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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
REMEDIAÇÃO TERMAL DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS E A
RELAÇÃO COM AS PROPRIEDADES DO SOLO
ISABELA OLIVEIRA CASTRO
2020
REMEDIAÇÃO TERMAL DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS E A
RELAÇÃO COM AS PROPRIEDADES DO SOLO
Isabela Oliveira Castro
Projeto de Graduação apresentado ao curso
de Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Renan Finamore
Coorientador: Prof.ª Maria Claudia Barbosa
Rio de Janeiro
Março de 2020
REMEDIAÇÃO TERMAL DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS E A
RELAÇÃO COM AS PROPRIEDADES DO SOLO
Isabela Oliveira Castro
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CNIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO
RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
!rof.a Mria CíaUdia Barbosa
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
Março de 2020
iv
Castro, Isabela Oliveira
Remediação termal de contaminação por hidrocarbonetos e
a relação com as propriedades do solo / Isabela Oliveira Castro. –
Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2020.
xiii, 65 p.:il.; 29,7 cm.
Orientador: Renan Finamore
Coorientador: Maria Claudia Barbosa
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Civil, 2020.
Referências Bibliográficas: p. 56-65
1. Introdução. 2. Propriedades dos Solos. 3. Solos Tropicais.
4. Contaminação por Hidrocarbonetos de Petróleo. 5. Remediação
Termal. 6. Dispositivos Legais e Normas Técnicas. 7. Conclusão.
I. Finamore, Renan et al; II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.
Remediação termal de contaminação por hidrocarbonetos e a
relação com as propriedades do solo.
v
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus pelo dom da vida, por me permitir chegar até aqui e por
toda as pessoas e oportunidades que colocou em meu caminho.
Aos professores Renan e Maria Claudia por compartilharem sua experiência e
conhecimento para orientação deste trabalho.
Ao Luiz Alberto pela disponibilidade e incentivo na elaboração desta pesquisa.
A todos os amigos que conheci no curso de engenharia civil pelas incontáveis conversas,
trabalhos em grupo e amizade. Em especial ao Anderson, Bertrand, Vinícius, Guilherme, e
Tamires que me apoiaram na elaboração deste projeto.
Aos amigos do Colégio Brigadeiro Newton Braga que mesmo após tantos anos, ainda se
fazem presentes na minha vida. Em especial a Priscila por sua amizade tão sincera.
Aos amigos da Fluxo Consultoria e da Ipiranga pela convivência saudável, bom humor,
aprendizado e apoio.
Aos meus irmãos da Igreja Cristã de Nova Vida pelo apoio e orações.
Ao Jonathan por estar sempre ao meu lado, me incentivar e aconselhar nas minhas
escolhas, por aceitar minhas falhas e defeitos e, ao mesmo tempo, me incentivar a melhorar.
Aos meus pais e irmãos por toda dedicação e amor.
A todos aqueles que me apoiaram, torceram por mim e suportaram minha ausência nos
momentos de estudo e, principalmente, na elaboração deste trabalho.
vi
“Os que confiam no Senhor são como o monte Sião, que não se pode abalar, mas permanece
para sempre.”
Salmos 125:1
vii
Dedico este trabalho aos meus pais,
Eneide e Sérgio Castro.
viii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
REMEDIAÇÃO TERMAL DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS E A
RELAÇÃO COM AS PROPRIEDADES DO SOLO
Isabela Oliveira Castro
Março de 2020
Orientador: Renan Finamore
Coorientador: Maria Claudia Barbosa
A atividade de revenda de combustíveis pode gerar contaminação do solo e da água subterrânea
devido a vazamentos que, em geral, ocorrem na área de tanques subterrâneos, bombas de
abastecimento e/ou linhas de distribuição. Uma das formas de tratar esta contaminação é através
da remediação termal, técnica que consiste no aquecimento do solo muito utilizada no exterior e
que está sendo difundida no Brasil. Este trabalho apresenta as propriedades do solo de maior
relevância para a aplicação da técnica, que são as propriedades hidráulicas, elétricas e térmicas,
nas condições saturada e não saturada; e a relação destas propriedades com a operação de sistemas
de remediação termal em campo. É dada ênfase nas características de solos tropicais, que cobrem
cerca de 60% do território brasileiro. O trabalho descreve as principais técnicas de remediação
termal disponíveis no Brasil, as condições e fatores que influenciam a eficiência de cada técnica,
os impactos potenciais no solo e vizinhanças, e a legislação pertinente.
Palavras-chave: Remediação termal; Contaminação do solo; Hidrocarbonetos; Postos de
combustíveis; Remediação do solo; Áreas contaminadas.
ix
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer.
THERMAL REMEDIATION OF HYDROCARBON AND SOIL PROPERTIES
Isabela Oliveira Castro
March 2020
Adviser: Renan Finamore.
Co-adviser: Maria Claudia Barbosa.
The fuel resale activity can contaminate soil and groundwater because of leaks that
generally occur in underground tanks, fuel dispensers and/or fuel distribution lines.
Thermal remediation is one of the solutions to treat this contaminations, technique that
consists of heating the soil, widely used abroad and that is being spread in Brazil nowdays.
This work presents the soil properties of greater relevance for the technique, which are
soil hydraulic, electrical and thermal properties, at saturated and non-saturated conditions;
and the relationship of these properties with field operation of thermal remediation
systems. Tropical soils characteristics are emphasized, which cover around 60% of
Brazilian territory. The major thermal remediation techniques commercially available in
Brazil are described, as the conditions and factors that influence the efficiency of each
technique, their potential impacts on the soil and site vicinity, and related legislation.
Keywords: Thermal Remediation; Soil Contamination; Hydrocarbons; Gas stations; Soil
remediation; Contaminated areas.
x
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1.1 - Resumo das etapas do gerenciamento de áreas contaminadas .................................. 2
Figura 2.1 - Três tipos de fluxo dentro de uma massa de solo poroso ......................................... 4
Figura 2.2 - Sonda de Termopar .................................................................................................... 8
Figura 2.3 - Sonda de Termistor .................................................................................................... 9
Figura 2.4 - Geotermômetro Tipo Espeto ..................................................................................... 9
Figura 2.5 - Analisador de Propriedades Térmicas KD2 PRO .................................................... 10
Figura 2.6 - Intervalos de variação de k ..................................................................................... 12
Figura 2.7 – Formas de representação da curva de retenção. ...................................................... 14
Figura 2.8 – Parâmetros de uma curva de retenção. .................................................................... 15
Figura 2.9 - Relação entre a resistividade e a umidade em um solo arenoso .............................. 18
Figura 2.10 - Dupla camada difusa ............................................................................................. 20
Figura 2.81 - Representação dos fenômenos eletro-cinéticos ..................................................... 21
Figura 3.1 - Ocorrência de solos lateríticos no território brasileiro ............................................ 23
Figura 3.2 - Horizontes de um solo tropical ................................................................................ 24
Figura 3.3 – Estrutura de uma camada de Caulinita .................................................................... 26
Figura 4.1 - Representação esquemática do comportamento de DNAPL ................................... 29
Figura 4.2 - Esquema do transporte de contaminantes em água subterrânea .............................. 30
Figura 4.3 - Sistema de Armazenamento Subterrâneo de Combustível ...................................... 31
Figura 4.4 – Contaminações por hidrocarbonetos de petróleo. ................................................... 31
Figura 5.1 – Relação entre técnicas de tratamento, propriedades do solo e contaminantes em
função da temperatura ................................................................................................................. 34
Figura 5.2 - Processo de remediação térmica com tecnologia ET-DSP ...................................... 37
Figura 5.3 - Esquema de TCH com cobertor térmico ................................................................. 38
Figura 5.4 - Esquema de TCH com bastonetes verticais ............................................................. 38
Figura 5.3 - Diagrama da Remediação com Sistema de injeção de Vapor com MPE ................ 41
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Condutividade térmica em W/mK ............................................................................ 6
Tabela 2.2 – Calor específico de diferentes materiais ................................................................... 7
Tabela 2.3 – Faixas de valores de resistividade de certos tipos de solo ...................................... 17
Tabela 4.1 - Valores orientadores para solos e águas subterrâneas em São Paulo ...................... 28
Tabela 7.1 – Comparação de técnicas de remediação térmica (Elaboração própria). ................. 53
xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANP - Agência Nacional Do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
CETESB - Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente
COVC - Composto Orgânico Volátil Clorado
CTA – Capacidade de Troca Aniônica
CTC – Capacidade de Troca Catiônica
CVOC - Chlorinated Volatile Organic Compounds (composto orgânico volátil clorado)
DNAPL - Dense Non-Aqueous Phase Liquid (líquido de fase não aquosa densa)
EPA - United States Environmental Protection Agency (Agência de Proteção Ambiental
dos Estados Unidos)
ERH - Electrical Resistance Heating (aquecimento por resistência elétrica)
ET-DSP - Electro-Thermal Dynamic Stripping Process (processo de decapagem
dinâmica eletro-térmica).
HTP- Hidrocarbonetos Totais de Petróleo
INEA - Instituto Estadual do Ambiente
ISTD - In Situ Thermal Desorption (dessorção térmica in situ)
MMA - Ministério do Meio Ambiente
NAPL - Non-Aqueous Phase Liquid (líquido de fase não aquosa)
NTC - Negative Temperature Coeficient (coeficiente de temperatura negativa)
LNAPL - Light Non-Aqueous Phase Liquids (líquido de fase não aquosa leve)
OLUC - Óleo lubrificante usado e contaminado
PCB - Bifenilo policlorado
PCZ – Ponto de Carga Zero
PTC - Positive Temperature Coeficient (coeficiente de temperatura positiva)
SASC – Sistema de Armazenamento Subterrâneo de Combustíveis
SVE - Soil Vapor Extraction (extração de vapor do solo)
SVOC – Semi Volatile Organic Compounds (composto orgânico semi volátil)
TCH - Thermal Conduction Heating (aquecimento por condução térmica)
VOC - Volatile Organic Compounds (composto orgânico volátil)
xiii
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1
1.1 MOTIVAÇÃO ................................................................................................................. 1
1.2 OBJETIVO ....................................................................................................................... 3
1.3 METODOLOGIA ............................................................................................................ 3
2 PROPRIEDADES DOS SOLOS .......................................................................................... 4
2.1 PROPRIEDADES TÉRMICAS ....................................................................................... 4
2.1.1 CONDUTIVIDADE E RESISTIVIDADE TÉRMICA .......................................... 5
2.1.2 CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO ........................................... 6
2.1.3 DIFUSIVIDADE TÉRMICA .................................................................................. 7
2.1.4 MEDIÇÃO DA TEMPERATURA ......................................................................... 8
2.2 PROPRIEDADE HIDRÁULICAS ................................................................................ 10
2.2.1 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA .................................................................... 10
2.2.2 CURVA DE RETENÇÃO DE ÁGUA .................................................................. 13
2.3 PROPRIEDADES ELÉTRICAS.................................................................................... 16
2.3.1 CONDUTIVIDADE E RESISTIVIDADE ELÉTRICA ....................................... 16
2.3.2 A MINERALOGIA DO SOLO E AS CARGAS ELÉTRICAS ............................ 18
2.3.3 DUPLA CAMADA DIFUSA ................................................................................ 19
2.3.4 FENÔMENOS ELETROCINÉTICOS ................................................................. 20
3 SOLOS TROPICAIS .......................................................................................................... 23
3.1.1 SOLOS LATERÍTICOS ........................................................................................ 25
4 CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS DE PETRÓLEO ............................... 27
5 REMEDIAÇÃO TERMAL ................................................................................................ 33
5.1 RESISTÊNCIA ELÉTRICA .......................................................................................... 35
5.2 CONDUÇÃO TÉRMICA .............................................................................................. 37
5.3 INJEÇÃO DE AR QUENTE, ÁGUA QUENTE OU VAPOR...................................... 40
5.4 TÉCNICAS DE EXTRAÇÃO DE VAPORES .............................................................. 43
5.5 EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO NAS PROPRIEDADES DO SOLO .......... 44
6 DISPOSITIVOS LEGAIS E NORMAS TÉCNICAS ........................................................ 48
7 CONCLUSÃO .................................................................................................................... 53
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 56
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 MOTIVAÇÃO
Segundo o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2009), uma
contaminação é caracterizada pela presença de substâncias químicas no ar, água ou solo,
decorrentes de atividades exercidas pelo homem, em concentrações tais que restrinjam a
utilização desse recurso ambiental para uso atual ou futuro, por causar riscos à saúde humana,
ao meio ambiente ou a outro bem a proteger. E, a extensão de uma contaminação, seja ela em
água superficial, subterrânea, solo, sedimento ou ar é chamada de pluma.
