Graduação em Engenharia Civil

(1)

Graduação em Engenharia Civil

Graduação em Engenharia Civil -- UPE

UPE

GEOTECNIA AMBIENTAL

TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO

Prof

(2)

OBJETIVOS

NA

NA REMEDIAÇÃO

REMEDIAÇÃO DE

DE SOLOS

SOLOS E

E ÁGUAS

ÁGUAS SUBTERRÂNEAS

SUBTERRÂNEAS

••

Prevenir

Prevenir o

o risco

risco de

de exposição

exposição por

por águas

águas contaminadas

contaminadas em

em concentrações

concentrações

inaceitáveis

inaceitáveis;;

•• Controle

Controle de

de fonte

fonte (minimizar

(minimizar a

a contaminação

contaminação secundária

secundária como

como resultado

resultado da

da

•• Controle

Controle de

de fonte

fonte (minimizar

(minimizar a

a contaminação

contaminação secundária

secundária como

como resultado

resultado da

da

percolação

percolação em

em solos

solos ou

ou da

da existência

existência de

de NAPL)

NAPL);;

•• Contenção

Contenção da

da pluma

pluma (controle

(controle de

de migração)

migração);;

••

•• Remedia

Remediarr o

o aqüífero

aqüífero para

para as

as premissas

premissas impostas,

impostas, dentro

dentro de

de limites

limites práticos

práticos

estabelecidos

estabelecidos para

para o

o sítio

sítio;;

(3)

(4)

Concepção dos Tratamentos

USO CORRENTE TENTATIVAS EM GRANDE ESCALA TECNOLOGIA TESTADA TECNOLOGIA AVALIAÇÃO COMERCIAL TENTATIVAS PILOTO EM ESCALA DE CAMPO

EXPERIMENTOS DE CAMPO DE PEQUENA ESCALA / PROTÓTIPOS

IDENTIFICAÇÃO DOS CONCEITOS / ESTUDOS DE LABORATÓRIO

TECNOLOGIA EMERGENTE TECNOLOGIA EXPERIMENTAL ESCALA DE ENGENHARIA ESTUDOS RIGOROSOS DE BALANÇO DE MASSA

(5)

PROCESSO DE REMEDIAÇÃO (1)

••

Compilar

Compilar e

e rever

rever dados/informações

dados/informações disponíveis

disponíveis para

para o

o sítio

sítio

-- MapasMapas topográficostopográficos

-- LocalizaçãoLocalização dasdas fontesfontes dede contaminaçãocontaminação -- LocalizaçãoLocalização dede receptoresreceptores potenciaispotenciais -- DadosDados hidrológicoshidrológicos

-- DadosDados dede qualidadequalidade dodo solosolo ee águaságuas subterrâneassubterrâneas -- DadosDados dede qualidadequalidade dodo solosolo ee águaságuas subterrâneassubterrâneas

••

Preparar

Preparar Modelo

Modelo Conceitual

Conceitual Preliminar

Preliminar para

para o

o sítio

sítio

••

IIntegrar

ntegrar dados

dados do

do sítio

sítio disponíveis

disponíveis dentro

dentro do

do “modelo

“modelo conceitual”

conceitual”

(6)

PROCESSO DE REMEDIAÇÃO (2)

••

Caracterização

Caracterização do

do Sítio

Sítio

-- DefiniçãoDefinição dede fontefonte i)

i) NAPLNAPL ee contaminaçãocontaminação residualresidual dede solosolo ii)

ii) EstimativaEstimativa dede massamassa

-- DefiniçãoDefinição dede plumapluma dissolvidadissolvida dede contaminaçãocontaminação i)

i) ExtensãoExtensão ee concentraçõesconcentrações

-- DefiniçãoDefinição dodo sistemasistema hidrogeológicohidrogeológico i)

i) CaracterizaçãoCaracterização tridimensionaltridimensional sobsob condiçõescondições naturaisnaturais

••

Definir

Definir tipo,

tipo, gravidade

gravidade e

e extensão

extensão da

da contaminação

contaminação

- Tipos de contaminantes

(7)

PROCESSO DE REMEDIAÇÃO (3)

••

Caracterização

Caracterização Hidrológica

Hidrológica

-- LitoestratigrafiaLitoestratigrafia detalhadadetalhada i)

i) CamadasCamadas confinantesconfinantes ee nãonão--confinantesconfinantes

-- PropriedadesPropriedades dodo SoloSolo ee dodo AqüíferoAqüífero i)

i) CondutividadeCondutividade HidráulicaHidráulica i)

i) CondutividadeCondutividade HidráulicaHidráulica ii)

ii) PorosidadePorosidade EfetivaEfetiva ee DispersividadeDispersividade iii)

iii) TeorTeor dede matériamatéria orgânorgânicaica iv)

iv) DensidadeDensidade totaltotal

-- DadosDados dede gradientegradiente hidráulicohidráulico (níveis(níveis dede água)água) i)

i) PoçosPoços multiníveismultiníveis sãosão úteisúteis nana definiçãodefinição dede gradientesgradientes verticaisverticais

