PROCESOS CONTAMINANTES • Identificación del FOCO DE

PROCESOS CONTAMINANTES
• Identificación del FOCO DE CONTAMINACIÓN
• Comprensión de los procesos de MIGRACION
• Programación del CONTROL
• Criterios para la REMEDIACION / REGENERACION
No se trata de DETECTAR (análisis químicos,
bacteriológicos, determinaciones físicas), sino de
CONTROLAR (hidrogeoquímica)
• El agua destinada a bebida de los animales ha de ser
bacteriológicamente similar a la de consumo humano. El contenido en sales
no puede especificarse dada la gran diversidad de alimentación de las
diferentes especies.
• La clasificación de aguas para riego más generalizada es la del U.S.
Salinity Laboratory Staff , que se basa en los siguientes puntos:
a) La concentración total de sales disueltas expresada por la
conductividad a 25 ºC (uS/cm)
b) La concentración relativa de sodio con respecto a calcio y
magnesio, denominada índice SAR (relación de adsorción de
sodio)
S.A.R. = rNa / (rCa + rMg) /2
En base a la conductividad y al índice SAR se establecen 16
categorías.
c)) Concentración de boro (mg/l)
PROCESOS CONTAMINANTES
CONCEPTOS DE CALIDAD Y DE CONTAMINACIÓN
Contaminación es la modificación de las características físico-químicas
de un agua, debida a la intervención humana y que la inutiliza para un
uso determinado.
Calidad natural se refiere a los componentes físico-químicos,
independientemente de su origen y de las posibilidades de utilización
Calidad, representa la composición y características de un agua bajo el
punto de vista de una utilización o aplicación determinada.
Reglamentación Técnico Sanitaria para el abastecimiento y control de
la calidad de las aguas potables de consumo público (BOE 154,
29/06/1982)
• Aguas potables de consumo público
• Agua potable
• Agua sanitariamente permisible
• Agua no potable
• Agua tratada
• Caracteres orientadores de calidad
• Caracteres tolerables
PROCESOS CONTAMINANTES
Agente contaminante
Toda propiedad, organismo o sustancia que deteriora las
características naturales de un agua
Grupos de Agentes Contaminantes
Contaminantes químicos
Iones normales (Cl, SO4, HCO3,Na, Ca, Mg y parámetros derivados)
Iones nitrogenados
Materia orgánica
Metales pesados (Fe, Mn, Al, Cu, Pb, CrVI, As…)
Compuestos tóxicos (plaguicidas organoclorados, detergentes, cianuro)
Contaminantes biológicos
Bacterias
Virus
Contaminantes radioactivos
• En cuanto a la calidad para uso industrial, la clasificación no es posible
pero, en general, suelen tenerse en cuenta la agresividad y el poder
incrustante del agua como características más destacadas
1
MECANISMOS DE INTRODUCCION Y PROPAGACION
DE LA CONTAMINACION EN EL ACUIFERO
CONTAMINANTE
CONTAMINANTE
Contaminación
Contaminación
LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN
•La protección que para el acuífero supone la ZNS
•La dificultad de localizar y eliminar la contaminación del acuífero una
vez producida
Métodos preventivos
Estos métodos, en conjunto, persiguen una triple finalidad:
II. Propagación originada en la ZNS
Alcantarillado
I. Propagación a partir de la superficie
CONTAMINANTE
a) Evitar que el contaminante llegue al acuífero
b) Reducir su peligrosidad antes de que el contaminante alcance el acuífero
c) Limitar la cantidad de contaminante que llega al acuífero
Métodos curativos
Contaminación
ZONA NO SATURADA
ACUÍFERO
Se basan, normalmente, en procesos de alteración del flujo subterráneo
Flujo Subterráneo
III. Propagación originada en la ZS
Inyección directa al acuífero
III. Propagación originada en la ZS
Alteración del régimen de flujo
LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN
LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN
a) Evitar que el contaminante llegue al acuífero
• Ordenación espacial de las actividades contaminantes en áreas cuya
vulnerabilidad haya sido previamente determinada
• Establecimiento de perímetros de protección de calidad, prohibiendo o
limitando ciertas actividades, especialmente en las proximidades de las
captaciones o en las zonas de recarga de los acuíferos.
