CONTAMINACION EN AGUAS SUBTERRANEAS, DEFINICIONES, TIPOS, METODOS DE REMEDEDIACION

1. Tipos de contaminantes y su interacción con suelos y rocas.
Mecanismos de transporte: advección, difusión.
Ecuaciónde advección-dispersión-reacción.
Modelación del transporte de contaminantes disueltos, aproximación
analítica
Técnicas de remediación de áreas contaminadas.

2. Residuos generados por actividades
humanas

4. Fuentes de contaminación

6. Fuentes de contaminación
1. Fuentes proyectadas para liberar sustancias.
a) Fosas sépticas (encima del nivel de agua)

7. b) Pozos de inyección (debajo del nivel freático
* Pozos de inyección de agua salada para la
producción de petróleo.
* Pozos de inyección de residuos.
* Recarga artificial del acuífero.

8. 2. Fuentes proyectadas para el almacenamiento, tratamiento y/o disposición
de sustancias.
Rellenos sanitarios
Residuos de minas.
Cementerios.

9. Tanques de almacenamiento (subterráneo y de superficie)
Puestos de gasolina
Compuestos químicos para la agricultura
Disposición de desechos radioactivos

10. 3. Fuentes proyectadas para retener sustancias durante el transporte.
Ductos.
- Desagües
- Ductos de gas natural,
petróleo, etc.
Transporte de material
Camiones
Trenes

11. 4. Fuentes que liberan sustancias como consecuencia de otras actividades
planeadas.
- Irrigación
* movilizar fertilizantes y pesticidas;
* aumento de la salinidad del suelo y
del agua a poca profundidad (evaporación)
- Aplicación de pesticidas y de fertilizantes
* fertilizantes: nitrógeno.
- Residuos de animales (pocilgas, corrales,
establos, etc)
* bacterias, virus, nitrógeno, cloreto
-Drenaje de mina (drenaje ácido)

12. - Infiltración de contaminantes
atmosféricos
* fuentes: emisiones de automóviles,
incineradores y otros procesos
industriales.
* Contaminantes: hidrocarbonetos,
compuestos químicos naturales, metales
pesados, azufre, compuestos de
nitrogeno.
- Escorrentía Urbana
* filtración en sistemas de aguas pluviales.
* grandes regiones impermeabilizadas (escorrentía alta)
* contiene grandes cantidades de sólidos disueltos y suspendidos.
*emisiones de automóviles, derrames de combustibles, residuos domésticos de
disposición inadecuada, etc

13. 5. Fuentes que permiten el acceso de agua contaminada al acuífero.
- Pozos de producción
* producción de petróleo, gas, energía geotérmica y agua.
* Construcción precaria, daño al revestimiento, pozos abandonados de forma
inapropiada.
* permiten el acceso del agua de superficie contaminada al acuífero y
contaminación de un acuífero a otro.
- Pozos de monitoreamiento y de exploración.
- excavaciones
* pueden exponer el acuífero a la contaminación de escorrentía superficial
urbana.

14. 6. Fuentes de ocurrencia natural donde la descarga es creada y/o aumentada
por las actividades humanas.
- Interacciones aguas subterráneas – aguas superficiales.
- Disolución natural.
* actividades humanas pueden resultar en lluvias ácidas aumentando
la disolución.
- Intrusión salina
* desarrollo de explotación de agua en acuíferos costeros.

17. Tipos de contaminantes
— Compuestos químicos orgánicos sintéticos
— Hidrocarburos
— Cationes inorgánicos
— Aniones inorgánicos
— Patógenos
— Radionucleidos

18. Medidas de masa del contaminante
Unidades mg/l
μg/l
mg/m3
1ppm=(1g de soluto/10^6g de la solución)
1ppm=1mg/l
1ppb=(1g de soluto/10^9g de la solución)
solución
la
de
Volumen
soluto
del
Masa
=
C

19. Mecanismos de Transporte
— Advección
— Dispersión-difusión
— Sorción
— Volatilización (contaminantes orgánicos)
— Disolución (contaminantes orgánicos)
— Transformaciones bióticas (contaminantes orgánicos)/abióticas
(contaminantes orgánicos e inorgánicos)

20. Advección
- Contaminante transportado a la velocidad del flujo
-No hay efecto en la concentración del contaminante
- No hay pérdida de masa del contaminante

21. Difusión
1° ley de Fick
No envuelve movimiento de agua
El contaminante se esparce de mayor a menor concentración
x
C
D
F d
x
¶
¶
-
=
Dd difusividad en agua libre (L2/T)

