MESA REDONDA CONTAMINAÇÕES POR PRODUTOS DENSOS

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1 VI Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas MESA REDONDA CONTAMINAÇÕES POR PRODUTOS DENSOS TÉCNICAS DE INVESTIGAÇÃO EM ESTUDO DE CONTAMINAÇÃO POR PRODUTOS DENSOS 1

2 JOÃO ALBERTO BOTTURA Hidrogeólogo, USP (1974) Pesquisador do IPT (1974 a 1995) Gerente de Hidrogeologia da Petrobrás Internacional (1987 a 1989) Consultor em Contaminação de Solos e Águas Subterrâneas Fundador da BOTTURA CONSULTORIA SOLOS e ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Fundador e presidente da HIDROSUPRIMENTOS Professor Colaborador do Centro de Pesquisas de Águas Subterrâneas da USP Professor do Curso de Pós Graduação da Universidade de Guarulhos Professor da ALHSUD ministrando cursos de Especialização na Argentina, Chile, Uruguay, Equador, Venezuela e Colombia 2

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4 O MODELO CONCEITUAL É A REPRESENTAÇÃO E CONCEITUALIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL DO SITE, A PARTIR DO QUAL FORMULAMOS NOSSA HIPÓTESE DE TRABALHO E FAZEMOS AS PREVISÕES SOBRE A NATUREZA, EXTENSÃO E RISCO DA CONTAMINAÇÃO E SOBRE O QUAL: DEFINIMOS AS ESTRATÉGIAS DE INVESTIGAÇÃO E REMEDIAÇÃO. 4

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7 EVOLUÇÃO DA CONTAMINAÇÃO - DNAPL EM MEIO ANISOTRÓPICO HORIZONTE NÃO SATURADO DNAPL FASE ADSORVIDA FASE LIVRE CAMADA IMPERMEÁVEL EVOLUÇÃO DA CONTAMINAÇÃO - DNAPL EM MEIO ANISOTRÓPICO DIREÇÃO DE FLUXO N.E. HORIZONTE NÃO SATURADO DNAPL FASE ADSORVIDA FASE LIVRE BASE IMPERMEÁVEL CAMADA IMPERMEÁVEL DIREÇÃO DE FLUXO N.E. BASE IMPERMEÁVEL 7

8 O Modelo Conceitual deve representar a melhor avaliação para: onde esta o contaminante; o que esta acontecendo com ele; como ele esta migrando; para onde ele esta migrando; como, pode haver a exposição; como podemos evitar a exposição. 8

9 Para tomar a decisão acertada, precisamos ter um bom Modelo Conceitual Para obter um bom Modelo Conceitual, precisamos de dados confiáveis do site. 9

10 OS PROBLEMAS DO DNAPL Baixa solubilidade limita a remoção por disssolução Imiscivel em água Alta densidade mais denso que a água Baixa viscosidade rápida migração Alta Tensão Interfacial que limita sua mobilidade Distribuição irregular e errática dificulta a detecção e caracterização 10

11 OS PROBLEMAS DO DNAPL 11

12 OS PROBLEMAS DO DNAPL 12

13 Os solventes Clorados pertencem a uma classe de contaminantes conhecidos como fase líquida não aquosa densa (DNAPLs), são relativamente insolúveis e mais densos do que a água. Quando liberados ou derramados no solo, estes compostos podem migrar como uma fase separada na água subterrânea do aqüífero onde se dissolvem lentamente, criando freqüentemente plumas de significativa extensão. Por causa de sua solubilidade relativamente baixa na água, as zonas de DNAPL agem como uma contínua fonte do contaminação da água subterrânea e pode persistir em subsuperfície por décadas. Muitos fatorestaiscomoaviscosidade,adensidadeeaheterogeneidade geológica influenciam na migração e distribuição do DNAPL, conseqüentemente, o DNAPL em subsuperfície é caracteristicamente muito difícil de localizar, quantificar e remediar. 13

