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Surpresas do Solo

Autor: Jim Mueller, Andrzej Przepiora, Josephine Molin e John Valkenburg / Larry Kinsman

Empresa: The Adventus Group / Orin Remediation Technologies

Email: mueller@adventus.group.com

Fonte: Pollution Engineering – Edição 03/2010 (www.revistape.com.br)

Existem inúmeras características específicas do solo – como condições geoquímicas e litológicas – que afetam negativamente o desempenho de remediações em ambiente subterrâneo e algumas vezes provocam efeitos secundários inesperados.

Enquanto se trabalha sob um orçamento limitado, pode ser difícil planejar todos os aspectos de uma etapa de injeção. Mas um planejamento adequado e o desenvolvimento de um completo entendimento da área contaminada antes de implementar uma intervenção in situ pode aumentar significativamente as chances de sucesso.

Para isso, este resumo apresenta algumas lições aprendidas em centenas de áreas remediadas usando EHC® (uma combinação patenteada de carbono e ferro metálico), utilizado para redução química in situ de compostos orgânicos voláteis clorados (COVC) e imobilização de metais pesados. Essas lições são também aplicáveis para outras intervenções mais gerais no campo. Serão discutidos alguns fatores relevantes em cada um dos vários cenários problemáticos de injeção in situ; incluindo uma breve observação sobre compostos relacionados com a injeção (por exemplo, a acetona e MEK, metil-etil cetona), subprodutos inesperados da degradação de COVC, mobilização de metais para a matriz do solo ou nela já presentes, picos de concentração após a injeção, e alterações durante a injeção devido ao daylighting. Nós também apresentamos algumas ideias para minimizar esses problemas.

Catabólitos efêmeros inesperados da degradação de COVC

Catabólitos convencionais gerados a partir de reações sequenciais redutivas de desalogenação são geralmente previstos e monitorados. Todavia, ocasionalmente encontramos outros metabolitos menos comuns. Por exemplo:

• Dissulfeto de carbono (CS2) pode se formar durante a descloração redutiva do tetracloreto de carbono (CCl4), especialmente sob condições de redução de sulfato.[1] Em uma área contaminada com CCl4 em excesso de 2 mg/L, nós observamos um pico de concentração de 79 µg/L de CS2. A concentração de CS2 decresceu em poucos meses após as injeções de EHC, e permaneceram abaixo dos limites (geralmente não detectados) por mais de três anos.

• A formação de pequenas concentrações de etanos clorados (CE e DCE) foi observada em duas áreas onde o EHC foi injetado para tratar etenos clorados (PCE/TCE). Enquanto a degradação dos etenos clorados formou etanos clorados em concentrações de aproximadamente 1 por cento da concentração inicial de PCE/TCE em ambos os casos, a concentração de DCE e CE excederam os níveis máximos de contaminantes temporariamente, antes de posterior degradação para etano. A reação de degradação hipotética foi a hidrogenação dos DCE e VC (cloreto de vinila) para formarem o DCE e CE respectivamente (adição de dois átomos de hidrogênio em substituição ao átomo de cloro e à quebra da ligação dupla entre carbonos em ligação simples).

Produção temporária de cetona e MEK a partir de fontes de carbono

A adição de um substrato de carbono a um aquífero pode resultar na produção de MEK (ou seja, 2-butanona) e acetona por microorganismos naturais (uma apresentação dos arquivos do U.S. Naval, disponível em www.navylabs.navy.mil/Archive/emdq-2005/2-3-1.pdf, fornece boas evidências e referências desse efeito). Dados de campo mostram que a ocasional e transiente formação de acetona e/ou MEK parece ocorrer quando alcanos estão presentes, juntamente com alta concentração de carbono associada com baixos níveis de oxigênio, especialmente em ambientes metanogênicos. Por isso, se presume que a produção de MEK/acetona pode ocorrer antes de o sistema consumir todo o oxigênio, ou logo após a injeção de uma fonte de carbono. A produção de MEK e acetona pode ser ligeiramente substancial, mas é um fenômeno de curta duração. A produção de acetona também foi observada em amostras armazenadas utilizando técnicas de preservação padrão.

Mobilização de metais

Em qualquer tratamento in situ que altera a geoquímica da área, há sempre o risco de mobilização de metais presentes na matriz do solo. Por exemplo, reações convencionais de descloração anaeróbia redutiva podem liberar as ligações metálicas de óxidos de ferro, óxidos de manganês e outros argilominerais do aquífero. Exemplos de tais minerais incluem As, Cr, Se, Fe, e Mn.[2] Esse processo pode ocorrer através de dissolução redutiva ou dessorção das fases minerais, como resultado das mudanças de pH e potencias de redução.

