Modelamento 3D do Transporte de Contaminantes nas AS
Programas RT3D, MT3DMS e MT3D99

   O modelamento do comportamento de substâncias químicas no meio ambiente tem como principais objetivos: avaliação da qualidade do meio ambiente, avaliação da exposição humana aos poluentes e risco de contaminação, e, determinação das medidas e estratégias de proteção, contenção e remediação para a proteção de seres humanos e meio ambiente. Modelos de transporte de contaminantes são ferramentas, que sendo utilizadas de maneira correta podem auxiliar de maneira decisiva profissionais envolvidos em assuntos complexos ligados à area do meio ambiente.

    Atualmente existem três programas para o modelamento do transporte de contaminantes em águas subterrâneas que tem sido integrados a diferentes softwares de modelamento e utilizados intensamente pela EPA: RT3D (desenvolvido por T.P. Clement para Battelle Memorial Institute), MT3DMS (desenvolvido por C. Zheng e P.P. Wang para US Army Corps of Engineers) e MT3D99 (desenvolvido por C. Zheng para S.S. Papadopulos & Associates Inc.).

RT3D

   O programa RT3D, que se baseia no programa MT3D 1.5, foi desenvolvido para simular o transporte de substâncias em aqüíferos 3D incluindo reações multi-espécies. Inclui sete modelos com os quais podem ser simuladas as seguintes reações químicas:

• Decaimento aeróbico instantâneo de BTXE.
  
  Neste modelo são simuladas reações de biodegradação de hidrocarbonetos sob condições anaeróbicas. Para cada intervalo de tempo o modelo formula taxas de remoção através da diminuição de hidrocarbonetos ou oxigênio em cada célula do modelo. Existem portanto dois componentes, BTXE e oxigênio, ambos móveis, e uma constante (a razão estequiométrica entre oxigênio e BTXE).
  
  
• Degradação instantânea de BTXE ao longo do percurso do contaminante.
  
  Este segundo modelo é parecido com o modelo anterior, no entanto, podem ser utilizados cinco tipos de degradação para a simulação da biodegradação do BTXE: respiração aeróbica, denitrificação, redução de ferro, redução de sulfato e geração de metano. Este modelo inclui seis componentes móveis (BTXE, oxigênio, nitrato, Ferro 2+, Sulfato e metano) e constantes estequiométricas.
  
  
• Degradação de BTXE ao longo do percurso do contaminante limitada por reações cinéticas.
  
  Neste modelo são utilizadas reações cinéticas (tipo Monod) ao invés de reações instantâneas, como no caso do modelo anterior. O modelo prognostica a taxa de decaimento do hidrocarboneto proporcional à concentração do composto. Esta metodologia é utilizada para considerar concentrações de receptores de elétrons e sua utilização no decorrer do processo. Este modelo também inclui seis componentes móveis (BTXE, oxigênio, nitrato, Ferro 2+, Sulfato e metano) e constantes estequiométricas.
  
  
• Reações de adsorção limitadas por taxas de transferência de massa.
  
  Este modelo simula reações de adsorção limitadas por transferência de massa e que acompanham o comportamento da fração móvel e imóvel de um dado constituinte modelado. Somente dois parâmetros sâo necessários: o coeficiente de transferência de massa e o coeficiente de partição linear, que corresponde ao coeficiente de distribuição Kd.
  
• Degradação causada pela troca de elétrons mediada por bactérias.
  
  Este modelo simula reações de doação e recepção de elétrons mediada pelo crescimento da população de bactérias na fase líquida e sólida. O modelo pode ser utilizado para qualquer tipo de sistema biológico, desde que existam informações sobre os coeficientes e as taxas correspondentes.
  
  
• Reações de decaimento sequenciais.
  
  Este modelo simula a degradação sequencial sob condições anaeróbicas de até quatro componentes utilizando uma série de relações composto pai - composto filho. O modelo foi desenvolvido principalmente para simular a declorinização de PCE (percloroetileno), no entanto, pode ser utilizado para qualquer reação de decaimento com até quatro compostos. O modelo possui quatro componentes móveis (PCE, TCE (tricloroeteno), DCE (dicloroeteno) e VC (cloreto de vinila) e sete constantes de reação.
  
  
• Reações de decaimento aeróbico/anaeróbico para PCE/TCE.
  
  Neste modelo são simuladas reações de decaimento aeróbicas e anaeróbicas para solventes clorados. Inclui seis componentes móveis (PCE, TCE, DCE, VC, etileno e cloro) e nove constantes.

MT3DMS

   MT3DMS é um modelo tridimensional de transporte do tipo "multi-espécies" (vários compostos), com estrutura modular, para a simulação de processos de advecção, dispersão e reações químicas de contaminantes em sistemas aqüíferos. Este modelo inclui:

• Um esquema de terceira ordem que considera a variação e diminuição dos constituintes para a solução do termo advectivo (TVD), conservando a massa e sem introduzir excessiva dispersão numérica ou excessiva oscilação artificial para a simulação de mudanças nas concentrações de fases diluidas em águas subterrâneas, considerando processos de advecção, dispersão, difusão e algumas equações químicas básicas. Considera ainda vários tipos de condições de contorno, fontes e sumidouros externos. As equações químicas básicas incluem reações de adsorção (baseadas em características de equilíbrio ou em taxas limitantes lineares e não-lineares) e reações cinéticas reversíveis e irreversíveis de primeira ordem.

MT3D99

    O MT3D99 é um "upgrade" do MT3DMS e as principais modificações incluem:

• Reações cinéticas de Monod de ordem zero ou ordem mesclada.
  
  
• Um pacote de reações para manusear reações aeróbicas e anaeróbicas do tipo BIOPLUME entre hidrocarbonetos e qualquer receptor de elétrons definido pelo usuário, ou reações em cadeia do tipo composto-pai/composto-filho para compostos inorgânicos ou orgânicos.
  
  
• Opção de reiniciação de cálculos automática.
  
  
• Balanço de massa detalhado para cada célula.

   Todos estes programas são compatíveis com o programa de modelamento do fluxo de águas subterrâneas MODFLOW do USGS (United States Geological Survey). Como tal foram integrados em diversos softwares como Visual Modflow Pro - Waterloo Hydrogeologic, Inc., GMS - BRIGAM - YOUNG University e PMWIN - W.H.Chiang, entre outros.

   A figura exibe saída do programa Visual-Modflow Pro para simulações efetuadas com o programa RT3D e MT3DMS. Na figura você observa uma pluma de contaminação de PCE.

legenda: Exemplo de saída em corte do MT3DMS no ambiente Visual Modflow Pro

(Waterloo Hydrogeologic Inc.).
Dr. Michel W. Kohnke é consultor senior da Waterloo Hydrogeologic Inc.
Tel: 1 (519) 746-1798 R.241 (Waterloo, Canada)
(11) 3030-9344 (São Paulo)
E-mail: mkohnke@flowpath.com