Modelamento do comportamento de contaminantes no solo

Atualmente tem sido desenvolvidos por entidades governamentais (federais e estaduais) e pelo setor privado diversos programas de gerenciamento de contaminação de solos. O planejamento e implementação destes programas deveriam estar baseados em dados e informações confiáveis, que deveriam incluir o modelamento matemático como ferramenta para prognosticar o comportamento de contaminantes no solo e nos outros compartimentos do meio ambiente (zona não saturada, água subterrânea, água superficial e ar).
O modelamento do comportamento de compostos químicos nestes ambientes normalmente é efetuado para se atingir três objetivos: (1) determinação da qualidade do meio ambiente, (2) determinação da exposição de seres humanos aos poluentes e determinação do risco de contaminação e (3) decisão sobre as ações cabíveis, incluindo a implementação de estratégias de controle para a proteção de seres humanos e meio ambiente.
Dentro do sistema físico solo por exemplo, existem quatro caminhos principais de exposição de contaminantes num aterro com produtos perigosos: (1) percolado-água subterrânea, (2) água superficial, (3) solo contaminado e (4) resíduo contaminado e ar. Ações de remediação são implementadas para a redução da exposição de seres humanos e do meio ambiente a níveis aceitáveis, através tanto de medidas de contensão como de medidas de eliminação das substâncias tóxicas dos locais de sua exposição.

O modelamento destes processos pode ter um papel principal num programa de remediação e contensão ou num estudo de proteção do meio ambiente (EIA/RIMA). O modelo é uma ferramenta que, se utilizada de maneira adequada, pode dar ampla assistência na tomada de decisões relacionadas a aspectos complexos de aterros não controlados. Existem cinco importantes categorias básicas de modelos que devem ser considerados para o compartimento solo:
1. Modelos de emissão, para quantificar a liberação ou emissão de contaminantes ao meio ambiente (por exemplo emissões ao ar, percolados de um aterro,etc.).
2. Modelos de comportamento de compostos químicos, para estimar a concentração de poluentes no meio ambiente (por exemplo no solo ou para a água subterrânea).
3. Modelos de exposição, para correlacionar ou converter concentrações no meio ambiente para doses ingeridas ou absorvidas por seres humanos (por exemplo, inalação, etc.).
4. Modelos para cálculo do risco, que incluem também os modelos que calculam a relação dose-resposta (dose-response models), para a extrapolação de dados de carcinogeidade em animais para seres humanos para se estimar o risco de câncer nos mesmos e outras formas de risco (por exemplo risco ecológico, etc.).
5. Modelos de cálculo da relação custo/eficiência (por exemplo para a redução do risco a seres humanos), quando diferentes alternativas de ações ou estratégias (por exemplo medidas de remediação num aterro) deverão ser avaliadas ou modelos de gerenciamento de risco.
Um dos modelos mais populares da US EPA e que tem a capacidade de simultaneamente modelar o transporte de água, transporte de sedimento e comportamento de contaminantes é o modelo SESOIL. SESOIL tem sido utilizado amplamente por diversos consultores e agências reguladoras como ferramenta para compreender o comportamento e transporte de substâncias tóxicas na região não saturada do solo.

No SESOIL podem ser simulados processos físicos tanto de superfície como de subsuperfície. Os processos de superfície são: condições de contorno do tempo meteorológico, escoamento superficial, erosão do solo e recarga de contaminante. Os processos de subsuperfície são: fluxo variável, como função da umidade média, e, transporte advectivo do contaminante através do solo influenciado por efeitos de adsorção, volatilização, degradação, troca catiônica, hidrólise e formação de complexos químicos metálicos. SESOIL é um modelo de balanço unidimensional cujo código simula a lixiviação num polígono de solo. O contaminante pode estar presente no solo como condição inicial, ou ser introduzido ou retirado de qualquer camada a qualquer momento durante a simulação. A massa total de contaminante dentro de cada célula é distribuída em três fases: (1) líquida (dissolvida em água), (2) vapor e (3) adsorvida a superfícies sólidas. A seção vertical trabalhada no SESOIL é representada por uma zona não saturada consistindo de um material de propriedades de fluxo homogêneo. No ciclo hidrológico, toda a coluna é tratada como um único compartimento extendendo da superfície do solo até o topo do lençol freático.

Este perfil pode ser dividido em 2, 3 ou 4 camadas, que podem possuir diferentes espessuras. Esta divisão em camadas é útil quando se deseja definir propriedades de transporte e de recarga poluente diferentes para diferentes profundidades. Cada camada pode ser dividida ainda em 10 subcamadas de igual espessura. A concentração de poluente inicial pode ser definida para cada subcamada individualmente. Os cálculos de fluxo entre as subcamadas representa o maior nível de detalhamento possível.

No SESOIL os complexos processos que ocorrem na zona superficial e não saturada são agrupados em três ciclos: (1) ciclo hidrológico, (2) ciclo de recarga poluente e (3) ciclo do comportamento do poluente.
O ciclo hidrológico é simulado em primeiro lugar seguido do ciclo de recarga poluente. Os resultados de ambos ciclos são utilizados para o cálculo do comportamento do poluente. O ciclo hidrológico é baseado em teoria estatística dinâmica desenvolvida por Eagleston (1978) para o balanço de água de uma coluna de solo vertical, e foi adaptada de maneira a considerar as variações de umidade presentes. O ciclo hidrológico controla o ciclo de recarga de poluente. No ciclo do comportamento do poluente são simulados o transporte do mesmo e as transformações nas três fases: solo-ar ou fase gasosa, solo-fase úmida e solo- fase sólida.
SESOIL utiliza condições de contorno variáveis no tempo e executa os cálculos utilizando intervalos de tempos constantes de 30,4 dias (média mensal). O tempo mínimo de simulação é de um ano. O SESOIL também possui um pequeno banco de dados de tipos de solos e contaminantes que ocorrem na agricultura e indústria.
O grupo de programas denominado WHI UnSat Suite (Waterloo Hydrogeologic Inc.), incorpora o SESOIL e permite uma rápida entrada dos dados, cálculo e visualização dos resultados através de suas ferramentas gráficas (vide Figura 1). Além do SESOIL o software UnSat Suite utiliza os softwares com os modelos Visual HELP (para o dimensionamento de aterros, considerando aspectos hidrológicos), PESTAN (para a solução analítica do transporte de soluções orgânicas na zona não saturada), VS2DT (para o cálculo de fluxo e transporte 2D através da zona não saturada) e VLEACH (modelo 1D para prognosticar a mobilização e migração de substâncias orgânicas através da zona não saturada). A Figura 2 mostra a plataforma de avaliação do programa Visual HELP.
O modelo SESOIL provou ser uma ferramenta muito eficiente para avaliar a contaminação de águas subterrâneas pela zona não saturada. O modelo ainda pode ser utilizado efetivamente em estudos de avaliação de risco que requeiram inúmeras simulações com vários compostos.

Olho: O modelo é uma ferramenta que, se utilizada de maneira adequada, pode dar ampla assistência na tomada de decisões relacionadas a aspectos complexos de aterros não controlados