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B IOP I LHA Processo de Biorremediação que consiste em
misturar o solo contaminado com substâncias
capazes de estimular eficientemente a ação
microbiana no processo de degradação de
compostos orgânicos. Depois de misturado, o solo
é empilhado e convenientemente aerado.
Processo biológico que utiliza os microorganismos do próprio solo
No BRASIL, o clima tropical com sua riquíssima biodiversidade, mostra-se muito
adequado ao uso dessa tecnologia. Ambientalmente correta e economicamente
viável, a biopilha não transfere contaminantes de um meio para outro. Utilizados como
fonte de energia por bactérias e fungos, naturalmente encontrados no próprio solo, os
contaminantes são destruídos, resultando, basicamente, em CO2 e água. De custo
relativamente baixo, a tecnologia empregada representa para nosso país, um marco
ambiental na remediação de áreas contaminadas, principalmente por
hidrocarbonetos.
A primeira Biopilha construída no Brasil foi desenvolvida pela ALLTech , para a
Petrobras. Em 90 dias, a Biopilha baixou as concentrações de PAH de 1.000 mg/kg
para 1,2 mg/Kg.
O “valor de Intervenção” indicado na Lista Holandesa é de 40 mg/Kg
Em 90 dias, os Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (TPH), baixaram de 800.000 mg/kg
para 1,5 mg/kg.
BIOPILHA
Por quê B iop i l ha ?
IMPACTO AMBIENTAL DO PROCESSO
Impacto positivo
Solo não é destruído, torna-se fértil e agriculturável
Aspecto agradável após plantio de grama
Não há transferência de contaminantes
Não há emanação de vapores tóxicos
Não há emanações fétidas
Pilhas são montadas no solo já contaminado
Solo contaminado não é retirado do site para tratamento
Hidrocarbonetos
Biorremediação
CO2 + H2O
SOLO CONTAMINADO
RETIRADA ENTULHO
SOLO SEM MATERIAIS ESTRANHOS
ADIÇÃO DE AGENTES MODIFICADORES
ESTERCO NPK UMIDADE pH
ARAGEM
MONTAGEM DA PILHA
SOLO DESCONTAMINADO
Entulho e lixo
Destinação
Monitoramento
Grama
FL
UX
OG
RA
MA
DO
PR
OC
ES
SO
Após a escolha do processo, um estudo mais detalhado
deve ser elaborado, visando diminuir os riscos inerentes e
assegurar resultados aceitáveis para o tratamento
escolhido. Assim, elabora-se uma
“PREDESIGN CHECKLIST”
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Etapas do Trabalho
1. Consolidação dos dados sobre o solo a ser tratado;
2. Revisão dos Estudos de Tratabilidade;
3. Checklist sobre as ações, equipamentos, itens de segurança, provisões e infra-estrutura necessários;
4. Cálculo da quantidade de nutrientes necessária;
5. Determinação do tempo de mistura e aeração do solo;
6. Cálculo do volume total de solo a ser processado, incluindo modificadores;
7. Número e configuração das pilhas;
8. Identificação das análises laboratoriais necessárias;
9. Cronograma de coordenação dos diferentes trabalhos a serem executados.
1. O solo contaminado atende aos critérios de exequibilidade
exigidos para remediação de solos pelo processo de biopilhas?
2. Caso não atenda, é possível modificar o solo para alcançar os
critérios?
3. Qual será o espaço total necessário?
4. Estimativa dos custos envolvidos.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Perguntas a serem respondidas:
Estudos de Tratabilidade
Como pode ser visto no slide seguinte, o FRTR afirma que para
hidrocarbonetos de petróleo (mais comuns) não são
necessários estudos de tratabilidade. Quando da construção
da 1ª Biopilha no Brasil, a ALLTech optou por dedicar especial
atenção a esse estudo.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Não existe um método padrão para
o Estudo de Tratabilidade!
Todavia, existem procedimentos bem
estabelecidos, aplicados pela EPA.
Muitas das perguntas até aquí formuladas serão
respondidas pelos Estudos de Tratabilidade do solo
contaminado. O estabelecimento de um Plano de
Estudos de Tratabilidade irá determinar a eficiência do
tratamento por biopilha bem como irá coletar
informações que permitirão a elaboração de um projeto
adequado.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Estudos de Tratabilidade
A eficiência é indicada pela habilidade dos microorganismos presentes no
solo em degradar os contaminantes até níveis aceitáveis de “cleanup”. As
informações necessárias para o desenvolvimento do projeto da biopilha
são coletadas pelo estudo das condições nas quais a pilha irá desenvolver
um ambiente bastante favorável ao crescimento dos microorganismos.
