contaminações de águas subterrâneas

Bol. téc. PETROBRAS, Rio de Janeiro, 41 (3/4): 133-138, jul./dez. 1998 133

EFEITOS CAUSADOS PELA MISTURA DE GASOLINA EÁLCOOL EM CONTAMINAÇÕES DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

EFFECTS CAUSED BY THE GASOLINE AND ALCOHOL MIXIN THE CONTAMINATION OF GROUND WATER

EFECTOS CAUSADOS POR LA MEZCLA DE GASOLINA YALCOHOL EN CONTAMINACIONES DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

Henry Xavier Corseuil1

Marcus Dal Molin Marins2

RESUMOA contaminação de águas subterrâneas por vazamentos em postos de combustíveis vem merecendo cada vez mais

atenção tanto da população em geral como dos órgãos estaduais de controle ambiental. Avalia-se, aqui,o problema e analisam-se as formas mais adequadas de remediação dos locais contaminados. Destaques especiais

são dados às ações corretivas, com base no risco ambiental, ao uso da remediação natural e aos possíveisefeitos que a mistura do etanol à gasolina pode causar em caso de contaminação de aqüíferos.

ABSTRACTThe contamination of ground water by leaks from the gas stations has received more and more attention from the

population in general and from the environmental control agencies of the state, as well. The problem has been estimated herein, and the more adequated ways to remedy the contaminated sites have been analyzed.

Special emphasis has been given to corrective actions based on the environmental risk, to use of natura remediesand to the possible effects that the mix of ethanol and gasoline can cause in case of contamination of the aquifers.

RESUMENLa contaminación de aguas subterráneas por pérdidas en estaciones de servicio viene mereciendo cada vez más

atención, tanto por parte de la población en general, como por parte de los órganos de control ambiental del estado. Se evalúa aqui, el problema y se analizam las formas más adecuadas para remediar los sitios contaminados. Se recalcan

especialmente las acciones correctivas, basadas em el riesgo ambiental, a la utilización de remediación natural y los posibles efectos que la mezcla de etanol y gasolina puede causar en caso de contaminación de las capas aquíferas.

(Originais recebidos em 08.06.98).

1 Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Santa Catarina.

e-mail: [email protected] Setor de Meio Ambiente e Biotecnologia (SEBIO), Superintendência de Pesquisa Industrial (SUPEP), Centro de Pesquisas

(CENPES).

1. INTRODUÇÃO

As indústrias de petróleo localizadas em todo omundo lidam diariamente com problemas decorrentesde vazamentos, derrames e acidentes durante aexploração, refinamento, transporte, e operações dearmazenamento do petróleo e seus derivados. Para seter uma idéia da magnitude do problema, a Agência de

Proteção Ambiental Norte-americana (EPA) estimaque existam mais de 1,5 milhões de tanquessubterrâneos de armazenamento de gasolina nosEstados Unidos. Destes, 400 000 já foram substituídosou adaptados às legislações federais que entram emvigor no final de 1998. Ainda em função destaslegislações, mais de 250 000 casos de vazamentos jáforam identificados e mais de 97 000 remediações

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completadas. Semanalmente, mais de 1 000 novosvazamentos estão sendo encontrados em todo oterritório norte-americano (1).

No Brasil, existem aproximadamente 27 000 postos degasolina. No ano de 1995, o consumo de álcool,gasolina e diesel no País foi de 33, 38 e 82 milhões delitros/dia, respectivamente (2). As preocupaçõesrelacionadas ao potencial de contaminação de águassubterrâneas por derramamento de combustíveis vêmcrescendo em São Paulo, e em diversas outras cidadesdo País, como Curitiba, que já possui legislação sobreo tema, e em Joinville (SC), onde a Prefeitura local,realizou estudos com os 65 postos da cidade econstatou que somente um não continha nenhumproblema de contaminação do lençol freático (3).Como na década de 70 houve um grande aumento donúmero de postos de gasolina no País, é de se suporque a vida útil dos tanques de armazenamento, que éde aproximadamente 25 anos, esteja próxima do final,o que conseqüentemente, pode aumentar a ocorrênciade vazamentos em todos os outros postos do País.

