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ISCO ( Oxidação Química “ in situ ”)

ISCO (Oxidação química in situ) é uma tecnologia baseada na injeção de oxidantes químicos em meios contaminados (água subterrânea e solo), com o objetivo de destruir o contaminante através de reações químicas e converter a sua massa em compostos inertes encontrados na natureza. Os oxidantes usualmente aplicados neste processo são: peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), permanganato de potássio (KMnO 4 ), ozônio (O 3 ) e em menor escala o oxigênio dissolvido (OD).

As aplicações mais comuns deste processo vêm sendo baseadas no Reagente de Fenton, onde o peróxido de hidrogênio é aplicado junto a um catalizador, o ferro (Fe), gerando radicais hidroxilas livres que oxidam os compostos orgânicos presentes no meio. O peróxido de hidrogênio residual decompõe-se em água e oxigênio, e o ferro sofre precipitação. Abaixo é apresentada a equação representativa da oxidação química gerada pelo Reagente de Fenton.

Fe 2+ + H 2 O 2 --> Fe 3+ + OH - + ? OH  

A oxidação in situ é muito empregada na remediação de solo e água subterrânea. Ela pode ser aplicada a diversos tipos e granulometria de solos (silte e argiloso) no tratamento de compostos orgânicos voláteis (VOCs), incluindo dicloroeteno (DCE), tricloroetileno (TCE), tetracloroetileno (PCE), benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, assim como os compostos orgânicos semi-voláteis (SVOCs) tais como os pesticidas, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos ( HPAs) e os bifenilas policloradas (PCB´s).

Soil Vapor Extraction (SVE)

O Sistema de Extração de Vapores no Solo (SVE) é uma tecnologia de remediação aplicada para zona não saturada, onde aplica-se vácuo com o objetivo de induzir o fluxo controlado de ar e assim remover contaminantes voláteis e semivoláteis do solo.

Em seguida, o gás retirado deve passar por uma extração de tratamentos de vapores. Extrações verticais são utilizadas em profundidades que variam de 1,5 a 90 metros . Extrações horizontais (instaladas em trincheiras ou furos horizontais) podem ser instaladas como garantia, dependendo da geometria da pluma e outras especificidades.

Um rebaixamento do lençol freático pode ser utilizado para reduzir a elevação do nível d'água no poço induzido pelo vácuo ou aumentar a faixa de zona não saturada. A injeção de ar é efetiva para facilitar a extração em contaminações profundas, em baixas permeabilidades e em zona saturada.

O grupo alvo de contaminantes do SVE são os Compostos Orgânicos Voláteis, (VOCs) e alguns combustíveis. A tecnologia é aplicada somente para compostos voláteis com constante da Lei de Henry acima de 0.01 ou pressão de vapor maior que 0.5 mmHg ( 0.02 polegadas de Hg). Outros fatores, como umidade e quantidade de matéria orgânica, afetam a permeabilidade de ar no solo e por conseqüência a eficiência do sistema. O fato do processo envolver fluxo contínuo de ar no solo promove biodegradação in situ dos compostos de baixa volatibilidade que podem estar presentes.

Fatores que podem limitar a aplicabilidade e eficiência do processo:

• Solos compactos ou com mais de 50% de umidade requerem muito vácuo, aumentando custos e/ou impedindo a operação do SVE;

• Grandes intervalos de filtro são necessários nos poços de extração. Entretanto, este fato associado a permeabilidades altamente variáveis ou horizontalizações pode resultar em envio de fluxo de gás para regiões não contaminadas;

• Solos com alto índice de matéria orgânica ou extremamente secos apresentam alta capacidade de absorção de VOC's, o que resulta em redução de taxas de remoção;

• O controle da emissão gasosa pode ser necessário para eliminar possíveis danos ao público e ao meio ambiente;

• O resultado da produção de efluentes gasosos, líquidos residuais e resíduos, poderá requerer tratamento com carvão ativado;

• SVE não é efetivo em zona saturada. Porém, pode-se conjugar o rebaixamento do lençol freático para ocorrer maior exposição de zona não saturada.

Os dados necessários incluem a profundidade e a área de extensão da contaminação, a concentração de contaminantes, a profundidade do nível d'água, o tipo de solo e as propriedades do mesmo (estrutura, textura, permeabilidade e umidade). Testes-piloto devem ser realizados para obter informações de desenho, incluindo raio de influência dos poços de extração, taxas de fluxo de gás, vácuo ótimo aplicado e taxas de remoção de contaminantes.

A figura a seguir ilustra um típico sistema de extração de vapores.

Sistema de Extração de Vapores (SVE)


Air Sparging

É uma tecnologia in situ , que introduz ar no aqüífero contaminado para produzir borbulhamento na água. As bolhas de ar são atravessadas horizontalmente e verticalmente pela coluna de solo, criando uma aeração que remove os contaminantes por volatização. O Air Sparging deverá ser utilizado em conjunto com um sistema de Extração de Vapores (SVE, figura a seguir), para onde os contaminantes são carregados. Esta tecnologia opera com altas taxas de fluxo de ar, a fim de se manter contato constante entre a água e o solo e propiciar maior aeração da água subterrânea. Os grupos-alvo de contaminantes do Air Sparging são VOCs e combustíveis derivados de petróleo.

Os fatores que podem limitar a aplicabilidade e eficiência do processo são os seguintes:

• Profundidade da contaminação e do nível d'água local;

• Tipos litológicos pouco permeáveis;

• A injeção de ar deve ser projetada para condições específicas;

• O fluxo de ar através da zona não saturada pode não ser uniforme, reduzindo a performance da técnica.

