VOLUME ESPECÍFICO DE LNAPLs EM AQUÍFEROS: ALGORITMO E ESTIMATIVA DOS PARÂMETROS

Transcrição

1 VOLUME EPECÍFICO DE LNAPLs EM AQUÍFERO: ALGORITMO E ETIMATIVA DO PARÂMETRO.. Cota 1 e R. Kichheim 2 Resumo - Este tabalho baseia-se na implementação de um algoitmo paa estimativa de volumes específicos de hidocabonetos leves a pati da espessua do poduto obsevada em poços. O pogama foi aplicado à áea contaminada de um posto de abastecimento em Poto Alege/R. No tabalho, desenvolve-se consideações sobe a estimativa dos paâmetos do modelo à luz dos esultados obtidos. Palavas-chave - contaminação de aquífeos, LNAPL, volume específico. 1. INTRODUÇÃO O vazamento de tanques de gasolina em postos de abastecimento constitui-se um séio poblema ambiental dos centos ubanos. A volatilidade desses líquidos faz com que seus vapoes se espalhem edo do local do vazamento, acaetando queixas de moadoes da vizinhança quando esses vapoes os atingem atavés de inalações do solo ou do sistema de esgoto. Além disso, a gasolina se dissolve lentamente na água subteânea, atingindo concentações muito supeioes s limites de potabilidade de seus constituintes. 1 Instituto de Pesquisas Hidáulicas, UFRG, C.P , CEP , Poto Alege, R, e- mail: stela_cota@if.ufgs.b 2 Instituto de Pesquisas Hidáulicas, UFRG, C.P , CEP , Poto Alege, R, e- mail: kichheim@if.ufgs.b X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 1

2 A estimativa pecisa do volume de LNAPL é de fundamental impotância no planejamento da emediação das áeas contaminadas, esultando em uma opeação mais eficiente e econômica. Este tabalho apesenta a implementação de um modelo paa a estimativa do volume específico a pati de dados de espessua do LNAPL pesente em piezômetos. O método é empegado na deteminação do volume específico de gasolina em uma áea de abastecimento no município de Poto Alege/R. Paa esse caso, analisa-se a estimativa dos paâmetos do modelo atavés de dados de liteatua e do uso do banco UNODA (Leij et al.,1996) de paâmetos de solo. No tabalho, o temo óleo seá utilizado como sinônimo de LNAPL. 2. DETERMINAÇÃO DO VOLUME EPECÍFICO DE LNAPL O volume de óleo pesente no solo, po unidade de áea planimética de aquífeo, é denominado volume específico de óleo (unidade [L 3 /L 2 ]). Acima da linha d água, as satuações do LNAPL e da água são vaiáveis longo do pefil do solo e dependem das pessões do LNAPL, da água e do a, além da distibuição de tamanho de poos do meio. Duante algum tempo, houve a tendência de identifica a espessua de óleo obsevada em poços com seu volume específico no aquífeo, devido à coincidência de suas unidades. Entetanto, hoje sabe-se que essa equivalência não é adequada. Fa et. al. (1990) e Lenhad e Pake (1990) desenvolveam modelos similaes paa a estimativa do volume específico a pati de dados de espessua em piezômetos. Em ambos os modelos, são adotadas as seguintes condições: aquífeos homogêneos; equilíbio hidostático na distibuição de pessões do óleo e da água; desconsideação de histeese na elação satuação-pessão e de imobilização de fluidos não-molhantes po fluidos molhantes. Esses modelos utilizam-se do tabalho de Pake et. al. (1987), que popõe a utilização de pessões capilaes tansfomadas, esultantes da multiplicação das pessões capilaes dos sistemas a-água, a-óleo e óleo-água po paâmetos de escala típicos de cada sistema. Esses paâmetos podem se obtidos po ajuste de dados eais ou estimados atavés das tensões intefaciais dos fluidos envolvidos. 3. DECRIÇÃO DO ALGORITMO O volume específico de óleo no aquífeo é calculado po integação numéica dos volumes de óleo de cada elemento longo da camada de solo que contém óleo de X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 2