Em um derramamento de gasolina, uma das principaispreocupações é a contaminação de aqüíferos usadoscomo fonte de abastecimento de água para consumohumano. Por ser a gasolina derramada muito poucosolúvel em água contendo mais de uma centena decomponentes, inicialmente, estará presente no subsolocomo líquido de fase não-aquosa (NAPL). Em contatocom a água subterrânea a gasolina se dissolveráparcialmente. Os hidrocarbonetos monoaromáticos,benzeno, tolueno, etilbenzeno e os três xilenos orto,meta e para, chamados compostos BTEX, são osconstituintes da gasolina que têm maior solubilidadeem água e, portanto, são os contaminantes queprimeiro irão atingir o lençol freático (4). Estescontaminantes são considerados substâncias perigosaspor serem depressantes do sistema nervoso central epor causarem leucemia em exposições crônicas.Dentre os BTEX, o benzeno é considerado o maistóxico com padrão de potabilidade de 10 µg/L,segundo as normas do Ministério da Saúde.

Uma grande variedade de processos físico-químicos ebiológicos tem sido utilizados na remoção dehidrocarbonetos de petróleo puros e dissolvidos naágua subterrânea. Processos como extração de vaporesdo solo (SVE), recuperação de produto livre,bioventilação, extração com solventes, incineração,torres de aeração, adsorção em carvão ativado,biorreatores, biorremadiação no local, entre outros,têm sido usados para remover contaminantesorgânicos de águas subterrâneas e sistemas de solosuperficial. Estes processos podem ser implementadospara controlar o movimento de plumas(contaminantes), tratar águas subterrâneas, e/ou

descontaminar solos (5). No entanto, longos períodosde tempo e altos custos estão normalmente associadoscom a grande maioria dos processos utilizados pararemediação de áreas contaminadas. Por outro lado, abiorremediação no local, processo economicamentemais viável, é muitas vezes limitada por dificuldadesno transporte de nutrientes ou receptores de elétrons eno controle das condições para aclimatação edegradação dos contaminantes nos sistemassubsuperficiais (6,7).

Mesmo que todos os problemas operacionais dosprocessos de remediação sejam resolvidos, váriosanos serão necessários para que os padrões dequalidade da água sejam atingidos. Nos EstadosUnidos, país que já investiu bilhões de dólares narecuperação de solos e águas subterrâneas, está sechegando a conclusão de que a grande maioria doslocais contaminados não foi remediada em níveis depadrões de potabilidade, e os benefícios esperados nãoestão correspondendo as expectativas da população (8).No entanto, a biorremediação continua sendo a armamais usada e pesquisada para a descontaminação deaqüíferos contendo compostos tóxicos.

2. REMEDIAÇÃO NATURAL

Uma nova abordagem para a contaminação de solos eáguas subterrâneas, chamada de remediação natural,vem, recentemente, ganhando aceitação,principalmente, em locais contaminados porderramamentos de derivados de petróleo, como o queacontece em postos de gasolina. A remediação naturalé uma estratégia de gerenciamento que se baseia nosprocessos naturais de atenuação para remover ouconter os contaminantes dissolvidos na água. Aatenuação natural se refere aos processos físicos,químicos e biológicos que facilitam o processoremediativo de maneira global (9). Dados de campo devários pesquisadores (10-13) têm comprovado que aatenuação natural limita bastante o deslocamento doscontaminantes e, portanto, reduz a contaminação aomeio ambiente. A remediação natural não é umaalternativa de “nenhuma ação de tratamento”, masuma forma de minimizar os riscos para a saúdehumana e para o meio ambiente, monitorando-se odeslocamento da pluma e assegurando-se de que ospontos receptores (poços de abastecimento de água,rios, lagos) não serão contaminados.

Após a contaminação do lençol freático, a pluma iráse deslocar e será atenuada por diluição, dispersão,adsorção, volatização e biodegradação, que é o únicodestes mecanismos que transforma os contaminantesem compostos inócuos à saúde. A biodegradação doscompostos BTEX pode ser representada por umareação química, onde os hidrocarbonetos, em presença


de um aceptor de elétrons, nutrientes emicroorganismos são transformados em água, dióxidode carbono, e mais microorganismos. Os aceptores deelétrons, compostos que recebem elétrons e, sãoportanto reduzidos, são principalmente o oxigênio,nitrato, ferro férico e sulfato (14). A mineralização detolueno e xileno também pode ocorrer em condiçõesmetanogênica/fermentativas (15).

