Águas Subterrâneas
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Águas Subterrâneas
Marcelo Ribeiro Barison
5.1 INTRODUÇÃO
Quando analisamos a quantidade tão restrita de águas doces no planeta, que per-
faz em torno de apenas 2,5 %, é que percebemos quão importante é esse recurso para a
manutenção da vida no planeta. Da parcela de toda água doce do planeta, estima-se que
68,9% encontra-se na forma de gelo nas calotas polares e o restante, 31,1%, é água doce
líquida. Deste montante apenas 4% são águas superficiais (rios, ribeiros, lagos e canais), sendo
que 96% são águas subterrâneas (MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE – MMA, 2007).
Em termos espaciais, da mesma forma, como apresentado no Capítulo 4, a distribuição das
águas subterrâneas segue a irregularidade da distribuição das águas superficiais (Figura 5.1).
A partir destas evidências ressalta-se a importância em se conhecer a dinâmica de
ocorrência das águas subterrâneas, seu potencial para o abastecimento público, agricultura,
piscicultura, indústria e demais setores da sociedade. Embora ainda seja um tema pouco es-
tudado, por se tratar um assunto ainda não prioritário como parte integrante de muitos cur-
rículos universitários, aos poucos se tem observado que esta área vem sendo mais explorada.
Figura 5.2 Tipos de poços tubulares executados em aquíferos intersticial e fissural (Fonte: CPRM, 1998).
Figura 5.4 Diferentes tipos de aquíferos classificados quanto à pressão da água subterrânea
(Adaptado de PINTO et al., 1976).
Tabela 5.1 Limites de detecção dos métodos analíticos adotados na CETESB (2005) e pela American
Society for Testing and Materials (ASTM) para solos.
Limites de Detecção para Mostras de Solos
Aldrin 0,00125 -
Antraceno - 0,17
Benzeno 0,25 -
Cloreto de Vinila - 0,05
DDT 0,0025 -
Diclorobenzeno - 0,02
1,2 Dicloroetano 0,5 -
Diclorofenol - -
Endrin 0,00375 -
Estireno - 0,05
Fenol - 0,3
Hexaclorobenzeno 0,0005 -
Lindano – HCH 0,00125 -
Naftaleno - 0,20
PCB (Bifenilas Policloradas) 0,020 -
Pentaclorofenol 0,010 -
Tetracloroetileno 0,10 -
Tolueno 0,25 -
1,1,1 Tricloroetano - 0,01
Tricloroetileno 0,10 -
Triclorofenol - 0,2
Xileno 0,25 -
A expressão “metal pesado” aplica-se a elementos que têm peso específico maior que
5 g.cm-3 ou que possuem um número atômico maior que 20. Entretanto, em assuntos
ambientais, a expressão engloba um conjunto heterogêneo de elementos, como metais,
semi-metais e mesmo não metais como o selênio (Se).
São considerados os seguintes metais pesados de maior frequência encontrados em
solos: Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Co, Ni, V, Al, Ag, Cd, Cr, Hg e Pb (MALAVOLTA, 1994
apud CETESB, 2005).
Os valores de referência da Tabela 5.2 foram extraídos do Relatório de Estabelecimento
deValores Orientadores para Solos e Águas Subterrâneas no Estado de São Paulo (CETESB,
2005). Estes valores foram obtidos a partir de análises estatísticas descritivas e multivariadas
dos dados analíticos de metais e outros parâmetros determinados em amostras dos principais
tipos de solos do Estado de São Paulo, coletadas em áreas sem influências antropogênicas.
Estes limites são apresentados na Tabela 5.3. Os limites de detecção são valores bem
abaixo do esperado, utilizados para a identificação das substâncias contaminantes em
águas subterrâneas. Nesta tabela encontram-se compostos orgânicos de origem antrópica,
naturalmente ausentes em aquíferos.
Tabela 5.3 Limites de detecção dos métodos analíticos adotados pela CETESB e pela American
Society for Testing and Materials (ASTM) para amostras de águas (CETESB, 2001).
