3.7 Oxidação Química
A oxidação química in situ é utilizada para tratar o solo e as águas subterrâneas por meio da injeção de um oxidante químico na zona da fonte através de poços de injeção instalados em diferentes profundidades. O objetivo da técnica é transformar os hidrocarbonetos de petróleo em subprodutos inofensivos pelo processo de oxidação. Além de poder ser aplicada a todos os hidrocarbonetos de petróleo e seus constituintes, a técnica também pode ser utilizada na remoção de NAPL diversos; LNAPL em fase dissolvida, residual e adsorvida; etenos e etanos clorados; pesticidas; entre outros contaminantes.
Oxidação química in situ – Ficha técnica
Tecnologia Nomenclatura Oxidação química Sinônimos Oxidação química in situ (ISCO) Nomenclatura em inglês Chemical oxidation, In Situ Chemical Oxidation (ISCO), ChemOx Processo de remediação Estratégia de remediação A = Mudança de fase, tratamento da fase dissolvida.
B = Remoção de massa.Zona de contaminação Zona insaturada, zona saturada e fonte de contaminação. Fases do LNAPL Fase dissolvida, residual e adsorvida. Duração Sua aplicação pode ser rápida (meses) ou de longo prazo (anos), dependendo de fatores como o volume de contaminantes, a distribuição dos contaminantes no subsolo, o tipo de solo, a presença de estruturas subterrâneas, a heterogeneidade do meio, o fluxo das águas subterrâneas e a permanência do oxidante no subsolo. Aplicações Todos os hidrocarbonetos de petróleo e seus constituintes;Etenos e etanos clorados 1,4-dioxano, energéticos, pesticidas, fenóis, entre outros;Remover NAPL diversos. Vantagens Não gera quantidades significativas de resíduos;
Destruição/degradação rápida dos contaminantes (semanas ou meses);
Massa do contaminante pode ser destruída in situ;
Custos reduzidos para mobilização, operação e monitoramento devido aos rápidos resultados se comparado à outras técnicas como o Bombeamento e Tratamento;
A aplicação da técnica permite um pós-tratamento com atenuação natural monitorada ou ainda biodegradação aeróbia ou anaeróbia avançada.Limitações O sistema de injeção deve ser realizado de forma a garantir a distribuição adequada do reagente sobre a área afetada pela contaminação;
Caso sejam utilizados agentes ativadores (como metais de transição, calor, ativadores alcalinos etc.), que agem como catalisadores e maximizam a oxidação, deve ser realizado o monitoramento para que o reagente seja ativado da maneira correta, além de que os mesmos não podem ser distribuídos na mesma distância que os oxidantes, devido às diferentes taxas de reação, fatores de retardo (devido à sorção no meio poroso), entre outros;
O solo deve ter baixo teor de argila para permitir a penetração do oxidante. Em casos de teores de argila elevados, a injeção por fraturamento pode ser requerida;
Solos com litologia heterogênea podem limitar a distribuição dos oxidantes, resultando em bolsões de contaminante não tratado;
A utilização do permanganato de potássio leva à formação de óxido de manganês, responsável pelo escurecimento do solo e redução de permeabilidade;
Solos com altos teores de matéria orgânica natural apresentam elevado consumo endógeno de oxidantes, consumo este que precisa ser estimado para correta dosagem de oxidantes. Além disso, demandam a aplicação de oxidantes de cinética mais lenta (ex. permanganato), para garantia de oxidação dos compostos-alvo (contaminantes);
Podem ocorrer ruídos, odores e emissões de voláteis;
As reações de oxidação são exotérmicas e algumas apresentam cinética muito rápida (ex. peróxido de hidrogênio), portanto, a aplicação de oxidantes deve ser feita de forma cuidadosa, de preferência precedida por testes de bancada e/ou piloto, para garantir as doses e distribuição requeridas e evitar perda de controle da reação;
Agentes oxidantes podem ser perigosos e altamente reativos, devendo ser manuseados, aplicados e armazenados cuidadosamente;
Dificuldade em aplicar efetivamente o oxidante na totalidade da contaminação devido à curta meia-vida do agente oxidante (especialmente no caso do peróxido de hidrogênio);
Pode alterar a geoquímica do aquífero, seja pela formação de subprodutos (ex. óxido de manganês), acidificação e lixiviação/mobilização de metais na água ou mesmo pela introdução de contaminantes metálicos presentes em ativadores como o ferro;
