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Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP

GW-MATE - World Bankrhirata@usp.brWorld Bank

AESAS 2008 2

Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquidou líquidos não solúveis mais densos que a água) ?

(Coh

en &

Mer

cer1

993)

AESAS 2008 3

O que faz desses compostos tão especiais para nós hidrogeólogos (ou tão temido para os ambientalistas)?

(Mackey & Cherry)

AESAS 2008 4

Área de Jurubatuba(São Paulo)

O que os faz tãoespeciais?

AESAS 2008 5

Áreas contaminadas declaradas pela Cetesb

AESAS 2008 6

Carga contaminante potencial

Atividades industriais na região de Jurubatuba (SP)Na região totalizam-se mais de 10 mil atividades com potencial de contaminaçãoProvavelmente 1/3 utilizam solventes clorados

AESAS 2008 7

O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

1. São muito utilizados na indústria e estão presentes em vários casos de contaminação de aqüíferos, sobretudo em cidades e áreas industriais;

2. São muito tóxicos, vários compostos têm limites de potabilidade inferiores a dezenas de ppb (μg/L);

AESAS 2008 8

1. Casos de contaminação por compostos orgânicos em aqüíferos nos EUA

(Cohen & Mercer 1993)

AESAS 2008 9

O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

1. São muito utilizados na indústria e estão presentes em vários casos de contaminação de aqüíferos, sobretudo em cidades e áreas industriais;

2. São muito tóxicos, vários compostos têm limites de potabilidade inferiores a dezenas de ppb (μg/L);

AESAS 2008 10

2. Produtos apresentam alta toxicidade

Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água

AESAS 2008 11

O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

3. Têm uma hidráulica muito complexa e seu comportamento em subsuperfície é difícil de prever (um modelo que abarque todo o comportamento de NAPL em subsuperfície necessitaria de 27 equações independentes, Pinder & Abriola, 1986);

4. Possuem baixa solubilidade e formam fases livre (imiscível) em água e fase residual no solo e em aqüíferos;

5. Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que a água subterrânea (sobretudo em movimentos verticais)

AESAS 2008 12

Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso

Gota de DNAPL no meio da água, sob uma superfície quartzosa

Gota de água no meio ar, sob uma superfície quartzosa

AESAS 2008 13

Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso

AESAS 2008 14

3. Compostos mais densos que a água e sua complexa hidráulica

Compostos mais densos que a água, quando

introduzido em grande quantidade no meio, tentem a ‘afundar’ na zona saturada

(dense nonaqueous phase liquids)

(Sch

wille

1988

)

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Penetração de PER na zona não saturada

Até atingir a franja capilar Até atingir a zona saturada

(Sch

wille

1988

)

AESAS 2008 16

Molhante enão molhante

Solvente é mais molhante ao meio (quatzoso) que a água, então prefere os poros maiores

(Sch

wille

1988

)

AESAS 2008 17

Pequena quantidade de DNAPL no meio

Difusão de vapores de DNPL, sem fase livre ou fase dissolvida considerável (na zona saturada)

(Sch

wille

1988

)

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Média quantidade de DNAPL no meio

Fase residual e vapores (difusão molecular) na zona não saturada, resultando em fase dissolvida na zona saturada

(Sch

wille

1988

)

AESAS 2008 19

Pequena quantidade de DNAPL no meio

Fase dissolvida, mas não fase livre, resultado do lixiviado da água na zona não saturada (recarga).

(Sch

wille

1988

)

AESAS 2008 20

Vazamento de maior quantidade atingindo a zona não saturada e saturada

Presença de fase livre, e formação de piscina de composto

(Sch

wille

1988

)

AESAS 2008 21

Grande quantidade de composto é infiltrada

Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material

(Cohen & Mercer 1993)

AESAS 2008 22

Grande quantidade de DNAPL é infiltrada e presença de aquitarde

Presença de aquitarde argiloso suficientemente fraturado para permitir a migração vertical do produto

(Cohen & Mercer 1993)

AESAS 2008 23

Infiltração de grande quantidade de produto em aqüífero fraturado

Aqüífero fraturado e a mobilização de produto pelas fraturas em fase livre.

