Poluição da água subterrânea - Groundwater pollution

Exemplo de poluição de águas subterrâneas em Lusaka , Zâmbia , onde a latrina de fossa no fundo está poluindo o poço raso em primeiro plano com patógenos e nitrato.

A poluição das águas subterrâneas (também chamada de contaminação das águas subterrâneas ) ocorre quando os poluentes são liberados para o solo e chegam às águas subterrâneas . Este tipo de poluição da água também pode ocorrer naturalmente devido à presença de um constituinte menor e indesejado, contaminante ou impureza nas águas subterrâneas, caso em que é mais conhecido como contaminação do que poluição . A poluição pode ocorrer a partir de sistemas de saneamento no local , aterros , efluentes de estações de tratamento de águas residuais , vazamentos de esgoto, postos de gasolina ou de aplicação excessiva de fertilizantes na agricultura . A poluição (ou contaminação) também pode ocorrer por contaminantes naturais, como arsênio ou flúor . O uso de águas subterrâneas poluídas causa riscos à saúde pública por meio de envenenamento ou disseminação de doenças ( doenças transmitidas pela água ).

O poluente geralmente cria uma pluma de contaminante dentro de um aquífero . O movimento da água e a dispersão dentro do aquífero espalham o poluente por uma área mais ampla. Seu limite de avanço, geralmente chamado de borda da pluma, pode se cruzar com poços de água subterrânea e de superfície, como fontes e fontes, tornando o abastecimento de água inseguro para humanos e animais selvagens. O movimento da pluma, denominado frente da pluma, pode ser analisado por meio de um modelo de transporte hidrológico ou modelo de água subterrânea . A análise da poluição das águas subterrâneas pode se concentrar nas características do solo e na geologia do local , hidrogeologia , hidrologia e a natureza dos contaminantes. Diferentes mecanismos têm influência no transporte de poluentes, por exemplo , difusão , adsorção , precipitação , decomposição , nas águas subterrâneas.

A interação da contaminação das águas subterrâneas com as águas superficiais é analisada pelo uso de modelos de transporte hidrológicos. As interações entre as águas subterrâneas e superficiais são complexas. Por exemplo, muitos rios e lagos são alimentados por água subterrânea. Isso significa que os danos aos aquíferos subterrâneos, por exemplo, por fraturamento ou super extração, podem, portanto, afetar os rios e lagos que dependem deles. A intrusão de água salgada em aquíferos costeiros é um exemplo de tais interações. Os métodos de prevenção incluem: aplicação do princípio da precaução , monitoramento da qualidade da água subterrânea, zoneamento da terra para proteção da água subterrânea, localização correta dos sistemas de saneamento no local e aplicação da legislação. Quando a poluição ocorre, as abordagens de gerenciamento incluem o tratamento da água no ponto de uso , a remediação da água subterrânea ou, como último recurso, o abandono.

Tipos de poluentes

Os contaminantes encontrados nas águas subterrâneas cobrem uma ampla gama de parâmetros físicos, químicos inorgânicos, químicos orgânicos, bacteriológicos e radioativos. Principalmente, muitos dos mesmos poluentes que desempenham um papel na poluição das águas superficiais também podem ser encontrados em águas subterrâneas poluídas, embora suas respectivas importâncias possam ser diferentes.

Arsênico e flúor

O arsênio e o flúor foram reconhecidos pela Organização Mundial da Saúde (OMS) como os contaminantes inorgânicos mais graves em água potável em todo o mundo.

O arsênio inorgânico é o tipo mais comum de arsênio no solo e na água. O arsênio metalóide pode ocorrer naturalmente nas águas subterrâneas, como visto com mais frequência na Ásia, incluindo China , Índia e Bangladesh . Na planície do Ganges, no norte da Índia e em Bangladesh, a contaminação severa das águas subterrâneas por arsênico natural afeta 25% dos poços de água nos aquíferos mais rasos de dois aquíferos regionais . A água subterrânea nessas áreas também é contaminada pelo uso de pesticidas à base de arsênio .

O arsênio nas águas subterrâneas também pode estar presente onde há operações de mineração ou depósitos de resíduos de mina que lixiviam o arsênio.

O fluoreto natural nas águas subterrâneas é uma preocupação crescente à medida que as águas subterrâneas mais profundas estão sendo usadas, "com mais de 200 milhões de pessoas em risco de beber água em concentrações elevadas." O flúor pode ser especialmente liberado de rochas vulcânicas ácidas e cinzas vulcânicas dispersas quando a dureza da água é baixa. Altos níveis de flúor nas águas subterrâneas são um problema sério nos Pampas argentinos , Chile , México , Índia , Paquistão , Rift da África Oriental e algumas ilhas vulcânicas ( Tenerife )

Em áreas com altos níveis naturais de flúor nas águas subterrâneas usadas para beber, a fluorose dentária e esquelética pode ser prevalente e severa.

Patógenos

As doenças transmitidas pela água podem ser transmitidas através de um poço de água subterrânea que está contaminado com patógenos fecais de latrinas

A falta de medidas de saneamento adequadas, assim como os poços mal posicionados , podem levar à ingestão de água contaminada com patógenos transportados nas fezes e na urina . Essas doenças de transmissão fecal-oral incluem febre tifóide , cólera e diarreia . Dos quatro tipos de patógenos que estão presentes nas fezes ( bactérias , vírus , protozoários e helmintos ou ovos de helmintos), os três primeiros podem ser comumente encontrados em águas subterrâneas poluídas, enquanto os ovos de helmintos relativamente grandes são geralmente filtrados pela matriz do solo.

Aqüíferos profundos e confinados são geralmente considerados a fonte mais segura de água potável em relação aos patógenos. Patógenos de águas residuais tratadas ou não podem contaminar certos aquíferos, especialmente rasos.

Nitrato

O nitrato é o contaminante químico mais comum nas águas subterrâneas e aquíferos do mundo. Em alguns países de baixa renda, os níveis de nitrato nas águas subterrâneas são extremamente altos, causando problemas de saúde significativos. Também é estável (não se degrada) sob condições de alto oxigênio.

