Evaluación de la retención, flujo y transporte de cloruros en un suelo aplicando un biocarbonizado

Abstract

This research studies the change in the properties of water flow and solute transport in soils irrigated with hydrocarbon production water containing chlorides by applying biochars. Biochar is considered as an appropriate and less expensive alternative to mitigate chloride impacts as well as to improve physical-chemical soil conditions in the vadose zone. The development of this thesis was carried out in three stages; at first, It was carried out the sampling of undisturbed soil columns for experimentation and the control column one; in the second stage, the laboratory experimentation was set up. It was obtained the soil water and solute transport parameters, in addition to the three biochars used. The retention of chlorides, the equilibrium time and the chloride adsorption isotherms were determined with a batch study for each biochar. It was selected the most appropriate biocarbon; from the results obtained previously, where the improvement in pH, the notable decrease in exchangeable aluminum and as expected was evidenced , the increase of organic carbon. The flow parameters were obtained, such as the moisture retention curve and the hydraulic conductivity curve, additionally data was taken from the transport parameters with the breakthrough curves. The third stage was the numerical modeling, using the RETC tool to obtain the parameters for each horizon and the horizon with the biochar, where it was evidenced that the usable humidity tripled with the incorporation of the biochar. The transport parameters in equilibrium and non-equilibrium models were found with the STANMOD software based on the breakthrough curves, evidencing the existence of changes in the dispersion coefficient, pore velocity and delay coefficient. These results served to model in HYDRUS the two scenarios of the control soil and the soil with biochar, validated with experimental data obtained from the soil columns.

Esta investigación estudia el cambio de las propiedades de flujo de agua y transporte solutos en suelos regados con agua de producción de hidrocarburos que contienen cloruros median- te la aplicación de biocarbonizados, como una alternativa apropiada y menos costosa para mitigar los impactos y a su vez mejorar las condiciones físico-químicas del suelo en la zona vadosa. El desarrollo de esta tesis se llevó a cabo en tres etapas; en la primera, se realizó el muestreo de columnas inalteradas en campo y toma de muestras para la caracterización del suelo testigo; en la segunda se hizo la experimentación en laboratorio, donde se caracterizó el suelo y los tres biocarbonizados y, se determinó la retención de cloruros el tiempo de equilibrio y las isotermas de adsorción con un estudio por lotes para cada biocarbonizado (BC); a partir de esta información se seleccionó el BC más apropiado, se combinó con el suelo y se caracterizo ́ para evaluar el cambio en sus propiedades físico-químicas, donde se evidenció la mejora en el pH, la notable disminución del aluminio intercambiable y como se esperaba, el aumento de carbono orgánico. Se obtuvieron los parámetros de flujo, como la curva de retención de humedad y la curva de conductividad hidráulica, adicionalmente se realizó la toma de datos de los parámetros de transporte con las curvas del efluente. La tercera etapa fue la modelación numérica, utilizando la herramienta RETC para la obtención de los parámetros de flujo para cada horizonte y el horizonte con el BC, donde se evidenció que la humedad aprovechable se triplicó con la incorporación del BC. Los para ́metros de transporte en modelos de equilibrio y no equilibrio se encontraron con el software STANMOD a partir de las curvas del efluente, poniendo en evidencia el efecto del BC en el retardo del pico máximo de la concentración de cloruros y la disminución considerable del coeficiente de dispersión. Estos resultados sirvieron para modelar en HYDRUS los dos escenarios del suelo testigo y el suelo con BC, validado con datos experimentales obtenidos de las columnas de suelo.