7.5. Mecanismos de distribución y transporte de los contaminantes

El estudio de los mecanismos de distribución y transporte busca entender cómo se mueven y dispersan los compuestos contaminantes en el suelo, identificando los factores que influyen en su desplazamiento y su acumulación final.

Esto permite predecir hacia dónde viajan los contaminantes y en qué concentraciones pueden persistir.

La dinámica de los contaminantes en el suelo dependen de varios mecanismos físicos, químicos y biológicos.

La movilidad de los contaminantes depende de factores como el tipo de suelo, la naturaleza del contaminante, el contenido de materia orgánica y las condiciones climáticas.

Los principales mecanismos implicados son los siguientes:

Mecanismos Físicos

Procesos relacionados con el movimiento del agua y de las partículas contaminantes a través del suelo, sin alterar la estructura química de los compuestos.

  • Partición
  • Advección
  • Dispersión
  • Difusión
  • Lixiviación
  • Infiltración
  • Escorrentia
Mecanismos Químicos

Procesos que implican reacciones o interacciones químicas entre los contaminantes y los componentes del suelo, modificando su forma, solubilidad o capacidad de desplazamiento.

  • Sorción
  • Degradación
  • Volatilización
  • Precipitación
  • Disolución

Procesos de pérdida

Se consideran tres procesos de pérdida: perdidas por reacciones de degradación, salidas por
lixiviación y por volatilización.

Degradación

Lixiviación

Volatilización

Atenuación natural de la contaminación

Es el conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren de forma espontánea en el medio ambiente y que reducen la concentración, toxicidad, movilidad o volumen de los contaminantes presentes en el suelo y en las aguas subterráneas.

Estos procesos actúan sin intervención humana directa, aunque pueden ser monitoreados y evaluados como parte de estrategias de remediación conocidas como “Monitoreo Natural”.

Atenuación asistida de la contaminación

Es una estrategia de remediación que mejora los procesos naturales de degradación de contaminantes mediante la intervención humana, como la adición de enmiendas o el uso de plantas y microorganismos.

Acelera la limpieza al optimizar factores como la disponibilidad de nutrientes, oxígeno o la actividad de los microorganismos responsables de descomponer los contaminantes.

Contaminantes reactivos

Son sustancias que, al ingresar al suelo o a las aguas subterráneas, no se limitan a desplazarse con el flujo del agua, sino que interactúan activamente con el medio geológico.

Se descomponen con el tiempo, liberando sustancias tóxicas. Un ejemplo son los pesticidas o herbicidas, que pueden degradarse en compuestos tóxicos.

La reactividad de un contaminante con el suelo determina su destino y comportamiento, y por eso, su estudio es importante en cualquier evaluación de impacto ambiental o diseño de sistemas de remediación.

Estos procesos pueden provocar los siguientes efectos:

  • Retardo: fenómeno mediante el cual un contaminante se mueve más lentamente que el agua subterránea debido a procesos de interacción con el medio geológico, especialmente con las partículas del suelo.
  • Transformación: proceso mediante el cual un contaminante se modifica químicamente o biológicamente al interactuar con el medio ambiente. Esta modificación puede cambiar su forma química, su toxicidad o su movilidad.
  • Atenuación: conjunto de procesos que reducen la concentración, toxicidad, peligrosidad o movilidad de los contaminantes en el ambiente de forma natural o asistida.

Contaminantes no reactivos o inertes

Es una sustancia que no se degrada de forma natural ni química ni biológicamente y no sufre cambios significativos que alteren su estructura.

Permanece en el suelo durante mucho tiempo, pero no representa una amenaza inmediata para la salud o el medio ambiente.

Materiales de construcción como el vidrio no se descomponen de manera natural.

Pluma de contaminantes

Es una zona alargada o extendida en el subsuelo donde se ha dispersado un contaminante, generalmente a partir de una fuente puntual como un derrame, fuga o depósito.

Los contaminantes se mueven y forman una especie de «nube» o área afectada que puede extenderse a lo largo de grandes distancias, dependiendo de las condiciones del entorno.

Es comúnmente utilizado en estudios de contaminación ambiental para describir cómo los contaminantes migran desde un punto de origen.

