![Page 1: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/1.jpg)
Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados
![Page 2: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/2.jpg)
Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados
![Page 3: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/3.jpg)
Motivos
Una compañía de abastecimiento quiere inyectar agua de un río en un acuífero paraAlmacenar aguaMejorar la calidad del agua
Se ha llevado a cabo un experimento a Langerak (NL) para estudiar la utilidad y viabilidad
Se ha hecho un modelo de transporte reactivo para interpretar los resultados del experimento
![Page 4: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/4.jpg)
Situación geográfica
Langerak
The N
etherlands
River Rhinetributary "Lek"
River Rhine
![Page 5: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/5.jpg)
Sección vertical
R e c h a rg e w e l l D is c h a rg e w e ll
k = 1 5 m /d
k = 4 0 m /d
k = 5 5 m /d
-6 8 m
-7 2 m
-8 8 m
-9 3 m
w p 1 w p 2 w p 3
2 0 m 4 0 m 9 1 m 1 9 0 m
D is ta n c e fro m re c h a rg e w e ll
F i lte r
![Page 6: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/6.jpg)
Descripción del experimento
AcuíferoArenosoPequeñas cantidades de pirita y materia orgánicaAgua reductora (hay CH4)
RecargaDurante un añoAgua oxidada (O2 y NO3), la concentración de NO3
cambiaCl (trazador conservador) sólo en el primer mes
![Page 7: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/7.jpg)
Datos experimentales
Acuífero (antes del experimento)CEC, Contenido en pirita (FeS2), calcita, materia
orgánica, granulometría Agua subterránea en los sondeos de
observación durante todo el experimento ( curvas de llegada)Composición química estándar (pH, Temp., O2,
NO3, NH4, SO4, HCO3, CH4, Cl, Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, …)
Además, hay mucha información hidrogeóloga (zona de abastecimiento)
![Page 8: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/8.jpg)
Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados
![Page 9: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/9.jpg)
Modelo de flujo
Tres modelos 1D para cada capa Distribución de caudal por capa:
QDkDkDk
DkQ
332211
111
QDkDkDk
DkQ
332211
222
QDkDkDk
DkQ
332211
333
Q Q
D1
D2
D3
![Page 10: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/10.jpg)
Malla
'Realidad'
Modelo
Hay un dipolo con velocidades más altas a principio y final que en el medio.
Elementos 1D con más superficie da menos velocidad
AQ
v
2
max L
x
L
xDBA
M axim um w idth
of the system (
)Bmax
Aq
uife
rth
ickn
ess
()
D
1D elem ent
N ode
![Page 11: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/11.jpg)
Selección de reacciones químicas
MedianteReacciones probablesPrograma de especiación (EQ3)Análisis de sensibilidad (= jugar con el modelo)
![Page 12: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/12.jpg)
Reacciones obvias/probables
Oxidación de pirita FeS2 + 3.75O2 +0.5H2O Fe3+ + 2SO4
2- + H+
FeS2 + 3NO3- + 2H+ Fe3+ + 2SO4
2- +1.5N2 +H2O
Oxidación de materia orgánica CH2O + O2 HCO3
- + H+
CH2O + NO3- HCO3
- + 0.4N2 + H+ + 0.4H2O
Precipitación de ferrihidrita (Fe(OH)3)
Precipitación/disolución calcita (CaCO3)
Intercambio catiónico (XNa, XK, XNH4, X2Ca, X2Mg, X2Fe, X2Mn)
![Page 13: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/13.jpg)
Especiación
Comp. Inicial Recarga Log
Temp 12 12 Mineral Inicial Recarga
Eh -0.31 (CH4) 0.72 (O2) Pirita 0.00 -258
pH 7.29 7.79 Calcita 0.12 0.39
TIC 8.2910-3 5.1110-3 Ferrihidrita -6.76 -0.43
Tot Ca 1.7410-3 1.5010-3 Siderita 0.41 -12.7
Tot Cl 2.1010-4 9.6710-4 Rhodocrosita -0.30 -1.46
Tot Fe 7.4010-5 5.3710-7
Tot K 1.9310-4 1.6710-4
Tot Mg 5.6810-4 4.5410-4
Tot Mn 5.9710-6 2.1510-7
Tot Na 1.9210-4 2.0010-3
Tot N 5.4210-5 (NH4) 2.4010-4 (NO3)
Tot S 2.0410-8 (pirita)
7.9610-5 (SO4)
También incluimos siderita (FeCO3) y rodocrosita (MnCO3)
![Page 14: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/14.jpg)
Selección de especies acuosas
Seleccionar las especies de un componente cuyas concentraciones más altas suman > 99% de la concentración acuosa total en agua inicial o de contorno, p.e.: Inicial. Del total de S (2.0410-8 mol kg-1)
68.6% HS-, 31.4% H2S(aq), 0.0% S-2, 0.0 SO4-2, …..
