996-04-22 1998-05-12 General Electric Company Composition and method for ground water remediation
US6242663B1 (en) 1998-01-15 2001-06-05 Penn State Research Foundation Powerful reductant for decontamination of groundwater and surface streams
DE19742297C2 (de) 1997-09-25 2000-06-29 Volker Birke Verfahren zur reduktiven Dehalogenierung von halogenorganischen Stoffen
IT1299265B1 (it) 1998-05-15 2000-02-29 Edoardo Fornaro Procedimento di bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi
US6001252A (en) 1998-07-09 1999-12-14 Rmt, Inc. In situ anaerobic dehalogenation
US6337019B1 (en) 1998-11-02 2002-01-08 Fatemeh Razavi-Shirazi Biological permeable barrier to treat contaminated groundwater using immobilized cells
US7449114B2 (en) 2000-06-29 2008-11-11 Srp Technologies, Inc. Halogenated solvent remediation
US6783678B2 (en) 2000-06-29 2004-08-31 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Halogenated solvent remediation
US6620611B2 (en) * 2001-01-06 2003-09-16 Geovation Technologies, Inc. Solid-chemical composition for sustained release of organic substrates and complex inorganic phosphates for bioremediation
US6787034B2 (en) * 2002-07-12 2004-09-07 Remediation Products, Inc. Compositions for removing hydrocarbons and halogenated hydrocarbons from contaminated environments
US8097559B2 (en) 2002-07-12 2012-01-17 Remediation Products, Inc. Compositions for removing halogenated hydrocarbons from contaminated environments
US7045339B2 (en) 2002-08-20 2006-05-16 Srp Technologies, Inc. Electron donors for chlorinated solvent source area bioremediation
US7129388B2 (en) 2003-01-06 2006-10-31 Innovative Environmental Technologies, Inc. Method for accelerated dechlorination of matter
US7141170B2 (en) 2004-05-25 2006-11-28 North Wind, Inc. Halogenated solvent remediation
US7635236B2 (en) * 2006-03-30 2009-12-22 Auburn University In situ remediation of inorganic contaminants using stabilized zero-valent iron nanoparticles
US8608968B2 (en) * 2006-06-12 2013-12-17 Carus Corporation Compositions for bioremediation and methods for using
WO2008115878A2 (en) 2007-03-16 2008-09-25 Jrw Bioremediation, Llc New bioremediation enhancing agent and method of use
CN101091957B (zh) * 2007-07-17 2010-04-07 东北师范大学 石油污染土壤的微生物修复方法
US10011503B2 (en) * 2014-07-22 2018-07-03 Corning Incorporated Method for making activated carbon-supported transition metal-based nanoparticles
CN105170644B (zh) * 2015-10-30 2017-12-12 李磊 一种石油污染土壤的生物修复方法

Also Published As

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