B I O P I L H A. Processo biológico que utiliza os microorganismos do próprio solo

Transcrição

1 BIOPILHA

2 B I O P I L H A Processo de Biorremediação que consiste em misturar o solo contaminado com substâncias capazes de estimular eficientemente a ação microbiana no processo de degradação de compostos orgânicos. Depois de misturado, o solo é empilhado e convenientemente aerado. Processo biológico que utiliza os microorganismos do próprio solo

3 BIOPILHA No BRASIL, o clima tropical com sua riquíssima biodiversidade, mostra-se muito adequado ao uso dessa tecnologia. Ambientalmente correta e economicamente viável, a biopilha não transfere contaminantes de um meio para outro. Utilizados como fonte de energia por bactérias e fungos, naturalmente encontrados no próprio solo, os contaminantes são destruídos, resultando, basicamente, em CO 2 e água. De custo relativamente baixo, a tecnologia empregada representa para nosso país, um marco ambiental na remediação de áreas contaminadas, principalmente por hidrocarbonetos. A primeira Biopilha construída no Brasil foi desenvolvida pela ALLTech, para a Petrobras. Em 90 dias, a Biopilha baixou as concentrações de PAH de mg/kg para 1,2 mg/kg. O valor de Intervenção indicado na Lista Holandesa é de 40 mg/kg Em 90 dias, os Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (TPH), baixaram de mg/kg para 1,5 mg/kg.

4 P o r q u ê B i o p i l h a?

5 IMPACTO AMBIENTAL DO PROCESSO Impacto positivo Solo não é destruído, torna-se fértil e agriculturável Aspecto agradável após plantio de grama Não há transferência de contaminantes Não há emanação de vapores tóxicos Não há emanações fétidas Hidrocarbonetos Biorremediação CO 2 + H 2 O Pilhas são montadas no solo já contaminado Solo contaminado não é retirado do site para tratamento

6 FLUXOGRAMA DO PROCESSO SOLO CONTAMINADO RETIRADA ENTULHO Entulho e lixo SOLO SEM MATERIAIS ESTRANHOS Destinação ADIÇÃO DE AGENTES MODIFICADORES ESTERCO NPK UMIDADE ph ARAGEM MONTAGEM DA PILHA Monitoramento SOLO DESCONTAMINADO Grama

7 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Após a escolha do processo, um estudo mais detalhado deve ser elaborado, visando diminuir os riscos inerentes e assegurar resultados aceitáveis para o tratamento escolhido. Assim, elabora-se uma PREDESIGN CHECKLIST

8 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Etapas do Trabalho 1. Consolidação dos dados sobre o solo a ser tratado 2. Revisão dos Estudos de Tratabilidade 3. Checklist sobre as ações, equipamentos, itens de segurança, provisões e infra-estrutura necessários 4. Cálculo da quantidade de nutrientes necessária 5. Determinação do tempo de mistura e aeração do solo 6. Cálculo do volume total de solo a ser processado, incluindo agentes modificadores da estrutura 7. Número e configuração das pilhas 8. Identificação das análises laboratoriais necessárias 9. Cronograma de coordenação dos diferentes trabalhos a serem executados

9 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Perguntas a serem respondidas: 1. O solo contaminado atende aos critérios de exequibilidade exigidos para remediação de solos pelo processo de biopilhas? 2. Caso não atenda, é possível modificar o solo para alcançar os critérios? 3. Qual será o espaço total necessário? 4. Estimativa dos custos envolvidos.

10 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Estudos de Tratabilidade Como pode ser visto no slide seguinte, o FRTR afirma que para hidrocarbonetos de petróleo (mais comuns) não são necessários estudos de tratabilidade. Quando da construção da 1ª Biopilha no Brasil, a ALLTech optou por dedicar especial atenção a esse estudo.

11 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST

12 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Não existe um método padrão para o Estudo de Tratabilidade! Todavia, existem procedimentos bem estabelecidos, aplicados pela EPA.

13 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Estudos de Tratabilidade Muitas das perguntas até aquí formuladas serão respondidas pelos Estudos de Tratabilidade do solo contaminado. O estabelecimento de um Plano de Estudos de Tratabilidade irá determinar a eficiência do tratamento por biopilha bem como irá coletar informações que permitirão a elaboração de um projeto adequado.