O EHC mantém pH próximo de neutro, equilibrando a acidez da degradação do substrato de carbono com a alcalinidade resultante da corrosão do ferro metálico. Isso minimiza alguns dos efeitos da liberação de metais a substratos contendo somente carbono (como óleos ou compostos que liberam somente hidrogênio). Assim, o EHC cria um mecanismo para sequestrar metais pesados através das diferentes fases de complexação do ferro e seus efeitos na matriz tratada. A presença de ferro metálico no agente possibilita a adsorção de metal e coprecipitação e através de geração contínua de ferro dissolvido e subsequente formação de óxidos de ferro, oxihidróxidos e sulfetos. A estabilidade de metais, e o As, na presença do ferro metálico foi demonstrada em pesquisas mais detalhada sobre barreiras reativas permeáveis (BRP) [3,4].

Para áreas onde a mobilização de metais é uma preocupação específica, uma formulação de EHC contendo uma fonte de enxofre (EHC-M™) é usada para promover a precipitação de sulfetos metálicos. É recomendado investigar previamente o potencial de mobilização de metais e mensurar a concentração natural de sulfatos para verificar a real necessidade de adicionar uma fonte de enxofre para imobilizar os cátions metálicos sob condições de redução.

Picos de concentração após a injeção

Picos de concentração logo após injeções podem ser o resultados de vários processos. Por exemplo, a Figura 1 mostra dados de uma área onde há flutuação sazonal do lençol freático causando a dispersão de compostos da zona de contaminação. Outros fatores que podem resultar em picos de concentração incluem:

• Dissolução do NAPL residual (se presente) ou transporte de focos de contaminação não tratados (ex.: focos inacessíveis ou não monitorados) podem causar picos de concentração.

• Diferentes tipos de solos têm diferentes porosidades – Dependendo do volume injetado e da porosidade do aquífero, o nível da água pode subir durante a injeção, espalhando compostos da zona insaturada. Isso pode causar uma queda artificial da concentração (ex.: aparente “tratamento” por dissipação / diluição) se a pluma estiver se deslocando. [Nota do autor: Como injetamos apenas de 2 a 10 por cento do volume entre poros, nós não observamos a elevação do lençol freático com o EHC].

• Química de degradação dos compostos – Crescimento no número de subprodutos de muitos compostos orgânicos pode ser observado imediatamente após a injeção e antes do estabelecimento de baixas condições de redox. Contudo, as condições de redução química in situ demonstradas pelo EHC e a acumulação de intermediários típicos é evitada sob essas condições[5], como mostrado na Figura 2.

Daylighting

Daylighting é o vazamento do injetado para a superfície. Pode ocorrer quando se injeta algo sob pressão e deve ser previsto em qualquer trabalho de injeção. As seguintes dicas se mostraram muito úteis em reduzir o potencial de vazamentos:

• Reduza o volume injetado – Em injeções na fonte de contaminação, um volume aproximado entre 2 e 10 por cento da porosidade do local é usado. Em algumas instalações de BRP (fora da fonte de contaminação) um máximo de 20 por cento da porosidade é utilizado. Muitas outras situações requerem um comprometimento maior do volume entre poros.

• Reduza a pressão e o fluxo – esses parâmetros de injeção são específicos para cada local, mas a menor pressão possível para manter um fluxo baixo e sustentável (< 0,6 l/s) parece ideal.

• Desativação correta dos poços – argamassas líquidas são inaceitáveis, ao menos que haja tempo para a instalação. Algumas formas de pellets de bentonita, como os HoleBlok + da AquaBlok podem ser utilizados. Se poços de injeções passadas não foram devidamente desativados, eles se tornarão pontos de escape durante o processo de injeção.

• Viscosidade ideal – experiência de campo mostra que a argamassa contendo ~30 por cento em massa de EHC produz uma massa com viscosidade ideal para injeções. Novamente, os resultados podem variar conforme as especificidades do local e massas mais espessas podem ser utilizadas para aplicações rasas para limitar o vazamento para a superfície ao redor das hastes.

• Protocolos de injeção de cima para baixo vs. de baixo para cima – use uma tecnologia de ponta para injeção que permita maior flexibilidade no campo, como uma ferramenta de punção hidráulica. Isso irá reduzir o acumulo de reagentes no fundo do poço.

• Permita a dissipação da pressão – Utilizar várias hastes ao longo da malha de injeção ajuda a dissipar pressões subterrâneas localizadas.

• Finalmente, recomenda-se contratar um empreiteiro experiente e preparado para trabalhar em uma ampla faixa de pressões, fluxos e instalações. É o melhor plano para uma execução flexível. PE

S+F Tecnologia Ambiental

Fonte: Pollution Engineering – Edição 03/2010 – ( www.revistape.com.br )