3 foma contínua (Fa et. al., 1990; Lenhad e Pake, 1990). A espessua dessa camada de solo (C) é calculada pela expessão. (1) o C.H o o. 1 o. o onde o é a densidade do óleo elativa à água, e o são paâmetos de escala das cuvas de satuação e pessão capila paa as intefaces a-óleo e óleo-água, espectivamente, e H o é a espessua da camada de óleo pesente em um poço de obsevação. Assim, o volume específico de óleo V o é calculado po z sup Vo zinf o zdz (2) onde os limites de integação zinf e zsup são iguais, espectivamente, à pofundidade da inteface água-óleo no poço (z o ) e à (z o +C). O paâmeto é a poosidade do aquífeo. Paa cada pofundidade z ente zinf e zsup, a satuação de óleo o é estimada a pati das satuações de água e total de líquidos ( e t, espectivamente), atavés da expessão o = t - O algoitmo assume que a satuação total de líquidos e a satuação de água são funções únicas das cagas capilaes elativas às intefaces a-óleo (h ) e água-óleo (h o ), espectivamente. Assim, t f ( f ( o. h. h o ) ) (3) onde h z z o.( ) h ( 1 ).( z z ) o o o onde z e z o são, espectivamente, as pofundidades das intefaces a-óleo e óleo-água dento do poço e o símbolo sobe e t indica satuações efetivas. A expessão i f. h ) indica o uso de uma elação satuação e pessão capila, tansfomada ( jk jk paa sistema tifásico pela inclusão dos paâmetos de escala paa as intefaces a-óleo e X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 3

4 óleo-água ( e o, espectivamente). As elações satuação e pessão capila mais utilizadas são os modelos de van Genuchten (1980) ou de Books-Coey (1964). As satuações total de líquidos e de água em cada pofundidade são calculadas a pati das satuações efetivas total de líquidos e de água atavés de t o 1 1 onde é a satuação esidual do modelo de satuação pessão capila. (4) 4. APLICAÇÃO A UM POTO DE ABATECIMENTO PORTO ALEGRE/R Do ponto de vista geológico, a egião na qual está situado o posto é fomado po depósitos não-consolidados do tipo encosta e pelo pópio manto de alteação da ocha ganítica de embasamento. Atavés de sondagens asas, de até 3,5 m de pofundidade, ealizadas no local, obseva-se a pedominância de níveis agilosos e agilo-aenosos de baixa pemeabilidade. Em todas as sondagens a pati de 2,5 m alcança-se níveis agilosos muito duos e compactos, com caacteísticas de selante impemeável. Os paâmetos do solo foam estimados com o auxílio do banco de dados paa solos UNODA. Pesquisou-se os valoes dos paâmetos do modelo de van Genuchten (, n, ) e a poosidade ente os solos similaes da áea de estudo. O paâmeto que mais mostou vaiabilidade foi, vaiando de 0,0004 a 0,408 cm -1, sendo que o valo mais encontado foi da odem de 10-2 cm -1. O paâmeto n apesentou-se bastante estável paa os solos do tipo, pemanecendo fixo em 1,005 paa a maioia dos solos pesquisados. Entetanto, em alguns casos, esse valo passou de 2, alcançando até 2,945. A satuação esidual também apesentou alta vaiabilidade, na faixa de 0,027 a 0,63, com média de 0,36. A poosidade esteve ente 0,32 e 0,52, com média de 0,38. Os paâmetos do líquido necessáios paa o modelo são a densidade elativa e os paâmetos de escala das cuvas de satuação e pessão capila paa as intefaces aóleo ( ) e óleo-água ( o ). A liteatua aponta o valo de 0,74 g/cm 3 paa a densidade da gasolina (Lenhad e Pake, 1990). Entetanto, tendo em vista o pocesso de peda de substâncias voláteis que a gasolina sofe no aquífeo, estima-se que a densidade de uma gasolina no aquífeo seja maio do que a gasolina fesca. Como pevisto, a medição em laboatóio da densidade da gasolina etiada da áea evelou um valo de 0,82 g/cm 3. X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 4

