Tecnologias de remediação in situ

3.17 Depleção Natural da Zona da Fonte (NSZD)

A depleção natural na zona da fonte (Natural Source Zone Depletion – NSZD) consiste em demonstrar a ocorrência do decaimento da concentração e da massa de LNAPL na zona da fonte de contaminação, devido a múltiplos processos naturais de degradação in situ ao longo do tempo. Os mecanismos responsáveis pela depleção do LNAPL incluem processos químicos, físicos e biológicos que contribuem para reduzir a concentração, mobilidade e toxicidade do contaminante. Os principais processos atuantes no NSZD incluem a volatilização, dissolução e a biodegradação, que é realizada por microrganismos nativos do meio contaminado. A tecnologia se concentra no monitoramento e avaliação desses processos, a fim de determinar suas contribuições para a atenuação do LNAPL e o impacto no tempo para atingir os objetivos de remediação. Para a aplicação dessa técnica como única forma de remediação, é de extrema importância que a área contaminada seja classificada como baixo risco.

Descrição dos processos de NSZD

Processo
1	Volatilização	Partição dos compostos do LNAPL na fase gasosa
2	Dissolução	Partição dos compostos do LNAPL na fase aquosa
3	Efeito capilar	Diferença de pressão entre as partes molhadas e não molhadas do fluido
4	Transporte multiface	Fluxo do fluido em todas as fases
5	LNAPL residual	Formação de LNAPL imóvel (incluindo o LNAPL preso)
6	Heterogeneidade na composição do LNAPL	Mudanças na composição do LNAPL
7	Histerese	Dependência dos efeitos capilares ao histórico de drenagem e inibição
8	Heterogeneidade no meio	Mudanças espaciais nas propriedades geofísicas do solo
9	Saturação variável	Mudanças temporais e espaciais da saturação da fase aquosa na zona vadosa
10	Transporte de massa solúvel	Transporte dos compostos químicos dissolvidos por advecção e difusão
11	NSZD na zona vadosa	Degradação e partição biótica e abiótica na zona vadosa
12	NSZD na zona saturada	Degradação e partição biótica e abiótica na zona saturada
13	Transporte de microbiota	Transporte de microrganismos por advecção e difusão
14	Crescimento de biofilme/descamação	Espessamento e descamação das colônias de microbiota fixada aos grãos de solo
15	Quimiotaxia	Transporte ativo de microrganismos pelo substrato ou nutriente
16	Inibição	Fatores limitantes à formação de biomassa ou utilização do substrato
17	Cadeia alimentar (predadores)	Existência de predadores (ex.: protozoários) e presas (ex.: bactérias)
18	Microbiota distinta	Variação dos microrganismos nos termos da característica de utilização dos substratos
19	Competição	Consumo simultâneo de dois ou mais substratos que compõem o metabolismo
20	Assimilação	A defasagem inicial no crescimento da colônia de microrganismos
21	Formação de bolhas de gás/ebulição	Aparição de bolhas na fase aquosa como consequência da biodegradação

Fonte: Adaptado de DAVIS et al. (2019).

Diversos métodos podem ser utilizados para a quantificação global dos mecanismos de NSZD, como a emissão de gases (CO₂ e o metano) e o monitoramento do fluxo de massa de contaminantes dissolvidos da fonte de contaminação. Alguns estudos demonstraram que a oxidação do metano, causa um efeito mensurável sobre a temperatura da zona da fonte (SWEENEY; RIRIE, 2014; WARREN; BEKINS, 2015; KULKARNI et al., 2017), estimulando a busca por modelos e ferramentas para a quantificação do NSZD por meio do monitoramento da temperatura. Essa abordagem se torna muito interessante devido aos custos elevados de monitoramento tradicional de longo prazo utilizados para demonstrar a eficiência da técnica, além dos problemas de logística inerentes às áreas remotas, como em áreas de exploração e produção. Neste contexto a UFSC/REMA e CENPES/PETROBRAS desenvolveram o STMF, para o monitoramento em tempo real do NSZD.

O estudo do processo de NSZD de uma área contaminada pode auxiliar em todas as etapas de uma remediação, desde a delimitação da zona de LNAPL até auxílio na verificação da eficiência de outras técnicas de remediação que estejam sendo consideradas. Além disso, mesmo durante e após outras técnicas serem aplicadas, ainda há uma contribuição da técnica do NSZD no ambiente, que deve ser levada em conta no encerramento de caso (ITRC, 2009).

Depleção Natural da Zona da Fonte – Ficha técnica.

