Contaminantes en agua subterránea

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1 Contaminantes en agua subterránea Disueltos NAPL (LFNA) (petróleo, naftas, solventes industriales)

2 Sistemas de fluidos multifase Ejemplos Aire/agua ZNS Líquidos orgánicos en ZNS (agua/orgánico/aire) Líquidos orgánicos en ZS (agua/orgánico) NAPLs LNAPLs Más livianos que el agua DNAPLs Más densos que el agua

3 Modelo conceptual simplificado para LNAPL Liberación en el subsuelo y migración Langan Engineering 2011 Desafío considerable (investigación y limpieza/remediación) Problema más complejo que contaminantes disueltos Fase disuelta (sorbida), fase gaseosa, fase pura o libre

4 Procesos de partición NAPL Gas (vapor) Sólido (Sorbido) Solución acuosa

5 Heterogeneidad más complejidad Presencia de fracturas Fingering en depósitos sedimentarios Fetter 1998

6 Algunos (mis) conceptos sobre los LNAPL LNAPLs entran en los poros tan fácilmente como el agua Se puede recuperar todo el LNAPL Todos los poros en una pluma de LNAPL están llenos con LNAPL LNAPL flota sobre la freática o franja capilar Si se detecta LNAPL en un pozo es móvil y migrante Las plumas de LNAPL se agrandan debido al flujo de agua subterránea Las plumas de LNAPL continúan moviéndose por largos períodos Otras.

7 Factores que afectan el movimiento de NAPL Propiedades del fluido Densidad Tensión superficial Saturación residual Propiedades partición Solubilidad Volatilidad, densidad de vapor Medio poroso Permebilidad Tamaño de poros Estructura Agua subterránea Contenido de agua Velocidad

8 Propiedades del fluido Densidades y Solubilidades de los NAPL Líquidos Densidad a 15 C, Solubilidad a 10 C g cm -1 mg L -1 LNAPL Destilado medio (fuel oil) 0,82 0, Destilado del petróleo (combustible 0,77 0, p/jet) Gasolina 0,72 0, Petróleo crudo 0,80 0, DNAPL Tricloroetileno (TCE) 1, Tetracloroetileno (PCE) 1, ,1,1-Tricloroetano (TCA) 1, Diclorometano (CH 2 Cl 2 ) 1, Cloroformo (CHCl 3 ) 1, Tetracloruro de Carbono (CCl 4 ) 1, ,11 20 Creosota (naftaleno, fenantreno, etc.)

9 Propiedades del fluido Tensión superficial y fuerzas capilares Fluidos completamente miscibles = 0 N/m Agua a 25 C = 72 N/m Mayoría de DNAPL = N/m La tensión superficial permite a los DNAPL (no mojante) formar glóbulos en materiales saturados

10 Propiedades del fluido Mojabilidad Tendencia de un fluido a ser atraído a una superficie en preferencia a otra. La mojabilidad es única para tipos de fluidos y sólidos dados. < 90 Fluido mojante > 90 Fluido no mojante

11 El agua es siempre el fluido mojante con respecto al aire o petróleo en rocas minerales El petróleo es el fluido mojante al combinarlo con aire, pero no mojante combinado con agua El petróleo es el fluido mojante en materia orgánica en relación al aire y el agua La mojabilidad de los contaminantes orgánicos es aún incierta

12 Saturación - S Propiedades del fluido Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido, esto es volumen del fluido i-ésimo por unidad de volumen de vacíos. S V / V i i v Si 1 i Saturación residual - S r Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido que no puede ser movilizado bajo la aplicación de ningún gradiente.

13 Propiedades del fluido Ejemplos de saturación residual El fluido mojante (agua)es retenido por fuerzas capilares, fluido no mojante aire El fluido no mojante ocurre como glóbulos en el centro de los poros

14 Propiedades del fluido Solubilidad Se refiere a la cantidad de masa que entrará en solución por unidad de volumen de solución (mg/l), usualmente tomada como la máxima concentración que puede alcanzarse en un cuerpo contaminado.