5 Com elação s paâmetos de escala e o, Lenhad e Pake (1990) utilizam valoes de 3,2 e 1,5 paa a gasolina fesca. No entanto, Fa et al. (1990), atavés de medições de tensões intefaciais na gasolina envelhecida (evapoação de 60% de seu volume inicial), encontaam valoes de 1,43 e 3,26 paa e o, espectivamente. A Tabela 1 taz os valoes assumidos na simulação do caso estudado, sendo que estes efletem os valoes mais encontados na liteatua paa cada um dos paâmetos. Utilizou-se a densidade elativa medida paa a amosta de gasolina da áea e os paâmetos de escala paa a gasolina envelhecida. Com esses valoes, o algoitmo calculou que o volume específico na áea seia de 0,01 cm 3 /cm 2. Este valo não paece se azoável, pois equivale a 100 ml de gasolina po m 2 de áea, o que é muito infeio espeado. Tabela 1 Paâmetos utilizados no cálculo do volume específico. 0,05 cm - 0,37 1,43 o 0,82 1 n 1,005 0,37 o 3,26 H o 19,5 cm Acedita-se que a inceteza nos valoes dos paâmetos do solo possa se esponsável po esse esultado. Paa avalia-se essa hipótese, pesquisou-se, paa cada paâmeto, ente os extemos de vaiação encontados no banco de dados UNODA, paa o mesmo tipo de solo analisado. O objetivo ea busca valoes que geassem volumes específicos máximos e mínimos. Paa os mesmos valoes dos paâmetos do líquido, obteve-se difeenças de quase 5 odens de magnitude no volume específico, vaiando ente 0,002 e 8,102 cm 3 /cm CONCLUÃO A utilização do algoitmo paa cálculo do volume específico de gasolina em aquífeos foi aplicado à áea contaminada de um posto de gasolina na cidade de Poto Alege/R. Utilizou-se dados de liteatua paa a estimativa dos paâmetos do modelo, mas o esultado obtido não foi azoável em elação espeado. Considea-se que a pincipal esponsável po esse esultado seja a inceteza envolvida na estimativa dos valoes dos paâmetos de solo. Realiza a classificação do solo utilizando apenas a ecusos visuais pode gea muita divegência na estimativa. X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 5

6 Além disso, o uso do banco de dados UNODA é bastante dificultado pela gande difeença encontada paa os valoes dos paâmetos dento de uma mesma classificação de solo. Assim, é ecomendável que se utilize a análise ganulomética paa notea a classificação do solo e a busca dos paâmetos no banco de dados. Altenativamente, pode-se obte dietamente a cuva de satuação pessão capila a pati de amostas de solo, sendo esta hipótese pefeível. Outa fonte de inceteza na deteminação do volume específico é a estimativa dos paâmetos da gasolina, pincipalmente no que se efee s paâmetos de escala. A difeença ente os valoes desses paâmetos paa a gasolina fesca e a envelhecida sugee a necessidade de medições dietas das tensões intefaciais paa uma estimativa mais confiável, especialmente quando considea-se que a composição da gasolina no Basil é alteada pela adição de etanol. 6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA BROOK, R.H.; COREY, A.T. Hydaulics popeties of poous media, Coloado tate Univesity, Hydology Papes n.3, Ma p. FARR, A.M.; HOUGHTALEN, R.J.; McWHORTER, D.B. Volume estimation of light nonaqueous phase liquids in poous media, Gound Wate, v.28, n.1, p.48-56, Jan.-Feb LEIJ, F.J.; ALVE, W.J.; VAN GENUCHTEN, M.T.; WILLIAM, J.R. UNODA, v. 1.0, Use s manual, EPA/600/R-96/095, Aug p. LENHARD, R.J.; PARKER, J.C. Estimation of fee hydocabon volume fom fluid levels in monitoing ells, Gound Wate, v.28, n.1, p.57-68, p , Jan.-Feb PARKER, J.C; LENHARD, R.J.; KUPPUAMY, T. A paametic model fo constitutive popeties govening multiphase flo in poous media, Wate Resouces Reseach, v.23, n.4, p , Ap VAN GENUCHTEN, M.T. A closed-fom equation fo pedicting the hydaulic conductivity of unsatuated soils, oil ci. oc. Am. J., v.44, p , X Congesso Basileio de Águas ubteâneas 6