Aplicação de Isótopos Estáveis em Estudos de Áreas Contaminadas Geol. Paulo Lima Essencis Engenharia e Consultoria Porto Alegre, RS Novembro de 2013

Sumário Background - “Análise de Compostos Específicos” (Compound Specific Isotope Analysis- CSIA) Aplicações Estudo de Caso

Isótopos com Aplicações Ambientais hidrogênio 1H, 2H, 3H carbono 12C, 13C, 14C nitrogênio 14N, 15N oxigênio 16O, 17O, 18O enxofre 32S, 34S Cloro 35Cl, 37Cl bromo 79Br, 81Br Compostos Orgânicos Eteno Clorados Etano Clorados Benzeno Cl Cl Cl Cl C C Cl C C H Cl Cl H H Cl Cl Cl Cl C C H C C H Cl H H H Isótopo: 13C/12C, D/H Aravena, 2008

TERMINOLOGIA Valores expressos em “delta”: dsample = (Ramostra/Rpadrão – 1)•1000 ‰ onde R = 18O/16O (ou 2H/1H ou 13C/12C ou...) da amostra e do padrão padrão: VSMOW - Vienna Standard Mean Ocean Water (H2O) para d18O ou d2H VPDB - Vienna Pee Dee Belemnite (CaCO3) para d18O ou d13C Aravena, 2008

Determinação do método “compound-specific isotope analysis” por GC-IRMS Cromatograma (GC) Intensidade Tempo 13CO2 12CO2 Spectrometro de Massa (IRMS) VC cDCE TCE Combustão Ref. gas Injeção Coluna 13CO2+ 12CO2+ Tempo CO2 Tempo VC cDCE TCE 13C 12C VC cDCE TCE Aravena, 2008

Análise do Isótopo de Carbono Limite de Detecção - 2-20 ppb : BTEX Etenos, etanos e metanos clorados 40 ml vials de VOCs Precisão de ± 0.5 ‰ Análise hoje ainda não é feita no Brasil, mas existem laboratórios no Canadá , nos EUA e Europa. Aravena, 2008

Aplicações - CSIA A razão isotópica é conservada durante processos físicos, na ausência de biodegradação? É possível utilizar a tecnologia para mapeamento de degradação? É possível distinguir diferentes fontes e eventos de contaminação? Aravena, 2008

Background Processo de Transporte de Contaminantes Contaminant source Diffusion Dissolution Advection Dispersion Sorption/ Retardation Biodegradation Degassing Contaminant source Plume Well DNAPL LNAPL Aravena, 2008

Background - Degradação de clorados em ambiente anaeróbico Condições Anaeróbicas Condições Ferro-redutoras Condições Sulfato-redutoras e metanogênese Condições Sulfato-redutoras e metanogênese Aravena, 2008

Aplicações – Biodegração de Compostos Fracionamento do isótopo de carbono durante a transformação de VC para eteno Cloreto de Vinila Eteno d13C Cloreto de Vinila = 13 C / 12 C 12C degradam mais rapidamente -> Diferença na cinética da reação = fracionamento isotópico Aravena, 2008

Aplicações – Oxidação Qúímica In-situ Mapeamento da eficácia do processo de oxidação Rebound Spill d13C

Aplicações – Intrusão de Vapores Mapeamento da fonte geradora de vapores d13C d13C d13C d13C

Aplicações – Fingerprint Mapeamento de Fontes de Contaminação Dual Isotope approach δ 13C vs δ 37Cl Beneteau et al. (1999)

Estudo de Caso Lojkasek-Lima et al., 2012

Estudo de Caso Modelo Conceitual Lojkasek-Lima et al., 2012 Source: Kennel (2008)

Estudo de Caso Modelo Conceitual Distribuição Vertical da Contaminação Source: Kennel (2008) Lojkasek-Lima et al., 2012 Source: Kennel (2008)

Perguntas do órgão ambiental: Estudo de Caso Perguntas do órgão ambiental: Qual a Capacidade de Atenuação Natural do aquífero local? O TCE detectado no poço municipal profundo tem sua origem associada a área de estudo? Lojkasek-Lima et al., 2012

Estudo de Caso TCE DCE Cl Cl Cl Cl C C C C Cl H H H Lojkasek-Lima et al., 2012

Estudo de Caso Mapeamento de Fontes Lojkasek-Lima et al., 2012

Estudo de Caso Lojkasek-Lima et al., 2012 Poço Profundo Direção de Fluxo Divisor de água subterrânea Área de Estudo poços no entorno Total VOCs (ppb) 9160 9078 925 Lojkasek-Lima et al., 2012

Conclusões O uso de isótopos estáveis é mais uma tecnologia complementar para construção de modelo conceitual de uma área contaminada Sempre entender o sistema de fluxo, fontes e os mecanismos de transporte de contaminantes

Obrigado! plima@essencis.com.br Tel.: 11 3138-5910 www.essencis.com.br