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16 Movimiento de dos fluidos

17 Movimiento de dos fluidos

18 Movimiento de los NAPL NAPL tienen viscosidad y densidad diferente al agua. Por lo tanto el acuífero luce diferente para el NAPL

19 Movimiento de los NAPL El movimiento de dos fases causa restricciones respecto al movimiento de una fase El NAPL floquea el movimiento de agua

20 Resistencia al movimiento de los LNAPL hacia adentro y fuera de poros llenos de agua Langan Engineering 2011 El LNAPL entrará a los poros saturados cuando sea capaz de vencer la presión de entrada (o resistencia)

21 Distribución de LNAPL a escala de poros Langan Engineering 2011

22 Movimiento de los NAPL Permeabilidad relativa Se refiere a la tendencia de los fluidos a interferir uno con otro a medida que fluyen Darcy para varios fluidos qi flujo del fluido i-ésimo por unidad de área del medio ki permeabilidad efectiva del medio para el fluido iésimo P presión, viscosidad, densidad, g acelaración gravedad h elevación.

23 Movimiento de los NAPL Permeabilidad relativa del fuido i-ésimo Sustituyendo en la ecuación de Darcy anterior Sistemas multifluidos, kri fluctúa entre 0 y 1. Con un solo fluido toma valor 1 y la ec. Anterior se reduce a la forma conocida de Darcy.

24 En teoría..

25 Con dos fluidos presentes, la suma de kri rara vez es 1. kr de los dos fluidos se acerca a cero a valores finitor de satur. Es decir, parte de los dos fluidos no puede ser removida por debajo de un umbral de saturación saturación residual En la práctica..

26 Algunos conceptos básicos Imbibición y drenaje

27 Nuevos resultados de LNAPL LNAPL llena parcialmente los poros y el grado de saturación decrece con la profundidad hasta que el agua llena todos los poros LNAPL no flotan sobre la freática o franja capilar sino que co-existe con el agua en la red de poros del acuífero (no se distribuye verticalmente como un panqueque) La presión ejercida por el LNAPL la presión de desplazamiento para el agua para que el LNAPL entre a un poro lleno de agua Las plumas de LNAPL generalmente adoptan configuraciones estables en cortos periodos de tiempo Las plumas de LNAPL pueden ser estables, puede haber alguna redistribución en el cenro del LNAPL

28 Distribución vertical del LNAPL Langan Engineering 2011

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34 Antes que el NAPL llegue a la ZS debe atravesar la ZNS, Capacidad de retención del suelo importante!! SRT = 3-5 lt m -3 (suelos de alta permeabilidad ARENAS) SRT = lt m -3 (suelos de baja permeabilidad LIMOS ARCILLAS) Ejemplo: una pérdida de unos lt de un tanque de una estación de servicio quedaría completamente retenida en un cubo de suelo limo-arcilloso, de 10 m de lado (SRT= 40 lt m -3 )

35 Ejemplo: Se produjo un derrame de 8000 lt de tetracloroetileno (PCE) hacia el suelo. La ZS se encuentra a 5 m de profundidad y el suelo tiene baja permeabilidad. El área del derrame ocupa 25 m 2. a) Aproximadamente cuánto será retenido en la ZNS? b) Cuál será el destino del PCE una vez que llegue a la ZS? c) Cuántos litros de agua subterránea podrán ser contaminados por encima del nivel máximo de contaminación (5µg/lt)

36 a) Asumimos SRT = 40 lt m -3, volumen de suelo requerido = 200 m 3 Volumen suelo disponible = 25 m 2 5 m = 125 m 3 el 62,5 % queda retenido (5000 lt), el resto percola hacia ZS b) PCE es más denso que el agua (1,62 g cm -3 ), migrará hacia abajo. Parte podrá disolverse (solubilidad 160 mg/lt), se puede modelar la pluma c) Masa de PCE en ZS = 3000 lt x 1,62 kg/lt = 4860 kg Masa = C x V 4860 kg = 5µg/lt V /10 9 µg/kg V = 9,72 x lt!!!!

37 Volumen suficiente para suministrar agua a Santa Fe ( hb), 400 lt/día, durante 6075 días!!! Este es el máximo volumen de agua que puede ser contaminado a una concentración de 5µg/lt, pero ilustra que un volumen pequeño de un compuesto orgánico puro puede causar problemas por un tiempo prolongado.

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