MODELACIÓN DEL TRANSPORTE DE MÚLTIPLES CONTAMINANTES REACTIVOS ENTRE OTROS EN LA ZONA NO SATURADA DEL ACUÍFERO DE SOSA TEXCOCO: MODELO ATL-KIW COMPARADO CON RESULTADOS DE LABORATORIO Y BIBLIOGRÁFICOS.

MODELACIÓN DEL TRANSPORTE DE MÚLTIPLES CONTAMINANTES REACTIVOS ENTRE OTROS EN LA ZONA NO SATURADA DEL ACUÍFERO DE SOSA TEXCOCO: MODELO ATL-KIW COMPARADO CON RESULTADOS DE LABORATORIO Y BIBLIOGRÁFICOS.

JOSÉ EDUARDO NAQUID LAJUD.

Doctor en Ingeniería Civil.

RESUMEN

La contaminación del suelo y de los acuíferos en Sosa Texcoco ha sido motivo de preocupación ya que, el vertido de residuos urbanos, industriales y, las constantes e incorrectas aplicaciones de fertilizantes y productos fitosanitarios de forma consciente o inconsciente, son algunas de las actividades cuyos efectos constituyen limitantes para una buena calidad de aguas provenientes de nuestros acuíferos.

La zona no saturada (ZNS), constituye una barrera y a la vez un depurador natural que, coadyuva a la degradación de la calidad de las aguas subterráneas, en el proceso de contaminación durante su migración en la ZNS. Las sustancias disueltas o en suspensión provocan reacciones físico-químicas (intercambio iónico, adsorción-desorción, biodegradación, disolución-precipitación, etc.), que condicionan el tiempo de tránsito produciendo cambios en su composición química.

Bajo las premisas anteriores, se ha desarrollado una serie de códigos para la simulación numérica del flujo y del transporte reactivo de sistemas multicomponentes de especies químicas, que contemplan una amplia gama de procesos hidrogeoquímicos. La adsorción-desorción tiene un papel importante en los procesos que afectan a las concentraciones de los contaminantes en la fase acuosa, pues es la tendencia de un elemento o compuesto a ser retenido por la materia orgánica o por las capas superficiales de los minerales que están en contacto con él.

En este documento se muestra la precisión y la exactitud a la hora de reproducir las características de un flujo con contaminantes reactivos a través de un medio poroso con el uso del modelo ATL-KIW.

MODELITATION OF THE TRANSPORTATION OF MULTIPLES REACTIVE POLLUTANTS AN OTHERS IN THE UNSATURATED ZONE OF A AQUIFEROUS IN SOSA TEXCOCO: MODEL ATL-KIW COMPARED WITH LABORATORY RESULTS AND BIBLIOGRAFIC DATES.

JOSÉ EDUARDO NAQUID LAJUD.

Ph.D. Civil Engineer.

ABSTRACT

The soils and the aquiferous pollution in Sosa Texcoco has been preoccupation motive since, the poured of urban residues, industrial and, the constant and wrong applications of fertilizers and fitosanitary products, in a conscious or unconscious way, they are some of the activities those effects constitute limit for a good quality from our water’s aquiferous.

The unsaturated zone (UZ), constitutes also barrier and natural water purifier that, contribute to the degradation of the quality of the underground waters, in the pollution process that during migration in the UZ. The dissolved substances or in suspension produce physicochemiical reactions (ionic exchange, adsorption-desorption, biodegradation, disolution-precipitation, etc.), that conditionate the traffic time that produces changes in its chemistry composition.

Under the previous premises, it has been developed a series of codes for the numerical simulation of the flow and the reactive systems transportation multicomponts of kind chemistries that envisage a wide range of processes hydrogeochemistries. The adsorption-desorption has an important role in the processes that affect the concentrations of the pollutants in the aqueous phase, since the trend of an element or compound to be held by the organizational matter or by the superficial caps of the minerals that they are in touch with it.

In this paper is shown the precision and the accuracy to the hour of reproducing the characteristics of a flow with reactive pollutant through a porous means with the use of the model ATL-KIW.

INTRODUCCIÓN

La zona no saturada (ZNS) ha sido objeto de particular atención en los últimos tiempos, por el rol que ésta juega en los procesos de depuración natural para la protección de los recursos hídricos subterráneos, de cara a las constantes amenazas de las actividades antropogénicas.

Un buen número de soluciones analíticas disponibles a la fecha requieren que el flujo sea constante, bajo estas premisas, todas las soluciones son válidas para resolver el problema en un medio saturado, realizando la sustitución de la porosidad por el contenido volumétrico de agua, que es perfectamente aplicable en la ZNS. Se han presentado numerosas soluciones, tales como las de Cleary (1978), y Van Genuchten, et al. (1982).

