Oxidação Química In-Situ (ISCO)

Oxidação Química In-Situ (ISCO)

Oxidação Química In-Situ (ISCO) para Remediação de Águas Subterrâneas

A técnica de Oxidação Química In-Situ (ISCO) é utilizada no tratamento de águas subterrâneas contaminadas por compostos orgânicos. Trata-se de uma estratégia  eficiente para a remediação de locais impactados, em que reagentes oxidantes são diretamente injetados no solo e no aquífero, promovendo a degradação dos contaminantes. Neste artigo da GreenView Engenharia & Consultoria Ambiental serão abordados os aspectos técnicos e as melhores práticas da ISCO.

Princípios da Oxidação Química In-Situ (ISCO)

A ISCO é uma tecnologia baseada na capacidade de reagentes oxidantes de converter contaminantes orgânicos tóxicos em produtos menos nocivos, como dióxido de carbono, água e sais inorgânicos. Os contaminantes-alvo são principalmente os compostos orgânicos, identificados como hidrocarbonetos, solventes clorados (ex. percloroetileno – PCE, tricloroetileno – TCE) e compostos aromáticos (ex. benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos– BTEX).

Os agentes oxidantes comuns utilizados na ISCO incluem:

• Permanganato: Permanganato é um oxidante químico comum que tem sido usado há muito tempo no tratamento de água e águas residuais, bem como em aplicações de química industrial e orgânica. Seu forte potencial de redução, química previsível, estabilidade e subprodutos não tóxicos o tornam um oxidante atraente para aplicações como oxidação seletiva de orgânicos, remoção de manganês dissolvido, remoção de precursores de trihalometano e outros processos.
• Peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e o reagente Fenton: Utilizado frequentemente em combinação com catalisadores de ferro (reação de Fenton), gera radicais hidroxila que oxidam os contaminantes. Este processo é rápido e exotérmico, podendo necessitar de controle de pH e adição de ferro para otimizar a reação.
• Persulfato de sódio (Na₂S₂O₈): A sua aplicação depende da ativação para formar radicais livres altamente reativos, como o radical sulfato e o radical hidroxila, que promovem a degradação de contaminantes orgânicos persistentes e tóxicos. O persulfato de sódio por si só apresenta uma reatividade limitada, sendo necessária sua ativação para desencadear reações oxidativas avançadas.
• Ozônio (O₃). Aplicado tanto na fase gasosa quanto dissolvido em água, o ozônio é um oxidante potente que reage diretamente com diversos contaminantes orgânicos. Sua utilização pode ser limitada pela sua instabilidade e necessidade de equipamentos específicos para geração e aplicação

Mecanismos de Oxidação

Os mecanismos de oxidação variam de acordo com o agente oxidante escolhido. Cada oxidante possui uma força oxidativa distinta e um modo de interação específico com os contaminantes, que depende da geoquímica local e das condições ambientais do solo e da água subterrânea.

• Permanganato de Potássio: Opera em ambientes neutros e alcalinos, promovendo reações altamente seletivas com compostos orgânicos clorados. A sua reação com TCE, por exemplo, gera produtos inorgânicos como cloreto e dióxido de carbono.
• Reagente de Fenton: Envolve a decomposição catalisada do peróxido de hidrogênio na presença de ferro (Fe²⁺), gerando radicais hidroxila (•OH), os quais são poderosos oxidantes não seletivos. Esta técnica é eficiente, mas requer pH ácido (geralmente entre 2 e 4) para ativação ideal.
• Persulfato: Atua gerando radicais sulfato (SO₄•⁻), que possuem um potencial de oxidação semelhante ao radical hidroxila, mas com maior seletividade para alguns tipos de contaminantes. Pode ser ativado por calor, base ou reagentes redutores.
• Ozônio: Este oxidante gasoso é aplicado em solução ou como gás injetado, reagindo rapidamente com uma ampla gama de compostos orgânicos, especialmente hidrocarbonetos aromáticos.

Aplicações e Estudos de Caso

A aplicação da ISCO depende de fatores como a extensão da pluma de contaminação, a concentração dos contaminantes e as características físico-químicas do solo e da água subterrânea. Estudos de caso descritos no livro In Situ Chemical Oxidation for Groundwater Remediation evidenciam a eficácia da ISCO em diferentes contextos.

Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (PAHs)

Os PAHs são compostos orgânicos com múltiplos anéis benzênicos, derivados de combustíveis fósseis e processos industriais. Eles são altamente recalcitrantes e tendem a se acumular nas frações orgânicas do solo. A ISCO com permanganato ou ozônio tem sido efetiva na oxidação desses compostos, transformando-os em moléculas mais simples e menos tóxicas.

