Download - Contaminantes en agua subterránea
Disueltos
NAPL (LFNA)
(petróleo,
naftas,
solventes
industriales)
Contaminantes en agua subterránea
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
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
Procesos de partición
NAPL
Sólido
(Sorbido)
Solución acuosa
Gas
(vapor)
Heterogeneidad más complejidad
“Fingering” en depósitos
sedimentarios
Presencia de fracturas
Fetter 1998
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 ….
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
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
Propiedades del fluido
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
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
Propiedades del fluido
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
Saturación - S
Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido, esto es
volumen del fluido i-ésimo por unidad de volumen de vacíos.
vii VVS / i
iS 1
Saturación residual - Sr
Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido que no
puede ser movilizado bajo la aplicación de ningún gradiente.
Propiedades del fluido
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
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.
Propiedades del fluido
Movimiento de dos fluidos
Movimiento de dos fluidos
Movimiento de los NAPL
NAPL tienen viscosidad y densidad diferente al agua.
Por lo tanto el acuífero “luce” diferente para el NAPL
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
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
Distribución de LNAPL a escala de poros
Langan
Engineering
2011
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.
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.
En teoría …..
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
Algunos conceptos básicos
Imbibición y drenaje
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
Distribución vertical del LNAPL
Langan
Engineering
2011
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
cubo de suelo limo-arcilloso, de 10 m de lado (SRT= 40 lt m-3)
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)
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 !!!!
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
tiempo prolongado.