Procesos de transferencia de masas

PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE MASAS
FLUJO MÁSICO (TRANSPORTE)
• Flujo advectivo
• Flujo difusivo – dispersivo
FA = q C
FD = -D δC / δx
• Retardo hidrogeoquímico = v / v0
V = velocidad del soluto
Vo = velocidad del agua
depende de
•
•
•
•
•
Solubilidad
Procesos físicos
Reacciones geoquímicas
Procesos bioquímicos
Procesos radioactivos
δC / δt = D δ2C / δx2 – vx δC / δx – 1/n δC / δt ± C
Variación de
masa total
Variación
dispersión
Variación
advección
Reacción
SOLUBILIDAD
La solubilidad de cualquier compuesto puede ser descrita
cuantitativamente por el producto de solubilidad KSP, que se deriva de la
ley de acción de masas.
Fuentes y
sumideros
En aguas naturales, que no son disoluciones ideales, los iones
presentes no están diluidos infinitesimalmente, de manera que influyen
sobre otras especies debido al campo eléctrico creado a su alrededor.
Este factor aconseja utilizar las actividades iónicas en vez de las
concentraciones medidas.
Para el cálculo de constantes de equilibrio en sistemas acuosos existen
diversos programas (WATEQ, WATEQF, GEOCHEM, BALANCE,
NETPATH,...) que ajustan las concentraciones iónicas medidas en el
agua por medio de aproximaciones iterativas a un modelo termodinámico
de equilibrio químico, teniendo en cuenta la temperatura, pH y Eh y las
constantes termodinámicas de los minerales y fases minerales en el
sistema
PROCESOS GEOQUÍMICOS
PROCESOS FÍSICOS
Formación de complejos y fuerza iónica.
Dispersión
Provoca la dilución de contaminantes. La capacidad de dispersión de un
medio depende de su grado de heterogeneidad, velocidad del agua
subterránea,.. En general, es inversamente proporcional a la porosidad.
Filtración
Elimina virtualmente todos los sólidos en suspensión. No es efectiva frente
a la mayoría de las especies químicas inorgánicas. Muy efectiva en medios
arcillosos.
Circulación de gases
Favorece la descomposición de sustancias orgánicas. La limitación de esta
circulación puede provocar condiciones anaerobias. Volatilización y fuga en
estado de gas pueden afectar a nitratos y sulfatos.
Los complejos y pares iónicos se forman en su mayoría por combinación de
iones polivalentes. La fuerza iónica es una medida del total de iones disueltos.
tanto una como otra hacen aumentar la cantidad de especies disueltas que
estarían limitadas por oxidación, precipitación o adsorción.
Neutralización - reacciones ácido-base.
La mayoría de los constituyentes de las aguas subterráneas son más soluble y,
por tanto, más móviles cuando el pH es bajo. En la mayoría de los casos este
efecto no es importante si el pH de efluentes etc.. oscila entre 6 y 9, pero es
muy importante cuando se trata de residuos muy ácidos o muy básicos.
Oxidación - reducción.
Muchos elementos pueden presentar varios estados de oxidación estando su
movilidad estrechamente ligada a dicho estado. En suelos no saturados y zonas
de recarga de acuíferos suelen predominar condiciones oxidantes o
parcialmente reductoras, mientras que en la zona saturada suelen predominar
las reductoras, especialmente si existe materia orgánica.
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PROCESOS BIOQUÍMICOS
PROCESOS GEOQUÍMICOS
Precipitación - disolución.
Teóricamente casi cualquier constituyente que se encuentre en solución puede
precipitar. El calcio, magnesio, bicarbonatos y sulfatos, especialmente, pueden
estar sometidos a estos procesos. Constituyentes traza como arsénico, boro,
cadmio, cianuro, hierro, plomo, mercurio,.. presentan una notable capacidad de
precipitación en ciertas condiciones.
Adsorción - desorción.
El proceso de intercambio iónico puede provocar la retención de cationes y aniones
en la superficie de las arcillas. La cantidad de cationes metálicos adsorbidos
aumenta con el pH. Los elementos adsorbidos pueden volver a la solución
(desorción) cuando un agua con menor concentración de estos elementos entra en
contacto con el material adsorbente. Este proceso es probablemente uno de los
más efectivos en la atenuación de la contaminación. Con excepción de los cloruros
y, en menor proporción, nitratos y sulfatos, la mayoría de los contaminantes, en
condiciones favorables, pueden ser adsorbidos y así, eliminados del agua
subterránea.
PROCESOS DE ADSORCIÓN
Degradación biológica y asimilación.
Muchas sustancias orgánicas pueden ser extraídas del agua por actividad
biológica: sulfatos, nitratos, arsénico y mercurio pueden ser fijados
biológicamente. El molibdeno es fuertemente asimilado y fijado por las
plantas.
Síntesis celular.
El nitrógeno, carbono, azufre y fósforo, así como otros constituyentes traza
son necesarios para el crecimiento de los organismos y pueden, por
consiguiente, ser retirados en su movimiento desde los emplazamientos de
residuos.
PROCESOS EN LA ZNS
• Los procesos que en mayor medida afectan a esta zona son la
evapotranspiración y la absorción radicular selectiva.
La adsorción es un proceso mediante el cual se extrae materia de una
fase y se concentra sobre la superficie de otra fase (generalmente
sólida). Por ello se considera como un fenómeno subsuperficial.
La sustancia que se concentra en la superficie o se adsorbe se
llama "adsorbato" y la fase adsorbente se llama "adsorbente".
Por contra, la absorción es un proceso en el cual las moléculas o
átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de
otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda.
• El contenido en materia orgánica y la fijación atmosférica de gases (N2, CO2,
O2) actúan notablemente sobre algunas reacciones.
• La volatilización puede afectar al amonio y sustancias orgánicas
(plaguicidas).
• La adsorción (cambio iónico) afecta fundamentalmente a cationes aunque
también pueden afectar a aniones (fosfatos).
• La disolución - precipitación depende básicamente de la solubilidad de los
compuestos y de su equilibrio respecto a la saturación (carbonatos, fosfatos).
• Las reacciones de oxidación en ambiente aerobio son especialmente intensas
en los compuestos del nitrógeno y en los sulfuros, Por el contrario, las de
reducción, en ambiente anaerobio y con presencia de materia orgánica,
conducen a la formación de amonio y sulfuros
• La biodegradación provoca una rápida disminución de la carga contaminante
orgánica existente en el agua
• Finalmente, las sustancias solubles y que no han sido retenidas por los
distintos procesos mencionados alcanzan el acuífero con el agua de recarga.
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TRANSFERENCIA DE MASAS
Vertidos
Fijación
atmosférica
Sales disueltas
Contaminantes
Recarga
artificial
Sales disueltas
Agua de riego
Precipitación
Sales disueltas
Sales disueltas
CO 2
CO2
Evapotranspiración
O2
Escorrentía
superficial
Concentración
Interacción
Hidrólisis
Disolución
Solubilidad
Sulfatos
Oxidación
Consumo O2
Reducción
MO presente
Falta O2
Nitratos
Sulfuros
Amonio
CO 2
Adsorción
Precipitación
ROCA
Vegetación
Humus
Animales
Agua intersticial
Carbonatos
Sulfatos
Volatilización
O 2
Cambio iónico
Degradación
Absorción
radicular
N P K
Materia
orgánica
Metales
pesados
Carbonatos
Insolubles
Cationes
PROCESOS
MODIFICADORES
Plaguicidas
Orgánicos
Solubles
Recarga
ACUIFERO
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