SIMULAÇÃO DE DANO AO FREÁTICO

8/3/2019 SIMULAO DE DANO AO FRETICO

1/11

4.3.26 MODELO DE VALORAO AMBIENTAL - SIMULAKaskantzis, G.Avaliao dos impactos ambientais decorrentes do vazamento acidental decido clordrico, XVII COBEQ- Congresso Brasileiro de Engenharia Qumica, 14 de setembrode 2008, Recife, Brasil.

Introduo

Neste trabalho foi realizada a valorao do vazamento de cido clordrico atravs damodelagem ambiental dos fenmenos fsicos e qumicos que aconteceram no cenrio. Ocido contaminou o solo e a gua subterrnea e, para quantificar e valorar os danos, foramsimulados o escoamento transiente do cido clordrico do tanque, infiltrao no solo e suadisperso no lenol fretico.

Descrio do acidente

Na regio do acidente existem diversas atividades industriais, comerciais, residncias, reasverdes, solo exposto e corpos hdricos. uma regio densamente povoada e a circulao deveculos e pessoas intensa. A partir da anlise documental foi verificado que no dia 27 desetembro de 2004, ocorreu um vazamento de 14m3 de HCl durante a transferncia do cidodo caminho-tanque para o tanque de armazenamento. Para conter o derrame a equipe deemergncia lanou 2.000kg de cal na bacia de conteno do tanque e nas canaletas dedrenagem de gua pluvial.

O diagnstico da contaminao foi realizado pela amostragem do solo e gua, em nove

poos de sondagem, medindo o pH e nvel do fretico. Na figura 4.3.26.1 esto os poosinstalados na rea do acidente. Na tabela 4.3.26.1 esto indicados cota e nvel da gua dospoos de monitoramento. Nas tabelas 4.3.26.2 e 4.3.26.3 esto os valores do pH da guasubterrnea aps o acidente. Na tabela 4.3.26.4 esto indicadas as caractersticas do solo daregio do acidente, determinadas no laboratrio.

Figura 4.3.26.1 Detalhe dos poos de monitoramento instalados na rea do acidente


2/11

Tabela 4.3.26.1 Cota e nvel da gua dos poos de monitoramento

Poo Cota (m) Nvel da H2O (m)

PM01 839,20 6,42

PM02 838,24 12,87

PM03 838,99 9,74PM04 839,17 7,98

PM05 839,07 9,17

PM06 838,91 8,58

PM07 838,92 9,27

PM08 838,89 8,91

PM09 839,12 8,79

Tabela 4.3.26.2 pH da gua subterrnea dos poos de monitoramento, em 2004.

PooDia da medida do pH da gua subterrnea

30/09 4/10 5/10 7/10 18/10

PM 01 5,74 5,75 5,77 5,64 5,68

PM 02 5,58 4,94 4,95 4,96 5,02

PM 03 5,61 4,81 4,79 4,73 5,12

PM 04 4,92 4,44 3,52 4,42 5,04

PM 05 5,85 5,71 440 4,75 5,00

PM 06 5,22 5,35 5,23 4,83 4,98

PM 07 5,32 4,91 5,09 4,63 4,98PM 08 5,37 4,62 3,73 4,12 4,74

PM 09 4,13 3,75 3,91 4,19 4,30

Tabela 4.3.26.3 pH da gua subterrnea dos poos de monitoramento, em 2005.

PooDia da medida do pH da gua subterrnea

02/02 17/02 08/03 23/03

PM01 6,13 6,13 6,09 6,19

PM02 5,33 5,50 5,25 5,38PM03 5,08 5,07 5,03 5,11

PM04 4,27 4,21 4,03 4,35

PM05 5,23 5,25 5,00 5,21

PM06 5,15 5,46 5,18 5,20

PM07 5,21 4,96 4,95 5,04

PM08 4,27 4,37 4,46 4,52

PM 09 4,85 4,43 4,25 4,63


3/11

Metodologia

A metodologia utilizada incluiu a anlise de documentos, modelagem do vazamento dotanque, da infiltrao no solo e disperso do poluente no fretico. Inicialmente, foramdefinidas rea de influncia e domnio da anlise do evento. Nessa etapa foi realizado um

balano de massa para estimar as quantidades de cido derramadas do tanque, no solo e narede pluvial. As caractersticas do solo da regio apresentadas na tabela 4.3.26.4 foramaplicadas na equao do modelo para simular a infiltrao do cido no solo.