Limites de Detecção para Águas Subterrâneas
Acetona - 10
Aldrin 0,005 -
Antraceno - 5
Benzeno 1,00 -
Cloreto de Vinila - 0,5
DDT 0,01 -
Diclorobenzeno - -
1,2 Dicloroetano 1,0 -
Diclorofenol - -
Endrin 0,015 -
Estireno - 5
HCH – Lindano 0,005 -
Hexaclorobenzeno 0,002 -
Naftaleno - 3
PCB (Bifenilas Policloradas) 0,1 -
Pentaclorofenol 0,1 -
Tetracloroetileno 1,0 -
Tolueno 1,0 -
1,1,1 Tricloroetano - 2
Tricloroetileno 1,0 -
Xileno 1,0
134 Ciências Ambientais para Engenharia
Contaminantes orgânicos
Dentre os principais tipos de contaminantes orgânicos estão os Compostos Orgânicos
Voláteis (VOC’s) e os derivados de hidrocarbonetos (NAPL – non aquous phase liquid),
que são os compostos de fase livre não aquosa.
Os VOC’s são compostos que contêm carbono e que participam de reações foto-
químicas na atmosfera, excluindo monóxido de carbono, dióxido de carbono, ácido
carbônico, carbetos ou carbonatos metálicos e carbonato de amônio. São carcinogênicos,
dentre os quais se destacam o benzeno, tolueno, 1,3 butadieno e hidrocarbonetos clorados.
Sciulli (2008), em seus estudos sobre os VOC’s, enfatizou que a descloração redutiva é
um importante processo natural que consiste na retirada gradual dos átomos do cloro da
estrutura molecular do PCE (tetracloroetileno) em função da redução química (ganho de
elétrons) da molécula de PCE, processo esse é realizado naturamente (atenuação natural) ou
estimulada por ação antrópica (biorremediação). Este processo de descloração redutiva é de
grande importância na etapa final das técnicas de remediação, onde amostras de água são
136 Ciências Ambientais para Engenharia
Figura 5.5 Processo de descloração redutiva para a degradação do PCE (Adaptado de ARMAS, 2007).
Águas Subterrâneas 137
Figura 5.6 Ilustração de uma contaminação de solos e águas subterrâneas por um LNAPL (Adaptado
de OLIVEIRA, 2007).
138 Ciências Ambientais para Engenharia
Figura 5.7 Ilustração de uma contaminação de solos e águas subterrâneas por um DNAPL (Adaptado
de OLIVEIRA, 2007).
Figura 5.8 Principais processos e fases contaminantes dos compostos NAPL (BERTOLO, 2006).
Figura 5.10 Resumo das principais técnicas de remediação utilizadas para Águas Subterrâneas e Solos.
no caso do tratamento de águas residuais do óleo cru, quando comparado aos processos
convencionais de tratamento de águas amoniacais.
O sistema utiliza ar para remover VOC’s dissolvidos na água com concentração
inferiores a 2000ug/L, transferindo para a fase gasosa, isso ocorre pois há um aumento
de área de contato da água contaminada com o ar, causando a separação dos VOC’s e a
água subterrânea contaminada (NEGÃO, 2002).
A configuração convencional de Air Stripping utiliza uma coluna de borbulhamento
no tratamento de água subterrânea (Figura 5.15 – FERRAZ, 2010). Nesse sistema, a água
subterrânea contaminada é bombeada para o topo de uma coluna e, simultaneamente,
ar limpo é soprado na base da mesma. O fluxo de ar promove transferência de meio, a
água é distribuída no topo e desce por gravidade. O fluxo de ar locado na base da coluna
sobe por anéis que promovem o borbulhamento no interior da coluna.
Figura 5.15 Esquema do tratamento de água contaminada por Air Stripping (Adaptado
de FERRAZ, 2010).
