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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2020.tde-05112020-105327
Documento
Autor
Nome completo
José Carlos Rocha Gouvêa Júnior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Bertolo, Reginaldo Antonio (Presidente)
Alberto, Marcio Costa
Cunha, Rodrigo César de Araújo
Henderson, James King
Marinho, Fernando Antonio Medeiros
Título em português
Abordagem escalonada para determinação de assinaturas químicas de hidrocarbonetos em vapores do solo: Bairro residencial Volta Grande IV, Volta Redonda, RJ, Brasil
Palavras-chave em português
Assinaturas química de hidrocarbonetos
Geoforense
Intrusão de vapores
PIANO
Resumo em português
Análises ambientais convencionais, possibilitam a determinação e a quantificação de um grupo limitado de hidrocarbonetos. Muitas vezes este tipo de análise não permite diferenciar fontes de contaminações subsuperficiais daquelas associadas ao background ambiental atmosférico. Para possibilitar uma melhor compreensão quanto a natureza, origem e idade das contaminações, em diferentes matrizes ambientais, métodos específicos para a determinação de assinaturas químicas foram desenvolvidos nas últimas duas décadas. Devido a crescente necessidade da identificação de fontes de contaminações em cenários complexos, envolvendo a presença de múltiplas fontes de contaminação, o foco das pesquisas concentrou-se no desenvolvimento de abordagens analíticas flexíveis, aplicadas de forma escalonada, que facilitam a análise composicional detalhada pelo uso de técnicas de cromatografia gasosa e métodos auxiliares, que determinam uma ampla gama de hidrocarbonetos de petróleo individuais. Neste contexto, o desenvolvimento da abordagem escalonada é baseado na análise da composição de derivados de petróleo, carvão e subprodutos originados pelo processo de combustão, e o comportamento cromatográfico dos constituintes maiores e menores de cada uma dessas assembleias. Para investigar a origem de hidrocarbonetos presentes no solo e nos vapores subsuperficiais do Bairro Residencial Volta Grande IV, a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) realizou uma avaliação geoforense, baseada no uso de uma abordagem escalonada para a determinação de assinaturas químicas de hidrocarbonetos detectados em estudos ambientais prévios. O objetivo da avaliação foi diferenciar assinaturas químicas relacionadas a presença de resíduos compatíveis com a atividade siderúrgica, daquelas contaminações associadas ao background urbano típico. Nas amostras de solo, foram analisados Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (HTP), HTP Fingerprint, Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs) e biomarcadores, e, nas amostras de vapores do solo, foram analisados COVs (método TO-15) e PIANO (método TO-15 modificado). Os resultados indicaram que o solo da porção leste do Bairro VGI V apresentou assinaturas químicas similares ao alcatrão de hulha; compatível com a esperada para resíduos siderúrgicos, e as amostras coletadas nas demais regiões, foram obtidas assinaturas químicas compatíveis com gasolina fresca, asfalto degradado e fuligem, compatíveis com um cenário típico de ocupação urbana. Resíduos siderúrgicos foram delimitados na região leste do Bairro VG IV (cerca de 10% da extensão total da área avaliada), em uma camada contínua de 1,5 m de espessura, posicionada a 1,5 m de profundidade. A utilização de ferramentas geoforenses, auxiliou na identificação da fonte dos hidrocarbonetos na área de estudo, diferenciando ocorrências associadas ao background urbano, daquelas compatíveis com resíduos de origem siderúrgica. Apesar da extensa literatura existente a nível internacional, a principal aplicação da ferramenta é focada em contaminações relacionadas a vazamentos de petróleo e derivados. Neste contexto, a presente pesquisa contribui com o avanço do uso de ferramentas químicas forenses em diversos cenários, incluindo a identificação de assinaturas relacionadas ao processo siderúrgico em cenários com a presença de múltiplas fontes de contaminação e diversos graus de intemperismo.
Título em inglês
Tiered analytical approach to determination of hydrocarbon fingerprint in soil vapor samples: Residential Neighborhood Volta Grande IV, Volta Redonda, RJ, Brazil
Palavras-chave em inglês
Geoforensics
Hydrocarbon chemical signature
PIANO
Vapor Intrusion
Resumo em inglês
Conventional environmental analyses allow the determination and quantification of a limited group of hydrocarbons. This type of analysis is often unable to differentiate between subsurface contamination sources and atmospheric environmental background. To better understand the nature, origin and age of contamination in different environmental matrices, specific methods for the determination of chemical signatures have been developed over the last two decades. Due to the increasing need to identify sources of contamination in complex scenarios involving the presence of multiple sources, research efforts focused on the development of flexible, tiered analytical approaches that facilitate the detailed compositional analysis by means of gas chromatography techniques and auxiliary methods, which determine a wide range of individual petroleum hydrocarbons. In this context, the development of the tiered approach is based on the analysis of the composition of petroleum products, coal and combustion byproducts, and the chromatographic behavior of the largest and smallest constituents of each of these assemblies. In order to investigate the origin of hydrocarbons present in the subsurface soil and vapors of Volta Grande IV neighborhood, Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) carried out a geoforensic assessment based on a tiered approach for the determination of chemical signatures of hydrocarbons detected in former environmental studies. The goal of the evaluation was to differentiate chemical signatures related to the presence of residues compatible with the steel industry from the contaminations associated with typical urban background. In the soil samples, Total Petroleum Hydrocarbons (TPH), TPH fingerprint, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and biomarkers were analyzed and, in the soil vapor samples, VOCs (TO-15 method) and PIANO (modified TO-15 method) were analyzed. The results indicated that the soil of the eastern portion of VG IV showed chemical signatures like coal tar; consistent with what was expected for steelmaking waste and, in the samples collected in the remaining regions, chemical signatures were compatible with fresh gasoline, weathered asphalt and soot, compatible with a typical scenario of urban occupation. Steel industry residues were limited to the eastern region of VG IV (about 10% of the total evaluated area), in a continuous layer of 1.5 m of thickness, starting at 1.5 m below the surface. The use of geoforensic tools helped identify the source of the hydrocarbons in the target area, differentiating occurrences associated with urban background from those compatible with steel processing waste. Despite the extensive literature available internationally, the main application of the tool is focused on contamination related to spills of oil and its byproducts. The present research contributes to the advance of the use of forensic chemical tools in several scenarios, including the identification of signatures related to the steel process in scenarios with the presence of multiple sources of contamination and different degrees of weathering.
 
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Data de Publicação
2020-11-05
 
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