seminario del grupo de hidrogeología subterránea 02/12/2004 modelización de la degradación en...
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Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea 02/12/2004
Modelización de la degradación en cadena de PCE mediante la resolución de 4
problemas de transporte simultáneos (una aplicación de TRANSIN)
Eduardo Ruiz, Salvador Jordana, Jordi GuimeràENVIROS Spain S.L.
Claire RollinInstitut National de l’Environnement Industriel
et des Risques (INERIS)
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► marco y objetivos del trabajo proyecto TRANSPOL
• elaboración de guías básicas y metodologías para la modelización de contaminantes (PAHs, metales, orgánicos,...) • ‘benchmark’ de diferentes casos (teóricos, reales, experimentales) modelizados por diferentes equipos, partiendo de un modelo conceptual previamente valorado• cas Réel nº3: modelización del comportamiento de compuestos orgánicos clorados
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► antecedentes
472500 472750 473000 473250
46
46
25
04
64
65
00
46
46
75
04
64
70
00
46
47
25
0
147,78
142,06 129,49
129,59
131,15 132,03130,01
134,65
130,96
137,19
199,39
132,06 135,82
137,44
132,33132,01
132,19 185,59
150,63
150
137,12
134,13
175
133,62
136,25
131,09
134,77
P L-2
P L
À rids V ilanna
B onm atí V e ll
P R 3F leca
S 6S urroca IIS 5S urroca I
S 4S 3
B otexP R 1
P R 2S 2
V olum en In t.
Ta llers
C al P eó
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
• pequeño acuífero aluvial contaminado a finales del año
1994 por compuestos organoclorados
N
Río Ter
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472500 472750 473000 473250
46
46
25
04
64
65
00
46
46
75
04
64
70
00
46
47
25
0
124.5
124.6
124.8
125.8
127
125.87
125.97
P L-2
P L
À rids V ilanna
B onm atí V ell
P R 3F leca
S 6S urroca IIS 5S urroca I
S 4S 3
B otexP R 1
P R 2S 2
V olum en In t.
Ta llers
C al P eó
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
• acuífero homogéneo e isótropo• flujo estacionario saturado• no se considera recarga ni la relación entre rio y acuífero• libertad en K y en el bombeo del pozo L2
► modelo conceptual de flujo
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► discretización espacial
472500 472750 473000 473250
46
46
25
04
64
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00
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0
P L-2
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À rids V ilanna
B onm atí V e ll
P R 3
S 6S urroca IIS 5
S 4S 3B otex
P R 1P R 2S 2
V olum en In t.
Ta lle rs
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
MEF 11665 nodos y 18328 prismas triangulares irregulares en 4 capas
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► modelo conceptual de transporte
• únicamente se vertía PCE al acuífero• se han encontrado cantidades inferiores de otros etilenos con menos cloros que a priori tienen un origen común• no se considera flujo multifase ni retardo debido a procesos de sorción• inyección másica (M/T) en un punto
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► modelo conceptual de transporte
• se considera un proceso transitorio de degradación en cadena a partir de reacciones cinéticas secuenciales supuestas de primer orden:
rPCE = - λPCE · [PCE]
rTCE = - λTCE · [TCE] + 0.7920 · λPCE · [PCE]
rDCE = - λDCE · [DCE] + 0.7377 · λTCE · [TCE]
rVC = - λVC · [VC] + 0.6445 · λDCE · [DCE]
PCE DCE VCTCE
C2Cl4 C2HCl3 C2H2Cl2 C2H3Cl
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► discretización temporal
• 10 años de simulación: 2 periodos de 5 años• en el primero hasta alcanzar valores estacionarios• en el segundo simulación de agotamiento de la fuente• término fuente / inyección de PCE en el sistema transitoria:
Tiempo de simulación
(en días)t0= 0 t1 = 1800 t2 = 3600
Inyección
(en kg PCE/día)
Ce
Pendiente lineal
(m)
Cf
Periodo 1 Periodo 2
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► modelización de flujo y transporte
• código seleccionado: TRANSIN IV (Medina et al., 2001)• estrategia de calibración: - inicialmente se calibran los parámetros de transporte de un problema de flujo y transporte convencional (PCE) - posteriormente se introducen el resto de productos de degradación (TCE, DCE, VC) de manera secuencial para calibrar sus constantes de degradación - la pendiente de agotamiento de la fuente se calibra de manera manual
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► resultados
• Flujo: piezometria resultante
124.5
124.75
125
125.25
125.5
125.75
126
124.5 124.75 125 125.25 125.5 125.75 126
Nivel calculado
Niv
el o
bs
erv
ad
o
(en msnm)
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1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
S2
1.0E-02
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0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
BV
1.0E-01
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1.0E+01
1.0E+02
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0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
EK
1.0E-03
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1.0E-01
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1.0E+01