La forma en que se mueve y se distribuye se compone de varios factores principales:

Fuente de contaminación (punto inicial) o (Punto de vertimiento)

Es el lugar de origen del contaminante, donde se produce el derrame, fuga, infiltración o vertido de sustancias peligrosas al suelo, esta fuente puede ser:

Puntual: un tanque con fuga, un pozo, una tubería rota.

Difusa: aplicaciones agrícolas, aguas residuales infiltradas, vertederos.

En estas zonas se alcanzan las concentraciones más altas de contaminantes y comienza a interactuar con el medio.

Zona de alta concentración

Cuando está cerca del origen

Es la región inmediata a la fuente, donde el contaminante todavía mantiene una fuerza química significativa y puede estar en forma disuelta o en fase libre.

  • Se observan altas concentraciones por encima de límites permisibles.
  • El contaminante aún no se ha dispersado de forma significativa.
  • Es donde los efectos tóxicos suelen ser más intensos o directos.
  • También puede haber reacciones químicas activas
Zona de mezcla y dispersión

A medida que se aleja

Es la parte de la pluma donde el contaminante se mezcla con el agua subterránea limpia, además, se dispersa longitudinal y transversalmente; y empieza a verse afectado por procesos de atenuación natural.

  • Las concentraciones son más bajas, pero pueden seguir siendo peligrosas.
  • El perfil de la pluma se alarga en dirección del flujo del agua subterránea.
  • El comportamiento es influido por la permeabilidad del suelo, la dispersividad y la velocidad del flujo.
Frente de avance (punto de control)

Límite hasta donde ha llegado el contaminante detectable

Es el punto más lejano desde la fuente donde todavía se puede detectar el contaminante, aunque sea en concentraciones mínimas.

  • El alcance actual de la contaminación.
  • La zona crítica para monitoreo y contención preventiva.
  • Un área que puede cambiar con el tiempo si el contaminante sigue avanzando.

Mecanismos Físicos

Procesos que implican interacciones entre los contaminantes y los componentes del suelo, modificando su forma, solubilidad o capacidad de desplazamiento.

Estos mecanismos pueden inmovilizar o transformar los contaminantes, afectando directamente su movilidad y persistencia en el ambiente subterráneo.

No existe ningún tipo de interacción con el medio geológico

El contaminante se mueve arrastrado por el flujo subterráneo, si existe.

Se producen interacciones entre las sustancias contenidas en flujo y el medio geológico

Se habla de solutos reactivos, la comprensión del fenómeno resultará más compleja

Partición

Cuando una sustancia contaminante es liberada al suelo, su impacto potencial está determinado tanto por las características fisicoquímicas del contaminante como por las propiedades intrinsicas del suelo.

La masa total del contaminante en el suelo se define como la suma de las masas presentes en cada una de sus tres fases.

  • Fase sólida: corresponde a la porción del contaminante adsorbida en las partículas del suelo.

  • Fase líquida: es la parte del contaminante disuelta en el agua que ocupa los poros del suelo.

  • Fase gaseosa: incluye la fracción volatilizada, presente en el gas intersticial entre los poros.

Concentración total de un contaminante en el suelos, se determina:

    {\Huge \[ C_T = C_{Sol} + C_{Liq} + C_{Gas} \] }

  • CT = Concentración total del contaminante en suelo (mg/g de suelo)
  • CSol = Concentración en la fase sólida (mg/g de suelo)
  • CLiq = Concentración en la fase líquida (mg/g de suelo)
  • CGas = Concentración en la fase gaseosa (mg/g de suelo)

Advección

Proceso mediante el cual un contaminante es transportado por el movimiento del agua subterránea, siguiendo la misma dirección y velocidad del flujo del agua.

Es un tipo de transporte pasivo, ya que el contaminante se mueve junto con el fluido sin alterar su composición ni su trayectoria, siempre que no haya procesos de adsorción o reacción química.

Este fenómeno permite entender cómo una sustancia puede desplazarse desde un punto de contaminación hasta otras zonas del suelo o de un acuífero.

En un medio poroso, el flujo de masa a través de una sección unidad perpendicular al flujo es igual a:

    {\Huge \[ J = m_{e} \cdot C \cdot v \] }

Donde:

  • J = flujo de masa.
  • me = porosidad eficaz.
  • C = concentración.
  • v = velocidad lineal media.

Velocidad lineal media

    {\Huge \[ v = \frac{ v_{d}}{m_{e}} \] }

  • vd = velocidad Darcy.