14 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Estudos de Tratabilidade A eficiência é indicada pela habilidade dos microorganismos presentes no solo em degradar os contaminantes até níveis aceitáveis de cleanup. As informações necessárias para o desenvolvimento do projeto da biopilha são coletadas pelo estudo das condições nas quais a pilha irá desenvolver um ambiente bastante favorável ao crescimento dos microorganismos. Embora os testes laboratoriais não sejam garantia de sucesso, reduzem substancialmente os riscos de custos inesperados e baixa performance das pilhas.

15 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST ESTUDOS DE TRATABILIDADE A VIABILIDADE DO USO DE BIOPILHAS EM UM SITE ESPECÍFICO DEVE OBEDECER AOS SEGUINTES PASSOS INICIAIS: Determinação da composição química da mistura de hidrocarbonetos; Determinação das concentrações dos hidrocarbonetos; Avaliação do ph, nitrogênio, fósforo, umidade, distribuição dos tamanhos de partícula no solo contaminado. Os slides que seguem mostram os dados necessários para o estudo de tratabilidade, indicam o critério de seleção e listam os ajustes necessários para se alcançar os valores necessários. São também indicados os valores obtidos para o site da REVAP

16 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Composição química da mistura de hidrocarbonetos Como já mencionado no início deste relatório, a mistura foi separada por Cromatografia Gasosa de Alta Resolução e cada um de seus componentes identificados por Espectrometria da Massas. Como resultado, obtivemos a exata composição da mistura, sabendo a exata concentração dos hidrocarbonetos, dentre eles os PAH e BTEX. Métodos Validados e emprego de Padrões certificados contribuíram para a maior confiabilidade das análises.

17 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: TPH Propósito: Determinar a natureza e a concentração dos contaminantes a serem tratados. Critério de seleção: < mg/kg Se o valor estiver acima do limite: misturar o solo menos contaminado ao mais contaminado. Valor médio encontrado na 1ª Biopilha = mg/kg Portanto, atende ao critério de seleção.

18 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Densidade de microorganismos Propósito: Indicar a presença de microorganismos com potencial habilidade para degradação dos contaminantes Critério de seleção: > CFU/g (solo seco) Se o valor estiver abaixo do limite: verificar as concentrações de nutrientes e suas correlações quantidade de água presença de metais pesados

19 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Densidade de microorganismos = 2,8 x 10 7 Média obtida pela análise de 18 pontos Portanto, atende ao critério de seleção.

20 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Metais pesados Propósito: Determinar se o ambiente apresenta ou não toxicidade aos microorganismos por esses compostos Critério de seleção: < mg/kg Conforme pode ser observado no slide seguinte, a quantidade de metais (não só pesados) presentes, está bastante abaixo do limite apresentado no critério de seleção. Os dados referentes às concentrações de metais pesados confirmam os resultados apresentados pela PETROBRAS em monitoramento feito à época do vazamento. Naquela ocasião, centenas de monitoramentos confirmam a baixa concentração desses elementos além de indicarem a baixa toxicidade aguda do contaminante. Portanto, atende ao critério de seleção

21 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST PARÂMETRO UN. AMOSTRA BRUTA UN. LIXIVIADA UN. SOLUBILIZ. Níquel Crômio Vanádio Cádmio Chumbo Zinco Manganês mg/k g mg/k g mg/k g mg/k g mg/k g mg/k g mg/k g 12,9 mg/l < 0,1 mg/l < 0,1 6,5 mg/l < 0,1 mg/l < 0,05 < 0,1 mg/l < 0,1 mg/l < 0,1 < 0,1 mg/l < 0,1 mg/l < 0,005 < 0,1 mg/l < 0,1 mg/l < 0,05 38,8 mg/l < 0,1 mg/l < 0,1 336,3 mg/l 0,4 mg/l 0,2

22 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: ph Propósito: Determinar se há ou não necessidade de ajustes Critério de seleção: 6 a 9 Os valores de ph ficaram próximos de 6, porém abaixo deste valor indicando necessidade de correção. Portanto, não atende ao critério de seleção, exigindo adição de cal para elevação do ph a valores acima de 6.