Os contaminantes se propagam alterando as propriedades naturais de qualidade do meio.
O desenvolvimento desta contaminação para os diferentes meios pode se dar através da
percolação do solo para a água subterrânea, da absorção e adsorção dos contaminantes pelas
raízes de plantas, verduras e legumes, escoamento superficial, inalação de vapores, contato da
pele com o solo ou ingestão por seres humanos e animais (MMA, 2019).
A Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB, 2007) estabelece uma
metodologia de gerenciamento de áreas contaminadas composta por três etapas, conforme
ilustrado na Figura 1.1: Identificação; Reabilitação; e Cadastro de áreas contaminadas. Na
primeira fase é definida a região de interesse, são identificadas as áreas com potencial de
contaminação e realizada a avaliação preliminar e a investigação confirmatória. Já a etapa de
reabilitação envolve a investigação detalhada, avaliação de risco, plano de intervenção e
monitoramento. Por fim, a terceira etapa diz respeito à classificação das áreas em função das
informações obtidas e dos riscos existentes e ela ocorre paralelamente à segunda etapa.
Os objetivos deste plano de intervenção são: detalhar os limites das plumas de
contaminação, as concentrações dos contaminantes, e determinar a necessidade e formas de
intervenções a serem utilizadas visando a reabilitação da área. Essa intervenção é também
chamada de remediação e consiste na aplicação de tecnologias com o intuito de reduzir a
concentração dos poluentes a níveis aceitáveis conforme estabelecidos em normas vigentes.
Foi lançada em 2013, pelo Instituto Estadual do Ambiente (INEA, 2019), a 1ª edição do
cadastro de áreas contaminadas no Estado do Rio de Janeiro, que contava com a relação de 160
áreas. Em 2014, foi realizada uma revisão que contabilizou 270 áreas. Em 2015, houve uma
nova atualização do relatório que computou um total de 328 áreas. Destas, 192 áreas eram
referentes a postos de combustíveis.
2
Figura 1.1 - Resumo das etapas do gerenciamento de áreas contaminadas (MORAES, et al., 2014).
A contaminação de solos e águas subterrâneas decorrente da atividade de revenda de
combustíveis ocorre principalmente devido a vazamentos nas bombas de abastecimento,
conexões, tanques de combustíveis, caixas de visita e tubulações. Em geral, esses vazamentos
são pequenos, mas tomam grandes proporções por permanecerem durante um longo tempo sem
identificação e tratamento.
O petróleo é uma mistura complexa de compostos orgânicos, sendo principalmente
hidrocarbonetos (compostos constituídos de átomos de carbono e hidrogênio) que podem se
associar a outros elementos, sendo os mais comuns o nitrogênio, enxofre e oxigênio. A
remediação de áreas contaminadas por hidrocarbonetos de petróleo é complicada por se tratar
de poluentes hidrofóbicos, ou seja, pouco solúveis em água, tendendo assim a ficar fortemente
retidos na matriz do solo (MARQUES e GUERRA, 2008). Dentre as técnicas de remediação
existentes, podemos citar: tratamento térmico, biorremediação, escavação e remoção de solo ou
resíduo, extração de vapores, bombeamento e tratamento de águas subterrâneas, atenuação
natural, entre outras. Este trabalho focará na técnica de remediação termal, sua eficácia e
impactos potenciais.
A remediação termal consiste na dessorção, ou seja, na retirada dos contaminantes
adsorvidos ou absorvidos pelo solo, através do aquecimento. Este tratamento pode ser realizado
tanto com a remoção do material para descontaminação (ex situ) quanto com a aplicação da
3
tecnologia no local da contaminação (in situ). Além disso, este aquecimento pode ser realizado
através de injeção de vapor, injeção de ar quente, injeção de água quente, uso de resistência
elétrica, rádio frequência, entre outras tecnologias.
1.2 OBJETIVO
Propõe-se avaliar as técnicas de remediação térmica disponíveis no Brasil, bem como a
possibilidade de aplicação destas tecnologias no tratamento de sítios contaminados por
hidrocarbonetos de petróleo. Este trabalho se restringirá ao uso de técnicas de remediação
térmica in situ. Será analisada a eficácia da remediação, as propriedades do solo de maior
relevância para a aplicação da técnica, a legislação pertinente e a relação dos constituintes do
solo com a geração e distribuição da temperatura na região tratada.
1.3 METODOLOGIA
Para realizar este trabalho, foi feito um levantamento bibliográfico discorrendo sobre as
principais propriedades dos solos que estão relacionadas com o transporte de contaminantes. A
ênfase nos solos tropicais, foi realizada em virtude das suas características peculiares e da sua
expressiva presença no território brasileiro.
Foi analisada a maneira como se processa a contaminação de hidrocarbonetos de
petróleo na matriz do solo, além de verificar o estado da arte no Brasil no que diz respeito as
técnicas de remediação térmica ofertadas e suas aplicabilidades.
Em seguida, foram analisados os impactos da aplicação da técnica na estrutura e
propriedades de um solo e levantadas as legislações envolvidas na prevenção e tratamento de
resíduos gerados por postos de abastecimento de combustíveis. Além disso, foi desenvolvido
um quadro comparativo entre as técnicas mais aplicadas no Brasil.
4
2 PROPRIEDADES DOS SOLOS
Para entender como funcionam os fluxos dentro da massa de solo, serão abordadas
algumas propriedades térmicas, hidráulicas e elétricas de interesse, conforme esquematizado na
Figura 2.1.
Figura 2.1 - Três tipos de fluxo dentro de uma massa de solo poroso. (MITCHELL e SOGA, 2005)
Na figura são representados os fluxos de água (lei de Darcy), de corrente elétrica (lei de
Ohm) e de calor (lei de Fourier). Os dois primeiros ocorrem apenas através dos poros do solo,
e o terceiro (calor, energia) pode ser transmitido através dos poros e das partículas sólidas. Além
destes, ocorre também o fluxo de espécies químicas através dos poros, como na contaminação.
Como o solo é um meio poroso e trifásico (sólidos, água e ar), as suas propriedades são
determinadas pelas propriedades de cada um dos constituintes, pelo arranjo e pela proporção de
cada constituinte no conjunto.
2.1 PROPRIEDADES TÉRMICAS
O estudo das propriedades térmicas do solo é utilizado para diversos fins, como para o
dimensionamento de estruturas de aterramento e de transmissão e distribuição de energia
elétrica subterrânea e também é importante na aplicação de sistemas de descontaminação com
técnicas termais.
5
O teor de umidade, o grau de saturação, a concentração de sais e a temperatura são
alguns dos agentes que influenciam as propriedades térmicas dos solos (GARCIA, 2017). Neste
trabalho, serão abordadas as seguintes propriedades: condutividade térmica, difusividade
térmica, calor específico e resistividade térmica.
2.1.1 CONDUTIVIDADE E RESISTIVIDADE TÉRMICA
Materiais com alta condutividade térmica possuem maior capacidade de conduzir calor
do que materiais com baixa condutividade térmica. Em outras palavras, esta propriedade
corresponde à quantidade de calor que é transferida em uma unidade de tempo, pela área de
uma seção transversal unitária, devido a uma variação de temperatura imposta na direção do
fluxo (Eq. 2.1).
𝜆 =𝑞 × 𝑙
𝐴 × ∆𝑇
(2.1)
sendo:
λ – Condutividade térmica (W/mK ou cal/smºC)
q – Fluxo de calor (W ou J/s ou cal/s)
A – Área da seção transversal (m²)
ΔT – Variação de temperatura (K ou °C)
l – Distância percorrida (m).
Esta propriedade varia de acordo com o tipo de solo (mineralogia e granulometria),
massa específica e umidade (HUKSEFLUX, 2019). A porosidade do solo também influencia,
uma vez que solos com menor índice de vazios apresentam maior condutividade térmica. Este
fato é explicado pela maior condutividade térmica dos sólidos minerais (de 2,0 a 9,0 W/mK
dependendo do mineral) em relação à água e ao ar presentes nos poros. Estão apresentados na
Tabela 2.1 valores de condutividade térmica para diferentes tipos de solo. A partir dos valores
tabelados, verifica-se que a condutividade térmica é maior em solos saturados do que em solos
secos, pois a água é um melhor condutor do que o ar, uma vez que, segundo MITCHELL e
SOGA (2005), a condutividade térmica da água assume valores de 0,6 W/mK, enquanto o ar,
apresenta valores de 0,024 W/mK. Além disso, de acordo com DUARTE (2004), solos arenosos
permitem que o fluxo de calor seja transmitido de forma mais rápida, enquanto solos argilosos
têm alta capacidade de reter calor.
6
Tabela 2.1 - Condutividade térmica em W/mK (HUKSEFLUX, 2019).
Material λ (W/mK)
Solos Granulares 0,15 – 4,0
Solo saturado 0,6 – 4,0
Areia seca 0,15 – 0,25
Areia úmida 0,25 – 2,0
Areia saturada 2,0 – 4,0
Argila seca a úmida 0,15 – 2,0
Argila saturada 0,6 – 2,5
Solo orgânico 0,15 – 2,0
A resistividade térmica é o inverso da condutividade térmica. Logo, ela representa a
dificuldade ou resistência na condução de calor por um material. Vale ressaltar que a
resistividade e/ou condutividade de um terreno não é uniforme e varia de acordo com as
características de cada camada do solo.
2.1.2 CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO
O calor específico corresponde à quantidade de calor necessário para elevar um grama
de determinada substância em um grau Celsius (Eq. 2.2). Quanto maior o calor específico,
maior a quantidade de energia necessária para aquecer o material. Além disso, quando o calor
específico do solo é multiplicado pela sua massa, obtém-se a capacidade térmica do solo (Eq.
2.3). Quanto maior a capacidade térmica de um solo, maior a sua capacidade de armazenar
energia (calor), ou seja, uma parcela menor da energia recebida é transformada em variação da
temperatura.
𝑐 =𝑄
𝑚 × ∆𝑇
(2.2)
𝐶 = 𝑐 × 𝑚 =𝑄
∆𝑇
(2.3)
Onde:
c – Calor específico (cal/g ºC)
Q – Calor (cal)
m – Massa (g)
7
ΔT – Variação da temperatura (ºC)
C – Capacidade térmica (cal/ºC).
O calor específico depende da textura, estrutura e umidade do solo (TRINDADE,
BRIAN S., 2011). A Tabela 2.2 apresenta alguns valores de calor específico para diferentes
materiais. Observa-se que a água é o material de maior calor específico, e deve contribuir para
o valor resultante de calor específico do solo, ou seja, solos saturados devem apresentar maior
calor específico e capacidade térmica do que solos secos para a mesma composição.
Tabela 2.2 – Calor específico de diferentes materiais (Adaptado TRINDADE, BRIAN S., 2011).
Material c (cal/g ºC)
Solo minerais (seco) 0,18 – 0,20
Solos orgânicos (seco) 0,46
Água 1,00
Ar 0,24
2.1.3 DIFUSIVIDADE TÉRMICA
A difusividade térmica está relacionada com a facilidade de alteração da temperatura do
solo. Logo, ela corresponde à razão entre a condutividade térmica e a capacidade térmica por
unidade de volume (Eq. 2.4). A difusividade aumenta com a umidade até alcançar um valor
máximo e depois decresce, pois, a capacidade térmica volumétrica atinge valores maiores do
que a condutividade térmica com o aumento da umidade. (GARCIA, 2017)
𝐷 =𝜆
𝐶𝑣
(2.4)
Onde:
D – Difusividade térmica (m²/s)
𝜆 – Condutividade térmica (cal/smºC)
Cv – Capacidade térmica volumétrica (cal/m³ºC).
Materiais que apresentam baixos valores de difusividade térmica são capazes de reter a
energia por mais tempo. Além de ser afetada pela umidade, esta propriedade também varia com
a estrutura, textura e massa específica dos solos (COLABONE, 2002).
8
2.1.4 MEDIÇÃO DA TEMPERATURA
Existem no mercado diversos equipamentos que permitem a medição e monitoramento
das propriedades térmicas dos solos, como os termopares, geotermômetros e termistores.
Os termopares são sensores muito utilizados devido ao seu baixo custo e simples
manuseio. Existem diversos tipos de termopares no mercado, com múltiplas combinações de
metais ou calibrações, de forma a medirem diferentes intervalos de temperatura e atenderem à
incerteza requerida. Alguns modelos medem faixas de temperaturas de -200º a 1250ºC (ÔMEGA
ENGINEERING INC, 2019). O sensor é constituído de dois metais distintos, unidos por suas
extremidades. Quando há uma diferença de temperatura entre as extremidades livres e as
extremidades unidas, é gerada uma tensão elétrica que pode ser medida na extremidade livre.
