Movilización y especiación de arsénico en acuíferos someros: Análisis mediante modelos de transporte reactivo

Abstract

El arsénico es un metaloide natural, conocido como uno de los contaminantes más tóxicos presentes en las aguas subterráneas. Es posible encontrarlo en minerales como el rejalgar y la arsenopirita, y se encuentra en la naturaleza por procesos naturales, como el volcanismo andino; o bien, por actividades antrópicas, como los procesos industriales. En el norte de Chile y Argentina, existen problemas asociados a altas concentraciones de arsénico, tanto en los suelos como en las aguas subterráneas. Por otro lado, estas zonas son susceptibles a generar proyectos de uso directo como, por ejemplo, la geotermia somera, la cual corresponde a toda la energía térmica susceptible de ser transferida, ya sea por disipación o absorción en los primeros 400 metros de profundidad en la superficie. Hoy en día, ha tomado mucha importancia pues es un recurso limpio y renovable, independiente de las condiciones climáticas que podría contribuir significativamente a mejorar la calidad del aire y a la descarbonización de las megaciudades del mundo. Dentro de los mínimos impactos que podría provocar la geotermia somera se encuentran los impactos térmicos. En este contexto el objetivo del trabajo es estudiar si las variaciones de temperatura pueden generar aumentos en las concentraciones de especies potencialmente toxicas como las especies de arsénico. Para estudiar esto, se han desarrollado modelos de transporte reactivo que permiten simular la circulación de agua subterránea con una composición geoquímica definida, en particular, con altos contenidos de arsénico, por un acuífero que presenta una composición mineral definida. Se generan dos casos de estudio, el primero consiste en la circulación de un agua con una química definida por un sistema que presenta una mineralogía definida, en el cual se hace variar la temperatura. El segundo caso consiste en agregar la variable inyección y bombeo al sistema descrito en el caso I. Los resultados muestran que, en la especiación en las muestras de aguas subterráneas, las especies de As (V) predominan frente a las especies de As (III). Esto está controlado principalmente por las condiciones redox y el pH. Las especies de arsénico presentan variaciones en las concentraciones frente a cambios en la temperatura, donde el As (III) presenta, en la mayoría de las veces, un comportamiento directo con respecto a la temperatura, es decir, aumentos en la temperatura conlleva a aumentos en las concentraciones de arsénico. El As (V) varia de manera independiente a la temperatura, pero estas variaciones son pequeñas dentro de los mismos ordenes de magnitud. Por otro lado, dentro de los minerales de interés, se encuentra la goethita, la cual presenta un comportamiento estable frente a todas las simulaciones. Esto es super importante, pues la goethita es un mineral capaz de retener e inmovilizar el arsénico. Los resultados del caso II, indican que la componente inyección predomina frente a la extracción y, por lo tanto, todas las especies de arsénico aumentan sus concentraciones en el tiempo. La inyección genera plumas de contaminación los cuales se ven afectados por el flujo de agua subterránea, adoptando una forma alargada. De las simulaciones realizadas, se concluye que la temperatura puede afectar a las concentraciones de As (III) aumentando o disminuyendo, pero que van a ser las condiciones redox y de pH las que van a determinar cuánto As (III) habrá en el sistema. El As (V) evoluciona en base a cómo evoluciona el pH. No se observa una relación directa entre el pH y la temperatura, pero si la temperatura puede afectar a la solubilidad de minerales que se encuentran en el sistema y que pueden influir en el pH.