• Establecimiento de normativas de construcción y abandono de pozos, vía
frecuente de contaminación directa de acuíferos.
• Impermeabilización y control efectivo de la misma en cuantos depósitos o
almacenamientos de residuos constituyan una amenaza para el mantenimiento
de la calidad del agua subterránea.
• Drenaje somero, especialmente en zonas de contaminación difusa.
b) Reducción de la peligrosidad
La reducción de la peligrosidad de un contaminante antes de que alcance
el acuífero puede lograrse a través de diferentes tratamientos de
depuración artificial o natural del mismo ( plantas de tratamiento o vertido
en zonas con adecuado poder autodepurador).
c) Reducción de la cantidad de contaminante
La reducción de la cantidad de contaminante puede lograrse a través de
reciclados, optimizando la aplicación de fertilizantes nitrogenados
utilizados en agricultura y mediante vertidos controlados que limiten la
producción de lixiviados, con drenajes adecuados, impermeabilización,
etc..
• Control de la inyección directa de residuos industriales o domésticos
• Protección frente a la intrusión marina por limitaciones de caudales de
bombeo.
2
LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN
Métodos curativos
• Modificación de bombeos, especialmente en zonas con problemas de
intrusión marina o de acuíferos conectados con ríos contaminados
VIGILANCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA SUBTERRANEA
Programa, científicamente concebido, de reconocimiento continuo que
incluye muestreos directos y medidas indirectas de calidad, inventario
de las causas de cambio actuales o potenciales, así como análisis de
la causa de cambios acaecidos y predicción de la naturaleza de los
futuros cambios de calidad
Tipos de vigilancia
• Barreras hidráulicas de presión, modificando los gradientes de modo
que se detenga el flujo de agua contaminada hacia los puntos de
extracción
• Determinación de la tendencia general que permita conocer el estado
de la calidad en relación con las normas de calidad así como definir el
"fondo regional de calidad".
• Barreras de depresión entre el foco contaminante y las captaciones a
proteger
• Detección de las fuentes potenciales de contaminación
• Intercepción y extracción, por bombeo, del contaminante (p.e. en
fugas de hidrocarburos)
• Barreras subterráneas impermeables
• Observación de las contaminaciones detectadas
• Vigilancia y control de contaminaciones esporádicas
RED DE CONTROL
VULNERABILIDAD A LA CONTAMINACIÓN
Se pueden establecer categorías de vulnerabilidad de los acuíferos a la
contaminación de cualquier origen, en función de las siguientes litologías:
1. Acuíferos muy vulnerables a la contaminación. Zonas donde es necesario
extremar las medidas preventivas:
- Formaciones aluviales
- Acuíferos libres
- Calizas muy fisuradas y/o karstificadas
- Formaciones fisuradas ( calizas, areniscas, basaltos)
2. Acuíferos parcialmente protegidos, bien de la entrada de agentes
contaminantes o bien de su propagación, por ciertas características específicas:
- Acuíferos aluviales cautivos poco profundos
- Acuíferos en arenas o areniscas
VULNERABILIDAD A LA CONTAMINACIÓN
3. Acuíferos donde la contaminación puede revestir características
variables, por ser poco extensos y de tipos muy diversos:
• Formaciones de permeabilidad variable. Alternancia de materiales
permeables e impermeables: calizas, margas, arenas, arcillas, pizarras,
molasas, materiales volcánicos...
4. Acuíferos no vulnerables: Zonas en las que, por no existir
prácticamente afloramientos de materiales permeables, la contaminación
afectará casi exclusivamente, a las aguas superficiales:
•Formaciones sedimentarias impermeables. Margas y arcillas.
Sirven de protección a acuíferos cautivos profundos.
•Terrenos antiguos plegados y metamorfizados. Pizarras, micacitas,
neises,..
•Terrenos graníticos y ultrametamórficos. No se excluye la presencia de
pequeños acuíferos libres, muy vulnerables, asentados en las áreas de
alteración o arenización.