Velocidad Darcy

    {\Huge \[ v_{d} = k \cdot i \] }

  • k = Conductividad hidráulica
  • i = Gradiente hidráulico.
Ejemplo

Calcule el flujo de masa de un contaminante con una concentración de 2500 mg/L:

Las características del suelo son las siguientes:

  • Conductividad hidráulica = 6,2 m/día.
  • Porosidad eficaz = 0,15.
  • Gradiente hidráulico = 0,004.
Calculadora

Dispersión

Proceso mediante el cual un contaminante se expande y se mezcla al moverse a través de un medio poroso, como el suelo o el acuífero, debido a las irregularidades en el flujo del agua.

Este fenómeno provoca que el contaminante no viaje como un frente uniforme, sino que se disperse en distintas direcciones y velocidades.

Se comporta de manera similar a la difusión, pero es causada por las diferencias de velocidad y trayectoria del agua entre los poros del suelo, no por el movimiento aleatorio de las moléculas.

Dispersión longitudinal

Dispersión transversal

Tortuosidad

Amplitud de los canales

Bifurcación de los caminos

La Tortuosidad describe la complejidad o sinuoso del camino que deben seguir los fluidos o solutos al moverse a través de los poros del suelo.

La dispersión longitudinal siempre es mayor que la transversal, por lo que la mancha contaminante adquirirá una forma alargada en el sentido del flujo.

Difusión

Proceso mediante el cual un contaminante se mueve desde zonas de alta concentración hacia zonas de baja concentración, debido al movimiento aleatorio de sus moléculas, sin necesidad de que exista flujo de agua.

Este fenómeno ocurre incluso en medios sin movimiento, y es más notable en acuíferos con poca o nula velocidad de flujo.

En medios porosos, como el suelo, la difusión se ve afectada por la porosidad, la tortuosidad y la geometría de los poros, lo que da lugar a la difusión efectiva.

La difusión de un contaminante, así como también la de los nutrientes se da hacia dentro y fuera de los poros del suelo, controlará la degradación del contaminante.

La porosidad total y efectiva
Porosidad Total

Está representada por la cantidad de huecos existentes respecto al volumen total del mismo, estos poros pueden estar o no interconectados dentro del suelo que bloquean o permite el flujo de fluidos como aire, agua o los solutos como nutrientes o contaminantes.

Porosidad Efectiva

Está representada por la cantidad de huecos existentes respecto al volumen de poros interconectados dentro del suelo que realmente permite el flujo de fluidos como aire, agua o los solutos como nutrientes o contaminantes.

    {\Huge \[ P_{T} \] }

    {\Huge \[ > \] }

    {\Huge \[ P_{e} \] }

Primera ley de Fick

No hay variación con el tiempo

En un líquido (no contenido en un medio poroso), el flujo de masa por difusión está regido
por la primera ley de Fick :

    {\Huge \[ F = -D_{m} \, \frac{dC}{dx} \] }

Donde:

  • F = flujo de masa por unidad de sección perpendicular al flujo.
  • Dm = coeficiente de difusión.
  • C = concentración.
  • dC /dx =gradiente de concentraciones.

Si el proceso se desarrolla en el agua que se encuentra en un medio poroso, la facilidad de movimiento
disminuye y hay que considerar las características del medio poroso principalmente la porosidad efectiva y la tortuosidad.

    {\Huge \[ F = -D^{*} \, \frac{dC}{dx} \] }

Donde:

  • F = flujo de masa por unidad de sección perpendicular al flujo.
  • D* = Coeficiente de difusión efectiva.
  • C = concentración.
  • dC /dx =gradiente de concentraciones.

Para el Coeficiente de difusión efectiva (D*):

    {\Huge \[ D^{*} = D_{m} \cdot \left(m_{e}\right)^{c} \] }

Donde:

  • D* = Coeficiente de difusión efectiva.
  • Dm = coeficiente de difusión.
  • me = Porosidad eficaz.
  • c = coeficiente (1,8 a 2,0 para materiales consolidados; 1,3 para arenas no consolidadas)
Segunda ley de Fick

Variación con el tiempo

El flujo expresado en la primera ley de Fick no considera el tiempo.

Supongamos que tenemos un punto con una concentración constante de una sustancia (aplicación de un contaminante) y deseamos conocer cómo va aumentando (variando con el tiempo) la concentración de dicha sustancia en otro punto situado a x metros de distancia.