Níveis de nitrato acima de 10 mg / L (10 ppm) em águas subterrâneas podem causar a " síndrome do bebê azul " ( metemoglobinemia adquirida ). Os padrões de qualidade da água potável na União Europeia estipulam menos de 50 mg / L de nitrato na água potável .

No entanto, as ligações entre os nitratos na água potável e a síndrome do bebê azul foram contestadas em outros estudos. Os surtos de síndrome podem ser causados por outros fatores além das concentrações elevadas de nitrato na água potável.

Os níveis elevados de nitrato nas águas subterrâneas podem ser causados por saneamento no local, eliminação de lodo de esgoto e atividades agrícolas. Portanto, pode ser de origem urbana ou agrícola.

Compostos orgânicos

Os compostos orgânicos voláteis (VOCs) são um contaminante perigoso das águas subterrâneas. Eles geralmente são apresentados ao meio ambiente por meio de práticas industriais descuidadas. Muitos desses compostos não eram considerados nocivos até o final dos anos 1960 e demorou algum tempo até que testes regulares de água subterrânea identificassem essas substâncias em fontes de água potável.

Poluentes de VOC primários encontrados em águas subterrâneas incluem hidrocarbonetos aromáticos , como compostos BTEX ( benzeno , tolueno , etilbenzeno e xilenos ) e solventes clorados, incluindo tetracloroetileno (PCE) , tricloroetileno (TCE) e cloreto de vinila (VC) . BTEX são componentes importantes da gasolina . PCE e TCE são solventes industriais historicamente usados em processos de lavagem a seco e como desengraxante de metais, respectivamente.

Outros poluentes orgânicos presentes nas águas subterrâneas e derivados de operações industriais são os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) . Devido ao seu peso molecular, o naftaleno é o HAP mais solúvel e móvel encontrado nas águas subterrâneas, enquanto o benzo (a) pireno é o mais tóxico. Os PAHs são geralmente produzidos como subprodutos pela combustão incompleta da matéria orgânica.

Poluentes orgânicos também podem ser encontrados nas águas subterrâneas como inseticidas e herbicidas . Como muitos outros compostos orgânicos sintéticos, a maioria dos pesticidas tem estruturas moleculares muito complexas. Essa complexidade determina a solubilidade em água, a capacidade de adsorção e a mobilidade dos pesticidas no sistema de água subterrânea. Assim, alguns tipos de pesticidas são mais móveis do que outros, de modo que podem chegar mais facilmente a uma fonte de água potável.

Metais

Vários vestígios de metais ocorrem naturalmente em certas formações rochosas e podem entrar no ambiente a partir de processos naturais, como intemperismo. No entanto, atividades industriais como mineração , metalurgia , eliminação de resíduos sólidos , trabalhos de pintura e esmalte, etc. podem levar a concentrações elevadas de metais tóxicos, incluindo chumbo , cádmio e cromo . Esses contaminantes têm o potencial de chegar às águas subterrâneas.

A migração de metais (e metalóides) em águas subterrâneas será afetada por vários fatores, em particular por reações químicas que determinam a partição de contaminantes entre diferentes fases e espécies. Assim, a mobilidade dos metais depende principalmente do pH e do estado redox da água subterrânea.

Farmacêutica

Traços de fármacos de águas residuais tratadas que se infiltram no aquífero estão entre os contaminantes emergentes do lençol freático em estudo nos Estados Unidos. Produtos farmacêuticos populares, como antibióticos, antiinflamatórios, antidepressivos, descongestionantes, tranqüilizantes, etc., são normalmente encontrados em águas residuais tratadas. Essas águas residuais são descarregadas da estação de tratamento e muitas vezes chegam ao aqüífero ou fonte de água de superfície usada para água potável.

Traços de fármacos nas águas subterrâneas e superficiais estão muito abaixo do que é considerado perigoso ou preocupante na maioria das áreas, mas pode ser um problema crescente à medida que a população aumenta e mais águas residuais recuperadas são utilizadas para o abastecimento de água municipal.

Outros

Outros poluentes orgânicos incluem uma variedade de organohaletos e outros compostos químicos, hidrocarbonetos de petróleo , vários compostos químicos encontrados em produtos cosméticos e de higiene pessoal , poluição por drogas envolvendo drogas farmacêuticas e seus metabólitos. Poluentes inorgânicos podem incluir outros nutrientes, como amônia e fosfato , e radionuclídeos , como urânio (U) ou radônio (Rn) naturalmente presentes em algumas formações geológicas. A intrusão de água salgada também é um exemplo de contaminação natural, mas muitas vezes é intensificada por atividades humanas.

A poluição das águas subterrâneas é um problema mundial. Um estudo da qualidade da água subterrânea dos principais aquíferos dos Estados Unidos, realizado entre 1991 e 2004, mostrou que 23% dos poços domésticos tinham contaminantes em níveis superiores aos padrões de referência para a saúde humana. Outro estudo sugeriu que os principais problemas de poluição das águas subterrâneas na África, considerando a ordem de importância, são: (1) poluição por nitrato, (2) agentes patogênicos, (3) poluição orgânica, (4) salinização e (5) drenagem ácida de minas.

Causas

As causas da poluição das águas subterrâneas incluem (mais detalhes abaixo):

Ocorrência natural (geogênica)
Sistemas de saneamento no local
Esgoto e lodo de esgoto
Fertilizantes e pesticidas
Vazamentos comerciais e industriais
Fraturamento hidráulico
Lixiviação de aterro
De outros

Ocorrência natural (geogênica)

“Geogênico” refere-se a ocorrência natural como resultado de processos geológicos.