Embora os testes laboratoriais não sejam garantia de sucesso, reduzem
substancialmente os riscos de custos inesperados e baixa performance das
pilhas.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Estudos de Tratabilidade
ESTUDOS DE TRATABILIDADE A VIABILIDADE DO USO DE BIOPILHAS EM UM SITE ESPECÍFICO DEVE OBEDECER
AOS SEGUINTES PASSOS INICIAIS:
Determinação da composição química da mistura de hidrocarbonetos;
Determinação das concentrações dos hidrocarbonetos;
Avaliação do pH, nitrogênio, fósforo, umidade, distribuição dos tamanhos de
partícula no solo contaminado;
Os slides que seguem mostram os dados necessários para o estudo de tratabilidade,
indicam o critério de seleção e listam os ajustes necessários para se alcançar os
valores necessários. São também indicados os valores obtidos para o site da REVAP.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Composição química da mistura de hidrocarbonetos
Como já mencionado no início deste relatório, a mistura foi separada por
Cromatografia Gasosa de Alta Resolução e cada um de seus componentes
identificados por Espectrometria da Massas.
Como resultado, obtivemos a exata composição da mistura, sabendo a
exata concentração dos hidrocarbonetos, dentre eles os PAH e BTEX.
Métodos Validados e emprego de Padrões certificados contribuíram para a
maior confiabilidade das análises.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: TPH
Propósito: Determinar a natureza e a concentração
dos contaminantes a serem tratados.
Critério de seleção: < 50.000 mg/kg
Se o valor estiver acima do limite: misturar o solo
menos contaminado ao mais contaminado. Valor médio encontrado na 1ª Biopilha = 39.086 mg/kg
Portanto, atende ao critério de seleção.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Parâmetro medido: Densidade de microorganismos
Propósito: Indicar a presença de microorganismos com potencial
habilidade para degradação dos contaminantes
Critério de seleção: > 1.000 CFU/g (solo seco)
Se o valor estiver abaixo do limite:
verificar as concentrações de nutrientes e suas correlações
quantidade de água
presença de metais pesados
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Densidade de microorganismos = 2,8 x 107
Média obtida pela análise de 18 pontos
Portanto, atende ao critério de seleção.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Metais pesados
Propósito: Determinar se o ambiente apresenta ou não toxicidade aos
microorganismos por esses compostos
Critério de seleção: < 2.500 mg/kg
Conforme pode ser observado no slide seguinte, a quantidade de metais (não
só pesados) presentes, está bastante abaixo do limite apresentado no critério
de seleção. Os dados referentes às concentrações de metais pesados
confirmam os resultados apresentados pela PETROBRAS em monitoramento
feito à época do vazamento. Naquela ocasião, centenas de monitoramentos
confirmam a baixa concentração desses elementos além de indicarem a baixa
toxicidade aguda do contaminante.
Portanto, atende ao critério de seleção
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Níquel
mg/k
g
12,9
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,1
Crômio
mg/k
g
6,5
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,05
Vanádio
mg/k
g
< 0,1
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,1
Cádmio
mg/k
g
< 0,1
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,005
Chumbo
mg/k
g
< 0,1
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,05
Zinco
mg/k
g
38,8
mg/L
< 0,1
mg/L
< 0,1
Manganês
mg/k
g
336,3
mg/L
0,4
mg/L
0,2
PARÂMETRO
UN.
AMOSTRA
BRUTA
UN.
LIXIVIADA
UN.
SOLUBILIZ.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Parâmetro medido: pH
Propósito: Determinar se há ou não necessidade de ajustes
Critério de seleção: pH @ 6 a 9
Os valores de pH ficaram próximos de 6, porém abaixo deste valor
indicando necessidade de correção.
Portanto, não atende ao critério de seleção, exigindo adição de cal para elevação do pH a valores acima de 6.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Parâmetro medido: Nitrogênio
Propósito: Determinar se a concentração deste
elemento está adequada para a biorremediação.
Critério de seleção: C/N aprox. 100:15
Foi necessário adicionar fertilizantes
Relação C/N encontrada estava muito abaixo do ótimo
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Parâmetro medido: Fósforo
Propósito: Determinar se a concentração deste elemento
está adequada para a biorremediação
Critério de seleção: C/P aprox. 100:1
Relação C/P encontrada estava muito próxima ao ótimo.
