hidroquimica 2

7/31/2019 hidroquimica 2

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Hidroqumica e hidrogeoqumica

Parte 2

por

Temas:

Radioqumica

Mineralizacin del agua subterrnea

Procesos y mecanismos que afectan al

agua subterrnea

Toma de muestras


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Radioqumica

El agua subterrnea tiene sustancias radiactivas por naturaleza opor contaminacin. La importancia de estas se debe a su uso comotrazadores o por su peligrosidad.

Las rocas de la corteza tienen tienen escasos elementos

radiactivos pero las aguas al disolverlas toman pequeascantidades en donde los que ms contribuyen son el Ra y Rn.


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Istopos

Los istopos son elementos que tienen el mismo nmero deprotones pero diferente el de neutrones. La suma de ambos da elnmero msico. Ejemplo: 3H, 2H, 1H, 13C, 14C.

El ncleo de un tomo no es siempre estable, debido a que libera

energa por medio de partculas elctricas: alfa (emisin de unncleo de He), beta ( emisin de un electrn) y/o gama(radiactividad electromagntica de alta frecuencia)


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Isotopa del agua

El agua tiene 3 istopos de hidrgeno:

1H o Protio

2H o Deuterio (D)

3H o Tritio (T), el cual es radiactivo

Y 3 istopos del oxgeno:

16O, 17O y 18O. Son todos estables.


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Istopos radiactivos

El Tritio y 14C se generan en las altas capas de la atmsfera porradiacin csmica y son emisores radiactivos. Tienen un perodoradiactivo o de semidesintegracin de 12, 3 aos y 5730 aosrespectivamente. No presentan toxicidad.

Un poco de historia: las pruebas nucleares de las dcadas del 50 y60 introdujeron en el ciclo hidrolgico gran cantidad deradioistopos (algunos txicos) de los que en hidrologa interesanel T y 14C. Tambin la actividad industrial energtica debido a fugasy vertidos de combustible nuclear son fuente contaminante.


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Usos de Deuterio (2H) y18O para estudios de hidrologa

subterrnea

El contenido de Deuterio y 18O en el agua natural, sufre pequeas variacionesporque las molculas de agua que los contienen sufren un fraccionamientodebido a diferencias en sus propiedades fsico-qumicas.

Las variaciones isotpicas se miden con desviaciones respecto a un Standard(SMOW: standard media oceanic water) determinado internacionalmente.

= muestra A SMOW A , tanto para D como para 18O

SMOW A

Tanto D como 18 O se hallan en la fase menos mvil por lo que sufrenfraccionamiento si el agua se evapora. Las aguas ligeras tienen valores de muynegativos y positivos las aguas pesadas. Por lo tanto, las desviaciones me permiten

distinguir entre aguas pesadas (evaporadas) o ligeras (de condensacin rpidacomo l a ua d lluvia

Contina

abajo


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Usos de Deuterio (2H) y18O para estudios de hidrologa

subterrnea

El contenido de D y 18 O en el aguadepende de la distancia al mar, altitud,latitud, tipo de lluvia, etc. por lo que hayque caracterizar isotpicamente el agua

de lluvia de cada lugar mediante aos demuestreo. As es que se determina la lneameterica (o de agua de lluvia) en cada

lugar. La internacional es

, quedando representada por unarecta.

El agua superficial sometida aevaporacin tienen un aumento en el deD y 18 O, el cual es menos negativo. Las

aguas de recarga rpida tienen tambin lacomposicin isotpica del agua de lluvia.


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Datacin del agua subterrnea

El Tritio es un emisor radiactivo de baja energa que, al igual que el14

C, esaportado al agua por la lluvia (desde la atmsfera), ya que el terreno no aportaTritio. El perodo radiactivo del Tritio es de 12,4 aos y del 14C de 5730. Ambos seusan como trazadores para determinar el movimiento del agua, para medir lavelocidad del flujo de agua.

El agua de lluvia tiene unas 10 UT (unidades de Tritio), el agua de mar menos,por lo que se pueden estudiar casos de intrusiones de agua de mar.

Antes de 1950, el agua de lluvia tena un promedio de 6 UT, a principios del 60lleg a tener 10.000 UT y hoy tiene 10 UT.

El14

C es difcil de muestrear y hay que hacer correcciones por posibles aportesde CO2 del suelo vegetal.