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15 ENFOQUE DO ESTUDO GEOLOGIA PROCEDIMENTOS DE INVESTIGAÇÃO MULTIPLAS CAMADAS TRADICIONAIS CAMADAS DESCONTÍNUAS MEIO FRATURADO GEOFÍSICOS DIRECT PUSH 15

16 MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO TRADICIONAIS (problema de escala do estudo) SOIL GÁS SURVEY, COLETA DE SOLO, INSTALAÇÃO DE POÇOS DE MONITORAMENTO, COLETA DE AMOSTRAS DE ÁGUA GEOFÍSICOS - PERFILAGENS GEOFÍSICAS DIRECT PUSH - Cone Penetration Test (CPT) 16

17 TRADICIONAIS - FERRAMENTAS DIRETAS (problema de escala do estudo) DISTRIBUIÇÃO IRREGULAR DO CONTAMINANTE DIFICULDADE DE LOCALIZAR OS CONTAMINANTES EM SUBSUPERFÍCIE VOLUME DO AQUÍFERO VISÃO TRIDIMENSIONAL DO PROBLEMA COMPLEXIDADE DA GEOLOGIA, LITOLOGIA, HIDROGEOLOGIA, FLUXO SUBTERRÂNEO, etc. GEOMETRIA DA PLUMA, DISTRIBUIÇÃO, MIGRAÇÃO, DISSOLUÇÃO DA FONTE 17

18 FERRAMENTAS INDIRETAS PARA CARACTERIZAÇÃO DOS DNAPL MÉTODOS GEOFISICOS GEOFISICA DE SUPERFÍCIE não oferece aplicações práticas PERFILAGEM GEOFISICA - fornece informações indiretas importantes (geofísica de subsuperfície) através de várias técnicas, que devem ser integradas e interpretadas em conjunto. 18

19 PERFILAGEM GEOFISICA (geofísica de subsuperfície) - Gama Gama - Gama Natural - Neutron - Resistividade - Potencial Espontâneo - Resistividade Elétrica - Condutividade - Indução Magnética 19

20 Gamma Gamma Mede a porosidade, densidade e umidade, dando indicação da presença de fraturas. Não evidência a presença do DNAPL. Gamma Natural Neutron Permite a identificação de diferentes litologias: areia, silte e argila. Permite a identificação da presença de umidade. Não evidência a presença do DNAPL. É indicador de variações causadas pelo DNAPL. Atomos de Cloro e Hidrogênio interagem com os neutrons emitidos, a presença do DNAPL indica maior umidade. Resistividade Mede a resistividade elétrica no entornos da parede da sondagem. Não evidência a presença do DNAPL. Potencial Espontâneo Permite a identificação de contatos entre diferentes litologias e a presença de descontinuidades. Não evidência a presença do DNAPL. 20

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23 PERFILAGEM GEOFISICA (geofísica de subsuperfície) Os métodos geofísicos medem as propriedades físicas do material de subsuperfície e possíveis mudanças destas propriedade podem ser utilizadas para interpretar as alterações induzidas pelo contaminante nos materiais. O objetivo principal para utilizar a perfilagem é o refinamento para o entendimento da conformação geológica e hidrogeológica. Limitações para uso da geofísica de subsuperfície: necessidade de furos abertos, fragilidade dos sensores, tempo de interpretação, entre outros. HIDROSUPRIMENTOS - AMOSTRAGEM, MONITORAMENTO E REMEDIAÇÃO 23

24 FERRAMENTAS INDIRETAS PARA CARACTERIZAÇÃO DOS DNAPL DIRECT PUSH (DP) Usa DIRECT PUSH para introdução de amostradores, sensores e medidores analiticos nos pontos de interesse. Evolução recente de robustos sensores in situ com tecnologia para coleta de informações físicas e químicas tem revolucionado e difundido o uso da técnica. Avanço esta relacionado a: quantidade de informação obtida, rapidez da aquisição da informação, facilidade de tratamento da informação in situ. Atualmente temos equipamentos que fornecem detecção qualitativa, quantitativa e indireta. 24

