Effects of flow reversal on two-dimensional transport of explosive chemicals in soils

Abstract

The effects of water infiltration and evaporation on the fate and transport of explosiverelated chemicals (ERCs) in soils were studied. The experiments were conducted in two 100 cm uniform cylindrical columns packed with homogeneous sand, and instrumented with air and water pressure sensors and sampling ports to monitor hydraulic conditions and ERCs concentration profiles in soil. TNT and DNT crystals were placed in a porous membrane and buried as a point source near the surface of the soil. Infiltration of water containing a conservative tracer was followed by evaporation periods. Spatial and temporal concentration distributions of conservative solutes were used to evaluate transport behavior of TNT and DNT in soils. Results indicate that physical transport is spatially and temporally variable. Results also indicate that: water movement near TNT and DNT buried source highly influence their fate and transport in soils and near soil-atmospheric surfaces; water flux associated with higher water contents enhance source dissolution, volatilization, and movement of TNT and DNT solutes; flux-dependent dissolution kinetics control the TNT and DNT concentrations in soil water and vapor; sorption processes slows down the movement of solutes in infiltrating water; dissolution limitations and greater sorption and volatilization losses tend to decrease TNT and DNT concentrations with time after infiltration periods; greater water contents and temperatures result in enhance transport of TNT and DNT; reverse flow during infiltration and evaporation periods result in greater dispersion of solutes.

Los efectos de la infiltración y de la evaporación del agua en el destino y el transporte de los compuestos químicos relacionados a explosivos (ERCs) en suelos fueron estudiados. Los experimentos fueron desarrollados en una columna cilíndrica uniforme de 100 cm de longitud empacada con arena homogénea, y equipada con sensores de presión de aire y de agua y puntos de muestreo para monitorear las condiciones hidráulicas y los perfiles de concentraciones de ERCs en el suelo. Los cristales de TNT y DNT fueron localizados en una membrana porosa y se enterraron como fuente puntual cerca de la superficie del suelo. La infiltración del agua, la cual contiene un trazador conservativo, fue seguida por períodos de evaporación. Las distribuciones espaciales y temporales de la concentración de solutos conservadores fueron utilizadas para evaluar el comportamiento del transporte de TNT y del DNT en suelos. Los resultados indicaron que el transporte físico es variable espacial y temporalmente. Los resultados además indican que: el movimiento de agua alrededor de la fuente enterrada de TNT y DNT influencia altamente su destino y transporte en suelos y cerca de las superficies suelo-atmósfera; el flujo de agua asociado con altos contenidos de agua mejora la disolución de la fuente, volatilización y movimiento de TNT y DNT; la flujo-dependencia de las cinéticas de disolución controlan las concentraciones de TNT y DNT en agua y vapor; los procesos de adsorción retardan el movimiento de los solutos en el agua infiltrada; limitaciones en la disolución y mayores pérdidas por adsorción y volatilización tienden a disminuir las concentraciones de TNT y DNT con el tiempo después de periodos de infiltración; mayores contenidos de agua y temperaturas resultan en la optimización del transporte de TNT y DNT; el reverso de flujo durante los periodos de infiltración y evaporación resultan en mayores dispersiones de los solutos.