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

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)


► 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


► 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


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


► discretización espacial

472500 472750 473000 473250

46

46

25

04

64

65

00

46

46

75

04

64

70

00

46

47

25

0

P L-2

P L

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


► 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


► 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


► 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


► 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


► 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)


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

1.0E-01

1.0E+00

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03

1.0E+04

0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600

BV

1.0E-01

1.0E+00

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03

0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600

EK

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03

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


► 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

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

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

PCETCEcDCE

S3


PCE DCE VCTCE


PCE DCE VCTCE


► 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


• 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


• 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


► Resultados de otros equipos

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Co

nce

ntr

atio

n e

n P

CE

à 1

800

jou

rs (

µg

/l)

S-2 S-3 PL PR-3 S-5 BV

ANTEA

ENSMP

ENVIROS

INERIS

Mesure(16/11/2000)



0

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100

150

200

250

300

350

400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Co

nce

ntr

atio

n e

n T

CE

à 1

800

jou

rs (

µg

/l)

S-2 S-3 PL PR-3 S-5 BV

ANTEA

ENSMP

ENVIROS

INERIS

Mesure(16/11/2000)



0

50

100

150

200

250

300

350

400

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500

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600

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Co

nce

ntr

atio

n e

n D

CE

à 1

800

jou

rs (

µg

/l)

S-2 S-3 PL PR-3S-5 BV

ANTEA

ENSMP

ENVIROS

INERIS

Mesure(16/11/2000)


• 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

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