Artigo - Remediação de áreas contaminadas por técnicas de aquecimento do solo e água subterrânea.
Por Eduardo Pujol Junior;
Engenheiro mecânico pela FEI - Faculdade de Engenharia Industrial; MSc em Tecnologia Ambiental pelo IPT; Diretor de remediação ambiental da SGW Services.
Publicado Originalmente na Revista Meio Ambiente Industrial – Edição de Setembro/Outubro de 2006.
Introdução
A descoberta de inúmeras áreas contaminadas, tendo como variantes o tipo de contaminante e o estado na qual se encontram no meio, levou os profissionais da área ambiental a buscarem alternativas inovadoras de maior eficiência para a recuperação destas áreas.
Para que sejam realizadas ações efetivas de remediação, o problema deve ser muito bem entendido e as tecnologias hoje disponíveis para este fim devem levar em conta a viabilidade técnica e financeira, o tempo de tratamento e os riscos de exposição aos potenciais receptores. Considerando todos estes fatores, o tratamento destas áreas exige um entendimento profundo do local a ser remediado e, principalmente, da técnica a ser empregada.
Durante décadas o homem provocou a contaminação de milhares de áreas por uma infinidade de compostos, dentre os quais alguns são de grande persistência no meio e, por sua vez, de difícil remediação. Em razão disto, os engenheiros tiveram de buscar alternativas para que a recuperação destas áreas fosse viável do ponto de vista técnico e econômico, reduzindo em décadas o tempo de remediação. Alguns contaminantes como creosoto, óleo de caldeira e óleo queimado apresentam alta viscosidade e lenta biodegradação, portanto, são de difícil extração quando presentes no solo e nas águas subterrâneas. No que tange a esta necessidade, na última década houve um grande aprimoramento de técnicas de aquecimento, conhecidas como "Thermal Enhancement", que consistem na utilização de calor para auxiliar no processo de remediação.
Conceitos gerais
Para acelerar a remediação de contaminantes menos voláteis, bem como dos de grande persistência ao meio, foram desenvolvidas técnicas de remediação fundamentadas no aquecimento do solo e/ou águas subterrâneas. Com base na tecnologia da indústria de extração de petróleo foram desenvolvidas técnicas para recuperação de áreas contaminadas através do aquecimento das matrizes de solo e/ou água subterrânea com a utilização de resistências elétricas, aquecimento por radiofreqüência e injeção de fluído em alta temperatura como ar, água e vapor d’água.
As técnicas de remediação supracitadas elevam a solubilidade e volatilidade concomitante à redução da viscosidade dos compostos orgânicos. Algumas literaturas da indústria do petróleo documentam a utilização de processos térmicos de aquecimento para melhora do processo de extração de óleo em reservas petrolíferas.
Uma grande gama de compostos orgânicos voláteis (VOC) e semivoláteis (SVOC) apresentam, como propriedades físico-químicas, baixa solubilidade, baixa volatilidade e alta viscosidade. Para um contaminante que apresenta no mínimo uma destas características, a influência é direta, limitando a transferência de massa da subsuperfície.
As técnicas de remediação que utilizam temperatura geralmente são empregadas em conjunto com Extração de Vapores do Solo (SVE) ou Extração Multifásica (MPE), que são capazes de recuperar as fases líquida e vapor, melhorando significativamente a eficiência de recuperação do contaminante. Em alguns casos, a utilização das técnicas térmicas concomitante às de extração proporciona um rendimento tão espetacular que chega a reduzir o tempo de remediação de 50 para 5 anos.
Dentre as técnicas utilizadas para aquecimento do solo e água subterrânea destacam-se as seguintes:
Injeção de Vapor: A injeção de vapor de água na zona contaminada aumenta o desempenho dos sistemas de extração.
Os contaminantes são vaporizados e solubilizados, até que sejam captados pelos poços de extração de vácuo, conforme mostra a Figura 01. A aplicação de vapor é tipicamente utilizada em regiões onde a permeabilidade do solo varia entre média à alta, onde o vapor pode constituir uma frente de condensado com maior mobilidade na formação. A Figura 02 mostra a distribuição da temperatura no solo durante a injeção de vapor conjugada com a extração dos vapores.
Injeção de Ar Quente: Tem a mesma finalidade que a injeção de vapor de água. Apresenta menor custo de aplicação, porém, pelo baixo potencial calorífico do ar, não proporciona grande propagação do calor.
