Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea

Transcrição

1 Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea World Bank Dr. Ricardo Hirata Instituto de Geociências - USP GW-MATE - World Bank rhirata@usp.br

2 Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquid ou líquidos não solúveis mais densos que a água)? (Cohen & Mercer 1993) AESAS

3 O que faz desses compostos tão especiais para nós hidrogeólogos (ou tão temido para os ambientalistas)? (Mackey & Cherry) AESAS

4 O que os faz tão especiais? Área de Jurubatuba (São Paulo) AESAS

5 Áreas contaminadas declaradas pela Cetesb AESAS

6 Carga contaminante potencial 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 AESAS

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); AESAS

8 1. Casos de contaminação por compostos orgânicos em aqüíferos nos EUA (Cohen & Mercer 1993) AESAS

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); AESAS

10 2. Produtos apresentam alta toxicidade Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água AESAS

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) AESAS

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 AESAS

13 Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso AESAS

14 3. Compostos mais densos que a água e sua complexa hidráulica (Schwille 1988) Compostos mais densos que a água, quando introduzido em grande quantidade no meio, tentem a afundar na zona saturada (dense nonaqueous phase liquids) AESAS

15 Penetração de PER na zona não saturada (Schwille 1988) Até atingir a franja capilar Até atingir a zona saturada AESAS

16 Molhante e não molhante Solvente é mais molhante ao meio (quatzoso) que a água, então prefere os poros maiores AESAS (Schwille 1988)

17 Pequena quantidade de DNAPL no meio (Schwille 1988) Difusão de vapores de DNPL, sem fase livre ou fase dissolvida considerável (na zona saturada) AESAS

18 Média quantidade de DNAPL no meio (Schwille 1988) Fase residual e vapores (difusão molecular) na zona não saturada, resultando em fase dissolvida na zona saturada AESAS

19 Pequena quantidade de DNAPL no meio (Schwille 1988) Fase dissolvida, mas não fase livre, resultado do lixiviado da água na zona não saturada (recarga). AESAS

20 Vazamento de maior quantidade atingindo a zona não saturada e saturada (Schwille 1988) Presença de fase livre, e formação de piscina de composto AESAS

21 Grande quantidade de composto é infiltrada (Cohen & Mercer 1993) Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material AESAS

22 Grande quantidade de DNAPL é infiltrada e presença de aquitarde (Cohen & Mercer 1993) Presença de aquitarde argiloso suficientemente fraturado para permitir a migração vertical do produto AESAS

23 Infiltração de grande quantidade de produto em aqüífero fraturado (Cohen & Mercer 1993) Aqüífero fraturado e a mobilização de produto pelas fraturas em fase livre. AESAS

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) AESAS

25 Quanto de DNAPL é necessário para se atingir o aqüífero? V n = s r n V m Onde: V n (m 3 ) é o DNAPL retido no meio V m (m 3 ) s r é a saturação residual n é a porosidade Exemplo: apenas 0,45m 3 é necessário para penetrar 15m de profundidade, a partir de uma contaminação de 1m 2, com s r de 0,1 e porosidade de 0,3 AESAS

26 4. Fase residual em meio não saturado s r tipicamente varia de 0,1 a 0,2 e é função da permeabilidade, porosidade efetiva, e conteúdo de umidade (Cohen & Mercer 1993) AESAS

27 Fase residual na zona saturada Valores típicos de s r = 0,1 a 0,4 (Cohen & Mercer 1993) AESAS

28 Qual é o mecanismo que cria a fase residual? Geometria da garganta e do poro AESAS

29 Qual é o mecanismo que cria a fase residual? Geometria da garganta e do poro AESAS

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) AESAS

31 Qual é a velocidade que o DNAPL podem atingir? 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

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. AESAS

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 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

34 Obturadores para coleta e testes hidráulicos em intervalos discretos AESAS

35 Uso de isótopos em hidrogeologia 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

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 AESAS

37 Áreas industriais em São Paulo AESAS

38 Área de estudos de Jurubatuba AESAS

39 Carga contaminante potencial AESAS

40 Carga contaminante potencial Atividades que geralmente manuseiam solventes clorados Em um universo de 10 mil atividades industriais, 3 mil manuseiam solventes clorados AESAS

41 Hidrogeologia e meio ambiente World Bank Dr. Ricardo Hirata Instituto de Geociências - USP GW-MATE - World Bank rhirata@usp.br