Estudos de Caso

Área 8 – Diesel com 20% biodiesel de soja (B20)  

Em julho de 2010, foi iniciado o estudo de biorremediação com adição de acetato na área contaminada com B20 (80% diesel e 20% biodiesel de soja v/v). Na área experimental de 330 m², foram instalados 47 poços multinível, sendo 42 destinados ao monitoramento da água subterrânea e 5 poços de injeção do agente de bioestimulação (acetato de amônio). Foram liberados 100 litros de B20 diretamente sobre o lençol freático (1,7 m de profundidade). Um mês após a liberação, injeções semanais de acetato de amônio (25 L) foram conduzidas na área experimental.

Fase 1 (Julho 2010 – Outubro 2018):

• Objetivo: Demonstrar a biorremediação ativa com acetato dos contaminantes presentes em água e solo na área da fonte.
• Técnica: Monitoramento contínuo da contaminação e injeção de acetato de amônio para estimular a biodegradação dos contaminantes.

Fase 2 (Iniciada em Outubro 2018):

• Objetivo: Demonstrar a eficácia da bioestimulação aeróbia (biosparging).
• Técnica: Início da operação do biorreator tipo airlift de circulação externa em maio de 2020 até que todas as concentrações das substâncias de interesse estivessem abaixo dos valores de investigação (VIs). Em março de 2022, foi necessária uma nova aplicação de bioestímulo devido ao odor ainda presente na área, com adição de soluções específicas no reator e poço, e em maio de 2022 foi realizado o soil mixing para acelerar a biodegradação.

ÁREA 8 – Diesel com 20% biodiesel (B20)
Data da liberação do produto	08/07/2010
Volume	100 L
Meio afetado	Zona saturada
Profundidade média do lençol freático	1,3 m
Parâmetros hidrogeológicos	Condutividade hidráulica: 10-4 cm/s; Porosidade efetiva: 16,8 a 19%; Velocidade da água subterrânea: 5,2 a 6,2 m/ano; Sentido de fluxo predominante: NO → SE.
Características do aquífero antes da contaminação	Temperatura: da água subterrânea 22,15 °C; pH: 4,25; Potencial oxidação-redução: +180 mV; Oxigênio dissolvido: 0,45 mg/L; Alcalinidade: 1,6 mg CaCO3/L; Acidez: 85,35 mg CaCO3/L; Cloreto: 3,8 mg/L; Brometo: 0,06 mg/L; Fosfato: 0,0005 mg/L; Nitrato: 8,48 mg/L; Nitrito: 0,0005 mg/L; Ferro (II): 0,032 mg/L; Sulfato: 4,09 mg/L; Sulfeto: 0,006 mg/L; Acetato: 0,0005 mg/L.
Padrões legais aplicáveis	Considerando que o uso do solo da área de interesse é agrícola, as metas de remediação foram definidas com base nos critérios de qualidade para solos agrícolas e das águas subterrâneas do Anexo II da Resolução CONAMA nº 420 de 2009. Alternativamente, poderiam ter sido adotadas concentrações máximas aceitáveis (CMA) obtidas em uma avaliação de risco à saúde humana.
Fase / Técnica	Fase 1: Biorremediação Ativa com Acetato
Objetivo	Avaliar se a adição de acetato de amônio beneficiou a degradação de compostos BTEX e HPAs, bem como as alterações geoquímicas causadas pela liberação controlada do biocombustível (B20) e pelas injeções de acetato de amônio. Investigar se microrganismos associados à degradação anaeróbia de hidrocarbonetos de petróleo e processos sintróficos foram estimulados pela bioestimulação metanogênica.
Justificativa para escolha da técnica	A biorremediação ativa com acetato de amônio foi conduzida na área experimental para promover a estimulação da biomassa total e microrganismos específicos, a fim de acelerar o processo de degradação dos BTEX e HPAs. A opção por este sal foi baseada no fato de este composto se tratar de uma fonte de carbono assimilável capaz de estimular o crescimento de microrganismos específicos associados à degradação anaeróbia de compostos orgânicos monoaromáticos e por possuir elevada solubilidade aquosa, o que viabiliza sua injeção na água subterrânea.
Período de aplicação	1.959 dias.
Datas dos monitoramentos ou intervenções	Intervenção: As injeções de acetato de amônio foram realizadas semanalmente até 1,6 anos após a liberação do produto. Monitoramentos: 14/10/2010; 11/03/2011;	26/07/2011; 24/11/2011; 13/06/2012; 13/11/2012;		17/06/2013; 21/05/2014; 18/11/2015.