Tabela 4.3.26.4 Caractersticas do solo da regio do vazamento de HCl

Propriedade caracterstica do solo Valor

Teor de argila (%) 28,5

Teor de silte (%) 13,7

Teor de areia (%) 57,7

Teor gua na saturao S (%) 41,8Teor de gua inicial i (%) 26,0

Capacidade de campo (%) 27,8

Densidade (g/cm3) 1,39

Em seguida, os valores do nvel de gua dos poos de monitoramento foram aplicados nomodelo MODFLOW, para estimar a condutividade hidrulica e direo do fluxo do lenolfretico. Os valores do pH da gua observados nos poos foram convertidos em valores deconcentrao de cido clordrico aquoso e utilizados no modelo MT3D, para ajustar o valorda disperso do escoamento e calibrar o modelo.

As concentraes de referncia do cido adotadas para analisar a contaminao foram daPortaria 518 do Ministrio da Sade, Resoluo Conama 357, e as letais para biota, indicadasna tabela 4.3.26.5. Os parmetros dos modelos empregados para determinar o fluxo lenolfretico e simular a disperso do poluente esto descritas nas tabelas 4.3.26.6 e 4.3.26.7,respectivamente.

Tabela 4.3.25.5 Concentraes de referncia para avaliar a contaminao

Referncia C HCl (mg/L)

Soluo de HCl com pH 6 0,04

Cloro livre na gua 5,0

Cloro residual livre na gua 2,0

Txica para invertebrados 0,56

Txica para as algas 0,80

Fitotoxicidade 1,0

A modelagem da infiltrao do cido no solo foi realizando empregando as equaes (1), (5)e (6), que fornecem o perfil de concentrao do HCl em funo do espao e do tempo.


4/11

Tabela 4.3.26.6 Parmetros para simular o fluxo do lenol fretico, MODFLOW

Parmetro de entrada do modelo Valor

Dimenso do domnio (m2) 62.500

Condutividade hidrulica K inicial (m/s) 2,2x10-6

Recarga do fretico inicial (m

3

/s) 2,37x10

-9

Profundidade do fretico (m) 9,6

Perodo de tempo analisado (s) 9,47x107

Parmetro ajustados pelo modelo

Condutividade hidrulica K ajustada (m/s) 2,19x10-4

Recarga do fretico ajustada (m3/s) 3,31x10-11

Tabela 4.3.26.7 Parmetros para simular a disperso do cido clordrico, M3DT

Parmetro Valor

Dimenso do domnio (m) 800 x 1150

Tempo de infiltrao (h) 24,0Perodo de simulao (anos) 3,0D Modificada do soluto (m

2/s) * 1,27 x 10 - 8

Fator de retardo R do soluto * 0,95Fator de distribuio k (m3/kg) 1,2 x 10 - 4

Disperso longitudinal (m) 10,0

Concentrao inicial HCl (g/l) 384,12Gradiente hidrulico (%) 1,80Tipo do aqfero No confinadoPerfil do solo Argilo-arenoso

Equaes do modelo utilizado para simular a infiltrao do cido no solo

t

CR

z

CD

z

Cv

t

C

2

2

(1)

R

DD

Fick (2)

kR

solo

1 (3)

C(0,t) = Co (4)

0,

t

t

C(5)

)))4(

()exp())4(

((2

),(5,05,0

0

Dt

vtzerfc

D

zv

Dt

vtzerf

CtzC

(6)


5/11

Resultados

Balano de Massa

A partir da modelagem do escoamento transiente e balano de massa, estima-se que o

tempo de vazamento do cido do tanque foi 3640s. Nesse perodo, foram derramados16.296kg de soluo aquosa cida contendo 5.377,68kg de cido. A massa da soluo queinfiltrou no solo foi 8.818,42kg, contendo 2778 kg de cido clordrico. Na figura 4.3.26. 2 e natabela 4.3.26.10 esto registrados esses resultados.

Figura 4.3.26.2 Vazo de descarga da soluo cida do tanque durante o acidente

Tabela 4.3.26.8 Balano de massa do cido clordrico derramado no acidente

Contaminante Massa (kg)

HCl derramado no solo 5.377,68

HCl neutralizado com cal 2.599,60

HCl infiltrado no solo 2.778,08

Soluo de HCl derramada 16.296,0

Soluo de HCl neutralizada 7.877,58

Soluo de HCl infiltrada 8.418,42

Infiltrao do contaminante no solo

Os resultados indicados na tabela 4.3.26.9 e na figura 4.3.26.2 foram obtidos pela aplicaodos parmetros das tabelas 4.3.26.4 e 4.3.26.7 na equao (6).O desvio mdio entre o valorcalculado do pH da gua e observado nos poos, nos dias 5 e 7/10 , respectivamente, iguala 17,7 e 16,2%. Na figura 4.3.26.2, perfil do cido infiltrado, observa-se o retardo no avanoda concentrao inicial (384mg/L), ao longo da profundidade do solo. Na figura 4.3.26.3esto ilustrados os perfis de concentrao do composto derramado, em funo do tempo edireo vertical, a partir da superfcie do terreno.