Portanto, atende ao critério de seleção
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Parâmetro medido: Umidade
Propósito: Determinar se a concentração desta substância
está adequada para a biorremediação.
Critério de seleção: 70% a 95% da capacidade de campo
A quantidade de água encontrada estava próxima a 95% da
capacidade de campo.
Portanto, atende ao critério de seleção
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST Parâmetro medido: Distribuição dos Tamanhos de Partícula.
Propósito: Determinar a quantidade de argila presente mostrando a
necessidade ou não da adição de agentes modificadores e/ou aragem.
Critério de seleção: “ void volume ” > 25%
O solo em tratamento era muito argiloso. Foi necessário equipamento
especial para aragem além da adição de capim, esterco e serragem como
agentes modificadores da estrutura do solo.
Foi necessário proceder a aragem mais intensa e cuidadosa além da adição
de agentes modificadores.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Após cuidadosa análise dos parâmetros indicados, os resultados devem ser
comparados com aqueles apresentados no critério de seleção para a escolha da
biopilha como opção válida de tratamento. Se os valores iniciais forem
consistentes com o critério de seleção, então a operação da biopilha pode ser
considerada como uma opção válida para remoção dos hidrocarbonetos do
solo. Se os valores iniciais não atenderem ao critério de seleção, ajustes serão
necessários para trazer cada variável de projeto para dentro do critério de
seleção. Neste ponto, é fundamental a consideração dos custos envolvidos.
Os valores iniciais obtidos no site da Petrobras foram apresentados um a um nos slides anteriores.
Vale ressaltar que muitas outras análises foram realizadas além das aqui apresentadas.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
O sucesso das modificações dos parâmetros avaliados pode ser
medido pela realização de “Testes de Respirometria”. Os estudos
devem medir a taxa de degradação dos hidrocarbonetos em
condições aeróbicas. A eficiência de qualquer ajuste
recomendado deve ser medida pela comparação dos resultados
obtidos no solo modificado com aqueles obtidos no solo sem
qualquer modificação.
AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA
RESPIROMETRIA
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
No site da Petrobras, foram realizados Testes de Respirometria em
amostras de solo em função da modificação dos seguintes parâmetros:
• Concentração de contaminante
• Relação C:N:P
• Umidade
• Adição de esterco
AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Os testes mostraram taxas de degradação entre 30 e 215 mg/kg/dia
A melhor condição de degradação apresentou-se como economicamente
inviável, aplicou-se então, a segunda melhor condição, com taxas de 160
mg/kg/dia.
Na prática, a decomposição mostrou-se mais rápida que em todos os testes de
laboratório. Acreditamos que o fato se deva à presença de bactérias termófilas
que elevaram a temperatura da pilha acima de 60ºC. Via de regra, a ação
bacteriana dobra para cada 10ºC de incremento na temperatura.
AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA RESPIROMETRIA
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Em duas amostras, a atmosfera foi saturada com Nitrogênio,
eliminando-se assim, todo o Oxigênio.
Nesses casos detectou-se a presença de Metano indicando
a degradação anaeróbica, a taxas muito baixas.
AVALIAÇÃO DA BIODEGRADABILIDADE DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA
RESPIROMETRIA
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Testes em escala piloto representam um método em escala
relativamente alta para avaliação da eficiência de tratamento
com relação a uma determinada tecnologia aplicada a um
determinado solo numa determinada condição. Esse aumento de
escala e complexidade reflete num substancial aumento dos
custos envolvidos nos Estudos de Tratabilidade porém, diminuem as
incertezas envolvidas no projeto das biopilhas.
Testes em Escala-Piloto
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
Em condições normais, testes em Escala-Piloto não são
necessários para avaliação de Tratabilidade. Testes em Escala-
Piloto devem se limitar aos casos onde as características do solo
sejam extremamente não usuais ou onde se deseje tratar outros
compostos que não os hidrocarbonetos. Se houver verba que
permita gastos mais elevados, os testes em Escala-Piloto podem
ser aplicados.
Testes em Escala-Piloto
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
No caso de se aplicar testes em Escala-Piloto, o estudo pode incluir uma ou
todas as etapas que seguem:
• Taxa de biodegradação como função das quantidades de água, N2 e P;
• Taxa de biodegradação como função da temperatura do solo;
• Taxa de respiração específica e taxa de evolução de CO2 (taxa de . . . . . .
mineralização) como função dos ajustes nos parâmetros de projeto;
• Taxa de biodegradação como função da adição de quantidades extras . .
. de micróbios ou de surfactantes.