Insumos	Acetato de amônio (25L de solução de acetato de amônio injetados semanalmente na área).
Parâmetros de monitoramento	Benzeno, tolueno, etilbenzeno, xilenos, BTEX total, ferro (II), nitrato, sulfato, sulfeto, fosfato, metano, pH, potencial de oxirredução, alcalinidade, temperatura, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, naftaleno, metilnaftaleno, dimetilnaftaleno, acenaftileno, fluoreno, fenantreno, antraceno, pireno, criseno, B[b]Fluor, B(k)Fluor, B[a]Pireno, Indeno(1,2,3-cd) pireno, B(g,h,i)pirileno e HPA total.
Parâmetros de desempenho da técnica	As métricas de desempenho foram demonstradas pelas reduções observadas na geometria da pluma e nas concentrações de BTEX e etanol na fase dissolvida. Também foram demonstradas por meio de indicadores geoquímicos (receptores de elétrons e subprodutos metabólicos da degradação) estimativas de taxas de degradação. Algumas métricas opcionais podem incluir informações microbiológicas e análises adicionais das linhas de evidência primárias e secundárias, por meio de modelagem matemática do transporte de solutos ou estimativas de capacidade assimilativa. O software SCBR foi utilizado para avaliação do fluxo e previsão do comportamento das plumas.
Resultados	Comportamento da pluma de fase dissolvida: Os resultados apresentados demonstram que após a liberação dos contaminantes e injeções de acetato de amônio, a biomassa passou a ser estimulada. Considerando que a concentração dos BTEX e HPAs permaneceu aumentando até 0,4 e 0,7 ano, respectivamente, pôde-se atribuir o aumento inicial (após 0,3 ano) da biomassa do aquífero, principalmente, ao consumo de acetato de amônio introduzido na área e à presença dos ésteres do biodiesel. Os monitoramentos realizados a partir de 2010 indicaram que a maior concentração de BTEX total em água subterrânea na região da fonte foi de 5.955,78 µg/L e de HPA total de 6.268,43 µg/L. Na fonte de contaminação, em 0,3 ano, o aumento da biomassa foi de 9,35×105 para 3,69×108 cópias de gene/g e no PM9 o aumento foi de 6,27×105 para 3,75×108 cópias de gene/g, demonstrando que a biomassa foi estimulada no primeiro período amostral. No PM15, no mesmo período, não foi observado um aumento significativo da biomassa total, sendo coerente com a ausência de acetato neste período. No momento em que a pluma de acetato e de contaminantes atingiu o PM15 (em aproximadamente 0,7 ano), um aumento significativo da biomassa passou a ser observado (de 106 para 109 cópias de gene/g).Após a interrupção das injeções de acetato de amônio (a partir de 1,4 anos), a biomassa total passou a decair. Além disso, no mesmo período, foram detectadas as menores concentrações dos compostos BTEX e HPAs, o que pode também ter contribuído para a redução da biomassa. No PM9, a biomassa atingiu seu pico com 1,26×109 cópias de gene/g em 0,7 ano, coincidindo com o período em que foi registrado o início da degradação dos BTEX. Parâmetros geoquímicos: Condições anaeróbias foram estabelecidas pela presença do B20 e do acetato de amônio, tendo sido predominante o processo de metanogênese predominante e de maior contribuição para a degradação dos compostos do B20. A presença do acetato de amônio provocou um acúmulo de acetato, que influenciou negativamente as reações de degradação dos aromáticos, tornando-os termodinamicamente desfavoráveis para as faixas de concentração de hidrogênio dissolvido plausíveis de serem encontradas em aquíferos anaeróbios (10-7 a 10-9 M). Por consequência das condições anaeróbias, o oxigênio dissolvido foi detectado em valores iguais ou inferiores a 0,5 mg/L, resultando nas condições anaeróbias e, partir disto, foi seguida a hierarquia termodinâmica dos receptores de elétrons, sendo o processo via nitrato, ferro e sulfato-redução, respectivamente, até atingir as condições metanogênicas. Sendo a nitrato-redução o primeiro processo a ser realizado, foram detectados picos isolados de nitrato, o que poderia possibilitar a nitrato-redução, porém foram detectadas baixas concentrações de nitrito, indicando que o processo não foi predominante no experimento. Para a ferro-redução, foi avaliada a concentração de sua espécie reduzida (Fe2+), sendo possível observar que foi a mais abundante, sendo que suas concentrações permaneceram entre 5 e 20 mg/L e, na fonte de contaminação, foram