22. t
C
y
C
D
x
C
D
¶
¶
=
¶
¶
+
¶
¶
2
2
*
2
2
*
Ecuación de difusión
1D
t
C
z
C
D
¶
¶
=
¶
¶
2
2
*
cc z=0 C=Co Ѵt
t=0 C=0

23. Solución
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
=
t
D
z
erfc
C
t
z
C *
0
2
)
,
(
( ) ò
-
=
b
e
e
p
b
0
2
2
d
e
erfc
( ) ( )
b
b erf
erfc -
=1
÷
ø
ö
ç
è
æ
=
t
D
z
erf
C
C
*
2
0

26. Dispersión

27. Dispersión
- Disminuye la concentración del contaminante en el centro de la
pluma y aumenta en las extremidades.
- No hay pérdida de masa del contaminante

28. Dispersión mecánica
T
L
T
y
L
x
D
D
y
C
D
F
x
C
D
F
>
¶
¶
-
=
¶
¶
-
=
general
En
v
D
T
L
v
D
T
L
T
T
L
L
a
a
=
=
)
/
(
)
/
(
2
2

29. Sorción

30. Otros modelos de equilibrio no linear? Langmuir, Freundlich
Modelos cinéticos (no hay equilibrio)
Contaminantes orgánicos:
• La sorción de estos compuestos en el suelo es
principalmente a través de la asociación con la materia
orgánica de la fase sólida.
• El coeficiente de partición octanol-agua, Kow (tablas)
• Estimativa del coeficiente de partición, Kd
Parámetros
Modelo mas simple: isoterma linear – 1 parámetro: Kd

31. Partición del contaminante entre la fase acuosa o gaseosa y la fase
sólida.
Disminuye la concentración del contaminante disuelto hasta la
capacidad de sorción sea alcanzada
No hay pérdida de masa del contaminante

32. Ecuación del transporte de contaminantes
- Conservación de masa
- Solución: C(x,y,z,t)

33. Fuente tipo pulso en 1D

34. Fuente tipo pulso en 1D
Fuente continua en 1D
Condición de contorno de primer tipo (Ogata-Banks, 1961)
a
Condición de contorno de tercer tipo (Van Genuchten, 1981)

35. Ecuación de avance de Pluma (Soluciones analíticas)
Ej. Modelo de fuente tipo pulso en 2D

36. Mecanismos de transporte

37. Ecuaciones - Avance de la Pluma (Solución Analítica - Fuente Pulso)
Advección Advección
Dispersión
Advección
Dispersión
Sorción
Advección
Dispersión
Degradación

38. Ecuaciones - Avance de la Pluma (Solución Analítica - Fuente Continua)
Advección
Dispersión
Advección
Dispersión
Sorción
Advección
Dispersión
Degradación

39. Ecuación de avance de Pluma (Soluciones analíticas)
Ej. Modelo de fuente continua (Domenico, 1987)

40. Mecanismos de transporte - Resumen
Procesos Efecto
Advección Transportar el contaminante disuelto
con la misma velocidad del agua
subterránea
Dispersión Propagar el contaminante más allá del
volumen que iría a ocupar debido a la
advección, disminuye la concentración
del contaminante
Sorción Retarda la migración del contaminante
Reacciones bioquímicas/geoquímicas Disminuye la masa del contaminante

41. Parámetros
— Advección: Velocidad de flujo
— Dispersión: Dispersividad (longitudinal, transversal y vertical)
— Sorción: Partición sólido-líquido
— Biodegradación: coeficiente de degradación

46. Pluma de cloreto en el campo de Borden (Canada)

56. Detalles de la
instrumentación de campo
en Borden

59. Concentración de cloro en
el experimento de campo en
Borden

60. Plumas de tetracloreto de carbono (izquierda) y
tetracloroetileno (PCE)(derecha)

61. Movimiento vertical de una pluma con un trazador (cloreto) en el campo
experimental

62. Tiempos de llegada de los
diversos contaminantes en
el experimento de Borden,
Canada

63. Distancia recorrida por el
centro de masa de la pluma
de los diversos
contaminantes inyectados
en el campo de Borden

64. Nonaqueous Phase Liquids (NAPLs)
Líquidos de fase no acuosa (NAPLs) son peligrosos líquidos orgánicos
tales como los líquidos de limpieza en seco, el aceite
combustible, la gasolina, etc. que no se disuelven en agua.
Los NAPLs siempre están asociados con la actividad humana, y
pueden causar graves riesgos ambientales y sanitarios.

