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
Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquid ou líquidos não solúveis mais densos que a água)? (Cohen & Mercer 1993) 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 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 2008 6
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 2008 7
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. 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 2008 9
2. Produtos apresentam alta toxicidade Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água AESAS 2008 10
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 2008 11
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 2008 12
Conceito de molhante e não molhante e a penetração de DNAPL em meio poroso AESAS 2008 13
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 2008 14
Penetração de PER na zona não saturada (Schwille 1988) Até atingir a franja capilar Até atingir a zona saturada AESAS 2008 15
Molhante e não molhante Solvente é mais molhante ao meio (quatzoso) que a água, então prefere os poros maiores AESAS 2008 16 (Schwille 1988)
Pequena quantidade de DNAPL no meio (Schwille 1988) Difusão de vapores de DNPL, sem fase livre ou fase dissolvida considerável (na zona saturada) AESAS 2008 17
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 2008 18
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 2008 19
Vazamento de maior quantidade atingindo a zona não saturada e saturada (Schwille 1988) Presença de fase livre, e formação de piscina de composto AESAS 2008 20
Grande quantidade de composto é infiltrada (Cohen & Mercer 1993) Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material AESAS 2008 21
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 2008 22
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 2008 23
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 2008 24
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 2008 25
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 2008 26
Fase residual na zona saturada Valores típicos de s r = 0,1 a 0,4 (Cohen & Mercer 1993) AESAS 2008 27
Qual é o mecanismo que cria a fase residual? Geometria da garganta e do poro AESAS 2008 28
Qual é o mecanismo que cria a fase residual? Geometria da garganta e do poro AESAS 2008 29
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 2008 30
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 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? 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 34
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 2008 35
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 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 Atividades que geralmente manuseiam solventes clorados Em um universo de 10 mil atividades industriais, 3 mil manuseiam solventes clorados AESAS 2008 40
Hidrogeologia e meio ambiente World Bank Dr. Ricardo Hirata Instituto de Geociências - USP GW-MATE - World Bank rhirata@usp.br