Estudos de Caso

Área 10 – Diesel com 20% biodiesel de palma (B20)

Em fevereiro de 2014, foi iniciado o estudo de biorremediação via ferro-redução no experimento de campo com liberação controlada de biodiesel de palma B20 (80% de diesel e 20% de biodiesel v/v). O experimento foi conduzido em uma área de 18 metros de comprimento por 10 metros de largura, onde foram instalados 30 poços de monitoramento multinível, cada qual com 5 níveis de profundidade (2,0; 3,0; 4,0; 5,0 e 6,0 metros de profundidade em relação ao nível do terreno).

Fase 1 (Fevereiro 2014 – Outubro 2018):

• Objetivo: Demonstrar a eficácia da biorremediação ativa com Fe2O3 dos contaminantes presentes em água e solo na área da fonte.
• Técnica: Monitoramento contínuo da contaminação e adição de ferro para estimular a biodegradação dos contaminantes.

Fase 2 (Iniciada em Outubro 2018):

• Objetivo: Demonstrar a eficácia da barreira de biocarvão e da bioaumentação.
• Técnica: Implementação de uma barreira de biocarvão em 2019 e a bioaumentação em 2021, com transposição de substrato do reator instalado na Área 5 (B20), injetando 20 litros de substrato diretamente no solo a 1,80 metros de profundidade. Em março de 2022, foi necessária uma aplicação de bioestímulo devido ao odor ainda presente na área.

