Original paper

Characterization and clean-up proposal for a chromium(VI) contaminated site in Mexico

Schmidt, Winfried; Krammer, Kristian; Rühl, Stefan; Sengl, Franz; Zentler, Roland

Abstract

A severe case of superficial and underground contamination with hexavalent chromium has occurred at an abandoned chemical plant in Tultitlán, Estado de México. The characterization of the contaminated site revealed deep infiltration of highly mobile and carcinogenic Cr(VI) into the sedimentary strata underlying the old factory and confinement area due to the geological setting and as a result of improper sealing. Under saturated conditions part of the contamination plume has reached the water table and is transported in the direction of the regional flow. Industrial water wells produce Cr(VI) values which surpass Mexican threshold limits for drinking water of 0.05 mg/l by a factor of forty and traces of Cr(VI) have been reported in the drinking water. The abandoned site tops a risk-based priority list. For health and safety reasons the Mexican Government has initiated emergency measures in order to safeguard living conditions in the adjacent urban areas. The factory carcass is classified according to its grade of contamination and is undergoing demolition and proper disposal of its contaminated debris under maximum security measures.A much harder task for the near future will be the selection of a proper remediation technology or a secure confinement strategy for the approx. 70 000 cubicmeters of chromium(VI) contaminated ore processing residue (COPR), slag and by-products which have been deposited under precarious conditions in a makeshift cemetery without any underground seal, merely patched up by a layer of asphalt. As a result of rainwater infiltration, part of the highly soluble hexavalent chromium has been leached. Drill cores confirmed that it has been deposited down to at least 30 m below the confinement area. Various reduction alternatives to Cr(III) and disposal strategies are validated and their technical applicability and economic feasibility are discussed. Alternatively, an all-encompassing reconstruction of the cemetery, including deep sidewall barriers, adequate compaction, storage, and a cover according to international standards for hazardous waste confinement is proposed. Additionally, pump-and-treat measures have to be initiated in order to contain the advancement of the Cr(VI)-laden plume and minimize its effect on groundwater contamination and the production of drinking water. Spanish Un caso severo de contaminación superficial del suelo y del subsuelo con cromo hexavalente ha ocurrido en una planta química abandonada en Tultitlán, Estado de México. La caracterización de la contaminación revelo la infiltración profunda del altamente móvil Cromo(VI) dentro de los estratos sedimentarios que subyacen la vieja fabrica y al área de confinamiento debido a la ordenación geológica y como resultado de un inadecuado manejo y confinamiento. Bajo condiciones saturadas parte de la pluma de contaminación ha alcanzado el nivel de aguas profundas y es transportado en direccion del flujo regional, lo cual condujo a que en pozos de explotacion industrial se encontraran valores de Cr(VI) que sobrepasan los limites establecidos para agua potable de 0.05 mg/l por un factor de 40. Trazos de Cr(VI) se ha reportado del agua potable. El sitio abandonado encabeza el listado de sitios prioritarios basado en el riesgo. Por razones de seguridad y salud el Gobierno Mexicano ha iniciado medidas de emergencia para salvaguardar las condiciones de salud en el área urbana adyacente. La ruina de la fabrica fue clasificada de acuerdo al grado de contaminación que presenta, la demolición y adecuado manejo y disposición de residuos se ejecuta bajo estrictas medidas de seguridad.Una tarea aun mas difícil en el futuro próximo será la selección de la tecnología apropiada para la remediación del sitio o de una estrategia de confinamiento de los aproximadamente 70,000 m3 de residuos de producción (COPR), escorias y residuos de demolición contaminados con Cr(VI). Estos fueron confinados en condiciones precarias en el denominado cementerio, el cual no cuenta con un sellado debajo de los residuos y el cual esta cubierto solamente con una capa de asfalto. Como resultado de la infiltración de agua de lluvia parte del Cr(VI) altamente soluble se ha lixiviado. Muestras de los núcleos de perforación confirman que se ha depositado el contaminante hasta por lo menos 30 m debajo del área de confinamiento. Varias alternativas de reducción de Cr(VI) a Cr(III) y estrategias de manejo son validadas y su aplicabilidad técnica y su viabilidad económica discutidas. Alternativamente, se ha propuesto una reconstrucción integral del confinamiento la cual envuelve la construcción de barreras laterales profundas, la adecuada compactación de materiales, el confinamiento y cobertura de los residuos peligrosos de acuerdo con estándares internacionales. De especial significado es la contaminación del acuífero profundo productor, la cual represente un riesgo potencial relevante para el suministro de agua potable y que debe ser reducido a través de la ejecución de acciones de remediación.

Kurzfassung

Bei einem schwerwiegenden Schadensfall in einer aufgelassenen Chemiefabrik in Tultitlán im Bundesstaat Mexiko sind oberflächliche und Untergrund-Kontaminationen mit sechswertigem Chrom aufgetreten. Die Sanierungsuntersuchung enthüllt eine tiefe Infiltration des hochmobilen, krebserregenden Schadstoffes unter dem Altstandort auf Grund einer mangelhaften Abdichtung des Haldenbereichs und begünstigt durch semiporöse, alluviale Schichten. Die Schadstofffahne hat bereits das Grundwasser erreicht, wird in Fliessrichtung transportiert und als kontaminiertes Grundwasser in mehreren industriell genutzten Brunnen gefördert, deren Cr(VI)-Werte das Vierzigfache des Trinkwassergrenzwertes von 0,05 mg/l erreichen. Spuren von Chrom(VI) lassen sich bereits im Trinkwasser nachweisen. Die mexikanische Bundesregierung hat Sicherungsmaßnahmen zum Schutze der Bevölkerung ergriffen. Das Fabrikgelände wird mit hohen Sicherheitsauflagen einem Rückbau unterzogen und der kontaminierte Abbruch und Aushub wird zwischengelagert.Die Auswahl des geeigneten Sanierungsverfahrens oder die ordnungsgemäße Deponierung vor Ort von ca. 70 000 m3 Chrom(VI)-haltiger Schlacken (COPR) und anderer Produktionsrückstände, die bisher in einem technisch unzureichenden, behelfsmäßigen Zwischenlager deponiert sind, wird in Zukunft die größte Herausforderung an das Sanierungsprojekt darstellen. Die Ergebnisse der Bohrkernanalyse belegen eine Auslaugung des Chromhaltigen Schadstoffs aus der Behelfsdeponie und die anschließende Ausfällung von Chrom(VI) in Tiefenbereichen bis zu 30 m. Mehrere technologisch realisierbare Alternativen zur Reduzierung des Chroms in seine dreiwertige Form und die Beräumung der Deponie werden diskutiert. Zwei Sanierungsvarianten werden auf ihre technische Durchführbarkeit hin überprüft und die Möglichkeiten einer Finanzierung untersucht. Als Alternative zu einem Immobilisierungsverfahren wird die Ertüchtigung der Deponie, inklusive einer Verdichtung, geregelten Einlagerung des Sondermülls und Oberflächenversiegelung mit seitlichen Dichtwänden nach internationalen Standards vorgeschlagen. Besonders problematisch ist die Verunreinigung des tieferen Grundwasserstockwerks, dessen Kontamination ein erhebliches Gefahrenpotential für die Trinkwassergewinnung darstellt und Maßnahmen zur Gefahrenabwehr und Sanierung erforderlich macht.

Keywords

characterizationchromium(vi) threshold valueschromium ore processing residue (copr)cromatos de mexico s.aclean-upgroundwater contaminationhazardous wastereduction technologiesrespiratory intakesidewall barrierssoil ingestionhealth ri