(8)

TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

••

CLASSIFICAÇÃO

--

Objetivo

Objetivo:: Contenção

Contenção versus

versus Tratamento

Tratamento

--

Processo

Processo Envolvido

Envolvido:: Físico,

Físico, química,

química, biológico

biológico ou

ou térmico

térmico

--

Local

Local do

do Tratamento

Tratamento::

in

in--situ

situ

_versus

ex

ex--situ

situ

--

Local

Local do

do Tratamento

Tratamento::

in

in--situ

situ

_versus

ex

ex--situ

situ

--

Localização

Localização da

da Fonte

Fonte:: Zona

Zona saturada

saturada x

x Zona

Zona insaturada

insaturada

••

Escolha

Escolha da

da Tecnologia

Tecnologia

Fatores:

- Natureza físico-química do contaminante

- Aspectos hidrogeológicos do sítio

- Extensão da contaminação

(9)

TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

IN-SITU

Bio-remediação Pump and Treat

Extração de Gás do Solo Contenção

Física Mista

Aeróbica

Anaeróbica

Processos Adicionais:

-Airsparging/Bio-Sparging

- Injeção de Surfactantes/Co-solventes - Injeção de Vapor

(10)

(11)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Contenção Hidráulica e Tratamento (Pump-and-Treat)

- Processo físico de extração de águas contaminadas da zona saturada e

tratamento ex-situ.

- A água limpa pode ser colocada novamente no solo, no sistema público de esgotos

ou em alguma lagoa (USEPA, 2001)

Aplicação: CHCs, BTEX

(12)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Contenção Hidráulica e Tratamento (Pump-and-Treat)

- Uma remediação feita com Bombeamento e Tratamento é um processo

relativamente lento. Ele dura geralmente pelo menos de cinco a dez anos, mas

pode também durar décadas. Isto vai depender (USEPA, 2001):

- Do tipo e quantidade de contaminates presentes; - Do tipo e quantidade de contaminates presentes;

- Do tamanho e da profundidade da contaminação da água subterrânea; - Do tipo de solo e rocha na área.

(13)

Linhas do caminho percorrido por partículas

T=500 dias (antes do início do bombeamento) - transporte puramente advectivo

0 2 4 6 8 10

Projeção da cobertura metálica

PM-02 PM-04

PE-01 PE-17 PE-18 PE-19

PE-20 PI-01 PI-02

Escala Gráfica (m)

Restaurante

PE-07

PM-06

PE-08

PE-09 PE-06 PE-05 PE-04 PE-03 PM-03 PE-10 PE-11 PM-05 PE-02 PE-12 PE-13 PE-14 PE-15 PE-16

(14)

Linhas do caminho percorrido por partículas

T=1.000 dias (475 de bombeamento) - transporte puramente advectivo

0 2 4 6 8 10

Projeção da cobertura metálica

PM-02 PM-04

PE-01 PE-17 PE-18 PE-19

PE-20 PI-01 PI-02

Escala Gráfica (m)

DEPOIS DO BOMBEAMENTO (Veras, 2007)

Restaurante

PE-07

PM-06

PE-08

PE-09 PE-06 PE-05 PE-04 PE-03 PM-03 PE-10 PE-11 PM-05 PE-02 PE-12 PE-13 PE-14 PE-15 PE-16 Barreira Hidráulica Contorno Pluma

(15)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Extração de Gás de Solo (SVE)

- Remove, fisicamente, compostos orgânicos voláteis da zona não saturada através da aplicação de um sistema de vácuo.

-O SVE geralmente é limitado pela permeabilidade dos solos e pelo nível de saturação por água. Normalmente não irá funcionar bem em solos de baixa permeabilidade como siltes e argilas, ou Normalmente não irá funcionar bem em solos de baixa permeabilidade como siltes e argilas, ou em camadas muito saturadas, como a franja capilar ou abaixo do nível d’água.

- O SVE é comumente usado em combinação com um sistema de injeção de ar comprimido conhecido como “Air Sparging”, para tratar contaminantes em solos saturados e na água subterrânea.

CHCs – Compostos de Hidrocarbonetos Clorados

(16)

(17)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

-

Air Sparging (AIS)

• Remove, fisicamente, contaminantes voláteis através de processos de aeração do solo na zona saturada. Estimula a biorremediação in-situ.