encontradas 173,3 mg/L ao 0,3 ano, demonstrando que o processo foi predominante no início do experimento. Quanto à sulfato-redução, apesar da disponibilidade significativa de sulfato, a concentração de sulfeto foi baixa (3 mg/L), indicando que o processo também não foi predominante no experimento.A partir dos resultados obtidos, é possível observar que as condições metanogênicas passaram a predominar após a ferro-redução, sendo detectadas baixas concentrações de metano na fonte de contaminação a partir de 0,3 ano, porém ocorreu o pico de concentração em 0,7 ano (17,5 mg/L). No PM9 foram detectadas concentrações a partir de 0,3 ano e aumentando progressivamente, atingindo a máxima de 7,8 mg/L aos 1,4 anos. No PM15, o estabelecimento destas condições no meio foi consequência da migração dos contaminantes para este poço de monitoramento e, por isso, as concentrações foram observadas a partir de 1,4 anos, atingindo sua máxima de 14 mg/L aos 2 anos, podendo ser indicativo da ocorrência de biodegradação. Outros parâmetros de desempenho: A biomassa total do aquífero (total de bactérias) foi estimulada pela presença dos contaminantes e pelas injeções de acetato de amônio, sendo observada a presença de gêneros microbianos associados a processos sintróficos e degradação anaeróbia de ésteres do biodiesel e compostos aromáticos do diesel. Sendo assim, o decaimento da concentração dissolvida dos aromáticos coincidiu com o período em que os microrganismos acetotróficos e hidrogenotróficos se tornaram predominantes (0,7 e 1 ano), demonstrando que desempenharam um papel fundamental na superação das limitações termodinâmicas, impedindo o acúmulo dos metabólitos de degradação (acetato e hidrogênio), além de terem participado ativamente das reações de degradação dos ésteres do biodiesel, BTEX e HPAs. Ademais, a contribuição da bioestimulação com adição de acetato de amônio para acelerar a degradação dos compostos do B20 foi evidenciada pela diminuição do tempo necessário para o decaimento da concentração dissolvida dos compostos aromáticos, sendo resultante da estimulação da biomassa total e microrganismos específicos.A estimulação de microrganismos específicos como ferro-redutores, sulfato-redutores e Archaea metanogênicas foi um fator determinante para os processos de degradação, sendo observado a partir de 0,7 ano. Além disso, a análise dos microrganismos sulfato-redutores revela que sua abundância foi inferior à dos ferro-redutores, com diferença de grandeza de 102. Apesar de limitada a disponibilidade de sulfato, os microrganismos sulfato-redutores foram estimulados, uma vez que possuem afinidade pelos substratos disponíveis no sistema e são capazes de crescer e se desenvolver mesmo na ausência de sulfato. Sendo assim, 0,3 ano após o início do experimento, as bactérias ferro-redutoras (com pico de concentração de 3,08×106 cópias de gene/g) predominaram sobre as sulfato-redutoras e, assim, os processos de sulfato-redução não foram significativos nos poços monitorados. Após um período, acredita-se que as bactérias sulfato-redutoras passaram a se desenvolver utilizando Fe3+ como receptor de elétrons para garantir sua sobrevivência no ambiente, uma vez que estas podem se desenvolver na ausência de sulfato em nessas condições, são capazes de utilizar Fe3+ como receptor de elétrons.
Observações	Concentrações consideráveis de Fe2+ somente poderão existir se processos de sulfato-redução não forem significativos no aquífero, visto que a presença de sulfetos, provenientes da sulfato-redução, possui a tendência de fazer com que o Fe2+ precipite na forma de sulfeto de ferro (FeS), tornando-o insolúvel na água subterrânea. Além disso, se concentrações suficientes de Fe3+ estiverem disponíveis no aquífero, microrganismos ferro-redutores podem competir com o grupo de sulfato-redutores, fazendo com que estes sejam metabolicamente inibidos e não participem de forma predominante nos processos de degradação da matéria orgânica.
Fase / Técnica	Fase 2: Bioestimulação aeróbia via Biosparging (biorreatores do tipo airlift) + Soil mixing
Objetivo	Demonstrar o decaimento da massa da fonte para o encerramento do caso, em encadeamento com a Fase 1, pois os contaminantes ainda se apresentaram em concentrações acima dos limites legais aplicáveis da Resolução CONAMA nº 420 de 2009.