    {\Huge \[ \frac{\partial C}{\partial t} = D_{m}\,\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} \] }

Donde:

  • C = Concentración del contaminante.
  • t = Tiempo.
  • Dm = coeficiente de difusión.

Una solución de esta ecuación para un medio poroso es:

    {\Huge \[ C(x,t) = C_{0}\,\operatorname{erfc}\!\left(\frac{x}{2\sqrt{D^{*}\,t}}\right) \] }

Donde:
  • C0 = Concentración inicial del contaminante, que permanece constante
  • t = Tiempo.
  • C (x,t) = Concentración a una distancia x transcurrido un tiempo t
  • D* = coeficiente de difusión efectiva
  • erfc = Función error complementaria

Lixiviación

Proceso mediante el cual los contaminantes o nutrientes disueltos en el agua del suelo son arrastrados hacia capas más profundas, principalmente por efecto del agua de lluvia o de riego que se infiltra a través del perfil del suelo.

Este fenómeno ocurre cuando el agua percola a través del suelo y disuelve sustancias solubles (como metales pesados, nitratos, pesticidas o sales), transportándolas hacia zonas más profundas o incluso hasta los acuíferos, donde pueden representar un riesgo para la calidad del agua subterránea.

Es uno de los mecanismos importantes de movilidad vertical de contaminantes en medios no saturados.

La lixiviación depende de:

  • La solubilidad del contaminante.
  • La intensidad del flujo de agua.
  • Las características del suelo (textura, estructura, contenido de materia orgánica).
  • La capacidad de retención o adsorción del suelo (CIC).

Infiltración

Proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del suelo hacia el subsuelo, moviéndose a través de los poros del terreno por acción de la gravedad y la capilaridad.

Este fenómeno inicia el movimiento del agua en el perfil del suelo, y por tanto moviliza los contaminantes.

A medida que el agua se infiltra, puede disolver y arrastrar sustancias presentes en la superficie o en las capas superiores del suelo, contribuyendo a procesos como la lixiviación, la advección y la dispersión.

La tasa de infiltración depende de factores como:

  • La permeabilidad del suelo,
  • La estructura y porosidad del terreno,
  • La humedad previa del suelo,
  • La intensidad de la precipitación o riego.

Existen varias fórmulas que pretenden expresan matemáticamente el fenómeno de infiltración.

La utilización de ecuaciones empíricas cuyos parámetros se deducen en base a datos experimentales.

Se puede representar por la ecuación de continuidad

    {\Huge \[ \frac{\partial \theta}{\partial t} = -\,\frac{\partial q_{z}}{\partial z} \] }

Donde:

  • θ = Contenido de humedad (volumétrico).
  • t = Tiempo.
  • qZ = Caudal.
  • z = dirección del movimiento.
Modelo de Kostakiov

Ecuación totalmente empírica basado en el parámetro tiempo.

Utilizado para describir la infiltración del agua en el suelo.

Ampliamente utilizado en estudios de hidrología, ingeniería agrícola y ciencias del suelo debido a su simplicidad.

    {\Huge \[ I(t) = a \cdot t^{b} \] }

Donde:

  • I = Lámina acumulada en función del tiempo t.
  • t = Tiempo.
  • a y b = Constantes que depende de las características del suelo.

Dispersión Hidrodinámica

La dispersión hidrodinámica es el proceso mediante el cual un contaminante se disgrega y se mezcla en el flujo de agua subterránea como resultado de la acción combinada de la advección y la difusión.

Las variaciones en la conductividad hidráulica y la porosidad generan irregularidades en la velocidad de drenaje del contaminante, lo que conlleva un incremento en la mezcla del soluto.

Este fenómeno ocurre cuando:

  • El contaminante es arrastrado por el flujo del agua (advección).
  • Y al mismo tiempo se esparce debido a variaciones en la velocidad y dirección del flujo a nivel microscópico (dispersión).
  • Además de la posible contribución de la difusión molecular, especialmente en zonas de baja velocidad.

Inyección momentánea

Inyección continua

La ecuación de Ogata-Banks

Es una solución analítica de la ecuación de advección-dispersión en una dimensión, que describe cómo se mueve y se dispersa un contaminante a través de un medio poroso, cuando la fuente es continua.

Esta ecuación permite predecir la concentración de un contaminante en función del tiempo y la distancia desde una fuente constante.

