The Groundwater Project

Transporte de coloides (nano y micropartículas) e interacción superficial en aguas subterráneas

Colloids Book Cover July 2023
Año de publicación: 2023
Número de páginas: 161

978-1-77470-070-9
https://doi.org/10.21083/978-1-77470-070-9

Citation: Johnson, W. P., & Pazmiño, E. F. (2022). Colloid (nano‑ and micro‑particle) transport and surface interaction in groundwater. The Groundwater Project. https://doi.org/10.21083/978-1-77470-070-9.

Autores:

William P. Johnson: Universidad de Utah, EE.UU
. Eddy F. Pazmiño: Escuela Politécnica Nacional, Ecuador

Descripción

Los medios por los cuales las partículas del tamaño de coloides (por ejemplo, patógenos, arcillas, nanomateriales, nanoplásticos, microplásticos) se mueven a través de las aguas subterráneas, hacia horizontes más profundos y distancias más largas, es un campo de estudio importante. El transporte a escala de campo y la distribución espacial de los coloides en el agua subterránea dependen de las interacciones a nanoescala con las superficies de grano y las fuerzas a escala de poro, como el arrastre de fluidos, la difusión y la gravedad.

Este texto proporciona información básica y avanzada sobre estas interacciones y fuerzas. Los autores examinan cómo se puede entender el movimiento de los coloides utilizando simulaciones a escalas nano y de campo. Los ejercicios que utilizan software gratuito de modelado numérico se incorporan al texto para permitir que tanto los investigadores recién iniciados como los avanzados exploren los conceptos presentados por los autores. Este libro es una adición importante a la creciente literatura sobre el transporte de coloides en las aguas subterráneas.

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Contenido

1 Alcance de este libro

1.1 La necesidad de múltiples escalas

1.2 Conocimiento y percepciones erróneas

1.3 Nuestro enfoque

1.4 Nuestros objetivos para este libro

2 Introducción a los coloides de las aguas subterráneas

2.1 Coloides Definidos (El Qué)

2.2 Significado del coloide (el por qué y el dónde)

2.3 Transporte de coloides (El cómo… y el resto de este libro)

3 Tamaños, Escalas, Fuerzas y Energías

3.1 Tamaños y escalas

3.2 Fuerzas y energías

4 Interacciones a nanoescala

4.1 Nanoescala: Interacción de solutos con coloides

4.2 Interacciones coloidales a nanoescala con superficies

4.2.1 Interacción coloide-superficie a nanoescala en condiciones favorables
4.2.2 Interacción coloide-superficie a nanoescala en condiciones desfavorables
4.2.3 Zona de interacción coloide-superficie (ZOI)
4.2.4 Interacciones DLVO y xDLVO en detalle

5 Procesos de transporte de coloides a escala de poro

5.1 Procesos de transporte a escala de poro observados experimentalmente

5.1.1 Movimiento coloidal en el dominio del fluido cerca de la superficie en experimentos a escala de poro
5.1.2 Eficiencias del colector en experimentos a escala de poro
5.1.3 Desapego en experimentos a escala de poro
5.1.4 Impactos de la rugosidad en experimentos de escala de poro

5.2 Simulación del transporte de coloides a escala de poro

5.2.1 Simulación de la entrega de coloides a escala de poro a las superficies mediante el equilibrio mecánico de fuerza y par
5.2.2 Simulación de la fijación coloidal de la escala de poros (detención) mediante el equilibrio de par en contacto
5.2.3 Simulación del desprendimiento de coloides a escala de poro
5.2.4 Simulación del transporte de coloides a escala de poro en condiciones desfavorables
5.2.5 Impactos de la forma (y el tipo) de coloide

5.3 Accesos directos a la simulación de transporte coloidal a escala de poros

5.3.1 Ecuaciones de correlación como atajo a la eficiencia del colector (η)
5.3.2 Condición perfecta del límite del sumidero como atajo para el equilibrio de par en contacto
5.3.3 Comparación de las energías de detención y movilización como atajo a las simulaciones mecanicistas a escala de poro
5.3.4 Retención y reenganche desde mínimos secundarios
5.3.5 El esfuerzo como mecanismo de escala de poros de acceso directo para la retención de coloides
5.3.6 Eficiencia de la conexión (α) como atajo a las eficiencias desfavorables del colector

5.4 Transporte de soluto frente a coloide a escala de poro

6 Escala continua (red de poros) Transporte de coloides

6.1 Transporte de coloides a escala continua observado experimentalmente

6.1.1 Inferencia de mecanismos de funcionamiento
6.1.2 Heterogeneidad física y química a macroescala
6.1.3 Impactos observados experimentalmente de condiciones favorables versus desfavorables a escala de continuo
6.1.4 Implicaciones prácticas de las observaciones experimentales a escala continua

6.2 Simulación del transporte de coloides a escala continua

6.2.1 Procesos hidrodinámicos simulados a escala continua
6.2.2 Transporte reactivo simulado a escala continua utilizando coeficientes de velocidad
6.2.3 Vinculación mecanicista de los coeficientes de tasa con los procesos de poro y nanoescala: bajo el capó de los coeficientes de tasa

7 Conclusión

8 Ejercicios

9 Referencias

10 Cajas

Recuadro 1 – Desarrollo de expresiones para factores de retardo hidrodinámico

Recuadro 2 – Derivación de la velocidad de traslación coloidal al rodar sobre la superficie en respuesta a pares de detención y movilización

11 soluciones de ejercicio

12 Lista de notaciones

13 Sobre los autores

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