Efectos de Sorción y Desorción en

la movilidad y remediación de

plumas contaminantes con

Orgánicos

Sección A) Propiedades clave del

comportamiento de los contaminantes

orgánicos en ambiente subterráneo

CURSO II UNAM DRA ROSA M.LEAL BAUTISTA

MEXICO DF Sept. 4, 2014

En el estudio del transporte de un contaminante o en

la evaluación de las estrategias de remediación:

Atenuación Natural, Biodegradación, Disolución,

Dispersión, Volatilización también la Sorción juega un

papel importante.

LA SORCIÓN es un proceso que puede

llegar a detener el avance total o parcialmente del

movimiento de un contaminante; es decir el proceso de

sorción tiene un efecto de retardo en el movimiento del

contaminante en un medio subterráneo.

Reduce la bioavilidad del contaminante

El contaminante sufre un retardo en su

transporte en agua subterránea

Reduce la eficiencia de estrategias de

remediación

La Sorción es un Proceso Complejo

Adsorción es la asociación de la sustancia disuelta

quedando retenido solo en la superficie de la fase sólida.

Absorción es la disolución y migración del soluto dentro

de la fase sólida

Sorción es considerado ambos procesos

Sorbente: fase sólida sedimentos, suelo material geológico

Sorbato el compuesto que es sorbido

FACTORES QUE AFECTAN LA

SORCIÓN

Suelos/Sedimentos

Mineralogía

Textura

Homogeneidad del

material

Contenido de carbon

orgánico

Capacidad de carga de

la superficie

(Intercambio iónico)

Area superficial

Area superficial Intemperismo

A mayor superfice

mayor sorcion

Características del contaminante

Solubilidad

Carácter Polar o

Iónico

Coeficiente de

partición

Octanol/Agua

(Kow)

Solubilidad a 20 °C mg/L

Fracción

molar

Químicos orgánicos ionizables-

hidrofobicos (HIOC´s)

Puede darse en orgánicos neutrales o con

carga

Características del Fluido

Condiciones

Acido/Base

Estado

Oxido/Reducción

Kow Coeficiente de partición octanol/agua

Co Concentración

del soluto en

octanol mg/L

Cw Concentración

del soluto en agua

mg/L

OCTANOL

AGUA

Generalmente se reporta como

Log Kw

Se reportan rangos de 10-3 a 107

Si Kw ‹ 104 se denomina hidrófilo

Si Kw › 104 se denomina hidrofóbico

Mecanismos de sorción 1 Adsorción

Es reversible

Principalmente como intercambio cation/anion pero

tambien en la atracción polar entre moleculas

Atracción debil

2 Partición /condición Hidrofobica

Hidrofobicidad de contaminantes no-polares o

polaridad debil

Fuertemente conectado/enlazado a la materia

orgánica

La sorción del contaminante es proporcional a la

cantidad de carbon organico del material solido

Transferencia en microparticulas (Interfase)

Mecanismos de sorción

3 Difusion es la base de la Absorción

Difusión del soluto en microfracturas del material y poros de los

granos del material

Medio granular con porosidad significativa – dentro de los granos

(Teoria de la porosidad dual-Dual porosity theory)

4 Quimisorción

The solute is incorporated on the sediment, soil or

rock surface by chemical reaction

Pro

ceso c

om

ple

jo

Capacidad de intercambio catiónico

Capacidad de intercambio

cationico (Cation exchange

capacity -CEC) cantidad de

cargas positivas (cationes)

que pueden ser retenidos en la

supericie de los minerales con

carga negativa en determinado

suelo o sedimento

Ejemplo ( NutrientesNH4+, K+,

Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Zn2+,

Cu2+, Ni2+), pesticidas (e.g.

paraquat) o metales toxicos

(presencia de Cd2+, Cr2+, Pb2+,

Hg2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+ )

Quimisorcion: El soluto es incorporado en la

superficie de los sedimentos o del suelo por una

reacción química

Capacidad de intercambio anionico (Anion exchange

capacity -AEC) es la cantidad de aniones intercambidos y

retenidos por las cargas positivas en un peso dado de

suelo

Arcillas

Kaolinite

[(Suelo (g)/cm3 ) (cm3 totales/ cm3 agua) (cm3 agua/ N sólido) (Nsorbido/ suelo(g))]

La materia orgánica es un factor importante

para el proceso desorción con compuestos

orgánicos

foc › 0.1% de un material geológico uniforme Koc se puede

estimar de otras propiedades

Desorción

CASO: comparación del retardo de

compuestos orgánicos en material de

diferente origen geológico y contenido

orgánico

Sitio A

Norte de Illinois

Sedimentos de origen

glacial

Sitio B

Chalco, Mexico

Sedimento de origen

lacustre

Norte de Illinois

Samples collected from 0

to 180 cm depth

Typically organic content

is 1.9% in the upper 50

cm and varies with depth

Texture 35% sand, 54%

silt and 24% clay

Northern Illinois University

0 to 49 cm 1.9% OC

49 to 70 cm 0.5% OC

70 to 102 cm 0.4% OC

102-180 cm 1.8% OC

Chalco, Mexico

An important groundwater supply for Mexico City

Lacustrine sediments

5-10 % sand

55-65% silts

20-30% clay organic matter

contents Chalco 15.3%, Mixquic and Xico 11.2%

Samples collected at same depth from 200 to 300 cm

Chalco

Mixquic

Xico

Northern Illinois % Fine Grained

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80

clay

silt

0 1 2 3

Organic carbon %

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0.5 1 1.5 2

Retardation factor (R)

Depth

(cm)

10 °C MTBE

25 °C MTBE

10 °C Benzene

25 °C Benzene

Chalco Basin, Mexico

Location Temperature Benzene MTBE

Chalco (15.3 % OC)

10 C

25 C

R= 1.967

R= 1.996

R=1.559

R=1.855

Xico (11.2 % OC)

10 C

25 C

R= 1.753

R= 1.863

R=1.014

R=1.132

Mixquic (11.2% OC)

10 C

25 C

R= 1.888

R= 1.967

R=1.011

R=1.117

Glacial

sediments Temperature R

0-49 cm

10 C

1.037

1.9 % OC

25 C

1.039

Referencias