1 IDENTIFICAÇÃO 2 TÍTULO

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1 1 IDENTIFICAÇÃO Nome do Bolsista EDMILSON PINTO DA SILVA Título do Programa ENGENHARIA DE PROCESSOS EM PLANTAS DE PETRÓLEO E GÁS NATURAL Título do Curso / Especialização ENGENHARIA QUÍMICA/MESTRADO Instituição UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE RELATÓRIO DE PLANO DE TRABALHO DE PESQUISA Sigla UFRN Nome do Orientador (1) GORETE RIBEIRO DE MACEDO 2 TÍTULO Nome do Orientador (2) MÁRCIA MARIA LIMA DUARTE BIORREMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS POR HIDROCARBONETOS ORIUNDOS DA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO ATRAVÉS DE COMPOSTAGEM EM BIOPILHAS 3 INTRODUÇÃO A tecnologia de Biopilhas envolve a construção de células ou pilhas de solo contaminado de forma a estimular a atividade microbiana aeróbica dentro da pilha através de uma aeração muito eficiente. A atividade microbiana pode ser aumentada pela adição de umidade e nutrientes como nitrogênio e fósforo ou matéria orgânica. As bactérias degradam os hidrocarbonetos adsorvidos nas partículas de solo, reduzindo assim suas concentrações. 4 OBJETIVO O objetivo deste trabalho é utilizar as técnicas de biorremediação, especialmente a compostagem em biopilhas, na biodegradação dos hidrocarbonetos oriundos da indústria do petróleo presentes em solos contaminados. 5 RELEVÂNCIA DO TEMA Os seguintes fatores justificam a realização deste trabalho: Trata-se de uma tecnologia que vem sendo adotada com grande sucesso por ser uma alternativa menos onerosa e mais efetiva que as técnicas convencionais para reduzir a poluição subterrânea gerada por contaminantes orgânicos, um problema que está em crescimento em todo o mundo; Construção e manutenção simples; Tempo de tratamento relativamente baixo: 3 semanas a 6 meses para HC leves; Custo extremamente baixo quando comparado às técnicas convencionais; Efetiva para contaminantes com baixa taxa de biodegradação; Não requer grande área para tratamento; Pode ser projetada para ser um sistema fechado para coleta e tratamento de vapores; Podem ser otimizadas para serem efetivas para um grande número de combinações sites/contaminante; Os contaminantes são destruídos, o que é preferido pelos órgãos ambientais; solo pode tornar-se agriculturável.

2 6 METODOLOGIA Em escala real, a altura típica de uma Biopilha varia entre 1m e 3 m. Uma área ao redor da pilha é necessária para acesso, transporte e manutenção. O comprimento e a largura das pilhas não são restritivos. Biopilhas são construídas em camadas. Os dutos de aeração são montados e em seguida o solo contaminado, já devidamente homogeneizado e acrescido de agentes corretivos, é depositado sobre a malha de tubos. Uma malha adicional pode ser necessária em função da altura da pilha e do tipo de solo. Durante a homogeneização do solo, é comum a adição de substâncias que melhoram suas características, como, por exemplo, areia e serragem para aumentar a permeabilidade e facilitar a chegada de água e nutrientes às bactérias; fertilizantes para fornecimento de N, P, K; agentes corretivos de ph (6 8); esterco para aumentar a concentração de microorganismos e induzir a um processo fermentativo que eleva a temperatura e acelera a biorremediação. Quando os contaminantes são hidrocarbonetos leves, é necessário um sistema para coleta e tratamento dos vapores, pois a injeção de ar força a saída dos constituintes leves para a atmosfera. Em escala de laboratório pretende-se variar a altura da biopilha entre 20 e 50 cm de modo a se verificar a taxa de biodegradabilidade dos hidrocarbonetos e determinar as concentrações de nutrientes necessárias para se trabalhar em escala real. 7 ETAPAS Revisão Bibliográfica Coleta e Amostragem do solo a ser bioremediado Caracterização dos contaminantes hidrocarbonetos presentes no solo Construção das biopilhas em escala de laboratório Ensaios de biodegradação Monitoramento da biodegradação dos hidrocarbonetos presentes no solo 8 CRONOGRAMA DE TRABALHO Atividades 1º semestre 2º semestre 3º semestre Revisão Bibliográfica Disciplinas Coleta e Amostragem do solo a ser bioremediado Caracterização dos contaminantes hidrocarbonetos presentes no solo Construção das biopilhas em escala de laboratório Ensaios de biodegradação Monitoramento da biodegradação dos hidrocarbonetos presentes no solo Redação de relatórios, e da dissertação de mestrado 4º semestre