Alguns modelos são também incorporados a sondas, conforme ilustrado na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Sonda de Termopar (ÔMEGA ENGINEERING INC, 2019).
Os termistores (ou permissores) são um tipo de resistor também muito utilizado para
medição de temperatura. Porém, este equipamento mede faixas de temperaturas menores
quando comparado aos termopares, pois apesar de ser possível encontrar equipamentos que
medem numa faixa de -50° a 300°C (UFPR, 2019), em geral, a sua faixa de operação é de 0º a
100ºC (ÔMEGA ENGINEERING INC, 2019). Existem dois tipos de termistores atualmente: o
PTC (Positive Temperature Coeficient) e o NTC (Negative Temperature Coeficient). O PTC
sofre um aumento de sua resistência elétrica com o aumento da temperatura, enquanto o NTC
reduz a sua resistência. Os termistores também podem ser incorporados a sondas, conforme
ilustrado na Figura 2.3.
9
Figura 2.3 - Sonda de Termistor (ÔMEGA ENGINEERING INC, 2019).
Os geotermômetros são termômetros de solos compostos por um bulbo que deve ser
enterrado no solo a profundidades definidas e uma haste de vidro com uma escala termométrica
ou um visor digital, conforme ilustrado na Figura 2.4. Podem ainda ser instalados como um
sítio de geotermômetros com a utilização de aparelhos com diferentes profundidades. Estes
equipamentos medem temperaturas de -50 a 200º (SOILCONTROL, 2019) e são amplamente
utilizados para monitoramento do solo na agricultura pois a temperatura do solo influencia
diretamente no desenvolvimento de muitas espécies de plantas.
Figura 2.4 - Geotermômetro Tipo Espeto (SOILCONTROL, 2019).
Há ainda sensores produzidos especificamente para medição das propriedades térmicas
de solos, que fornecem, além da temperatura, a condutividade, resistividade, difusividade e
calor específico dos solos. Dessa forma, não é necessária a execução de cálculos para
determinação destes parâmetros. Entretanto, é importante compreender a forma como cada uma
destas propriedades varia e como ela influenciam no comportamento dos diferentes tipos de
10
solos. Como um exemplo deste tipo de equipamento, podemos citar o sensor KD2-PRO, da
Decagon, ilustrado na Figura 2.5.
Figura 2.5 - Analisador de Propriedades Térmicas KD2 PRO (TABGIATNEJAD, et al, 2016)
Este tipo de equipamento aplica uma variação de temperatura em um ponto no solo e
mede a resposta em outro ponto. A partir do registro da temperatura aplicada e medida, distância
e tempo da resposta, as propriedades térmicas correspondentes são calculadas e apresentadas.
2.2 PROPRIEDADE HIDRÁULICAS
Para estudar os fenômenos de fluxo de água em solos é importante entender que a água
sempre fluirá do ponto de maior energia para o ponto de menor energia total e conhecer as
propriedades hidráulicas do solo onde este fluxo está sendo processado. A partir deste
pressuposto, a característica mais importante que deve ser analisada é a condutividade
hidráulica.
2.2.1 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA
A Condutividade hidráulica corresponde à taxa na qual a água se movimenta através dos
vazios do solo ou rocha, podendo ser definida para a condição saturada ou não saturada. Esta
propriedade pode ser determinada tanto através de métodos de laboratório, quanto de campo.
A Equação 2.5 foi a primeira fórmula apresentada para quantificar o movimento da água
em solo saturado, e ficou conhecida como “Lei de Darcy”, uma referência ao seu autor, o
engenheiro Henry Darcy. Em 1907, Buckingham descreveu o fluxo de água em solos não
11
saturados fazendo uma modificação na equação obtida por Darcy. A sua expressão matemática
é hoje conhecida como equação de Darcy-Buckingham. Anos depois, Richards combinou a
equação de Darcy-Buckingham com a equação da continuidade para estabelecer uma relação
mais geral que descrevesse o movimento da água em um meio poroso não saturado e sua
fórmula ficou conhecida como equação de Richards.
𝑄 = −𝑘(∆ℎ)
𝐿𝐴 = 𝑘 × 𝑖 × 𝐴
(2.5)
𝑣 = 𝑘 × 𝑖 (2.6)
sendo:
Q – Vazão (m³/s)
𝑘 – Coeficiente de permeabilidade ou condutividade hidráulica (m/s).
L – Espessura da camada de solo medida na direção do escoamento (m)
Δh – Diferença de potencial (m)
A – Área da amostra (m²)
i – gradiente hidráulico (m/m)
v – Velocidade aparente de percolação (m/s)
A Equação 2.6 foi obtida a partir da Equação 2.5, uma vez que a velocidade aparente de
percolação da água corresponde à vazão dividida pela área da seção transversal ao fluxo. A lei
de Darcy é válida para escoamentos laminares, porém o escoamento que ocorre dentro dos solos
é considerado laminar na maioria dos solos naturais (CAPUTO, 1988). Analisando a Equação
2.5, observamos que para a mesma geometria, gradiente hidráulico e condições do fluido, a
vazão é diretamente proporcional ao k.
A Lei de Darcy utiliza a velocidade aparente de percolação da água no solo, portanto é
importante apresentar também a velocidade real de percolação, que considera a área de vazios,
ao invés da área total da seção transversal. Quando o princípio da continuidade é aplicado a
estes dois conceitos, é possível concluir que a velocidade real de percolação é maior do que a
velocidade aparente, conforme esquematizado nas Eqs 2.7, 2.8, 2.9 e 2.10. Pois, a porosidade
do solo é menor do que 1, uma vez que representa a relação entre o volume de vazios e o volume
de total da amostra de solo.
𝑄 = 𝑣 × 𝐴 = 𝐴𝑓 × 𝑣𝑓 (2.7)
𝑣𝑓 =𝐴 × 𝐿
𝐴𝑓 × 𝐿× 𝑣 (2.8)
12
𝑣𝑓 =𝑉𝑡
𝑉𝑣× 𝑣 (2.9)
𝑣𝑓 =𝑣
𝑛 (2.10)
sendo:
Q – Vazão (m³/s)
v – Velocidade aparente de percolação (m/s)
vf – Velocidade real de percolação (m/s)
A – Área da amostra (m²)
Af – Área dos vazios (m²)
L – Comprimento da amostra (m)
Vt – Volume da amostra (m³)
Vv – Volume dos vazios (m³)
n – porosidade
O coeficiente de permeabilidade é uma propriedade que pode variar muito de um local
para o outro devido à estrutura da matriz do solo e até dentro de um mesmo solo, em virtude de
fatores como a heterogeneidade e a estratificação do terreno. A condutividade hidráulica do
solo assume diferentes valores nas direções horizontal e vertical, sendo a condutividade
horizontal (kh) maior do que a condutividade vertical (kv), em todo depósito estratificado.
Ademais, quanto maior a temperatura, menor é a viscosidade da água e mais facilmente ela
escoa através dos vazios do solo. O que correspondente ao aumento do coeficiente de
permeabilidade, uma vez que k é inversamente proporcional à viscosidade da água (CAPUTO,
1988).
Quando é citada a estrutura da matriz do solo, é preciso mencionar ainda a organização
das partículas. Uma amostra com estrutura dispersa terá uma permeabilidade menor que outra
com estrutura floculada devido à combinação de forças de atração e repulsão (MARAGON,
2020). Na Figura 2.6 estão apresentados intervalos de variação da condutividade hidráulica para
diferentes tipos de solo.
Figura 2.6 - Intervalos de variação de k (A. Casagrande e R. E. Fadum.,1940, apud CAPUTO, 1988).
13
Além disso, quando está sendo abordado um solo não saturado, é importante considerar
também o grau de saturação. Quando o solo está saturado, todos os vazios estão preenchidos e
conduzindo água, portanto a condutividade hidráulica é máxima. Entretanto, quando o solo está
em condição não saturada, alguns vazios ficam preenchidos com ar e k diminui (GONÇALVES
e LIBARDI, 2013). Solos granulares, de textura mais grossa, possuem condutividade hidráulica
saturada mais elevada do que a de solos finos.
Porém, em condição não saturada, há grande variação de umidade e os solos finos
podem apresentar valores superiores à de solos granulares para determinados níveis de sucção
(MIQUELETTO, 2008).
2.2.2 CURVA DE RETENÇÃO DE ÁGUA
A maneira como o solo administra a presença da água no seu interior pode ser
representada pela curva de retenção da água, que consiste na relação entre a quantidade de água
presente no meio poroso e a energia necessária para remover essa água. Esta é uma propriedade
muito importante para compreensão dos processos que ocorrem dentro da matriz dos solos não
saturados. Porém, essas duas grandezas podem ser representadas de formas diferentes conforme
ilustrado na Figura 2.7, é possível utilizar tanto a umidade gravimétrica, quanto o grau de
saturação ou a umidade volumétrica para representar a quantidade de água no solo, por exemplo
(CARVALHO et al, 2015).
O teor de umidade gravimétrico corresponde à relação entre a massa de água e a massa
de sólidos e o teor de umidade volumétrico consiste na relação entre o volume da água e o
volume total da amostra, conforme Eq. 2.11 e 2.12. A umidade gravimétrica é medida
diretamente e a volumétrica é calculada. Já o grau de saturação é obtido pela razão entre o
volume da água e o volume de vazios, conforme Eq. 2.13.
𝑤 =𝑀𝑤
𝑀𝑠 (2.11)
𝜃 =𝑉𝑤
𝑉𝑡 (2.12)
𝑆 =𝑉𝑤
𝑉𝑣 (2.13)
sendo:
w – umidade gravimétrica
Mw – Massa de água (kg)
14
Ms – Massa de sólidos (kg)
θ – umidade volumétrica
Vw – Volume de água (m³)
Vt – Volume total da amostra de solo (m³)
Vv – Volume de vazios (m³)
S – Grau de saturação
Figura 2.7 – Formas de representação da curva de retenção. a) Grau de saturação em escala linear e
sucção em escala logarítmica. b) Teor de umidade volumétrica. c) Grau de saturação e sucção em
escala linear (CARVALHO et al, 2015).
Na Figura 2.7.a, 2.7.b e 2.8 é possível observar claramente a formação de 3 trechos bem
definidos. No primeiro trecho, o material está inteiramente saturado. Este trecho se estende até
o valor de entrada de ar (Ψb) que é o valor da sucção máxima que os maiores poros conseguem
suportar sem que ocorra drenagem. No segundo trecho, o solo é drenado através do
desenvolvimento de fluxos de água em forma líquida (sucção residual – Ψres). No último trecho,
a água armazenada nos poros está em condição menos livre (grau de saturação residual, Sres).
Porém, há solos que apresentam curvas de retenção com formatos diferentes destas
15
(CARVALHO et al, 2015). Segundo GERSCOVICH (2011), o formato da curva depende do
tipo de solo, da distribuição de tamanhos de vazios e, consequentemente, da sua distribuição
granulométrica.
Figura 2.8 – Parâmetros de uma curva de retenção. (CARVALHO et al, 2015).
Então, Carvalho et al (2015) fazem três afirmativas:
Quanto mais uniforme a distribuição granulométrica de uma areia, mais íngreme é a
curva, isto é, menor o intervalo de sucções necessárias para drenar a água dos poros;
Conforme é realizado um aumento de sucção, os poros maiores são os primeiros a serem
drenados.
Solos finos demandam maiores valores de sucção para serem drenados do que solos
mais granulares.
SANTOS et al (2015) explicam que os solos finos retêm maior porcentagem de água do
que os solos grossos devido ao fato de que possuem uma superfície de adsorção maior e
menores espaços porosos. A sucção é inversamente proporcional ao diâmetro do poro, então,
no caso de poros muito pequenos é preciso um valor maior de sucção para permitir a saída da
água e a entrada do ar.
Porém, CARVALHO et al (2015) ressaltam que a retenção de água não depende apenas
da estrutura do solo, mas também de sua mineralogia. Além disso, a curva será diferente se
obtida por secagem progressiva de um solo saturado (também chamada de curva de secagem)
ou por umedecimento de um solo seco. Essa diferença é chamada de histerese, e ocorre no
campo (Santos et al, 2015). O processo de secagem permite ainda a obtenção do chamado limite
16
de contração, pois em alguns solos saturados, a perda de água é acompanhada de variação de
volume e essa variação também deve ser medida para obtenção da curva de retenção de água
(CARVALHO et al, 2015).