Solventes Clorados

Percloroetileno (PCE), e Tricloroetileno (TCE) são compostos alvos em muitas intervenções de ISCO. O uso de permanganato de potássio e persulfato tem mostrado eficácia elevada na oxidação desses compostos em diversas condições de campo. No entanto, o TCE também pode ser parcialmente decomposto em produtos intermediários, como dicloroetileno e cloreto de vinila, exigindo atenção na escolha do oxidante e nas condições de tratamento.

Compostos BTEX

Os compostos BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos), amplamente associados a derramamentos de gasolina, respondem bem ao tratamento com reagente de Fenton. O radical hidroxila, gerado durante a decomposição do peróxido de hidrogênio, oxida rapidamente essas moléculas, eliminando sua toxicidade e mobilidade.

Desafios Operacionais e Limitações

A eficiência da ISCO é influenciada por diversos fatores operacionais, como a presença de matéria orgânica natural (MON), a distribuição do reagente oxidante e as características hidrogeológicas do local. A MON pode competir pelos radicais oxidantes, reduzindo a eficiência da remediação. Por isso, a caracterização inicial do solo e da água subterrânea é essencial para a otimização da injeção do reagente.

Dispersão do Reagente

A dispersão adequada dos reagentes no subsolo é um dos principais desafios da ISCO. A heterogeneidade do solo pode causar uma distribuição desigual dos oxidantes, criando zonas de contaminação residual. Técnicas de engenharia, como o uso de múltiplos poços de injeção e a recirculação de água subterrânea, são frequentemente empregadas para maximizar a cobertura do oxidante.

Formação de Subprodutos

Em alguns casos, a ISCO pode gerar subprodutos tóxicos, como o cloreto de vinila, durante a oxidação incompleta de solventes clorados. A monitorização contínua do processo e a aplicação de estratégias complementares de tratamento, como a biorremediação, são importantes para garantir que os produtos formados sejam totalmente mineralizados.

Reações Geoquímicas

Reações com minerais do solo, como a oxidação de óxidos de ferro, podem alterar as condições geoquímicas locais, como o pH e o potencial de oxidação-redução (ORP), impactando a solubilidade de metais pesados presentes no subsolo, como o cromo e o arsênio.

Monitoramento e Avaliação de Desempenho

O monitoramento da eficácia da ISCO envolve a medição dos níveis de contaminantes antes, durante e após a aplicação do oxidante. Além disso, parâmetros como pH, ORP, concentração de metais e oxigênio dissolvido devem ser monitorados regularmente para avaliar os impactos secundários. Técnicas de amostragem de solo, água subterrânea e gases são amplamente utilizadas para verificar o progresso da remediação.

A Oxidação Química In-Situ é uma tecnologia de remediação poderosa, mas que exige um planejamento detalhado e uma compreensão profunda das interações químicas e geológicas do local a ser tratado. O sucesso da ISCO depende de uma escolha criteriosa do reagente oxidante, do controle da dispersão do reagente no subsolo e do monitoramento contínuo do processo para evitar a formação de subprodutos tóxicos.

A ISCO requer uma abordagem técnica cuidadosa e soluções customizadas para cada cenário de contaminação. Profissionais envolvidos na remediação de águas subterrâneas devem integrar as melhores práticas e os aprendizados obtidos em estudos de caso, garantindo a sustentabilidade e a eficácia dos projetos de remediação.

Vantagens e Limitações

• Vantagens:
  • Destruição in situ de contaminantes, eliminando a necessidade de extração e tratamento ex situ.
  • Aplicabilidade a uma ampla gama de contaminantes orgânicos.
  • Possibilidade de combinar com outras técnicas de remediação para otimizar resultados.
• Limitações:
  • Eficiência reduzida em solos de baixa permeabilidade, onde a distribuição do oxidante é limitada.
  • Necessidade de controle preciso das condições de reação, como pH e temperatura, para garantir a eficácia.
  • Possibilidade de formação de subprodutos de oxidação que necessitam de tratamento adicional.

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A GreenView Engenharia & Consultoria Ambiental, realizada todos os estudos do Gerenciamento de Áreas Contaminadas (GAC), sendo eles: Avaliação Preliminar, Investigação Confirmatória, Investigação Detalhada, Avaliação de Risco à Saúde Humana, Plano de Intervenção, Remediação Ambiental, Monitoramento Ambiental.