Técnicas de Remediação

1. Técnicas de Remediação Geólogo Claudio Benedito Baptista Leite Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT

2. Técnicas de RemediaçãoMeio Contaminado Solo Água Solo e ÁguaContaminante Vapor Líquido SólidoTipo de tratamento Tratamento in situ Tratamento on site Tratamento ex situ

3. Atenuação Natural Monitorada – MNATécnica de remediação passiva baseada no entendimento e na documentação quantitativa dos processos naturais que ocorrem em um sitio, protegendo receptores humanos ou ecológicos de riscos inaceitáveis de exposição.É uma técnica de tratamento in situ que aproveita processos naturais para a contenção de contaminação causada por derrames de produtos químicos e a redução da concentração dos contaminantes nos locais afetados.

4. Atenuação Natural Monitorada – MNAMNA envolve o entendimento e a documentação dos processos naturais que ocorrem e que reduzem os riscos de exposição para níveis aceitáveis.A tecnologia da MNA se sustenta em conhecimento científico.Requer estudos pormenorizados das condições do local, além de um rígido sistemático controle (monitoramento)

5. A técnica MNA inclui uma variedade de processos físicos, químicos ou biológicos que sob condições favoráveis atuam sem a intervenção humana na redução da massa, toxicidade, mobilidade, volume ou concentração de contaminantes no solo e água subterrânea.Incluem a biorremediação, dispersão, diluição, sorção, volatilização, estabilização química ou biológica, transformação ou destruição do contaminante

8. Processos NaturaisMicroorganismos que vivem no solo e água subterrânea utilizam algumas moléculas químicas como alimento. Após a digestão completa da molécula ela pode ter sido transformada em água e gases menos perigosos.

10. Processos NaturaisA molécula química pode ficar adsorvida ao solo, o que a mantem presa no local. Este processo não elimina a molécula, mas evita sua propagação.

12. Processos NaturaisOs poluentes se movem através do solo e água subterrânea, se misturando com águas limpas, reduzindo ou diluindo a poluição.

14. Processos NaturaisAlguns produtos químicos (óleos e solventes) podem evaporar, mudando do estado liquido para gasoso no solo. Estes gases escapam para a atmosfera, se diluindo ou destruídos pela ação da luz solar.

16. RessalvaA técnica MNA considera que a fonte de poluição deva ser removida, e para tanto, outros processos ou técnicas de remediação podem estar envolvidos.

17. Vantagensda MNA Gera volume menores de resíduos de remediação; Reduz o potencial de transferência do contaminante intra meios; Reduz o risco de exposição ao contaminante, ao meio contaminado e a outros perigos; Reduz os impactos a outros receptores ambientais Podem resultar em destruição de contaminantes in situ; Requer menos intervenção no local; Potencial para aplicação em todo ou em parte do sítio; Pode ser aplicado em conjunto com outras técnicas; Custos menores se comparados a técnicas ativas

18. Desvantagens Longo período para atingir os objetivos de remediação comparável com técnicas ativas; Caracterização do sítio mais complexa e cara; Toxicidade ou mobilidade dos produtos gerados podem exceder a do produto original; Longo período de monitoramento; Necessidade de controle institucional devido ao longo período para encerramento; Condições hidrológicas e geoquímicas favoráveis ao processo de atenuação natural podem mudar no tempo, revertendo as previsões;

19. A MNA para os contaminantes BTEX o decaimento ocorre em ambiente oxidante com a participação de bactérias, tendo como seqüência natural de consumo de aceptores de elétrons:O2 NO3 Mn(IV)  Fe(III)  SO4

20. Respiração Aeróbia, Redução do OxigênioCH2O + O2 CO2 + H2ODenitrificação5CH2O + 4NO3ˉ + 4H+ 5CO2 + 2N2 + 7H2ORedução do ManganêsCH2O + 2MnO2 + 4H+ CO2 + 2Mn2+ + 3H2ORedução do FerroCH2O + 4Fe(OH)3 + 8H+ CO2 + 4Fe2+ + 11H2ORedução do sulfato 2CH2O + SO42ˉ + H+ 2CO2 + HSˉ + 11H2O

21. A experiência aponta que:1mg de O2 pode degradar 0,32 mg de BTEX1mg de NO3 pode degradar 0,21 mg BTEX1mg de SO4 pode degradar 0,21 mg BTEX1mg de BTEX produz 21,8mg de Fe(II)1mg de BTEX produz 0,78mg CH4

22. Capacidade de Biodegradação - BCBC = (AEi)/FiAEi – Concentração de um aceptor de elétrons ou de um produto de biodegradaçãoFi – Fator de utilização – quantidade de aceptor de elétrons para biodegradação de 1mg de contaminante orgânico.