3 9 DISCIPLINAS DA ESPECIALIZAÇÃO 9.1.Disciplinas da Especialização cursadas quando bolsista de graduação da ANP: Seminários de Petróleo e Gás Natural Refino de Petróleo e Petroquímica Termodinâmica de Processos Engenharia de Processos Engenharia do Meio Ambiente 9.2.Disciplinas cursadas e em curso do Programa de pós Graduação em Engenharia Química: Fenômenos de Transporte (cursada) Métodos Matemáticos em Engenharia Química (cursada) Reatores Químicos (cursada) Termodinâmica Química (em curso) Seminários de Petróleo e Gás Natural (em curso) Engenharia de Petróleo(em curso) Planejamento Experimental e Análise de Dados(em curso) 10 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O que é Biorremediação? De forma simplificada, a Biorremediação consiste no uso de microorganismos naturais como bactérias, fungos e leveduras para degradar substâncias, muitas vezes perigosas para o seres humanos, transformando-as em substâncias com pouca ou nenhuma toxicidade, principalmente dióxido de carbono e água. Os microorganismos, da mesma forma que os seres humanos, comem e digerem substâncias orgânicas, das quais obtêm nutrientes e energia. Depois de degradar os contaminantes(combustíveis, solventes, petróleo, etc.), a população de microorganismos volta aos níveis normais, uma vez que se esgota sua fonte de alimentos. Como funciona? Os microorganismos devem estar ativos e saudáveis para poderem desempenhar sua tarefa de remediação. As medidas biocorretivas visam aumentar a população microbiana criando condições ambientais propícias para o seu desenvolvimento. A medida biocorretiva a ser adotada dependerá de vários fatores, dentre eles os tipos de microorganismos presentes, as condições do local como ph, água no solo, quantidade de nitrogênio, potássio, fosfato, a quantidade e a toxicidade dos contaminantes. Diferentes microorganismos degradam diferentes substâncias e alguns sobrevivem em condições extremamente adversas. As medidas biocorretivas podem ser aplicadas em condições aeróbicas ou anaeróbicas. Em condições aeróbicas,

4 os microorganismos se desenvolvem usando o oxigênio que, em quantidade suficiente, transforma grande quantidade de contaminantes em óxido 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. As medidas biocorretivas podem ser usadas para descontaminação de solo e água e são classificadas em duas grandes categorias: in situ e ex situ. No caso das medidas in situ, o tratamento da terra contaminada ou da água subterrânea é feito no próprio local. As medidas biocorretivas ex situ consistem em escavar o solo contaminado ou extrair a água subterrânea por bomba para aplicar o tratamento em outro local. Medidas Biocorretivas In Situ para o solo Com as técnicas in situ não é necessário escavar o solo contaminado, logo, são mais econômicas e liberam menos contaminantes para o ambiente. Não obstante, podem demandar mais tempo de tratamento que as técnicas ex situ, são mais difíceis de manejar e são mais eficazes em solos permeáveis como os arenosos. As técnicas aeróbicas in situ variam em função da forma como ocorre a aeração. Podemos citar dois desses métodos: bioaeração e injeção de peróxido de hidrogênio. Bioaeração: Os sistemas de bioaeração introduzem ar da atmosfera no solo, acima do lençol freático, por meio de poços de injeção situados nos locais contaminados. A quantidade, a localização e a profundidade dos poços dependem de muitos fatores geológicos, físicos e químicos. Usa-se um ventilador para forçar a entrada de ar no solo através dos poços de injeção. O ar flui pelo solo, levando o oxigênio até os microorganismos. Pelos poços de injeção pode-se introduzir também nutrientes, como nitrogênio e fósforo, para acelerar o crescimento da população microbiana. Injeção de peróxido de hidrogênio: Por esta técnica o oxigênio é entregue através da injeção de água oxigenada no solo contaminado. Por se tratar de introdução de uma substância química - peróxido de hidrogênio - no solo, que pode se infiltrar e atingir águas subterrâneas, este processo somente é utilizado em locais onde a água subterrânea já está contaminada. Medidas Biocorretivas Ex Situ para o solo As técnicas ex situ produzem resultados mais rápidos, são mais fáceis de controlar e apresentam uma maior versatilidade para o tratamento de grande número de contaminantes e tipos de solo. Todavia, requerem a remoção do solo contaminado antes da biorremediação acontecer, o que impreterivelmente

