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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
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AESAS 2008 2
Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquidou líquidos não solúveis mais densos que a água) ?
(Coh
en &
Mer
cer1
993)
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AESAS 2008 3
O que faz desses compostos tão especiais para nós hidrogeólogos (ou tão temido para os ambientalistas)?
(Mackey & Cherry)
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AESAS 2008 4
Área de Jurubatuba(São Paulo)
O que os faz tãoespeciais?
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AESAS 2008 5
Áreas contaminadas declaradas pela Cetesb
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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
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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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AESAS 2008 8
1. Casos de contaminação por compostos orgânicos em aqüíferos nos EUA
(Cohen & Mercer 1993)
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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);
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AESAS 2008 10
2. Produtos apresentam alta toxicidade
Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água
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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)
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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
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AESAS 2008 13
Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso
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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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AESAS 2008 15
Penetração de PER na zona não saturada
Até atingir a franja capilar Até atingir a zona saturada
(Sch
wille
1988
)
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AESAS 2008 16
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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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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AESAS 2008 18
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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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
)
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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
)
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AESAS 2008 21
Grande quantidade de composto é infiltrada
Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material
(Cohen & Mercer 1993)
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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)
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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)
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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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AESAS 2008 25
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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AESAS 2008 26
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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AESAS 2008 27
Fase residual na zona saturada
Valores típicos de sr = 0,1 a 0,4
(Cohen & Mercer 1993)
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AESAS 2008 28
Qual é o mecanismo que cria a fase residual?
Geometria da garganta e do poro
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AESAS 2008 29
Qual é o mecanismo que cria a fase residual?
Geometria da garganta e do poro
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AESAS 2008 30
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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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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AESAS 2008 32
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.
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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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AESAS 2008 34
Obturadores para coleta e testes hidráulicos em intervalos discretos
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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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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
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AESAS 2008 37
Áreas industriais em São Paulo
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AESAS 2008 38
Área de estudosde Jurubatuba
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AESAS 2008 39
Carga contaminante potencial
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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
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Hidrogeologia e meio ambiente
Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP
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