The use of the TDR signal to predict concentration of a saline trazer (Br-) through the soil is evaluated. Six TDR-based methods to estimate bulk electrical conductivity (sigma) on a range of standard KCl solutions are compared. Nadler´s method works the best in our conditions (r2 1:1= 0.988). Three models (linear, nonlinear and empirical) to predict soil solution electrical conductivity (sigma w) based on sigma and water content (theta) are experimentally tested on a laboratory set-up that included 24 hand packed soil columns as a combination of 6 salinity (Br-) levels and 4 moisture contents. The linear model (Rhoades´equation) predicted slightly better than the other two (r2 1:1= 0.986 vs. 0.976 and 0.983). Since this is a simpler model (3 vs. 4 parameters) it is thus recommended. Measurements made simultaneously with a four electrode salinity probe gave good correlation with those obtained with the TDR (r2 = 0.964). A good correlation was also found between tracer concentration in the soil solution and sigma w (r2 = 0.96). The method reveals itself as a robust tool for solute transport studies under controlled salinity conditions. | Se evalúa el uso del método del TDR (Time Domain Reflectometry) para la estimación de la concentración de un ión salino (Br-) utilizado como trazador en el suelo. Se comparan primeramente 6 métodos para la obtención de la conductividad eléctrica aparente del suelo (sigma) a partir de la forma de la onda de TDR utilizando varias disoluciones patrón acuosas de una sal del trazador (KCl). El método de Nadler es el más adecuado en nuestras condiciones (r2 1:1= 0.988). Se evaluaron tres tipos de modelos (lineal, no-lineal y empírico) para estimar la conductividad eléctrica de la disolución del suelo (sigma w) a partir de los datos de sigma y el contenido de humedad (teta) obtenidos en un ensayo con 24 columnas de suelo (6 concentraciones salinas (BrK) x 4 niveles de humedad) empaquetado a su densidad natural. El modelo lineal (ecuación de Rhoades) predice adecuadamente (r2 1:1= 0.986) y no existe mejora en la introducción de un modelo no-lineal más complejo. Se contrasta también el comportamiento de la sonda clásica de salinidad aparente del suelo de 4 electrodos (s4e) frente al TDR encontrándose una buena correlación entre ambas medidas (r2 = 0.964), aunque la s4e arroja medidas sistemáticamente inferiores. Finalmente se obtuvo un buen ajuste lineal entre las concentraciones del trazador Br- en la disolución del suelo y sigma w (r2 = 0.96). El método confirma ser una herramienta robusta para el estudio de transporte de un trazador salino a través del suelo.

Se ha estudiado las caracteristicas del agua en la zona de Campo de Nijar (Almeria). Asi como la distribucion de los diferentes iones. Con las presentes graficas en comparacion con las graficas aportadas por el IGME (Instituto Geologico y Minero de Espana) en 1979. Los autores concluye que se ha producido una importante salinizacion de las aguas y los suelos, por lo que no es aconsejable su utilizacion.

The use of the TDR signal to predict concentration of a saline trazer (Br-) through the soil is evaluated. Six TDR-based methods to estimate bulk electrical conductivity (sigma) on a range of standard KCl solutions are compared. Nadler.s method works the best in our conditions (r2 1:1= 0.988). Three models (linear, nonlinear and empirical) to predict soil solution electrical conductivity (sigma w) based on sigma and water content (theta) are experimentally tested on a laboratory set-up that included 24 hand packed soil columns as a combination of 6 salinity (Br-) levels and 4 moisture contents. The linear model (Rhoades.equation) predicted slightly better than the other two (r2 1:1= 0.986 vs. 0.976 and 0.983). Since this is a simpler model (3 vs. 4 parameters) it is thus recommended. Measurements made simultaneously with a four electrode salinity probe gave good correlation with those obtained with the TDR (r2 = 0.964). A good correlation was also found between tracer concentration in the soil solution and sigma w (r2 = 0.96). The method reveals itself as a robust tool for solute transport studies under controlled salinity conditions. | Se eval.a el uso del m.todo del TDR (Time Domain Reflectometry) para la estimaci.n de la concentraci.n de un i.n salino (Br-) utilizado como trazador en el suelo. Se comparan primeramente 6 m.todos para la obtenci.n de la conductividad el.ctrica aparente del suelo (sigma) a partir de la forma de la onda de TDR utilizando varias disoluciones patr.n acuosas de una sal del trazador (KCl). El m.todo de Nadler es el m.s adecuado en nuestras condiciones (r2 1:1= 0.988). Se evaluaron tres tipos de modelos (lineal, no-lineal y emp.rico) para estimar la conductividad el.ctrica de la disoluci.n del suelo (sigma w) a partir de los datos de sigma y el contenido de humedad (teta) obtenidos en un ensayo con 24 columnas de suelo (6 concentraciones salinas (BrK) x 4 niveles de humedad) empaquetado a su densidad natural. El modelo lineal (ecuaci.n de Rhoades) predice adecuadamente (r2 1:1= 0.986) y no existe mejora en la introducci.n de un modelo no-lineal m.s complejo. Se contrasta tambi.n el comportamiento de la sonda cl.sica de salinidad aparente del suelo de 4 electrodos (s4e) frente al TDR encontr.ndose una buena correlaci.n entre ambas medidas (r2 = 0.964), aunque la s4e arroja medidas sistem.ticamente inferiores. Finalmente se obtuvo un buen ajuste lineal entre las concentraciones del trazador Br- en la disoluci.n del suelo y sigma w (r2 = 0.96). El m.todo confirma ser una herramienta robusta para el estudio de transporte de un trazador salino a trav.s del suelo.