Justificativa para escolha da técnica	A escolha da técnica de bioestimulação aeróbia ocorreu devido à elevada massa presente na fonte na fase livre, necessitando assim de uma maior cinética de degradação. Foi necessária uma nova aplicação de bioestímulo devido ao odor ainda presente na área. A técnica de soil mixing foi aplicada com o objetivo de melhorar a interação entre os contaminantes, nutrientes, microrganismos e receptores de elétrons em fase residual no meio poroso, acelerando a biodegradação.
Período de aplicação	1.567 dias.
Datas dos monitoramentos ou intervenções	Intervenção: A bioestimulação ocorreu em maio/2020 e foi necessária uma nova aplicação em março/2022;Soil mixing: maio/2022;		Monitoramentos: 15/04/2019; 25/05/2020; 19/04/2021; 02/12/2021; 20/06/2022; 30/09/2022; 31/01/2023.
Insumos	Açúcares simples e ácidos graxos foram adicionados para estimular as vias de produção de biosurfatantes (pela microbiota do local). O oxigênio foi usado para estimular as enzimas oxigenases e dioxigenases, fundamentais para a degradação dos compostos presentes no contaminante liberado. A solução de ureia é fonte de nitrogênio para ajuste e controle do pH, mas principalmente para ceder fontes de nitrogênio utilizados pela microbiota do local. A emulsificação foi realizada por meio de 0,5% de proteína isolada de soja. O melado e a soja foram utilizados para estimular a quebra de compostos longos, gerando proteínas e derivados que permitem maior sustentabilidade da microbiota no tempo. A adição de cofatores pré-determinados, como a niacina, é de fundamental importância para garantir a funcionalidade desejada, aumentando o percentual de sucesso na aplicação da técnica. Houve uma nova aplicação de bioestímulo, na qual foram adicionados 10 L de uma solução de melado (200 g), niacina (10 mg), óleo de soja (200 ml), proteína de soja (50 g), detergente (40 mL), fosfato diamônico (25 g) e pH ajustado em 6,5. E no poço foram adicionados 20 L de uma solução de melado (1000 g), proteína de soja (100 g), extrato de levedura (20 g), óleo de soja (400 mL), fosfato diamônico (100 g) e pH ajustado em 6,5.
Parâmetros de monitoramento	Benzeno, tolueno, etilbenzeno, xilenos, BTEX total, ferro (II), nitrato, sulfato, sulfeto, fosfato, metano, pH, potencial de oxirredução, alcalinidade, temperatura, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, naftaleno, metilnaftaleno, dimetilnaftaleno, acenaftileno, fluoreno, fenantreno, antraceno, pireno, criseno, B[b]Fluor, B(k)Fluor, B[a]Pireno, Indeno(1,2,3-cd) pireno, B(g,h,i)pirileno, HPA total e TPH.
Parâmetros de desempenho da técnica	A avaliação do desempenho da técnica foi realizada com base na: 1) Redução da concentração aquosa; 2) Obtenção de evidência da ocorrência dos processos biológicos por meio de monitoramento de parâmetros geoquímicos na zona da fonte. Exemplo: Monitoramento do fluxo de gases provenientes da degradação do LNAPL (CH4 e CO2); 3) Determinação da variação da composição química do LNAPL; e 4) Análise estatística do decaimento das concentrações dos contaminantes pelos métodos de Mann-Kendall e Sen (MKS) para confirmar a eficácia das técnicas utilizadas nesta área experimental, a partir dos dados parciais de monitoramentos após as maiores concentrações de BTEX e HPA serem detectadas.
