Disciplina: Tcnicas de Remediao II

Disciplina: Tcnicas de Remediao II Curso: Gerenciamento de reas Contaminadas

Atenuao Natural de Hidrocarbonetos

Professor: Martim Afonso de Sousa

Alunos:Hermnio Medeiros

Marcelo Xavier

Marcio Imprio

Marcos Aurlio

Rodrigo SatoAbril de 201341.ELEMENTOS PRELIMINARES

41.1 CONCEITO

41.2 Atenuao Natural Monitorada (MNA)

52 Consideraes Tcnicas

52.1 Vantagens da Atenuao Natural

52.2 Principais Limitaes

62.3 Mecanismos da Atenuao Natural

62.3.1 Processos no destrutivos

62.3.2 Processos destrutivos

72.4 Degradao de Hidrocarbonetos de Petrleo

72.4.1 Decaimento Abitico

72.4.2 Biodegradao

72.4.3 Oxidao e Reduo

72.4.4 Metabolismo do Microorganismo

82.4.5 Receptores de eltrons

82.5 Biodegradao Hidrocarbonetos

93 Biodegradao de BTEX

94 Avaliao da Atenuao Natural - Dados analticos para avaliao

94.1 Solo / Sedimento

104.2 gua

125.1 Frequncias das amostragens

125.2 Linhas de Evidncias utilizadas na avaliao de Atenuao Natural

135.4 Dados Analticos Indicando Biodegradao

136 Capacidade Assimilativa Total

137 ESTUDO DE CASO

148 RESUMO

159 Crticas do Grupo para o Estudo de Caso apresentado

1.ELEMENTOS PRELIMINARES

1.1 CONCEITO

A Atenuao Natural refere-se a reduo de toxicidade, mobilidade, volume, concentrao e massa de um contaminante orgnico ou inorgnico devido a processos que ocorrem naturalmente no solo e na gua (sem interveno humana).

Processos que promovem a atenuao natural: diluio, disperso, autodepurao, adsoro, volatilizao e transformaes biticas e abiticas.1.2 Atenuao Natural Monitorada (MNA)

Consiste numa tcnica de remediao que se baseia na confiana de que os processos naturais de atenuao dos contaminantes iro alcanar os objetivos da remediao dentro de um perodo de tempo razovel quando comparado com outros mtodos ativos de remediao.

O monitoramento da MNA consiste basicamente de:

Medidas peridicas de concentrao de contaminantes, produtos filhos, e parmetros geoqumicos;

Estudo de estimativa de taxa de atenuao;

Estudos para confirmao do modelo conceitual;

Pode ser necessria uma reduo na fonte;

Plano de contingncia.

Figura 1 Roteiro para atingir metas de remediao2 Consideraes Tcnicas

2.1 Vantagens da Atenuao Natural

Contaminantes transformados em compostos incuos (CO2, Cl, etenos, etc);

Mtodo no intrusivo;

No gera resduos;

Geralmente mais barato que outras tecnologias;

Pode ser utilizada em conjunto com outras tcnicas.2.2 Principais Limitaes

Tempo pode ser muito longo;

Responsvel deve assumir os custos e o monitoramento por longo prazo;

Condies hidrogeolgicas e geoqumicas naturais podem mudar e piorar as condies para a atenuao

Heterogeneidade geolgica fator complicante;

Produtos intermedirios podem ser mais txicos.

2.3 Mecanismos da Atenuao Natural

2.3.1 Processos no destrutivos

Disperso

Adsoro

Volatilizao

Diluio por recarga

2.3.2 Processos destrutivos

Decaimento abitico

Biodegradao

Pelo fato de apresentar metodologia, apresentaremos a seguir as equaes de atenuao ou decaimento que envolve a transformao ou destruio de contaminantes orgnicos ou inorgnicos:

Ct = C0.e-tt1/2 = ln2 /

Ct = concentracao no tempo t

C0 = concentracao no tempo 0

= taxa constante de degradacao

t = tempo

t1/2 = meia vida do composto

2.4 Degradao de Hidrocarbonetos de Petrleo

2.4.1 Decaimento Abitico

Reaes qumicas puras:

Hidrolise;

Reaes com minerais do solo.