25 TECNOLOGIAS DIRECT PUSH - Cone Penetration Test (CPT) - Permeable Membrana Interface Probe MIP - Electrical Condutividad EC - Hidraulic Pressure Tests - HPT - Técnicas de Fluorescência Induzida a Laser - LIF - Técnicas de Espectroscopia - RAMAN - Televisamento in situ GeoVIS - FLUTe (obturador de impressão) - Sensores Analíticos 25 25

26 TECNOLOGIAS DIRECT PUSH (DP) DP PROCEDIMENTO É MAIS RÁPIDO, MAIS BARATO E MAIS VERSÁTIL QUE OS MÉTODOS CONVENCIONAIS DE SONDAGENS. ALÉM DE PERMITIR A OBTENÇÃO DE MUITO MAIS INFORMAÇÕES DP PERFURA EM PEQUENO DIÂMETRO GERANDO MENOR CUSTO E MENOS RESÍDUOS PARA DISPOSIÇÃO. DP PODE INTRODUZIR DIVERSOS SENSORES PARA PERFILAGEM DO SOLO 26 26

27 TECNOLOGIAS DIRECT PUSH (DP) CONE PENETRARION TEST (CPT) SÃO VÁRIAÇÕES DO MÉTODO: O PIEZOCONE, PIEZOMETER CONE PENETRATION TEST (CPCPT), CONE PENETRATION TEST WITH PREPRESSURE MEASUREMENT (CPTU) ELECTRICAL CONE PENETRATION TEST (ECPT), DUTCH CONE PENETROMETER. CPT MEDE DIRETAMENTE: RESISTÊNCIA A PENETRAÇÃO, A FRICÇÃO E A PRESSÃO NOS POROS. OUTRAS CARACTERISITICAS COMO: PRESSÃO DIFERENCIAL, RELAÇÃO DE FRICÇÃO, ETC., SÃO CALCULADAS ATRAVÉS DESTAS PROPRIEDADES; 27

28 TECNOLOGIAS DIRECT PUSH (DP) CONE PENETRARION TEST (CPT) CALIBRAÇÃO O CPT PODE SER CALIBRADO EM CAMPO, ANTES DO INÍCIO DA CAMPANHA, COM BASE NAS CARACTERÍSTICAS DOS SOLOS DO SITE

29 Cone Penetrometer Test - CPT Permite registro contínuo da resistência relativa a penetração e fricção que podem ser relacionadas ao tipo de solo. Pode ser calibrado com base no conhecimento prévio. Não detecta DNAPL diretamente, porém indica possíveis caminhos preferenciais para migração. Membrana Interface Probe - MIP Usa detectores de PID, FID, ECD, DELCD, ITMS, XSD. Para ler e registrar a presença de VOC. É usado como indicador direto de presença de DNAPL. 29

30 Conductivity Probe - EP Mede a condutividade elétrica dos solos e auxilia a interpretação dos dados do CPT. Pode ser usado como indicador indireto de DNAPL Hydraulic Pressure Test - HPT Mede o fluxo e a absorção de água, permitindo avaliar a capacidade de absorção e a relação indireta de condutividade hidráulica. Pode ser usado como indicador indireto de DNAPL Fluorescência Induzida a Laser - LIF Mede através da absorção de energia a presença qualitativa de compostos orgânicos no solo, que emitem fluorescência. Mede LNAPL e indiretamente o DNAPL. Pode detectar orgânicos aromáticos e polinucleares. Distingue qualitativamente alta, baixa e média concentração. Não diferencia fase livre ou residual. 30

