Métodos geofísicos

Estão citados na literatura alguns métodos alternativos que poderiam caracterizar de forma mais adequada a colmatação de meios porosos, dentre esses estão os geofísicos. Os métodos geofísicos são muito utilizados em sondagens e investigações de contaminação em ambientes subterrâneos e no mapeamento de plumas de contaminação orgânica ou inorgânica e de resíduos metálicos em solos, aquíferos, aquitardes e aquicludes. Como nos SACs-EHSS o

escoamento é subsuperficial horizontal, apresentando um meio de escoamento semelhante ao de ambientes subterrâneos, técnicas geofísicas poderiam ser utilizadas ou adaptadas para caracterização da colmatação nesses meios porosos. Além disso, a colmatação é semelhante à de uma contaminação, seja orgânica (biofilme, sólidos voláteis provenientes da água residuária em tratamento e do material vegetal produzido no SAC), ou inorgânica (sólidos desprendidos nos processos de desgaste do substrato, precipitação de sais, além de resíduos de transformações ou do metabolismo). Por tudo isso e por serem técnicas indiretas, não invasivas ou destrutivas (CETESB, 1999) essas técnicas podem ser consideradas bastante promissoras também no campo da avaliação em sistemas de tratamento de água residuárias.

Segundo Morris e Knowles (2011), a família dos métodos geofísicos tem como princípio a diferenciação do ambiente no que se refere às propriedades dielétricas dos materiais que o compõem. Os autores citam o Time Domain Reflectometry (Reflectometria no Domínio do Tempo) ou TDR. O princípio de funcionamento do TDR é a emissão de ondas eletromagnéticas por eletrodos, que são refletidas pelo meio e captadas, o que tem sido utilizado na medição do conteúdo de água no meio, uma vez que a água proporciona reflexão de ondas diferente das proporcionadas por sólidos. Assim, poderia ser utilizado para se comparar o teor de água em SACs limpos e aqueles em que os espaços porosos estejam ocupados com material sólido. Entretanto, como os sólidos de colmatação são bem hidratados, com frequência contendo teores acima de 95% de água e pelo fato de ser de difícil uso em substratos rochosos, em razão do risco de interferência no mecanismo pelos grãos presentes, a técnica do TDR não tem sido muito empregada na caracterização do grau de colmatação em SACs.

A sonda de capacitância (Capacitance Probe) tem funcionamento semelhante ao do TDR, diferindo no que se refere ao material utilizado para emissão das ondas eletromagnéticas, que são placas metálicas envoltas em um cilindro plástico. Assim como o TDR, são também utilizados em estudos de determinação do conteúdo de água no meio. Giraldi e Ianelli (2009) avaliaram a utilização da sonda de capacitância, enquanto Platzer e Mauch (1997) utilizaram o TDR na avaliação de SACs, em unidades verticais, consideradas mais adequadas para o emprego dessas metodologias em razão da aplicação da água residuária ocorrer de forma intermitente nesses sistemas. Nessas condições é possível se efetuar as medições em períodos em que o sistema esteja com menor conteúdo de água, possibilitando, assim, melhor identificação de sólidos retidos nos poros. Procedendo dessa forma, Morris et al. (2011) avaliaram a técnica das sondas de ressonância magnética para identificação da obstrução e

discutido, que as técnicas de ressonância magnética são promissoras para avaliação do grau de colmatação de SACs, tendo em vista a confiabilidade e o fato de não ser necessária a retirada de amostras e sua análise em laboratório.

CETESB (1999) cita ainda outros métodos, como eletromagnético indutivo (EM), eletrorresistividade (ER) e magnetometria que, por propriedades de resistividade, condutividade elétrica, são adequados para utilização do mapeamento de contaminação metálica e inorgânica. Testes preliminares efetuados por Tapias et al. (2013) indicaram que a utilização da resistividade elétrica e da polarização induzida pode ser útil para delineamento da expansão da colmatação em SACs. Entretanto, a ER é mais adequada para sondagem em maiores profundidades, em torno de 100 m (CETESB, 1999), sendo pouco indicada, por essa razão, para avaliação feita em unidades de 0,40 a 0,60 m de profundidade, tal como em SACs- EHSS. O método mais flexível e utilizado em diversas condições, seja em caracterização geológica e hidrogeológica, contaminações por postos de gasolina ou por infiltração de percolados de pilhas de rejeitos de indústrias de beneficiamento de minérios é o do Georadar (Groundwater Penetrating Radar, GPR). O GPR pode ser tanto utilizado em avaliações de contaminação orgânica como inorgânica. Como a colmatação tem a participação dessas duas frações sólidas, esse é um método de potencial e indicável a ser mais estudado, de forma a se proporcionar uma alternativa confiável na caracterização do grau de colmatação de SACs.

