Modeling of enhanced in situ biodenitrification at different scales: Integration of microbiological, hydrogeochemical, and isotope biogeochemical processes

En aquesta tesi s'ha desenvolupat un model de transport reactiu que integra tots els processos principals i secundaris que afecten la desnitrificacio in situ induida a diferents escales de treball. Aixi, l'eina obtinguda relaciona els processos biologics induits quan s'afegeix un donador d'electrons a l'aquifer amb els processos geoquimics (interaccio aigua-roca) i la geoquimica dels isotops. A la primera part de la tesi (Capitol 2) es on s'ha desenvolupat el model conceptual i on s'han establert les relacions que existeixen entre la microbiologia i la geoquimica previa de l'aquifer a escala de batch. D'altra banda, tambe s'ha desenvolupat el model conceptual de tota la geoquimica isotopica associada al proces (δ15N-NO3-; δ18O-NO3- i δ13C-DIC incorporant tota la geoquimica del δ13C). En aquest sentit, s'ha desenvolupat un dels models biogeoquimics mes complets de la literatura relacionats amb la desnitrificacio in situ induida. El model s'ha calibrat emprant dos experiments a escala de batch realitzats amb etanol i glucosa com a fonts de carboni externa. En tots dos casos, s'han obtingut molt bons ajustos amb les dades experimentals. A mes, el model tambe incorpora l'acumulacio de nitrit en el cas de l'experiment de la glucosa. L'avaluacio dels processos geoquimics induits per l'EIB ha posat de manifest que en funcio de la font de carboni s'indueixen processos de precipitacio (en el cas de l'etanol) i processos de dissolucio de carbonats (en el cas de la glucosa). Aquests dos processos poden alterar la velocitat de l'aigua i crear importants problemes operacionals durant l'EIB. Tambe s'han incorporat els processos de fraccionament isotopic del nitrat millorant l'avaluacio de l'abast de la desnitrificacio en els models a escala de camp. Un cop elaborat el model biogeoquimic que estableix el model conceptual que quantifica les interaccions entre els diferents processos que hi intervenen, el model s'ha escalat a un cas de desnitrificacio induida a escala de camp en un aquifer fracturat (Roda de Ter (Osona, Espanya)). En aquest apartat de la tesi (Capitol 3), s'ha perseguit avaluar quin era l'impacte del canvi d'escala en els parametres biogeoquimics. A mes a mes, tambe s'ha determinat el canvi de porositat induida per la precipitacio de calcita. Finalment, la incorporacio dels isotops al RTM ha permes comparar qualitativament i quantitativament l'extensio dels processos de desnitrificacio calculats pel RTM i per l'equacio de Rayleigh. Els resultats demostren que l'equacio de Rayleigh descriu be, en termes qualitatius, l'extensio de la desnitrificacio, pero en general la subestima entre un 60 i un 80%. Finalment, un cop avaluada l'aplicabilitat del model tant a escala de batch com a l'escala de camp, s'ha desenvolupat un model que reprodueix diferents escenaris d'injeccions de carboni organic en un experiment de columna de llarga durada considerant els canvis sobre les propietats hidrauliques produits pel creixement microbia. Aixi, s'ha determinat que el creixement del biofilm va augmentar set cops la dispersivitat, augmentant, per tant, la heterogeneitat del sistema i, consequentment, es va produir un canvi del model conceptual del flux i del transport del transport normal al transport no-Fickia. Aquesta transicio es va caracteritzar emprant un model de transferencia simple de massa. A mes a mes, el model de llarga durada ha permes determinar que frequencies d'injeccio mes espaiades en el temps produeixen un impacte menor en les propietats hidrauliques del medi. A mes a mes, les estrategies d'injeccio amb la relacio Carboni:Nitrogen per sota de l'estequiometrica es poden emprar per a minimitzar el risc de bioclogging mantenint les taxes de degradacio, sempre i quan hi hagi una poblacio important de microorganismes.