Aplicação de bioremediação eletrocinética em solo contaminado. Maria Claudia Barbosa Márcio de Souza S. de Almeida

Transcrição

1 Aplicação de bioremediação eletrocinética em solo contaminado Maria Claudia Barbosa Márcio de Souza S. de Almeida Ana Júlia Mergulhão Silveira Novembro/2004

2 O que é Eletrocinese em solos? 2

3 (+) Anodo Partícula de Solo Partícula de Solo Partícula de Solo Partícula de Solo Superfície Carregada eletricamente - Eletro-osmose Partícula de Solo - (-) Catodo Partícula de Solo 3

4 Fenômenos associados: Migração iônica (transporte de Íons ao eletrodo de polaridade oposta) Eletro-osmose osmose (transporte de água do anodo ao catodo) Eletroforese (transporte de partículas ao eletrodo de polaridade oposta) 4

5 Aplicaçõ ções Aplicada a partir da década d de 30 para estabilizaçã ção o de taludes rodoviários rios e drenagem de solos finos. A partir da década d de 80, como uma técnica t de remediaçã ção o de área degradadas. Vantagens: Rapidez e fácil f execuçã ção. 5

6 Influência do tipo de solo Solos arenosos Solos argilosos tamanho das partículas > 0,075 mm k h > m/s partículas relativamente inertes C.E.E < 0,5 ms/cm (indicativo) tamanho das partículas < 0,002 mm baixa condutividade hidráulica k h < m/s superficies das partículas carregadas C.E.E > 0,5-1,0 ms/cm (indicativo) Alshawabkeh,

7 Uso em Remediação 7

8 Migração Iônica Usada para a extração de metais (os contaminantes são extraídos do solo e tratados ex-situ) Usados na injeção de nutrientes (para bioestimular a microbiota nativa) 8

9 Extração de Cromo e Cádmio Anodo Catodo NAWS Point Mugu, US Army Environmental Center (Akram Alshawabkeh/ Northeastern,Boston, USA, 2001) 9

10 Condições Iniciais Solo: Areia k = 0,045 cm/s ph 4 a 8 Resultados Remoção: 78% de de Cromo 70% de Cádmio Concentração (mg/kg) Prof. (m) Vol. Solo tratado 125 m 3 Tempo de Tratamento 4 meses Cromo Voltagem aplicada 13 V/m Cádmio ,5-3 Direção da migração catodo Consumo de energia 200 kwh/m 3 10

11 Aplicações da Eletrocinese in situ na Europa ( ) Descrição do Local Volume (m 3 ) Contaminante Concentração Inicial (mg/kg) Concentração Final (mg/kg) Fábrica de Tintas (solo argiloso e turfa) 230 Cu Pb >3.780 <200 <280 Usina de Galvanização (solo argiloso) 38 Zn > Fábrica de Móveis (solo argiloso) 191 As >250 <30 Aterro de Lixo (areia argilosa) 5500 Cd >180 <40 Base Aérea Militar (argila) 1930 Cd Cr Cu Ni Pb Zn EPA,

12 Eletro-osmose osmose Usada para redirecionar ou retardar o fluxo de contaminante em águas subterrâneas Remoção de compostos orgânicos Pode ser controlada pois é direcional e uniforme Pode ser usada em conjunto com outras tecnologias Ex: Lasagna TM / Monsanto 12

13 Configurações Lasagna :Horizontal e Vertical (Monsanto) Eletrodo Potencial Elétrico Aplicado Eletro-osmose Zona de Degradação Contaminação Zona de Degradação Eletrodo Eletro-osmose Zona de Degradação Contaminação Zona de Degradação 13

14 Tratamento de solo contaminado por TCE usando a técnica Lasagna para estimular a Biorremediação X Atenuação Natural Aplicação Horizontal in situ (LASAGNA TM ) 14

15 Resultados Solo contaminado por TCE (12-15 m de profundidade) Volume de solo tratado: Acres Tempo de Aplicação: 4 meses Eficiência de Remoção: 98% de TCE (com algumas amostras chegando a 99%) Razão de Fluxo eletro-osmótico: osmótico: 4 L/h Custo: U$65 a U$118/m³ de solo tratado 15

16 Eletroforese Usada para o transporte de partículas (injeção de microorganismos no solo para promover a bioaumentação) 16

17 Eletrólise CATODO FONTE DE CORRENTE CONTÍNUA - + ANODO 2H 2 O 4e - O 2 + 4H + (anodo) 4H 2 O + 4e - 2H 2 + 4OH - (catodo) Fluxo de água Fluxo de corrente e - e - SOLO REDUÇÃO OXIDAÇÃO (Burton & Segall, 1992) 17

18 Anodo (+) Catodo (-) 2H2O 4H + + O2(gás) + 4e - Eletroforese Partícula de argila _ + _ Migração de íons Partícula de argila Eletro-osmose 2H2O + 4e - 2OH - + H2(gás) Oxidação Reações Geomecánicas Geomecânicas e biotransformações no meio poroso. Redução 18 (Mergulhão, 2002)

19 Pesquisas em andamento COPPE/UFRJ Projeto ANP-Tratamento de Resíduos Oleosos - CTPETRO /FINEP Responsáveis: Márcio de Souza Soares de Almeida / Maria Claudia Barbosa (Programa de Engenharia Civil/COPPE- UFRJ) Colaboradores: Akram Alshawabkeh (Northeastern/USA) Escola de Química (UFRJ), CENPES (Petrobrás) 19

20 Caso em Estudo 20

21 Solo : Silte de alta compressibilidade e alta plasticidade e matéria orgânica Presença de : caulinita, ilita, esmectita e clorita. 21