O princípio do equipamento GPR é semelhante ao do sonar, em que são emitidas ondas eletromagnéticas de alta frequência (10 a 2500 MHz) que são refletidas pelo meio. A partir das diferenças entre as propriedades dielétricas do meio, há distintas velocidades de reflexão, gerando a caracterização da área, com possível identificação de áreas contaminadas ou de diferentes estruturas (PORSANI, 1999; ARANHA et al., 2002; SOUZA, 2005). Enquanto a maioria dos métodos descritos anteriormente são fixos, cravando-se eletrodos ou placas no meio poroso, esse é dinâmico, já que o equipamento pode ser movido sobre rodas ou superfície deslizante. Segundo Morris e Knowles (2011), as desvantagens desse método são o requerimento de um equipamento relativamente caro e complexo e as dificuldades de medição em unidades plantadas, por haver dificuldades de acesso à superfície para realização da sondagem. Entretanto, em função da possibilidade de caracterização de diversas seções da unidade, torna-se ferramenta promissora, cujos resultados poderão proporcionar mais detalhada caracterização do grau de colmatação de SACs.

Cooper et al. (2008) empregaram a técnica do GPR para mapeamento da colmatação em um SAC, obtendo uma figura (Figuras 4.12 e 4.13) na qual os padrões de cores representam

sólidos acumulados, espaços porosos e outras estruturas presentes no sistema. Os autores não puderam, entretanto, associar outros padrões a nenhuma condição do meio, sendo assim, recomendaram que um SAC recém operado deva ser utilizado como referencial, tornando, assim, possível o reconhecimento e distinção dos sinais transmitidos pelo substrato, poros vazios, poros preenchidos, plantas e suas raízes. De posse das figuras ou mapas de distribuição dos sólidos, podem ser utilizados programas de análise de pixels para se efetuar a quantificação dos espaços porosos e se obter um mapeamento longitudinal e transversal da colmatação no meio poroso.

Figura 4.12. Exemplo da caracterização longitudinal do SAC em Lightorne Heath, com uso

do georadar (GPR). As áreas escuras indicaram a presença de matéria orgânica (lodo/biomassa) (COOPER et al., 2008).

Figura 4.13. Exemplo da caracterização transversal do SAC em Ashorne, com uso do

georadar (GPR). As áreas escuras indicam a presença de matéria orgânica (lodo/biomassa) (COOPER et al., 2008).

Um resumo dos métodos descritos anteriormente, pode ser observado no Quadro 4.1, informando o uso e as vantagens e desvantagens de cada um desses.

Quadro 4.1. Resumo da aplicabilidade e vantagens e desvantagens associados aos

métodos disponíveis de avaliação e de obtenção do grau de colmatação em SACs.

Método Aplicabilidade Vantagens Desvantagens

Permeâmetros de bancada

(Carga Variável ou Constante)

 Medição de condutividade hidráulica em solos e substratos coesos;

 Teste em laboratório.

 Medição controlada em laboratório;

 Melhores condições para comparação dos resultados.

 Não é possível a retirada de amostras indeformadas para análise;

 Não é recomendável o uso em substrato pedregulhoso.

Permeâmetro de Carga Constante (PCC)

 Medição da condutividade hidráulica em solos, filtros e SAC;

 Teste em campo.

 Método padrão para SACs.

 Mais difícil execução, em comparação com o PCV;

 Invasivo;

 Simula melhor as condições em SACs-EV;

 Não é recomendável comparar resultados em leitos com diferentes condições configurações e condições de funcionamento. Permeâmetro de Carga Variável (PCV)  Medição da condutividade hidráulica em solos, filtros e SAC;

 Teste em campo.

 Mais fácil execução;  Apesar de mais simples,

apresenta resultados condizentes com o PCV.