Curva de Esvaziamento do Tanque de HCl

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 1000 2000 3000 4000

Tempo (s)

NiveldoTanque(m)


6/11

Tabela 4.3.26.9 Valores do pH da gua subterrnea, calculados pelo modelo e registradosnos poos de monitoramento instalados na rea do acidente

PM z (m)Dia 05/10/04 Dia 07/10/04

pH exp pH cal pH exp pH cal

01 6,42 5,77 3,63 5,64 3,2604 7,98 3,52 4,42 4,42 3,87

06 8,58 5,23 4,78 4,83 4,13

09 8,79 3,91 4,90 4,19 4,23

08 8,91 3,73 4,97 4,12 4,29

05 9,17 4,40 5,12 4,75 4,42

07 9,27 5,09 5,20 4,63 4,46

03 9,74 5,07 5,52 4,73 4,71

02 12,87 5,50 ---- 4,96 6,61

Figura 4.3.26.3 Frente de avano do cido no solo, em funo da profundidade

Contaminao do Lenol Fretico

Na tabela 4.3.26.10 esto indicados os desvios entre os valores do nvel da gua do freticoobservados e calculados pelo MODFLOW. Os valores experimentais e calculados do nvel dagua ajustam-se satisfatoriamente, indicando que as condutividades hidrulicas foram bemestimadas pelo modelo. A direo do escoamento do fretico e as linhas piezomtricas estona figura 4.3.26.5. Na figura 4.3.26.4 esto ilustrados perfis de concentrao do cido emfuno da direo vertical do solo e do tempo decorrido aps o acidente.

0 100 200 300 (mg/L)

2

4

6

z m


7/11

Tabela 4.3.26.10 Valor terico e experimental do nvel da gua dos poos

PooNvel da gua (m) Desvio (%)

Observado Calculado

PM 01 832,78 832,15 0,08PM 02 825,37 827,06 0,21

PM 03 829,25 828,39 0,10

PM 04 831,19 830,39 0,10PM 05 829,90 829,32 0,07

PM 06 830,33 830,10 0,03PM 07 829,65 828,68 0,12

PM 08 829,98 829,46 0,06

PM 09 831,21 830,20 0,12

M

M

M

M

Figura 4.3.26.4 Perfil de concentrao do cido em funo da profundidade, (a) 7/10/2004;(b) 2/2/2005; (c) 2 e (d) 5 anos aps o acidente

a

b

c)

d


8/11

Figura 4.3.26.5 Linhas potenciais do lenol fretico ajustadas, a partir do nvel da gua dospoos de monitoramento, registrado nas campanhas de 2004 e 2005

Os dados experimentais do pH da gua dos poos foram convertidos em concentrao decido clordrico aquoso e, com auxlio do modelo M3DT foram obtidos os valores da

disperso longitudinal () e fator de distribuio (k) do soluto. Em seguida, a disperso docido foi simulada para um perodo de trs anos aps o acidente. Assim, foi possvelcomparar o valor de concentrao calculado pelo modelo com o experimental, bem comoestimar o tempo de permanncia da pluma de contaminao no lenol fretico.

Os resultados obtidos indicam que, dos 127 pontos experimentais de concentrao do cido,aproximadamente, 108 pontos calculados pelo M3DT ajustaram-se de forma satisfatria. Odesvio mdio entre o valor real e terico da concentrao do poluente nos poos foi 18,93%.Os dados tambm indicam que, provavelmente, a concentrao do acido imobilizado nagua subterrnea est na faixa de 1,0 x 10- 6 a 3,35 x 105mg/L. Os desvios da concentraoexperimental e terica esto registrados na tabela 4.3.26.11.