En una parcela de 2520 m cuadrados se han instalado 50 extractores de agua del tipo bujía porosa de porcelana, a una profundidad de 0,4 m para analizar la variabilidad espacial de las concentraciones en SO4E2-, NO3-, Cl-; HCO3-, MgE2+, CaE2+, Na+ y K+. Se han encontrado coeficientes de variación que oscilan entre el 37% para el Na+ y el 110% del Cl-. La variabilidad temporal puesta de manifiesto en dos muestreos separados 4 meses es muy baja comparada con la espacial. El análisis de los semivariogramas muestran una distribución espacial aleatoria de todos los iones. El número mínimo de repeticiones para obtener valores representativos de la variabilidad espacial es 40 para esta parcela. Se ha estudiado la incidencia del número de repeticiones en la precisión del valor medio obtenido. Entre las 50 muestras se seleccionan al azar grupos desde 3 hasta 45 y se calcula el valor medio en cada caso. El proceso se repite 2000 veces y se comprueba que la desviación típica de las funciones de distribución decrece logaritmicamente con el número de repeticiones utilizadas en el grupo de partida. Esto nos permite ajustar por mínimos cuadrados la ecuación [CVn=A+b*Ln N] para cada ion. Los valores de A y b así obtenidos, se correlacionan a su vez linealmente (r=0,998) con la variabilidad espacial obteniéndose la expresión final [CVt=CVe+CVn=CVe (1+(0,75-0,916 lnN))]. Esta ecuación permite obtener el coeficiente de variación total que ha de asociarse a un valor medio obtenido con N repeticiones y cuya variabilidad espacial es CVe.

Interest in both environmental impact and potential beneficial uses of produced water (PW) has increased with growth in unconventional oil and gas production, especially in semi-arid regions, e.g. the Permian Basin, the most productive tight-oil region in the USA. Characterization of PW compositional variability is needed to evaluate environmental impact, treatment, and reuse potential. Geochemical variability of PW from Guadalupian (Middle Permian) to Ordovician formations was statistically and geostatistically evaluated in the western half of the Permian Basin (Delaware Basin, Central Basin Platform, and Northwest Shelf) using the US Geological Survey’s Produced Waters Geochemical Database and the New Mexico Water and Infrastructure Data System. Mean total dissolved solids (TDS) of PW increased with depth in the Delaware Basin and Central Basin Platform to the Delaware and Wolfcamp formations (Guadalupian age). Mean TDS decreased with further increases in depth. In contrast, the mean salinity of PW was significantly higher within the shallow, younger formations (largest mean TDS in the Artesia Formation); TDS decreased with depth below Guadalupian age formations in the Northwest Shelf. Kriged contour maps of TDS and major ions illustrated spatial variability across the three geo-structural regions as a function of depth. The occurrence of meteoric waters in upper and deeper formations across the three regions was significant, and was attributed to Laramide Orogeny and Basin and Range extension uplifting and tilting effects and recent water flooding. These results quantify PW composition variability, and suggest that upon treatment, PW would support some uses such as onsite reuse and mining.