23. Exemplo: Capacidade de biodegradação da águapossui concentração deO2 – 6,1mg/LNO3 – 24,5mg/LFe(II) na pluma – 5,4mg/lSO4 – 43,2mg/lDado Fi para O2 = 3,1, para NO3 e SO4 = 4,9, para Fe(II) = 21,8

24. Solução:BCO2 = 6,1/3,1 = 1,9BCNO3 = 24,5/4,9 = 5,0BCSO4 = 43,2/4,9 = 9,1BCFe(II) = 5,4/21,8 = 0,25BCTotal = 16,3 mg/l

25. Local clássico – Memidji – Minnesota USA

26. Zona I – Água referência, O2, pH 7,7, PCO2 baixaZona II – pouco O2, Ca, Mg e alcalinidade mais elevadaZona III – sem O2, 1 mmol/L de ferre dissolvido, muito Mn, pH<7,0Zona IV – traços O2, aumenta pH e menor concentração de FeZona V – Valores parecidos aos da zona I, mas com traços de Fe e Mn

27. BioventingConsiste na passagem de ar pelo interior da zona não saturada do solo contaminado, pelo introdução forçada do ar (extração ou injeção de ar) para aumentar a concentração de oxigênio e estimular a biodegradação.Poços Monitoramento Poços Monitoramento

28. Fluxo de ar Poços Monitoramento Compressor de ar Poço de Injeção Solo Contaminado

29. Bioventing é uma tecnologia que estimula a biodegradação natural in situ para qualquer composto aerobiamente degradável, disponibilizando oxigênio adicional aos microorganismos presentes no solo.Diferentemente da técnica de extração de vapor do solo, a Bioventing utiliza baixas taxas de fluxo de ar, para disponibilizar somente o oxigênio necessário à sustentação da atividade microbiológica.

30. O oxigênio é normalmente disponibilizado por meio da injeção direta do ar no interior do solo contaminado.A degradação da fase residual de contaminantes se realiza pelo movimento lento do vapor através do solo biologicamente ativoBioventing é uma técnica de remediação entre média a demorada. O processo de limpeza do solo pode durar de alguns meses a vários anos.

31. AplicabilidadeA técnica Bioventing tem sido utilizada para remediar solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo, solventes não clorados, alguns pesticidas, preservantes de madeira, e outros químicos orgânicos.Pode ser utilizada para alterar o estado de valência dos contaminantes inorgânicos e causar sua adsorção, incorporação, acumulação, etc.Esta técnica, apesar ainda da escala experimental, tem mostrado ser promissora na remoção de contaminantes inorgânicos.

32. LimitaçõesNível d’água pouco profundo, lentes de solo saturado ou solos pouco permeáveis diminuem a eficácia da técnica BioventingVapores podem escapar do solo dentro do raio de influência do poço de injeção. Este problema pode ser amenizado pela extração de ar próximo a área alvoUmidade muito baixa no solo pode limitar a biodegradação e a eficácia da técnica

33. LimitaçõesAconselhável o monitoramento da perda de gases pela superfície do soloBiodegradação aeróbia de muitos compostos clorados pode não ser eficiente a menos que haja um co-metabólito presente, ou um ciclo anaeróbioBaixas temperaturas podem retardar a remediação, embora tenha tido sucesso projetos realizados em climas extremamente frios

34. Necessidades de ProjetoO ar precisa passar através de todo o solo em quantidades adequadas para manter a condição aeróbiaPrecisa estar presente naturalmente no solo microorganismo em quantidade suficiente para se obter taxas razoáveis de biodegradaçãoTestes pilotos para determinar tanto a permeabilidade do solo ao ar como a taxa de respiração microbiológica

35. Necessidades de ProjetoGranulometria e umidade do solo influenciam significativamente a permeabilidade do solo ao gás. Uma das maiores limitações àpermeabilidade do ar é a umidade excessiva do solo. A combinação entre nível d’água alto, umidade alta e solo texturalmente fino tem inviabilizado a técnica Bioventing em alguns sítios contaminados nos EUA.