ÁREA 10 – Diesel com 20% biodiesel (B20)
Data da liberação do produto	25/02/2014
Volume	100 L
Meio afetado	Zona saturada
Profundidade média do lençol freático	1,8 m
Parâmetros hidrogeológicos	Condutividade hidráulica: 4,45×10-4 cm/s; Velocidade da água subterrânea: 6,9 m/ano; Sentido de fluxo predominante: NO → SE.
Características do aquífero antes da contaminação	Temperatura: da água subterrânea 20,13 °C; pH: 4,84; Potencial oxidação-redução: +252 mV; Ferro (III): 1,81 mg/L; Ferro (II): 0,005 mg/L; Sulfeto: 0,01 mg/L; Acidez: 138,80 mg CaCO3/L; Alcalinidade: 1,41 mg CaCO3/L; Acetato: 1,30 mg/L; Cloreto: 7,32 mg/L; Nitrito: 0,05 μg/L; Brometo: 0,01 mg/L; Nitrato: 1,45 mg/L; Fosfato: 0,02 mg/L; Sulfato: 2,15 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 Fe2O3
Objetivo	Analisar o potencial da bioestimulação combinada dos processos de ferro e sulfato-redução na aceleração da degradação da mistura de diesel e biodiesel. Investigar as comunidades microbianas estimuladas pela introdução de óxidos de ferro recuperados do tratamento da drenagem ácida de mina (DAM) e acetato de amônio em águas subterrâneas, por meio de análises de sequenciamento genômico do gene 16S ribosomal RNA (rRNA) em plataforma de nova geração.
Justificativa para escolha da técnica	A tecnologia de remediação empregada visou estimular a biodegradação combinada dos processos de ferro e sulfatorredução por meio da adição de óxido de ferro (III) e acetato de amônio, visando atuar como receptores de elétrons e estimular o crescimento inicial de microrganismos específicos envolvidos nos processos.
Período de aplicação	568 dias.
Datas dos monitoramentos ou intervenções	Intervenção: Rejeito de ferro de mina foi adicionado junto com a contaminação por B20 na mesma data de liberação do produto; Monitoramentos: 02/06/2014; 06/10/2014; 16/03/2015; 16/09/2015.
Insumos	Óxido de ferro (III) e acetato de amônio (100 Kg de óxidos de ferro recuperados a partir da drenagem ácida de mina e 2 Kg de acetato de amônio, previamente dissolvidos em água subterrânea).
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	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	Redução das concentrações de BTEX: Foi possível observar que a adição de óxidos de ferro recuperados da DAM e acetato de amônio acelerou a degradação dos hidrocarbonetos aromáticos. Assim, em 2,6 anos, os resultados das análises da concentração de BTEX e HPAs mostraram que as concentrações de hidrocarbonetos mono e policíclicos eram duas e três vezes menores do que as concentrações no experimento com atenuação natural monitorada (ANM – Área 5) em mais de 8 anos do início do monitoramento. Sendo assim, após 1 ano desde a liberação controlada do biodiesel B20, as concentrações de tolueno, etilbenzeno, xilenos e naftaleno estavam de acordo com as exigências dos órgãos ambientais, enquanto na ANM, as exigências legais não foram alcançadas mesmo após 5,3 anos, exceto para o naftaleno. Parâmetros geoquímicos: A adição de óxidos de ferro recuperados do tratamento de drenagem ácida de mina (DAM) e acetato de amônio foi realizada a fim de estimular o crescimento de microrganismos sob condições ferro e sulfato-redutoras, uma vez que o produto recuperado da DAM contém também sulfato em sua composição. Assim, os resultados indicaram que a introdução de óxidos de ferro recuperados da DAM em água subterrânea impactada com diesel B20 resultou no fornecimento de receptores de elétrons alternativos, os quais repercutiram no estabelecimento de condições ferro e sulfato-redutoras. Outros parâmetros de desempenho: As baixas concentrações de hidrocarbonetos aromáticos coincidem com o aumento da biomassa (bactérias totais) e o crescimento de microrganismos degradadores de hidrocarbonetos aromáticos. Após 3 meses de monitoramento foi observado um aumento das bactérias Geobacteraceae (de 2,2×103 para 5,8×105 cópias de gene/g), tendo seu pico de concentração após 7,4 meses (4,1×107 cópias de gene/g), sendo condizente com as mudanças geoquímicas que indicam o estabelecimento de condições ferro-redutoras no ambiente (aumento das concentrações de Fe (III) de 1,81 mg/L para 218,5 mg/L e de Fe (II) (de 0 mg/L para 36,5 mg/L). A estimulação do crescimento das bactérias sulfato-redutoras (de 5×101 para 3,8×107 cópias de gene/g) foi registrada após 7,4 meses de experimento, concomitantemente ao aumento da disponibilidade de sulfato na região (de 2,1 mg/L para 38,9 mg/L). Sendo assim, o aumento das concentrações de Geobacteraceae spp. e dos microrganismos sulfato-redutores, juntamente ao aumento do Fe (III) e sulfato disponíveis para os microrganismos e a posterior redução de suas concentrações e aumento das concentrações de Fe (II) comprovam a existência de ambos processos de oxidação-redução.Os principais microrganismos envolvidos na rápida biodegradação do biodiesel e na manutenção de baixas concentrações de hidrocarbonetos aromáticos, no poço fonte, foram as bactérias da família Peptococcaceae (gêneros: Desulfosporosinus spp., Desulfotomaculum spp. e Desulfurispora spp.), conjuntamente à Archaea Methanoregula spp., após 13 meses de experimento, enquanto no poço localizado a 1,5m da fonte, os microrganismos-chave responsáveis pela rápida degradação do diesel B20 foram as bactérias dos gêneros Geobacter e Gouta 19.A rápida biodegradação dos contaminantes aromáticos do diesel B20 demonstrou que a aplicação de óxidos de ferro recuperados do tratamento da DAM e acetato de amônio, a fim de promover a bioestimulação conjunta dos processos de ferro e sulfato-redução, é uma abordagem adequada de tratamento para remediação de águas subterrâneas contaminadas com diesel B20, promovendo a rápida biodegradação dos contaminantes por meio do uso de um produto sustentável e de baixo custo.
Fase / Técnica	Fase 2: Barreira de biocarvão + Bioaumentação + Bioestimulação
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 barreira de biocarvão e a bioaumentação foram escolhidas devido à presença de fase livre no poço fonte (a 2 metros de profundidade), às concentrações de contaminantes mais elevadas que as outras áreas, e por apresentar uma baixa comunidade aeróbia, sendo necessário, portanto, uma alta taxa de degradação dos compostos de interesse. Foi necessária uma aplicação de bioestímulo (adição de nutrientes) devido ao odor ainda presente na área.
Período de aplicação	1.567 dias.