Dependendo das condições do meio, geologia e características de contaminantes, o fenômeno de rebound pode ser mais intenso, requerendo a realização de múltiplas campanhas de injeção;
Dependendo da intensidade das reações, pode ocorrer a perda momentânea de biodiversidade dos solos, situação que tende a ser revertida com o reestabelecimento do equilíbrio no meio (fluxo de água subterrânea, percolação da chuva etc.).Requisitos de aplicação Características do local Devem ser avaliados o tamanho e as características do solo, como a condutividade hidráulica, densidade aparente e sumidouros naturais dos oxidantes (ex.: matéria orgânica do solo), de forma a permitir que o oxidante alcance os contaminantes de interesse;
Devem ser determinadas as características das águas subterrâneas do local, principalmente aspectos hidráulicos e geoquímicos, como capacidade de tamponamento;
Características do LNAPL, como volume, propriedades químicas, concentrações, profundidade e localização devem ser consideradas.Critérios quantitativos A distribuição e a recirculação do oxidante são mais eficientes em meios saturados permeáveis com condutividade hidráulica superior a 10-4 cm/s;
A permeabilidade intrínseca do meio deve ser superior a 10-10 cm²;
A temperatura deve corresponder à faixa de 10 ºC a 45 ºC.Métricas de desempenho Realizar monitoramentos (antes e após a aplicação da técnica) considerando aspectos como condições redutoras, ORP (indicador da distribuição do oxidante), pH, alcalinidade, cloretos, oxidante injetado, concentração dos contaminantes e a distribuição de oxidantes;
Avaliar a mobilização de metais pesados e a atenuação destes quando as condições naturais forem reestabelecidas.Testes em bancada, testes piloto ou em testes em escala real Testes em bancada podem ser úteis para identificar as características das águas subterrâneas e do solo (tais como potencial de oxirredução (ORP), pH, alcalinidade e cloretos, teor de matéria orgânica natural/demanda endógena, dentre outras), seleção do oxidante, estimativa da eficiência máxima de oxidação (em mistura completa), avaliação do potencial de formação de subprodutos e/ou de lixiviação de metais do solo para a água e etc.Testes piloto ou em escala real são importantes para estabelecer a malha de injeção mais adequada, ajustar a vazão/dosagem de oxidante, verificar a pressão de injeção necessária para atingimento das áreas-alvo, avaliar o número e a periodicidade de campanhas de injeção, estimar a taxa real de destruição do contaminante e as possíveis perdas de oxidante, além de estabelecer o número de poços de monitoramento necessários, a partir das condições do local, (como capacidade de aceitar o oxidante, raio de influência (ROI), heterogeneidades e condições de alta oxidação). Custos Fatores de influência A massa de contaminante irá influenciar na quantidade de oxidante e ativadores necessários, afetando diretamente os custos;
O tipo do oxidante, área da contaminação, profundidade e geoquímica do local também são fatores influentes;
Fatores de acessibilidade ou disponibilidade dos contaminantes incluem: litologia e hidrogeologia, número de injeções necessárias, equipamento e mão de obra (que dependem do método de aplicação e duração do projeto) e a presença de estruturas acima e abaixo do solo;
Essa tecnologia tem maior custo-benefício em geral em áreas pequenas, com contaminação presente em baixas profundidades ou com impacto localizado.Observações Operação e manutenção A frequência e o número de aplicações dependerão dos objetivos de remediação da área, dos níveis de contaminação e das características específicas do local;
O monitoramento deverá ser realizado após cada aplicação, contemplando as métricas de desempenho.Gerais Elaborar um plano de contingência considerando a potencial mobilização de metais pesados, o excesso de oxidantes e um levantamento dos riscos associados à aplicação desta técnica, de acordo com as especificidades do oxidante empregado e da área de aplicação. Referências (ITRC, 2005, 2018b; U. S. EPA, 2012a; FRTR, 2020; U.S. EPA, 2021).