Técnicas Empregadas na Remediação de Solos Contaminados

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1 Técnicas Empregadas na Remediação de Solos Contaminados Anderson Fonini, José Waldomiro Jiménez Rojas Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul. RESUMO: Os solos, juntamente com a água, compreendem o conjunto básico necessário à sobrevivência. A sua contaminação por agentes contaminantes, mas especialmente pelos derivados de petróleo e metais, inutilizam-no para a produção de alimentos e ainda geram uma fonte potencial de graves enfermidades aos seres humanos. Ao ocorrer contaminações, diversas são as medidas que podem ser empregadas em prol da recuperação do site contaminado. Esses métodos podem ser térmicos, físico-químicos, biológicos, processos especiais e ainda de isolamento, dependendo das características da área e do nível de contaminação. No decorrer do paper foram abordadas algumas dessas técnicas, com um exemplo em especial de aplicação experimental da técnica de estabilização/solidificação, e suas respectivas características para devolver ao solo contaminado por hidrocarbonetos e metais condições seguras aos seus usuários e condizentes com as legislações ambientais. A escolha de um determinado método para remediação é algo bastante particular que deve ser contemplado após vários estudos. PALAVRAS-CHAVE: Técnicas de Remediação, Contaminação de Solos, Hidrocarbonetos, Metais. 1 INTRODUÇÃO O solo é uma camada de partículas minerais oriundas da degradação de algum tipo de rocha somada a uma porção de matéria orgânica. Ele contém alto teor de microorganismos e possui características próprias, sendo muito dinâmico em alguns casos. É formado por uma fase sólida, e certa quantidade de vazios, os quais, em parte, estão repletos de água. Uma área contaminada é definida como um local ou terreno onde há comprovadamente poluição ou contaminação causada pela introdução de quaisquer substâncias ou resíduos que nela tenham sido depositados, acumulados, armazenados, enterrados ou infiltrados de forma planejada, acidental ou até mesmo natural. Nessa área, os poluentes ou contaminantes podem concentrar-se em subsuperfície nos diferentes compartimentos do ambiente como, por exemplo, no solo, nos sedimentos, nas rochas, nos materiais utilizados para aterrar os terrenos, nas águas subterrâneas ou, de uma forma geral, nas zonas não saturada e saturada, além de poderem concentrar-se nas paredes, nos pisos e nas estruturas de construções. (CETESB 2006). A preocupação com a contaminação dos solos por derivados de petróleo (metais e hidrocarbonetos) vem ganhando nas últimas três décadas maior importância devido aos malefícios que estes podem causar. Os solos, contaminados por metais, que possuem efeito bioacumulativo e consequentemente mutagênicos, ou ainda por hidrocarbonetos, que são altamente carcinogênicos, devem ser submetidos a algum tipo de técnica adequada para a sua descontaminação, mesmo que não seja em sua totalidade. Quando se identifica uma área contaminada, algumas medidas devem ser tomadas a fim de garantir integridade aos seres que nela habitam. As medidas que devem ser tomadas são: retirada de seres humanos e animas ameaçados, isolamento da área, identificação e posteriormente remoção da fonte contaminadora, avaliação do nível de contaminação, decisão da técnica a ser empregada e execução. Na ocorrência de uma contaminação do solo por algum derivado de petróleo, devido a sua pouca solubilidade em água, ocorre à formação de cinco fases no local contaminado, que podem ser discorridas da seguinte forma: (i) Fase livre: Dependendo do tipo de contaminante, de sua viscosidade, do volume de vazios existente no solo e da profundidade do lençol freático, essa fase pode ser mais ou menos espessa. Neste estado, o contaminante (hidrocarbonetos e metais, dentre outros) apresenta-se no solo em altas quantidades, com grande mobilidade e ele está misturado com a

