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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2018.tde-03082020-112622
Documento
Autor
Nome completo
Paulo Lojkasek Lima
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Bertolo, Reginaldo Antonio (Presidente)
Suhogusoff, Alexandra Vieira
Cunha, Rodrigo César de Araújo
Freitas, Juliana Gardenalli de
Henderson, James King
Título em português
Caracterização de detalhe do perfil vertical de contaminação em um aquífero cristalino fraturado e intemperizado Jurubatuba-São Paulo-SP
Palavras-chave em português
Análise isotópica de compostos específicos
Aquífero fraturado
Discrete fracture network
Manto de intemperismo
Modelo conceitual
Tetracloroeteno (PCE)
Resumo em português
Áreas industriais caracterizadas pela presença de contaminação por solventes organoclorados, podem, por vezes, apresentar contaminação em níveis aquíferos mais profundos, suportados por rochas metamórficas do embasamento cristalino, impactando a potabilidade do recurso hídrico subterrâneo. Métodos de investigação ambiental tradicionais, que embasam a criação de modelos conceituais e a remediação em fontes de contaminação em aquíferos porosos e rasos, não são normalmente aplicáveis no contexto de investigação de rochas fraturadas, que podem se apresentar em diferentes graus de intemperismo. Portanto, a criação de modelos conceituais de aquíferos fraturados intemperizados passa primeiramente pelo desenvolvimento de métodos de campo. O presente trabalho propõe a adequação e aplicação, de forma inédita na literatura nacional e internacional, do método denominado "Discrete Fracture Network Approach" (DFN), que compreende a utilização de tecnologias avançadas de investigação e de monitoramento da água subterrânea em rochas fraturadas, em uma área contaminada cujo arcabouço compreende rocha cristalina intemperizada, e que está localizada na região do Canal do Jurubatuba. O objetivo deste trabalho foi o de estabelecer o modelo conceitual da contaminação presente em um aquífero cristalino intemperizado a partir da aplicação em campo do método DFN, visando o entendimento, em nível de detalhe, das interações e mecanismos de transporte existentes entre os diferentes horizontes de intemperismo da rocha e os contaminantes organoclorados presentes. A metodologia proposta mostrou-se bastante aplicável e eficaz na elaboração do modelo conceitual no contexto geológico local. A utilização da amostragem de rocha em alta resolução permitiu definir a presença de PCE em valores de saturação residual, em zonas discretas do perfil vertical avaliado, preferencialmente associados ao contato litológico entre os litotipos encontrados ao longo dos horizontes de Solo de Alteração e Rocha Alterada Mole. Estas localidades abrigam 99% da massa de etenos-totais, tornando esse horizonte conceitualmente o alvo de ações de remediação. Na zona de transição entre a Rocha Alterada Mole e a Rocha Alterada Dura, definida pelo impenetrável ao método de perfuração, não foi verificada uma descontinuidade vertical da contaminação presente na matriz da rocha, indicando sua capacidade de armazenamento de massa. Ao longo do horizonte de Rocha Alterada Dura também é notada uma boa capacidade de atenuação natural do Tetracloroeteno (PCE) em fase dissolvida via degradação biótica. Neste trecho, apesar da massa de etenos-totais representar, neste caso, apenas 1,0% da massa total, as interações via difusão reversa entre o contaminante presente na matriz da rocha e em fase dissolvida pode gerar uma manutenção contínua do fluxo de massa vertical da contaminação para níveis mais profundos. Portanto, a caraterização adequada da porção de Rocha Alterada Dura é também parte fundamental do modelo conceitual e no direcionamento e definição de estratégias de remediação.
Título em inglês
not available
Palavras-chave em inglês
Compound specific isotope analysis
Conceptual model
Discrete fracture network
Fractured bedrock aquifer
Tetrachloroethylene (PCE)
Weathered bedrock
Resumo em inglês
Industrial areas characterized by the presence of contamination by chlorinated solvents can sometimes present impacts at deeper aquifer levels, supported by metamorphic rocks of the crystalline basement, impacting the potability of the deep groundwater resource. Traditional environmental research methods, usually applied in the development of conceptual models and remediation of source zones in porous and shallow aquifers, are not normally applicable in the context of fractured bedrock investigation. These rocks may present different levels of weathering. Therefore, the development of conceptual models of weathered fractured bedrock aquifers should initially consider the development of field methods. The adaptation of the "Discrete Fracture Network Approach" (DFN) is proposed in this thesis, as an innovative way in the national and international literature. This method includes the use of advanced investigation technologies in the characterization of a contaminated weathered crystalline bedrock aquifer, located in the region of the Jurubatuba Channel. The objective of this research is to apply the DFN method for establishing a detailed conceptual model, with respect to the processes related to contaminant migration and interaction within the bedrock matrix under different weathering horizons. The proposed methodology was very applicable and had a good efficiency for building the local conceptual geological model. The high-resolution rock sampling and analysis indicated the existence of PCE in concentrations related to residual NAPL saturation at discrete zones along the profile These zones are mainly related to the lithological contacts and interfaces among the saprolite and the soft weathered bedrock. Those interfaces comprise 99% of the total ethenes mass and therefore, conceptually indicate remedial target zones. The soft and hard weathered-bedrock transition zone, defined by the refusal depth for advancing hollow stem augers drilling methods, does not indicate a sharp decrease in the contaminant pattern within the bedrock matrix. This indicates that a contaminant storage capacity of the bedrock remains beyond this interface. A natural attenuation capacity related to biological degradation of the dissolved PCE was also observed along the vertical profile of the hard weathered-bedrock. In this horizon, even though the total mass represents only 1% of the total amount, contaminant back-diffusion can sustain dissolved concentration over time and maintain the continuous vertical mass flux into deeper parts of the aquifer. Therefore, the appropriate characterization of the hard weathered-bedrock horizon is also a key aspect in the conceptual model and in the definition of remedial strategies.
 
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Tese_Paulo_Lima.pdf (32.00 Mbytes)
Data de Publicação
2020-08-11
 
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