Recarga. Del total de S (7.9610-5 mol kg-1) 85.8% SO4
-2, 8.8% CaSO4, 5.4% MgSO4, 0.0% MnSO4, ….
A incluir: HS-, H2S(aq), SO4-2, CaSO4, MgSO4
![Page 15: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/15.jpg)
Leyes cinéticas
-0.11+0.52,, )(H)(Opyropyropyrr
)(O
)(OO)(CH
22
22,,
O
oomoom Kr
)(NO -3,, pyrnpyrnpyrr
)(O)(NO
)(NO)OCH(
22
2-33
-3
2,,
inO
inO
NOnomnom K
K
Kr
1 calcalcalcalr
1 sidsidsidsidr
1 rodrodrodrodr
Pirita por O2 (Nicholson, 1994)
Pirita por NO3-
Materia orgánica por O2 (van Cappellen and Gaillard, 1996)
Materia orgánica por NO3- (van
Cappellen and Gaillard, 1996)
Calcita (Busenberg and Plummer, 1982)
Siderita (id. calcita)
Rodocrosita (id. calcita)
![Page 16: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/16.jpg)
Superficies reactivas
Suponiendo minerales en granos esféricos con radio único rmin
Sabiendo el radio inicial (= 0.16 mm) y suponiéndolo igual para todos los minerales se puede calcular la superficieinicial
3min
minminmin, 3
4r
V
n
V
VV
rocrocf
2min
minminmin 4 r
V
n
V
A
rocroc
min
min,min
3
rV f
Volumen de una esfera
Superficie de una esfera
Número de esferas por volumen de roca
)(109.1106.1
3 3240min,,40min,,0min,
mmVV ff
![Page 17: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/17.jpg)
Sensibilidad k y σ de pirita
Tasa oxidación por O2
Superficie reactiva inicial (σ 0) suponemos en función del contenido inicial de mineral
-0.11+0.52 )(H)(Or
0 2 0 0 40 0
T im e (d ay s)
0 .0 E + 00 0
2 .0 E -00 4
4 .0 E -00 4
SO4 (
mol
/l)
0 2 0 0 40 0
T im e (d ay s)
0 2 0 0 40 0
T im e (d ay s)
W P 1 W P 2 W P 3
M easu redR ech a rg e w a te rC a lcu la ted k = 4 .6 e -1 0 7 .3 = 3 .4 e -9C a lcu la ted k = 4 .6 e -9 7 .3 e -1 = 3 .4 e -9C a lcu la ted k = 4 .6 e -8 7 .3 e -2 = 3 .4 e -9
)(109.1 3240,0
mmV f
![Page 18: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/18.jpg)
Sensibilidad de oxidación de CH4
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O¿Rápido (equilibrio) o lento (cinética) o no ocurre
(CH4 conservativo)?