2 água existente nos vazios do solo. É possível que ele seja removido por bombeamento, contudo, a sua remoção nunca será total; (ii) Fase residual: Esta fase, assim como a livre, acontece na zona não saturada do solo. Nela o contaminante encontra-se puro, porém em pequenas gotículas isoladas que não possuem mobilidade; (iii) Fase de vapor: Em função do tipo de contaminante e de seus componentes, esta fase pode manifestar-se de forma mais ou menos intensa. Os componentes de fácil volatilização, como os hidrocarbonetos, representam grande perigo à saúde humana se inalados em altas quantidades por serem potencialmente carcinogênicos; (iv) Fase adsorvida: Umas das fases que podem gerar contaminação por um maior período, devido à lixiviação das partículas contaminadas. Corresponde às moléculas de produto que se aderem às partículas sólidas do solo, preferencialmente matéria orgânica e argilas, nessa ordem e (v) Fase dissolvida: É a fase responsável pela diluição do contaminante na água. Ela é dividida em três partes: advecção que é movimentação do contaminante de um local para outro através do fluxo da água; difusão molecular que é movimentação do contaminante através da movimentação das partículas do meio e ainda a difusão turbulenta que é a movimentação do contaminante através do fluxo turbulento do meio. Essas fases descritas acima podem ser evidenciadas na Figura 1, onde a fonte de contaminação é pontual, mas suficiente para atingir o lençol freático. Figura 1. Fases de uma contaminação pontual em solos. Devido a grande ocorrência desses desastres com as mais variadas configurações, tanto do meio onde se detectou o acidente ou do contaminante, surgiram inúmeros métodos para remediação e mitigação dos passivos ambientais. Alguns desses são aplicados in situ, já outros, a massa contaminada precisa ser removida e depois pode retornar ao local de onde foi retirada. Estes são denominados ex situ. Com o objetivo de esclarecer algumas técnicas de remediação de solos, serão apresentados no decorrer do artigo dados e características dos métodos mais difundidos aplicados mundialmente para recuperação de solos contaminados, relatando um estudo feito com a técnica de estabilização/solidificação. 2 TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO A seguir serão apresentadas algumas delas julgadas mais importantes. 2.1 Métodos eletrocinéticos Os métodos eletrocinéticos são tecnologias em desenvolvimento que vem sendo utilizadas para a remediação de solos contaminados. Funcionam na zona saturada e não saturada do solo, sendo aplicáveis a vários compostos orgânicos e inorgânicos. (Schmidt 2004). O método caracteriza-se basicamente pela aplicação de uma corrente elétrica no solo através de eletrodos que tendem a atrair íons. A percolação de algumas soluções no solo, básicas ou ácidas dependendo dos tipos dos metais presentes, facilitará a solubilização e liberação de íons metálicos. A acumulação destes próximos aos eletrodos facilitará a remoção deles, pois com apenas um pequeno deslocamento de solo eliminar-se-á grande quantidade de contaminantes. Essa técnica é utilizada para remediar massas de solo com grandes profundidades, mas é importante a identificação de obstáculos físicos que podem estar na subsuperfície. Esses objetos, como pedaços de metais, rochas, ou qualquer outro obstáculo irão interferir no resultado da técnica. Quando se aplica a técnica de eletrocinética em um solo ocorrem varias fases, dentre as

3 quais podemos destacar a eletroosmose e eletromigração. A eletroosmose é o nome dado ao movimento de moléculas de água num meio poroso, através da aplicação de uma corrente elétrica, em direção ao cátodo. A eletromigração compreende o transporte de íons, também num meio poroso, sob uma corrente elétrica. A direção de sua movimentação dependerá de sua polaridade. Segundo esta, ele poderá ser atraído pelo anodo ou pelo cátodo. A remediação por eletrocinética é considerada rápida e apresenta grandes resultados, podendo ser aplicados no sentido contrário ao fluxo do lençol freático. Essa técnica possui grande valia quando aplicada em conjunto com outras, como é o caso da biorremediação, onde são acrescentados microorganismos no solo de acordo com o poluente a ser degradado. Nestes casos a corrente elétrica age como um veículo para a dissipação dos microorganismos na massa contaminada. Pode-se afirmar que a técnica