A poluição natural por arsênio ocorre porque os sedimentos do aquífero contêm matéria orgânica que gera condições anaeróbias no aquífero. Essas condições resultam na dissolução microbiana dos óxidos de ferro no sedimento e, assim, na liberação do arsênio , normalmente fortemente ligado aos óxidos de ferro, na água. Como consequência, as águas subterrâneas ricas em arsênio são frequentemente ricas em ferro, embora os processos secundários muitas vezes obscureçam a associação de arsênio dissolvido e ferro dissolvido. O arsênio é encontrado nas águas subterrâneas mais comumente como o arsenito de espécie reduzido e o arsenato de espécie oxidado, a toxicidade aguda do arsenito sendo um pouco maior do que o do arsenato. As investigações da OMS indicaram que 20% dos 25.000 poços testados em Bangladesh tinham concentrações de arsênico superiores a 50 μg / l.

A ocorrência de flúor está intimamente relacionada à abundância e solubilidade de minerais contendo flúor, como a fluorita (CaF2) . Concentrações consideravelmente altas de flúor nas águas subterrâneas são normalmente causadas pela falta de cálcio no aqüífero. Podem ocorrer problemas de saúde associados à fluorose dentária quando as concentrações de flúor nas águas subterrâneas excedem 1,5 mg / l, que é o valor da diretriz da OMS desde 1984.

O Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática (EAWAG) desenvolveu recentemente a Plataforma de Avaliação de Água Subterrânea (GAP) interativa, onde o risco geogênico de contaminação em uma determinada área pode ser estimado usando dados geológicos, topográficos e outros ambientais sem ter que testar amostras de cada recurso de água subterrânea. Essa ferramenta também permite que o usuário produza um mapeamento de risco de probabilidade para arsênio e flúor.

Altas concentrações de parâmetros como salinidade, ferro, manganês, urânio, radônio e cromo, nas águas subterrâneas, também podem ser de origem geogênica. Esses contaminantes podem ser importantes localmente, mas não são tão difundidos como o arsênico e o flúor.

Sistemas de saneamento no local

Um complexo habitacional tradicional perto de Herat, Afeganistão, onde um poço de abastecimento de água raso (primeiro plano) fica próximo à latrina (atrás da estufa branca), levando à contaminação das águas subterrâneas.

A poluição das águas subterrâneas com patógenos e nitrato também pode ocorrer a partir da infiltração de líquidos no solo de sistemas de saneamento no local , como latrinas e fossas sépticas , dependendo da densidade populacional e das condições hidrogeológicas.

Fatores que controlam o destino e transporte de patógenos são bastante complexos e a interação entre eles não é bem compreendida. Se as condições hidrogeológicas locais (que podem variar dentro de um espaço de alguns quilômetros quadrados) forem ignoradas, infraestruturas de saneamento simples no local , como latrinas de fossa, podem causar riscos significativos à saúde pública por meio de águas subterrâneas contaminadas.

Os líquidos são lixiviados da fossa e passam pela zona insaturada do solo (que não está completamente cheia de água). Posteriormente, esses líquidos da fossa entram nas águas subterrâneas, onde podem causar a poluição das águas subterrâneas. Isso é um problema se um poço de água próximo for usado para fornecer água subterrânea para fins de água potável . Durante a passagem no solo, os patógenos podem morrer ou ser adsorvidos significativamente, principalmente dependendo do tempo de viagem entre a cova e o poço. A maioria, mas nem todos os patógenos morrem dentro de 50 dias de viagem através do subsolo.

O grau de remoção do patógeno varia fortemente com o tipo de solo, tipo de aquífero, distância e outros fatores ambientais. Por exemplo, a zona insaturada torna-se “lavada” durante longos períodos de chuva forte, fornecendo um caminho hidráulico para a passagem rápida de patógenos. É difícil estimar a distância segura entre uma latrina de fossa ou fossa séptica e uma fonte de água. Em qualquer caso, essas recomendações sobre a distância segura são geralmente ignoradas por aqueles que constroem latrinas de fossa. Além disso, os lotes domiciliares são de tamanho limitado e, portanto, as latrinas são freqüentemente construídas muito mais perto dos poços de água subterrânea do que o que pode ser considerado seguro. Isso resulta na poluição das águas subterrâneas e os membros da família adoecem ao usar essas águas subterrâneas como fonte de água potável.

Esgoto e lodo de esgoto

A poluição das águas subterrâneas pode ser causada por descarte de lixo não tratado, levando a doenças como lesões de pele, diarreia com sangue e dermatite. Isso é mais comum em locais com infraestrutura de tratamento de esgoto limitada ou onde há falhas sistemáticas no sistema de coleta de esgoto local. Junto com patógenos e nutrientes, o esgoto não tratado também pode ter uma carga importante de metais pesados que podem infiltrar-se no sistema de água subterrânea.

O efluente tratado de estações de tratamento de esgoto também pode chegar ao aquífero se o efluente for infiltrado ou descarregado em corpos d'água superficiais locais. Portanto, as substâncias que não são removidas nas estações convencionais de tratamento de esgoto também podem atingir o lençol freático. Por exemplo, as concentrações detectadas de resíduos farmacêuticos nas águas subterrâneas foram da ordem de 50 mg / L em vários locais da Alemanha. Isso porque nas estações convencionais de tratamento de esgoto, micropoluentes como hormônios , resíduos farmacêuticos e outros micropoluentes contidos na urina e nas fezes são removidos apenas parcialmente e o restante é despejado em águas superficiais, de onde também pode atingir o lençol freático.

A poluição das águas subterrâneas também pode ocorrer por vazamento de esgoto, que foi observado, por exemplo, na Alemanha. Isso também pode levar a uma potencial contaminação cruzada dos suprimentos de água potável.

Espalhar águas residuais ou lodo de esgoto na agricultura também pode ser incluído como fontes de contaminação fecal nas águas subterrâneas.