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Mineralizacin del agua subterrnea

Componente

climtica

Componente

Edfico-litolgica

Componente tiempo

de contactoagua-roca


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Componente

climtica

La componente climtica depende de la composicin del agua de lluvia en cadalugar. La salinidad del agua de lluvia es baja pero aporta sales que proceden dedonde se evapor, en general del mar y polvo atmosfrico.

El contenido de Cl- en el agua de lluvia depende de la cercana al mar y de la

circulacin atmosfrica. Las poseen mayorcontenido de sales, son del tipo

Un mtodo indirecto para calcular la RECARGA es la relacin entre elcontenido de Cl en el agua de lluvia (promedio de por lo menos 5 aos) y laconcentracin en el agua de la capa fretica.

Las aportan sales

Composicin qumica del agua de lluvia:

Cloruros: 0,3-3 mg/l. Hasta 100 mg/l depende de la cercana del mar

Sulfatos: 1 a 3 mg/l. Puede ser > en reas continentales

Bicarbonatos: 0,8 a 2,5 mg/l. Puede ser > en a. cont.

Sodio: similar al Cl y K

Calcio: 0,1 a 5 mg/l hasta 20 mg/l en reas continentales

Magnesio: 0,1 a 2 mg/l


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Componente

Edfico-litolgica

Cuando el agua de lluvia (con contenido de CO2) se infiltra en el suelo, genera un

ambiente cido junto a la materia orgnica presente favoreciendo diversosprocesos (hidrlisis de carbonatos y silicatos, oxidacin m.o., etc), los cualesenriquecen al agua en sales disueltas (principalmente bicarbonatos, sulfatos,sodio, calcio y magnesio). Es all, en el suelo, donde el agua subterrneaadquiere su composicin definitiva. Aporte de sales segn la litologa:

o : hidrlisis de silicatos que aportan al agua ionesalcalinos y alcalino-trreos (Ca-Mg), y algo de bicarbonatos (del CO2 del agua delluvia); dejando como residuos silicatos: ppalmente arcillas

o : pocas sales al agua (resistitas).Otras como arcillas y pizarras formadas por hidrlisis (hidrolisitas) generanaguas congnitas por expulsin durante compactacin.

o calizas, dolomas, margas, etc que aportan pocas sales al agua.

o : halita, yeso, anhidrita, etc, formadas por evaporacin del aguamuy solubles y generan salmueras.

o pueden aportar Fe y S2- al agua

Agua de lluvia + materiales del suelo = composicindefinitiva del agua


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Componente tiempo de

contacto agua-roca

Cuanto mayor es el tiempo de contacto entre la roca y el agua ms favorece a laejecucin de los procesos que producen la modificacin de la composicinqumica del agua de recarga y subterrnea.

Una vez que ingresa el agua al acufero, el sistema queda cerrado y noincorpora ms CO2 y O2 atmosfrico, los procesos modificadores de la

composicin qumica del agua son ms lentos y dependen de la roca acufera,de la velocidad del flujo subterrneo y de la P y T.

Existen 3 zonas, donde primero saturan el anin bicarbonato y catin calcio,segundo sulfato y magnesio y por ltimo cloruro y sodio:

o De recarga, donde las aguas son dulces, satura el bicarbonato y calcio

o De circulacin, aguas salobres, satura el sulfato y magnesio

o De descarga, aguas saladas, satura el cloruro y el sodio

A mayor tiempo de contacto, mayor salinidad en el agua


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Procesos y mecanismos que afectan al agua subterrnea

Procesos

geoqumicos

Sorcin

Solucin-

precipitacin

Oxidacin-

Reduccin

Procesos

bioqumicos

Procesos

fsicos

Procesos

biofsicos

Adveccin

Dispersin

Retardacin

Filtracin

Transporte de gas


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Procesos geoqumicos

La sorcin es una propiedad de los slidos que liberan ciertos constituyentesen la solucin y captan componentes de la solucin (molculas y iones) en susuperficie cargada por medio de enlaces covalentes o de Van der Waals. Lasorcin incluye:

Adsorcin: las partculas quedan en la superficie

Absorcin: las partculas ingresan en la estructura

Puede haber segn sea la concentracin de la solucinporque entre la cantidad de una sustancia en solucin y la cantidad sorbida seproduce un equilibrio.

: arcillas, hidrxidos e hidratos de hierro y manganeso,

hidrxido de aluminio y las sustancias orgnicas como races de vegetales yorganismos.

Si el intercambio es entre iones y lo que une a estos ionescon la superficie de las partculas slidas son enlaces inicos. El ms comn esel intercambio de cationes.