de eletrocinética possui grandes vantagens em relação às outras, devido as suas facilidades de aplicação, as facilidades de deslocamento de seus equipamentos, a sua rapidez de aplicação, a sua execução ser in situ, a utilização de uma pequena corrente elétrica, dentre outras. Porém ela também possui um ponto negativo. A técnica apresenta uma restrição aos tipos de contaminantes as quais ela pode ser empregada. Considera-se que ela não é eficiente para remediação de solos contaminados com hidrocarbonetos, o que diminui bastante a sua utilização, visto que é muito difícil a ocorrência de contaminações no solo apenas por metais. Então ao optar-se por utilizar essa técnica, será necessária a sua complementação com uma outra capaz de suprir as suas deficiências. 2.2 Lavagem do solo A UFBA 2006, assevara que a lavagem de solos é um processo no qual os solos contaminados são escavados, removidos do local original, tratados fisicamente e misturados com aditivos preparados para remover os contaminantes. Geralmente os solos são constituídos de finas partículas (siltes e material argiloso) ou partículas grossas (areias e cascalhos), material orgânico, água e ar. Os contaminantes tendem a se ligar, quimicamente ou fisicamente, com argilas e material orgânico que se ligam a areias e arenitos. Quando o solo contém grande quantidade de matéria orgânica e argila, os contaminantes se incorporam mais facilmente ao solo principalmente devido as suas capacidades de trocas catiônicas e movem-se com dificuldade. Processo inverso ocorre quando somente uma pequena quantidade de argila e matéria orgânica está presente. Por diversas vezes o fluído utilizado para a aplicação da técnica é um ácido que pode ser orgânico ou inorgânico. A utilização de um ou outro dependerá exclusivamente do tipo de contaminante existente no solo. Nestes casos, após a aplicação da técnica, o solo deve passar por outro método que corrigirá o seu ph, tornando-o apto para ser recolocado de volta ao seu local de origem. Para a aplicação desta técnica são necessários equipamentos específicos capazes de misturar o solo ao fluído de lavagem. Nessa etapa as pedras são removidas do solo. Nesses equipamentos, a água de lavagem contaminada é devidamente tratada e após recircula no sistema. Devido ao tipo do contaminante, muitas vezes não se consegue a eliminação total destes do solo. Nestes casos, após o solo ser recolocado e compactado em seu devido local, ele poderá ser submetido à outra técnica. Em várias situações utiliza-se a técnica de lavagem associada à biorremediação. 2.3 Biorremediação Biorremediação é um método mais ecológico que existe, pois se baseia na utilização de fungos, leveduras e bactérias no solo contaminado, de forma que estes promovam a digestão dos contaminantes. Esses microorganismos transformam as substâncias contaminantes em outras secundárias que não imprimem danos à saúde dos seres vivos. Para a aplicação desse método deve-se fazer um estudo para determinar quais são os componentes do contaminante de forma que os microorganismos sejam eficazes na degradação destes. A aplicação desta técnica requer condições ambientais, ph, temperatura, dentre

4 outros, adequadas à atividade microbiana. Após a eliminação do poluente, os níveis de bactérias e fungos tendem a voltar ao normal gradativamente pela ausência de alimento a ser sintetizado. As medidas biocorretivas podem ser aplicadas em condições aeróbicas ou anaeróbicas. Em condições aeróbicas, os microorganismos se desenvolvem usando o oxigênio que, em quantidade suficiente, transforma grande quantidade de contaminantes em dióxido de carbono e água. Em condições anaeróbicas, a atividade biológica acontece na ausência de oxigênio, de tal forma que os microorganismos decompõem os compostos orgânicos do solo para liberar a energia que necessitam. Este processo de degradação é muito mais lento que o aeróbico. (Bittar 2000). 