5 eleva o custo do tratamento. Resultados O grau de Biodegradação depende principalmente da toxicidade, da concentração inicial de contaminantes, das propriedades do solo contaminado e do tipo de tratamento aplicado. Os contaminantes passíveis de Biodegradação são compostos orgânicos não halogenados, voláteis e semivoláteis, petróleo bruto, combustíveis e solventes. A eficácia das medidas Biocorretivas é limitada em locais com alta concentração de metais, compostos orgânicos altamente clorados e sais inorgânicos, pois esses compostos são bastante tóxicos para os microorganismos. A Compostagem Através de Biopilhas A tecnologia de Biopilhas envolve a construção de células ou pilhas de solo contaminado de forma a estimular a atividade microbiana aeróbica dentro da pilha através de uma aeração muito eficiente. A atividade microbiana pode ser aumentada pela adição de umidade e nutrientes como nitrogênio e fósforo. As bactérias degradam os hidrocarbonetos adsorvidos nas partículas de solo, reduzindo assim suas concentrações. Tipicamente, as Biopilhas são construídas sobre uma base impermeável para reduzir o potencial de migração dos lixiviados para o ambiente subsuperficial. Uma malha de dutos perfurados instalados na base da pilha e conectados a um compressor garante a perfeita aeração do conjunto. Em alguns casos, constrói-se um sistema de coleta para o lixiviado, principalmente quando do uso de sistema de adição de umidade. As pilhas são, geralmente, recobertas por plástico para evitar a liberação de contaminantes para a atmosfera, bem como para protegê-la das intempéries. Fatores que Afetam a Eficiência das Biopilhas A textura do solo afeta diretamente a permeabilidade, a quantidade de água presente e a densidade do solo. Solos constituídos por partículas muito pequenas, como os solos argilosos, são menos permeáveis que aqueles constituídos por grãos maiores, como os solos arenosos. Quanto menor a permeabilidade, mais difícil a aeração e maior a retenção de água. Baixa permeabilidade está normalmente associada a solos que tendem a formar torrões, que dificultam a perfeita distribuição de umidade, ar e nutrientes. Nessa situação, é necessário que se revolva muito bem a terra através do processo de aragem. Está presente no solo uma grande quantidade de microorganismos bactérias, fungos, algas, protozoários etc. As bactérias representam o grupo mais numeroso e bioquimicamente ativo. Elas precisam

6 de uma fonte de carbono para o crescimento celular, uma fonte de energia, além de nitrogênio e fósforo, para a manutenção das funções metabólicas necessárias ao crescimento. Embora a quantidade de microorganismos presentes no solo seja suficiente para a biorremediação, recentes aplicações incluem a adição de esterco animal. As Biopilhas operam muito bem em temperaturas acima de 10ºC. Todavia, a atividade microbiana dobra a cada 10ºC de incremento até o limite de 45ºC. Para o clima brasileiro esta é uma grande vantagem. Na Europa e EUA, no inverno, é necessária a injeção de ar quente para a manutenção da atividade da pilha. A 0ºC cessa a atividade bacteriana, cessando também a biorremediação. Concentrações muito altas de petróleo, seus derivados e de metais pesados apresentam efeitos tóxicos aos microorganismos, inibindo o crescimento e a reprodução das bactérias. DESIGN A altura típica de uma Biopilha varia entre 1m e 3 m. Uma área ao redor da pilha é necessária para acesso, transporte e manutenção. O comprimento e a largura das pilhas não são restritivos. Biopilhas são construídas em camadas. Os dutos de aeração são montados e em seguida o solo contaminado, já devidamente homogeneizado e acrescido de agentes corretivos, é depositado sobre a malha de tubos. Uma malha adicional pode ser necessária em função da altura da pilha e do tipo de solo. Durante a homogeneização do solo, é comum a adição de substâncias que melhoram suas características, como, por exemplo, areia e serragem para aumentar a permeabilidade e facilitar a chegada de água e nutrientes às bactérias; fertilizantes para fornecimento de N, P, K; agentes corretivos de ph (6 8); esterco para aumentar a concentração de microorganismos e induzir a um processo fermentativo que eleva a temperatura e acelera a biorremediação. Quando os contaminantes são hidrocarbonetos leves, é necessário um sistema para coleta e tratamento dos vapores, pois a injeção de ar força a saída dos constituintes leves para a atmosfera. Referências Alexander, M Biodegradation and Bioremediation. San Diego, CA: Academic Press. Fan, C.Y. and A.N. Tafuri "Engineering Application of Biooxidation Processes for Treating Petroleum-Contaminated Soil," in D.L. Wise and D.J. Trantolo, eds. Remediation of Hazardous Waste Contaminated Soils. New York, NY: Marcel Dekker, Inc., pp Flathman, P.E. and D.E. Jerger Bioremediation Field Experience. Boca

7 Raton, FL: CRC Press. Freeman, H.M Standard Handbook of Hazardous Waste Treatment and Disposal. New York, NY: McGraw-Hill Book Company. Grasso, D Hazardous Waste Site Remediation, Source Control. Boca Raton, FL: CRC Press. Norris, R.D., Hinchee, R.E., Brown, R.A., McCarty, P.L., Semprini, L., Wilson, J.T., Kampbell, D.H., Reinhard, M., Bower, E.J., Borden, R.C., Vogel, T.M., Thomas, J.M., and C.H. Ward Handbook of Bioremediation. Boca Raton, FL:CRC Press. Norris, R.D., Hinchee, R.E., Brown, R.A., McCarty, P.L., Semprini, L., Wilson, J.T., Kampbell, D.H., Reinhard, M., Bower, E.J., Borden, R.C., Vogel, T.M., Thomas, J.M., and C.H. Ward In-Situ Bioremediation of Ground Water and Geological Material: A Review of Technologies. Ada, OK: U.S. Environmental Protection Agency, Office of Research and Development. EPA/5R-93/124. Pope, Daniel F., and J.E. Matthews Environmental Regulations and Technology: Bioremediation Using the Land Treatment Concept. Ada, OK: U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Research Laboratory. EPA/600/R-93/164.

8 11 OUTRAS OBSERVAÇÕES PERTINENTES Local NATAL/RN Data 29/08/02