DISEÑOS ÓPTIMOS DE REMEDIACIÓN Y MANEJO DE ESTRATEGIAS

Presentación del tema: "DISEÑOS ÓPTIMOS DE REMEDIACIÓN Y MANEJO DE ESTRATEGIAS"— Transcripción de la presentación:

1 DISEÑOS ÓPTIMOS DE REMEDIACIÓN Y MANEJO DE ESTRATEGIAS

2 Se estudiaran nuevamente los modelos mencionados anteriormente y alguna nueva tecnología para investigación, mostrara modelos óptimos de remediación que pueden ser desarrollados.

3 Diseño de tratamiento y bombeo de gradiente forzado.
Considerando un diseño de tratamiento y bombeo gradiente como se mostró en la sección anterior. Un diseño objetivo es desarrollado por el gradiente hidráulico forzado interno en cualquier lugar a lo largo del perímetro de la pluma contaminante. La tecnología disponible para el agua subterránea es el tratamiento de bombeo empleando bombeo y recarga de pozos

4 Usando esta aproximación el objetivo es localizar el bombeo y recargar pozos con un gradiente similar al interior. El costo consiste en dos elementos: Construcción Operación y mantenimiento Los costos de construcción están asociados con la construcción del pozo, la red de tubería y la planta de tratamiento. Los costos de operación y mantenimiento son los que incluyen el reemplazamiento de carbón activado. La ecuación que describe estos costos es llamada en investigaciones de operación la función objetivo:

5 Donde n es el número de potencial de pozo; ai+ y ai- son los costos de operación en inyección o descarga del pozo, respectivamente por unidad de volumen o inyección o descarga, por unidad de tiempo ai0+ y ai0- son los costos de instalación de inyección de pozo i, y la descarga de pozo i, respectivamente: qi+ y qi- son los pozos de recarga o de descarga respectivamente en unidades de volumen por unidad de tiempo y d (xi-xi0-) es la función delta dirac que localiza pozos i en la región definida por x. La función delta dirac es cero en cualquier lugar excepto en xi0- . El objetivo es localizar los n pozos o subconjunto de n pozos en óptima localización y bombearlos en una taza óptima para minimizar el costo completo definido por la función objetivo.

6 Matemáticamente: Para identificar una función objetivo, es necesario identificar un grupo de restricciones físicas diseñadas. Un típico diseño podría ser:

7 En el caso del gradiente restringido por el diseño de bombeo y tratamiento el potencial superficial del agua subterranea para tener un gradiente interior en exceso de un diseño prespecificado valuado en g a lo largo de todo el perímetro. El resultado de restricción es escrito 10.5 Donde n es la salida normal dirigida de la pluma definida por la frontera dW. Otra restricción en la carga puede ser adherida, como lo es el máximo abatimiento permitido en un punto específico. El diseño restringido en la descarga puede ser: Que describe los requerimientos del agua de descarga o de recarga para un acuífero.

8 Esta figura provee una representación geométrica del problema para el caso de los dos pozos, q1 y q2. En el plano q1xq2 hay un punto de encuentro en la superficie poligonal. El perímetro de esta superficie está definido por una serie de líneas rectas. Las líneas representan la intersección de varios limites y el plano cero. Las líneas representan la localización donde los límites definidos por la ec son satisfechos.

9 A lo largo de estas líneas los límites están iguales, esto es:
En el interior de este poliedron, el gradiente es mas grande que g. El gradiente de salida es mas pequeño que el requerido. Entonces algún punto de salida de la región no satisface las fronteras (limites) y algún excede las fronteras. La superficie planar alrededor de q1xq2 representa la función objetivo. La solución óptima de este problema es el punto en el que el plano q1xq2 donde la función objetivo es mas pequeña y aún está en el interior del politopo (poliedron) de frontera. La función objetivo está definida en términos de las variables de decisión q1 y q2 y la frontera está definida en términos de la variable gradiente. Para determinar los valores q1 y q2 que corresponden al estado donde los límites se satisfacen completamente se utiliza la ec

10 10.7 En el la ecuación de flujo de agua subterránea vemos los dos estados variables, la variable h y variable de decisión q. Para cualquier combinación de los valores de q se puede determinar el gradiente desde la ecuación 10.7. La ecuación de flujo subterráneo esta formado por la pareja estado h y las variables de decisión y por lo tanto permite la creación de la función objetivo y los limites encontrados en la ec El gradiente cambia debido al bombeo ya que es una función lineal de la cantidad de bombeo, entonces la relación entre los límites que están definidos en términos del gradiente y de los valores promedio del bombeo qi es lineal, esto explica porqué el politopo tiene lados rectos, similarmente la función objetivo es la suma de dos funciones lineales (promedio del incremento del periodo de bombeo)y por lo tanto también es lineal. Ambos sistemas están definidos por funciones lineales, la función objetiva y la de los limites.