• Durante a aplicação deste método ocorrem três processos de transferência de massa: i) Extração “in situ” dos compostos orgânicos voláteis (VOC’s) dissolvidos;

ii) Volatilização da contaminação em fase adsorvida abaixo do nível d’água; iii) Aumento da biodegradação dos contaminantes em fase adsorvida e dissolvida, em função do aumento dos níveis de oxigênio dissolvido.

CHCs – Compostos de Hidrocarbonetos Clorados

(18)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

(19)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Barreira Reativas Permeáveis (BRPs)

- Barreiras que promovem a passagem de águas subterrâneas através de porções

reativas que possibilitam a remediação in-situ por processos físicos, químicos e/ou

biológicos.

- O objetivo é que a água subterrânea saia da barreira com uma desejada

concentração reduzida de contaminante, ou que o contaminante seja transformado

em um composto não nocivo, ou ainda que ele seja completamente eliminado.

(20)

- As barreiras reativas são projetadas de forma a permitir o escoamento

da água através delas, promovendo a sorção no material que as

constitui, ou promovendo reações de degradação.

- As variantes desta técnica são numerosas, dependendo usualmente

do tipo de material que constitui a barreira e do contaminante a

remover.

(21)

CARACTERÍSTICAS GERAIS

- Os materiais mais comuns usados nas barreiras para tratamento dos contaminantes incluem ferro zero-valente, metais reduzidos, pares de metais, calcário, agentes de sorção, agentes redutores e receptores biológicos de elétrons.

- As PRB’s podem ser instaladas utilizando diversos tipos de equipamentos, como por exemplo, retroescavadeiras,escavação hidráulica, entre outros.

Barreira Reativas Permeáveis (BRPs)

- A profundidade média de instalação usando esses métodos varia de 7,0 até 27,0 metros.

- As espessuras mais usuais das PRB’s variam de 30 até 90 centímetros, porém existem barreiras com espessuras menores que 15 centímetros e outras com espessuras maiores que 2,70 metros.

(22)

Planta

Reator Químico ou Biológico

Pluma Descontaminada Fonte

Fluxo

Barreira Reativas

Reator Químico ou Biológico Camada

Impermeável

Corte

Pluma Contaminada

Pluma Contaminada Pluma Descontaminada

Pluma Descontaminada

(23)

Barreiras reactivas –

(24)

Barreiras reactivas –

(25)

(26)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

- Este processo de tratamento consiste no aquecimento do solo, com o objetivo de promover a separação de contaminantes orgânicos pela volatilização ou destruição.

- Possibilitam a mobilização, in-situ, dos contaminantes através do solo e águas subterrâneas através de seu aquecimento. Os compostos se deslocam através do meio

• Tecnologias Térmicas

subterrâneas através de seu aquecimento. Os compostos se deslocam através do meio poroso em direção aos poços de extração onde são removidos. Esses compostos podem ser tratados na superfície através das tecnologias disponíveis

- Pode ser realizado:

- “in situ”, por meio da injeção de vapor, aquecimento condutivo em poços térmicos ou aquecimento por eletroresistividade;

(27)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Tecnologias Térmicas

Aplicação: CHCs, BTEX

CHCs – Compostos de Hidrocarbonetos Clorados

(28)

Os métodos de tratamento térmico

“in situ” incluem:

- Injeção de Vapor;

- Aquecimento por Resistência Elétrica;

- Aquecimento por freqüência de rádio;

(29)

TIPOS DE PROCESSOS TÉRMICOS

Injeção de Vapor

• Poços são instalados e utilizados para a injeção de vapor,

aquecendo a área e desta forma mobilizando, evaporando

ou destruindo os compostos químicos perigosos presentes,

os quais são coletados e retirados através de poços de

extração.

(30)

TIPOS DE PROCESSOS TÉRMICOS

Aquecimento por Resistência Elétrica

• Neste método o solo é aquecido pela passagem de corrente

elétrica, a partir de eletrodos que são introduzidos na área

de tratamento.

• O calor da corrente elétrica converte a água contida no solo

em vapor, o qual elimina os compostos químicos presentes,

que são coletados por vácuo nos poços de extração.

(31)

TIPOS DE PROCESSOS TÉRMICOS

Aquecimento por Frequência de Rádio

• Envolve a colocação de uma antena que emite ondas de rádio no poço. As

ondas aquecem o solo e evaporam os compostos voláteis presentes.

Aquecimento por Condução térmica

• Neste método o calor é fornecido por meio de poços de aço (poços térmicos)

ou por uma manta térmica que cobre a superfície do solo.

(32)

APLICABILIDADE DE TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO

IN-SITU ATRAVÉS DE PROCESSOS TÉRMICOS

(33)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• É uma tecnologia que consiste na injeção de "soluções de lavagem" como surfactantes ou solventes misturados com água para aumentar a solubilidade do contaminante e assim deslocá-los em direção aos pontos onde serão removidos.