Fertilizantes e pesticidas

O nitrato também pode entrar nas águas subterrâneas por meio do uso excessivo de fertilizantes, incluindo a aplicação de estrume . Isso ocorre porque apenas uma fração dos fertilizantes à base de nitrogênio é convertida em produtos e outras matérias vegetais. O restante se acumula no solo ou se perde no escoamento. Altas taxas de aplicação de fertilizantes contendo nitrogênio combinadas com a alta solubilidade do nitrato em água levam ao aumento do escoamento para as águas superficiais , bem como à lixiviação para as águas subterrâneas, causando, assim, a poluição das águas subterrâneas. O uso excessivo de fertilizantes contendo nitrogênio (sejam eles sintéticos ou naturais) é particularmente prejudicial, pois muito do nitrogênio que não é absorvido pelas plantas é transformado em nitrato que é facilmente lixiviado.

Práticas inadequadas de manejo no espalhamento de estrume podem introduzir patógenos e nutrientes (nitrato) no sistema de água subterrânea.

Os nutrientes, especialmente os nitratos, nos fertilizantes podem causar problemas para os habitats naturais e para a saúde humana se forem lavados do solo para os cursos de água ou lixiviados através do solo para as águas subterrâneas. O uso pesado de fertilizantes nitrogenados em sistemas de cultivo é o maior contribuinte para o nitrogênio antropogênico nas águas subterrâneas em todo o mundo.

Os confinamentos / currais para animais também podem levar ao potencial de lixiviação de nitrogênio e metais para as águas subterrâneas. A aplicação excessiva de esterco animal também pode resultar na poluição das águas subterrâneas com resíduos farmacêuticos derivados de medicamentos veterinários.

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) e a Comissão Europeia estão lidando seriamente com o problema dos nitratos relacionado ao desenvolvimento agrícola, como um grande problema de abastecimento de água que requer gestão e governança adequadas.

O escoamento de pesticidas pode vazar para as águas subterrâneas, causando problemas de saúde humana em poços de água contaminados. As concentrações de pesticidas encontradas nas águas subterrâneas são normalmente baixas e, muitas vezes, os limites regulamentares com base na saúde humana excedidos também são muito baixos. O inseticida organofosforado monocrotofós (MCP) parece ser um dos poucos pesticidas perigosos, persistentes, solúveis e móveis (não se liga aos minerais do solo) capazes de alcançar uma fonte de água potável. Em geral, mais compostos de pesticidas estão sendo detectados à medida que os programas de monitoramento da qualidade da água subterrânea se tornam mais extensos; no entanto, muito menos monitoramento foi realizado em países em desenvolvimento devido aos altos custos de análise.

Vazamentos comerciais e industriais

Uma grande variedade de poluentes inorgânicos e orgânicos foi encontrada em aquíferos subjacentes às atividades comerciais e industriais.

As instalações de mineração e processamento de metais são as principais responsáveis pela presença de metais nas águas subterrâneas de origem antropogênica, incluindo o arsênio. O baixo pH associado à drenagem ácida de minas (AMD) contribui para a solubilidade de metais tóxicos em potencial que podem eventualmente entrar no sistema de águas subterrâneas.

Derramamentos de óleo associados a oleodutos e tanques subterrâneos podem liberar benzeno e outros hidrocarbonetos de petróleo solúveis que se infiltram rapidamente no aqüífero.

Há uma preocupação crescente com a poluição das águas subterrâneas por gasolina vazada de tanques de armazenamento subterrâneo de petróleo (USTs) de postos de gasolina . Os compostos BTEX são os aditivos mais comuns da gasolina. Os compostos BTEX, incluindo o benzeno, têm densidades menores que a da água (1 g / ml). Semelhante aos derramamentos de óleo no mar, a fase não miscível, denominada Líquido de Fase Não Aquosa Leve (LNAPL) , irá “flutuar” sobre o lençol freático do aquífero.

Os solventes clorados são usados em quase todas as práticas industriais onde são necessários removedores de desengorduramento. O PCE é um solvente altamente utilizado na indústria de lavagem a seco devido à sua eficácia de limpeza e custo relativamente baixo. Também tem sido usado para operações de desengorduramento de metais. Por ser altamente volátil, é mais freqüentemente encontrado nas águas subterrâneas do que nas superficiais. O TCE tem sido historicamente usado como limpeza de metais. A instalação militar Anniston Army Dept (ANAD) nos Estados Unidos foi incluída na EPA Superfund National Priorities List (NPL) por causa da contaminação das águas subterrâneas com até 27 milhões de libras de TCE. Tanto o PCE quanto o TCE podem se degradar em cloreto de vinila (VC), o hidrocarboneto clorado mais tóxico.

Muitos tipos de solventes também podem ter sido descartados ilegalmente, vazando com o tempo para o sistema de águas subterrâneas.

Os solventes clorados, como PCE e TCE, têm densidades maiores do que a água e a fase não miscível é chamada de Líquidos de Fase Não Aquosa Densa (DNAPL) . Assim que chegarem ao aquífero, eles irão "afundar" e eventualmente se acumular no topo das camadas de baixa permeabilidade. Historicamente, as instalações de tratamento de madeira também liberam inseticidas como o pentaclorofenol (PCP) e o creosoto no meio ambiente, impactando os recursos hídricos subterrâneos. O PCP é um pesticida obsoleto altamente solúvel e tóxico listado recentemente na Convenção de Estocolmo sobre Poluentes Orgânicos Persistentes . PAHs e outros semi-VOCs são os contaminantes comuns associados ao creosoto.

Embora não miscíveis, os LNAPLs e DNAPLs ainda têm o potencial de se dissolverem lentamente na fase aquosa (miscível) para criar uma pluma e, assim, se tornar uma fonte de contaminação de longo prazo. DNAPLs (solventes clorados, PAHs pesados, creosoto, PCBs ) tendem a ser difíceis de gerenciar, pois podem residir muito profundamente no sistema de águas subterrâneas.

