remediação de solos in situ usando poa: ensaios preliminares de

Seminário Internacional sobre Remediação in situ - 4 e 5/11/2002

Remediação de solos in situ usando POA:ensaios preliminares de tratabilidade

Wilson F. Jardim

Laboratório de Química Ambiental - LQA

Instituto de Química - UNICAMP

http://lqa.iqm.unicamp.br

[email protected]


A remediação de um sítio contaminado deve ser feita buscando-se sempre a melhor relação risco/benefício,balizada pela relação custo/benefício. Tendo em vista a atual expansão que vivencia o mercado brasileiro nestaárea, há que se investigar o desenvolvimento de tecnologias emergentes que possam competir com astecnologias tradicionais disponíveis para remediação de solos. Esta busca deve inclusive priorizar ostratamentos in situ, os quais normalmente reduzem riscos e custos. Neste cenário, aparecem com muitacompetitividade os Processos Oxidativos Avançados (POA), os quais têm em comum a geração de radicaishidroxilas (OH) como o principal agente capaz de destruir compostos indesejáveis e promover a remediação deum solo. Dentre os POA mais conhecidos, pode-se citar o Reagente de Fenton (H2O2 e um sal de ferro), o ozônio, acombinação H2O2/UV, o permanganato de potássio (KMnO4), o dióxido de cloro (ClO2), dentre vários outros.Cada um destes oxidantes apresenta várias vantagens e desvantagens quando se pensa em remediação in situ, oque demanda estudos de tratabilidade feitos em escala de bancada. Estes estudos são fundamentais para seestimar a eficácia e a eficiência, de modo comparativo, permitindo assim escolher de modo seguro o melhorPOA para cada caso sob investigação. Ensaios de tratabilidade são normalmente realizados em duas etapas: (a) a primeira delas é feita em batelada,usando-se reatores de pequeno porte, onde pode-se avaliar a performance de pelo menos dois tipos de POApré-selecionados frente ao tipo de solo e do contaminante a ser destruído; (b) após esta seleção preliminar, osensaios em coluna de solo permitem extrair dados cinéticos, bem como estimar taxas e modo de aplicação dosreagentes. O objetivo desta apresentação é o de fornecer maiores detalhes sobre estes procedimentos que subsidiamtecnicamente as decisões sobre a escolha de determinado POA, de modo a garantir o sucesso de umaremediação in situ.

Remediação de solos in situ usando POA:ensaios preliminares de tratabilidade


Temas a serem abordados

aAs investigações preliminares do sítio (e queraramente são feitas de acordo)

aOs Processos Oxidativos Avançadostipos, vantagens e desvantagens

aEnsaios de laboratório (as bases do sucesso ou dofracasso)ensaios em batelada e em coluna

aExemplos

aConsiderações finais


Avaliação preliminar do sítio

§ O que se conhece sobre o local?

§ Que evidências indicam uma possível contaminação pretérita que possa

ser associada ao uso da propriedade?

§ Que nível de investigação é necessária para identificar a presença (tipo

e extensão) ou ausência de contaminação?

§ Qual o uso futuro previsto para o sítio?

§ Existem normas versando sobre como conduzir e quais são os

produtos a serem gerados nesta avaliação preliminar?

§ Quem é o responsável para acompanhar o desenrolar desta atividade?

§ Qual é a participação da comunidade neste processo?

§ Quem, e de que modo será afetado pela contaminação do sítio?


Investigação do sítio

§ Existem normas e exigências técnicas referentes ao processo de

investigação do sítio?

§ Existem padrões ou valores de referência aplicáveis ao problema?

§ Que tecnologias estão disponíveis para a investigação do sítio?

§ Os dados gerados nesta investigação permitem decidir sobre a

necessidade ou não de remediar o sítio?

§ Que condições pós-remediação são aceitáveis pela agência

responsável? São as mesmas da comunidade?

§ Quais são as vias de exposição? TODAS elas foram devidamente

quantificadas? Podem ser alteradas com a remediação?

§ Que medidas serão tomadas se a contaminação for demonstrada? E

se for de origem natural?


Os Processos OxidativosAvançados (POA)

§Processos Oxidativos Avançados são aqueles nos quais o radical OHatua como principal agente oxidante (E0 = 2,80 V);

§Em 1972, Fujishima e Honda descrevem a oxidação da água emsuspensão de TiO2 gerando hidrogênio e oxigênio;

§A partir do início da década de 80 começaram os trabalhos aplicadosem fase aquosa, gasosa, bem como em solos (in situ e in site);

§Em 1998 a USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos EstadosUnidos) reconhece a importância deste processo ao publicar oHandbook of Advanced Oxidation Processes,


HeterogêneosTiO2/UV (fotocatálise)

HomogêneosUV/H2O2 KMnO4

UV/O3 FeOxO3/H2O2 ClO2

Fenton

Exemplos de POA


TiO2/luz solarExcelente performance na destruição de uma série de pesticidas(Tordon, Diuron, Atrazina, PCP, etc). Uso limitado pois atendeapenas à contaminação superficial.