Forma general de la ecuación

    {\Huge \[ C_{(dx,t)} = \frac{C_{0}}{2} \, \left[ \operatorname{erfc}\!\left( \frac{dx - v \, t}{2 \sqrt{D_{L} \, t}} \right) \right] \] }

Donde:

  • C(dx,t) = Concentración del contaminante en el punto dx para un tiempo t
  • C₀ = Concentración inicial del contaminante en la fuente
  • v = Velocidad lineal media
  • D = Coeficiente de dispersión hidrodinámica
  • erfc (x) = Función de error complementaria
  • dx = Distancia desde la fuente
  • t = Tiempo
Cálculo de la función de error

    {\Large \[ \operatorname{erf}(x) =\operatorname{signo}(x)\, \sqrt{\,1-\exp\!\left(-x^{2}\,\frac{\tfrac{4}{\pi}+0.147\,x^{2}}{1+0.147\,x^{2}}\right)} \] }

  • x = el argumento de la función de error complementaria.

    {\Huge \[ x = \frac{dx - v \cdot t}{2\sqrt{D_{L} \, t}} \] }

La función de error complementaria se calcula según el signo del argumento (x):

  • Vale (+1) Si el argumento (-x) es negativo.
  • Vale (–1) Si el argumento (x) es positivo.

Es decir:

Cálculo de la función de error complementaria

El calculo de la función de error, si el argumento (x) es positivo se usa la ecuación:

    {\Huge \[ \operatorname{erfc}(x)=1-\operatorname{erf}(x) \] }

El calculo de la función de error, si el argumento (-x) es negativo se usa la ecuación:

    {\Huge \[ \operatorname{erfc}(-x)=1+\operatorname{erf}(-x) \] }

Usos solución analítica de la ecuación de advección-dispersión
  • Para modelar plumas de contaminación en experimentos de laboratorio o en campo.
  • Para estimar qué tan lejos llegará un contaminante con el tiempo.
  • Para evaluar la eficacia de barreras o sistemas de remediación en el subsuelo.
Ejemplo

Se produce un vertimiento continuo de un contaminante con una concentración de 2500 mg/L:

Las características del suelo son las siguientes:

  • Conductividad hidráulica = 6,2 m/día.
  • Porosidad eficaz = 0,15.
  • Gradiente hidráulico = 0,004.
  • Coeficiente de dispersión lineal =  10-8 m2/s.

Calcular la concentración de ese contaminante a 100 metros de distancia en la dirección del flujo después de 600 días.

Calculadora

La ecuación de advección–dispersión–reacción tridimensional

Describe el transporte multidimensional e incluye advección, dispersión longitudinal y transversal de un contaminante en un medio poroso como el suelo o un acuífero.

Forma general de la ecuación

La forma más compleja de la ecuación de advección dispersión capaz de ser solucionada en forma analítica incluye 3 componentes de dispersividad, una velocidad advectiva constante, y un término cinético, y se expresa como:

    {\large \[ \frac{\partial C}{\partial t} = D_{x}\,\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + D_{y}\,\frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + D_{z}\,\frac{\partial^{2} C}{\partial z^{2}} - v_{x}\,\frac{\partial C}{\partial x} - \frac{k}{n} \] }

Donde:

  • C = Concentración del contaminante.
  • t = Tiempo.
  • x, y, z = Coordenadas espaciales.
  • Dx, Dy, Dz = Coeficientes de dispersión en cada dirección.
  • vx = Velocidad del flujo del agua subterránea en la dirección.
  • k = Tasa de reacción o degradación del contaminante.
  • n = Porosidad del medio.

Las soluciones de la ecuación permiten determinar la distribución de concentraciones resultantes tanto para fuentes continuas como puntuales.