2.3 PROPRIEDADES ELÉTRICAS
Os principais parâmetros elétricos dos solos que estão envolvidos no desenvolvimento
dos fluxos de energia são: gradiente elétrico, resistência, resistividade e condutividade elétrica.
2.3.1 CONDUTIVIDADE E RESISTIVIDADE ELÉTRICA
A condutividade elétrica corresponde à capacidade de um material conduzir corrente
elétrica e é equivalente ao inverso da resistividade elétrica, conforme enunciado na Equação
2.5. Já resistência elétrica é determinada como na Equação 2.6, também conhecida como Lei
de Ohm. E, o gradiente elétrico é calculado pela Equação 2.7
𝜎 =1
𝜌=
𝐿
𝑅𝐴
(2.5)
𝑅 =𝑉
𝑖
(2.6)
𝑖𝑒 =∆𝑉
𝐿
(2.7)
sendo:
σ – Condutividade elétrica (s/m)
ρ – Resistividade elétrica (Ωm)
R - Resistência elétrica (Ω)
A - Área da seção transversal (m²)
L – Comprimento (m)
i – Corrente elétrica (A)
ie – Gradiente elétrico (V/m)
V – Tensão elétrica (V)
Em seu estado natural, o solo é considerado um mau condutor de eletricidade e quando
está completamente seco, ele se comporta como um material isolante. Pois, enquanto os
materiais considerados condutores apresentam resistividade da ordem de 10-8Ω.m, encontram-
17
se solos com 5 a 20.000Ω.m, conforme apresentado na Tabela 2.3 (FILHO, 2002). Quando é
aplicada uma corrente elétrica no solo, ela atravessa os poros, principalmente, pela água. A água
possui condutividade elétrica da ordem de 0,055×10-5 a 1Ω-1.m-1 quando deionizada e 0,01 a
0,2 Ω-1.m-1 quando proveniente de fontes de água doce. A água do mar pode apresentar valores
de condutividade de até 5.5 Ω-1.m-1 devido à presença de sal (FONDRIEST, 2020). Já o ar se
caracteriza como um isolante elétrico e conduz eletricidade apenas quando submetido a altas
diferenças de potencial.
Tabela 2.3 – Faixas de valores de resistividade de certos tipos de solo (FILHO, 2002).
Tipo de Solo Resistividade (Ω.m)
Lama 5 a 100
Humus 10 a 150
Limo 20 a 100
Argilas 80 a 330
Terra de jardim 140 a 480
Calcário fissurado 500 a 1.000
Calcário compactado 1.000 a 5.000
Granito 1.500 a 10.0000
Areia 3.000 a 8.000
Basalto 10.000 a 20.000
A condutividade elétrica no solo depende principalmente de três fatores: teor de
umidade, teor de sal e temperatura (BAPTISTA, 2005). O aumento de água no solo gera a
diminuição da sua resistividade elétrica e consequente aumento da condutividade. Na Figura
2.11 é apresentado um exemplo da relação entre a umidade e resistividade em um solo arenoso.
O aumento da quantidade de sais também gera a diminuição da resistividade, uma vez que a
condução se processa nos solos através de mecanismos eletrolíticos. Por outro lado, a variação
da temperatura precisa ser analisada com mais cuidado. Se esse aumento ocorrer ao ponto de
gerar diminuição da umidade, ocorrerá um aumento da resistividade. Entretanto, quando a
temperatura diminui para valores menores do que zero, também é observado uma diminuição
da condutividade elétrica, pois a estrutura cristalina do gelo confere alta resistividade ao meio
(FILHO, 2002).
18
Figura 2.9 - Relação entre a resistividade e a umidade em um solo arenoso (FILHO, 2002).
É possível citar ainda o volume dos poros, as características dos minerais presentes nos
solos, a sua capacidade de retenção de água e a continuidade física do solo como fatores que
exercem alguma influência sobre sua capacidade de condução de corrente. Porém, prever o
comportamento do solo sob influência de tantos fatores, não é tão simples e é recomendada a
medição desta propriedade, em campo ou laboratório para melhor compreensão (FILHO, 2002).
2.3.2 A MINERALOGIA DO SOLO E AS CARGAS ELÉTRICAS
Os solos se formam através da decomposição das rochas que formam a crosta terrestre.
Esta decomposição ocorre através da atuação de agentes físicos e químicos, como a variação
da temperatura e a presença da água, da flora e da fauna. Estes agentes promovem ataques
químicos no solo, gerando reações de hidratação, hidrólise, oxidação lixiviação, troca de
cátions, carbonação, entre outras. Porém, para entender como as partículas do solo se formam
e reagem entre si, é importante conhecer quais são os minerais presentes na região de estudo.
Segundo PINTO (2006), os argilo-minerais, presentes em solos tropicais, apresentam
uma estrutura e comportamento complexos por existirem imperfeições em sua composição
mineralógica. É comum átomos de alumínio (Al3+) substituírem átomos de Silício (Si4+) em
partículas de argila com estrutura tetraédrica e átomos de alumínio serem substituídos por
19
átomos de menor valência como o magnésio (Mg2+) em estruturas octaédricas, por exemplo.
Essas alterações são chamadas de substituições isomórficas, uma vez que não alteram o arranjo
dos átomos, mas as partículas ficam com uma carga negativa. Para compensar esta deficiência
de cargas positivas, outros cátions são adsorvidos nos espaços intermelares ou nas superfícies
das partículas. Porém, como as forças de interação eletrostática são ligações fracas, estes cátions
são facilmente substituíveis. Esse mecanismo é denominado “troca catiônica”, uma vez que
envolve íons positivos (BARBOSA, 1995).
As cargas presentes na superfície das partículas do solo podem ser chamadas de
permanentes ou variáveis. As cargas permanentes são decorrentes de trocas iônicas na estrutura
dos argilo-minerais, conforme já explicado. Na teoria, a carga permanente pode ser negativa ou
positiva, porém, em função dos tamanhos iônicos é comum o elemento de menor valência
substituir o de maior valência, causando um déficit de carga positiva na estrutura do mineral.
As cargas variáveis também podem ser chamadas de cargas dependentes e são cargas
influenciadas pelo pH do meio. Ou seja, elas ocorrem quando o mineral possui terminações OH
nas extremidades das partículas que podem se ligar aos íons hidrogênio disponíveis na solução
do solo.
Segundo BARBOSA (1995), a propriedade de troca iônica em solos é quase totalmente
devida aos componentes minerais da fração fina (silte e argila) e à matéria orgânica. Além dos
argilo-minerais, os óxidos e hidróxidos de Fe, Al e Ti, frequentemente encontrados em solos
tropicais, também apresentam carga de superfície e contribuem significativamente para a
atividade coloidal do solo. Dessa forma, há três conceitos que precisam ser definidos:
Capacidade de troca catiônica (CTC) – corresponde ao valor máximo de carga positiva
que o solo pode absorver (meg/100g ou cmolc/kg).
Capacidade de troca aniônica (CTA) – corresponde ao valor máximo de carga negativa
que o solo pode absorver (meg/100g ou cmolc/kg).
Ponto de Carga Zero (PCZ) – Valor do pH para o qual a carga total de cátions adsorvidos
é igual à carga total de ânions adsorvidos.
2.3.3 DUPLA CAMADA DIFUSA
A teoria da dupla camada difusa descreve um modelo de distribuição de íons na solução
do solo. Em um sistema água-argila, a partícula de argila está carregada negativamente em sua
20
superfície, a água intersticial conta com a presença de cátions e ainda há água livre com carga
total neutra. Esta combinação de elementos gera a dupla camada difusa (SILVEIRA, 2009).
Figura 2.10 - Dupla camada difusa (Mitchell, 1976, apud NETO, 2020).
MITCHELL e SOGA (2005) comparam a relação entre os íons no sistema água-argila
às moléculas de ar na atmosfera, em que a tendência de fuga dos gases é combatida pela atração
gravitacional da Terra. A distribuição dos íons acontece de maneira que o potencial elétrico
máximo se desenvolve na superfície da partícula e diminui com distância conforme ilustrado
na Figura 2.10 (NETO, 2020). Além disso, o campo elétrico da dupla camada atua como uma
membrana semipermeável que viabiliza trocas com os íons presentes no meio (GARCIA, 2017).
2.3.4 FENÔMENOS ELETROCINÉTICOS
A aplicação de campo elétrico em um solo com estas características pode culminar na
geração de fenômenos eletro-cinéticos, como: eletro-osmose, eletroforese e eletro-migração,
conforme esquematizado na Figura 2.11.
21
Figura 2.81 - Representação dos fenômenos eletro-cinéticos (Mitchell, 1993, apud SILVEIRA,
2009). a) Eletro-osmose. b) Eletroforese. c) Eletro-migração.
Ao ser gerado um campo elétrico no solo, os íons são atraídos pelo eletrodo de
polaridade oposta (Figura 2.11 c), no fenômeno de eletromigração. A eletrosmose se caracteriza
pela geração de um fluxo de água resultante em direção a um dos eletrodos (em geral o catodo)
devido à aplicação de um potencial elétrico (Figura 2.11 a). Esse fluxo decorre do arraste da
água de hidratação dos íons em movimento nos dois sentidos, com predominância do sentido
dos íons presentes em maior quantidade, que em geral são os cátions. A eletroforese (Figura
2.11 b) consiste na geração de um fluxo de partículas carregadas através da água em direção ao
eletrodo de polaridade oposta. Esse fenômeno ocorre, por exemplo, com bactérias, que têm
carga superficial negativa e se movem em direção ao catodo.
22
A contribuição destes fenômenos para os fluxos elétricos que ocorrem dentro da massa
de solo varia de acordo com o tipo de solo, umidade, composição química do fluido, gradiente
de voltagem, entre outros fatores (SILVEIRA, 2009).
23
3 SOLOS TROPICAIS
Os solos tropicais são assim chamados por serem encontrados principalmente na zona
localizada entre os trópicos. Estes solos possuem características particulares devido ao clima e
aos demais processos pedológicos desta região. Quando são mencionados os solos tropicais, é
importante citar os solos lateríticos e saprolíticos, típicos destas áreas. Segundo NOGAMI e
VILLIBOR (2009), 65% do território brasileiro é composto por solos lateríticos, conforme
ilustrado na Figura 3.1.
Figura 3.1 - Ocorrência de solos lateríticos no território brasileiro (NOGAMI e VILLIBOR, 2009).
Ao observar a seção vertical de um solo, verifica-se uma série de camadas
aproximadamente paralelas à superfície, mas com aspecto e constituição diferentes entre si.
Essas camadas são chamadas de horizontes e estão relacionadas aos processos de formação e
alteração do solo no local de deposição. Os solos são formados por quatro principais
componentes: partículas minerais, matéria orgânica, água e ar. A fase sólida é formada pelas
partículas minerais e pela matéria orgânica e normalmente a matéria orgânica se encontra em
24
maior quantidade próxima à superfície. Entremeados aos materiais sólidos estão a água (fase
líquida) e o ar (fase gasosa), que ocupam o espaço poroso do meio (LEPSCH, 2010). A camada
superficial de um terreno é subdividida, em geral, em dois horizontes: A e B (MELLO, 2005).
MARAGON (2019) apresenta um perfil de solo tropical típico em corte, conforme ilustrado na
Figura 3.2, em que são apresentados 3 horizontes. Nos horizontes A e B são observados solos
lateríticos e no horizonte C, um solo saprolítico.
Figura 3.2 - Horizontes de um solo tropical (MARAGON, 2019)
Os solos saprolíticos são resultado da decomposição ou desagregação da rocha mãe e
mantêm a estrutura da rocha matriz. Ou seja, são solos residuais jovens que permanecem
praticamente no mesmo local da rocha mãe (MARAGON, 2019). Já os solos lateríticos são
formados através da intensa intemperização de solos residuais de zonas tropicais e úmidas. São
solos residuais maduros, típicos de regiões de clima quente e com regime de chuvas moderadas
a intensas que provocam a percolação de partículas finas e alguns cátions básicos, deixando no
solo partículas pesadas como o ferro e o alumínio, processo denominado como Laterização.
Estes elementos são responsáveis pela coloração avermelhada do solo e pela retenção de íons,
além disso, eles se ligam às partículas do solo dando origem às lateritas (ARAUJO e DANTAS,
2014).
25
3.1.1 SOLOS LATERÍTICOS
Quanto mais úmido e quente for o clima, mais intensa é a Laterização do solo e maior a
profundidade do terreno que é submetida a estas alterações físicas e químicas, pois o aumento
da temperatura aumenta a velocidade das reações químicas. Porém, em regiões com escassez
de água, as rochas sofrem maior intemperismo físico do que químico e a profundidade destas
modificações é menor (MELLO, 2005). Por causa do intemperismo intenso e duradouro, a
maioria dos latossolos é muito pobre em nutrientes vegetais, porém os avanços tecnológicos na
pesquisa agrícola permitiram uma maior utilização destes solos na agricultura com o uso de
corretivos de acidez e fertilizantes (LEPSCH, 2010).