Datas dos monitoramentos ou intervenções	Intervenções: Instalação da barreira de biocarvão: novembro/2019;Bioaumentação a partir de microrganismos provenientes do reator da Área 5 (B20): fevereiro/2021;Bioestimulação (adição de nutrientes): março/2022; Monitoramentos: 04/04/2019; 19/02/2020; 17/11/2020; 19/04/2021; 03/12/2021; 20/06/2022; 30/09/2022; 31/01/2023.
Insumos	A bioaumentação ocorreu pela adição de 20 L da solução contida no biorreator da Área 5 (B20). No caso da bioestimulação, foi adicionado na região da fonte uma solução de 10 L 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.
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); e 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	Foram realizadas coletas de água subterrânea para análise de BTEX em diversas profundidades e poços na zona da fonte e a jusante da fonte de contaminação da Área 10 (B20). Foi possível verificar que a maior concentração de BTEX total foi de 6.287,09 µg/L após 568 dias. Com a instalação da barreira de biocarvão em novembro de 2019, a área contou, desde então, com uma barreira reativa permeável que pode ser responsável, inclusive, por evitar a migração da fase livre, especialmente na profundidade de 2 m. Os monitoramentos de água subterrânea realizados nas campanhas de 2020 a 2023 no laboratório da USFC/REMA e externo, indicaram valores deBTEX abaixo dos VI. Os monitoramentos evidenciaram que a partir do 1º semestre de 2020 (2.185 dias) não foi mais detectada contaminação de BTEX na água subterrânea. Contudo, a fim de realizar o descomissionamento das áreas experimentais, foram realizados monitoramentos até o 1º semestre de 2023 por laboratório externo, confirmando assim valores abaixo dos VI para os contaminantes de BTEX em poços de monitoramento próximos à região da fonte e também no PM17 (após a barreira de biocarvão). As concentrações dos contaminantes também foram determinadas no solo, a partir de amostras coletadas a 1,8 m de profundidade a 15 cm do poço fonte (PMF). Os monitoramentos das campanhas de 2020, 2021 e 2022 indicaram valores de BTEX abaixo dos VI, sugerindo que a área não apresenta risco à saúde humana. Não foram realizadas análises no poço fonte (PMF) na profundidade de 2,0 m devido à presença de fase livre (FL). Após avaliados os maiores valores das concentrações de HPA total da água subterrânea, foi possível verificar que a maior concentração de HPA total foi de 19.236 µg/L após 1864 dias. Assim, observou-se que alguns compostos de HPA apresentaram valores acima dos VI para alguns poços e profundidades até o 1º semestre de 2021. No entanto, esta condição ocorria apenas para a água subterrânea. Esses valores foram coerentes, uma vez que HPA são mais persistentes no ambiente quando comparados ao BTEX e não representaram os reflexos diretos (pelo menos quanto à HPA) das intervenções efetuadas pela implementação da técnica de remediação que compreendeu o emprego da construção de uma barreira de biocarvão na área. Os resultados indicaram, portanto, a necessidade de intervenção para remediação contínua da fonte, focando, neste caso, especificamente nos processos de decomposição/degradação de compostos das frações de HPA que ainda estavam acima dos VI. Considerando, então, o histórico da área e as informações referentes às variáveis norteadoras, definiu-se a aplicação do processo de bioaumentação, realizado a partir de microrganismos provenientes da Área 5. Posteriormente (março/2022), efetuou-se, na fase de polimento, também um bioestímulo. Os resultados das análises de laboratórios externos (12/2021 a 01/2023) indicaram valores dos contaminantes de interesse a níveis abaixo dos respectivos VI, isto indicou que as intervenções feitas na área (bioaumentação, seguida de bioestímulo) foi eficaz no decaimento dos hidrocarbonetos de petróleo presentes na área. Foram detectados valores de TPH (faixa diesel-DRO) na área, indicando que os valores de TPH reduziram em relação aos resultados obtidos em 2020. Importante mencionar que devido à ausência de legislação brasileira específica para TPH, os níveis das frações servem apenas como indicadores no gerenciamento de áreas contaminadas. A análise de tendência de decaimento de BTEX na água subterrânea da Área 10 foi confirmada por meio de inferências estatísticas, na qual foi identificada uma tendência clara de decaimento com nível de confiança de 98,8%, comprovando que os processos de biorremediação ativa com Fe2 O3 (fevereiro/2014), barreira de biocarvão (novembro/2019), bioaumentação (fevereiro/2021) e bioestimulação (março/2022) foram eficientes na remoção de BTEX da água subterrânea. A análise de tendência de decaimento de HPA se mostrou parecida com a de BTEX desta área, porém com um nível de confiança de 98,1%, mesmo assim acima do valor que indica uma forte tendência de decaimento (95%). Os reflexos diretos na concentração de HPA, após a implementação da técnica de remediação que compreendeu a bioaumentação, comprovou a tendência de decaimento de HPA e demonstrou que a Área 10 se tornou apta para realização do descomissionamento e encerramento do caso.
Descomissionamento da área recuperada	A partir de 19/02/2020 (após 2.185 dias da liberação do combustível), os valores de BTEX se apresentaram menores que os valores de investigação (VI), porém para os HPA ocorreu após 2.838 dias (a partir de 03/12/2021). A Área 10 foi considerada apta para realização do descomissionamento e encerramento do caso a partir de 31/01/2023 (após 3.262 dias da liberação do combustível), sendo 6 monitoramentos de BTEX abaixo dos VI e 4 monitoramentos de HPA menores que os VI. O descomissionamento da área foi realizado com anuência do Instituto Ambiental do Meio Ambiente de Santa Catarina (IMA) e está de acordo com as orientações apresentadas.
Figuras	Maiores concentrações de BTEX monitoradas na região da fonte de contaminação da Área 10 (B20), no período de fevereiro/2014 a janeiro/2023. Maiores concentrações de HPA monitoradas na região da fonte de contaminação da Área 10 (B20), no período de fevereiro/2014 a janeiro/2023. Análise de tendência de Mann-Kendall e Sen de BTEX total da Área 10 (B20). Nota: A linha tracejada em preto indica o momento que foi implementada a barreira de biocarvão, em alaranjado o momento que foi iniciada a bioaumentação e em verde a bioestimulação. A área sombreada em verde representa os dados de monitoramento abaixo dos valores de investigação.
Referências	MÜLLER (2017).