Fuente continua: La solución analítica se expresa como:

    {\tiny \[ \frac{C(x,y,z,t)}{C_{0}} =\left(\frac{1}{8}\right) \operatorname{erfc}\!\left[\frac{x - v\,t}{2(\alpha_{x} t)^{1/2}}\right] \left( \left[ \operatorname{erf}\!\left(\frac{y + Y/2}{2(\alpha_{x} t)^{1/2}}\right) - \operatorname{erf}\!\left(\frac{y - Y/2}{2(\alpha_{x} t)^{1/2}}\right) \right] \left[ \operatorname{erf}\!\left(\frac{z + Z}{2(\alpha_{x} t)^{1/2}}\right) - \operatorname{erf}\!\left(\frac{z - Z}{2(\alpha_{x} t)^{1/2}}\right) \right] \right) \] }

Donde:

  • C = Concentración del contaminante.
  • t = Tiempo.
  • C0= Concentración inicial o de entrada.
  • x, y, z = Coordenadas espaciales.
  • v = Velocidad promedio del flujo del agua subterránea.
  • αx​, αy​, αz = Dispersividad longitudinal, transversal y vertical.
  • Y = Ancho de la fuente en la dirección y.
  • Z = Altura de la fuente en la dirección z.
  • erf⁡, erfc = Funciones error y complementaria de error.

Fuente puntual instantánea: La solución analítica es:

    {\large \[ C(x,y,z,t)= \left[ \frac{C_{0}V_{0}}{\,8(\pi t)^{3/2}\,\left(D_{x}D_{y}D_{z}\right)^{1/2}} \right] \exp\!\left[ -\frac{(x-vt)^{2}}{4D_{x}t} -\frac{y^{2}}{4D_{y}t} -\frac{z^{2}}{4D_{z}t} -\lambda t \right] \] }

Donde:

  • C(x,y,z,t) = Concentración del contaminante.

Frente de contaminación

  • C0 = Concentración inicial o de entrada.
  • V0 = Volumen de la fuente puntual que emite el contaminante.
  • t = Tiempo.
  • Dx, Dy, Dz = Coeficientes de dispersión en las direcciones.

Describe una distribución gaussiana tridimensional

  • v = Velocidad promedio del flujo del agua subterránea.
  • x, y, z = Coordenadas espaciales.
  • λ = Coeficiente de degradación.

Mecanismos Químicos

Procesos que implican reacciones o interacciones químicas entre los contaminantes y los componentes del suelo, modificando su forma, solubilidad o capacidad de desplazamiento.

Estos mecanismos pueden inmovilizar o transformar los contaminantes, afectando directamente su movilidad y persistencia en el ambiente subterráneo.

Sorción

Proceso mediante el cual un contaminante se adhiere o se asocia a las partículas sólidas del suelo, como minerales o materia orgánica, reduciendo así su movilidad en el agua del suelo o en aguas subterráneas.

Ya sea por adsorción en la superficie de las partículas o absorción al interior de la matriz del suelo.

Este proceso puede ser reversible o irreversible, y cumple un papel clave como mecanismo de retardo natural, ya que ralentiza o limita el transporte de contaminantes a través del perfil del suelo.

Este término incluye dos mecanismos complementarios:

Adsorción: el contaminante se adhiere a la superficie externa de las partículas del suelo.

Absorción: el contaminante penetra o se incorpora en la estructura interna del sólido.

El término sorción engloba a los dos anteriores.

La sorción depende de:

  • Tipo de contaminante: como su carga, polaridad y tamaño molecular.
  • Características del suelo: como el pH, contenido de arcilla, materia orgánica y carga superficial.
  • Condiciones ambientales: como la humedad, temperatura y competencia con otros iones.
Isotermas de sorción

Las isotermas de sorción son curvas que describen cómo un material adsorbente como un suelo, una arcilla, un carbón activado, etc.

Retiene o libera una sustancia en forma de soluto o vapor en función de la concentración o presión de esa sustancia en el medio circundante, a una temperatura constante.

Isoterma de sorción lineal

En el caso más sencillo, se puede suponer que la concentración del soluto adsorbido en el sólido es directamente proporcional a la concentración del mismo soluto en la fase acuosa.

Este modelo se basa en la idea de que todos los sitios de sorción del adsorbente tienen igual energía y que no hay saturación, es decir, el adsorbente puede retener indefinidamente el soluto en proporción constante.

    {\Huge \[ C^{*}=K_{d}\cdot C \] }

Donde:

  • C* = masa de soluto sorbido por unidad de masa del sólido (mg/kg)
  • C = concentración de soluto en disolución (mg/L)
  • Kd = coeficiente de proporcionalidad (L/kg)
Isoterma de Freundlich.

Es un modelo empírico que describe el proceso de adsorción de un soluto sobre una superficie heterogénea.

Se utiliza para representar cómo varía la cantidad de soluto adsorbido en función de su concentración en la fase líquida, a temperatura constante.