Ocorre somente com compostos halogenados e inorgnicos;

Leva a degradao parcial ou total do contaminante;

Tipicamente muito lentas em relao a Biodegradao.

2.4.2 Biodegradao

Reaes de oxi-reduo de compostos orgnicos catalisadas por microorganismos (bactrias e fungos);

Pode resultar em completa degradao do contaminante;

o mais importante processo de atenuao natural, pois reduz a massa do contaminante;

Pode ser acelerada se houver adio de um nutriente ou substrato faltante.2.4.3 Oxidao e Reduo

Receptor de eltrons composto oxidado;

Doador de eltrons composto reduzido;

O doador de eltrons e oxidado, perdendo eltrons;

O receptor de eltrons e reduzido, ganhando eltrons.

2.4.4 Metabolismo do Microorganismo

Organismos consumem:

Alimento (C, H, N, P) Doadores de eltrons e

Receptores de eltrons.

Para produzir:

Energia

Biomassa

Metabolitos

2.4.5 Receptores de eltrons

Receptores de eltrons favorecem o metabolismo de alimento para produo de energia:

Oxignio, nitrato, ferro, mangans, sulfato, gs carbnico.

Quantidade limitada no ambiente.

Classificao das bactrias:

Aerbicas usam oxignio exclusivamente

Anaerbicas facultativas - preferem oxignio, mas podem utilizar nitrato como receptor de eltrons.

Anaerbicas usam Mn+4, Fe+3, sulfato

Metanognicas usam CO2 e no suportam presena de oxignio

2.5 Biodegradao Hidrocarbonetos

atuam como doador de eltrons

requerem um receptor de eltrons (p.ex. oxignio, nitrato, sulfato)

Co-solvncia do Etanol

aumenta a solubilidade dos hidrocarbonetos na agua;

diminui adsoro de hidrocarbonetos, tornando os mais moveis;

diminui Biodegradao, tornando os hidrocarbonetos mais persistentes.

3 Biodegradao de BTEX

Requer a presena de receptores de eltrons para sofrer oxidao

Respirao aerbica (reao rpida)

Denitrificao

Reduo do mangans IV

Reduo do Ferro III

Reduo do sulfato

Metanognese (reao lenta, mas frequentemente a mais importante em sites dos EUA)

Reaesanaerbicasdegradam>90% massa BTEX4 Avaliao da Atenuao Natural - Dados analticos para avaliao

4.1 Solo / SedimentoVOCs (hidrocarbonetos e organoclorados)

Avaliao da extenso e da massa de contaminantes

Carbono orgnico total

Avaliao da retardao e da declorao redutiva potencial

Fe(III) biodisponivel

Avaliao do potencial de remoo de hidrocarbonetos e de cloreto de vinila da agua por reduo do Fe(III)

Figura 2 Zoneamento dos processos de consumo de receptores de eltrons4.2 gua

- VOCs (hidrocarbonetos e organoclorados)

Oxignio dissolvido, Nitrato, Mn(IV), Fe(II), Sulfato

Alcalinidade

Gases

Sulfeto de hidrognio, metano, CO2

Etano, eteno

Hidrognio - H2 obtido em campo LQ < 0,1 nM

Potencial redox (ORP), pH, T, CE

Cloreto

Ctions maiores

Carbono orgnico total5 Disposio Espacial de Poos Monitoramento e Plano de Amostragem e Anlises para Avaliao da Atenuao Natural Monitorada

Figura 3 Posicionamento dos poos utilizados na avaliao de atenuao natural

Figura 4 Perfil dos poos utilizados na avaliao de atenuao natural

Figura 5 Plano de amostragem e anlises5.1 Frequncias das amostragens

Depende de localizao de receptores, da natureza dos contaminantes, da variao das concentraes e da velocidade da gua subterrnea; Trimestral no primeiro ano;

Mnimo anual em anos subseqentes (em funo da heterogeneidade, variabilidade das concentraes, tempo de transito da gua);

Outro mtodo: estimar com base na velocidade da gua subterrnea (1 amostragem por troca de gua).