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0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
AV
tiempo (en días) tiempo (en días)
tiempo (en días)tiempo (en días)
conc
entr
ació
n(e
n pp
b)co
ncen
trac
ión
(en
ppb)
► resultados
• Transporte: curvas de llegada a todos los puntos de observación
1,E-09
1,E-08
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PCE calculadoTCE calculado
DCE calculadoVC calculadoPCE medido
TCE medidoDCE medido
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► resultados
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
BOTEX
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PR3
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
S6
1,E-09
1,E-08
1,E-07
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1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PCE calculadoTCE calculado
DCE calculadoVC calculadoPCE medido
TCE medidoDCE medido
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
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0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PCETCEcDCE
S3
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PCE DCE VCTCE
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PCE DCE VCTCE
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► resultados
Parámetro Símbolo Unidades valor conductividad hidráulica (isótropa) Kij m/d 73.0
porosidad Φ - 0.1 dispersividad longitudinal L m 10.0 dispersividad transversal T m 8.0
entrada de PCE durante los primeros 5 años Ce kg/d 0.1658 entrada de PCE a 10 años (Cf = 0.25∙ Ce) Cf kg/d 0.0415
coef. difusión molecular PCE, TCE, DCE, VC Dm m2/d 1.0E-06 constante degradación 1er orden PCE kPCE 1/d 0.0030 constante degradación 1er orden TCE kTCE 1/d 0.0594 constante degradación 1er orden DCE kDCE 1/d 0.0174 constante degradación 1er orden VC kVC 1/d 0.0300
• parámetros obtenidos después del proceso de calibración
• balance estacionario para el PCE Balance de transporte a 5 años Unidades valor
PCE inyectado g/d 165.8 PCE degradado a TCE g/d 140.0
salida de PCE por nodos de bombeo g/d 24.64 salida de PCE por contorno aguas abajo g/d 1.16
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• Modelo numérico simple y que sigue los requerimientos prescritos en el pliego de modelización
• Los resultados son satisfactorios desde el punto de vista de ajuste y de valores de parámetros
• Las constantes de degradación calibradas se encuentran dentro de los rangos de valores que se pueden encontrar en la bibliografía (Doong et al., 1996; EPA, 1998; Wiedemeier et al., 1999)
• TRANSIN IV se ha mostrado como una herramienta muy potente, versátil, robusta y particularmente útil para la calibración automática….. pero es poco amigable y se ha necesitado soporte por parte de Agustín hasta que ha funcionado
► conclusiones generales
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• De los balances obtenidos se desprende que todavía puede haber gran cantidad de producto en forma residual
• El agotamiento de la fuente simulado, aunque ajusta algunos de los valores, difícilmente es realista
• Una distribución del término fuente en una zona más amplia permitiría tal vez un mejor ajuste en el entorno del foco
• Otras combinaciones de K, λ, retardo y tasa de inyección podrían conducir a resultados similares
• El tratamiento transitorio del flujo y del término fuente podrían producir mejoras al mismo tiempo que encarecerían los cálculos
► conclusiones del modelo
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► Resultados de otros equipos
0
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0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Co
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ntr
atio
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800
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µg
/l)
S-2 S-3 PL PR-3 S-5 BV
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ENSMP
ENVIROS
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► Resultados de otros equipos
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Co
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ntr
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n T
CE
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µg
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ENVIROS
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► Resultados de otros equipos
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n D
CE
à 1
800
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µg
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ENVIROS
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• El resto de equipos ha utilizado herramientas propias (ANTEA, ENSMP) o bien públicas (INERIS, ENSMP)
• ENSMP ha utilizado un ‘metamodelo’ inverso. El resto calibración manual
• Sólo la ENSMP logra unos ajustes similares para el PCE, aunque en el resto de productos degradados el ajuste empeora
• El tratamiento del término fuente es clave y la evolución de la contaminación en el sistema es muy sensible a dicho tratamiento
• Algún valor de constante de degradación medido in situ ayudaría a acotar el problema
• El retardo (sorción) debería tenerse en cuenta
► algunas conclusiones del proyecto