3
Migración de contaminantes
Es el conjunto de procesos de transporte,
almacenamiento, intercambio y transformación
(transferencia), que por causas físicas, químicas y
biológicas afectan a los solutos en el suelo y las
aguas subterráneas
Transporte
• Advección
• Difusión
• Dispersión
Transferencia
• Almacenamiento
• Intercambio
• Transformación
Migración de contaminantes
El transporte de solutos afecta a las fases fluidas, gases o
líquidos que circulan a través del medio poroso. Los
componentes de esta fase fluida pueden ser disueltos en la fase
acuosa (solutos)
Solutos
•
•
•
•
Iones
Complejos
Compuestos eléctricamente neutros
Coloides
Tipos de solutos
• Reactivos
Conservativos (masa en las fases fluida y sólida
cte con el tiempo)
No conservativos
• No reactivos
PROCESOS DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES
• Advección
• Dispersión mecánica
• Difusión
• Dispersión hidrodinámica
ADVECCION (transporte advectivo o flujo másico advectivo)
Se refiere al movimiento pasivo de solutos disueltos en el agua.
Entrada de masa
Distribución advectiva
Línea de flujo
Línea equipotencial
PROPAGACIÓN DE UNA SUSTANCIA CONTAMINANTE
DISPERSIÓN HIDRODINÁMICA
DISPERSIÓN
FA = q C
DIFUSIÓN MOLECULAR
NP
q
flujo de Darcy
C concentración en disolución
4
DISPERSION MÉCANICA O HIDRÁULICA
Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los poros da lugar a
velocidades que difieren de unos puntos a otros. Además también hay
variaciones de velocidad en un mismo poro.
DISPERSION
(transporte dispersivo o flujo másico dispersivo)
F h = Dh δ C / δ x
Dispersión
transversal
Macrodispersión
Dh = coeficiente de dispersión mecánica
K1
K2
α = dispersividad
v = velocidad del flujo
K3
Dispersión
longitudinal
1
1
C / C0
C / C0
0
Dh = α v
K4
Frente advectivo
0
tiempo
tiempo
DIFUSION (transporte difusivo o flujo másico difusivo)
Debido al movimiento de iones disueltos y moléculas debido a la existencia de
gradientes de concentración y a la agitación térmica de las moléculas.
FLUJO DE SOLUTO
Fs = FA + FD + Fh
Fs = q C + Dm δC/δx + Dh δC /δz
Fs = q C + D δC/δz
Este proceso puede ser descrito mediante la Ley de Fick:
F D = Dm δ C / δ x
Dm = coeficiente de difusión del medio poroso
x = distancia
Dm y Dh son similares desde el punto de vista macroscópico, por lo que pueden
sumarse:
D = Dh + Dm
D = coeficiente de DISPERSIÓN HIDRODINÁMICA
Dm es más pequeño que el correspondiente a la difusión molecular en agua pura Da, debido
a la tortuosidad del medio:
Dm = Da / τ
Tortuosidad (τ): recíproco de la relación existente entre la trayectoria real entre los puntos y
la trayectoria rectilínea.
Su valor medio (entre 0,01 y 1) depende de la estructura del medio (poros, fisuras,
huecos,..) y del contenido de humedad
En el medio no saturado:
δθC / δt = - δFs / δz
La ecuación general queda:
Ecuación de la continuidad
∂θC ∂
=
∂t
∂z
θD
∂C
− qC
∂z
Como Da = 10-9 m2/seg, la difusión molecular suele estar entre 10-11 y 10-9 m2/seg.
5
t = tR + T
d
contaminante
tR = H m r / R
pozo
Ht
R
ZNS
mr
i
m
Medio
saturado
k
T
penacho
impermeable
En el medio saturado
En el medio no saturado
H (m)
R (cm/año)
mr
tR (años)
10
5
0,1
20
T=dm/ki
H = espesor no saturado
R = recarga local
mr = humedad volumétrica media del perfil
d = distancia horizontal foco – captación
m = porosidad volumétrica total
k = conductividad hidráulica
i = gradiente hidráulico
10
20
0,1
5
d (m)
k (m/día)
m
i
T (días)
1000
10
0,25
0,025
1000
1000
100
0,25
0,025
100
6