5.2 Linhas de Evidncias utilizadas na avaliao de Atenuao Natural

Tendncias histricas do contaminante indicando que tamanho da pluma est diminuindo ou est estvel (ou expandindo, mas menor que o esperado)

5.3 Dados analticos indicando Biodegradacao:

Diminuio de doadores e receptores de eltrons

Elevao de concentraes de metabolitos (p.ex. Fe(II), S2-)

Diminuio de concentraes de compostos-pais

Elevao de concentraes de compostos-filhos

Estudos de microcosmos

Modelao de transporte e destino (forma das plumas com degradao e sem degradao)

Razoes de istopos estveis

5.4 Dados Analticos Indicando Biodegradao

Tendncias dos contaminantes durante Biodegradacao:

ProdutoTendncia durante

BiodegradaoProcesso causador

HidrocarbonetosDecresceRespirao aerbica,

denitrificao, reduo de Mn(IV) e Fe(III), reduo do sulfato, metano gnese

6 Capacidade Assimilativa Total

Para hidrocarbonetos, BTEX, e outros compostos similares:

Calcular a massa que pode ser consumida baseada no total de receptores de eltrons (e produtos). 7 ESTUDO DE CASOBioremediao de hidrocarbonetos em solos contaminados estudo comparativo de aplicao de bioslido, suplementao de carbono com atenuao natural monitorada (Texas USA).

8 RESUMO

Dois mtodos de bioestimulao foram comparadas num estudo de laboratrio com a Atenuao Natural Monitorada (MNA), visando a degradao de hidrocarbonetos de petrleo (TPH), no diesel contaminado com solo argiloso Tarpley com baixo teor de carbono.

Um mtodo utilizou a ao rpida de fertilizantes ricos em N e P e outro de liberao lenta de bioslidos (lodo ativado).

Na primeira semana de incubao, os bioslidos alterados mostraram aumento linear de duas ordem de magnitude na populao microbiana em relao a MNA, que nos solos fertilizados artificialmente, apenas uma ordem de aumento de magnitude.

Aps 8 semanas de incubao, ambos os mtodos de bioestmulo cerca de 96% de degradao em comparao com TPH e a MNA obteve degradao de 93,8%.

Nas semanas seguintes, a populao microbiana no solo com fertilizante caiu sensivelmente sugerindo efeito txico devido ao fertilizante induzindo a acidez e a sobredosagem.

Os resultados sugerem que a adio de bioslido o mtodo mais eficaz para alterao do solo por bioestimulao do que a aplicao de fertilizantes inorgnicos.

Isto se deve as propriedades do bioslido para complementar carbono. No houve diferena estatisticamente significativa entre os mtodos de bioestmulo e MNA, sugerindo que a MNA pode ser estratgia de reparao vivel em certos solos com elevada populao microbiana nativa.

(Bioremediation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils: Comparison of biosolids addition, carbon supplementation, and monitored natural attenuation - Dibyendu Sarkar, Michael Ferguson, Rupali Datta, Stuart Birnbaum, Received 17 May 2004; accepted 17 September 2004) - www.elsevier.com/locate/envpol - avaible on line at www.sciencedirect.com).

9 Crticas do Grupo para o Estudo de Caso apresentado

Um trabalho de atenuao natural monitorada no poderia ter fulcro em estudo de laboratrio, j que as condies de geologia e de hidrogeologia, so preponderantes para a eficincia ou insucesso de um estudo de remediao. Mesmo com toda acuidade de estudos de laboratrio, jamais poder ser substitudo pelas condies naturais do stio;

Os fenmenos que dominam a atenuao natural como os indicadores biogequmicos no foram comentados em nenhum momento do artigo (capacidade de assimilao e fator de utilizao).

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