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Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea Dr. Ricardo Hirata Instituto de Geociências - USP GW-MATE - World Bank [email protected] World Bank

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Contaminação de aqüíferos por compostos imiscíveis à água subterrânea

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP

GW-MATE - World [email protected] Bank

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Quem são os DNAPL (dense nonaqueous phase liquidou líquidos não solúveis mais densos que a água) ?

(Coh

en &

Mer

cer1

993)

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O que faz desses compostos tão especiais para nós hidrogeólogos (ou tão temido para os ambientalistas)?

(Mackey & Cherry)

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Área de Jurubatuba(São Paulo)

O que os faz tãoespeciais?

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Áreas contaminadas declaradas pela Cetesb

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Carga contaminante potencial

Atividades industriais na região de Jurubatuba (SP)Na região totalizam-se mais de 10 mil atividades com potencial de contaminaçãoProvavelmente 1/3 utilizam solventes clorados

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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);

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1. Casos de contaminação por compostos orgânicos em aqüíferos nos EUA

(Cohen & Mercer 1993)

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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);

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2. Produtos apresentam alta toxicidade

Portaria 518 MS, valores de potabilidade para água

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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)

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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

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

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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)

(Sch

wille

1988

)

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Penetração de PER na zona não saturada

Até atingir a franja capilar Até atingir a zona saturada

(Sch

wille

1988

)

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Molhante enão molhante

Solvente é mais molhante ao meio (quatzoso) que a água, então prefere os poros maiores

(Sch

wille

1988

)

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Pequena quantidade de DNAPL no meio

Difusão de vapores de DNPL, sem fase livre ou fase dissolvida considerável (na zona saturada)

(Sch

wille

1988

)

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Média quantidade de DNAPL no meio

Fase residual e vapores (difusão molecular) na zona não saturada, resultando em fase dissolvida na zona saturada

(Sch

wille

1988

)

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Pequena quantidade de DNAPL no meio

Fase dissolvida, mas não fase livre, resultado do lixiviado da água na zona não saturada (recarga).

(Sch

wille

1988

)

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Vazamento de maior quantidade atingindo a zona não saturada e saturada

Presença de fase livre, e formação de piscina de composto

(Sch

wille

1988

)

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Grande quantidade de composto é infiltrada

Formação de piscinas e mobilidade horizontal devido à heterogeneidade do material

(Cohen & Mercer 1993)

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Grande quantidade de DNAPL é infiltrada e presença de aquitarde

Presença de aquitarde argiloso suficientemente fraturado para permitir a migração vertical do produto

(Cohen & Mercer 1993)

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Infiltração de grande quantidade de produto em aqüífero fraturado

Aqüífero fraturado e a mobilização de produto pelas fraturas em fase livre.

(Coh

en &

Mer

cer1

993)

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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)

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Quanto de DNAPL é necessário para se atingir o aqüífero?

Vn = sr n Vm

Onde: Vn (m3) é o DNAPL retido no meio Vm (m3)sr é a saturação residualn 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

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4. Fase residual em meio não saturado

sr tipicamente varia de 0,1 a 0,2 e éfunção da permeabilidade, porosidade efetiva, e conteúdo de umidade

(Cohen & Mercer 1993)

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Fase residual na zona saturada

Valores típicos de sr = 0,1 a 0,4

(Cohen & Mercer 1993)

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Qual é o mecanismo que cria a fase residual?

Geometria da garganta e do poro

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Qual é o mecanismo que cria a fase residual?

Geometria da garganta e do poro

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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)

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Qual é a velocidade que o DNAPL podem atingir?

A velocidade destas substâncias pode ser extremamente rápida.Schville (1988) observou para o tetracloroetenopenetrava na zona não saturada a velocidades de 7cm/minuto (areias com gravas) e na zona saturada, de 1,5cm/minutoPCE atravessou a zona vadosa de areia grossa a uma velocidade de 6cm/minutoSolventes em fase livre podem atingir a zona saturada em dias ou semanas, em contraste com a água, em meses e anos.

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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.

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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 dissolvidaAproximar a estratigrafia e o conceito de sistemas deposicionais à hidrogeologia em ambientes complexosUtilizar técnicas mais eficientes para caracterizar o meio, incluindo a hidráulica e a hidroquimica

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Obturadores para coleta e testes hidráulicos em intervalos discretos

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Uso de isótopos em hidrogeologia

Utilização de isótopos e radioisótopos para auxiliar no entendimento do modelo de circulação das águas subterrâneasOxigênio-18/deutérioCarbono-14TrítioEstrôncioChumbo

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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

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Áreas industriais em São Paulo

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Área de estudosde Jurubatuba

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Carga contaminante potencial

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Carga contaminante potencial

Atividades que geralmente manuseiam solventes clorados

Em um universo de 10 mil atividades industriais, 3 mil manuseiam solventes clorados

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Hidrogeologia e meio ambiente

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências - USP

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