Dependendo das condições hidrogeológicas do localcontaminado, a taxa da reação de biodegradação serámais rápida ou mais lenta, uma vez que abiodegradação é o principal mecanismo de

transformação dos hidrocarbonetos de petróleo, adeterminação da taxa de transformação é de grandeimportância para se prever até onde a pluma irá sedeslocar. Quando a taxa de biodegradação for igual oumaior do que a taxa de deslocamento doscontaminantes, a pluma deixará de se deslocar ediminuirá de tamanho (fig. 1). Neste caso, se a fontereceptora não fosse atingida, não haveria anecessidade de implantação de tecnologias ativas deremediação, como as citadas acima, e a remediaçãonatural seria a opção mais econômica de recuperaçãoda área contaminada.

direção do fluxo da água subterrânea

ponto derisco

T= 0 anos T= 2 anos T= 5 anos

fonte de contaminação

T= 8 anos

Fig.1 – Ilustração da atenuação natural de uma pluma de hidrocarbonetos de petróleo em subsolo.Fig.1 – Illustration of the natural attenuation of an iol hydrocarbons plume in the subsoil.

Para que se possa demonstrar que a remediaçãonatural é uma forma adequada de descontaminação dehidrocarbonetos de petróleo, é necessário que se façauma completa caracterização hidrogeológica da áreadegradada, que se determine a magnitude e extensãoda contaminação e que se demonstre que a pluma nãoirá migrar para regiões de risco potencial. Para tal, énecessário que se determine as taxas de migração eredução de tamanho da pluma por meio de estudos decampo e de laboratório. No entanto, se o processonatural de atenuação não evitar o deslocamento dapluma até locais de risco, tecnologias que acelerem atransformação dos contaminantes deverão serimplementadas.

3. ANÁLISE DE RISCOS

As dificuldades tecnológicas e econômicas associadasa remediação de solos e aqüíferos e a falta de critériosde qualidade ambiental que levem em consideraçãofatores específicos do local contaminado têmdificultado tanto as ações dos órgãos de controleambiental como a das partes responsáveis pelacontaminação. A utilização dos mesmos critériosutilizados para padrões de potabilidade de água não éadequada, uma vez que grandes gastos podem serfeitos em locais de poucos riscos ao meio ambiente.Em função da necessidade da implantação de regrasespecíficas para solos, países como os Estados Unidos

e a Holanda desenvolveram metodologias deavaliação de áreas degradadas que levam emconsideração análises de risco como ferramenta detomada de decisão. Deste modo, os padrões sãoestabelecidos considerando-se as condições e os riscosdo local contaminado.

Nos Estados Unidos, ainda com base na confirmaçãode que hidrocarbonetos de petróleo podem sernaturalmente decompostos pela ação microbiana, foicriada pela American Society for Testing Materials(ASTM), a ASTM ES 38-94 “Guia de Ação CorretivaBaseada no Risco para Locais com Derramamentos dePetróleo”(16). Esta norma, chamada de Rebeca(RBCA), começa a ganhar aceitação pela grandemaioria dos órgãos estaduais de controle ambiental,pois define regras claras para a avaliação dos locaiscontaminados com derramamentos de petróleo (17). Asatividades básicas de avaliação dos riscos são aidentificação dos contaminantes principais e dosreceptores, análise de exposição, análise dose-resposta, quantificação e gerenciamento dos riscos.

Na Holanda, existe uma classificação para tipos desolo conforme os níveis de contaminação, deocupação de área e dos riscos potenciais. Os solos sãoclassificados em níveis S, I, ou T, sendo Sconsiderado solo não-contaminado, I, quando existe anecessidade de remediação e, T, valor médio entre S eI, que indica a necessidade de investigações mais


detalhadas (18). A CETESB está implantando em SãoPaulo regulamentações para contaminação de solos eáguas subterrâneas com base nas normasholandesas (19,20).

4. EFEITOS DA PRESENÇA DE ETANOL NAGASOLINA BRASILEIRA

A gasolina comercializada no Brasil é bastantediferenciada de outros países pois é misturada com22% v/v de etanol. Deste modo, as interações entre oetanol e os compostos BTEX podem causarcomportamento completamente diferente nodeslocamento da pluma do que aquele observado empaíses que utilizam gasolina pura. Os três aspectosprincipais que podem afetar o comportamento doshidrocarbonetos monoaromáticos benzeno, tolueno,etilbenzeno e xileno em sistemas subsuperficiais empresença do etanol são (21,22):

- possibilidade do aumento da solubilidade dos BTEXem água;- possibilidade do aumento da mobilidade dos BTEXdissolvidos na água subterrânea;- possibilidade de que a presença do etanol possadificultar a biodegradação natural dos BTEX,aumentando a persistência destes compostos na águasubterrânea.

