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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


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.


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.



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.



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.



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.


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 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.


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


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


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.


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.


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


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.



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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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.


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.

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 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%.

DURANTE

D EPOIS

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