    {\Huge \[ C^{*}=K \cdot C^{N} \] }

Donde:

  • C* = masa de soluto sorbido por unidad de masa del sólido (mg/kg)
  • C = concentración de soluto en disolución (mg/L)
  • K, N = constantes relacionada con la capacidad de adsorción y la intensidad de la adsorción (L/kg)

Si tomamos logaritmos a ambos lados de la ecuación obtenemos el gráfico en escalas logarítmicas y se puede representar la recta cuya pendiente es N y la ordenada en el origen es log K.

Isoterma de Langmuir.

Un modelo matemático que describe el proceso de adsorción de un soluto sobre una superficie sólida, bajo el supuesto de que la adsorción ocurre en una monocapa sobre una superficie homogénea, con un número finito y específico de sitios de adsorción, todos con la misma energía de adsorción.

    {\Huge \[ C^{*} = \frac{C}{\left(\frac{1}{\alpha\beta}+\frac{C}{\beta}\right)} \] }

Donde:

  • C* = masa de soluto sorbido por unidad de masa del sólido (mg/kg)
  • C = concentración de soluto en disolución (mg/L)
  • α = constante de adsorción (L/mg)
  • ß = máxima cantidad de soluto adsorbido por unidad de masa del sólido (mg/kg)

Degradación

La degradación es el proceso mediante el cual un contaminante se descompone o transforma en sustancias más simples y en muchos casos menos tóxicas.

Se trata de un proceso irreversible que altera la identidad molecular del contaminante, reduciendo su persistencia ambiental y su capacidad de transporte en el medio poroso.

Estos procesos permite cuantificar en que forma un contaminante se pierde o remueve del suelo.

    {\Huge \[ D_{\text{\small Suelo}}^{\text{\small Degradación}} = K_s \, V_s \, Z_s \] }

    {\Large \[ K_{s} = \frac{0.693}{\tau} \] }

  • Ks = Velocidad general de degradación
  • Vs = Volumen total del suelo
  • Zs = Valor general del correspondiente a las fases del suelo.
  • 𝜏 = Tiempo en horas

Volatilización

Proceso mediante el cual una sustancia química pasa de la fase líquida o sólida a la fase gaseosa, liberándose desde el suelo hacia la atmósfera.

Este fenómeno ocurre cuando los contaminantes tienen una presión de vapor significativa.

Pueden, bajo ciertas condiciones, evaporarse desde la solución del suelo o desde la superficie del agua contenida en poros.

La volatilización puede cuantificarse usando la Ley de Henry para sustancias disueltas:

    {\Huge \[ C_{\text{aire}} = H \cdot C_{\text{agua}} \] }

Donde:

  • Caire​ = concentración en fase gaseosa,
  • Cagua​ = concentración en agua,
  • H = constante de Henry adimensional.

La Ley de Henry describe la relación entre la presión parcial de un gas sobre un líquido y la concentración de ese gas disuelto en el líquido en equilibrio.

Forma adimensional de la constante de Henry:

    {\Huge \[ H=\frac{C_{\text{gas}}}{C_{\text{agua}}} \] }

Donde:

  • Cgas = concentración del contaminante en la fase gaseosa.
  • Cagua​ = concentración del mismo contaminante en la fase acuosa.
Valor de 𝐻Interpretación
𝐻 > 1El compuesto prefiere el aire → es muy volátil
𝐻 < 1El compuesto prefiere el agua → es poco volátil
𝐻 ≈ 1El compuesto se distribuye de forma similar en aire y agua

Precipitación

Reacción química por la cual un contaminante presente en forma disuelta en la solución del suelo forma un compuesto sólido insoluble, el cual precipita y se incorpora a la fase sólida del suelo, reduciendo su movilidad.

Se presenta cuando dos especies químicas en la solución del suelo se combinan y forman un producto con muy baja solubilidad.

El contaminante excede su solubilidad y se forma un precipitado sólido.

Disolución

Es el proceso inverso a la precipitación.

Ocurre cuando un contaminante presente en forma sólida en el suelo se solubiliza y pasa a la fase acuosa como iones o moléculas, lo cual incrementa su movilidad y su potencial de transporte hacia las aguas subterráneas.

Cuando la solución del suelo no está saturada con respecto al contaminante, o cuando el pH cambian, el contaminante sólido puede disolverse.

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