Uma vez que o etanol é completamente solúvel emágua, a sua concentração deverá ser maior do que ados compostos BTEX em águas subterrâneascontaminadas com misturas de etanol e gasolina.Como compostos altamente solúveis têm menorpotencial de sorção, o etanol terá uma mobilidademaior do que a dos compostos BTEX na águasubterrânea. O etanol, quando presente em altasconcentrações, pode diminuir o retardo nodeslocamento dos BTEX na água subterrânea causadopela sorção no solo. O etanol pode também serbiodegradado em preferência aos BTEX e consumirtodo o oxigênio necessário para a degradação doshidrocarbonetos monoaromáticos. Além disso, oetanol pode ser tóxico ou inibitório para osmicroorganismos degradadores de BTEX.

No caso da gasolina brasileira, em função daespecificidade do problema, existem poucos estudosque relacionem o impacto da presença do etanol nabiodegradação dos compostos BTEX. Em estudosrealizados com metanol e compostos BTEX (23),chegou-se a conclusão de que a maior persistência dosBTEX em presença do metanol era causada pelainibição da biodegradação pela alta concentração demetanol e também devido à remoção de oxigênio pelabiodegradação do metanol. No experimento de camporealizado no aqüífero experimental de Borden,

Canadá, após 500 dias do início dos testes, a plumacontendo BTEX estava muito maior na área onde foiaplicado metanol do que na área sem a sua adição.

Em função do exposto, pode-se concluir que acontaminação de aqüíferos por misturas de álcool egasolina será mais complexa do que a produzidasomente pela gasolina pura. Os países emdesenvolvimento como o Brasil, geralmente, temcomo base as tecnologias de remediação ambientallargamente empregadas na Europa e EUA. Aextrapolação desta experiência para a remediação doslocais contaminados por derramamentos de gasolinano Brasil tem que levar em conta a especificidade danossa gasolina.

5. CONCLUSÃO

Objetivou-se abordar a problemática da contaminaçãode solos e aqüíferos por derramamentos em tanques dearmazenamento de combustíveis. Em função desteobjetivo pergunta-se: “contaminação de águassubterrâneas por derramamentos de gasolina: oproblema é grave?”; poderia ser respondida dizendo-se que depende do risco desta contaminação atingiruma fonte receptora, como um poço de abastecimentode água, por exemplo. No entanto, está cada vez maisevidente que as tecnologias de remediação ativa comoa extração de vapores do solo ou a biorremediaçãocom injeção de oxigênio e nutrientes só devem seraplicadas nos locais de mais alto risco. Os critériospara a definição destes locais devem ser prioridadetanto para as empresas potencialmente poluidorascomo para os órgãos de controle ambiental.

A remediação natural deveria ser também incorporadaàs estratégias de recuperação de áreas degradadas. Sea migração dos contaminantes até locais receptores forevitada pelos processos de atenuação natural, aaplicação de altos investimentos com remediaçãosomente seriam empregados em locais prioritários. Omonitoramento da pluma seria suficiente para indicarse as fontes receptoras serão atingidas.

No entanto, tendo em vista a peculiaridade da gasolinabrasileira que é misturada com 22% de etanol, énecessário que se conheça detalhadamente asinterações físico-químicas e biológicas do etanol comos constituintes da gasolina para que se obtenha totalvantagem da remediação natural. Perguntas quenecessitam ser ainda respondidas incluem: (1) como oetanol afeta a solubilização, o transporte, a cinética debiodegradação dos compostos BTEX em condiçõesaeróbicas, sulfidogênicas ou metanogênicas?, (2)quando e onde a remediação natural é apropriada?, (3)com que grau de certeza é possível se prever se umapluma irá se expandir ou parar de se deslocar?, (4)


quais são as informações hidrogeológicas,geoquímicas e microbiológicas necessárias pararesponder estas questões?. Um melhor entendimentodestas questões pode levar ao desenvolvimento deuma base racional para a seleção, modelagemmatemática, e monitoramento de sistemas apropriadosde remediação natural adequados à realidadebrasileira.

A contaminação da água subterrânea foi a única rotade exposição aqui avaliada. Em derramamentos decombustíveis, todas as rotas prováveis de exposição,como a causada por vapores, devem ser investigadas.Além disso, a abordagem foi voltada para as ações

corretivas. A prevenção de vazamentos por falhasna estrutura, corrosão, derramamentos,transbordamentos, sempre será mais adequada eeconômica do que a remediação. Trabalhos ligados àcontaminação de aqüíferos por misturas de álcool egasolina estão sendo realizados nos laboratórios doDepartamento de Engenharia Sanitária e Ambiental eno Programa de Pós-graduação em EngenhariaAmbiental da Universidade de Santa Catarina, emparceria com o Setor de Meio Ambiente eBiotecnologia (SEBIO), do Centro de Pesquisas(CENPES), da PETROBRAS, desde 1994.

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