23 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Nitrogênio Propósito: Determinar se a concentração deste elemento. está adequada para a biorremediação Critério de seleção: C/N aprox. 100:15 Relação C/N encontrada estava muito abaixo do ótimo Foi necessário adicionar fertilizantes

24 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Fósforo Propósito: Determinar se a concentração deste elemento.. está adequada para a biorremediação Critério de seleção: C/P aprox. 100:1 Relação C/P encontrada estava muito próxima ao ótimo Portanto, atende ao critério de seleção

25 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Umidade Propósito: Determinar se a concentração desta substância.. está adequada para a biorremediação Critério de seleção: 70% a 95% da capacidade de campo A quantidade de água encontrada estava próxima a 95% da capacidade de campo Portanto, atende ao critério de seleção

26 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Distribuição dos Tamanhos de Partícula Propósito: Determinar a quantidade de argila presente mostrando a necessidade ou não da adição de agentes modificadores e/ou aragem Critério de seleção: void volume > 25% O solo em tratamento era muito argiloso. Foi necessário equipamento especial para aragem além da adição de capim, esterco e serragem como agentes modificadores da estrutura do solo. Foi necessário proceder a aragem mais intensa e cuidadosa além da adição de agentes modificadores.

27 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Após cuidadosa análise dos parâmetros indicados, os resultados devem ser comparados com aqueles apresentados no critério de seleção para a escolha da biopilha como opção válida de tratamento. Se os valores iniciais forem consistentes com o critério de seleção, então a operação da biopilha pode ser considerada como uma opção válida para remoção dos hidrocarbonetos do solo. Se os valores iniciais não atenderem ao critério de seleção, ajustes serão necessários para trazer cada variável de projeto para dentro do critério de seleção. Neste ponto, é fundamental a consideração dos custos envolvidos. Os valores iniciais obtidos no site da Petrobras foram apresentados um a um nos slides anteriores. Vale ressaltar que muitas outras análises foram realizadas além das aqui apresentadas.

28 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA O sucesso das modificações dos parâmetros avaliados pode ser medido pela realização de Testes de Respirometria. Os estudos devem medir a taxa de degradação dos hidrocarbonetos em condições aeróbicas. A eficiência de qualquer ajuste recomendado deve ser medida pela comparação dos resultados obtidos no solo modificado com aqueles obtidos no solo sem qualquer modificação.

29 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA No site da Petrobras, foram realizados Testes de Respirometria em amostras de solo em função da modificação dos seguintes parâmetros: Concentração de contaminante Relação C:N:P Umidade Adição de esterco

30 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Os testes mostraram taxas de degradação entre 30 e 215 mg/kg/dia A melhor condição de degradação apresentou-se como economicamente inviável, aplicou-se então, a segunda melhor condição, com taxas de 160 mg/kg/dia. AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA Na prática, a decomposição mostrou-se mais rápida que em todos os testes de laboratório. Acreditamos que o fato se deva à presença de bactérias termófilas que elavaram a temperatura da pilha acima de 60ºC. Via de regra, a ação bacteriana dobra para cada 10ºC de incremento na temperatura.

31 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA Em duas amostras, a atmosfera foi saturada com Nitrogênio, eliminando-se assim, todo o Oxigênio. Nesses casos detectou-se a presença de Metano indicando a degradação anaeróbica, a taxas muito baixas.

32 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Testes em Escala-Piloto Testes em escala piloto representam um método em escala relativamente alta para avaliação da eficiência de tratamento com relação a uma determinada tecnologia aplicada a um determinado solo numa determinada condição. Esse aumento de escala e complexidade reflete num substancial aumento dos custos envolvidos nos Estudos de Tratabilidade porém, diminuem as incertezas envolvidas no projeto das biopilhas.

33 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST Testes em Escala-Piloto Em condições normais, testes em Escala-Piloto não são necessários para avaliação de Tratabilidade. Testes em Escala-Piloto devem se limitar aos casos onde as características do solo sejam extremamente não usuais ou onde se deseje tratar outros compostos que não os hidrocarbonetos. Se houver verba que permita gastos mais elevados, os testes em Escala-Piloto podem ser aplicados.

34 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST No caso de se aplicar testes em Escala-Piloto, o estudo pode incluir uma ou todas as etapas que seguem: Taxa de biodegradação como função das quantidades de água, N2 e P; Taxa de biodegradação como função da temperatura do solo; Taxa de respiração específica e taxa de evolução de CO2 (taxa de mineralização) como função dos ajustes nos parâmetros de projeto; Taxa de biodegradação como função da adição de quantidades extras... de micróbios ou de surfactantes.