67. Propiedades físico-químicas relevantes de
contaminantes orgánicos
— Solubilidad: depende de eventuales co-solventes, etc.
— Volatilidad: depende de la presión de vapor, punto de ebullición.
— Mojabilidad: Asociada a la viscosidad, permeabilidad, densidad,
propiedades mojantes, retardamiento;
— Persistencia: Asociada a las propiedades de degradación,
suceptibilidad a reacciones químicas como la hidrólisis

72. Mecanismo de transporte – disolución
— Transferencia de la fase no acuosa (NAPL) para la fase acuosa.
— Mecanismo relevante en el control de la extensión de la pluma

73. Volatilización
— Transferencia de la fase acuosa y/o de la fase no acuosa y/o de la adsorbida
para la fase gaseosa.
— Puede causar pérdida de masa de contaminante del acuífero.
— Mecanismo mas actuante en la zona no saturada y la zona capilar

74. Transformaciones abióticas
— Reacciones como la hidrólisis, oxidación-reducción
— Reduce la concentración acuosa del contaminante
— Reduce la masa del contaminante

75. Transformaciones bióticas
— Biodegradación aeróbica y anaeróbica
— Reduce la concentración acuosa del contaminante
— Reduce la masa del contaminante
— Proceso mas significativo en la reducción de la masa de un contaminante
orgánico en un sistema

76. Parámetros -Volatilización
— De forma simplificada el proceso de volatilización puede ser considerado en
equilibrio.
— Distribución del compuesto químico entre el agua y el gas en equilibrio es
descrito por el coeficiente de Henry:

79. COMSOL Porous Media
Flow Module 5.6
PHREEQC Version 3
Softwares de simulación

80. Técnicas de Remediación

81. - Bombeamiento y Tratamiento ("Pump and Treat")

82. - Extracción de Vapores del Suelo ("SVE")
Atmospheric
Discharge
Appropriate
Vapor Treatment
Blower
UST
Air Flow
Air Flow
Free-phase
Petroleum
Product
Vapor phase
Adsorbed phase
Dissolved phase
- Aspiración de vacío en la zona
no saturada.
- Reduce las concentraciones de
los constituyentes volátiles
adsorvidos en el suelo de la zona
no saturada
- Recomendado para productos
más volátiles (ej. gasolina)
- Menos recomendado para
diesel y kerosene (menos
volátiles)

83. - "Bioventing"
Vapor phase
Adsorbed phase
Dissolved phase
Atmospheric
Discharge
Vapor
Treatment
Blower
Nutrient Tank
- Estimula la biodegradación de los
constituyentes adsorvidos en los
suelos de la zona no saturada
- Inyección de aire y nutrientes se
fuera necesario) en la zona no
saturada
- SVE (extracción de vapores del
suelo ® volatilización
- bioventing ® biodegradación
(caudales más bajos)
- Constituyentes biodegradables
aerobicamente pueden ser tratados
por bioventing
- utilizado en componentes no muy
pesados

84. - "Air Sparging"
Atmospheric
Discharge
Vapor phase
Adsorbed phase
Dissolved phase
Vapor
Treatment
Blower (SVE)
Compressor
(Air Sparging)
- Inyección de aire en la zona
saturada, causando la transferencia
de fase (disuelta ® vapor)
- Muy usada juntamente con el
SVE (en la zona no-saturada)
- Reduce concentraciones de los
contaminantes volátiles adsorbidos
en el suelo y disueltos en el agua
de la zona saturada
- Recomendado para productos
más volátiles (gasolina, por
ejemplo.)
- Menos recomendado para diesel
y kerosene (menos volátiles)

85. - "Biosparging"
Atmospheric
Discharge
Vapor
Treatment
Blower
Compressor
Vapor phase
Adsorbed phase
Dissolved phase
Inyección de aire y nutrientes en
la zona saturada para aumentar
la actividad biológica
- Reduce concentraciones de los
contaminantes adsorbidos en el
suelo y disueltos en agua de la
zona saturada
- Muy usado juntamente con la
SVE o bioventing, cuando hay
presencia de contaminantes
volátiles
- air sparging ® volatilización
- biosparging ® biodegradación
(caudales más bajos)
más usado en casos de
componentes no muy pesados
(ej. diesel)

86. - Extração Multifásica "MPE" ou "DPE"

