Geochemical modeling of the evaporation process in salinized reservoirs in the semiarid region of Northeastern Brazil

Abstract

The geochemical characterization of saline water in reservoirs located in semi-arid regions is an important issue to be addressed, as it allows us to understand the deterioration of water quality caused by evaporation. In this study, the Gibbs diagram, ionic ratios and geochemical modeling were employed to decipher the geochemical processes that affect the chemical water evolution of three saline reservoirs located in the semi-arid region of Sergipe state, Northeastern Brazil. The reservoirs geochemical processes mainly include sea salt dissolution, silicate weathering, ion exchange, with a limited contribution from the dissolution of carbonates. Geochemical modeling confirmed that evaporation-crystallization is the main mechanism that controls the chemical composition of water, leading to increased concentrations of Na+, Mg2+, Ca2+ and Cl- , and reduction of HCO3 - by precipitation of calcite and dolomite. Furthermore, the simulated models reproduced the trend observed in the real hydrochemical data and indicated excellent agreement between the simulated ion concentrations and the real ion concentrations for most of the larger ions. The highest deviation was observed for HCO3 whose actual concentrations were much higher than those predicted by the modeling, attributed to kinetic restrictions concerning calcite precipitation. A caracterização geoquímica de águas salinas em reservatórios localizados em regiões semiáridas é uma questão importante a ser abordada, pois permite compreender a deterioração da qualidade da água causada pela evaporação. Neste estudo, o diagrama de Gibbs, razões iônicas e modelagem geoquímica foram empregados para decifrar os processos geoquímicos que afetam a evolução química da água de três reservatórios salinos localizados no semiárido do estado de Sergipe, Nordeste do Brasil. Os principais processos geoquímicos envolvidos na composição química da água dos reservatórios foram a dissolução do sal marinho, intemperismo dos silicatos, troca iônica, com uma contribuição limitada da dissolução de carbonatos. A modelagem geoquímica confirmou que a evaporação-cristalização é o principal mecanismo que controla a composição química da água, levando ao aumento das concentrações de Na+, Mg2+, Ca2+ e Cl- , e redução do HCO3 - pela precipitação de calcita e dolomita. Além disso, os modelos simulados reproduziram a tendência observada nos dados hidroquímicos reais e indicaram excelente concordância entre as concentrações iônicas simuladas e as concentrações iônicas reais, para a maioria dos íons maiores. O maior desvio foi observado para o HCO3 - , cujas concentrações reais foram muito mais elevadas que as previstas pela modelagem e isso tem sido atribuído a restrições cinéticas na precipitação da calcita.