En una parcela de 2520 m cuadrados se han instalado 50 extractores de agua del tipo bujia porosa de porcelana, a una profundidad de 0,4 m para analizar la variabilidad espacial de las concentraciones en SO4E2-, NO3-, Cl-; HCO3-, MgE2+, CaE2+, Na+ y K+. Se han encontrado coeficientes de variacion que oscilan entre el 37% para el Na+ y el 110% del Cl-. La variabilidad temporal puesta de manifiesto en dos muestreos separados 4 meses es muy baja comparada con la espacial. El analisis de los semivariogramas muestran una distribucion espacial aleatoria de todos los iones. El numero minimo de repeticiones para obtener valores representativos de la variabilidad espacial es 40 para esta parcela. Se ha estudiado la incidencia del numero de repeticiones en la precision del valor medio obtenido. Entre las 50 muestras se seleccionan al azar grupos desde 3 hasta 45 y se calcula el valor medio en cada caso. El proceso se repite 2000 veces y se comprueba que la desviacion tipica de las funciones de distribucion decrece logaritmicamente con el numero de repeticiones utilizadas en el grupo de partida. Esto nos permite ajustar por minimos cuadrados la ecuacion [CVn=A+b*Ln N] para cada ion. Los valores de A y b asi obtenidos, se correlacionan a su vez linealmente (r=0,998) con la variabilidad espacial obteniendose la expresion final [CVt=CVe+CVn=CVe (1+(0,75-0,916 lnN))]. Esta ecuacion permite obtener el coeficiente de variacion total que ha de asociarse a un valor medio obtenido con N repeticiones y cuya variabilidad espacial es CVe.

Proyecto Final de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Ambiental) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Química, 2020 | En Costa Rica el tanque séptico es la alternativa de tratamiento individual más extendida para tratar las aguas residuales ordinarías y a su vez la construcción de campos de drenaje como sistemas de disposición en el subsuelo se ha popularizado como una opción de disposición para este tipo de aguas residuales. Costa Rica es un país con una amplia cobertura de suelos arcillosos, lo cual afecta directamente la capacidad del campo de drenaje de realizar una disposición satisfactoria de las aguas residuales. La contaminación asociada a iones del ciclo del nitrógeno especialmente al nitrato y su lixiviación es preocupante debido a que este es altamente soluble en agua y es transportado con facilidad por la lluvia a través del suelo hasta los acuíferos, lo cual afecta directamente la calidad de una de las principales fuentes de agua potable del país ocasionando cierres técnicos y escasez en diversas comunidades; lo mencionado es de vital importancia en un país donde recientemente se declaró el acceso al agua como un derecho humano. A raíz de lo anterior este proyecto propone y evalúa el funcionamiento de tres diseños de zanjas de percolación, con un enfoque en la mitigación del transporte de nitratos, nitritos y amonio en un subsuelo urbano con la finalidad de implementar campos de drenaje que aporten un nivel de tratamiento adicional y con esto disminuir el impacto ambiental de estos en los ecosistemas. Las principales diferencias entre las 3 zanjas de percolación construidas corresponden al lecho con el que se construyeron y las concentraciones de nitrato encontradas en sus lixiviados. Se alimentó el efluente de dos unidades interceptoras que tratan aguas residuales ordinarias en una tasa de 0,30 m3/m2 día. Para la zanja de percolación 1 se utilizó piedra cuarta ( 25,00 – 4,75 mm) y se observaron concentraciones de nitrato en un rango que va desde concentraciones menores a 0,1 mg/L hasta 394 ± 32 mg/L, la zanja de percolación 2 se construyó con piedra quintilla ( 9,50 – 2,36 mm) y presentó concentraciones menores a 0,1 mg/L hasta 15 ± 1 mg/L y para la zanja de percolación 3 se utilizó una combinación de arena ( 4,75 – 0,15 mm) y biocarbón ( 38,10 – 3,35 mm) para la cual se obtuvieron concentraciones que se encontraban desde valores menores a 0,1 mg/L hasta 107 ± 13 mg/L. Luego de los análisis respectivos se observó que la zanja de percolación 1 poseía problemas de lixiviación de nitrato en concentraciones superiores a las consideradas como nocivas para la salud humana de acuerdo a la OMS (44 mg/L) y a la legislación costarricense (valor alerta de 25 mg/L y valor máximo admisible de 50 mg/L), en la zanja de percolación 3 las concentraciones también superaron estos límite y se presentaron problemas de colmatación en el lecho de percolación asociado al uso de la arena. La zanja de percolación 2 presento los mejores resultados con concentraciones de nitrato menores a los valores de referencia nacionales e internacionales y no se observaron problemas asociados a la capacidad de recibir y disponer el agua residual en el subsuelo. Debido a estos hallazgos el lecho utilizado en la zanja de percolación 2 se propone como el lecho adecuado a utilizar en un campo de drenaje que funcionara tanto como medio de disposición final de las aguas residuales provenientes de los tanques sépticos y que también aportara un nivel de tratamiento adicional reduciendo la contaminación por nitratos y otros iones del ciclo del nitrógeno en el subsuelo y las aguas subterráneas. | In Costa Rica, the septic tank is the most widely used individual treatment alternative to treat ordinary wastewater and the construction of drainage fields as underground disposal systems has become popular as a disposal option for this type of wastewater. Costa Rica is a country with a wide coverage of clay soils, which directly affects the capacity of the drainage field to make a satisfactory disposal of wastewater. The contamination associated with ions of the nitrogen cycle, especially nitrate and its leaching, is worrying because nitrate is highly soluble in water and is easily transported by rain through the soil to the aquifers. Affecting the quality of one of the main drinking water sources in the country causing technical closings and therefore shortages of drinking water in various communities; the aforementioned is of vital importance in a country where access to water was recently declared a human right.. As a result of that, this project proposes and evaluates the operation of three percolation trench designs, focusing on mitigating the transport of nitrates, nitrites and ammonia in an urban subsoil in order to implement drainage fields that provide a minimum level of treatment and with this decrease the environmental impact of these systems on the ecosystems. The main differences between the 3 percolation trenches built correspond to the percolation bed in with which they were built, and the nitrate concentrations found in their leachates. The effluent from two interceptor units that treat ordinary wastewater was fed at a rate of 0,30 m3/m2 day. Coarse gravel (25,00 – 4,75 mm) was used for percolation trench 1 and nitrate concentrations were observed in a range from less than 0,1 mg/L to 394 ± 32 mg/L , percolation trench 2 was constructed with fine gravel (9,50 – 2,36 mm) and present concentrations ranging from less than 0,1 mg/L to 15 ± 1 mg/L and for percolation trench 3 a combination of sand (4,75 – 0,15 mm) and biochar (38,10 – 3,35 mm) was used for which concentrations ranging from values less than 0,1 mg / L to 107 ± 13 mg/L were obtained. After the respective analyses, it was observed that percolation trench 1 had nitrate leaching problems in concentrations higher than those considered harmful to human health according to the WHO (44 mg/L) and Costa Rican legislation (alert value of 25 mg/L and maximum admissible value of 50 mg/L), in percolation trench 3 the concentrations also exceeded this limit and there were problems of clogging in the percolation bed associated with the use of sand. Percolation trench 2 presented the best results with nitrate concentrations lower than national and international reference values and no problems associated with the ability to receive and dispose of residual water in the subsoil were observed. Due to these findings, percolation trench 2 is proposed as the structure of a drainage field that would function as a means of final disposal of wastewater from septic tanks and that would also provide a minimum level of treatment, reducing nitrate contamination and other ions of the nitrogen cycle in the subsoil and groundwater.