BIOPILHA – PREDESIGN CHECKLIST
No site da Petrobras, não foram feitos
Testes em Escala-Piloto.
Início dos trabalhos: 13/12/2000
Mobilização de Materiais:
Container escritório Container vestiário Ferramentas
Eletricidade Água Diversos
Mobilização de Máquinas e Equipamentos
Tratores e caminhões
Equipamentos e Reagentes analíticos para laboratório
Mobilização de Mão-de-obra
12 funcionários
b BIOPILHA PETROBRAS
Etapa Inicial
Remoção de resíduos e solo contaminado para instalação das pilhas;
Maior Problema
Muito óleo misturado à argila molhada dificultou a movimentação das
máquinas, tornando o trabalho mais demorado que o previsto.
BIOPILHA PETROBRAS
Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.
Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.
Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.
Lixo e entulho removidos do dique defronte à área de montagem das pilhas.
Fotos do solo nas áreas removidas pelos tratores
REMOÇÃO DO SOLO
CONTAMINADO ABAIXO DA ÁREA
ONDE FOI ESTENDIDA A MANTA
PARA MONTAGEM DA PILHA
Depois de retirados resíduos e lixo, 30 cm de solo contaminado foram
removidos por Moto-niveladora. Areia fina foi adicionada ao solo para
em seguida aplicar-se a manta de PEAD 0,8 mm (Poli etileno de Alta
Densidade)
Qualidade do solo após escareamento e nivelação Areia adicionada antes da aplicação do PEAD
COLOCAÇÃO E SOLDAGEM DA MANTA DE
PEAD (POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE).
TOTALMENTE IMPERMEÁVEL, IMPEDE A
CONTAMINAÇÃO DO SOLO POR SUBSTÂNCIAS
LIXIVIADAS. EXPERIÊNCIA NA REVAP MOSTROU
QUE NÃO OCORRERAM LIXIVIADOS NA PILHA!
RETIRADA E MISTURA DE SOLOS
MAIS E MENOS
CONTAMINADOS
Mistura de solos com diferentes graus de contaminação
ENXADA ROTATIVA
MELHOR INSTRUMENTO AGRÍCOLA PARA
PULVERIZAÇÃO DO SOLO. QUANDO PÁRA,
INTERROMPE TODO O PROCESSO E RESULTA
EM GRANDES PREJUÍZOS.
Enxada rotativa
Enxada rotativa em ação: pulverização e aeração de solo.
Enxada rotativa promovendo mistura e aeração do solo.
SERRAGEM
ALÉM DE FAVORECER O
DESENVOLVIMENTO DE FUNGOS, A
SERRAGEM AUMENTA A
PERMEABILIDADE DO SOLO E MANTÉM
A UMIDADE DA PILHA.
Pilha de serragem
ESTERCO SECO
MELHORA AS PROPRIEDADES DO SOLO, ELEVA
ENORMEMENTE A VARIEDADE E QUANTIDADE DE
MICROORGANISMOS E, PELA FERMENTAÇÃO,
ELEVA A TEMPERATURA DA PILHA. NÃO APRESENTA
ODOR DESAGRADÁVEL.
Esterco seco e curtido: micro-organismos, sem cheiro desagradável
AREIA
FACILITA A PASSAGEM DO AR E A CIRCULAÇÃO
DE ÁGUA, PROMOVENDO ASSIM, MELHOR
AERAÇÃO E MELHOR EFICÁCIA NA ENTREGA DE
NUTRIENTES AOS MICROORGANISMOS.
Areia para misturar ao solo.
CAPIM
FORNECE ALIMENTO ÀS BACTÉRIAS,
AUMENTA A PERMEABILIDADE DO
SOLO E A QUANTIDADE E VARIEDADE
DE MICROORGANISMOS.
Estocagem de capim: grandes quantidades para melhorar a
permeabilidade do solo e introduzir novos microorganismos.
Retroescavadeira espalhando capim seco sobre o solo.
Mistura de capim seco.
Capim seco sendo misturado ao solo pela enxada rotativa.
CAL
CORRIGE O pH DO SOLO
FERTILIZANTES (NPK)
FUNDAMENTAIS NO METABOLISMO DOS MICRÓBIOS.
Adição de cal e fertilizantes.
Depois de adicionados todos os agentes corretivos e
condicionadores do solo, iniciou-se a montagem da BIOPILHA.
Tubos de aeração foram introduzidos nas camadas de solo já
empilhado sobre o PEAD. Nesta fase, os tratores não podem
mais caminhar sobre o solo depositado na pilha para evitar
compactação. Mantas de Bidin revestiram os tubos de
aeração. Também foram feitos testes de revestimento com
serragem.