Sorcin


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Procesos geoqumicos Solucin-precipitacin

El material disuelto en el flujo de agua precipita si su concentracin supera los

lmites de saturacin. Puede ser suceder por consecuencia de: evaporacin ytranspiracin, o al mezclarse aguas de distinta composicin.

se produce cuando iones de mayor concentracin precipitan yremueven a otros iones en su camino. Los contaminantes son incorporados porsustitucin isomorfa de iones de similar tamao en la estructura del mineral en

formacin (co-precipitacin) o en la de uno que ya se ha formado (reemplazo).La nueva fase slida resultante es menos soluble que la original.

Procesos geoqumicos Oxidacin-Reduccin

La oxidacin y reduccin son partes de un mismo proceso, que junto al pHcondiciona la solubilidad de muchos compuestos que se hallan en el agua. Unasustancia dona un electrn (oxidacin) y otra sustancia lo recibe (reduccin)Las condiciones de oxido-reduccin son controladas por la presencia de O2disuelto. Si abunda el O2, el material inorgnico reducido se oxida precipitando

x. e hid. De Fe y Mn. Si hay consumo de O2, hay reduccin y precipitan metalessados.


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Procesos bioqumicos

Los procesos bioqumicos son importantes porque se encargan de degradar a

los contaminantes peligrosos para transformarlos en otros menos dainos.Estos procesos son realizados por microorganismos que obtienen energadegradando las sustancias en compuestos ms simples hasta el dixido decarbono y agua. Los responsables principales son las bacterias, hongos yalgas. Las bacterias se clasifican en:

o Aerbicas: necesitan oxgeno para viviro Anaerbicas: no necesitan de oxgeno

Para que los compuestos orgnicos sean degradados, deben estar disueltos.Algunos, como los halogenados (pesticidas, solventes, trihalometanos) son

resistentes a biodegradarse y requieren ser deshalogenados por variosmecanismos biolgicos para poder ser finalmente degradados.

aerobias

anaerobias


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Procesos fsicos Adveccin

Es el movimiento del contaminante provocado por el flujo de agua. Si solo se

tuviera en cuenta la adveccin, el movimiento sera uniforme y loscontaminantes se moveran en un frente recto a la velocidad del flujo de agua.

Dispersin

Cuando los solutos pasan por los poros interconectados se produce ladesviacin de su trayectoria. Por eso el contaminante se dispersa en el aguacircundante en un proceso de mezcla irreversible que resulta en una pluma cuyovolumen aumenta pero disminuye su concentracin.

Retardacin

Es la disminucin en la velocidad de movimiento de un soluto y de los diferentesmecanismos fsicos y qumicos. La retardacin anula los efectos de la

dispersin, por lo que el frente tiende a ser recto.


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Filtracin

Implica la remocin mecnica de las partculas de tamao mayor que el de poroy la sorcin de las partculas suspendidas ms pequeas, haciendo que sereduzca la porosidad del medio y por lo tanto su permeabilidad.

Transporte de gas

Los gases ingresan desde la atmsfera por difusin, por variaciones de P y Ten la zona no saturada y por dispersin en el flujo en la zona saturada. Laabundancia o escasez de oxgeno es la que determina condiciones aerobias oanaerobias. La evaporacin, en cambio, remueve gases como nitrgeno y

dixido de carbono y contaminantes voltiles como gasolina y benceno, aunquela volatilizacin no cambia la concentracin de las sustancias en el agua sub.

Procesos

biofsicos

Los agentes patgenos se introducen pasivamente en el agua subterrnea. Ladistancia horizontal que son capaces de viajar est determinada por lavelocidad del flujo y por su tiempo de supervivencia. El grado de atenuacindepende del tiempo que el contaminante est en contacto con el material a

travs del cual pasa, el tamao de grano y la distancia que ha recorrido.


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Toma de muestras

La mayora de las muestras se obtienen de pozos agrcola

o de abastecimiento urbano. Estos pozos suelen tener unagran longitud ranurada por lo que se tiene una muestraintegrada de todo el espesor ranurado. A veces a lo largode la rejilla puede haber variaciones de litologa que dannotables variaciones hidroqumicas. Estos son tiles paraobtener modelos hidroqumicos regionales. Si el pozo de

muestreo no ha sido usado recientemente, el aguaalmacenada en el pozo puede haber sufrido algunasalteraciones fsico-qumicas y se aconseja no tomar la muestrahasta que se haya bombeado

Lo ms usado para realizar muestreos es el tomamuestras de apertura controlada que son botellas

cilndricas que se descienden al interior del pozohasta la profundidad deseada y pueden seraccionados por 2 mecanismos distintos: sedescienden cerrados y al enviar una pieza pesada seabre la botella permitiendo la entrada del agua, o sebaja el cilindro abierto por sus dos extremos

permitiendo el paso del agua y atraparla al desearlo.


