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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.44.2007.tde-29062007-095438
Documento
Autor
Nome completo
Claudia Luciana Varnier
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Hirata, Ricardo Cesar Aoki (Presidente)
Bertolo, Reginaldo Antonio
Cunha, Rodrigo Cesar de Araujo
Kiang, Chang Hung
Mortatti, Jefferson
Título em português
Avaliação da contaminação de uma fossa negra desativada na zona não-saturada do aqüífero Adamantina em Urânia (SP)
Palavras-chave em português
Água subterrânea
Fossa negra desativada
Isótopos estáveis
Nitrogênio
Zona não-saturada
Resumo em português
Este trabalho estudou o impacto do nitrato, proveniente de uma fossa negra desativada nas zonas não-saturada e saturada no Aqüífero Adamantina (Urânia, SP), através do acompanhamento hidrogeoquímico dos íons maiores (incluindo a série nitrogenada), menores, isótopos estáveis (15NNO3, 15NN2O, 18ON2O, 18ONO3, 18OO2, 13CCO2) e gases (O2, CO2, N2O e CH4). Os três anos de monitoramento da fossa negra, desativada desde 2002, se deu pela construção de uma estação experimental, constituída de um poço cacimba com 11,20 m de profundidade. Foram instalados, ao longo de sua parede até a zona saturada, 12 tensiômetros e 12 lisímetros de sucção (0,5 a 9,0 m), bem como um poço de monitoramento instalado no fundo da estação, para o monitoramento dos processos hidráulicos e da qualidade da água infiltrada. Os resultados obtidos sobre a hidráulica de infiltração mostraram que a zona nãosaturada apresenta condutividade hidráulica média vertical entre 3,1x10-6 a 1,4x10-5 m/s. As tensões capilares medidas indicaram a ocorrência de variações laterais e em profundidade, cuja origem está relacionada às heterogeneidades do material geológico. Tais constatações possibilitaram a identificação de três diferentes zonas hidráulicas: a primeira, entre 0,5 e 2,0 m; a segunda, de 2,0 a 7,0 m e a terceira, a partir de 7,0 m até o nível d´água. A taxa de recarga na área é de 171 mm, o que corresponde a 13% da precipitação anual. As velocidades das frentes de molhamento indicaram um tempo de trânsito de 90 dias para a água se deslocar de 0,5 até 9,0 m de profundidade. As análises químicas da água ao longo do perfil da zona não-saturada e do poço de monitoramento, apontaram concentrações altas de nitrato ao longo de todo o perfil (até 2028,94 mg/L). Os parâmetros físico-químicos, isotópicos e de gases analisados apresentaram variações, sazonais e em profundidade, de suas concentrações. Os perfis de concentração de gases, isótopos e série nitrogenada indicam que estes parâmetros apresentam um comportamento ?zigue-zague? sendo os maiores valores a 2,0; 4,0 e 6,0 m de profundidade. Este comportamento seria condicionado pelas características texturais do material geológico, o que leva a considerar a existência de áreas de menor permeabilidade nestes pontos, restringindo o acesso de águas ricas em oxigênio e de gases ao longo da zona não-saturada e co-existência de zonas redutoras em meio a zonas oxidantes (microcosmos). Este monitoramento detalhado possibilitou o estabelecimento dos principais processos hidrogeoquímicos atuantes na zona não-saturada: i) oxidação da matéria orgânica, ii) amonificação, iii) nitrificação, iv) metanogênese e v) desnitrificação. Um fator muito importante a ser levantado é a simultaneidade entre os mecanismos de nitrificação e desnitrificação na zona não-saturada. Várias foram as constatações que reforçam esta hipótese, exemplificadas pelas seguintes relações: i) 15NN2O e 18ON2O; ii) 15NN2O e 15NNO3 e iii) 18ONO3 e15NNO3. Os valores de ?15NNO3 obtidos foram de +6,80 a +30,09? (estação úmida) e +9,54 a +23,25? (estação seca). Valores mais enriquecidos de ?15NNO3, comparados à assinatura isotópica reportada para dejetos humanos (+8,1? a +13,1?), em conjunto com os resultados de ?18ONO3 (-3,60 a 4,50 ?), razão de fracionamento destes isótopos e os coeficientes de regressão, obtidos em outros trabalhos, reforçaram a coexistência de desnitrificação e nitrificação na área estudada. Os resultados de ?15NN2O e ?18OO2 também são indicativos de desnitrificação. As assinaturas destes dois isótopos (-16,16 a -11,94? e 28,05 a 30,69?, respectivamente), confrontados aos valores reportados em outros trabalhos (-37 a -11? e -21 a +57?), indicam que o N2O, detectado na área, seria produzido por esse processo. Contudo, cabe salientar que o uso de isótopos de 18OO2 e 15NN2O constitui-se ainda em técnica muito recente em estudos hidrogeológicos, carecendo de trabalhos que stabeleçam as assinaturas isotópicas para os processos de nitrificação e desnitrificação considerando as diferentes fontes de contaminação de nitrato.