87. - Extracción Multifásica "MPE" o "DPE"
usa sistema de bombeamiento para remover varias combinaciones de agua
contaminada, fases separadas de produtos de petróleo y la fase volátil de
hidrocarbonetos del medio subterráneo;
- remueve líquidos (constituyentes disueltos y fase libre) y vapor
- Actúa en las zonas saturada y no saturada

88. - Biorremediación Estimulada

89. - Atenuación Natural Monitoreada
Conceptualización de las zonas que aceptan electrones

90. - Atenuación Natural Monitoreada
red de monitoreamiento

91. - Biopila
- reduce la concentración de contaminantes en suelos excavados a través de la
biodegradación aeróbica estimulada
adição de nutriente
e umidecimento
injeção de ar
(ou extração)
solo contaminado
monitoramento dos
vapores do solo entrada de ar
coleta do chorume e
tratamento
(opcional)

92. - Barrera Reactiva

93. - Barrera Reactiva

94. Áreas Contaminadas no Estado de São Paulo - novembro de 2006
Região/Atividade Comercial Industrial Resíduos
Postos de
combustível
Acidentes
desconhecidos
Total
São Paulo 28 56 22 486 2 594
RMSP - outros 14 76 11 273 4 378
Interior 49 93 22 432 12 608
Litoral 13 31 11 78 2 135
Vale do Paraíba 1 23 0 83 0 107
Total 105 279 66 1.352 20 1.822

95. 1186 1136
695
238
118
76 51 47 41 33
16 14
5
4
2
1
1
10
100
1000
10000
S
o
l
v
e
n
t
e
s
a
r
o
m
á
t
i
c
o
s
C
o
m
b
u
s
t
í
v
e
i
s
l
í
q
u
i
d
o
s
P
A
H
s
M
e
t
a
i
s
S
o
l
v
e
n
t
e
s
h
a
l
o
g
ê
n
i
c
o
s
O
u
t
r
o
s
c
o
n
t
a
m
i
n
a
n
t
e
s
O
u
t
r
o
s
i
n
o
r
g
â
n
i
c
o
s
F
e
n
ó
i
s
h
a
l
o
g
e
n
a
d
o
s
S
o
l
v
e
n
t
e
s
a
r
o
m
á
t
i
c
o
s
h
a
l
o
g
e
n
a
d
o
s
B
i
o
c
i
d
a
s
P
C
B
s
F
t
a
l
a
t
o
s
R
a
d
i
o
n
u
c
l
í
d
e
o
s
M
i
c
r
o
b
i
o
l
ó
g
i
c
o
s
A
n
i
l
i
n
a
s
D
i
o
x
i
n
a
s
e
F
u
r
a
n
o
s
Grupos Contaminantes (nov 2006)

96. Técnicas de Remediação Implantadas (nov 2006)
377
302
185 168 138
82
47 38
16 14
11 11 9
7 6
4
3
2 2
1
1
10
100
1000
B
o
m
b
e
a
m
e
n
t
o
e
t
r
a
t
a
m
e
n
t
o
R
e
c
u
p
e
r
a
ç
ã
o
d
e
f
a
s
e
l
i
v
r
e
E
x
t
r
a
ç
ã
o
d
e
v
a
p
o
r
e
s
R
e
m
o
ç
ã
o
d
e
s
o
l
o
/
r
e
s
í
d
u
o
E
x
t
r
a
ç
ã
o
m
u
l
t
i
f
á
s
i
c
a
A
i
r
s
p
a
r
g
i
n
g
A
t
e
n
u
a
ç
ã
o
n
a
t
u
r
a
l
m
o
n
i
t
o
r
a
d
a
B
a
r
r
e
i
r
a
h
i
d
r
á
u
l
i
c
a
C
o
b
e
r
t
u
r
a
d
e
r
e
s
í
d
u
o
/
s
o
l
o
c
o
n
t
a
m
i
n
a
d
o
B
i
o
r
r
e
m
e
d
i
a
ç
ã
o
O
x
i
d
a
ç
ã
o
/
r
e
d
u
ç
ã
o
q
u
í
m
i
c
a
O
u
t
r
o
s
B
i
o
s
p
a
r
g
i
n
g
E
n
c
a
p
s
u
l
a
m
e
n
t
o
g
e
o
t
é
c
n
i
c
o
B
i
o
r
r
e
m
e
d
i
a
ç
ã
o
B
i
o
v
e
n
t
i
n
g
L
a
v
a
g
e
m
d
e
s
o
l
o
B
i
o
p
i
l
h
a
B
a
r
r
e
i
r
a
r
e
a
t
i
v
a
F
i
t
o
r
r
e
m
e
d
i
a
ç
ã
o