Resultados	Os monitoramentos realizados em 2019 e 2020 indicaram que as concentrações de BTEX foram reduzidas drasticamente, mas ainda se encontravam acima dos VIs. A continuidade dos monitoramentos evidenciou que, a partir do 1º semestre de 2021 (3938 dias de experimento), não foi mais detectada contaminação de BTEX na água subterrânea. Contudo, a fim de confirmar este resultado, foram realizados novos monitoramentos, no 2º semestre de 2021 e no 1º semestre de 2022, na qual confirmaram a eficiência das técnicas de bioestimulação e soil mixing realizadas em 2022 e concentrações de BTEX abaixo dos VIs. Os resultados de monitoramento do solo indicaram que apenas o benzeno apresentou concentrações acima dos VIs nos monitoramentos de 2019 e 2020. Não foram observadas concentrações de BTEX no solo acima dos VIs em 2021 na região da fonte de contaminação. A maior concentração de HPA total em água subterrânea na região da fonte foi de 6.268,43 µg/L após 859 dias. Alguns HPAs (naftaleno, metilnaftaleno, B(a)antraceno, criseno, B(b)fluoranteno, B(a)pireno, Indeno(1,2,3-cd) pireno, Dizenzo(a,h) antraceno) apresentaram valores acima dos VIs entre 2019 e o 1º semestre de 2021. Esses resultados são coerentes, uma vez que os HPAs são mais persistentes no ambiente quando comparados a BTEX e não respondem rapidamente às técnicas de remediação voltadas a redução da composição do LNAPL. Contudo, nas campanhas de monitoramento de 12/2021 e 06/2022, os resultados demonstraram que os contaminantes de interesse foram reduzidos em níveis abaixo dos VIs, indicando que as intervenções foram eficazes no decaimento dos HPAs no local. As concentrações de HPA também foram determinadas no solo, a partir de amostras coletadas a 1,6 m de profundidade, a 15 cm do poço fonte (PMF). Nenhum valor acima dos VIs foi identificado para o(s) ponto(s) amostrado(s), com exceção de três pontos coletados que ainda assim apresentaram valores bem próximos aos VIs. Estes resultados corroboram para a demonstração da eficácia do biorreator na recuperação da Área 8. Foram detectados valores de TPH (faixa diesel-DRO) na área, indicando que ainda existem elementos que requerem atenção, mas os valores de TPH reduziram em relação aos resultados das análises obtidas em 2020. Apesar da ausência de padrões para TPH em solo e água, na legislação brasileira, foi observado o decaimento das concentrações como uma resposta às intervenções realizadas na região da fonte de contaminação na Fase 2. Importante observar que o decaimento da concentração de BTEX na área de estudo ocorreu em função das intervenções (biorremediação) realizadas, incluindo a bioestimulação, biosparging e soil mixing. As inferências estatísticas comprovaram a tendência de decaimento de BTEX na água subterrânea na Área 8 e, assim, auxiliaram na confirmação da eficácia das estratégias utilizadas. Foi possível identificar uma tendência clara de decaimento das concentrações dos contaminantes de BTEX com nível de confiança de 100%.  A tendência de queda de HPA foi observada após dois anos da liberação do contaminante nessa área. Porém, como os HPA são mais persistentes na água subterrânea quando comparados aos BTEX e não respondem rapidamente às técnicas de remediação voltadas à redução da composição do LNAPL, os resultados analíticos indicaram a necessidade de intervenções como a bioestimulação aeróbia (biosparging) e o soil mixing, focando na degradação de compostos das frações de HPA na região da fonte de contaminação. Dessa forma, foi possível identificar uma tendência de decaimento das concentrações dos contaminantes de HPA com nível de confiança de 97,7%, indicando que a intervenção foi eficaz na remoção de HPA. Podemos verificar que a Área 8 se tornou apta para realização do descomissionamento e encerramento do caso neste momento, pois a análise estatística dos HPA apresentou nível de confiança maior que 95%.
Descomissionamento da área recuperada	A partir de 19/04/2021 (após 3.938 dias da liberação do combustível), os valores de BTEX se apresentaram menores que os valores de investigação (VI), porém para os HPA ocorreu após 4.165 dias (a partir de 02/12/2021). A Área 8 foi considerada apta para realização do descomissionamento e encerramento do caso a partir de 31/01/2023 (após 4.590 dias da liberação do combustível), na qual 5 monitoramentos apresentaram valores de BTEX menores que os VI e 4 monitoramentos apresentarem valores de HPA menores que os VI, com nível de confiança maior que 95% na análise estatística dos HPA. O descomissionamento da área foi realizado com anuência do Instituto Ambiental do Meio Ambiente de Santa Catarina (IMA).
Figuras	Maiores concentrações de BTEX monitoradas na região da fonte de contaminação da Área 8 (B20), no período de julho/2010 a janeiro/2023). Maiores concentrações de HPA monitoradas na região da fonte de contaminação da Área 8 (B20), no período de julho/2008 a janeiro/2023. Análise de tendência de Mann-Kendall e Sen de BTEX total da Área 8 (B20). Nota: As linhas tracejadas em verde indicam o momento que foram iniciadas as intervenções por bioestimulação aeróbia (biosparging) e em preto o soil mixing. A área sombreada em verde representa os dados de monitoramento abaixo dos valores de investigação. Análise de tendência de Mann-Kendall e Sen de HPA total da Área 8 (B20). Nota: As linhas tracejadas em verde indicam o momento que foram iniciadas as intervenções por bioestimulação aeróbia (biosparging) e em preto o soil mixing. A área sombreada em verde representa os dados de monitoramento abaixo dos valores de investigação.
Referências	RAMOS et al. (2013).