Fraturamento hidráulico

O recente crescimento de poços de fraturamento hidráulico ("Fracking") nos Estados Unidos levantou preocupações em relação aos riscos potenciais de contaminação dos recursos hídricos subterrâneos. A EPA, junto com muitos outros pesquisadores, foi encarregada de estudar a relação entre o fraturamento hidráulico e os recursos de água potável. Embora seja possível realizar a fraturação hidráulica sem ter um impacto relevante nos recursos hídricos subterrâneos se houver controles rigorosos e medidas de gestão de qualidade em vigor, há uma série de casos em que a poluição das águas subterrâneas devido ao manuseio impróprio ou falhas técnicas foi observada.

Embora a EPA não tenha encontrado evidências significativas de um impacto sistemático generalizado na água potável por fraturamento hidráulico , isso pode ser devido a dados sistemáticos pré e pós-fraturamento hidráulico insuficientes sobre a qualidade da água potável e a presença de outros agentes de contaminação que impede a ligação entre a extração de óleo tight e gás de xisto e seu impacto.

Apesar da falta de evidências amplamente difundidas por parte da EPA, outros pesquisadores fizeram observações significativas sobre o aumento da contaminação das águas subterrâneas nas proximidades dos principais locais de perfuração de petróleo / gás de xisto localizados em Marcellus ( British Columbia , Canadá ). Dentro de um quilômetro desses locais específicos, um subconjunto de água potável rasa mostrou consistentemente níveis de concentração de metano , etano e propano mais altos do que o normal. Uma avaliação da concentração mais alta de hélio e de outros gases nobres junto com o aumento dos níveis de hidrocarbonetos apóia a distinção entre gás fugitivo de fraturamento hidráulico e conteúdo de hidrocarboneto de "fundo" de ocorrência natural . Especula-se que essa contaminação seja o resultado de invólucros de poço de gás com vazamento, falhas ou instalados incorretamente.

Além disso, teoriza-se que a contaminação também pode resultar da migração capilar de água hipersalina residual profunda e fluido de fraturamento hidráulico, fluindo lentamente por falhas e fraturas até finalmente entrar em contato com os recursos hídricos subterrâneos ; no entanto, muitos pesquisadores argumentam que a permeabilidade das rochas sobre as formações de xisto é muito baixa para permitir que isso aconteça o suficiente. Para provar essa teoria, seria necessário haver traços de trihalometanos tóxicos (THM), uma vez que eles são frequentemente associados à presença de contaminação por gás extraviado e normalmente co-ocorrem com altas concentrações de halogênio em águas hipersalinas. Além disso, águas altamente salinas são uma característica natural comum em sistemas subterrâneos de águas profundas.

Embora as conclusões sobre a poluição das águas subterrâneas como resultado do fluxo de fluido de fraturamento hidráulico sejam restritas tanto no espaço quanto no tempo, os pesquisadores levantaram a hipótese de que o potencial para contaminação sistemática por gás extraviado depende principalmente da integridade da estrutura do poço de óleo / gás de xisto, junto com seu parente localização geológica para sistemas de fratura locais que poderiam fornecer caminhos de fluxo para a migração de gás fugitivo.

Embora generalizada, a contaminação sistemática por fraturamento hidráulico tem sido fortemente contestada, uma das principais fontes de contaminação que tem o maior consenso entre os pesquisadores de ser a mais problemática é o derramamento acidental específico do local de fluido de fraturamento hidráulico e água produzida . Até agora, a maioria significativa dos eventos de contaminação de águas subterrâneas são derivados de rotas antropogênicas de nível superficial, em vez do fluxo subsuperficial de formações de xisto subjacentes . Embora os danos possam ser óbvios e muito mais esforços estejam sendo feitos para evitar que esses acidentes ocorram com tanta frequência, a falta de dados de derramamentos de óleo de fraturamento hidráulico continua a deixar os pesquisadores no escuro. Em muitos desses eventos, os dados adquiridos do vazamento ou derramamento são frequentemente muito vagos e, portanto, levariam os pesquisadores a conclusões incompletas.

Pesquisadores do Instituto Federal de Geociências e Recursos Naturais (BGR) conduziram um estudo modelo para uma formação profunda de gás de xisto na Bacia do Norte da Alemanha. Eles concluíram que a probabilidade é pequena de que o aumento dos fluidos de fraturamento hidráulico através do subsolo geológico até a superfície impactará águas subterrâneas rasas.

Lixiviação de aterro

O chorume de aterros sanitários pode levar à poluição das águas subterrâneas. Os produtos químicos podem atingir as águas subterrâneas por meio da precipitação e do escoamento. Os novos aterros devem ser revestidos com argila ou outro material sintético, juntamente com lixiviado para proteger as águas subterrâneas circundantes. No entanto, os aterros mais antigos não possuem essas medidas e costumam estar próximos a águas superficiais e em solos permeáveis. Aterros fechados ainda podem representar uma ameaça para as águas subterrâneas se não forem tampados por um material impermeável antes do fechamento para evitar o vazamento de contaminantes.

Love Canal foi um dos exemplos mais conhecidos de poluição das águas subterrâneas. Em 1978, os residentes do bairro Love Canal, no interior do estado de Nova York, notaram altas taxas de câncer e um número alarmante de defeitos congênitos . Isso acabou sendo rastreado até solventes orgânicos e dioxinas de um aterro industrial que o bairro havia sido construído ao redor, que se infiltrou no abastecimento de água e evaporou nos porões para contaminar ainda mais o ar. Oitocentas famílias foram reembolsadas por suas casas e mudadas, após extensas batalhas legais e cobertura da mídia.

Excesso de bombeamento

Dados de satélite no Delta do Mekong, no Vietnã, forneceram evidências de que o bombeamento excessivo de água subterrânea leva à subsidência da terra , bem como à liberação conseqüente de arsênico e possivelmente de outros metais pesados. O arsênio é encontrado nos estratos de argila devido à sua alta área de superfície para relação de volume em relação às partículas do tamanho de areia. A maioria das águas subterrâneas bombeadas viaja através de areias e cascalhos com baixa concentração de arsênico. No entanto, durante o bombeamento excessivo, um alto gradiente vertical puxa a água de argilas menos permeáveis, promovendo assim a liberação de arsênio na água.

