Aplicação de técnicas químicas de remediação em áreas contaminadas por compostos organoclorados

Autor: Cunha, Alaine Santos da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2010
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Druh dokumentu: Dissertação de Mestrado
Popis: Grande parte das áreas contaminadas conhecidas atualmente advém de práticas passadas onde os cuidados com a proteção à saúde humana e ao meio ambiente eram desconhecidos ou ignorados. O uso indiscriminado de produtos solventes clorados fez com que tais compostos se tornassem uma das principais fontes de contaminação no setor industrial. Por serem compostos de alta toxicidade, quando presentes na água subterrânea, mesmo em baixas concentrações, a tornam imprópria para o consumo. Técnicas de remediação como atenuação natural, ou que envolvam bombeamento e tratamento de água subterrânea contaminada por solventes clorados, vêm sendo substituídas por metodologias químicas destrutivas, por apresentarem resultados satisfatórios em um período de tempo inferior às técnicas utilizadas anteriormente. Este trabalho objetiva apresentar os resultados obtidos em duas áreas industriais onde foram aplicadas técnicas de remediação, envolvendo a redução química in situ, através da injeção de polisulfeto de cálcio e a oxidação química in situ, com a injeção de permanganato de potássio. Em ambas as áreas, os contaminantes organoclorados são os principais compostos de interesse presentes na água subterrânea. A redução química in situ é uma metodologia que utiliza um agente químico para reduzir óxidos de ferro III, presentes naturalmente no aquífero sedimentar, e transformá-los em ferro II que, por sua vez reduzirá contaminantes organoclorados. A principal característica desta metodologia é a eliminação contígua de dois átomos de cloro das moléculas dos contaminantes, o que tende e diminuir ou eliminar o acúmulo de subprodutos tóxicos como cloreto de vinila. Na oxidação química in situ, o agente promove a transferência de elétrons, onde os íons Cl- das moléculas dos contaminantes são substituídos por H+. Devido à baixa reatividade entre o permanganato de potássio e a matriz do aquífero durante as reações de oxidação química, este oxidante pode ser transportado pelos processos advectivo e dispersivo juntamente com o fluxo da água subterrânea e persistir por um período maior de tempo, reagindo com os contaminantes orgânicos. Ensaios de bancada com solo saturado contaminado de uma das áreas de estudo mostraram excelentes resultados na utilização do polisulfeto de cálcio, mas o mesmo não foi observado no teste piloto realizado em campo. Embora tenha sido observada dispersão do produto nas proximidades de pelo menos um dos pontos onde a solução foi injetada, notou-se que não houve redução significativa dos contaminantes, evidenciando que o ferro II não foi eficaz no processo de degradação. Isto pode ter sido ocasionado por uma série fatores, como possíveis reações, características hidráulicas, ou geológicas do meio. Portanto, o prosseguimento desta metodologia como alternativa de remediação para toda a área impactada foi descontinuado, tornando necessário novos estudos para avaliar a melhor técnica aplicável na área. Quanto à área onde foi aplicada a oxidação química, a remediação foi considerada eficiente. Ao longo do período de vinte e dois meses, quando foram realizadas atividades de monitoramento da água subterrânea, observou-se a presença do permanganato de potássio nas áreas mais impactadas das plumas de contaminação, fato que permitiu o processo de transferência de elétrons e consequentemente a oxidação dos contaminantes. Vinte e dois meses após as atividades de injeção, o principal contaminante identificado na área, o 1,-1-dicloroeteno, foi detectado em apenas um ponto com concentração superior a meta de remediação obtida anteriormente à injeção. Considerando que durante a sequência das atividades relacionadas à remediação, este contaminante sofreu alterações em seus valores toxicológicos estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, e passou a ser considerado um composto não carcinogênico, todos os poços apresentaram-se com concentrações inferiores a nova meta de remediação calculada. Como efeito colateral, foi observado o aumento das concentrações de metais dissolvidos, como: alumínio, bário, cromo e ferro. Tal mobilização de metais para a água subterrânea pode ser considerada temporária. Após o total consumo do permanganato de potássio pelos contaminantes ainda presentes no meio, as características físico-químicas do aquífero retornarão à situação identificada naturalmente, permitindo a precipitação dos metais.
Most of the currently known contaminated areas are the result of past practices, where precautions regarding protection of human health and the environment were either unknown or ignored. The indiscriminate use of chlorinated solvents is the driving factor that has led to such compounds becoming one of the main sources of contamination in the industrial sector. Chlorinated solvents are highly toxic and, when present at even low concentrations in groundwater, they make this resource unfit for human consumption. Such remediation techniques as natural attenuation, or that involve pumping and treatment of groundwater contaminated by chlorinated solvents, are currently being replaced by destructive chemical methods, as they show satisfactory results in a shorter period of time than previously used techniques. This study has the objective of showing the results obtained at two industrial sites where remediation techniques have been used involving in-situ chemical reduction, through injection of calcium polysulfide, and in-situ chemical oxidation, with injection of potassium permanganate. At both sites, organochlorine contaminants are the main compounds of concern present in groundwater. In-situ chemical reduction is a methodology that uses a chemical agent in order to reduce iron III oxides, naturally present in the sedimentary aquifer, and transform them into iron II which, in turn, reduces the organochlorine contaminants. The principal characteristic of this methodology is that of contiguous elimination of two chlorine atoms from contaminant molecules, which tends to reduce or eliminate accumulation of such toxic byproducts as vinyl chloride. In in-situ chemical oxidation, the chemical agent brings about a transfer of electrons, where the Cl- ions of contaminant molecules are replaced by H+ ions. Due to the low degree of reactivity between potassium permanganate and the aquifer matrix during chemical oxidation reactions, this oxidizing agent can be transported via groundwater flow, by advective and dispersive processes, and persist for a longer period of time, reacting with organic contaminants. Bench tests performed with contaminated saturated soil from one of the sites under study showed excellent results through the use of calcium polysulfide; however, the same results were not observed during a pilot test performed in the field. Although product dispersion was observed in the vicinity of at least one of the points where the solution had been injected, it was found that there was no significant reduction of contaminants, showing that iron II was not effective in enhancing the degradation process. This could have been the result of a series of factors, for example, possible reactions or the hydraulic or geological characteristics of the medium. Therefore, it was decided not to continue with use of this methodology as a remediation alternative for the whole impacted area, making it necessary for further studies in order to assess the best technique applicable at the site. With respect to the site where a chemical oxidation approach was adopted, remediation was considered to be effective. Over a period of twenty-two months, during which groundwater monitoring activities were performed, the presence of potassium permanganate was observed in the most impacted areas of the contamination plumes, a fact that allowed for the electron transfer process and, consequently, contaminant oxidation. Twenty-two months after initiation of injection activities, the main contaminant identified at the site (1,1-dichloroethene) was only detected at one point at a concentration exceeding the post-remediation target value established prior to commencing these activities. Considering that, during the sequence of activities related to the remediation process, this contaminant underwent changes in its toxicological values established by the United States Environmental Protection Agency, and came to be considered a non-carcinogenic compound, all wells showed concentrations below the new calculated post-remediation target. As a collateral effect, there was found to be an increase in concentrations of such dissolved metals as aluminum, barium, chromium and iron. Such mobilization of metals to groundwater can be considered a temporary effect. Following complete consumption of potassium permanganate by contaminants still present in the medium, the physical-chemical characteristics of the aquifer will return to the situation occurring naturally, allowing for the precipitation of these metals.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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