31 RAMAN Espectroscopia Semelhante ao LIF, porém mede a espectroscopia. Pode detectar DNAPL devido a dispersão na mistura solo / contaminante. FLUTe TM Consiste de membrana inflável com borracha hidrofóbica absorvente. Não fornece informação estratigráfica. Evidência a presença do DNAPL indiretamente.. Optical Televiewer Permite a observação de fraturas, abertura, inclinação, etc. É indicador visual direto da presença do DNAPL 31

32 TECNOLOGIAS DIRECT PUSH - DPT Resultados: Características dos solos e do meio saturado Estratigrafia do site Presença de contaminação Tipo de contaminante na água e solo Extensão horizontal e vertical da contaminação Presença de fase livre Produto: - PROJETO DO SISTEMA DE POÇOS DE MONITORAMENTO 32 32

33 CPT - Sistema de Aquisição de Dados 33

34 Penetration at 2 cm/s Real-Time readings in computer screen Sand Clay Buried Crust Clay 34

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36 MIP - Sistema de Aquisição de Dados 36

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38 Percussion Hammer Chemical and Lithologic Indicator Instruments Geoprobe Hydraulic Conductivity Probe Source: Geoprobe Systems. Geoprobe Membrane Interface Probe Source: Geoprobe Systems 38

39 Heated probe Semi-permeable membrane Contaminant vapors filtered into carrier gas Transported to FID, PID, ECD &/or MS detectors at the surface Results are displayed in real-time on a lap-top computer. For more info, go to direct_push/dpanalytical.asp 39

40 Contaminates Detection Limit* Carrier Gases PID BTEX 1 ppm FID Methane, Butane N/A ECD Electron Capture Detector Chlorinateds (TCE, PCE) 250 ppb Nitrogen, Helium, Compressed Air Nitrogen, Helium, Compressed Air Nitrogen, 95% Argon, 5% Methane XSD Halogen Specific Detector Chlorinateds (TCE, PCE) 1 ppm Nitrogen, Helium, Compressed Air DELCD Dry Electrolitic Conductivity Detector Chlorinateds (TCE, PCE) 1 ppm Nitrogen, Helium, Compressed Air MIP Detectors: *Limiting factors: signal to noise ratio, length of trunkline, membrane wear 40

41 Fine Grain Characteristics Discrete Petroleum Indication of Ground Water Slide adapted from Columbia Technologies, Inc.,

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44 Fine Grain Characteristics Discrete Petroleum Slide adapted from Columbia Technologies, Inc.,

45 Fine Grain Characteristics Discrete Petroleum Indication of Ground Water Slide adapted from Columbia Technologies, Inc.,

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48 A plotagem de EC (esquerda) and HPT pressure (direita) são coletadas simultaneâmente enquanto a sonda avança. Ambas, a pressão medida pelo HPT e a Condutividade Elétrica mostram que as argilas predominam até 0s 7 metros, enquanto abaixo, próximo aos 12 metros, predominam siltes e areias, seguidos na sequência por argilas.

49 Still frame from a 3D Video of Plume vs. GW Wells MIP Response Discrete Sample Conc. Slide adapted from Columbia Technologies, Inc.,

50 Graphic courtesy of Columbia Technologies 50

51 Depending on screen construction, you can get completely different GW results that have nothing to do with the lab or the analytical method. vs. #3 Well screen #1 vs. Well screen #2 Unless information about contaminant distribution guides well construction, GW results can be highly variable and difficult to interpret. 51

