tema 3 ejemplos de modelización de sistemas ácido-base
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TEMA 3
Ejemplos de modelizaciónde sistemas ácido-base,
precipitación / disolución e intercambio iónico
Nuria Boluda Botella
Departamento de Ingeniería Química
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Este tema ha sido elaborado a partir de las siguientes fuentes:
• “Geochemistry, Groundwater and Pollution”. Appelo and Postma, 1993 (1ª ed.) y 2005 (2ªed. ) Balkema.
• Tesis de Licenciatura: ESTADO ACTUAL DEL ACUÍFERO DEL CUATERNARIO DE JÁVEA. Celia Sempere Pérez. 1996. Universidad de Alicante.
• Proyecto “Red de calidad química de las aguas continentales subterráneas y superficiales de la provincia de Alicante”. Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Alicante y Excma. Diputación Provincial de Alicante.
• “Hydrogeochemical transport modeling of 24 years of Rhine water infiltration in the dunes of the Amsterdam Water Supply”. B.M. van Breukelena, C.A.J. Appeloa, T.N. Olsthoornb. Journal of Hydrology 209 (1998) 281–296.
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
3.1.1 Especies de CO2 en agua
3.1.2 Sistemas abiertos y cerrados al intercambio de CO2
3.1.3 Precipitación/disolución de calcita en sistemas abiertos y cerrados
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
Relación TDS con la concentración de iones disueltos en agua de ríos
de diferentes continentes
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
Especies de CO2 en agua
Sistema abierto al intercambio de CO2
Productos de solubilidad de minerales carbonatados
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
Sistema abierto al intercambio de CO2
Sistema cerrado al intercambio de CO2
Simulaciones con PHREEQ A 15 ºC
Sistema abierto e interacción con calcita
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3.1 Sistema bicarbonato/ carbonato/ dióxido de carbono/ calcita
Sistema abierto al intercambio de CO2
Sistema cerrado al intercambio de CO2
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
3.2.1 Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
3.2.2 Equilibrios de intercambio catiónico: valores para coeficientes y cálculo de la composición de intercambio
3.2.3 Cromatografía de intercambio catiónico
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
ESPAÑA
MAR
MED
ITERRÁNEO
Alicante
0 20 km
N 0 2km
Gata de Gorgos
Jávea
Río Gorgos MARMEDITERRÁNEO
TossaletCastell dela Solana
Montgó
Río Gorgos
Ben
itach
ell
C-224
2 km
Cabo de San Antonio
Cabo de San Martín
Acuífero Cuaternario de Jávea
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Acuífero Cuaternario de Jávea. Evolución [Cl-]
0 2km
1974
150
250
1000
500
150
Jávea
1000
1500
20003000
3000
1985Jávea
100
200
1000
1000
500
1980Jávea
1987Jávea
1994Jávea
200
6001000
60010001500
1500
1500
1995Jávea
600
200
600
1000
200 200
200
200
200
600
600
1000
1000
1400
1400
200
200
1000
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Cálculo del % agua marina en una muestra de agua
CCl- = 19620⋅X + 95⋅(1-X)
CCl- = [Cl-] (mg/L)X = fracción másica de agua marina
951962095C
X Cl
−
−=
−
Cisr = Cim⋅X + Cia⋅(1-X)
Cálculo del exceso de ión i una muestra de agua
Composición de un ión i (Cisr)por mezcla agua dulce – agua de mar
Exceso de ión i = Ci - Cisr
Ci = conc. de ion i en la muestra
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Acuífero Cuaternario de Jávea. Evolución [Na+]
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0200
-200-400-600-800
-1000-1200
SEP87 DIC87
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0200
-200-400-600-800
-1000-1200
JULIO 94 ENERO 95
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Acuífero Cuaternario de Jávea. Evolución [Ca2+]
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
200
400
600
800
1000
-200
SEP87 DIC87
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
200
400
600
800
1000
-200
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Acuífero Cuaternario de Jávea. Evolución [Mg2+]
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
50
100
-50
-100
-150
-200
SEP87 DIC87
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
50
100
-50
-100
-150
-200
JULIO 94 ENERO 95
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Acuífero Cuaternario de Jávea. Evolución [K+]
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
50
100
-50
-100
-150
SEP87 DIC87
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0
50
100
-50
-100
-150
JULIO 94 ENERO 95
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
Fuente: Proyecto “Red de calidad química de las aguas continentales, sub- terráneas y superficiales de la provincia de Alicante”. Dep. Ing. Quim. UA y Diputación Prov. Alicante.
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1919
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
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2020
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
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2121
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
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2222
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Equilibrios de intercambio catiónico
Capacidad de intercambio catiónico (CEC)
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2323
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Equilibrios de intercambio catiónico
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2424
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Equilibrios de intercambio catiónico
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2525
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Equilibrios de intercambio catiónico:valores para coeficientes y
cálculo de la composición de intercambio
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2626
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Equilibrios de intercambio catiónico:valores para coeficientes y
cálculo de la composición de intercambio
Fuente: “Hydrogeochemical transport modeling of 24 years of Rhine water infiltration in the dunes of the Amsterdam Water Supply”. B.M. van Breukelena, C.A.J. Appelo, T.N. Olsthoornb. Journal of Hydrology 209 (1998) 281–296.
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Cromatografía de intercambio catiónico
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2828
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Cromatografía de intercambio catiónico
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3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
Desplazamiento cromatográfico en laboratorio:
• Ensayos en columnas con variables controladas
• Aplicación de modelos de transporte reactivo
Difícil interpretación de resultados de campo:
• Complejidad hidrogeológica• Variabilidad en extracciones y recarga• Presencia de contaminación• Procesos de mezcla agua dulce-salada-
roca