Os solos lateríticos apresentam-se, em geral, não saturados e com alto índice de vazios,
alcançam elevada capacidade de suporte quando compactados (PINTO, 2006) e grande parte
da sua granulometria possui diâmetro menor que 2 mm.
A presença de óxidos de ferro na constituição de um solo pode conferir maior
permeabilidade à água e maior resistência à erosão, quando comparado a outros solos de
mineralogia similar, mas com menores taxas desses minerais (GARCIA, 2017). Na época da
seca, os óxidos de ferro são cristalizados como hematita e em ambientes constantemente
úmidos, como goethita. Já o óxido de alumínio dá origem principalmente à gibbsita
(MARTINEZ, 2003).
A fração argila presente nos solos tropicais é formada principalmente de minerais
cauliníticos. A caulinita é um mineral argiloso silicatado e possui carga negativa permanente,
em adição à carga variável, mas ela é pequena e de pouca expressão. Sua estrutura é formada
por uma camada tetraédrica e uma octaédrica (estrutura de camada 1:1), conforme ilustrado na
Figura 3.3. Na verdade, a caulinita possui atividade coloidal reduzida, baixa plasticidade, baixa
capacidade de expansão e contração e alta resistência ao cisalhamento. Caulinita, goethita,
hematita e gibbsita são os principais minerais que apresentam característica de carga variável.
Porém, é a ocorrência de substâncias orgânicas que contribuem para intensificar a atividade
coloidal, pois possuem carga variável negativa devido à dissociação de hidroxilas e
desenvolvem baixos valores de pH.
26
Figura 3.3 – Estrutura de uma camada de Caulinita. a). Atômica. b) Simbólica (PINTO, 2006).
Devido à sua formação e por influência da sua mineralogia, solos severamente
intemperizados e com carga variável apresentam algumas propriedades agronomicamente
desejáveis como: boa profundidade, estrutura estável, boa porosidade e alta permeabilidade.
Porém, eles também apresentam características inconvenientes, como: alta acidez e baixa
reserva de nutrientes, baixa capacidade de troca catiônica, alta capacidade de adsorção aniônica
(especialmente fosfato) e PCZ alto (FONTES et al, 2001).
Devido à sua característica peculiar, os solos tropicais não se enquadram no Sistema
Unificado de Classificação dos Solos e alguns autores já propuseram outras classificações
visando o melhor enquadramento destes solos, tomando como base a sua mineralogia, estrutura,
granulometria, grau de intemperismo, clima local, entre outros fatores. Como exemplo, pode-
se citar a metodologia MCT proposta por Nogami e Villibor, que visa analisar as propriedades
mecânicas e hídricas dos solos tropicais para utilização como bases de pavimentos rodoviários
(NOGAMI e VILLIBOR, 2009).
27
4 CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS DE PETRÓLEO
A Agência Nacional Do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP, 2020) define o
petróleo como uma substância fóssil, oleosa e inflamável e de alto valor energético. Podemos
considerá-lo ainda como uma fonte de energia não renovável, utilizado como matéria prima na
indústria de combustíveis, dentre as suas diversas aplicações. O petróleo bruto é uma mistura
complexa de hidrocarbonetos, cujas frações leves formam os gases e as frações pesadas o óleo
cru. O que define os diversos tipos de petróleo existentes no mundo é exatamente a distribuição
destes percentuais de hidrocarbonetos. Após a seleção do tipo desejável de óleo cru, os mesmos
são refinados por meio de processos que permitem a obtenção dos subprodutos de interesse,
livres de impurezas e componentes indesejáveis. A separação das frações é baseada no ponto
de ebulição dos hidrocarbonetos (SANTOS et al, 2008).
Os líquidos presentes em contaminações podem ser miscíveis ou imiscíveis. Os líquidos
miscíveis contêm compostos inorgânicos como ácidos, base e sais, e compostos orgânicos
hidrofílicos como éteres, cetonas e os álcoois (VERHNJAK, 2015). Porém, a maior
problemática da contaminação com hidrocarbonetos totais de petróleo (HTP) está relacionado
aos hidrocarbonetos aromáticos e os alifáticos. Estes compostos são consideravelmente tóxicos
e podem estar presentes no subsolo como líquido de fase não aquosa, ou seja, líquidos
imiscíveis, do inglês, Non Aqueous Phase Liquids, NAPL (PICCIONI e GREGORCZYK,
2011). Um hidrocarboneto alifático é um composto que não apresenta anéis de benzeno em sua
estrutura, pois a sua cadeia carbônica é aberta. Podem ser alcanos, alcenos, alcinos ou
alcadienos. Já os hidrocarbonetos aromáticos possuem pelo menos um anel benzênico em sua
estrutura (SANTOS et al, 2008).
Além disso, os aromáticos possuem maior mobilidade em água, sua solubilidade é da
ordem de três a cinco vezes maior que a dos alifáticos e possuem maior facilidade de
volatilização, apresentando risco de contaminação por inalação. Os postos de abastecimento de
combustíveis são as principais fontes de contaminação de solo e águas subterrâneas pelos
compostos BTEX, forma como são conhecidas as substâncias aromáticas benzeno, tolueno,
etilbenzeno e xilenos (PICCIONI e GREGORCZYK, 2011). Esses elementos são conhecidos
pelo seu alto grau de toxidade e capacidade cancerígena, podendo afetar o sistema nervoso, a
medula óssea, provocar dores de cabeça, náusea, anemia e leucemia (MARQUES e GUERRA,
2008). Embora de baixa solubilidade, são os mais solúveis compostos orgânicos e, portanto, os
28
primeiros a serem dissolvidos por infiltração (SCHMIDT, 2004). Os valores de referência
dessas substâncias em solos e águas subterrâneas estão apresentados na Tabela 4.1.
Tabela 4.1 - Valores orientadores para solos e águas subterrâneas em São Paulo (CETESB, 2016).
HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS VOLÁTEIS
Substância CAS N°
Solo (mg kg-1 peso seco) Águas
Subterrâneas
(μg L-1)
Valor de
Referência
Qualidade
Valor de
Prevenção Valor de intervenção (VI)
(VRQ) (VP) Agrícola Residencial Industrial VI
Benzeno 71-43-2 - 0,002 0,02 0,08 0,2 5
Estireno 100-42-5 - 0,5 50 60 480 20
Etilbenzeno 100-41-4 - 0,03 0,2 0,6 1,4 300
Tolueno 108-88-3 - 0,9 5,6 14 80 700
Xileno 1330-20-7 - 0,03 12 3,2 19 500
Os NAPL são classificados como LNAPL (Light Non aqueous Phase Liquids) quando
possuem densidade menor do que a da água e DNAPL (Dense Nonaqueous Phase Liquids)
quando possuem densidade maior do que a da água. Uma vez inserido no subsolo, o produto do
petróleo passa a compor as quatro fases ilustradas na Figura 4.1: vapor, devido à volatilização
dos hidrocarbonetos retidos na zona não saturada; adsorvida, caracterizada pela retenção de
compostos na superfície dos grãos devido à ação de forças geradas por tensões interfaciais (fase
residual); dissolvida, em virtude da dissolução dos hidrocarbonetos em contato com a água
subterrânea; e separada, também chamada de fase livre (BORGES et al, 2006). Dessa forma, o
fluxo de contaminantes pode ser bifásico, composto por água e NAPL, ou trifásico, composto
por água, NAPL e ar, como ocorre na zona não saturada do solo.
Os NAPL se movimentam verticalmente através do solo a partir da fonte de
contaminação superficial em consequência da atuação de pressões. Quando a quantidade de
NAPL é diminuta, todo o contaminante pode ficar retido nos poros como fase residual. Nesse
caso, a contaminação atinge o aquífero por infiltração de água onde os contaminantes mais
solúveis são dissolvidos (SCHMIDT, 2004). Os DNAPL podem liberar compostos solúveis na
fase gasosa contida na zona não saturada e na água de infiltração que os transporta para a zona
saturada (HANSEN, 2013). Como são mais densos, penetram maiores profundidades do que os
LNAPL, eles ultrapassam a zona saturada e migram até encontrar uma camada de baixa
29
permeabilidade, onde se depositam sob a forma de piscinas. Porém, eles ainda podem se infiltrar
na camada impermeável através de fissuras. São exemplos de DNAPL: hidrocarbonetos
poliaromáticos, organoclorados e pesticidas, entre outros (SCHMIDT, 2004).
Figura 4.1 - Representação esquemática do comportamento de DNAPL (BORGES et al, 2006).
Já os LNAPL migram por gravidade através da zona não saturada até a zona de
capilaridade, localizada acima do nível de água subterrânea. Na zona de capilaridade, o
movimento vertical do LNAPL é reduzido até atingir a saturação residual. Então, no topo da
zona de capilaridade, o composto cessa sua migração vertical e começa a migrar
horizontalmente na mesma direção do fluxo subterrâneo (HANSEN, 2013). Como o LNAPL
possui densidade menor do que a água, a sua presença não deveria ser registrada na zona
saturada do solo. Porém, há registros de LNAPL residual na zona saturada. Isso pode ocorrer
devido a variações do nível d’água. Ao rebaixar-se o nível d’água, o LNAPL desce junto com
a superfície do lençol, mas ao retornar o nível à posição anterior, parte do contaminante pode
ficar retida na superfície dos grãos, agora na zona saturada. Além disso, parte deles também
tem uma fração solúvel, mesmo que em baixa concentração. Os compostos BTEX são exemplos
de LNAPL (SCHMIDT, 2004).
30
Segundo NANNI (2003), os principais processos de transporte de contaminantes em
águas subterrâneas são: a advecção, difusão e dispersão. A advecção é observada quando a
direção do fluxo é definida pela velocidade, logo, o soluto se movimenta junto com a superfície
freática. O transporte difusivo ocorre em função do gradiente de concentração do poluente, os
compostos de deslocam de uma área de maior concentração para outra com menor
concentração. Já a dispersão é o processo de diluição de contaminantes e varia de acordo com
diversos fatores, como: as características físicas do contaminante, a variação espacial dos
caminhos de fluxo, a heterogeneidade do aquífero e a velocidade do fluxo subterrâneo. Por isso,
as plumas tendem a desenvolver formas alongadas seguindo a direção de fluxo predominante
das águas subterrâneas, conforme esquematizado na Figura 4.2.
Figura 4.2 - Esquema do transporte de contaminantes em água subterrânea (TEIXEIRA E ABREU,
2018).
A CETESB (2020) levantou os principais locais onde se originam a contaminação com
combustíveis, bem como suas possíveis causas, conforme apresentado a seguir. A Figura 4.3
identifica os componentes do Sistema de Armazenamento Subterrâneo de Combustíveis
(SASC) abordados nos tópicos abaixo.
Infiltração no solo durante a operação de abastecimento ou descarga de produtos devido
à utilização de materiais inadequados na composição do piso da pista, como: blocos de
concreto, asfalto ou paralelepípedos. Bem como a ausência das canaletas ao redor do
estabelecimento, que são responsáveis por coletar eventuais resíduos do abastecimento
e lavagem de veículos e direcioná-los até uma caixa separadora de água e óleo.
31
Figura 4.3 - Sistema de Armazenamento Subterrâneo de Combustível (COGO, 2017).
Rupturas de conexões subterrâneas ou das tubulações metálicas que conectam os
tanques às unidades de abastecimento, devido a esforços mecânicos impostos pela
constante circulação de veículos. Esta problemática já tem sido reduzida com a
utilização de tubulações de PEAD (polietileno de alta densidade), um material flexível,
que possui maior resistência a impactos e esforços.
Extravasamentos em câmaras de calçada de acesso à boca de descargas sem
impermeabilização, ilustrado na Figura 4.4.a.
Figura 4.4 – Contaminações por hidrocarbonetos de petróleo.
a) Câmara de calçada de boca de descarregamento contaminada por óleo diesel. b) Unidade de
abastecimento com vazamento de produto (CETESB, 2020).
32
Vazamentos nas conexões das bombas de combustíveis. Este problema é facilmente
identificável na presença de desgastes na pintura externa dos painéis do equipamento,
causado pela ação direta do produto; ou, na presença de produto impregnando no solo
ou areia existente na base das unidades de abastecimento, conforme ilustrado na Figura
4.4.b.