As part of a province-wide groundwater characterization program, a detailed groundwater geochemistry survey was undertaken in the Outaouais Region (Québec, Canada) in order to identify the primary processes responsible for groundwater quality and to develop a conceptual model for groundwater flow and geochemical evolution. During the summers of 2011 and 2012, 139 samples were collected from municipal and private wells which were analysed for major ions, nutrients, trace elements and sulphides. About 70 % of the samples were obtained from bedrock wells, mainly in the silicate rocks of the Canadian Shield and the remainder from wells screened in Quaternary deposit aquifers. Hydrogeochemical facies distributions were determined from 127 of these samples which had anion-cation charge balance errors within ±10 %. The classification by facies was also supported by a multivariate statistical analysis, namely factor analysis combined with hierarchical cluster analysis. The study identified Champlain Sea invasion, cation exchange and freshwater recharge as the main geochemical processes affecting groundwater chemistry in this region. Secondary processes, related to the bedrock geology, are responsible for exceedances of Canadian drinking-water standards, namely for fluoride, uranium, iron and manganese.

What is the source of geogenic (natural or native) solutes in groundwater? The orthodox explanation suggests it is largely a function of water–rock interaction (weathering of the soil zone and aquifer mineral framework). It is proposed herein that atmospheric deposition (combination of wet and dry aerosols from ocean spray, smoke, volcanoes, continental dust, and lightning) is a significant source, and in many cases the dominant source, of the major and minor geogenic solutes in groundwater. Solute mass-balance analyses suggest that much of the mass of major and minor ions must be transported into the aquifer from an external source. Example case studies are presented: analysis of groundwater in a coastal marine aquifer located in an arid area (United Arab Emirates) suggests that over 50% of several major ions potentially originate from atmospheric deposition; in an alluvial fan in a semi-arid system (High Plains, USA), 100% of most solutes potentially originate from atmospheric deposition; and in a humid glacial aquifer system (Michigan, USA), 20–30% of many major ions are potentially from atmospheric deposition. These observations contrast with many hydrogeologic textbooks, which still propose the origin to be water–rock interaction—hence, the myth.