52 Slide adapted from Columbia Technologies, Inc.,

53 Comparison of GW Samples to Continuous Sensor Profile Discrete Sample Total Chlorinated VOC Concentration 53

54 LIF Sistema de Aquisição de Dados UVOST 54

55 Fluorescencia é a propriedade de alguns compostos que absorvem a luz estimulada por fotóns de longo comprimento de onda, existente em diversos hidrocarbonetos arométicos e pode ser utilizada para a detecção de pequenas quantidades das substâncias em grande quantidade de solo. A Fluorescencia Induzida por Laser (LIF) pode ser utilizada para a investigação de sites contaminados. Como Funciona O sistema emite ondas de luz excitadas através de cabos de fibra ótica, no interior da sonda que possue porta lateral para sua saída. A medida que a sonda avança, o solo é exposto a luz excitada e se o composto fluorescente (contaminante) esta presente o sinal luminoso retorna para a superfície através da fibra ótica para ser analizado. A resposta é obtida em tempo real e mostrada em gráfico sinal vs. profundidade, que pode também mostrar logs coloridos e a forma das onda para auxiliar na interpretação dos contaminantes presentes. Beneficios Não coleta amostras e apresenta os resultados em tempo real; Grande produtividade; Descontaminação é virtualmente eliminada; Resultados são impressos no site, permitindos rápida e ágil decisão. 55

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58 Dakota provides the capability to view TarGOST /UVOST /ROST site characterization data in 3D or 2D in static or dynamic format with unparalleled resolution. Dakota can also overlay the site with aerial photographs or building CAD models over GIS terrain data to provide an accurate overall picture of the site with relevant subsurface features. TarGOST /UVOST /ROST data logs are typically acquired at 1 inch vertical resolution which is orders of magnitude higher resolution than traditional sampling methods. Dakota s key advantage is high accuracy in the contamination models. When visualized in 3-D, contaminants migrating in narrow seams or stringers of sand, silt, or gravel are easy to see. TarGOST s/uvost /ROST high data density reveals these types of contaminant distribution features often missed by conventional methods. Dakota s interpolation algorithms combined with the high density TarGOST /UVOST /ROST data produce a high correlation between individual TarGOST /UVOST /ROST data logs and the 3-D source term model. Features 2-D (fence or cross section) and 3-D models such as Plume and Stick provide a variety of methods to best represent the log data Choose a variety of display formats including static graphics and dynamic video Overlay site aerial photographs or satellite images onto the model Integrate Dakota s visual models with client s existing AutoCAD drawings Fast turn-around time High Resolution Vertical resolution less than 1 inch Log interpolation between direct push locations using a highly accurate modeling algorithm Customizable Static visualization of subsurface features to ease data interpretation Dynamic full 360-degree fly-by video Add surface contour and buildings to gain perspective and ease data interpretation Save Time & Money Optimize placement of validation sampling and treatment technologies "Machine Vision" eliminates subjectivity typical during boring analysis Value Visualize the "big picture" Superior communication tool Consultants can produce high quality results for their clients 58

59 OUTRAS TECNOLÓGIAS CPT - HYDROSPARGE - ELECTROCHEMICAL SENSOR - WATERLOO PROFILER - CO-SOLVENTE INJECTION / EXTRACTION - E VÁRIAS EM DESENVOLVIMENTO / APERFEIÇOAMENTO 59

60 O objetivo para detecção e caracterização de área contaminada por DNAPL, envolve a elaboração de modelo conceitual embasado na estratigrafia do site, rotas de migração dos contaminantes e nas estruturas de trapeamento da fase livre. Métodos de investigação que produzam dados confiáveis na investigação e minimizem o risco de mobilização induzida do DNAPL, devem ser aplicados. Considerações importantes a serem adotadas são: o Muitas ferramentas são disponíveis no mercado; o Cada site é único e não existe receita; o Mesmo utilizando todas as ferramentas disponíveis, a caracterização de site contaminado com DNAPL é complicada; o Na execução da investigação priorize o uso de ferramentas indiretas (não invasivas ou pouco invasivas); 60

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62 AGRADEÇO E PARABENIZO A AESAS PELA ORGANIZAÇÃO DO SEMINÁRIO ESTAREI A DISPOSIÇÃO PARA RESPONDER AS DÚVIDAS E ESCLARECIMENTOS ao final da Mesa Redonda ou pelo engenharia@hidrosuprimentos.com.br 62