35 BIOPILHA PREDESIGN CHECKLIST No site da Petrobras, não foram feitos Testes em Escala-Piloto.

36 b BIOPILHA PETROBRAS Início dos trabalhos: 13/12/2000 Mobilização de Materiais: Container escritório Container vestiário Ferramentas Eletricidade Água Diversos Mobilização de Máquinas e Equipamentos Tratores e caminhões Equipamentos e Reagentes analíticos para laboratório Mobilização de Mão-de-obra 12 funcionários

37 BIOPILHA PETROBRAS Etapa Inicial Remoção de resíduos e solo contaminado para instalação das pilhas; Maior Problema Muito óleo misturado à argila molhada dificultou a movimentação das máquinas, tornando o trabalho mais demorado que o previsto.

38 Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.

39 Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.

40 Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.

41 Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.

42 Fotos do solo nas áreas removidas pelos tratores

43 REMOÇÃO DO SOLO CONTAMINADO ABAIXO DA ÁREA ONDE FOI ESTENDIDA A MANTA PARA MONTAGEM DA PILHA Depois de retirados resíduos e lixo, 30 cm de solo contaminado foram removidos por Moto-niveladora. Areia fina foi adicionada ao solo para em seguida aplicar-se a manta de PEAD 0,8 mm (Poli etileno de Alta Densidade)

44 Qualidade do solo após escareamento e nivelação Areia adicionada antes da aplicação do PEAD

45 COLOCAÇÃO E SOLDAGEM DA MANTA DE PEAD (POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE). TOTALMENTE IMPERMEÁVEL, IMPEDE A CONTAMINAÇÃO DO SOLO POR SUBSTÂNCIAS LIXIVIADAS. EXPERIÊNCIA NA REVAP MOSTROU QUE NÃO OCORRERAM LIXIVIADOS NA PILHA!

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47 RETIRADA E MISTURA DE SOLOS MAIS E MENOS CONTAMINADOS

48 Mistura de solos com diferentes graus de contaminação

49 ENXADA ROTATIVA MELHOR INSTRUMENTO AGRÍCOLA PARA PULVERIZAÇÃO DO SOLO. QUANDO PÁRA, INTERROMPE TODO O PROCESSO E RESULTA EM GRANDES PREJUÍZOS.

50 Enxada rotativa

51 Enxada rotativa em ação: pulverização e aeração de solo.

52 Enxada rotativa promovendo mistura e aeração do solo.

53 SERRAGEM ALÉM DE FAVORECER O DESENVOLVIMENTO DE FUNGOS, A SERRAGEM AUMENTA A PERMEABILIDADE DO SOLO E MANTÉM A UMIDADE DA PILHA.

54 Pilha de serragem

55 ESTERCO SECO MELHORA AS PROPRIEDADES DO SOLO, ELEVA ENORMEMENTE A VARIEDADE E QUANTIDADE DE MICROORGANISMOS E, PELA FERMENTAÇÃO, ELEVA A TEMPERATURA DA PILHA. NÃO APRESENTA ODOR DESAGRADÁVEL.

56 Esterco seco e curtido: microorganismos, sem cheiro desagradável

57 AREIA FACILITA A PASSAGEM DO AR E A CIRCULAÇÃO DE ÁGUA, PROMOVENDO ASSIM, MELHOR AERAÇÃO E MELHOR EFICÁCIA NA ENTREGA DE NUTRIENTES AOS MICROORGANISMOS.

58 Areia para misturar ao solo.

59 CAPIM FORNECE ALIMENTO ÀS BACTÉRIAS, AUMENTA A PERMEABILIDADE DO SOLO E A QUANTIDADE E VARIEDADE DE MICROORGANISMOS.

60 Estocagem de capim: grandes quantidades para melhorar a permeabilidade do solo e introduzir novos microorganismos.

61 Retro-escavadeira espalhando capim seco sobre o solo.

62 Mistura de capim seco.

63 Capim seco sendo misturado ao solo pela enxada rotativa.

64 CAL CORRIGE O ph DO SOLO

65 FERTILIZANTES (NPK) FUNDAMENTAIS NO METABOLISMO DOS MICRÓBIOS.

66 Adição de cal e fertilizantes.

67 Depois de adicionados todos os agentes corretivos e condicionadores do solo, iniciou-se a montagem da BIOPILHA. Tubos de aeração foram introduzidos nas camadas de solo já empilhado sobre o PEAD. Nesta fase, os tratores não podem mais caminhar sobre o solo depositado na pilha para evitar compactação. Mantas de Bidin revestiram os tubos de aeração. Também foram feitos testes de revestimento com serragem.

