Transporte de contaminantes en subsuperficies parte II

Advección: Es el transporte del fluido contaminante por acción del agua, la velocidad lineal media del contaminante depende de (1) la conductividad hidráulica de la formación hidrogeológica en la dirección del flujo, (2) la porosidad efectiva del suelo, (3) del gradiente hidráulico en la dirección del flujo. En un medio poroso, el flujo de masa a través de una sección unitaria perpendicular al flujo es igual a:

J=ne⋅C⋅ v        (3.5)

De la ecuación anterior,J representa el flujo de masa por unidad de sección y por unidad de tiempo, ne es la porosidad eficaz, C  la concentración del contaminante y v la velocidad lineal media.

Los procesos mediante el cual existe una transferencia neta de materia son conocidos como fenómenos de transporte, en nuestro caso de estudio haremos una breve descripción de la difusión molecular y dispersión como una característica de transporte de contaminantes en la subsuperficie del suelo.

Transporte difusivo: “Para que tenga lugar el fenómeno difusivo de contaminantes, la distribución espacial de las moléculas no debe ser homogénea” (Alonzo & Finn 1.970), los contaminantes que se trasladan a través de un medio poroso tienen diferentes velocidades y caminos de flujo de distintas longitudes, esto conlleva a cumplir con el requisito de una distribución no homogénea, e “igualmente la difusión tiene lugar en la dirección en que la concentración disminuye” (Alonzo Finn 1.970), por ende debe existir un gradiente de concentración, este proceso puede ser descrito por la primera Ley de Fick que en una dimensión se escribe:

F=-D^*⋅dc/dx      (3.6)

Donde F es el flujo de masa por unidad de tiempo, D^* el coeficiente de difusión efectiva del contaminante y dc/dx es el gradiente de concentración que nos indica la variación de concentración por unidad de longitud.

     

Transporte de contaminantes en subsuperficies

 Cuando un contaminante entra en el agua subterránea, normalmente en disolución, se producen procesos complejos, en primera instancia, consideremos el caso que no exista ningún tipo de interacción con el medio geológico, por ende el contaminante se mueve arrastrado por el flujo subterráneo, estas sustancias toxicas se consideran no reactivas con el medio geológico, predominan los fenómenos de transporte tales como advección, difusión y dispersión.

 Si bien el suelo no es un medio importante en la dispersión de contaminantes, una combinación con el agua subterránea y en menor medida con el aire atrapado se transforma en un agente dispersante de la contaminación. En caso de interacciones entre los contaminantes contenidos en el agua y el medio geológico, aparecen fenómenos tales como precipitación, adsorción y diversas reacciones químicas.

Procesos físicos involucrados.

La dinámica de un medio poroso no saturado se explica mediante la ley de Darcy que relaciona la conductividad hidráulica con un gradiente de energía, en cual depende de la presión que ejerce el agua sobre las partículas del suelo, esto lo podemos expresar matemáticamente así:

Q=k⋅sec⁡c ión⋅Δh/Δl           (3.1)              Q=k⋅A⋅dh/dl      (3.2)

En la expresión (3.1) Q representa el caudal del fluido (m^3/seg), k la constante de permeabilidad o conductividad hidráulica, que es una medida de la capacidad del medio poroso de transmitir el contaminante y Δh/Δl el gradiente hidráulico, este cociente es importante ya que se define como la relación de la carga hidráulica del contaminante y la trayectoria que recorre.

La expresión (3.2) la podemos escribir de tal forma de obtener la velocidad de Darcy, dividiendo entre el área de la sección, obtenemos:

vd=Q/A=k⋅dh/dl        (3.3)

Pero está velocidad no es la del contaminante real, ya que el suelo es un medio poroso, por lo tanto, definimos una velocidad lineal media, que la escribimos:

v=vd/ne    (3.4)    ne representa la porosidad eficaz

La porosidad eficaz puede ser menor a la porosidad total, la porosidad eficaz contiene el volumen de poros interconectados a través de los cuales se mueve el contaminante arrastrado por el agua, veamos una representación.

Transporte de Sustancias Contaminantes Parte I

La emisión de sustancias contaminantes  al medio ambiente es inevitable, producto de procesos industriales, como también debido a la utilización de materiales manufacturados en el tratamiento  y la eliminación de residuos, al ser liberadas al medio ambiente, las sustancias contaminantes circulan y sufren alteraciones dependiendo de varios factores naturales y artificiales interrelacionados.

La emisión de los contaminantes se produce en uno de los tres estados de la materia: líquido, sólido o gaseoso, entre las emisiones de estado líquido se encuentran los vertidos contaminados y las descargas acuosas directa sobre aguas superficiales, así como las filtraciones hacia aguas subterráneas.

En la parte I nos dedicaremos al transporte de líquidos en subsuperficies, el transporte de contaminantes es producto de la distribución temporal y espacial del agua subterránea, estas aguas son fruto del constante movimiento de las mismas en la naturaleza, gracias a la acción de la energía solar que permite que el agua se evapore sea transportada por el viento y en condiciones apropiadas se condense y precipite en forma de lluvia, esta agua alcanza la superficie del suelo, se mueve por la acción de la gravedad hacia los puntos más bajos del terreno alcanzando ríos y el mar, una parte de ella se infiltra a través de la zona no saturada del suelo que contiene tanto aire como agua en sus poros, hasta alcanzar las napas subterráneas o zona saturada, estás aguas integran un sistema dinámico.