De outros

A poluição das águas subterrâneas pode ser causada por derramamentos de produtos químicos de operações comerciais ou industriais, derramamentos de produtos químicos ocorridos durante o transporte (por exemplo, derramamento de combustíveis diesel ), despejo de lixo ilegal , infiltração de escoamento urbano ou operações de mineração , sais rodoviários , produtos químicos de degelo de aeroportos e até mesmo contaminantes atmosféricos, uma vez que as águas subterrâneas fazem parte do ciclo hidrológico .

O uso de herbicidas pode contribuir para a contaminação das águas subterrâneas por meio da infiltração de arsênio. Os herbicidas contribuem para a dessorção do arsênio por meio da mobilização e transporte do contaminante. Os herbicidas clorados apresentam um impacto menor na dessorção de arsênio do que os herbicidas do tipo fosfato. Isso pode ajudar a prevenir a contaminação por arsênio por meio da escolha de herbicidas apropriados para diferentes concentrações de arsênio presentes em certos solos.

O enterro de cadáveres e sua degradação subsequente também podem representar um risco de poluição das águas subterrâneas.

Mecanismos

A passagem de água pelo subsolo pode fornecer uma barreira natural confiável à contaminação, mas só funciona em condições favoráveis.

A estratigrafia da área desempenha um papel importante no transporte de poluentes. Uma área pode ter camadas de solo arenoso, rocha fraturada, argila ou terra firme. Áreas de topografia cárstica em rocha calcária às vezes são vulneráveis à poluição superficial das águas subterrâneas. Falhas de terremoto também podem ser rotas de entrada para entrada de contaminantes descendentes. As condições do lençol freático são de grande importância para o abastecimento de água potável, irrigação agrícola, eliminação de resíduos (incluindo resíduos nucleares), habitat da vida selvagem e outras questões ecológicas.

Muitos produtos químicos sofrem decomposição reativa ou mudança química, especialmente durante longos períodos de tempo em reservatórios de água subterrânea . Uma classe digna de nota desses produtos químicos são os hidrocarbonetos clorados , como o tricloroetileno (usado no desengraxamento industrial de metais e fabricação de eletrônicos) e o tetracloroetileno, usado na indústria de lavagem a seco. Ambos os produtos químicos, que são cancerígenos , passam por reações de decomposição parcial, levando a novos produtos químicos perigosos (incluindo dicloroetileno e cloreto de vinila ).

Interações com águas superficiais

Embora interrelacionadas, as águas superficiais e subterrâneas têm sido frequentemente estudadas e geridas como recursos separados. As interações entre as águas subterrâneas e superficiais são complexas. A água superficial penetra no solo e se torna lençol freático. Por outro lado, a água subterrânea também pode alimentar fontes de água de superfície. Por exemplo, muitos rios e lagos são alimentados por água subterrânea. Isso significa que os danos aos aquíferos subterrâneos, por exemplo, por fraturamento ou super extração, podem, portanto, afetar os rios e lagos que dependem deles. A intrusão de água salgada em aquíferos costeiros é um exemplo de tais interações.

Um derramamento ou liberação contínua de contaminantes químicos ou radionuclídeos no solo (localizado longe de um corpo de água superficial) pode não criar poluição de origem pontual ou difusa, mas pode contaminar o aquífero abaixo, criando uma pluma tóxica . O movimento da pluma, pode ser analisado através de um modelo de transporte hidrológico ou modelo de água subterrânea .

Prevenção

Esquema mostrando que há um menor risco de poluição das águas subterrâneas com maior profundidade do poço de água

Princípio da precaução

O princípio da precaução , desenvolvido a partir do Princípio 15 da Declaração do Rio sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento , é importante para proteger os recursos hídricos subterrâneos da poluição. O princípio da precaução estabelece que “ onde houver ameaças de danos irreversíveis, a falta de certeza científica plena não deve ser usada como razão para adiar medidas eficazes em função do custo para prevenir a degradação ambiental .”.

Um dos seis princípios básicos da política hídrica da União Europeia (UE) é a aplicação do princípio da precaução.

Monitoramento da qualidade da água subterrânea

Programas de monitoramento da qualidade da água subterrânea têm sido implementados regularmente em muitos países ao redor do mundo. São componentes importantes para a compreensão do sistema hidrogeológico e para o desenvolvimento de modelos conceituais e mapas de vulnerabilidade de aquíferos.

A qualidade da água subterrânea deve ser monitorada regularmente em todo o aquífero para determinar tendências. O monitoramento eficaz das águas subterrâneas deve ser orientado por um objetivo específico, por exemplo, um contaminante específico de interesse. Os níveis de contaminantes podem ser comparados às diretrizes da Organização Mundial da Saúde (OMS) para a qualidade da água potável. Não é raro que os limites de contaminantes sejam reduzidos à medida que mais experiência médica é adquirida.

Investimento suficiente deve ser feito para continuar monitorando a longo prazo. Quando um problema é encontrado, uma ação deve ser tomada para corrigi-lo. Os surtos de veiculação hídrica nos Estados Unidos diminuíram com a introdução de requisitos mais rigorosos de monitoramento (e tratamento) no início dos anos 90.

A comunidade também pode ajudar a monitorar a qualidade da água subterrânea.

Os cientistas desenvolveram métodos pelos quais mapas de risco podem ser produzidos para substâncias tóxicas geogênicas em águas subterrâneas. Isso fornece uma maneira eficiente de determinar quais poços devem ser testados.

Zoneamento de terras para proteção de águas subterrâneas

O desenvolvimento de mapas de zoneamento de uso da terra foi implementado por várias autoridades de recursos hídricos em diferentes escalas ao redor do mundo. Existem dois tipos de mapas de zoneamento: mapas de vulnerabilidade de aquíferos e mapas de proteção de fontes.

