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Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea
Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP
GW-MATE - World [email protected] 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);
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1. Casos de contaminação por compostos orgânicos em aqüíferos nos EUA
(Cohen & Mercer 1993)
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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);
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2. Produtos apresentam alta toxicidade
Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água
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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)
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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
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Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso
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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
)
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Molhante enão molhante
Solvente é mais molhante ao meio (quatzoso) que a água, então prefere os poros maiores
(Sch
wille
1988
)
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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
)
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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
)
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Vazamento de maior quantidade atingindo a zona não saturada e saturada
Presença de fase livre, e formação de piscina de composto
(Sch
wille
1988
)
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Grande quantidade de composto é infiltrada
Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material
(Cohen & Mercer 1993)
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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)
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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)
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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)
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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)
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Fase residual na zona saturada
Valores típicos de sr = 0,1 a 0,4
(Cohen & Mercer 1993)
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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)
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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
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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
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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
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Carga contaminante potencial
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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
GW-MATE - World [email protected] Bank