36. Necessidades de ProjetoVárias características do solo impactam a atividade microbiológica (pH, umidade e nutrientes – N e P)Experimentações mostram que pHs ótimos para a atividade microbiológica variam entre 6 e 8, entretanto respiração microbiológica tem sido observada em todos os sítios, mesmo para solos com pH fora deste range.

37. Necessidades de projetoUmidade muito alta pode reduzir a permeabilidade do solo ao ar e a capacidade de transferência de oxigênio. Umidade muito baixa pode inibir a atividade microbiológica.Experiências americanas têm encontrado taxas adequadas de biodegradação com umidade a base de massa entre 2 a 5%.Para climas extremamente áridos tem sido possível aumentar a taxa de biodegradação através da irrigação ou umidificação do ar injetado.

38. Necessidades de projetoAs taxas de degradação de hidrocarbonetos são quase sempre estimadas pela taxa de utilização de oxigênio usando uma simples relação estequiométrica com a assunção de que todo oxigênio perdido se deve a mineralização dos hidrocarbonetos pelos microorganismos. Entretanto, a relação estequiométrica não considera a produção de biomassa e as reações de oxidação.

39. Necessidades de projetoO oxigênio serve como aceptor final de elétrons não somente na degradação da matéria orgânica, mas também na oxidação de compostos inorgânicos reduzidos pelos microorganismos que obtém energia através da oxidação química.Medidas da utilização de oxigênio em áreas não contaminadas próximas são utilizadas para quantificar as reações de oxidação inorgânica.

40. Biorremediação EstimuladaConsiste na estimulação da atividade natural dos microorganismos pela introdução e circulação de uma solução através do solo contaminado contendo nutrientes e oxigênio ou ainda pela introducao de microorganismos especialistas.

42. Ambiente AeróbioNa presença de condições aeróbias (quantidade suficiente de oxigênio) e demais nutrientes, os microorganismos convertem quantidades significativas de contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e massa celular.A Biorremediação Forcada de solos envolve a percolação ou injeção de uma mistura de nutrientes e água não contaminada saturada em oxigênio dissolvido.

43. Ambiente Aeróbio Alguns microorganismos aclimatados e outras fontes de oxigênio tais como peróxido de hidrogênio podem ser adicionados.Trincheiras ou aspersão são utilizadas em locais com nível d’água rasos e poços de injeção são utilizados para solo profundos contaminados.

44. Ambiente AeróbioEmbora a biorremediação in situ tenha funcionado em climas frios, a baixa temperatura reduz o processo de biorremediação.Para sítios contaminados sob baixas temperaturas, mantas aquecedoras podem ser utilizadas para cobrir o solo, aumentar a temperatura e a taxa de degradação.Biorremediação Forcada pose ser classificada como uma técnica demorada, que pode levar vários anos para limpar uma pluma.

45. Meio AnaeróbioNa ausência de oxigênio, o contaminante orgânico será metabolizado a:metano, quantidade limitada de dióxido de carbono e quantidades traços do gás hidrogênio.Sob condições redutoras outros elementos assumem o papel de aceptores de elétrons:o sulfato é convertido a sulfito ou a enxofre, o nitrato a gás nitrogênio.

46. Meio AnaeróbioAlguns contaminantes podem ser degradados a produtos intermediários ou finais que podem ser menos, igual ou mais perigosos que os produtos originais.P. Ex o TCE anaerobiamente degradado a Cloreto de Vinil, que é mais persistente e tóxico. O Cloreto de Vinil pode facilmente ser quebrado em condições aeróbias.

47. FitorremediaçãoTécnica que usa plantas para remover, transferir, estabilizar ou destruir contaminantes no solo.A Fitorremediação se realiza pela biodegradação na rizosfera, fitoextração, fitodegradação e fitoestabilização.

49. Biodegradação na rizosferaSubstancias naturais liberadas pelas raízes das plantas suprem a demanda de nutrientes pelos microorganismos, potencializando suas atividades biológicas. FitoacumulaçãoAbsorção de contaminantes pelas raízes e sua translocação ou acumulação na matéria seca ou folhas.

50. FitodegradaçãoMetabolize de contaminantes no interior dos tecidos da planta por enzimas tais como dehalogenase e oxigenase.Investigações mostram que compostos aromáticos e alifáticos clorados são passiveis de fitodegradação.