Reinstalação inadequada das válvulas extratoras dos tanques de combustíveis. A troca
destas válvulas pode ser realizada com certa frequência devido a entupimentos e a sua
instalação inadequada pode gerar vazamentos. Porém, este dispositivo vem sendo
substituído por válvulas de retenção, que ficam localizadas junto à base das unidades de
abastecimento.
Extravasamento nos respiros durante operações de descarga e vazamentos nas linhas
que conectam o tanque ao respiro ou nas tubulações que conectam o filtro de diesel à
unidade de abastecimento.
Trincas na estrutura das caixas separadoras de água e óleo ou extravasamento devido ao
acúmulo excessivo de resíduos.
Vazamentos em tanques devido à corrosão; danos causados por transporte ou instalação
inadequada dos tanques; má qualidade de compactação do solo nas cavas de instalação;
fixação, profundidade de instalação ou altura da área recoberta inadequadas. Quando
não é possível realizar a retirada de um tanque enterrado desativado, recomenda-se que
eles sejam preenchidos com material inerte, como areia. Os tanques atualmente são
fabricados com parede dupla (tanques jaquetados) de forma a reduzir o risco de
vazamentos e contaminações.
Infiltração de óleos lubrificantes a partir de tanques subterrâneos de alvenaria
construídos para armazenamento temporário.
33
5 REMEDIAÇÃO TERMAL
As técnicas de remediação térmica utilizam processos associados a variação da
temperatura e, na maioria dos casos, busca-se o aquecimento da região contaminada, de maneira
a produzir efeitos sobre as espécies contaminantes e/ou sobre o meio (solo e água subterrânea).
O aquecimento pode se refletir em aumento da volatização, aumento da solubilização,
diminuição da viscosidade do fluido, facilitando o seu transporte e remoção ou, até mesmo,
para temperaturas mais elevadas, a destruição do contaminante. Algumas vantagens da
aplicação de técnicas in situ é que há economia com custos referentes à escavação e transporte,
uma vez que a tecnologia é aplicada diretamente no local degradado e há menor perigo
associado ao manuseio de solo contaminado, uma vez que a escavação do solo pode expor os
trabalhadores à inalação, ingestão ou contato cutâneo com os contaminantes (YEUNG, 2009).
O tratamento com tecnologias térmicas tem sido utilizado para tratar uma ampla
variedade de contaminantes, incluindo: compostos orgânicos voláteis clorados (CVOC -
Chlorinated Volatile Organic Compounds), compostos orgânicos semivoláteis (SVOC – Semi
Volatile Organic Compounds), hidrocarbonetos totais de petróleo, hidrocarbonetos aromáticos
policíclicos (HAP) incluindo creosoto e alcatrão de carvão, bifenilas policloradas (PCB) e
pesticidas. Em diferentes tipos de sítios, tais como: instalações industriais, tinturarias, terminais
a granel, ex-fábricas de gás manufaturado, edifícios comerciais e residenciais, entre outros
(EPA, 2014).
Porém, para executar o tratamento é necessário que não esteja sendo realizada nenhuma
outra atividade na área em questão. É preciso também se atentar ao fato de que os minerais e
matéria orgânica presentes no solo se decompõem e podem ser totalmente destruídos quando
submetidos a temperaturas muito elevadas, portanto a intenção de realizar um replantio na área
é algo que deve ser levado em consideração no momento de escolher a técnica de remediação.
Bem como o fato de que, para promover o aquecimento de uma região contaminada a altas
temperaturas, é necessária uma grande quantidade de energia, fornecida de maneira constante,
o que torna o empreendimento relativamente caro (VIDONISH et al, 2016).
A Figura 5.1 relaciona algumas técnicas de descontaminação, sua faixa de temperatura
e forma de atuação (melhorar a mobilidade dos contaminantes, separar contaminantes das
partículas dos solos, entre outros) com o tipo de substância responsável pela contaminação e as
temperaturas em que certos constituintes do solo podem ser afetados.
34
Figura 5.1 – Relação entre técnicas de tratamento, propriedades do solo e contaminantes em
função da temperatura. a) Faixas de temperaturas associadas à aplicação de técnicas de
descontaminação para certos tipos de contaminantes. b) Temperaturas nas quais a biologia, química,
matéria orgânica e a mineralogia da argila são afetadas (O’BRIEN, et al, 2017).
Abaixo estão descritas algumas técnicas de remediação térmica de solos que têm sido
utilizadas no Brasil, suas formas de execução e quando a aplicação de cada uma delas é mais
indicada. Porém, ainda é possível que seja realizada a aplicação de duas ou mais técnicas
combinadas para realizar a remediação de uma área com geologia complexa, por exemplo. A
escolha correta do método de tratamento depende do cenário de contaminação (incluindo a
profundidade e extensão da pluma, o tipo de poluentes presentes, seus pontos de ebulição, entre
35
outros fatores) e características específicas do local, como as propriedades do solo,
disponibilidade de água e sensibilidade ao calor (VIDONISH et al, 2016).
5.1 RESISTÊNCIA ELÉTRICA
O aquecimento por resistência elétrica (Electrical Resistance Heating, ERH) é realizado
através de eletrodos colocados diretamente na matriz do solo através de poços instalados por
toda a região contaminada, permitindo que a energia seja concentrada em uma região específica.
Os eletrodos podem ser construídos em grafite, aço ou outro material condutor (EPA, 2014). A
corrente elétrica é aplicada por meio destes elementos e flui dentro da massa de solo, de um
eletrodo para o outro, através da água, e gera calor devido ao efeito Joule. Além de promover
fenômenos eletrocinéticos. Isso faz com que o solo e os líquidos presentes nos poros tenham as
suas temperaturas elevadas. Este aquecimento causa a volatização de compostos contaminantes
e a evaporação da água, que são removidos através da aplicação de técnicas de extração de
vapores (Soil Vapor Extraction, SVE), cujo funcionamento será explicado posteriormente. Em
zonas vadosas ou com lençol freático baixo, pode-se injetar água nos poços para manter um
bom contato elétrico dos eletrodos com o solo e, algumas vezes, são adicionadas pequenas
concentrações de sal à água (BAPTISTA, 2005).
O ERH é limitado a temperaturas baixas (<100°C) e moderadas (~100ºC), pois se
restringe ao ponto de ebulição da água, uma vez que a evaporação da água limita o transporte
de energia no solo e limita o processo de aquecimento, consequentemente. É comprovadamente
eficaz para recuperação de locais com contaminantes voláteis, como VOC (Volatile Organic
Compounds), CVOC e NAPL (TERRATHERM, 2019). Pode ser utilizada em solos
heterogêneos e pouco permeáveis, como argilas e sedimentos de grão fino. Pois, o calor seca o
solo, causando fraturas que tornam o solo mais permeável e permitem o uso de SVE para
remover os contaminantes (FRTR, 2019).
Segundo REZENDE (2015) as técnicas eletro-cinéticas apresentam maiores taxas de
eficiência justamente em solos homogêneos e de baixa permeabilidade, como os solos argilosos
e solos de granulometria fina devido à presença de partículas eletricamente negativas e da dupla
camada difusa, que contribuem para a condutividade elétrica do solo e, consequentemente, para
a transmissão da corrente elétrica no meio. Por outro lado, o efeito Joule de geração de calor é
diretamente proporcional à resistência elétrica do meio e à intensidade de corrente aplicada.
Assim, como observado em REZENDE (2015), solos com menores valores de condutividade
36
térmica e maiores valores de resistividade elétrica apresentam maior desenvolvimento da
temperatura para a mesma intensidade de corrente.
As taxas de aquecimento podem ser muito rápidas em locais com rochas fraturadas, em
que há menos água para aquecer e a porosidade das fraturas é menor do que a porosidade típica
do solo. Lembrando que a energia térmica é transmitida mais facilmente pelos sólidos minerais
do que pela água ou pelo ar dos poros. Entretanto, o aquecimento pode ter seu desempenho
prejudicado em locais com alto fluxo de águas subterrâneas, que atuam como um dissipador de
calor contínuo e dificultam o alcance dos objetivos da remediação (EPA, 2014).
A resistência total de um ERH é determinada a partir da resistência elétrica do solo e da
geometria do sistema de eletrodos. Para solos com resistência entre 10 e 100 Ω, as tensões
aplicadas variam de 100 a 1500 volts, atingindo potências na ordem de dezenas a centenas de
quilowatts. Em geral, a frequência fornecida é de 60 Hertz e para atingir frequências maiores
utilizam-se equipamentos de conversão. Dependendo das propriedades do solo, pode-se operar
em áreas de até 35 m de diâmetro (BAPTISTA, 2005). As técnicas de aquecimento por
resistência elétrica são amplamente executadas devido à sua eficiência, uma vez que apresentam
taxas de descontaminações superiores a 95% em períodos de seis a oito meses de tratamento.
Além disso, outro fator que favorece a sua aplicação é o fato do aquecimento se dar através das
propriedades elétricas do próprio solo. Dessa maneira, não é necessária a aplicação de
temperaturas maiores do que a temperatura alvo nas áreas próximas às fontes do aquecimento,
como ocorre nas técnicas de Remediação Termal por condução térmica, por exemplo
(RECONDITEC SISTEMAS, 2019).
Esta tecnologia já é ofertada no Brasil pela Servmar do Grupo Oceanpac (SERVMAR,
2020) que atua em parceria com a TRSDOXOR, uma companhia que oferece equipamentos
para empresas de consultoria em remediação ambiental. E também pela Reconditec Sistemas,
que atua em parceria com a McMillan-McGee Corp. (Mc²), uma empresa Canadense que possui
a patente da tecnologia ET-DSP™ (Electro-Thermal Dynamic Stripping Process). A ET-
DSP™ é considerada uma evolução do ERH convencional por possuir consumo energético e
aquecimento otimizados (RECONDITEC SISTEMAS, 2019) e seu processo de funcionamento
encontra-se esquematizado na Figura 5.2.
37
Figura 5.2 - Processo de remediação térmica com tecnologia ET-DSP (TERRATHERM, 2019).
5.2 CONDUÇÃO TÉRMICA
O aquecimento por condução térmica (TCH - Thermal Conduction Heating) também é
chamado de dessorção térmica in situ (ISTD - In Situ Thermal Desorption) e é realizado através
de cobertores ou bastonetes térmicos. Quando a corrente elétrica é aplicada ao elemento
aquecedor, o calor é gerado e transferido ao ambiente, solo ou rochas, por condução através da
superfície do material aquecido. À medida que a região contaminada esquenta, os
contaminantes são destruídos ou volatizados. Os bastonetes são utilizados quando a
contaminação se estende por maiores profundidades de solo e os cobertores quando a
contaminação é mais superficial. Assim como no ERH, também é comum a utilização de
sistemas de SVE para extração e tratamento do vapor e contaminantes voláteis. Os dois tipos
de sistemas de aquecimento por condução térmica estão representados na Figura 5.3 e 5.4.
38
Figura 5.3 - Esquema de TCH com cobertor térmico (TERRATHERM, 2020).
Figura 5.4 - Esquema de TCH com bastonetes verticais (TERRATHERM, 2020).
39
A dessorção térmica é aplicável para o tratamento de uma grande variedade de
compostos orgânicos voláteis (VOC), compostos orgânicos semivoláteis (SVOC – Semi
Volatile Organic Compounds) e compostos clorados de alto ponto de ebulição, como PCB,
dioxinas e furanos. Pode ser utilizado para remediação de resíduos de refinaria, alcatrão de
carvão, resíduos de tratamento de madeira, solos contaminados com creosoto, hidrocarbonetos,
mistura de resíduos (radioativos e perigosos), resíduos de processamento de borracha sintética
de tinta, pesticidas e resíduos de usinas a gás. Porém, a tecnologia não é eficaz e não se destina
ao tratamento de contaminações com metais ou para o tratamento de corrosivos orgânicos e
oxidantes e redutores reativos (NFESC, 1998).
O cobertor térmico trabalha como um grande cobertor elétrico com hastes de
aquecimento (“heater rods”) que transferem o calor ao solo abaixo do cobertor por radiação e
condução térmica. Mais de um cobertor podem ser colocados lado a lado para aumentar a área
total a ser tratada. Então, os contaminantes são vaporizados e extraídos por um sistema de
vácuo. Os bastonetes térmicos trabalham da mesma forma que os cobertores térmicos, exceto
que os elementos de aquecimento são colocados em poços verticais perfurados em um perfil
regular. Os poços de aquecimento operam a temperaturas de até 800°C e o espaçamento típico
dos poços é de 2 a 3 metros (PORTES, 2002).