Bajo las premisas anteriores, se ha desarrollado toda una serie de códigos para la simulación numérica del flujo y del transporte reactivo de sistemas multicomponentes de especies químicas que contemplan una amplia gama de procesos hidrogeoquímicos.

Los modelos tradicionales de transporte multisoluto sólo incorporan los procesos hidrodinámicos de manera rigurosa, pero, simplificando las interacciones químicas entre las especies acuosas y para las reacciones heterogéneas se utilizan aproximaciones empíricas como el coeficiente de distribución.

Mas tarde, en los modelos hidroquímicos se incorpora una gran variedad de procesos químicos, pero no consideran el flujo subterráneo (Truesdell, et al. 1974; Westall, et al. 1976; Parkhurst, et al. 1980; Wolery, 1984).

A finales de los noventa y principio del siglo XXI, se han desarrollado modelos acoplados que consideran los procesos hidrológicos y químicos con muy variados grados de sofisticación. Éstos se basan en la utilización de dos grupos de ecuaciones. El flujo y transporte de solutos se describen por un grupo de ecuaciones en derivadas parciales y la química bajo las hipótesis de equilibrio y se trata de un grupo de ecuaciones algebraicas no lineales.

Para resolver este problema se han utilizado tres enfoques (Yeh, et al. 1989); primero, el acoplamiento de códigos hidrodinámicos e hidroquímicos ya existentes; segundo, la sustitución directa de las reacciones químicas no lineales en las ecuaciones de transporte; tercero y último, la interacción secuencial en las que las ecuaciones de flujo y transporte y químicas se resuelven por separado y de forma secuencial.

La filosofía en general, de la forma de simular el transporte reactivo multicomponente es discutible, pues ha sido abordada por varios autores y desde diferentes puntos de vista a mayor o menor profundidad, tales como Rubin y James (1973), Rubin (1983), Kirkner y Reeves (1988), Reeves y Kirkner (1988), Tianfu Xu (1996), Naquid Lajud (2001).

Todos estos autores describen varios métodos de solución e identifican los aparentes sistemas de ecuaciones que se resuelven simultáneamente (desacoplados) son mucho más pequeños que en la situación directa, y que se pueden abordar problemas con un mayor número de componentes químicos. Este método ha sido usado por Kirkner, et al. (1984), White, et al. (1986), Cederberg, et al. (1985), Nirasimham, et al. (1986), Liu y Nirasimham (1989a, b), Yeh Tripathi (1991), Engesgaard, et al. (1992), Zampar, et al. (1993, 1995), y Tianfu Xu, et al. (1995a, b). Lensing, et al. (1994) desarrolló un modelo basado en el método del doble paso que utiliza equilibrio y cinética para las reacciones químicas, mientras que Zysset, et al. (1994a, b) logró el mismo objetivo aplicando dos modelos de forma paralela. Como señala Cederberg, et al. (1985), el método del doble paso se aprovecha del hecho de que solo las ecuaciones del transporte físico están conectadas espacialmente, mientras que las ecuaciones químicas dependen estrictamente de las condiciones locales en cada punto del sistema.

Cabe hacer mención que existen códigos que han sido creados recientemente para analizar la calidad de las aguas subterráneas en la zona saturada y, que tienen la posibilidad de adecuarse a medios porosos parcialmente saturados, esto es, zona no saturada (Samper, et al. 1995, 1998, 1999) y Naquid Lajud (2001), asume siempre condiciones de equilibrio químico local, y que para tratar la adsorción, emplea el modelo de la capa difusa (constantes dieléctricas), despreciando el potencial electrostático y la densidad de carga. Además que los resultados para el transporte reactivo, solo han sido validados mediante la comparación de resultados obtenidos con otros códigos de dominio público.

Naquid Lajud (2001), asume condiciones de equilibrio químico local para analizar adsorción-desorción y emplea el modelo de la triple capa. Los resultados han sido analizados satisfactoriamente no solo con otros códigos sino con análisis de campo, laboratorio y y experiencias registradas.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA ZONA DE SOSA TEXCOCO

En el curso de pocos años los intentos de remediar las tierras aledañas al lago de Texcoco para reducir su salinidad convergían con los esfuerzos para recuperar el contenido de carbono sódico en la solución que constituía en lago interior y cristalizaron la creación de Sosa Texcoco en 1942 gracias al esfuerzo del ingeniero Antonio Madinaveitia, recién llegado a México como parte de la inmigración republicana española producto de la represión franquista.

Con el apoyo de investigadores de la UNAM y asistencia técnica de “Imperial Chemical Industries” se diseñó un proceso en el que se encadenaron.: 1.- evaporación solar en el muy conocido terreno de decantación solar denominado “El Caracol”. 2.- Carbonatación de la salmuera concentrada. 3.- Separación y calcinación del bicarbonato producido. El ciclo se centraba

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