Contaminação de aqüíferos por compostos
imiscíveis à água subterrânea
Dr. Ricardo Hirata
World Bank
Instituto de Geociências - USP
GW-MATE - World Bank
[email protected]
(Cohen & Mercer 1993)
Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquid
ou líquidos não solúveis mais densos que a água) ?
AESAS 2008
2
O que faz desses compostos tão especiais para nós
hidrogeólogos (ou tão temido para os ambientalistas)?
(Mackey & Cherry)
AESAS 2008
3
O que os faz tão
especiais?
Área de
Jurubatuba
(São Paulo)
AESAS 2008
4
Áreas contaminadas
declaradas pela Cetesb
AESAS 2008
5
Carga contaminante
potencial
z
z
z
AESAS 2008
Atividades industriais na
região de Jurubatuba (SP)
Na região totalizam-se
mais de 10 mil atividades
com potencial de
contaminação
Provavelmente 1/3 utilizam
solventes clorados
6
O que faz esses compostos tão especiais para a
hidrogeologia?
1.
2.
São muito utilizados na indústria e estão presentes
em vários casos de contaminação de aqüíferos,
sobretudo em cidades e áreas industriais;
São muito tóxicos, vários compostos têm limites de
potabilidade inferiores a dezenas de ppb (μg/L);
AESAS 2008
7
z
1. Casos de
contaminação
por compostos
orgânicos em
aqüíferos nos
EUA
(Cohen & Mercer 1993)
AESAS 2008
8
O que faz esses compostos tão especiais para a
hidrogeologia?
1.
2.
São muito utilizados na indústria e estão presentes
em vários casos de contaminação de aqüíferos,
sobretudo em cidades e áreas industriais;
São muito tóxicos, vários compostos têm limites de
potabilidade inferiores a dezenas de ppb (μg/L);
AESAS 2008
9
2. Produtos apresentam alta toxicidade
z
Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água
AESAS 2008
10
O que faz esses compostos tão especiais para a
hidrogeologia?
3.
4.
5.
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);
Possuem baixa solubilidade e formam fases livre
(imiscível) em água e fase residual no solo e em
aqüíferos;
Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que
a água subterrânea (sobretudo em movimentos
verticais)
AESAS 2008
11
Conceito de molhante e não molhante e a
penetração de DNAPL em meio poroso
AESAS 2008
z
Gota de DNAPL no
meio da água, sob
uma superfície
quartzosa
z
Gota de água no
meio ar, sob uma
superfície quartzosa
12
Conceito de molhante e não molhante e a
penetração de DNAPL em meio poroso
AESAS 2008
13
(Schwille 1988)
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)
AESAS 2008
14
(Schwille 1988)
Penetração de PER na zona não saturada
Até atingir a franja capilar
AESAS 2008
Até atingir a zona saturada
15
Molhante e
não molhante
AESAS 2008
(Schwille 1988)
z
Solvente é mais
molhante ao meio
(quatzoso) que a
água, então prefere
os poros maiores
16
(Schwille 1988)
Pequena quantidade de DNAPL no meio
z
Difusão de vapores de DNPL, sem fase livre ou fase
dissolvida considerável (na zona saturada)
AESAS 2008
17
(Schwille 1988)
Média quantidade de DNAPL no meio
z
Fase residual e vapores (difusão molecular) na zona
não saturada, resultando em fase dissolvida na zona
saturada
AESAS 2008
18
(Schwille 1988)
Pequena quantidade de DNAPL no meio
z
Fase dissolvida, mas não fase livre, resultado do
lixiviado da água na zona não saturada (recarga).