2.4 Estabilização/Solidificação Solidificação ou encapsulamento é a técnica que encapsula o rejeito em um sólido monolítico de alta integridade estrutural. O encapsulamento pode ser de finas partículas de rejeito ou até de grandes blocos de contaminantes. A solidificação não necessariamente envolve a interação química entre o rejeito e os agentes solidificantes, mas pode mecanicamente tornar o rejeito monolítico. (Caberlon 2004). O método de Estabilização e Solidificação (encapsulamento) de solos contaminados é uma técnica de grande potencial de uso na redução do poder de contaminação por hidrocarbonetos e metais pesados, porém ainda não possui tecnologia nacional capacitada para seu emprego correto. Isso deve-se basicamente devido à falta de consenso entre a comunidade geotécnica no que se refere a sua metodologia de aplicação. (Knop 2003). Ela é uma técnica que pode ser aplicada in situ ou ex situ. O método utiliza como agente cimentante um aglomerante hidráulico, que na maioria das vezes é o cimento. Ele consegue fazer com que o movimento dos poluentes no solo seja retardado ou ainda não ocorra. Contudo, quando aplicada esta técnica deve-se levar em conta a sua vida útil, visto que ela não remove o poluente do solo, mas sim o isola. A aplicação ex situ da técnica, exige grandes usinas de beneficiamento do solo contaminado, demandando altos custos para a remediação, contudo, se bem aplicada ela pode trazer grandes benefícios ao meio ambiente, assim como as demais técnicas. Para avaliar a técnica, após o encapsulamento e a solidificação, são feitos testes de lixiviação e durabilidade. Através de amostras do lixiviado é diagnosticado se a porcentagem de aglomerante adicionada foi suficiente para conter a contaminação Aplicação experimental da técnica Para a aplicação da técnica foi simulada uma contaminação do solo com cerca de 40%, em relação à massa de água necessária para que se obtivesse a umidade ótima do solo, de óleo diesel. Este solo contaminado foi misturado com quantidades diferentes de cimento de alta resistência inicial, de acordo com a Tabela 1. Cabe salientar que as quantidades utilizadas para realizar as misturas dos corpos de prova nunca foram utilizadas em sua totalidade. Justifica-se este acréscimo de material para que na ocorrência de alguma perda por algum motivo não pré-determinado não ocasionasse o comprometimento do ensaio. Depois da preparação das misturas, foram moldados quatro corpos de prova, que após a cura foram submetidos ao ensaio de lixiviação em coluna. Tabela 1. Composição dos corpos de prova. Óleo Diesel Água CPV - ARI CP 1 40%* 60%* 0%** CP 2 40%* 60%* 5%** CP 3 40%* 60%* 17,5 %** CP 4 40%* 60%* 30%** (*): Porcentagem em relação à umidade ótima; (**): Porcentagem em relação à massa de solo seco; A pressão utilizada no equipamento de coluna foi sempre a mesma, 100 kpa. Após a execução do ensaio, as amostras do lixiviado foram analisadas de forma que foi verificada a quantidade de óleo diesel presente em cada amostra, diagnosticando qual a melhor proporção de agente cimentante, para que na ocorrência de um evento com as mesmas configurações da pesquisa possa ser adotada a

5 quantidade mais viável economicamente promovendo o menor dano possível à natureza. Os corpos de prova submetidos ao ensaio lixiviação em coluna apresentaram resultados qualitativos que podem ser visualizados na Figura 3 com suas respectivas quantidades de cimento adicionadas, e quantitativos na Tabela 2. Figura 3. Provetas com os lixiviados e com as indicações das respectivas quantidades de cimento que foram adicionadas aos corpos de prova. Tabela 2 Quantitativos dos lixiviados. CPs VTL VODL VAL ml ml ml VTL: Volume total lixiviado; VODL: Volume de óleo diesel lixiviado; VAL: Volume de água lixiviada. Os ensaios de lixiviação em coluna demonstraram que o solo ensaiado, que é proveniente da região de Passo Fundo/RS, possui uma capacidade natural de atenuação característica de sua formação, contudo, não é suficiente para impedir a contaminação dos aqüíferos em casos de derramamentos deste nível. Demonstraram também que com o acréscimo de apenas 5% de cimento, o solo ganha cerca de 95% a mais de capacidade de atenuação. Já com o acréscimo de 17,5% de aglomerante o lixiviado não apresentou nenhuma porcentagem de óleo combustível assim como com o acréscimo de 30%. Isso revela que com pequenos acréscimos de cimento a capacidade de atenuação do solo cresce surpreendentemente, comprovando as expectativas em relação à técnica. 