Título em inglês
Evaluation of an inactive cesspit contamination in the unsaturated zone of the Adamantina Aquifer in Urânia (SP)
Palavras-chave em inglês
Groundwater
Inactive cesspit
Nitrogen
Stable isotopes
Unsaturated zone
Resumo em inglês
The present work studied the impact of nitrate from an inactive cesspit to the unsaturated and saturated zones of the Adamantina Aquifer (Urânia, São Paulo, Brazil), through the hydrogeochemistry of major ions (including the nitrogen series), minor ions, stable isotopes (15NNO3, 15NN2O, 18ON2O, 18ONO3, 18OO2, 13CCO2) and gases (O2, CO2, N2O and CH4). The cesspit, which has been inactive since 2002, was monitored for three years after the construction of a monitoring station. The station is comprised by a 11.20m deep dug well, in which 12 tensiometers and 12 suction lysimeters were installed from the surface down to the saturated zone (0.5-9.0 m). A monitoring well was installed at the bottom of the monitoring station. The station was used to examine the hydraulic processes and the quality of the infiltrating water. The results from the hydraulics of the water infiltration show that the unsaturated zone presents average hydraulic conductivity between 3.1x10-6 and 1.4x10-5 m/s. The capillary tension varies laterally and vertically, which is attributed to the heterogeneities of the geological material. These results allowed the identification of three different hydraulic zones: the first one, between the depths of 0.5 and 2.0 m; the second one, between 2.0 and 7.0 m and the third one, from the depth of 7.0 m down to the water level. The recharge rate of the area is 171 mm, which corresponds to 13% of the annual precipitation. The velocities of the wetting fronts indicated a travel time of 90 days for the water to move between the depths of 0.5 m and 9.0m. The chemical analyses of the water of the unsaturated and saturated zones indicated high concentration of nitrate, along the entire unsaturated zone (up to 2028,94 mg/L). The physico-chemical, isotopic and gases data vary seasonally and spatially. The concentration of gases, isotopes and nitrogen species show a ?zig-zag? behavior, with peaks of concentration at the depths 2.0; 4.0 and 6.0 m. This behavior is a consequence of the textural features of the geological material, with less permeable areas occuring at these depths, which can restrict the access of oxygen- and gases-rich waters along the unsaturated zone and the coexistence of reducing zones among oxidizing ones (microcosms). The detailed monitoring provided data to establish the main hydrogeochemical processes occuring in the unsaturated zone: i) oxidation of organic matter, ii) ammonification, iii) nitrification, iv) methanogenesis and v) denitrification. A very important fact is the simultaneous occurrence of nitrification and denitrification processes in the unsaturated zone. This fact is verified by a series of observations, which can be demonstrated by the following relationships: i) 15NN2O and 18ON2O; ii) 15NN2O and 15NNO3 and iii) 18ONO3 and15NNO3. The values obtained for ?15NNO3 are between +6.80 and +30.09? (wet season) and between +9.54 and +23.25? (dry season). The values of ?15NNO3, which are more enriched than the isotopic fingerprint for sewage (+8.1? to +13.1?), along with the results for ?18ONO3 (-3.60 to 4.50 ?), the fractionation ratio of this isotopes and the linear regression coefficient, obtained by other authors, reinforced the coexistence of denitrification and nitrification in the studied area. The results of ?15NN2O and ?18OO2 also indicated the presence of denitrification. The signatures of these two isotopes (-16.16 to -11.94? and 28.05 to 30.69?, respectivelly), compared to values reported by other authors (-37 to -11? and -21 to +57?), indicate that the N2O detected in the area is produced by this process. However, it is worth emphasizing that the use of 18OO2 and 15NN2O isotopes is still a very new technique in hydrogeological studies, and more studies are needed to establish the isotopic fingerprints of the nitrification and denitrification processes, considering the different sources of nitrate contamination.
 
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Data de Publicação
2007-07-17
 
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