O TCH pode ser aplicado em níveis baixos de temperatura (<100ºC), moderados
(~100ºC) e mais elevados (>100ºC), acima ou abaixo do lençol freático e em praticamente
qualquer profundidade. Das técnicas que foram estudadas neste trabalho, o TCH é a que alcança
maiores temperaturas. As temperaturas de 100°C são utilizadas para remediação de
contaminantes voláteis e temperaturas entre 150°C e 325°C para contaminantes semivoláteis.
Onde houver um fluxo significativo de água subterrânea, podem ser necessárias medidas
adicionais, como gerenciamento de água subterrânea ou uma barreira hidráulica
(TERRATHERM, 2020), pois o fluxo de águas subterrâneas pode atuar como um dissipador de
calor. Além disso, pode ser utilizado em solos heterogêneos e com baixa permeabilidade.
Quando comparado aos processos de injeção, o aquecimento por condução é mais
uniforme em sua varredura vertical e horizontal, aquecendo uniformemente o solo. A maioria
dos contaminantes é destruída antes de chegar à superfície e aqueles que não são destruídos,
são extraídos com o vapor. A destruição ocorre devido a processos de evaporação na corrente
de ar, destilação, ebulição, oxidação ou pirólise. A possibilidade de aplicação de altas
temperaturas por longos períodos de tempo permite o uso da tecnologia para remediação de
contaminantes com altos pontos de ebulição a taxas de quase 100% de eficiência (VINEGAR
e STEGEMEIER, 2001).
40
O custo da remediação por condução térmica varia de acordo com o tipo de
contaminante, a extensão e profundidade da contaminação e o custo da eletricidade. A
quantidade de energia necessária para aquecer o solo é determinada pelo tipo de solo e seu teor
de umidade. Termopares podem ser utilizados para controlar a entrada de energia e monitorar
o desempenho dos elementos aquecedores (VINEGAR e STEGEMEIER, 2001).
No Brasil, a Geoambiente oferece o serviço de dessorção térmica (GEOAMBIENTE,
2020). Porém, ao invés de eletricidade, o sistema utiliza gás natural, propano ou butano para
aquecer o subsolo em processo que leva de 45 a 180 dias de tratamento. O sistema é formado
por um controlador de chama interligado por controladores lógicos programáveis que são
conectados a instrumentos termopares. Os sensores de temperatura são inseridos no solo ao
redor da área de influência térmica dos tubos de aquecimento em aço carbono (bastonetes). A
queima ocorre na câmara de combustão e a energia gerada é transmitida ao solo através dos
bastonetes por condução térmica. Também são inseridos no solo poços para a extração dos
vapores produzidos durante o processo de aquecimento.
5.3 INJEÇÃO DE AR QUENTE, ÁGUA QUENTE OU VAPOR
A injeção de ar quente ou vapor é muito eficiente na remediação de solos contaminados
com VOC e SVOC, como hidrocarbonetos de petróleo e NAPL, a partir de meios saturados ou
não saturados (MONTEZUMA, 2010). Já a injeção de água quente é mais utilizada na
recuperação de áreas contaminadas com óleo de baixa volatilidade e baixa solubilidade
(BAPTISTA, 2005). A injeção é realizada abaixo da zona contaminada, aquece o meio a
temperaturas baixas (100°C) e moderadas (~100ºC) e aumenta a mobilização de contaminantes
na matriz do solo (FRTR, 2019). Estas técnicas são comumente combinadas com métodos de
SVE ou ainda com a extração multifásica (MPE – Multi Phase Extraction) conforme ilustrado
na Figura 5.5 e cujo funcionamento será abordado no próximo tópico. Em suma, o método se
resume na injeção de calor no solo para volatilizar e mobilizar os contaminantes, que são
extraídos em seguida.
A injeção de ar quente pode ser utilizada tanto em solos superficiais quanto em
contaminações profundas, através de aplicações de alta pressão em poços ou fraturas do
solo/rocha. A aplicação da técnica resulta em temperaturas de 77 a 82°C na massa de solo,
temperaturas mais baixas do que quando é aplicada a injeção de vapor. Além disso, ela não
apresenta mecanismo de condensação. Os contaminantes volatilizados são direcionados para o
sistema de extração (SVE) pelo fluxo advectivo que é gerado dentro do solo. Até a fração que
41
não está em contato direto com o fluxo de ar quente é volatilizada devido ao aumento de
temperatura e migra por difusão para os poros sob fluxo advectivo, apesar deste mecanismo ser
mais lento do que o primeiro. A técnica se torna mais eficiente à medida que o solo seca durante
a passagem do ar quente, porque aumenta a permeabilidade ao ar no solo (BARBOSA, 2012).
Figura 5.3 - Diagrama da Remediação com Sistema de injeção de Vapor com MPE (JUNIOR, 2006).
Já o vapor é aplicado em poços dentro e ao redor da área em tratamento e a zona de
vapor cresce em torno de cada poço de injeção. Conforme mais vapor é injetado, a zona de
vapor se expande e se move, distanciando-se do ponto de injeção. Os contaminantes presentes
na zona de vapor volatizam e condensam, gerando uma acumulação de contaminantes em fase
(MONTEZUMA, 2010). A fase dissolvida pode migrar verticalmente devido às forças da
gravidade em direção à água subterrânea, de onde pode ser captada através de poços de
bombeamento. Já o fluxo de vapores é direcionado para os poços de extração do sistema SVE
(BARBOSA, 2012). A injeção de vapor possui capacidade de aquecimento aproximadamente
quatro vezes maior do que a de ar quente e é mais aplicável em locais onde a condutividade
hidráulica alcança valores maiores do que 10-4 cm/s, pois permitem uma maior eficiência na
injeção (EPA, 2014). Em solos com baixa permeabilidade, o vapor encontra dificuldade para
penetrar nos vazios e ocorre elevada perda de calor, em alguns casos não é possível aquecer
42
completamente a área. Além disso, a evaporação dos contaminantes pode ocorrer a taxas
diminutas, devido à existência de pressões capilares elevadas (BAPTISTA, 2005). Portanto, a
injeção de vapor se mostra mais eficaz em solos arenosos do que em solos argilosos (YEUNG,
2009), tendo apresentado taxas de descontaminação de 20 a 80% em sítios argilosos e 98% em
sítios arenosos (VIDONISH et al, 2016).
O fator que mais influencia o custo no sistema de injeção de vapor é o número de poços
necessários por unidade de área, que está relacionado à profundidade da contaminação, à
permeabilidade do solo e à geologia do local. Contaminações superficiais requerem pressões
operacionais mais baixas para evitar fraturas do solo e menor distância entre os poços.
Contaminações mais profundas requerem pressões operacionais mais altas e maior
espaçamento entre os poços; portanto, dependendo da geologia do local, menos poços podem
ser usados, o que reduzirá os custos de capital (FRTR, 2020). Os parâmetros operacionais
importantes para os equipamentos de injeção incluem justamente o controle da pressão de
vapor, a qualidade do vapor (nível de saturação) e a habilidade de injetá-lo continuamente.
Além disso, controladores elétricos são colocados para monitorar as temperaturas
subsuperficiais. Após a temperatura desejada na zona de tratamento ser atingida, a injeção passa
a ser realizada ciclicamente (BAPTISTA, 2005).
A água quente também é injetada através de poços de injeção e diminui a viscosidade
do contaminante na subsuperfície, aumentando a sua mobilidade. Sua eficácia é maior quando
a fase não aquosa está presente em quantidades maiores do que o residual de saturação, uma
vez que o seu principal mecanismo de recuperação é o deslocamento da fase não aquosa. Como
a água quente tende a subir quando injetada abaixo do lençol freático, ela é muito eficaz para
extração de contaminações com óleos de baixa densidade, que flutuam sobre a água. Porém, o
aquecimento da subsuperfície com água quente pode ajudar a flutuar óleos mais densos,
facilitando a sua recuperação (DAVIS, 1997).
A injeção de vapor, ar quente e água quente dependem do contato entre o fluído injetado
com o contaminante, para a transferência de calor e descontaminação da região. O ar quente é
utilizado para recuperação de compostos na fase de vapor, a água quente é aplicada para
contaminações na fase líquida e a injeção de vapor recupera contaminantes na fase líquida ou
de vapor (DAVIS, 1997).
A GB Eco Solutions (GBECOSOLUTIONS, 2020) oferece no Brasil o serviço de
remediação térmica através da injeção de vapor combinado com sistemas SVE para tratar áreas
contaminadas com compostos semivoláteis que possuem temperaturas de ebulição de até 160°C
43
em zonas saturadas e não-saturadas do subsolo. Os contaminantes são extraídos e tratados com
filtros de carvão ativado ou incineradores catalíticos.
5.4 TÉCNICAS DE EXTRAÇÃO DE VAPORES
O sistema SVE é utilizado para extrair vapores do solo, na chamada zona insaturada.
Para isso, é realizada a perfuração de um ou mais poços de extração no solo contaminado em
uma profundidade acima do lençol freático, que deve estar a mais de um metro abaixo da
superfície. Então, os equipamentos são conectados aos poços para criar um vácuo e aspirar os
vapores do solo até a superfície para tratamento, de maneira a evitar a emissão dos
contaminantes volatilizados para a atmosfera (EPA, 2012). Como o aquecimento também
acarreta um aumento da solubilização dos compostos contaminantes, pode ser necessário
combinar o sistema SVE com sistemas de extração de líquidos, o que deu origem a técnica
MPE.
A tecnologia de extração de vapor apresenta como vantagens a facilidade de instalação
dos equipamentos, a geração de perturbações mínimas no local de execução, curto período de
duração do tratamento variando de seis meses a dois anos e elevada eficácia para remoção de
contaminantes dissolvidos e de fase livre quando usada na configuração MPE, além de permitir
combinar o seu uso com outras técnicas de remediação. Porém a sua aplicação não é eficaz em
solos com baixa condutividade hidráulica, solos estratificados e com alto conteúdo húmico
(YEUNG, 2009). E o SVE não removerá metais, óleos pesados, PCB ou dioxinas segundo
observação em FRTR (2020).
O custo de um sistema SVE varia de um local para o outro, dependendo do tamanho da
área que será tratada, da natureza e extensão da contaminação e do cenário hidrogeológico do
terreno. Esses fatores afetam o número de poços, a capacidade requerida para os equipamentos,
o nível de vácuo necessário para extração dos vapores e o tempo requisitado para reduzir a
presença dos contaminantes aos níveis aceitáveis. A necessidade de tratamento de efluentes
gasosos aumenta significativamente o custo. A água também é frequentemente extraída durante
o processo e, em geral, também requer tratamento antes do descarte, aumentando os custos
envolvidos (FRTR, 2020). Para realizar o tratamento, os gases extraídos são canalizados para
um separador ar-água e bombeados através de um sistema de carvão ativado, que filtram o ar e
permitem a liberação de ar limpo para a atmosfera. Outros materiais de filtro, além do carvão
ativado, podem ser utilizados em um processo chamado "biofiltração" em que minúsculos
micróbios (bactérias) são adicionados para decompor os vapores em gases, como dióxido de
44
carbono e vapor de água. Também é possível destruir os vapores, aquecendo-os a altas
temperaturas (EPA, 2012).
A MPE é utilizada quando há contaminação simultânea de solo e de água subterrânea,
pois permite remediar os VOC e ainda extrair combustíveis nas fases dissolvida e livre na água
subterrânea. Para isso é realizada a geração de vácuo nos poços de extração, o que gera um
gradiente de pressão em direção a estes pontos e promove a remoção conjunta de água e
vapores. Este processo acaba proporcionando o arraste e volatilização de compostos orgânicos
de baixa pressão de vapor, além da aeração passiva do meio, o que produz processos de
biodegradação dos compostos orgânicos (CAMPOS et al, 2013). Dessa forma, menos água
precisa ser aquecida para permitir que a formação atinja as temperaturas desejadas e há maior
controle hidráulico da mobilidade do NAPL (TERRATHERM, 2020). Pode ser aplicada na
zona saturada, ou não saturada, bem como na franja capilar e remove contaminantes em solos
com baixa permeabilidade (VERHNJAK, 2015).
Para realizar o tratamento destes fluídos extraídos, pode-se utilizar uma caixa
separadora de água e óleo, seguidos de filtros de carvão ativado em série para tratamento da
água recuperada. Os gases extraídos também passam por um sistema de filtro de carvão ativado
antes de serem liberados para atmosfera. A remoção de compostos orgânicos utilizando carvão
ativado é baseada na capacidade de adsorção do carvão ativado, no qual os compostos são
adsorvidos sobre a superfície interna e externa dos grãos de carvão, devido à sua grande área
superficial (CAMPOS et al, 2013).
