Contaminantes en agua subterránea

Texto completo

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Disueltos

NAPL (LFNA)

(petróleo,

naftas,

solventes

industriales)

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Sistemas de fluidos multifase

Ejemplos

• Aire/agua ZNS

• Líquidos orgánicos en ZNS (agua/orgánico/aire) • Líquidos orgánicos en ZS (agua/orgánico)

NAPLs

LNAPLs

DNAPLs

Más livianos que el agua Más densos que el agua

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Desafío considerable (investigación y limpieza/remediación) Problema más complejo que contaminantes disueltos

Fase disuelta (sorbida), fase gaseosa, fase pura o libre

Modelo conceptual simplificado para

LNAPL

Liberación en el subsuelo y migración

Langan Engineering 2011

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Procesos de partición

NAPL

Sólido (Sorbido) Solución acuosa Gas (vapor)

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Heterogeneidad

más complejidad

“Fingering” en depósitos sedimentarios

Presencia de fracturas

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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

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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

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Líquidos Densidad a 15 °C, g cm-1

Solubilidad a 10 °C mg L-1

LNAPL

Destilado medio (fuel oil) 0,82 – 0,86 3 – 8 Destilado del petróleo (combustible

p/jet) 0,77 – 0,83 10 – 150 Gasolina 0,72 – 0,78 150 – 300 Petróleo crudo 0,80 – 0,88 3 – 25 DNAPL Tricloroetileno (TCE) 1,46 1.070 Tetracloroetileno (PCE) 1,62 160 1,1,1-Tricloroetano (TCA) 1,32 1.700 Diclorometano (CH2Cl2) 1,33 13.200 Cloroformo (CHCl3) 1,49 8.200 Tetracloruro de Carbono (CCl4) 1,59 785 Creosota (naftaleno, fenantreno,

etc.)

1,11 20

Densidades y Solubilidades de los NAPL

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Propiedades del fluido

Tensión superficial y fuerzas capilares

Fluidos completamente miscibles  = 0 N/m Agua a 25 C  = 72 N/m

Mayoría de DNAPL  = 15-50 N/m

La tensión superficial permite a los DNAPL (no mojante) formar glóbulos en materiales saturados

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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

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 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

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Saturación -

S

Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido, esto es volumen del fluido i-ésimo por unidad de volumen de vacíos.

v i i

V

V

S

/

i i

S

1

Saturación residual -

S

r

Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido que no puede ser movilizado bajo la aplicación de ningún gradiente.

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El fluido mojante (agua)es rete- nido por fuerzas capilares, fluido no mojante aire

Ejemplos de saturación residual

El fluido no mojante ocurre como glóbulos en el centro de los poros

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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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(17)
(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 movi-

miento de agua

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Resistencia al movimiento de los LNAPL hacia

adentro y fuera de poros llenos de agua

El LNAPL entrará a los poros saturados cuando

sea capaz de vencer la presión de entrada

(o resistencia)

Langan Engineering 2011

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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.

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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.

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(25)

En la práctica …..

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 satu- ración – saturación residual

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Algunos conceptos básicos

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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

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Distribución vertical del LNAPL

Langan Engineering 2011

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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 = 30-50 lt m-3 (suelos de baja permeabilidad

LIMOS ARCILLAS)

Ejemplo: una pérdida de unos 40.000 lt de un tanque de una estación de servicio quedaría completamente retenida en un

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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 m2.

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)

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a) Asumimos SRT = 40 lt m-3 , volumen de suelo requerido = 200 m3

Volumen suelo disponible = 25 m2 × 5 m = 125 m3

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 /109 µg/kg V = 9,72 x 1011 lt !!!!

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Volumen suficiente para suministrar agua a Santa Fe (400.000 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

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