(Coh

en &

Mer

cer1

993)

AESAS 2008 24

O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

3. Têm uma hidráulica muito complexa e seu comportamento em subsuperfície é difícil de prever (um modelo que abarque todo o comportamento de NAPL em subsuperfície necessitaria de 27 equações independentes (Pinder & Abriola, 1986);

4. Possuem baixa solubilidade e formam fases livre (imiscível) em água e fase residual no solo e em aqüíferos;

5. Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que a água subterrânea (sobretudo em movimentos verticais)

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Quanto de DNAPL é necessário para se atingir o aqüífero?

Vn = sr n Vm

Onde: Vn (m3) é o DNAPL retido no meio Vm (m3)sr é a saturação residualn é a porosidade

Exemplo: apenas 0,45m3 é necessário para penetrar 15m de profundidade, a partir de uma contaminação de 1m2, com sr de 0,1 e porosidade de 0,3

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4. Fase residual em meio não saturado

sr tipicamente varia de 0,1 a 0,2 e éfunção da permeabilidade, porosidade efetiva, e conteúdo de umidade

(Cohen & Mercer 1993)

AESAS 2008 27

Fase residual na zona saturada

Valores típicos de sr = 0,1 a 0,4

(Cohen & Mercer 1993)

AESAS 2008 28

Qual é o mecanismo que cria a fase residual?

Geometria da garganta e do poro

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Qual é o mecanismo que cria a fase residual?

Geometria da garganta e do poro

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O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

3. Têm uma hidráulica muito complexa e seu comportamento em subsuperfície é difícil de prever (um modelo que abarque todo o comportamento de NAPL em subsuperfície necessitaria de 27 equações independentes (Pinder & Abriola, 1986);

4. Possuem baixa solubilidade e formam fases livre (imiscível) em água e fase residual no solo e em aqüíferos;

5. Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que a água subterrânea (sobretudo em movimentos verticais)

AESAS 2008 31

Qual é a velocidade que o DNAPL podem atingir?

A velocidade destas substâncias pode ser extremamente rápida.Schville (1988) observou para o tetracloroetenopenetrava na zona não saturada a velocidades de 7cm/minuto (areias com gravas) e na zona saturada, de 1,5cm/minutoPCE atravessou a zona vadosa de areia grossa a uma velocidade de 6cm/minutoSolventes em fase livre podem atingir a zona saturada em dias ou semanas, em contraste com a água, em meses e anos.

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O que faz esses compostos tão especiais para a hidrogeologia?

6. Alguns compostos quando impactam seriamente os aqüíferos esses não são mais remediáveis aos níveis naturais.

AESAS 2008 33

Desafios que esses compostos nos colocam?

Entender melhor o comportamento desses compostos em subsuperfície (sobretudo em climas tropicais, com alta temperatura e forte atividade bacteriológica)Aproximar a geologia estrutural para melhor entender a geometria de fraturas e estimar os caminhos preferenciais dos DNAPL em fases livre e dissolvidaAproximar a estratigrafia e o conceito de sistemas deposicionais à hidrogeologia em ambientes complexosUtilizar técnicas mais eficientes para caracterizar o meio, incluindo a hidráulica e a hidroquimica

AESAS 2008 34

Obturadores para coleta e testes hidráulicos em intervalos discretos

AESAS 2008 35

Uso de isótopos em hidrogeologia

Utilização de isótopos e radioisótopos para auxiliar no entendimento do modelo de circulação das águas subterrâneasOxigênio-18/deutérioCarbono-14TrítioEstrôncioChumbo

AESAS 2008 36

Desafios que esses compostos nos colocam?

Estabelecer prioridades de gestão em áreas onde a atenção ambiental deverá ser maior ou seja onde haja maior perigo de contaminação dos aqüíferos ou corpos de água subterrâneo

AESAS 2008 37

Áreas industriais em São Paulo

AESAS 2008 38

Área de estudosde Jurubatuba

AESAS 2008 39

Carga contaminante potencial

AESAS 2008 40

Carga contaminante potencial

Atividades que geralmente manuseiam solventes clorados

Em um universo de 10 mil atividades industriais, 3 mil manuseiam solventes clorados

Hidrogeologia e meio ambiente

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP

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