Aquecimento por Radiofreqüência: Através da utilização de um eletrodo ou espécie de antena cravados no solo são emitidas ondas de radiofreqüência. Estas ondas aumentam a movimentação molecular, o que resulta no aquecimento do solo. Apesar do custo de operação ser elevado, apresenta grande eficiência no tratamento de orgânicos voláteis em meios com baixa permeabilidade.
Aquecimento por Resistência Elétrica: Esta técnica utiliza um elemento resistivo. Após a passagem da corrente elétrica, a energia é dissipada em forma de calor que, por sua vez, se propaga no meio elevando a temperatura do solo.
Aquecimento por Corrente Elétrica: Esta tecnologia utiliza a resistividade do solo como condutor de corrente elétrica. A energia elétrica que passa pela matriz de solo é dissipada e se transforma em calor, aquecendo o meio. O aquecimento por corrente elétrica também é efetivo na remediação de regiões menos permeáveis e tem custo bastante inferior ao aquecimento por radiofrequência. A Figura 03 exemplifica o princípio de funcionamento da técnica, onde os eletrodos são posicionados ao redor do poço de extração.
Aplicabilidade
Os sistemas de Extração de Vapores do Solo (SVE) não são tão eficientes para a remoção de compostos orgânicos, onde a pressão de vapor é baixa e a temperatura ambiente varia de 0,1 a 1,0 mmHg. O aquecimento dos contaminantes faz com que a pressão de vapor aumente e, por sua vez, acelera a volatilização dos mesmos, facilitando a captação pelo sistema de extração de vapor ou multifásico. A Figura 04 compara a elevação da pressão de vapor nas diferentes temperaturas de 10ºC e 90ºC.
Algumas das técnicas térmicas, como Aquecimento por Resistência e por Radiofrequência, são amplamente utilizadas para acelerar o tempo de remediação de compostos orgânicos voláteis em solos menos permeáveis. O aquecimento do solo cria, primeiramente, vapores d’água, proporcionando “stripping” dos vapores orgânicos, secando o solo e aumentando a advecção.
Como consequência da aplicação destas técnicas, o menor tempo de remediação reduz significativamente os custos associados à remediação do site. Além dos processos físicos abordados, existe, também, influência na atividade biológica - o acréscimo da temperatura no solo estimula e aumenta a atividade bacteriana. De maneira geral, é esperado que a taxa de biodegradação dos contaminantes dobrasse a cada 10º C de temperatura acrescida ao meio.
A injeção de vapor tem melhor aplicação em solos de alta a média permeabilidade. Logo, o aquecimento por resistência elétrica tem maior eficiência em solos de média a baixa condutividade pelo fato de a energia ser mais bem conduzida no meio. Em alguns casos, dependendo da temperatura de aplicação alcançada, também é notada a “queima” ou pirólise de alguns contaminantes in-situ.
Em resumo, as técnicas de aplicação de calor: 1 – Proporcionam aumento da volatilização dos contaminantes; 2 - Aceleram a transferência de massa; 3 - Aceleram a difusão e a evaporação; 4 - Estimulam a biodegradação dos contaminantes; 5 – Aumentam a solubilização e dissolução do contaminante; 6 - Diminuem a viscosidade da água e dos contaminantes, facilitando a recuperação dos mesmos pelos sistemas de extração convencionais; 7 – São aplicáveis tanto em zonas saturadas quanto não saturadas do solo.
Para todas as técnicas de remediação e, principalmente, para as técnicas de aplicação de calor é muito importante entender os mecanismos de transporte e monitorá-los para que não haja mobilização de contaminante para zonas onde não apresentam impacto.
Referências Bibliográficas
• EVA L. DAVIS, How Heat Can Enhance In-situ Soil and Aquifer Remediation, EPA/540/S-97/502, Abril 1997.
• THOMAS M. IVORY, Ph.D., e DIANE S.ROOTE, P.G., Technology Status Report: In Situ Thermal-Enhanced Remediation Technology, Setembro 2003.
• EVA L. DAVIS, Steam Injection for Soil and Aquifer Remediation, EPA/540/S-97/505, Janeiro 1998.
• JACOB GUDBJERG, Remediation by Steam Injection, Outubro 2003.
Fontes relacionadas:
Revista Meio Ambiente Industrial
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