22 Óleo em suspensão Árvores secas e manchadas de óleo Roupas com óleo 22

23 Análises Químicas da água intersticial Prof.(cm) ph CEE (ms/cm) Cl - (mg/l) SO 4 - (mg/l) Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Cr (mg/l) 0 a 65 6 a 8 2,78 a 5, a ,1 a a 816 3,9 a 17,6 135 a ,8 a 164 nd Análise Química na água superficial DQO* Alcalinidade Cl N Carbono Total Carbono Inorgânico Total Carbono Orgânico Total Óleos e graxas Sólidos Totais Em Suspensão Turbidez 59 a 91,5 173 a a a a 44,8 1 a 7 9 a 42,92 0,04 a 24,1 462 a a 118 Análises físicas e microbiológicos do solo Prof.(m) Umidade Gs W L W P IP TMO(%) k h (cm/s) Heterotróficas Totais (UFC/g solo) Degradadoras De óleo (NMP/g solo) 0 a 1,20 23,3 a 704,86 2,115 a 2,660 24,7 a 242,5 10,3 a 126,9 14,4 a 125,9 0,89 a 60,4 1,1 x 10-4 a 9, ,70x10 3 a 1,33 x10 6 3,75x10 2 a 7,60x10 4 Fonte: Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ, CTPETRO /FINEP. Laboratório de Tecnologia Ambiental da Escola de Química/UFR Tecsond 23

24 Metais (solo) Contaminante Furo Profundid. (m) Teor máximo (mg/kg) Bário 3 0,0 a 0,3 280 Cádmio 1 e 2 0,5 a 0,7/0,3 a 0,5 0,4 Cromo 1 0,0 a 0,3 110 Chumbo 1 0,0 a 0,3 40 Zinco 1 0,0 a 0,3 200 Mercúrio 1 0,7 a 1,0 4,1 Arsênico 2 0,7 a 0,9 6,1 Selênio 1 0,3 a 0,5 21 Prata - - ND Hidrocarbonetos aromáticos (solo) (mg/kg) Benzeno 1 e 2 0,5 a 0,7 1 Tolueno 2 0,3 a 0,5 15 Etil-benzeno 2 0,3 a 0,5/0,7 a 0,9 4 m.p.xileno 2 0,7 a 0,9 6 o-xileno 1 0,3 a 0,5 3 Hidrocarbonetos Poliaromáticos (PAHs) (solo) (mg/kg) PAHs totais TPH (Hidrocarbonetos Totais) 2 1 0,0 a 0,3 0,0 a 0,3 0,

25 Célula Eletrocinética Reservatórios Amostra de Solo Anodo Catodo (Schmidt, 2004) 25

26 Resultados Alcançados Transporte de N por migração iônica Transporte do óleo por eletro-osmose osmose Temperatura não variou Mudanças no ph (eletrólise( eletrólise) (Celina Schmidt - DSc. 2004) 26

27 corrente (ma) EK14 EK tempo (h) condutividade elétrica (ms/cm) EK14 EK tempo (h) gradiente elétrico (volt/cm) EK14 EK17 fluxo eletroosmótico (ml) EK14 EK tempo (h) tempo (h) Schmidt (2004) 27

28 Migração Iônica 70 concentração de Na anólito fatia 1 fatia 2 fatia 3 fatia 4 fatia 5 católito concentração de Cl - (mmol c /l) anólito fatia 1 fatia 2 fatia 3 fatia 4 fatia 5 católito 0.3 concentração de K anólito fatia 1 fatia 2 fatia 3 fatia 4 fatia 5 católito Schmidt (2004) 28

29 Pesquisas em andamento (2004/2005): Transporte do fósforo por migração iônica Controle do ph Monitoramento dos microorganismos (Leonardo Deotti - Mestrado) 29

30 Projeto e implantação de um sistema de remediação em ambiente laboratorial controlado Nutrientes Mangueira de Silicone A 30V 10 cm N.A. 30 cm Proveta graduada Eletrodos de Aço inox Tubo de PVC de 1" (+) (-) (+) 20 cm Transdutor de Pressão Fluxo Eletro-osmótico Reservatório de Madeira Transdutor de poro-pressão Geodreno 30 Mergulhão, 2005

31 Monitoramento Instrumentado para medições de ph, temperatura, corrente, voltagem, poro- pressão e volume de líquido percolado no solo na água destilada na solução de NH 4 NO 3 Serão realizadas análises químicas e microbiológicas no solo antes, durante e ao final dos ensaios 31

32 Objetivos Avaliação dos efeitos da técnica eletrocinética no solo Avaliação da Biorremediação (crescimento/sobrevivência da microbiota e atividade microbiana) Otimização do Processo 32

33 Dessorção do contaminante da matriz do solo; Transporte do contaminante, dos nutrientes e de microorganismos por fenômenos eletrocinéticos; Taxa de degradação do contaminante (HPA) e dos nutrientes (N, C e P). Comparação da técnica eletrocinética com a Atenuação Natural Aplicação in situ 33

34 Definição das Variáveis Projeto In Situ Voltagem: 1 V/cm (usual para campo) Corrente: A/m 2 Concentrações: (mg/kg) mg do contaminante / kg de solo seco) Tempo de Aplicação Fonte CC Voltagem = φ Corrente = Amp Àrea L 34

35 Componentes para Aplicação In situ Arranjo de eletrodos Fonte Sistema de controle (carro controle) Equipamento para monitoramento automatizado do processo 35

36 Sistema de bombeamento, controle e distribuição (circulação de soluções químicas e água destilada) para os poços dos eletrodos Sistema de captação de contaminantes extraídos (tanques para estocagem) Sistema de captação e tratamento de gases. 36