Mapa de vulnerabilidade do aquífero

Refere-se à vulnerabilidade intrínseca (ou natural) de um sistema de água subterrânea à poluição. Intrinsecamente, alguns aquíferos são mais vulneráveis à poluição do que outros. Não confinados rasas aquíferos estão mais em risco de poluição, pois há menos camadas para filtrar contaminantes.

A zona insaturada pode desempenhar um papel importante no retardo (e em alguns casos na eliminação) de patógenos e, portanto, deve ser considerada ao avaliar a vulnerabilidade do aquífero. A atividade biológica é maior nas camadas superiores do solo, onde a atenuação de patógenos é geralmente mais eficaz.

A preparação dos mapas de vulnerabilidade normalmente envolve a sobreposição de vários mapas temáticos de fatores físicos que foram selecionados para descrever a vulnerabilidade do aquífero. O método de mapeamento paramétrica baseada no índice de GOD desenvolvido por Foster e Hirata (1988) utiliza três geralmente disponíveis ou facilmente estimadas parâmetros, do grau de L istemas de confinamento hidráulico, natureza geológica do ó verlying estratos e D epth de águas subterrâneas. Uma outra abordagem desenvolvida pela EPA, um sistema de classificação denominado "DRASTIC", emprega sete fatores hidrogeológicos para desenvolver um índice de vulnerabilidade: D epth ao lençol freático, net R echarge, A quifer media, S oil media, T opography (declive), I mpacto na zona vadosa e C ondutividade hidráulica .

Há um debate particular entre os hidrogeólogos sobre se a vulnerabilidade do aquífero deve ser estabelecida de uma forma geral (intrínseca) para todos os contaminantes, ou especificamente para cada poluente.

Mapa de proteção da fonte

Refere-se às áreas de captura em torno de uma fonte individual de água subterrânea, como um poço ou nascente, para protegê-la especialmente da poluição. Assim, fontes potenciais de poluentes degradáveis, como patógenos, podem ser localizadas em distâncias cujos tempos de viagem ao longo dos caminhos de fluxo são longos o suficiente para que o poluente seja eliminado por filtração ou adsorção.

Os métodos analíticos que usam equações para definir o fluxo de água subterrânea e o transporte de contaminantes são os mais amplamente usados. O WHPA é um programa semi-analítico de simulação de fluxo de água subterrânea desenvolvido pela US EPA para delinear zonas de captura em uma área de proteção de cabeça de poço.

A forma mais simples de zoneamento emprega métodos de distância fixa onde as atividades são excluídas dentro de uma distância especificada uniformemente aplicada em torno dos pontos de abstração.

Localização de sistemas de saneamento no local

Como os efeitos para a saúde da maioria dos produtos químicos tóxicos surgem após exposição prolongada, o risco para a saúde dos produtos químicos é geralmente menor do que dos patógenos. Assim, a qualidade das medidas de proteção da fonte é um componente importante no controle da presença de patógenos na água potável final.

Os sistemas de saneamento no local podem ser projetados de forma que a poluição das águas subterrâneas por esses sistemas de saneamento seja evitada. Diretrizes detalhadas foram desenvolvidas para estimar distâncias seguras para proteger as fontes de água subterrânea da poluição do saneamento local . Os seguintes critérios foram propostos para a localização segura (ou seja, decidir sobre a localização) dos sistemas de saneamento no local:

Distância horizontal entre a fonte de água potável e o sistema de saneamento
- Os valores de orientação para distâncias de separação horizontal entre os sistemas de saneamento no local e as fontes de água variam amplamente (por exemplo, 15 a 100 m de distância horizontal entre a latrina e os poços de água subterrânea )
Distância vertical entre o poço de água potável e o sistema de saneamento
Tipo de aquífero
Direção do fluxo de água subterrânea
Camadas impermeáveis
Declive e drenagem superficial
Volume de vazamento de água residual
Superposição, ou seja, a necessidade de considerar uma área de planejamento maior

Como uma diretriz muito geral, é recomendado que o fundo da fossa deve estar pelo menos 2 m acima do nível do lençol freático, e uma distância horizontal mínima de 30 m entre uma fossa e uma fonte de água é normalmente recomendada para limitar a exposição à contaminação microbiana. ^[1] No entanto, nenhuma declaração geral deve ser feita em relação às distâncias mínimas de separação lateral necessárias para evitar a contaminação de um poço por uma latrina de fossa. Por exemplo, mesmo a distância de separação lateral de 50 m pode não ser suficiente em um sistema fortemente carstificado com um poço de abastecimento de degradação ou mola, enquanto a distância de separação lateral de 10 m é completamente suficiente se houver uma camada de cobertura de argila bem desenvolvida e o espaço anular do o poço de água subterrânea está bem vedado.

Legislação

Questões institucionais e legais são críticas para determinar o sucesso ou o fracasso das políticas e estratégias de proteção das águas subterrâneas.

Placa perto de Mannheim, Alemanha, indicando uma zona como uma "zona de proteção de águas subterrâneas" dedicada

Gestão

As opções para remediação de águas subterrâneas contaminadas podem ser agrupadas nas seguintes categorias:

contendo os poluentes para impedi-los de migrar ainda mais
removendo os poluentes do aquífero
remediar o aquífero por meio da imobilização ou desintoxicação dos contaminantes enquanto eles ainda estão no aquífero (in situ)
tratando as águas subterrâneas em seu ponto de uso
abandonando o uso das águas subterrâneas deste aquífero e encontrando uma fonte alternativa de água.

Tratamento no ponto de uso

Dispositivos de purificação de água portáteis ou sistemas de tratamento de água de "ponto de uso" (POU) e técnicas de desinfecção de água em campo podem ser usados para remover algumas formas de poluição das águas subterrâneas antes de beber, nomeadamente qualquer poluição fecal. Muitos sistemas de purificação de água portáteis comerciais ou aditivos químicos estão disponíveis, os quais podem remover patógenos, cloro, gosto ruim, odores e metais pesados como chumbo e mercúrio.

