Encapsulamiento con barreras cortaflujo de sitios contaminados con mercurio: costos técnico-socio-ambientales y propiedades de contención

Project: Research

Project Details

Description

Planteamiento del problema La contaminación en suelos es consecuencia de prácticas inadecuadas en procesos industriales, mineros y de gestión de residuos, incluyendo minas abandonadas o ilegales, depósitos informales de relaves, botaderos de residuos domiciliarios, zonas con derrames de crudo y terrenos con pesticidas.[1,2] El abandono de sitios contaminados por parte del responsable promueve la formación de “pasivos ambientales“, los cuales constituyen un legado socio-ambiental negativo.[3] Además del daño a recursos naturales, los sitios contaminados pueden acarrear costos significativos para el Estado y las comunidades, incluyendo afectación al agua de consumo, deterioro de la salud pública y eliminación de empleos por pérdida del potencial productivo del suelo.[4] Colombia no cuenta con regulación específica sobre sitios contaminados[1] ni una definición legal de pasivo ambiental,[7] a pesar de que en la última década se han propuesto dos proyectos de ley para regularlos.[5,6]. Además, la comisión COMTEMA, conformada por las Contralorías latinoamericanas, concluyó recientemente que Colombia se encuentra en niveles muy bajos en cuanto a marco normativo, asignación de recursos y remediación de pasivos ambientales[8]. En Colombia, existen pocos estudios técnico-científicos sobre sitios contaminados.[2,9–11] Un estudio en 2015 encontró 1843 sitios potencialmente contaminados, principalmente por minería (42%), hidrocarburos (24%) y residuos domiciliarios (14%).[1] En particular, la contaminación por mercurio derivada de minería informal, ilegal y artesanal es una amenaza para la salud pública y de los ecosistemas.[1,9] En 2014, varios ministerios desarrollaron el Plan Único Nacional de Mercurio,[12] el cual busca “lograr la reducción y eliminación progresiva del uso del mercurio en todo el territorio nacional” mediante gestión pública interinstitucional. La remoción, disposición y/o remediación de sitios contaminados con mercurio (SCM), aunque deseable, pueden ser prohibitiva en términos de costo.[13,14] Por lo tanto, el encapsulamiento y aislamiento de SCM mitiga significativamente la amenaza a ecosistemas y comunidades. En particular, las barreras cortaflujo verticales subsuperficiales[13,15,16] son una tecnología efectiva y económica para encapsular y retardar durante décadas la propagación lateral de una zona contaminada, incluso facilitando la eventual implementación de medidas de remediación. Aunque algunos tipos de barrera cortaflujo se usan en ingeniería para minimizar infiltraciones de agua bajo presas[17], no existen reportes de su uso para aislamiento de SCM. Para justificar la implementación de un sistema de barrera cortaflujo alrededor de un SCM, no es suficiente con calcular sus costos técnicos de construcción. Un análisis de viabilidad debe considerar también los costos socio-ambientales[4], particularmente aquéllos asociados a la alternativa de no intervención. El presente proyecto combinará técnicas de economía ambiental e ingeniería geoambiental para la cuantificación del costo técnico, ambiental y social del encapsulamiento de SCM con barreras cortaflujo, frente a la alternativa de no intervención del SCM. La justificación técnica se apoyará en la medición en laboratorio de parámetros físico-químicos, no disponibles en la literatura, asociados al comportamiento de las barreras expuestas a mercurio. Preguntas de investigación ¿Un sistema de encapsulamiento con barrera cortaflujo se justifica como medida de manejo de sitios contaminados con mercurio, desde el punto de vista de costos técnicos y socio-ambientales? ¿Cuáles son las propiedades de contención de una barrera expuesta a mercurio? Antecedentes Los sitios contaminados por acciones humanas se remontan siglos atrás, como las minas romanas de Las Médulas y Río Tinto (España), pero solo recientemente se han propuesto políticas para enfrentar el legado asociado a estos sitios. La Ley CERCLA de 1980 (EEUU) y la Directiva 2004/35/EC (Unión Europea) son políticas que buscan remediar sitios altamente contaminados y abandonados, y obligar a las empresas a tomar acciones técnico-financieras que prevengan su ocurrencia. Estas políticas se basan en el principio “quien contamina paga”; sin embargo, en EEUU se conocen 40000 sitios muy contaminados, sin responsable directo y que deben intervenirse con recursos federales.[18] Las eventuales consecuencias asociadas a estos sitios, que afectan ecosistemas, poblaciones y percepción del valor del suelo y la propiedad, se analizan desde diferentes perspectivas éticas, jurídicas y económicas. La valoración de sitios contaminados suele usar métodos de la economía, aplicados en aquellos casos donde no hay valoración económica directa.[19,20] Los eventuales costos socio-ambientales pueden valorarse por métodos tradicionales, siempre que estén asociados a problemas de mercado, como efectos sobre la productividad y precio de la tierra. Sin embargo, algunos efectos no corresponden a problemas de mercado, como la afectación de poblaciones silvestres o degradación visual del paisaje. En esos casos debe recurrirse a métodos de valoración como preferencias declaradas (valoración contingente) o preferencias reveladas (precios hedónicos, costos de viaje o de remediación). A la fecha, Colombia no ha desarrollado prácticas de análisis costo-beneficio socio-ambiental ni estimación de sostenibilidad para gestión de sitios contaminados.