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La toma de muestra de aguas subterrneas presenta una especial dificultadcondicionada por las caractersticas constructivas de la captaciny la tcnica de muestreo, que pueden ser resumidas en:

La necesidad de que el agua recogida sea representativa de un nico nivelacufero. La conveniencia de que dicha agua provenga directamente de la formacinacufera y no de la almacenada en el interior de la captacin, donde habrpermanecido un tiempo ms o menos prolongado y donde probablemente

haya sufrido procesos de alteracin. La necesidad de evitar que el propio sistema de toma de muestra sea causade contaminacin o alteracin de la muestra por fenmenos de desgasificacin,mezcla con el aire atmosfrico, volatilizacin, adsorcin,desorcin. etc.

Precauciones generales en los

muestreos


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Los envases deben mantener la muestra en idnticas condiciones a las quetenan cuando fueron recogidas, sin aadir ni sustraer componentes nimodificar el estado fsico o qumico de los existentes, en especial deben

cumplir las siguientes condiciones:

o No desprender materia orgnica, elementos alcalinos, boro, slice y otrosque contaminen el agua.

o La adsorcin ejercida por las paredes sobre los componentes presentes enla muestra debe ser mnima.

o El material del recipiente no debe reaccionar qumicamente con los

constituyentes de la muestra.o Los recipientes para muestras en las que se vayan a determinar parmetrosmicrobiolgicos deben ser estriles y no contener residuos del agenteempleado en su esterilizacin ni liberar sustancias inhibidoras opotenciadoras del crecimiento bacteriano.

o El sistema de cierre debe ser hermtico.

Envases


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Material de los

envases

o De preferencia se usar el , quedeber ser empleado para las determinaciones que requieran un especialcuidado o precisin.

o Para la toma rutinaria de muestras, o en general cuando no se requiera una

especial precisin, podrn emplearse envases de (plstico).o En casos especiales, como es la determinacin precisa de metales traza, se

emplearn envases deo Para el anlisis de compuestos orgnicos (PCB, plaguicidas, etc), se

emplearn envases de .

o Para el anlisis de compuestos fotosensibles se emplearn envases deo de .o En los envases para el control microbiolgico se considerarn como

materiales de eleccin el o el (queresiste elevada temperatura y puede ser esterilizado en autoclave). En su

defecto pueden emplearse envases de polietileno de un solo uso destinados ala toma de muestras de este tipo.

polipropileno polietilenovidrio


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Los tapones de los envases deben asegurar un cierre hermtico y no reaccionarcon los componentes del agua. Los son inadecuados, puesmuchos componentes del agua pueden reaccionar con ellos contaminando lamuestra. Por otro lado, los pueden ser alterados pormuestras que contengan hidrocarburos o contaminar muestras para ladeterminacin de metales o elementos orgnicos traza. Se emplearn taponesde material similar al de las botellas, teniendo en cuenta que los de nodeben ser empleados con materiales muy alcalinos pues se adhieren confacilidad.

Tapones de

envases

Lavado y

reutilizacin

Como norma general debe emplearse envases nuevos para cada

toma de muestra, aunque se pueden reutilizar siguiendociertos pasos. Las se lavan, salvo quevayan a utilizarse para el anlisis de cromo o de manganeso.Los se limpiarn con HCI (1 mol /litro).Despus de la limpieza se enjuagar en abundancia elenvase con agua de calidad para reactivos (agua desionizada)

hasta asegurar la total eliminacin del agente limpiador. Nose reutilizarn envases de polietileno y aquellos para


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Bomba centrfugasumergible

Bomba sumergible depistn

Bomba defuelle

Bombas tipo Jet

Bomba elctricasumergibleDispositivosdepr

esinpositiva


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23 El que me ama, mi palabraguardar; y mi Padre le amar, yvendremos a l, y haremos moradacon l.24 El que no me ama, no guarda mis

palabras; y la palabra que habisodo no es ma, sino del Padre queme envi.25 Os he dicho estas cosas estandocon vosotros.26 Mas el Consolador, el EsprituSanto, a quien el Padre enviar en minombre, l os ensear todas lascosas, y os recordar todo lo que yo

os he dicho

27 La paz os dejo mi paz os doy; yo

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