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. 1 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. 2 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 3