Disueltos

NAPL (LFNA)

(petróleo,

naftas,

solventes

industriales)

Contaminantes en agua subterránea

Sistemas de fluidos multifase

Ejemplos

• Aire/agua ZNS

• Líquidos orgánicos en ZNS (agua/orgánico/aire)

• Líquidos orgánicos en ZS (agua/orgánico)

NAPLs

LNAPLs DNAPLs

Más livianos que

el agua Más densos que

el agua

Desafío considerable (investigación y limpieza/remediación)

Problema más complejo que contaminantes disueltos

Fase disuelta (sorbida), fase gaseosa, fase pura o libre

Modelo conceptual simplificado para

LNAPL

Liberación en el subsuelo y migración

Langan

Engineering

2011

Procesos de partición

NAPL

Sólido

(Sorbido)

Solución acuosa

Gas

(vapor)

Heterogeneidad más complejidad

“Fingering” en depósitos

sedimentarios

Presencia de fracturas

Fetter 1998

Algunos (mis) conceptos sobre los LNAPL

LNAPLs entran en los poros tan fácilmente como el agua

Se puede recuperar todo el LNAPL

Todos los poros en una pluma de LNAPL están llenos con LNAPL

LNAPL flota sobre la freática o franja capilar

Si se detecta LNAPL en un pozo es móvil y migrante

Las plumas de LNAPL se agrandan debido al flujo de agua subterránea

Las plumas de LNAPL continúan moviéndose por largos períodos

Otras ….

Factores que afectan el movimiento de NAPL

Propiedades del fluido Densidad

Tensión superficial

Saturación residual

Propiedades partición

Solubilidad

Volatilidad, densidad de

vapor

Medio poroso Permebilidad

Tamaño de poros

Estructura

Agua subterránea Contenido de agua

Velocidad

Líquidos Densidad a 15 °C,

g cm-1

Solubilidad a 10 °C

mg L-1

LNAPL

Destilado medio (fuel oil) 0,82 – 0,86 3 – 8

Destilado del petróleo (combustible

p/jet)

0,77 – 0,83 10 – 150

Gasolina 0,72 – 0,78 150 – 300

Petróleo crudo 0,80 – 0,88 3 – 25

DNAPL

Tricloroetileno (TCE) 1,46 1.070

Tetracloroetileno (PCE) 1,62 160

1,1,1-Tricloroetano (TCA) 1,32 1.700

Diclorometano (CH2Cl2) 1,33 13.200

Cloroformo (CHCl3) 1,49 8.200

Tetracloruro de Carbono (CCl4) 1,59 785

Creosota (naftaleno, fenantreno,

etc.)

1,11 20

Densidades y Solubilidades de los NAPL

Propiedades del fluido

Propiedades del fluido

Tensión superficial y fuerzas capilares

Fluidos completamente miscibles = 0 N/m

Agua a 25 C = 72 N/m

Mayoría de DNAPL = 15-50 N/m

La tensión superficial permite a los DNAPL (no mojante) formar

glóbulos en materiales saturados

Mojabilidad

Tendencia de un fluido a ser atraído a una superficie en preferencia

a otra. La mojabilidad es única para tipos de fluidos y sólidos dados.

< 90 Fluido mojante > 90 Fluido no mojante

Propiedades del fluido

El agua es siempre el fluido mojante con respecto al aire o

petróleo en rocas minerales

El petróleo es el fluido mojante al combinarlo con aire, pero no

mojante combinado con agua

El petróleo es el fluido mojante en materia orgánica en relación

al aire y el agua

La mojabilidad de los contaminantes orgánicos es aún incierta

Saturación - S

Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido, esto es

volumen del fluido i-ésimo por unidad de volumen de vacíos.

vii VVS / i

iS 1

Saturación residual - Sr

Fracción del espacio de poros ocupado por un fluido que no

puede ser movilizado bajo la aplicación de ningún gradiente.

Propiedades del fluido

El fluido mojante (agua)es rete-

nido por fuerzas capilares, fluido

no mojante aire

Ejemplos de saturación residual

El fluido no mojante ocurre

como glóbulos en el centro

de los poros

Propiedades del fluido

Solubilidad

Se refiere a la cantidad de masa que entrará en solución

por unidad de volumen de solución (mg/l), usualmente tomada

como la máxima concentración que puede alcanzarse en un

cuerpo contaminado.