As principais características que determinam a eficiência do método são a permeabilidade gasosa na zona não saturada, taxa de fluxo d'água, permeabilidade do aqüífero, volatibilidade do contaminante e a sua solubilidade.

A figura a seguir demonstra o funcionamento do sistema Air Sparging.


Sistema Air Sparging associado ao SVE

Air Stripping

Processo físico de transferência de massa, considerado uma boa tecnologia disponível para tratar muitos compostos orgânicos voláteis (VOC's) presentes na água subterrânea contaminada. O sistema utiliza ar relativamente limpo para remover VOC's dissolvidos na água transferindo-os para a fase gasosa.

Uma configuração convencional de Air Stripping utilizado no tratamento de água subterrânea é a coluna de stripping. Nesta configuração, a água subterrânea contaminada é bombeada para o topo de uma coluna e, simultaneamente, ar limpo é soprado na base da mesma. O fluxo de ar promove transferência de meio, a água é distribuída no topo e, posteriormente, desce por gravidade. O fluxo de ar locado na base da coluna sobe por anéis que promovem o stripping no interior da coluna.

O processo de transferência de massa depende das características físico-químicas de cada contaminante, a temperatura da água, a taxa de ar/água, a superfície de contato ar/água na coluna e o fator de empacotamento dos anéis na coluna.

A aplicação de um sistema Air Stripping depende em grande parte das características dos contaminantes a serem tratados, sendo mais bem indicado para tratamentos de VOC's e compostos com concentração inferiores a (<200mg/L).

Os parâmetros que têm importância significativa no desempenho do sistema são as vazões de bombeamento; o fluxo de ar injetado na coluna e a concentração de contaminantes.

Biopilhas

São utilizadas para reduzir concentrações de hidrocarbonetos de petróleo presentes no solo através da biodegradação. Essa técnica envolve a disposição do material contaminado em pilhas e a estimulação da atividade aeróbica microbiana através de aeração e/ou adição de nutrientes e aumento da umidade do solo. O aumento da atividade microbiana resulta na degradação do produto de petróleo adsorvido através da respiração microbiana, reduzindo as concentrações desses contaminantes.

As Biopilhas são eficientes na redução da concentração da maioria dos produtos derivados de petróleo. Os produtos de petróleo mais leves (mais voláteis), como gasolinas, tendem a ser removidos por evaporação durante o processo de aeração e são menos degradáveis pela respiração microbiana. Os produtos de cadeia média, como diesel e querosene, possuem uma biodegradação mais significante que a evaporação.

Biopilhas são tipicamente construídas sobre uma base impermeável para reduzir o potencial de migração do lixiviado para a subsuperfície. São cobertas com uma membrana impermeável para prevenir a liberação de contaminantes e/ou solo contaminado para o ambiente, e para proteger o solo de ventos e chuvas.

Mostra-se uma técnica de remediação eficiente por destruir os contaminantes, promovendo uma redução na toxicidade, e por se mostrar como um sistema relativamente simples de se implantar.

O tratamento por Biopilhas é controlado por processos biológicos onde contaminantes biodegradáveis são convertidos aos seus constituintes minerais básicos (água e dióxido de carbono) sob condições aeróbicas. O solo é escavado, preparado, colocado em pilhas e aerado para promover a biodegradação. Na maioria dos casos, a biodegradação é atingida por microorganismos endógenos. A eficiência máxima da degradação é atingida através da manutenção da quantidade de água, pH, aeração, temperatura e fração de carbono/nitrogênio.

Para a implantação do sistema de Biopilhas, é necessário realizar a preparação do local; preparação da base; coleta do lixiviado; aeração; adição de água; adição de nutrientes; correção microbiológica; construção da pilha. A Figura a seguir apresenta um esquema do sistema de Biopilha.


Sistema de Biopilhas

Biorremediação

Promove a remediação de uma área impactada através de técnicas naturais, utilizando microorganismos (bactérias, fungos e leveduras) para degradar substâncias ou compostos perigosos aos seres humanos e transformá-los em substâncias com pouca ou nenhuma toxicidade.

Os microorganismos, da mesma forma que os seres humanos, comem e digerem substâncias orgânicas, das quais obtêm nutrientes e energia. Os microorganimos digerem substâncias orgânicas presentes no solo ou na água subterrânea, transformando-as principalmente em dióxido de carbono e água. Eles devem estar ativos e saudáveis para poderem desempenhar sua tarefa de remediação. Para isso, fatores como temperatura, quantidade de nutrientes e oxigênio, devem estar em condições ideais para possibilitar o seu desenvolvimento.

Microorganismos distintos substâncias distintas. Alguns deles sobrevivem em condições extremamente adversas, mas outros sob as mesmas condições podem morrer ou crescer muito lentamente, ou ainda, gerar compostos mais perigosos. Para que as condições ideais sejam alcançadas, eventualmente faz-se necessária a adição de ar, nutrientes ou outras substâncias, além de quantidades extras de microorganismos.

A Biorremediação pode ser utilizada para descontaminar tanto o solo quanto a água, e se enquadra em duas grandes categorias: in situ e ex situ . Na remediação in situ, o tratamento do solo ou da água subterrânea contaminada é feito no próprio local. É mais eficaz em solos permeáveis, como os arenosos. As medidas biocorretivas ex situ consistem em escavar o solo contaminado ou extrair a água subterrânea por bomba para aplicar o tratamento em outro local. Estas apresentam uma maior versatilidade para o tratamento de grande número de contaminantes e tipos de solo.

A Figura a seguir apresenta um esquema do sistema Biorremediação.