As técnicas incluem fervura, filtração, absorção de carvão ativado, desinfecção química, purificação ultravioleta, desinfecção da água com ozônio, desinfecção solar da água, destilação solar, filtros de água caseiros.

Filtros de remoção de arsênio (ARF) são tecnologias dedicadas normalmente instaladas para remover arsênico. Muitas dessas tecnologias requerem um investimento de capital e manutenção de longo prazo. Os filtros em Bangladesh são geralmente abandonados pelos usuários devido ao seu alto custo e manutenção complicada, que também é bastante cara.

Remediação de água subterrânea

A poluição da água subterrânea é muito mais difícil de reduzir do que a poluição superficial, porque a água subterrânea pode se mover por grandes distâncias através de aqüíferos invisíveis . Aquíferos não porosos, como as argilas, purificam parcialmente a água das bactérias por filtração simples (adsorção e absorção), diluição e, em alguns casos, reações químicas e atividade biológica; entretanto, em alguns casos, os poluentes simplesmente se transformam em contaminantes do solo . A água subterrânea que se move através de fraturas abertas e cavernas não é filtrada e pode ser transportada tão facilmente quanto a água superficial. Na verdade, isso pode ser agravado pela tendência humana de usar fossos naturais como depósitos em áreas de topografia cárstica .

Poluentes e contaminantes podem ser removidos das águas subterrâneas pela aplicação de várias técnicas, tornando-as seguras para uso. As técnicas de tratamento (ou remediação) de água subterrânea abrangem tecnologias de tratamento biológico, químico e físico. A maioria das técnicas de tratamento de água subterrânea utiliza uma combinação de tecnologias. Algumas das técnicas de tratamento biológico incluem bioaumentação , bioventação , biosparging , biosslurping e fitorremediação . Algumas técnicas de tratamento químico incluem injeção de ozônio e oxigênio, precipitação química , separação por membrana , troca iônica , absorção de carbono, oxidação química aquosa e recuperação aprimorada por surfactante. Algumas técnicas químicas podem ser implementadas usando nanomateriais . As técnicas de tratamento físico incluem, mas não estão limitadas a, bombear e tratar, pulverização de ar e extração de fase dupla.

Abandono

Se o tratamento ou remediação das águas subterrâneas poluídas for considerado muito difícil ou caro, então abandonar o uso das águas subterrâneas deste aquífero e encontrar uma fonte alternativa de água é a única outra opção.

Exemplos

África

Lusaka, Zâmbia

As áreas peri-urbanas de Lusaka, a capital da Zâmbia, têm condições de solo fortemente carstificadas e por esta razão - juntamente com o aumento da densidade populacional nessas áreas peri-urbanas - a poluição dos poços de água das latrinas é um importante fator de saúde pública ameaça lá.

Ásia

Índia

A bacia do rio Ganga (GRB), que é um corpo de água sagrado para os hindus, está enfrentando uma severa contaminação por arsênico . A Índia cobre 79% do GRB e, portanto, vários estados foram afetados. Os estados afetados incluem Uttarakhand , Uttar Pradesh , Delhi , Madhya Pradesh , Bihar , Jharkhand , Rajasthan , Chhattisgarh , Punjab , Haryana e West Bengal . Os níveis de arsênio são de até 4730 µg / L na água subterrânea, ~ 1000 µg / L na água de irrigação e até 3947 µg / kg em materiais alimentícios, todos excedendo o padrão para irrigação da Organização para Alimentos e Agricultura das Nações Unidas água e os padrões da Organização Mundial de Saúde para água potável. Como resultado, os indivíduos expostos sofrem de doenças que afetam seu funcionamento dérmico, neurológico, reprodutivo e cognitivo, podendo até causar câncer.

Na Índia, o governo tem promovido o desenvolvimento do saneamento para combater o aumento da contaminação dos lençóis freáticos em várias regiões do país. O esforço tem mostrado resultados e tem diminuído a poluição do lençol freático e diminuído a chance de doenças para mães e crianças, que foram principalmente afetadas por esse problema. Isso era algo muito necessário, pois de acordo com o estudo, mais de 117.000 crianças menores de cinco anos morrem todos os anos devido ao consumo de água poluída. O esforço dos países teve sucesso nas seções mais desenvolvidas economicamente do país.

América do Norte

Hinkley, EUA

A cidade de Hinkley, Califórnia (EUA), teve seu lençol freático contaminado com cromo hexavalente a partir de 1952, resultando em um processo judicial contra a Pacific Gas & Electric (PG&E) e um acordo multimilionário em 1996. O processo judicial foi dramatizado no filme Erin Brockovich , lançado em 2000.

San Joaquin, EUA

O bombeamento intensivo no condado de San Joaquin, Califórnia, resultou na poluição por arsênico. O condado de San Joaquin enfrentou sérios bombeamentos intensivos que fizeram o solo abaixo de San Joaquin afundar e, por sua vez, danificou a infraestrutura. Esse bombeamento intensivo para as águas subterrâneas permitiu que o arsênico se movesse para os aquíferos subterrâneos que fornecem água potável a pelo menos um milhão de residentes e são usados na irrigação para plantações em algumas das terras agrícolas mais ricas dos Estados Unidos. Os aquíferos são constituídos por areia e cascalho separados por finas camadas de argila que funcionam como uma esponja que retém água e arsénico. Quando a água é bombeada intensamente, o aquífero se comprime e afunda, o que faz com que a argila libere arsênico. Estudo mostra que aquíferos contaminados por bombeamento excessivo podem se recuperar se as retiradas cessarem.

Walkerton, Canadá

No ano 2000, a poluição das águas subterrâneas ocorreu na pequena cidade de Walkerton, Canadá, levando a sete mortes no que é conhecido como surto de E. Coli Walkerton . O abastecimento de água retirado das águas subterrâneas ficou contaminado com a cepa O157: H7 altamente perigosa da bactéria E. coli . Essa contaminação foi devido ao escoamento da fazenda em um poço de água adjacente que era vulnerável à poluição do lençol freático.

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