[1] Un estudio reciente estimó que los costos morales, legales y económicos asociados a conflictos ambientales en minería de carbón en Cesar, son mayores que el costo comercial del carbón exportado.[4] Otro estudio calculó los daños causados por actividad petrolera histórica sobre comunidades en Bolívar, con énfasis en recursos hídricos y pesqueros.[21] El inventario nacional de mercurio estima que, por minería de oro, 30 toneladas de mercurio se descargan anualmente a suelos y aguas, y 47 toneladas a la atmósfera[1]. En 2015 se importaron 133 toneladas al país, y en 2009 Colombia fue el tercer mayor contaminante mundial por mercurio.[12] Aunque el uso de mercurio en minería fue prohibido en 2018, y en 2019 el país ratificó el Convenio de Minamata, el legado negativo es amplio, y 70% de la minería aurífera en Colombia es artesanal, con procesos de beneficio difíciles de regular.[12] Como ejemplo, los depósitos informales de relaves auríferos en Valle del Cauca[9] evidencian concentraciones de mercurio (además de cobre, plomo y zinc) mucho mayores que los límites de toxicidad en suelos. Además, la literatura científica sobre SCM en Colombia es muy escasa. El mercurio, tanto en forma inorgánica como orgánica, es tóxico. El primero causa daño renal y pulmonar, y el segundo (metilmercurio) es un potente agente en contra de la función neuronal, que además se propaga por la cadena alimenticia.[13] Una vez el mercurio elemental se emite a la atmósfera durante el proceso de amalgamación para el beneficio minero aurífero, se oxida y se deposita mayoritariamente en los suelos y aguas circundantes.[13,14] El mercurio no se degrada, por lo cual su gestión se basa en remoción, disposición o inmovilización (estabilización o encapsulamiento) del SCM. Aunque la desorción termal es el método más efectivo para estabilizar un SCM mediante volatilización y captura del mercurio, requiere temperaturas >600°C y cuesta más de $480 dólares/tonelada de suelo.[13] Otros métodos efectivos, como estabilización con azufre o electrocinética, ofrecen desventajas en costo y garantía de homogeneidad.[13,14] Para encapsular y aislar sitios contaminados, las barreras cortaflujo verticales subsuperficiales son una alternativa que evita la remoción y disposición ex-situ del SCM. El concepto surgió en los años 1940s en EEUU e Italia para controlar infiltraciones de agua, y desde los 1970s se usa para contener contaminantes.[15] Según su composición, existen barreras térreas, cementadas y geosintéticas, pero las más usadas son de suelo-bentonita (SB) y escoria-cemento-bentonita (sCB)[14,22-25]. La bentonita es una arcilla de muy baja permeabilidad y la escoria de alto horno es un residuo producido en siderúrgicas. Las dimensiones típicas de las barreras SB y sCB son de hasta 20m de profundidad, 1km de longitud y 60-75cm de espesor, y su proceso constructivo es relativamente simple: excavación de zanja con retroexcavadora o almeja, seguida de llenado con lechada de SB o sCB. La principal desventaja de las barreras como estrategia para aislamiento es que, debido a que el contaminante no se remueve, en el largo plazo se requiere monitoreo del sitio.[13,14] Además, debido a que no mitigan la propagación vertical, las barreras deben profundizarse hasta una capa geológica impermeable. Actualmente, no existen publicaciones sobre comportamiento ni compatibilidad de barreras cortaflujo ante mercurio. Además, aunque el estado del conocimiento es amplio con respecto a permeabilidad de las barreras,[15,16,25] hay escasa investigación sobre sus propiedades de transporte de contaminantes[26,27] y geoquímica,[28] las cuales son fundamentales para predecir desempeño a largo plazo. Impacto previsto Los resultados del presente proyecto serán valiosos para tomadores de decisiones en el sector público porque se cuantificará el costo socio-ambiental de no implementar medidas de contención de mercurio alrededor de SCM. Los resultados también apoyarán a la industria de ingeniería porque los parámetros medidos de transporte de contaminantes tendrán aplicación directa en diseño de barreras cortaflujo y estimación de desempeño. Coherencia con la convocatoria La gestión de SCM necesariamente se aborda de manera interdisciplinar. Este proyecto propone una alianza entre tres departamentos, con profesores de diversa experticia: Joan Larrahondo (geotecnia ambiental), Armando Sarmiento (economía ambiental), Jaime Lara (calidad de aguas) y Alejandro Pérez (química de materiales). Adicionalmente, como colaboradores externos participarán el Dr. Jeffrey Evans, Profesor Emérito de Bucknell University, EEUU y el Ing. Alfonso Rodríguez, gerente de la firma r3 Environmental Technology Colombia SAS y director en Colombia de la ONG internacional Pure Earth. El profesor Evans es experto en ingeniería geoambiental y barreras cortaflujo para control de contaminantes, y es coautor de una publicación científica reciente con el profesor Larrahondo[28]. El Ing. Rodríguez es experto en remediación de suelos contaminados, incluyendo remoción de mercurio.
StatusFinished
Effective start/end date01/10/2130/09/23

Project Status

  • Finished