• Tem como objetivo aumentar a eficiência do método pump and treat e os principais contaminantes alvo são NAPL, óleos e resíduos perigosos.

• Soil Flushing

Monitorin

g well _Monitorin

g well _{Fatores Limitantes:}

• Solos com baixa permeabilidade ou heterogêneos são difíceis de tratar;

(34)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

• Oxidação Química

- Baseia-se na capacidade de transformação química de compostos orgânicos

pela injeção de substâncias químicas (e.g., permanganato de potássio, peróxido

de hidrogênio, ozônio).

- No caso do permanganato de potássio é necessário lavar o solo após a remoção dos contaminantes a fim de extrair o reagente; no caso do permanganato de hidrogênio esta lavagem é desnecessária dada o seu curto período de meia vida (da ordem de algumas horas).

(35)

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

Descrição: Plantas apropriadas são utilizadas para promover a extração/

biodegradação de compostos orgânicos e metais do solo.

Aplicação: CHCs, BTEX, PAHs, pesticidas, metais pesados.

(36)

Como Funciona?

• A

Fitorremediação

funciona

melhor

em

sítios

com

reduzidas

concentrações de contaminantes. As plantas removem os compostos

tóxicos através de suas raízes ao retirar água e nutrientes do subsolo.

• As plantas podem remover os contaminantes em profundidades

compatíveis com suas raízes. As raízes de árvores mais profundas são

usadas em casos de contaminação com profundidades maiores.

• Uma vez na planta, os contaminantes podem ser:

- armazenados nas raízes, caules ou folhas;

- transformados em formas menos tóxicas;

(37)

••

Atenuação Natural

Atenuação Natural Monitorada

Monitorada

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

Descrição

Descrição:: Monitoramento

Monitoramento “inteligente”

“inteligente” de

de parâmetros

parâmetros indicadores

indicadores de

de

atenuação

atenuação natural

natural p

para

ara validar

validar a

a estabilização

estabilização ou

ou redução

redução

de

de plumas

plumas dissolvidas

dissolvidas..

Aplicação

Aplicação:: CHCs,

CHCs, BTEX,

BTEX, PAHs

PAHs..

Aplicação

Aplicação:: CHCs,

CHCs, BTEX,

BTEX, PAHs

PAHs..

Justificativas

Justificativas para

para utiliza

utilização

ção::

-- baixo

baixo custo

custo de

de instala

instalação

ção;;

-- baixo

baixo custo

custo de

de opera

operação

ção;;

-- pouca

pouca ou

ou nenhuma

nenhuma interven

intervenção

ção humana

humana..

Importante

(38)

••

Atenuação Natural

Atenuação Natural Monitorada

Monitorada

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

1) Os principais processos de atenuação que ocorrem naturalmente no solo são: biodegradação, dispersão, sorção, volatilização, diluição;

2) A ANM está bem estabelecida como método de remediação apenas para alguns tipos de contaminantes, destacando-se o benzeno, tolueno, etilbenzeno, e xileno;

3) Para atingir os objetivos da remediação, a ANM deve ser monitorada e avaliada por períodos que podem ir de anos até décadas;

4) A ANM de alguns compostos pode formar sub-produtos perigosos (cloreto de vinila como sub-produto final de PCE, por exemplo) que em alguns casos podem ser muito persistentes no meio;

(39)

••

Atenuação Natural

Atenuação Natural Monitorada

Monitorada

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

Para avaliar se a atenuação natural está ocorrendo em uma área contaminada, os seguintes parâmetros devem ser analisados: oxigênio, dissolvido, nitrito, nitrato e nitrogênio, ferro total e dissolvido, sulfato e sulfeto, metano, dióxido de carbono, pH, etc

Em geral, a atenuação natural pode ser percebida por meio dos seguintes indícios:

· Perdas de contaminantes observadas ao longo do tempo por meio das análises das concentrações dos compostos de interesse;

· Redução na concentração de oxigênio dissolvido e aumento do conteúdo de carbono inorgânico por biodegradação aeróbica;

· Redução na concentração de nitrato sob condições de denitrificação (condições anaeróbicas);

(40)

••

Atenuação Natural

Atenuação Natural Monitorada

Monitorada

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE REMEDIAÇÃO

Dentre as desvantagens e limitações da atenuação natural monitorada, podem ser citados os seguintes aspectos:

· quantidade de informações necessárias para demonstrar que o processo é viável e seguro ao longo do tempo;

· dificuldades dos interessados em demonstrar às agências ambientais que o método é viável · dificuldades dos interessados em demonstrar às agências ambientais que o método é viável em uma determinada área;

· longos períodos de tempo para que a remediação seja efetivada;

· presença de contaminantes persistentes (resistentes à biodegradação), · baixas taxas de dispersão no aqüífero contaminado;