 Simula melhor as condições em SACs-EV;

 Invasivo;

 Não é recomendável comparar resultados em leitos com diferentes condições configurações e condições de funcionamento;  Maior variabilidade dos resultados

obtidos em relação ao PCC;

 Respostas fortememente

influenciadas pelas primeiras camadas;

 Nem sempre apresenta boa correlação com o método direto.

Slug Test  Medição da condutividade hidráulica em solos;

 Teste em campo.

  Invasivo;

 Mais indicado para SACs-EV;  Método mais sofisticado.

Infiltrômetro de Anel

 Medição da condutividade hidráulica em solos;

 Teste em campo.

 Execução simples.  Invasivo;

 Mais indicado para SACs-EV.

Pumping Test; Steady State Test; Unlined Auger Hole.

 Medição da condutividade hidráulica em ambientes saturados (aquitardes, aquicludes e aquíferos);

 Teste em campo.

  Execução sofisticada;

 Requer grande amparato.

Modified Cube Method

 Medição da condutividade hidráulica em solos e meios coesos;

 Teste em laboratório.

 Medição da

condutividade hidráulica nos três eixos, incluindo o horizontal.

 Difícil retirar amostras indeformadas.

Amostragem de Sólidos

 Quantificação da concentração de sólidos em filtros e SAC;  Teste em campo.

 Execução simples;  Método direto de

obtenção do grau de colmatação;

 Pode ser utilizado para comparação entre diferentes unidades.

 Requer interrupção do

fornecimento da água residuária em tratamento;

 Necessidade de drenagem do sistema;

 Sujeito a perdas por lavagem de sólidos;

 A massa específica parece ser mais importante do que a própria massa;  Bastante invasivo ao leito.

Teste com traçadores

 Obtenção do TDH, eficiência volumétrica e outras variáveis hidrodinâmicas de reatores;  Teste em campo.

 Respostas das condições de escoamento do líquido no reator;  Adequados tanto para

unidades verticais quanto horizontais.

 Os resultados podem ser influenciados pelo tipo de traçador, pois não existe uma substância ideal;

 Problemas com toxicidade, movimento preferencial vertical (diferença de densidade) e baixa recuperação;

 Dependendo da substância escolhida, pode demandar grande aparato e equipe especializada;  Respostas do sistema como um

todo e não das condições de cada trecho.

Quadro 4.1. Resumo da aplicabilidade e vantagens e desvantagens associados aos

métodos disponíveis de avaliação e de obtenção do grau de colmatação em SACs (continuação).

Sonda de Capacitância  Determinação do conteúdo de água no meio;

 Associação do teor de água com o teor de matéria orgânica;  Teste em campo.

 Método não invasivo;

 Método promissor.  Mais de 95% da constituição dos sólidos orgânicos é água, tendo prejuízo na análise em reatores permanentemente alagados;

 Mais adequado para sistemas de funcionamento intermitente, como SACs- EV;

 Requer equipamento especializado.

Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR)  Determinação do conteúdo de água no meio;  Associação do teor de água com o teor de matéria orgânica;  Teste em campo.

 Método não invasivo;

 Método promissor.  Mais de 95% da constituição dos sólidos orgânicos é água, tendo prejuízo na análise em reatores permanentemente alagados;

 Mais adequado para sistemas de funcionamento intermitente, como SACs- EV;

 Requer equipamento especializado.

Eletrorresistividade (ER)  Mapeamento de contaminação metálica e inorgânica;

 Teste em campo.

 Método não invasivo;

 Método promissor.  Menos indicado para caracterização da obstrução por sólidos orgânicos;  Adequado para prospecção em grandes profundidades (em torno de 100 m), condição não encontrada em SACs;  Requer equipamento especializado.

Ressonância Magnética  Mapeamento de contaminação;

 Teste em campo;

 Método não invasivo;

 Método promissor.  Equipamento sofisticado;

Georadar (GPR)  Mapeamento da contaminação orgânica e inorgânica;

 Teste em campo.

 Método não invasivo;  Método promissor;  Identificação de

poros obstruídos e disponíveis;

 Equipamento sofisticado;

 De difícil prospecção em ambientes plantados.

No documento Colmatação em sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial: principais fatores e métodos de identificação em unidades plantadas e não plantadas (páginas 84-89)