Tecnologia	Nomenclatura	Depleção Natural da Zona da Fonte (NSZD)
	Sinônimos	Intemperização natural
	Nomenclatura em inglês	Natural Source Zone Depletion (NSZD), LNAPL source attenuation, LNAPL natural attenuation, LNAPL weathering
Processo de remediação	Estratégia de remediação	A = Mudança de fase/composição. B = Remoção de massa.
	Zona de contaminação	Zona vadosa e zona saturada.
	Fases do LNAPL	Fase livre.
	Duração	É uma tecnologia de tratamento de longo prazo, ou seja, de anos a décadas. A duração do processo depende da massa de LNAPL no aquífero, do volume de solo ocupado e da taxa de biodegradação, na qual é influenciada pelo tipo de contaminação e grau de intempérie que já ocorreu no local. Em baixos níveis de LNAPL residual, o tempo para que o NSZD ocorra é demorado, por isso o principal local de utilização é geralmente na fonte de LNAPL.
	Aplicações	Para todos os tipos de hidrocarbonetos de petróleo; Tem maior eficiência no tratamento de LNAPL contendo grandes proporções de hidrocarbonetos mais solúveis, voláteis e biodisponíveis.
	Vantagens	O custo total tende a ser menor que o custo das remediações ativas; Não há geração significativa de resíduos; A técnica apresenta pouca necessidade de instalação de instrumentos, sendo considerada como técnica pouco intrusiva; Apresenta mínimo distúrbio ao entorno; A recuperação da área contaminada ocorre via processos naturais.
	Limitações	Dificuldade em projetar prazos para o fim da remediação por causa do histórico limitado de uso do NSZD, ou seja, há falta de dados que descrevem as tendências a longo prazo das taxas de esgotamento e de como as mudanças ocorrem com o tempo; Os dados que comprovam o alcance dos critérios específicos de limpeza de águas subterrâneas são limitados, pois as estimativas do NSZD quantificam apenas a perda total de massa de hidrocarbonetos, e não a perda ou degradação de produtos químicos individuais; A medição do fluxo de dióxido de carbono pode ser afetada pela presença de asfalto, concreto e outras vedações impermeáveis de superfície; Longo tempo de remediação e monitoramento; Não indicada quando existe risco iminente; Não é adequada para descontaminação de metais pesados.
Requisitos de aplicação	Características do local	Para que a técnica seja aplicada é necessário que a zona vadosa tenha, no mínimo, 2 pés (61 cm) de espessura, para que ocorra o transporte de vapor, além de ser recomendado realizar a delimitação lateral do LNAPL; É preciso conferir a quantidade de carbono orgânico nos solos, uma vez que a respiração natural do solo pode afetar o fluxo de gás; A profundidade da zona vadosa tem papel fundamental na mistura e diluição do vapor do solo; Temperaturas baixas podem paralisar a biodegradação e limitar o transporte de vapor; Para evitar a restrição da troca de gases, deve-se verificar áreas prováveis de inundação próximas ao local, além de evitar que a cobertura do solo seja asfalto, concreto, solo compactado ou de baixa permeabilidade e geotêxtil.
	Parâmetros para implementação	As zonas saturada e insaturada devem ser detalhadas para verificação apropriada dos mecanismos de depleção de LNAPL; O levantamento das características físico-químicas do LNAPL é fundamental, como densidade do fluido e do hidrocarboneto, fração de massa de contaminante e solubilidade efetiva do LNAPL submerso na zona saturada; As taxas de depleção específicas são afetadas por muitos fatores como: litologia, profundidade das águas subterrâneas, cobertura do solo impermeável, temperatura do aquífero, teor de umidade do solo, microbiota e clima.
	Critérios quantitativos	Para que a biodegradação ocorra o pH deve estar entre 4 e 9; As temperaturas ideais para a biodegradação estão entre 20 e 40 °C.
	Monitoramento	O tipo e umidade do solo, permeabilidade dos gases no solo, e características da água irão influenciar no movimento de gases do NSZD, isto pode ser determinado a partir dos perfis de poços de monitoramento; O tipo de cobertura de solo determinará o método de medição (por exemplo, em locais pavimentados ou superfícies cobertas, pode ser desafiador medir o fluxo de CO2); Verificar as condições aeróbias e anaeróbias e a degradação dos poluentes a partir da concentração de gás oxigênio e metano em solo raso e magnitude das trocas gasosas do solo e da oxidação do subsolo; O número de locais de monitoramento, melhor momento para medição e a frequência dependerão dos objetivos estabelecidos e das condições climáticas e hidrogeológicas.
Custos	Fatores de influência	Área da contaminação; Dados de triagem qualitativos das taxas de degradação para avaliação dos componentes de remediação; Quantidade e projeto dos poços de amostras de água subterrânea; Quantidade e projeto dos locais de monitoramento de superfície e furos/poços para termopares.
	Operação e manutenção	Número de locais de monitoramento; Tipo de monitoramento de vapores; Requisitos regulamentares; Frequência de monitoramento baseado na quantidade de dados históricos e objetivo de remediação; As metodologias de medição de taxa de depleção e interpretação de dados são complexas e requerem mão de obra qualificada e com experiência.
Observações	Gerais	O NSZD é uma extensão do conceito de Atenuação Natural.
Referências		(U. S. EPA, 1994; CRC CARE, 2018; ITRC, 2018c; FRTR, 2020).