0 2 00 4 0 0
T im e (d ay s)
0 E + 0 0 0
2 E -0 0 4
4 E -0 0 4
CH
4 (m
ol/l
)
0 2 00 4 0 0
T im e (d ay s)
0 2 00 4 0 0
T im e (d ay s)
W P 1 W P 2 W P 3
M easu redC alcu la ted (co n se rv a tiv e)C alcu la ted (eq u ilib r iu m )R ech arg e w a te r
![Page 19: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/19.jpg)
Modelo geoquímico final
Especies acuosas e-, H+, Ca2+, Cl-, Fe2+, HCO3
-, K+, Mg2+, Mn2+, Na+, NH4+, NO3
-, SO42-, CH4
CaCO3(aq), CaHCO3+, CaSO4(aq), CO2(aq), CO3
2-, Fe3+, FeCO3(aq),
FeHCO3+, Fe(OH)2
+, Fe(OH)3(aq), Fe(OH)4, MgHCO3+, MgSO4(aq),
H2S(aq), HS-, OH-, O2(aq), MnCO3(aq), MnHCO3+, MnO4
-, MnSO4(aq)
Especies de intercambio catiónico: X2-Ca, X2-Fe, X-K, X2-Mg, X2-Mn, X-Na, X-NH4
Minerales en equilibrio Fe(OH)3
Otras especias sólidas Pirita (FeS2), materia orgánica (CH2O), calcita (CaCO3), siderita
(FeCO3), rhodocrosita (MnCO3)
FeS2 y CH2O se oxida por O2 y NO3-
![Page 20: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/20.jpg)
Calibración
Principio: Todo es incierto, pero algunas cosas son más ciertas que otras
Se ajusta los resultados del modelo a los experimentales (curvas de llegada) cambiando parámetros: Parámetros de transporte conservativo
Dispersividad Ancho máximo del sistema (Bmax)
Parámetros geoquímicos CIC (Capacidad de Intercambio Catiónico) Contenido inicial de los minerales ( superficies reactivas) Constantes cinéticas Constantes de intercambio catiónico
Se intenta que los parámetros estimados no difiera demasiado de los medidos
![Page 21: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/21.jpg)
Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados
![Page 22: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/22.jpg)
Parámetros estimados
Parámetro Medido Estimado
Sup. Medio Inf. Sup. Medio Inf.
Dispersividad (m) - - - 1 1 1
Ancha max. del sistema (m) - - - 170 170 170
CIC (eq kg-1 peso seco) 4.0∙10-2 1.5∙10-2 9.3∙10-3 7.0∙10-3 7.0∙10-3 1.2∙10-2
ContenidoInicial(mol kg-1 peso seco)
Pirita 9.8∙10-3 3.7∙10-3 2.1∙10-3 2.3∙10-3 9.1∙10-4 6.8∙10-3
Mat. orgánica 3.0∙10-1 1.2∙10-1 8.3∙10-2 1.1 1.0∙10-1 2.2∙10-1
Siderita - - - 1.9∙10-4 1.9∙10-4 1.9∙10-4
Rodocrosita - - - 1.8∙10-6 1.8∙10-6 1.8∙10-6
![Page 23: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/23.jpg)
Constantes
Constante Literatura Estimación
pyr,o (mol0.61m-1.83s-1) 6.5∙10-9 (1) 2.0∙10-8
om,o (s-1) - 1.8∙10-9
pyr,n (m s-1) - 1.0∙10-7
om,n (s-1) - 4.6∙10-9
K(Na/K) 0.20 (2) 0.07
K(Na/Ca) 0.40 (2) 0.20
K(Na/Mg) 0.50 (2) 0.23
K(Na/NH4) 0.25 (2) 0.091 Nicholson (1994)2 Appelo (1993)
![Page 24: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/24.jpg)
Curvas de llegada, conservativo
0 E + 0 0 0
1 E -0 0 3
2 E -0 0 3