KANANET
TUBOS PERFURADOS PROMOVEM A AERAÇÃO
Tubos de aeração.
KANANET
BIDIN
MEMBRANA GEOTEXTIL PROTEGE O TUBO DE
AERAÇÃO CONTRA ENTUPIMENTOS
MONTAGEM DA PILHA
Vista parcial da pilha com os tubos de aeração.
Vista parcial da pilha com os tubos de aeração.
Vista aérea da pilha em 21/04/2001.
Vista da parte superior da pilha com feijão guandú brotando.
MONITORAMENTO
Durante todo o tratamento, centenas de
amostras foram coletadas e avaliadas quanto à
decomposição dos contaminantes.
AP
ÓS
40
DIA
S D
E B
IOR
RE
ME
DIA
ÇÃ
O
MONITORAMENTO
MONITORAMENTO A
PÓ
S 4
0 D
IAS
D
E B
IOR
RE
ME
DIA
ÇÃ
O
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
início 40 dias
Naftaleno
Acenaftaleno
Acenafteo
Fluoreno
Fenantreno
Antraceno
Fluoranteno
Pireno
Benzo(a)antracen
o
mg/kg
RE
DU
ÇÃ
O D
OS
PA
H A
PÓ
S 4
0 D
IAS
MONITORAMENTO
Pireno
0
100
200
300
400
500
600
700
800
C8 C11 C13 C15 C17 C19 C21 C23 C25 C28 C32 C36 C40
S1
S2
mg/kg
TPH: MELHOR QUE OS VALORES INTERNACIONAIS PARA SOLO RESIDENCIAL
60 DIAS
MONITORAMENTO
30 DIAS
A M O S T R A G E M F I N A L
20cm
150cm
300cm
A
B
C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
30 amostras compostas por 10 pontos cada
MONITORAMENTO
A B
C
AMOSTRAGEM FINAL
M O N I T O R A M E N T O
As amostras foram coletadas com trado manual e homogeneizadas com espátula
de aço. Para diminuir a margem de erro, buscou-se homogeneizar volumes
relativamente grandes de amostra. A amostra final foi composta por dez outras
amostras com 1,5 kg cada.
No total, foram amostrados 300 diferentes pontos da pilha, compondo 30 amostras,
em 3 diferentes alturas.
Acondicionadas em frascos de Polipropileno, as amostras preencheram
completamente os frascos para evitar a presença de ar e foram mantidas resfriadas
até sua entrega nos laboratórios (embora não houvessem VOC).
A N Á L I S E F I N A L
M O N I T O R A M E N T O
Através de laudos fornecidos pela PETROBRAS, já sabia-se desde antes
do início dos trabalhos que o óleo vazado não apresentava metais em
sua composição, razão pela qual não nos preocupamos com esses
elementos. Ainda assim, procedemos a uma investigação na amostra
final. O laudo, que pode ser visto no Anexo 1, confirma a citação
anterior.
Encaminhadas a dois conceituados laboratórios, as amostras foram
analisadas quanto a sua composição em hidrocarbonetos.
Os resultados podem ser vistos nas telas seguintes.
M O N I T O R A M E N T O As metodologias empregadas para as análises de TPH e PAH foram as
sugeridas pela EPA e seguiram as recomendações internacionais,
sendo validadas quanto ao Limite de Quantificação, Limite de
Detecção, Linearidade, Precisão e Exatidão. O método escolhido foi
baseado em extração dos hidrocarbonetos por ultrassom seguido de
análise por GC/MS.
A Cromatografia Gasosa associada à Espectrometria de Massas é
capaz de identificar cada um dos constituintes da amostra, sem sofrer
interferências significativas. A utilização de padrões quantitativos torna
a análise ainda mais confiável.
M O N I T O R A M E N T O As análises de TPH feitas por gravimetria também foram utilizadas. Vale
lembrar que os resultados obtidos por esse método são muito
conservativos pois a extração dos hidrocarbonetos por solventes
orgânicos remove não apenas os hidrocarbonetos mas também todo
material graxo contido na amostra. Especificamente na biopilha da
REVAP, deve-se considerar a gordura contida no esterco utilizado, os
ácidos húmicos presentes em grande quantidade na argila e toda a
gordura e óleos essenciais contidos no capim adicionado ao
processo. Nas análises finais, o maior valor de TPH encontrado por
gravimetria foi 0,9%.
ANTES
DURANTE
D EPOIS