MODELO HIDROGEOQUÍMICO

A partir dos dados dos parâmetros descritivos do fenômeno de degradação do carbono orgânico no interior da pluma de contaminação da água subterrânea coletados em outubro de 2010 e dos parâmetros mineralógicos e geoquímicos de caracterização dos solos e rochas da região do aterro sanitário, um modelo hidrogeoquímico foi desenvolvido com base no programa computacional denominado PHREEQCI versão 2, que é uma interface gráfica Windows para o programa de geoquímica PHREEQC 2, ambos disponibilizados pelo U.S. Geological Survey.

O PHREEQC 2 é um programa computacional implementado em linguagem C, desenvolvido para simulação de reações químicas e processos de transporte em águas naturais ou contaminadas (Parkhurst & Appelo, 1999), já tendo sido também empregado para a simulação da evolução da qualidade da água subterrânea ao longo de linhas de fluxo no interior de plumas contaminantes de lixiviado de aterros sanitários (Van Breukelen, 2003).

O programa é baseado no equilíbrio químico de soluções aquosas, que podem interagir com minerais, gases, soluções sólidas, troca iônica e superfícies de sorção, incluindo também a capacidade de modelar reações cinéticas, apresentando, dessa forma, aptidão para simular uma variedade de reações geoquímicas em um determinado sistema.

6.7.1 SIMULAÇÃO DA OXIDAÇÃO DO CARBONO ORGÂNICO

Com o intuito de avaliar a forma como se processa a oxidação da matéria orgânica em um ambiente com as características intrínsecas das águas subterrâneas da região do aterro sanitário do município de Belo Horizonte e responder alguns questionamentos sobre a origem da concentração de certos elementos no ambiente investigado, simulou- se a adição de matéria orgânica na forma de CH2O com o software PHREEQC. A

simulação ocorreu através do comando REACTION, que modela a ocorrência de reações irreversíveis entre a matéria orgânica e os aceptores terminais de elétrons, sendo

86 mensurado o consumo e a produção de reagentes e produtos quando o sistema atinge o equilíbrio químico após a reação, sem que haja nenhuma interferência externa.

A média das concentrações acima do limite de quantificação dos elementos analisados nos poços de monitoramento da água subterrânea foi eleita para o estudo em questão (Tabelas 3 e 5 do anexo), visto que se pretende avaliar o comportamento geral da água subterrânea perante a degradação da matéria orgânica por processos oxidativos. Foi adotada a última coleta, de outubro de 2010, da qual se dispunha de dados analisados no LGqA - Laboratório de Geoquímica Ambiental da Universidade Federal de Ouro Preto em conjunto com dados complementares analisados por laboratório químico terceirizado pela SLU (CTQ, 2011).

Cabe ressaltar que o interessante não é avaliar as concentrações produzidas ou consumidas nas reações de degradação da matéria orgânica, mas sim as tendências de acréscimo ou decréscimo das mesmas, com o objetivo de se compreender o comportamento do meio perante a contaminação por lixiviado, permitindo uma análise qualitativa dos mecanismos intervenientes no processo de evolução da qualidade das águas do aterro sanitário.

Dessa forma, a média das concentrações referentes à coleta de outubro de 2010 foi lançada no software PHREEQC, sendo a partir de então adicionadas alíquotas aleatórias de CH2O variando de micromol a milimol de forma a permitir uma variação no

comportamento dos parâmetros geoquímicos de interesse. A fração orgânica não poderia ser muito pequena, pois poderia ser consumida instantaneamente pelos aceptores termodinamicamente mais favoráveis, e nem muito grande, uma vez que como não há influência externa e as reações são irreversíveis, o consumo total dos aceptores poderia dar fim ao processo. Após as reações serem simuladas, a simulação indicou os prováveis valores referentes à concentração dos elementos de interesse, parâmetros físico-químicos e índices de saturação de alguns minerais e gases.

87

6.7.2 ÍNDICE DE SATURAÇÃO MINERAL

Com a determinação da concentração dos parâmetros nas águas coletadas em outubro de 2010 em todos os poços de monitoramento a jusante do talude principal do aterro sanitário, foi possível, com base no modelo desenvolvido pelo software PHREEQC, calcular a força iônica em cada ponto de amostragem. A partir daí, calcularam-se as atividades e os índices de saturação para as espécies minerais que possivelmente podem existir na região em estudo.

Durante o cálculo, o PHREEQC leva em consideração a formulação de Truesdell-Jones (equação 4.11) para a determinação da atividade dos íons maiores, de Debye-Hückel (equação 4.6) para os íons menores e de Davies (equação 4.10) nos casos não especificados (Appelo & Postma, 2005). Ainda, de acordo com os mesmos autores, para espécies neutras, como complexos sem carga e gases, o programa adota o coeficiente de atividade da seguinte forma: logγ = 0,1.I

WATEQ4F foi o banco de dados termodinâmico adotado em ambas as modelagens simuladas no PHREEQC. Este é um código de especiação para águas naturais, que faz uso de parâmetros físico-químicos e análises químicas da água como input e calcula a distribuição das espécies aquosas, a atividade dos íons e o índice de saturação, fornecendo indícios sobre a tendência dessa água dissolver ou precipitar um conjunto de minerais (Ball & Nordstrom, 1991). De acordo com Appelo & Postma (2005), esse banco de dados apresenta a mesma consistência do banco de dados do PHREEQC, porém, com a vantagem de poder ser estendido para muitos metais pesados.

6.7.3 MODELAGEM GEOQUÍMICA INVERSA

A modelagem geoquímica inversa foi executada no programa PHREEQC para diversas configurações dos poços de monitoramento da água subterrânea, com o intuito de avaliar as principais reações de oxirredução, troca iônica e precipitação/dissolução mineral ocorrentes na região do aterro sanitário no período de outubro de 2010.

88 Considerou-se diferentes possíveis caminhos de fluxo compreendidos entre os pontos de coleta, entre os quais pode-se citar a modelagem do PM 15 e PM 23 aos diversos níveis do PM 17, do PM 13 e PM 14 ao vários níveis do PM 16 e dos poços situados no sopé do talude (PM 12, PM 13, PM 14, PM 15 e PM 23) aos 3 níveis do ponto de amostragem situado mais a jusante do aterro (PM 20).

As fases reativas inseridas no software permitiram a dissolução e precipitação de minerais férrico e ferrosos existentes no aterro (goethita, hematita e magnetita), barita e pirita, além da adição do sulfato de hidrogênio ao sistema