3 E -0 0 3
Cl (
mol
/l)
T im e (d ay s)
0 E + 0 0 0
2 E -0 0 4
4 E -0 0 4
CH
4 (m
ol/l
)
T im e (d ay s) T im e (d ay s)
W P 1 W P 2 W P 3
M easu redC alcu la tedR ech arg e w a te r
![Page 25: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/25.jpg)
Curvas de llegado, redoxW P 1 W P 2 W P 3
0E + 00 0
1E -00 4
2E -00 4
3E -00 4
O2 (
mol
/l)
0E + 00 0
2E -00 4
4E -00 4
NO
3 (m
ol/l
)
7 .0
7 .5
8 .0pH
0 200 40 0
T im e (d ay s)
0E + 00 0
2E -00 4
4E -00 4
SO
4 (m
ol/l
)
0 200 40 0
T im e (d ay s)
0 200 40 0
T im e (d ay s)
M easu redC alcu la tedR ech arg ed w a ter
![Page 26: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/26.jpg)
Intercambio catiónicoW P 1 W P 2 W P 3
0 .0 E + 0 0 0
2 .0 E -0 0 3
4 .0 E -0 0 3
Na
(mol
/l)
0 .0 E + 0 0 0
1 .0 E -0 0 4
2 .0 E -0 0 4
K (
mol
/l)
0 .0 E + 0 0 0
3 .0 E -0 0 5
6 .0 E -0 0 5
NH
4 (m
ol/l
)
0 .0 E + 0 0 0
1 .0 E -0 0 3
2 .0 E -0 0 3
Ca
(mol
/l)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
0 .0 E + 0 0 0
4 .0 E -0 0 4
8 .0 E -0 0 4
Mg
(mol
/l)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
M easu redC alcu la tedR ech arg w ate r
![Page 27: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/27.jpg)
Curvas de llegada, Fe y Mn
W P 1 W P 2 W P 3
0 .0 E + 0 0 0
5 .0 E -0 0 5
1 .0 E -0 0 4
1 .5 E -0 0 4
Fe
(mol
/l)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
0 .0 E + 0 0 0
1 .0 E -0 0 5
2 .0 E -0 0 5
Mn
(mol
/l)
0 2 0 0 4 0 0
T im e (d ay s)
M easu redC alcu la tedR ech arg e w a te r
![Page 28: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/28.jpg)
Sólidos
0 .0 E + 00 0
5 .0 E -0 0 4
1 .0 E -0 0 3
Pyr
ite
(mol
/kg
dw)
0 .1 00 2 0
0 .1 00 2 1
0 .1 00 2 2
Org
anic
mat
ter
(mol
/kg
dw)
0 .0 E + 00 0
4 .0 E -0 0 4
8 .0 E -0 0 4
Fer
rihy
drit
e(m
ol/k
g dw
)
0 .0 E + 00 0
1 .0 E -0 0 4
2 .0 E -0 0 4
Sid
erit
e(m
ol/k
g dw
)
0 5 0 1 0 0
D istan ce (m )
0 .0 E + 00 0
1 .0 E -0 0 6
2 .0 E -0 0 6
Rho
doch
rosi
te(m
ol/k
g dw
)
0 5 0 1 0 0
D istan ce (m )
0 .0 75
0 .0 76
0 .0 77
Cal
cite
(m
ol/k
g dw
)
In itia lA f te r o n e y ea r
![Page 29: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/29.jpg)
Película
![Page 30: Inyección de agua oxidante en un acuífero reductor Introducción Modelo conceptual y enfoque de modelizar Resultados](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022081515/5665b4e31a28abb57c94813a/html5/thumbnails/30.jpg)
Conclusiones
Procesos detectadosO2 y NO3
- oxidan pirita y, en menor medida, materia orgánica
CH4 apenas reaccionaDisolución de calcita, siderita y rodocrositaPrecipitación de ferrihidrita Intercambio catiónico
Modelo es útil para detectar procesos Usa medidas para condicionar el modelo, pero
ten en cuenta las incertidumbres