Águas Subterrâneas 147
Isolamento Hidrodinâmico
O Isolamento Hidrodinâmico é um método físico simples e muito eficaz que se utiliza de
controle hidráulico para isolar uma zona contaminada. Esse método consiste na abertura
de um poço na região a jusante da fonte de contaminação, caso não haja um poço nesse
local. Devido ao gradiente de pressão, a pluma contaminante migra em direção do poço.
Através do bombeamento, estabiliza-se o deslocamento dessa pluma de contaminação. É
muito empregado para a remediação de águas subterrâneas contaminadas por hidrocarbo-
netos tanto dos tipos LNAPL quanto DNAPL. Na contaminação por LNAPL (gasolina),
o bombeamento deve ser feito na superfície da água, a fim de se recuperar o combustível
e evitar que água seja bombeada. Na contaminação por DNAPL, pelo combustível ser
mais denso, o bombeamento deve ser feito na altura da base do aquífero (TECNOHI-
DRO, 2011). Neste processo é gerado um gradiente de pressão dirigido para os pontos dos
quais a água subterrânea é extraída, onde tem-se que o gradiente de pressão é diretamente
proporcional ao vácuo aplicado pelos poços, conforme ilustrado na Figura 5.16.
voláteis e semivoláteis do solo. Após a extração, o gás retirado deve passar por uma ex-
tração de tratamentos de vapores, a fim de se evitar contaminação atmosférica.
Em alguns casos, o vácuo pode induzir a elevação do nível d’água no poço. Um
rebaixamento do lençol freático ou um aumento da faixa não saturada pode ser utili-
zado para se evitar esse problema. A injeção de ar é efetivada para facilitar a extração
de contaminação em profundidade, em baixas permeabilidades e em zona saturadas
(TECNOHIDRO, 2011).
Dentre as principais vantagens da extração de vapor estão o seu bom desempenho
comprovado, fácil instalação dos equipamentos, por poder combinar com outras tec-
nologias e principalmente por conseguir tratar grande volume de solos com um custo
reduzido (OLIVEIRA NETO; SANTOS e OLIVEIRA NETO 2007).
Por outro lado, a empresa Tecnohidro (2011) destacou alguns fatores que podem
limitar a aplicabilidade e eficiência do processo de extração de vapores, dentre os
quais:
• solos muito compactados ou com mais de 50% de umidade requerem muito vácuo,
inviabilizando economicamente a operação do SVE;
• solos com permeabilidade altamente variáveis ou estratificados podem resultar em
envio de fluxo de gás para regiões não contaminadas;
• sempre é necessário o controle da emissão de gases para eliminar possíveis danos para
a sociedade e ao meio ambiente;
• os efluentes gasosos, líquidos residuais e resíduos gerados poderão requerer tratamento
com carvão ativado;
Águas Subterrâneas 149
• solos com alto índice de matéria orgânica ou extremamente secos apresentam alta
taxa de absorção de VOC’s, o qual reduz as taxas de remoção;
• SVE é um método ulitizado apenas na zona insaturada do subsolo.
Fe +2 + H 2O → Fe +3 + OH − + nOH
(5.1)
A oxidação in situ é bastante empregada na remediação de solo e água subterrânea.
Ela pode ser aplicada em diversos tipos de solos no tratamento de compostos orgânicos
voláteis (VOCs). A Tecnohidro (2011) analisou que entre os VOC’s que possuem melhor
oxidação, se destacam: dicloroeteno (DCE), tricloroetileno (TCE), tetracloroelileno
(PCE), benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, assim como os compostos orgânicos
semivoláteis (SVOCs) tais como os pesticidas, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos
(HPAs) e os bifenilas policloradas (PCBs).
ferro zero-valente, metais reduzidos, pares de metais, calcário, agentes de sorção, agentes
redutores e receptores biológicos de elétrons.
a extração da fase residual e imiscível. A água reinjetada também acelera o processo como a
dissolução dos contaminantes e os processos de oxidação, quando agentes químicos
apropriados são introduzidos no meio.