11 LIMITE DEL RIESGO DE BOMBEO Y DISEÑO DEL PROCEDIMIENTO
Una forma relativamente simple del problema de riesgo-base y diseño de remediación es: Mientras la ec es igual qie la 10.3, la definición de los coeficientes son diferentes en este caso el coeficiente ai incorpora el costo del tratamiento del fluido extraido así como el costo asociado con el problema del límite del gradiente descrito en la sección Los coeficientes a0i permanecen como el costo fijo de la construcción del pozo. Los limites de riesgo y el problema de los límites de concentración estan dados por al ec Estos limites establecen que la concentración, aun una ubicación especifica xj, j que pertenece J debe ser menor que la concentración objetivo c*j en el fin de periodo de remediación. Para encontrar un mecanismo que exprese los limites de la concentracion en función de la descarga o recarga del pozo qi el medio matematico esta dado por la ec de transporte reproducida como:

12 10.12 Esta ecuación contiene la variable de estado de la concentración c y la variable de decisión de descarga q. También contiene la velocidad del agua subterránea v. Para obtener la velocidad se usa la ley de Darcy en combinación con la ecuación de flujo de agua subterránea. Igual incremento en q no genera un incremento igual en los cambios de la concentración. El resultado es que los límites que aparecen como una línea recta en la figura son ahora curvas. Mientras esta forma aparece como un cambio raro e incidental.

13 FLUJO DE MULTIFLUIDOS Y TRANSPORTE

14 En un acuífero donde los espacios de poro están llenos con agua, hay zonas de la superficie envolviendo ciertos tipos de contaminantes, en que los fluidos no acuosos ocupan parte del espacio del poro. Estos incluyen la zona no saturada en que el aire ocupa algunos de los espacios de poro. Es usual en agua subterránea referirse a sistemas de multifase, donde fase es usado para denotar una sustancia en particular independiente de su estado (sólido líquido o gas). Multifluído describe sistemas en que mas de un fluído ocupa el espacio de poro, un fluido puede ser liquido o gas. Un sistema de medio poroso está caracterizado por una fase sólida donde se conectan los espacios de poro permitiendo fluir el flujo. Cuando es espacio de poro está lleno, con un solo fluído, ejemplo agua, entonces el espacio entero está lleno, con una combinación de particular sólidas y unas fluidas, que en superficie de separación corresponden a las fronteras de las partículas sólida.

15 Algunas transferencias de masa entre el sólido y el fluído como el proceso de sorción, ocurren a lo largo de un área de separación en la frontera entre el sólido el fluído, esto ocurre porque solo hay puntos de localización de contacto entre el fluído y el sólido. Los sistemas miltifluidos en medios porosos están caracterizados por fronteras adicionales o interfases que separan los medios fluido unos de otros, y de las partículas sólidas que comprimen a la matriz porosa. Fig 11.1nnnn PROBLEMA QUE ENVUELVEN PROBLEMAS MULTIPLES Suelo no saturado La zona no saturada está comprendida entre la superficie del suelo y la parte superior de la franja capilar. Se ha observado que la presión en esta zona es menos a la atmosférica y que el % de espacios vacíos ocupados por agua puede variar de valores de cero a 100%.

16 El material sólido que comprende puede ser muy variable y usualmente no consolidado con una zona de alto contenido orgánico, justo antes de la superficie; un especial atributo de la zona no saturada es la posible existencia de plantas con sistemas de raíces. Las raíces de planas no sólo proveen estabilidad mecánica sino también funcionan para extraer agua del suelo. La zona no saturada es un medio de recarga de sistemas de acuíferos a través de la infiltración de la precipitación y subsecuentes movimientos a través de la zona no saturada y en la zona saturada. Los procesos hidrológicos que ocurren e la zona no saturada incluyen la infiltración aportada por la lluvia, movimiento de agua en la zona no saturada, flujos de agua de la zona no saturada a la saturada, nutrientes o contaminantes transportados, asociados al movimiento del agua, y la extracción de agua debido a las raíces de las plantas. La zona no saturada tiene la característica especial de tener dos fluídos (aire y agua) en el medio poroso.

17 Líquidos en fase no acuosa
Cuando hay agua y otro líquido existente en el espacio poroso, existe un líquido acuoso y otro no acuoso ejemplos de ello incluyen productos de hidrocarburo como aceite, gasolina y otros solventes orgánicos como tricloroetiléno. Los derrames de líquidos en fase no acuosa, conocidos como NAPLs, porque su densidad a menudo juega un rol importante en el movimiento de estos líquidos, una subclase son los líquidos en fase no acuosa densa (DNAPLs) solventes orgánicos, y líquidos en fase no acuosa ligera (LNAPLs) por ejemplo hidrocarburos Los mas densos (DNAPLs) pueden llegar hasta la zona saturada. Componentes fluídos y contaminación de agua subterránea Una complicación adicional para el problema de multifluidos es que los fluidos a menudo están compuestos de varios componentes. Por ejemplo el agua que puede tener sales u otros contaminantes. Algunas fracciones ligeras tienden a disolverse en el fluido acuoso y si la fase gaseosa está presente pueden volatilizarse. Lo que implica la adición de nuevos componentes en el aire.