AESAS 2008
19
(Schwille 1988)
Vazamento de maior quantidade atingindo a
zona não saturada e saturada
z
Presença de fase livre, e formação de piscina de
composto
AESAS 2008
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Grande quantidade de composto é infiltrada
(Cohen & Mercer 1993)
z
Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido
à heterogeneidade do material
AESAS 2008
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Grande quantidade de DNAPL é infiltrada e
presença de aquitarde
(Cohen & Mercer 1993)
z
Presença de aquitarde argiloso suficientemente
fraturado para permitir a migração vertical do produto
AESAS 2008
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(Cohen & Mercer 1993)
Infiltração de grande quantidade de produto em
aqüífero fraturado
z
Aqüífero fraturado e a mobilização de produto pelas
fraturas em fase livre.
AESAS 2008
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O que faz esses compostos tão especiais para a
hidrogeologia?
3.
4.
5.
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);
Possuem baixa solubilidade e formam fases livre
(imiscível) em água e fase residual no solo e em
aqüíferos;
Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que
a água subterrânea (sobretudo em movimentos
verticais)
AESAS 2008
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Quanto de DNAPL é necessário para se atingir o
aqüífero?
Vn = sr n Vm
z
z
z
Onde: Vn (m3) é o DNAPL retido no meio Vm (m3)
sr é a saturação residual
n 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
AESAS 2008
25
4. Fase residual
em meio não
saturado
z
sr tipicamente varia
de 0,1 a 0,2 e é
função da
permeabilidade,
porosidade efetiva,
e conteúdo de
umidade
(Cohen & Mercer 1993)
AESAS 2008
26
z
Fase
residual
na zona
saturada
z
Valores
típicos de
sr = 0,1 a
0,4
(Cohen & Mercer 1993)
AESAS 2008
27
Qual é o mecanismo que cria a fase residual?
z
Geometria da garganta e do poro
AESAS 2008
28
Qual é o mecanismo que cria a fase residual?
z
Geometria da garganta e do poro
AESAS 2008
29
O que faz esses compostos tão especiais para a
hidrogeologia?
3.
4.
5.
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);
Possuem baixa solubilidade e formam fases livre
(imiscível) em água e fase residual no solo e em
aqüíferos;
Em fase livre, o composto pode ser mais rápido que
a água subterrânea (sobretudo em movimentos
verticais)
AESAS 2008
30
Qual é a velocidade que o DNAPL podem atingir?
z
z
z
z
A velocidade destas substâncias pode ser
extremamente rápida.
Schville (1988) observou para o tetracloroeteno
penetrava na zona não saturada a velocidades de
7cm/minuto (areias com gravas) e na zona saturada,
de 1,5cm/minuto
PCE atravessou a zona vadosa de areia grossa a uma
velocidade de 6cm/minuto
Solventes em fase livre podem atingir a zona saturada
em dias ou semanas, em contraste com a água, em
meses e anos.
AESAS 2008
31
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
32
Desafios que esses compostos nos colocam?
z
z
z
z
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 dissolvida
Aproximar a estratigrafia e o conceito de sistemas
deposicionais à hidrogeologia em ambientes
complexos
Utilizar técnicas mais eficientes para caracterizar o
meio, incluindo a hidráulica e a hidroquimica
AESAS 2008
33
Obturadores para coleta e
testes hidráulicos em
intervalos discretos
AESAS 2008
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Uso de isótopos em hidrogeologia
z
z
z
z
z
z
Utilização de isótopos e radioisótopos para auxiliar no
entendimento do modelo de circulação das águas
subterrâneas
Oxigênio-18/deutério
Carbono-14
Trítio
Estrôncio
Chumbo
AESAS 2008
35
Desafios que esses compostos nos colocam?
z
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
36
Áreas industriais em São Paulo
AESAS 2008
37
Área de estudos
de Jurubatuba
AESAS 2008
38
Carga contaminante
potencial
AESAS 2008
39
Carga contaminante
potencial
AESAS 2008
z
Atividades que
geralmente
manuseiam
solventes clorados
z
Em um universo de
10 mil atividades
industriais, 3 mil
manuseiam
solventes clorados
40
Hidrogeologia e meio ambiente
Dr. Ricardo Hirata
World Bank
Instituto de Geociências - USP
GW-MATE - World Bank
[email protected]