Os parâmetros que têm importância significativa no projeto do sistema de lavagem
de solo estão listados abaixo (TECNOHIDRO, 2011):
• solos que permitam a mobilidade da solução;
• solos que apresentem permeabilidades muito altas;
• o fluxo da água subterrânea deve ser bem entendido;
• a zona insaturada deve ser bem detalhada para que não ocorra aprisionamento de
solução.
Bioventilação
A Bioventilação é uma técnica de remediação in situ, baseada na degradação de contami-
nantes orgânicos adsorvidos no solo pela ação de microrganismos de ocorrência natural.
Na bioventilação, a atividade destes microrganismos é melhorada pela introdução de um
fluxo ar, ou outros gases, na zona não saturada, usando poços de injeção ou extração e
caso necessário, adicionando-se micronutrientes ao meio. Na bioventilação, compostos
presentes no solo da franja capilar ou na zona saturada não são tratados. A principal
diferença em relação a técnica de extração de vapores, quando poços de extração são
utilizados, deve-se ao fato de minimizar a volatilização, diminuindo-se a necessidade de
tratamento de gases (CETESB, 2007).
De acordo com a USEPA (2006), existem dois tipos de bioventilação, a aeróbica e
a anaeróbica. A bioventilação aeróbica envolve o suprimento de oxigênio aos conta-
minantes nos solos não-saturados com baixa concentração de oxigênio para facilitar a
biodegradação aeróbica microbial. Ao usar o suprimento de oxigênio, os microorganismos
Águas Subterrâneas 153
oxidam os contaminantes para obter energia e carbono para seu crescimento. O oxigênio
é tipicamente introduzido por poços de injeção de ar que empurram o ar para dentro
da subsuperfície. A bioventilação anaeróbica usa o mesmo tipo de remessa de gás que a
bioventilação aeróbica, mas invés de injetar ar são usados nitrogênio e doadores de elétrons
(por exemplo, hidrogênio e dióxido de carbono). O nitrogênio substitui o oxigênio do
solo, e o gás doador de elétron facilita a desclorização microbial. Compostos voláteis e
semivoláteis podem ser produzidos durante a bioventilação que não são anaerobicamente
degradáveis.
Portanto, enquanto a bioventilação aeróbica é usada principalmente para biode-
gradação de hidrocarbonetos, a bioventilação anaeróbica é usada para biorremediação
de compostos clorados.
Segundo a CETESB (2007), as principais vantagens do método de bioventilação são:
• utilização de equipamentos de fácil aquisição e instalação;
• minimização da extração de vapores, com redução dos custos de seu tratamento;
• implantação sem causar grande impacto na operação da área;
• atuação em áreas de difícil acesso.
Fitorremediação
A Fitorremediação é o nome dado ao conjunto de tecnologias que usam plantas para
limpar locais contaminados. É uma tecnologia emergente, que usa diversas espécies
de plantas para degradar, extrair, conter ou imobilizar contaminantes do solo e da
água subterrânea, aplicável tanto para compostos inorgânicos como para orgânicos
(CETESB, 2007).
Este método pode ser utilizado em combinação com outras técnicas de remediação,
como uma etapa de finalização ou polimento. Entretanto, algumas aplicações de fitoreme-
diação são mais demoradas do que os métodos mecânicos e são limitadas às profundidades
em que as raízes das plantas alcançam. Geralmente o uso da fitorremediação é limitado a
áreas com concentrações baixas a médias de contaminantes e contaminação em poucas
profundidades no subsolo.
EXERCÍCIOS
1. O que são aquíferos? Como podem ser classificados quanto à porosidade e à pressão?
2. O que são aquíferos fissurais e como são os poços tubulares construídos nesses
materiais?
3. Quais são os tipos de contaminação de aquíferos oriundos de atividades urbanas?
4. Qual é a importância da camada insaturada na proteção dos aquíferos?
5. Quais são as fases de contaminantes em um solo ou sedimento na zona insaturada
por um NAPL?
154 Ciências Ambientais para Engenharia
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