3.11 Aquecimento por Condução Térmica ou Resistência Elétrica
As técnicas de aquecimento por condução térmica (Thermal Conduction Heating – TCH) e aquecimento por resistência elétrica (Electrical Resistance Heating – ERH) atuam na volatilização e ebulição de compostos orgânicos voláteis (COV) e compostos orgânicos semivoláteis (COSV) de solos e águas subterrâneas, podendo ser complementadas com a coleta de vapores no subsolo e tratamento das fases gasosas e líquidas extraídas acima do solo. O principal objetivo dessas técnicas é aumentar a pressão de vapor, a solubilidade e as taxas de difusão dos contaminantes, enquanto a viscosidade diminui, permitindo que eles sejam liberados do meio e conduzidos a um ponto de coleta para serem tratados acima do solo.
- Aquecimento por Condução Térmica: O aquecimento por condução térmica pode ser aplicado in situ ou ex situ. Na aplicação in situ, podem ser utilizados cobertores térmicos para tratar contaminações rasas ou sistemas de poços térmicos com arranjos elétricos ou a gás para contaminações mais profundas. O calor gerado pelos poços térmicos, que pode atingir temperaturas de até 800 °C, é transferido ao solo por radiação e condução térmica, vaporizando os contaminantes. Esses vapores são então capturados por meio de poços de extração a vácuo. Essa técnica é especialmente eficiente para compostos com baixa viscosidade e alta volatilidade (ITRC, 2018c). Além disso, quando comparada a outras técnicas de aquecimento, o aquecimento por condução térmica apresenta menor sensibilidade à variação do tipo de solo e à presença de sólidos dissolvidos totais na água subterrânea.
- Aquecimento por Resistência Elétrica: O aquecimento por resistência elétrica atua através da passagem de corrente elétrica na zona saturada e insaturada, resultando em um aumento da temperatura no subsolo (geralmente até o ponto de ebulição da água). O solo é aquecido pela passagem de corrente entre os eletrodos e conforme o solo é aquecido com a resistividade, os contaminantes são volatilizados e a umidade presente no solo e água subterrânea é convertida para vapor. Os vapores produzidos podem então removidos da matriz do solo por poços de extração. O aquecimento por resistência elétrica acelera a remediação de compostos orgânicos voláteis (COV) através do aumento da temperatura da subsuperfície além do ponto de ebulição da maioria desses compostos, além de provocar a ebulição da água presente nas partículas de todos os tipos de solo. Conforme a temperatura da subsuperfície aumenta, há também o aumento das taxas de atividade biológica e de reações químicas, que contribuem para a remediação.
Aquecimento por condução térmica ou resistência elétrica – Ficha técnica
| Tecnologia | Nomenclatura | Aquecimento por condução térmica ou resistência elétrica |
| Sinônimos | Aquecimento por difusão térmica; tratamento térmico | |
| Nomenclatura em inglês | In situ thermal treatment, thermal conduction heating (TCH), electrical resistance heating (ERH) | |
| Processo de remediação | Estratégia de remediação | A = Mudança de fase/composição. B = Remoção de massa. |
| Zona de contaminação | Zona saturada e insaturada. | |
| Fases do LNAPL | Fase livre, adsorvida e residual. | |
| Duração | As tecnologias têm uma duração média de 6 meses a 1 ano, dependendo dos objetivos de remediação, da concentração e distribuição dos contaminantes, das características geológicas e hidrológicas, da profundidade da água subterrânea, da pressão de vapor dos contaminantes, do teor de umidade do solo e volume, da extensão e profundidade do local a ser tratado e da matéria orgânica presente no solo. | |
| Aplicações | Aplicável a todos os tipos de solo, incluindo os de permeabilidade baixa; Aplicável a todos os tipos de LNAPL, porém os de maior viscosidade e/ou menor volatilidade necessitarão de mais tempo em seu tratamento. | |
| Vantagens | Baixo tempo de remediação (6 – 12 meses); Aplicável aos solos sedimentares ou argilosos, onde outras tecnologias não são muito eficazes; Aplicável aos solos heterogêneos; Pode ser aplicada em grandes profundidades, inclusive abaixo do nível da água subterrânea. | |
| Limitações | No aquecimento por resistência elétrica é necessário a presença de umidade no solo para permitir o fluxo de corrente entre os eletrodos; Solos com permeabilidade muito elevada podem dificultar o aquecimento; Detritos, interferências e estruturas subterrâneas podem causar dificuldades operacionais na distribuição do fluxo de calor; O desempenho na extração de determinados contaminantes varia de acordo com a temperatura máxima alcançada em cada processo; Solos com permeabilidades altamente variáveis podem resultar em distribuição desigual de fluxo de calor para as regiões contaminadas. | |
| Requisitos de aplicação | Características do local | Determinar a área de aplicação e as características do solo, incluindo sua resistividade, permeabilidade, condutividade, plasticidade, densidade aparente e capacidade de calor, além da presença de detritos enterrados no local; Avaliar as características das águas subterrâneas, como condutividade e gradiente hidráulico e aspectos geoquímicos; O local não deve possuir alto fluxo de água subterrânea. |
| Características do LNAPL | Avaliar suas propriedades químicas, incluindo pressão de vapor, ponto de ebulição, viscosidade e coeficiente de partição octanol-água, além das concentrações dos contaminantes; Determinar a profundidade e distribuição do LNAPL, visto que contaminações rasas podem necessitar de cobertura na superfície para minimizar perdas térmicas. | |
| Critérios quantitativos | No aquecimento por resistência elétrica, concentrações elevadas de sólidos dissolvidos e salinidade (acima de 10.000 µS) podem diminuir a resistividade e implicar em menor eficiência na geração de calor; A condutividade hidráulica deve ser menor ou igual a 10-3 cm/s, devido à dificuldade de manter o aquecimento. | |
| Métricas de desempenho | Conferir as concentrações das águas subterrâneas, uma vez que podem aumentar conforme o solo é aquecido e diminuir com a remoção do LNAPL; Avaliar o quão rápido a temperatura máxima é alcançada e por quanto tempo ela é mantida constante, além de assegurar que a temperatura esteja atingindo todo o local durante o tratamento; Determinar a extensão do aquecimento na zona de tratamento. | |
| Fatores de influência | Para que o aquecimento por resistência elétrica tenha um bom custo-benefício, deve ser escolhida a menor voltagem possível para atingir os objetivos de remediação; No aquecimento por resistência elétrica a quantidade de eletrodos influencia altamente nos custos; A extensão e a profundidade da contaminação afetam o espaçamento dos poços e dos eletrodos; A densidade de sondas de monitoramento de temperatura, como termopares instalados em vários locais e várias profundidades; O volume a ser tratado é um dos fatores primários para o custo da tecnologia; A disponibilidade de capacidade elétrica e água suficiente no local. | |
| Operação e manutenção | É necessário instalar poços de monitoramento resistentes à temperatura, não sendo possível utilizar poços de monitoramentos feitos de PVC na zona de tratamento; Deve-se realizar o tratamento dos vapores e líquidos extraídos; Podem ser necessárias alterações na infraestrutura do local; Taxas de serviços públicos (eletricidade e às vezes água); Taxas de descarte para resíduos de líquidos e vapores tratados. | |
| Referências | (U. S. ACE, 2009; U. S. EPA, 2014c; ITRC, 2018c; FRTR, 2020; U.S. EPA, 2021). |