Nas figuras 4.3.26.5 a 4.3.26.7 esto ilustradas as plumas da contaminao na gua em datasdiferentes. As concentraes de referncia do cido esto representadas pelas cores. Asituao, dois anos ps-derrame dos compostos adsorvidos na fase imobilizada est na

figura 4.3.26.4. A inspeo da figura 4.3.26.5 indica que dias aps o derrame, em 07/10/04, aconcentrao do cido na gua subterrnea estava acima dos valores de referncia. Osdados da figura 4.3.26.6 indicam que em 08/03/05, 163 dias ps-derrame, a concentraodo poluente na gua estava menor, mas continuava acima dos valores de referncia.

Na figura 4.3.26.7 est apresentada a pluma contaminao aps 365 dias do acidente. Osdados indicam que nesse perodo a concentrao, provavelmente, era igual ou menor que0,04 mg/L e, a pluma ocupava 335 clula x 10 x 10 m = 33500m 2, que multiplicada pelaprofundidade do fretico fornece o volume de gua contaminada de 328.300m3.


9/11

Tabela 4.3.26.11 Concentrao dos cidos na gua subterrnea calculada pelo modeloMT3D, registrados nos poos de monitoramento e desvio relativo entre os mesmos

PooC HCl Cal(mg/L)

C HCl Exp(mg/L)

Desvio(%)

PM 01 0,03024 0,02594 -16,58PM 02 0,16574 0,17200 3,64PM 03 0,36790 0,30580 -20,31PM 04 1,38051 1,33800 -3,18PM 05 0,27876 0,28100 0,80PM 06 0,24024 0,23440 -2,49PM 07 0,39126 0,36340 -7,67PM 08 1,19253 1,16400 -2,45PM 09 0,13914 0,13300 -4,62

Figura 4.3.26.6 Distribuio da concentrao do poluente imobilizado do fretico

Na parte superior da Figura 4.3.26.7 observa-se um rio que, provavelmente, est conectadocom o fretico. Considerando que a contaminao deixa de existir quando a pluma dopoluente estiver diluda no rio, podemos estimar que tempo de permanncia do poluente nolenol fretico ser de 2,7anos.

Concluses da modelagem

Os resultados da anlise dos impactos ambientais do derrame acidental da soluo de cidoclordrico a 33% (p/p) permitem concluir que 328.300m3 de gua subterrnea foram

afetados e que o tempo para a recuperao do dano teoricamente igual a 2,7 anos.


10/11

Figura 4.3.26.7 Pluma do cido, 07/10/04 Figura 4.3.26.8 Pluma 163 dias ps-derrame, 08/03/05 Figura 4.3.26.9 Pluma 365 dias ps-derrame

C = 0,04 mg/L (pH 6);C = 0,56 mg/L (txico invertebrado;C = 0,80 mg/L (txico para algas);C = 1,00 mg/L (fitotoxicidade);C = 2,00 mg/L (Cl2 residual livre);C = 5,00 mg/L (limite Cl2 livre);

C = 10,0 mg/L.


11/11

Valorao econmica do dano ambiental

A valorao econmica do dano gua subterrnea foi realizada pelo modelo CATEs,descrito nesta obra. O valor adotado para a gua foi R$2,00/m 3. Observa-se que essevalor correponde ao preo mdio de um metro cbico de gua tratada, fornecida pelas

maioria das companhias de tratamento e abastecimento de gua do pas.

A partir do volume de gua contaminada e do preo do metro cbico estabelecidos, foideterminado o Custo Total Ambiental (CATE) do dano. Nesse clculo adotadou-se taxade desconto anual de 3% e horizonte de ocorrncia dos efeitos ambientais de 25anos.Substituindo os dados obtidos, na equao do modelo, Cd= 335.000m3 x R$2,00/m3 =R$ 670.000,00, tm-se:

( )

CATES = R$ 1.072.000,00 (um milho e setenta e dois mil reais)

O valor dos danos irreversveis (DAI) ocorridos em dois anos, aps o acidente so:

DAI = CATE [ ( 1 + j ) t1 ] = 1.072.000,00 [ ( 1 + 0,04)21 ] = R$ 87.475,20

DAI = R$87.475,00 (oitenta sete mil quatrocentos e setenta e cinco reais)

Assim, o valor total do dano ambiental da contaminao da gua subterrnea do lenolfretico decorrente do vazamento acidental de HCl igual a:

Valor do Dano = CATE + DAI = 1.072.000,00 + 87.475,20 = R$ 1.159.475,20

Valor do Dano Ambiental = R$1.159.475,20 (um milho cento e cinquoenta e novemil quatrocentos e setenta e cinco reais e vinte centavos)

SIMULAÇÃO DE DANO AO FREÁTICO

Documents

Transcript of SIMULAÇÃO DE DANO AO FREÁTICO