Propiedades del fluido

Movimiento de dos fluidos

Movimiento de dos fluidos

Movimiento de los NAPL

NAPL tienen viscosidad y densidad diferente al agua.

Por lo tanto el acuífero “luce” diferente para el NAPL

Movimiento de los NAPL

El movimiento de dos

fases causa restricciones

respecto al movimiento

de una fase

El NAPL floquea el movi-

miento de agua

Resistencia al movimiento de los LNAPL hacia

adentro y fuera de poros llenos de agua

El LNAPL entrará a los poros saturados cuando

sea capaz de vencer la presión de entrada

(o resistencia)

Langan

Engineering

2011

Distribución de LNAPL a escala de poros

Langan

Engineering

2011

Movimiento de los NAPL

Permeabilidad relativa

Se refiere a la tendencia de los fluidos a interferir uno con otro

a medida que fluyen

Darcy para varios fluidos

qi flujo del fluido i-ésimo por unidad de área del medio

ki permeabilidad efectiva del medio para el fluido iésimo

P presión , viscosidad , densidad , g acelaración gravedad

h elevación.

Movimiento de los NAPL

Permeabilidad relativa del fuido i-ésimo

Sustituyendo en la ecuación de Darcy anterior

Sistemas multifluidos, kri fluctúa entre 0 y 1. Con un solo

fluido toma valor 1 y la ec. Anterior se reduce a la forma

conocida de Darcy.

En teoría …..

En la práctica …..

Con dos fluidos presentes,

la suma de kri rara vez es 1.

kr de los dos fluidos se acerca

a cero a valores finitor de satur.

Es decir, parte de los dos fluidos

no puede ser removida por

debajo de un umbral de satu-

ración – saturación residual

Algunos conceptos básicos

Imbibición y drenaje

Nuevos resultados de LNAPL

LNAPL llena parcialmente los poros y el grado de saturación decrece

con la profundidad hasta que el agua llena todos los poros

LNAPL no flotan sobre la freática o franja capilar sino que co-existe

con el agua en la red de poros del acuífero (no se distribuye verticalmente

como un panqueque)

La presión ejercida por el LNAPL la presión de desplazamiento para

el agua para que el LNAPL entre a un poro lleno de agua

Las plumas de LNAPL generalmente adoptan configuraciones

estables en cortos periodos de tiempo

Las plumas de LNAPL pueden ser estables , puede haber alguna

redistribución en el cenro del LNAPL

Distribución vertical del LNAPL

Langan

Engineering

2011

Antes que el NAPL llegue a la ZS debe atravesar la ZNS,

Capacidad de retención del suelo importante!!

SRT = 3-5 lt m-3 (suelos de alta permeabilidad ARENAS)

SRT = 30-50 lt m-3 (suelos de baja permeabilidad

LIMOS ARCILLAS)

Ejemplo: una pérdida de unos 40.000 lt de un tanque de una

estación de servicio quedaría completamente retenida en un

cubo de suelo limo-arcilloso, de 10 m de lado (SRT= 40 lt m-3)

Ejemplo: Se produjo un derrame de 8000 lt de tetracloroetileno (PCE)

hacia el suelo. La ZS se encuentra a 5 m de profundidad y el suelo

tiene baja permeabilidad. El área del derrame ocupa 25 m2.

a) Aproximadamente cuánto será retenido en la ZNS?

b) Cuál será el destino del PCE una vez que llegue a la ZS?

c) Cuántos litros de agua subterránea podrán ser contaminados por

encima del nivel máximo de contaminación (5µg/lt)

a) Asumimos SRT = 40 lt m-3 , volumen de suelo requerido = 200 m3

Volumen suelo disponible = 25 m2 × 5 m = 125 m3

el 62,5 % queda retenido (5000 lt), el resto percola hacia ZS

b) PCE es más denso que el agua (1,62 g cm-3), migrará hacia abajo.

Parte podrá disolverse (solubilidad 160 mg/lt), se puede modelar

la pluma

c) Masa de PCE en ZS = 3000 lt x 1,62 kg/lt = 4860 kg

Masa = C x V

4860 kg = 5µg/lt V /109 µg/kg

V = 9,72 x 1011 lt !!!!

Volumen suficiente para suministrar agua a Santa Fe (400.000 hb),

400 lt/día , durante 6075 días!!!

Este es el máximo volumen de agua que puede ser contaminado a

una concentración de 5µg/lt , pero ilustra que un volumen pequeño

de un compuesto orgánico puro puede causar problemas por un

tiempo prolongado.