HomogêneosOs POA que tem tido maior aplicabilidade na remediação in situsão o Reagente de Fenton (Peróxido de Hidrogênio com umcatalisador metálico), além do Permanganato de Potássio.Normalmente a regra da eficácia é sempre mantida: se o POAfunciona para o solo, também funciona para a descontaminaçãodo aquífero. 00000

POA mais aplicáveis a solos(e aquíferos)


Vantagens de desvantagens dos doisoxidantes mais usados

w H2O2n Não deixa sub-produtos

n Reação enérgica e rápida

n Produto pronto para o uso

n Solventes halogenados, orgono-clorados em geral, BTXE,VOCs, DNAPL

n Decompõe facilmente

n Reação enérgica pode fugir aocontrole

n Pode ser explosivo

w KMnO4n Solventes halogenados, orgono-

clorados em geral, BTXE,VOCs, DNAPL, TPH

n Risco de explosãonegligenciável

n Precisa ser formulado

n Pode alterar a porosidade dosolo (MnO2)

n Aspecto estético

n Cinética muito lenta comparadoao peróxido


Ensaios de laboratório -1

w São os chamados ensaios de tratabilidade, onde seavalia a eficiência e a eficácia comparativa de pelomenos 2 tipos de POA;

w Os POA a serem testados são pre-selecionados apartir do tipo de contaminante e tipo de solo.

w Os ensaios são feitos primeiramente em batelada,usando reatores selados, em condições ideais,explorando diferentes relações oxidante/carbonoorgânico;


Ensaios de laboratório -2

w A partir dos dados obtidos em batelada, são feitos osensaios em coluna de solo.

w Nestes ensaios, varia-se a carga de oxidante (vazão)ofertada à coluna de solo, tomando-se como base aporosidade original do solo a ser remediado (de 0,1 a 5Vporo/dia)

w Os resultados gerados nestes ensaios permitem aopessoal de campo escolher a melhor maneira de injeçãodo oxidante, a dose e a frequência de aplicação


Reator usado nos ensaiosem batelada


COMPOSTOS DECOMPOSTOS DEINTERESSEINTERESSE

DRINSDRINS

AldrinAldrin DieldrinDieldrin

EndrinEndrin

Endrin Endrin CetonaCetona EndrinEndrinAldeídoAldeído

DieldrinDieldrin


TESTES DE DEGRADAÇÃO EM TESTES DE DEGRADAÇÃO EM

COLUNA DE SOLOCOLUNA DE SOLO20 cm – Adensada - 20 cm – Adensada - FentonFenton

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

"Superfície"

Solo Inicial

0 20 40 60 80 100

Concentração Relativa Aldrin (%)

79%79%

1,8%1,8%50 cm – Não Adensada - 50 cm – Não Adensada - FentonFenton

Fatia 10

Fatia 9

Fatia 8

Fatia 7

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

"Superfície"

Solo Inicial

0 20 40 60 80 100

Concentração Relativa Aldrin (%)

68%68%

50 cm – Adensada – H50 cm – Adensada – H22OO22

Fatia 10

Fatia 9

Fatia 8

Fatia 7

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

Solo Inicial

0 20 40 60 80 100 120

Concent ração Re la t iva A ldr in (%)

17,4%17,4%


20 cm – Adensada - 20 cm – Adensada - FentonFenton

50 cm – Não Adensada - 50 cm – Não Adensada - FentonFenton 50 cm – Adensada – H50 cm – Adensada – H22OO22

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

"Superfície"

Solo Inicial

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Concentração Relativa Endrin Aldeído (%)

Fatia 10

Fatia 9

Fatia 8

Fatia 7

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

Solo Inicial

0 50 100 150 200 250


Fatia 10

Fatia 9

Fatia 8

Fatia 7

Fatia 6

Fatia 5

Fatia 4

Fatia 3

Fatia 2

Fatia 1

"Superfície"

Solo Inicial

0 20 40 60 80 100



Finalmente

w Após os ensaios em coluna, verifica-se se a permeabilidade

do solo foi alterada, se algum sub-produto foi gerado (tanto

oriundo da contaminação quanto do oxidante usado), se o

aspecto estético foi alterado, etc;

w Frente aos objetivos propostos quanto à remoção do

contaminante e o valor alvo final, uma nova análise de

risco é realizada usando este novo cenário mais realista.


Agradecimentos

w Ao Instituto Ekos Brasil e CSD Geoklock pelaoportunidade;

w A todos os presentes;

w Aos meus alunos que muito contribuiram na geraçãodos dados apresentados;


Curriculum

Wilson de Figueiredo Jardim é Professor Titular do Instituto de Química da UNICAMP,onde ingressou em 1984. Obteve o título de PhD em Ciências Ambientais (1983) pelaUniversidade de Liverpool, Pós-Doutorado no Centro de Estudos Ambientais da DrexelUniversity, na Filadélfia (1987), e foi Professor Visitante no Programa de EngenhariaAmbiental da Universidade de Delaware (1993). Trabalha na área de QuímicaAmbiental, onde já orientou 16 doutores, 17 mestres, tendo publicado mais de 90trabalhos científicos na área de meio ambiente.

[email protected]

remediação de solos in situ usando poa: ensaios preliminares de

Documents