68 KANANET TUBOS PERFURADOS PROMOVEM A AERAÇÃO

69 KANANET Tubos de aeração.

70 BIDIN MEMBRANA GEOTEXTIL PROTEGE O TUBO DE AERAÇÃO CONTRA ENTUPIMENTOS

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72 MONTAGEM DA PILHA

73 Vista parcial da pilha com os tubos de aeração.

74 Vista parcial da pilha com os tubos de aeração.

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76 Vista aérea da pilha em 21/04/2001.

77 Vista da parte superior da pilha com feijão guandú brotando.

78 MONITORAMENTO Durante todo o tratamento, centenas de amostras foram coletadas e avaliadas quanto à decomposição dos contaminantes.

79 A P Ó S 4 0 D I A S D E B I O R R E M E D I A Ç Ã O MONITORAMENTO

80 A P Ó S 4 0 D I A S D E B I O R R E M E D I A Ç Ã O MONITORAMENTO

81 R E D U Ç Ã O D O S P A H A P Ó S 4 0 D I A S MONITORAMENTO mg/kg início 40 dias Naftaleno Acenaftaleno Acenafteo Fluoreno Fenantreno Antraceno Fluoranteno Pireno

82 mg/kg MONITORAMENTO TPH: MELHOR QUE OS VALORES INTERNACIONAIS PARA SOLO RESIDENCIAL C8 C11 C13 C15 C17 C19 C21 C23 C25 C28 C32 C36 C40 S2 60 DIAS 30 S1DIAS

83 MONITORAMENTO A M O S T R A G E M F I N A L 30 amostras compostas por 10 pontos cada A B C A B cm 150cm C 300cm

84 M O N I T O R A M E N T O AMOSTRAGEM FINAL As amostras foram coletadas com trado manual e homogeneizadas com espátula de aço. Para diminuir a margem de erro, buscou-se homogeneizar volumes relativamente grandes de amostra. A amostra final foi composta por dez outras amostras com 1,5 kg cada. No total, foram amostrados 300 diferentes pontos da pilha, compondo 30 amostras, em 3 diferentes alturas. Acondicionadas em frascos de Polipropileno, as amostras preencheram completamente os frascos para evitar a presença de ar e foram mantidas resfriadas até sua entrega nos laboratórios (embora não houvessem VOC)

85 MONITORAMENTO ANÁLISE FINAL Através de laudos fornecidos pela PETROBRAS, já sabia-se desde antes do início dos trabalhos que o óleo vazado não apresentava metais em sua composição, razão pela qual não nos preocupamos com esses elementos. Ainda assim, procedemos a uma investigação na amostra final. O laudo, que pode ser visto no Anexo 1, confirma a citação anterior. Encaminhadas a dois conceituados laboratórios, as amostras foram analisadas quanto a sua composição em hidrocarbonetos. Os resultados podem ser vistos nas telas seguintes.

86 M O N I T O R A M E N T O As metodologias empregadas para as análises de TPH e PAH foram as sugeridas pela EPA e seguiram as recomendações internacionais, sendo validadas quanto ao Limite de Quantificação, Limite de Detecção, Linearidade, Precisão e Exatidão. O método escolhido foi baseado em extração dos hidrocarbonetos por ultrassom seguido de análise por GC/MS. A Cromatografia Gasosa associada à Espectrometria de Massas é capaz de identificar cada um dos constituintes da amostra, sem sofrer interferências significativas. A utilização de padrões quantitativos torna a análise ainda mais confiável.

87 MONITORAMENTO As análises de TPH feitas por gravimetria também foram utilizadas. Vale lembrar que os resultados obtidos por esse método são muito conservativos pois a extração dos hidrocarbonetos por solventes orgânicos remove não apenas os hidrocarbonetos mas também todo material graxo contido na amostra. Especificamente na biopilha da REVAP, deve-se considerar a gordura contida no esterco utilizado, os ácidos húmicos presentes em grande quantidade na argila e toda a gordura e óleos essenciais contidos no capim adicionado ao processo. Nas análises finais, o maior valor de TPH encontrado por gravimetria foi 0,9%

88 A N T E S

89 D U R A N T E

90 D E P O I S