2.5 Landfarming A técnica de landfarming é voltada basicamente para a remediação de solos contaminados com derivados de petróleo. Nesta técnica devem ser levadas em consideração as características do solo contaminado, do contaminante e ainda as condições climáticas da região onde ela vai ser aplicada. Ela consiste em remover o solo do seu local e deposita-lo sobre uma estrutura previamente projetada para recebê-lo (Fig. 4). Esta pode ser sobre qualquer solo, desde que este esteja impermeabilizado por um geossintético e com valas interligadas com dispositivos adicionais onde o lixiviado possa ser coletado. Dependendo das quantidades de produtos voláteis do contaminante, deve ser feita a captação destes gases para que não ocorra a contaminação aérea. Outra dificuldade enfrentada é a poluição causada pela poeira que é levantada na processo de aeração do solo. O solo deve ser disposto em uma camada, a qual deverá receber altas quantidades de materiais facilmente degradáveis, por exemplo, serragem. O material deve ser misturado com o solo contaminado de forma que se transforme em uma mistura homogenia. Isso, assim como o controle da umidade que neste caso deve ser entorno de 60%, variando de acordo com as condições climáticas e com o tipo de solo, deve propiciar uma grande proliferação das bactérias que promoverão a degradação do contaminante. Essa massa deve ser constantemente revolvida para promover a sua aeração, visto que as bactérias que deverão agir na massa são na grande maioria aeróbicas. Figura 4. Esquema de um local de aplicação da técnica de landfarming. (Modificada de New México Environment Departament).

6 Esta técnica é aplicada ex situ, contudo, pode ser aplicada muito próxima do local de onde o solo será removido, reduzindo assim os custos com transporte. Ela é considerada uma técnica de biorremediação, porém com maior facilidade de controle de suas variáveis devido a sua pequena espessura de solo a ser tratado. 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Como vimos, existem inúmeras formas de remediação de solos contaminados por qualquer que seja o tipo de contaminante. Algumas das técnicas apresentados neste artigo ainda não possuem tecnologia necessária para a aplicação no Brasil. Mesmo após a apresentação dos vários métodos citados com as suas devidas características, não se pode avaliar quais são os melhores. A escolha de um determinado método para remediação de um local contaminado é feita somente após serem determinadas às características do meio poroso, ou seja, do solo, do tipo de contaminante, das condições climáticas do local, do tamanho da área contaminada, da disposição de recursos, entre outras. Portanto, ao deparar-se com uma situação em que o solo está contaminado e foi diagnosticado que é necessário intervir no meio para que se promova a sua recuperação, devem ser relacionadas todas as opções de métodos para a remediação condizentes com a situação, de forma que a intervenção seja coerente tecnologicamente e economicamente, mas ainda assim objetivando o melhor resultado possível no local. Knop, A. (2003) Encapsulamento de solos contaminados por hidrocarbonetos. Porto Alegre/RS, Dissertação de Mestrado em Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. New México Environment Departament. Landfarming. Disponível em Acesso em 25 jun Schmidt, C. A. B. (2004). Aplicação de técnica eletrocinética em laboratório a dois tipos de solos argilosos. Rio de Janeiro/RJ, Tese de Doutorado em Engenharia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Universidade Federal da Bahia. Tecnologias para remediação de solos e águas subterrâneas: Soil Washing. Disponível em: 57.htm. Acesso em 18 mai REFERÊNCIAS Bittar, P. R. (2000). Biorremediação: uma técnica para reparar danos causados por vazamentos. Disponível em: 06.html. Acesso em 18 mai Caberlon, R. C. (2004). Condutividade hidráulica em solos contaminados encapsulados. Porto Alegre/RS, Dissertação de Mestrado em Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. CETESB, O que são áreas contaminadas. Disponível em: /areas.asp. Acesso 20 abr