5.5 EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO NAS PROPRIEDADES DO SOLO
Como citado anteriormente, o aquecimento do solo a altas temperaturas gera degradação
em algumas propriedades do meio. Segundo O’BRIEN et al (2017), estas alterações dependem
das temperaturas utilizadas e do período de aplicação. Com base no seu trabalho, é possível
mencionar alterações nas seguintes propriedades do solo:
Matéria orgânica: o tratamento térmico resulta na degradação da matéria orgânica, uma
vez que as temperaturas necessárias à remediação excedem as temperaturas em que a
maioria dos seus componentes continua estável. O calor pode ocasionar a degradação
de alguns de seus constituintes através da sua volatização, carbonização ou até da sua
combustão. Porém, quando aquecido a temperatura igual ou inferior a 300°C, a matéria
orgânica não é grandemente reduzida. Foram encontradas reduções da ordem de 25% a
45
estas temperaturas. No entanto, o aumento do tempo de aquecimento a temperaturas
acima de 300°C podem degradar mais de 50% do material presente no solo.
Textura e mineralogia: A estrutura dos argilominerais pode se tornar desidratada e
quebradiça sob aquecimento excessivo, causando a cimentação das suas partículas junto
aos hidróxidos de Fe e Al e resultando na formação de partículas de maior tamanho.
Cada mineral específico tem um limite de temperatura e os minerais cauliníticos
presentes nos solos tropicais geralmente começam a se deteriorar quando aquecidos
entre 420 e 500°C.
pH do solo: Em geral, quando a remediação térmica é aplicada a temperaturas abaixo
de 250° C, o pH do solo permanece inalterado, podendo diminuir ligeiramente devido a
reações de oxidação e à formação de carbonato de cálcio. No entanto, aquecimentos
acima de 250°C levam à combustão da matéria orgânica e consequente aumento do pH.
Assim, solos com maior abundância de matéria orgânica terão maiores mudanças no pH
após o tratamento termal. Por outro lado, em solos com alto teor de carbonato de cálcio
ou menores taxas de matéria orgânica, essa mudança é menos pronunciada.
Nutrientes, comunidades biológicas e vegetação: assim como a mudança de pH, os
nutrientes disponíveis no solo também são influenciados pela diminuição da matéria
orgânica decorrente do tratamento térmico. Geralmente, os nutrientes e microrganismos
diminuem com o aquecimento do solo.
Os nutrientes apresentam redução partir da temperatura de 350°C. A biomassa
microbiana do solo pode resistir a temperaturas de até 200°C e fungos e bactérias podem
sobreviver após aquecimentos de 300 a 400°C. Porém, apesar dos organismos do solo
serem destruídos imediatamente após o aquecimento, a sua recuperação pode ser rápida,
ocorrendo apenas alguns dias após aquecimentos a menos de 300°C e em cerca de 100
dias para aquecimentos acima de 300°C. O uso de temperaturas acima de 500°C, no
entanto, pode exigir a aplicação de técnicas de manejo para recuperação da atividade
microbiana do solo. Além disso, a composição da comunidade biológica do solo muda
após o aquecimento, onde exibe maior diversidade e favorece espécies tolerantes ao
calor.
No geral, a recuperação desses organismos e da capacidade de desenvolvimento de
vegetação dependem das condições do solo após o tratamento, como a presença de
matéria orgânica, nutrientes disponíveis, pH do solo e teor de água.
46
Após analisar duas diferentes amostras de solo submetidas a um fluxo de calor acoplado,
sendo uma delas um solo argilo-arenoso, maduro e coluvionar e a outra um solo areno-argiloso
sedimentar, DUARTE (2004) não observou mudanças significativas em suas curvas
granulométricas até a temperatura de 200º. Porém, quando submetidos à temperatura de 300ºC,
as mudanças foram tão significativas que a amostra argilosa se tornou um solo com
classificação granulométrica areno-siltosa e o solo arenoso apresentou um aumento no seu
percentual de areia e uma diminuição no de argila, o que indica a ocorrência de cimentação dos
grãos de argila. Além disso, ambas as amostras apresentaram perda de plasticidade e perda de
parte da sua capacidade de troca catiônica, sendo significativa a diferença nas quantidades de
alumínio e no teor de ferro. Ocorreu precipitação de ferro no solo argiloso e eliminação da
gibsita no solo arenoso.
Conhecer os limites de degradação térmica dos constituintes do solo é muito importante
para escolher a remediação térmica menos prejudicial de forma que sejam obtidos os níveis de
limpeza desejados. Por isso, é importante analisar as propriedades térmicas dos solos
contaminados em conjunto com as temperaturas de tratamento para minimizar a ocorrência de
impactos ambientais não intencionais no local em tratamento. Apesar da aplicação de
tecnologias in situ, por si só, já auxiliar na preservação da estrutura do solo quando comparado
a técnicas ex situ (VIDONISH et al, 2010), vale ressaltar que as características de
compressibilidade e resistência ao cisalhamento presentes nos solos residuais tropicais têm seus
efeitos condicionados à não destruição da sua estrutura (MARTINEZ, 2003).
Pode-se citar como exemplo o fato de que, embora a injeção de vapor seja capaz de
recuperar óleos viscosos não voláteis, recomenda-se a injeção de água quente, porque, em geral,
é possível recuperar a mesma quantidade deste tipo de contaminante a uma temperatura mais
baixa. Além disso, os equipamentos necessários para injeção de água quente são relativamente
mais simples e baratos do que os equipamentos utilizados para geração e transporte de vapor, e
a operação com temperaturas mais altas envolve maiores riscos (DAVIS, 1997).
Dentre as técnicas estudadas, aquela que se apresentou com sendo mais agressiva ao
solo é a remediação por condução térmica, devido à manutenção de maiores temperaturas
durante o seu processo de operação. Já os tratamentos com injeção de ar quente e vapor são
considerados minimamente perturbadores, pois a sua faixa de temperatura de atuação causa
apenas a esterilização temporária de comunidades microbianas. Entretanto, VIDONISH et al
(2010) ressaltam que os dados sobre os impactos da temperatura na fertilidade do solo ainda
são muito variados e inconclusivos, pois enquanto há estudos que sugerem que solos tratados
47
com condução térmica podem sustentar o crescimento das plantas, estes solos ainda são
normalmente recomendados apenas para uso como aterro.
Porém, em locais onde o replantio é desejado, pode ser realizado um tratamento
posterior à descontaminação do solo visando a recomposição de um ambiente mais propício à
germinação de plantas e vegetação. Sendo comum a adição de água logo após o término do
tratamento, de forma a saciar os solos quentes e acelerar o processo de resfriamento (EPA,
2014).
48
6 DISPOSITIVOS LEGAIS E NORMAS TÉCNICAS
Não há atualmente uma lei ou norma no Brasil que trate especificamente sobre a
aplicação de técnicas termais na remediação de solos contaminados, porém existem
regulamentos que abordam sobre o gerenciamento de áreas contaminadas de uma forma geral,
bem como sobre a atividade de distribuição de combustíveis derivados do petróleo e também
há uma resolução que legisla sobre os produtos utilizados nas remediações.
Nesse sentido podemos citar as seguintes regulamentações:
Lei Federal 9.605/1998 – Também conhecida como Lei de Crimes Ambientais. Decreta
sanções penais e administrativas para condutas consideradas lesivas ao meio ambiente,
sejam eles contra a fauna, flora ou causadoras de poluição de qualquer natureza que
resultem em danos à saúde humana ou provoquem mortandade de animais ou destruição
da flora. Quando é mencionada a poluição, estão incluídos a poluição atmosférica,
poluição hídrica e lançamento de resíduos sólidos, líquidos, gasosos, detritos, óleos ou
substâncias oleosas (BRASIL, 1998).
Lei Federal nº 9.847/1999 – Dispõe sobre a fiscalização das atividades relacionadas às
indústrias de petróleo e biocombustíveis, bem como ao abastecimento de combustíveis
no Brasil. Seja a produção, importação, exportação, refino, beneficiamento, tratamento,
processamento, transporte, transferência, armazenagem, estocagem, distribuição,
revenda, comercialização, avaliação de conformidade e certificação do combustível ou
a construção e operação de instalações e equipamentos relacionadas a estas atividades.
A Lei estabelece infrações e suas respectivas penalizações (BRASIL, 1999).
Decreto nº 6.514/2008 – Define as multas e processos para apuração dos crimes
ambientais estabelecidos na Lei Federal 9.605, dentre outras providências (BRASIL,
2008).
Lei Federal nº 12.305/2010 – Política Nacional de Resíduos Sólidos – Discorre sobre a
disposição correta de resíduos e rejeitos; define responsabilidades; classifica os resíduos
quanto a sua origem e periculosidade; e, instrui quanto a elaboração dos Planos de
Gerenciamento de Resíduos Sólidos (BRASIL, 2010).
Projeto de lei nº 2.732/2011 – Estabelece diretrizes para a prevenção da contaminação
do solo e cria a contribuição de intervenção e o Fundo Nacional para descontaminação
de áreas órfãs contaminadas. Para isso, o projeto define os deveres do Poder Público e
49
do responsável pelo imóvel em questão, bem como os procedimentos para
descontaminação de uma área com passivo ambiental.
Resolução CONAMA nº 273/2000 e 319/2002 – Estabelece licenças e instrumentos de
controle ambiental para operação, construção, instalação, ampliação ou modificação de
postos revendedores, postos de abastecimento, instalações de sistemas retalhistas e
postos flutuantes de combustíveis (CONAMA, 2000).
Resolução CONAMA nº 357/2005, 397/2008, 410/2009 e 430/2011 – Classifica os
corpos de água e estabelece parâmetros e diretrizes para o seu enquadramento. Define
instrumentos para avaliação da qualidade das águas e condições e padrões para
lançamentos de efluentes de qualquer fonte poluidora (CONAMA, 2005).
Resolução CONAMA n°382/2006 e 436/2011 – Determina limites máximos para
emissões de poluentes atmosféricos, condições de monitoramento das emissões e
responsabilidades do órgão ambiental licenciador (CONAMA, 2006).
Resolução CONAMA n° 396/2008 – Objetiva a classificação e enquadramento das
águas subterrâneas, de maneira a preservar a sua qualidade e respeitar as suas
particularidades quando comparadas às águas superficiais, uma vez que a sua
remediação é lenta e onerosa. Define parâmetros de monitoramento e valores máximos
permitidos para diversas substâncias (CONAMA, 2008).
Resolução CONAMA nº 420/2009 e 460/2013 – Define critérios e valores de referência
de substâncias químicas para manutenção da qualidade do solo, além de determinar
diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias
(CONAMA, 2009).
Resolução CONAMA n° 463/2014 – Trata a respeito do controle ambiental de
remediadores para recuperação de ambientes e ecossistemas contaminados, bem como
para o tratamento de efluentes e resíduos. Aborda questões relacionadas à autorização
para produção, importação, exportação, comercialização e utilização desses produtos ou
agentes de processo, seja ele de natureza física, química ou biológica (CONAMA,
2014).
Lei do Estado de SP nº 13.577/2009 e Decreto nº 59.263/2013 – Trata da proteção da
qualidade do solo e das águas subterrâneas contra contaminações, define
responsabilidades e orienta a respeito da identificação, classificação, cadastro,
desativação, reabilitação e reutilização destas áreas, de forma a tornar seguro os seus
50
usos atual e futuro. Além de estabelecer infrações e penalidade para ações contrárias a
esta lei (SÃO PAULO, 2009).
Lei do Estado de SC nº 14.954/2009 – Discorre sobre a fiscalização e comercialização
de combustíveis adulterados ou em unidades de abastecimentos que forneçam volume
de combustível menor do que o indicado na bomba medidora. Trata inclusive a respeito
do monitoramento intersticial nos tanques de combustíveis para captura automática das
informações ambientais e do volume armazenado (SANTA CATARINA, 2009).
Decisão de Diretoria CETESB Nº 256/2016 – Aprova valores de referência para
substância encontrados no solos e águas subterrâneas (CETESB, 2016).
Decisão de Diretoria CETESB Nº 038/2017 – Aprova o “Procedimento para a Proteção
da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas”, o “Procedimento para o
Gerenciamento de Áreas Contaminadas” e as “Diretrizes para Gerenciamento de Áreas
Contaminadas no Âmbito do Licenciamento Ambiental”. Fixa o “Preço para Solicitação
de Parecer Técnico sobre Plano de Intervenção para Reutilização de Áreas
Contaminadas” e define o destino dos recursos arrecadados com estes pareceres. Além
de definir responsabilidades quanto à atualização de documentos e procedimentos
relacionados ao gerenciamento de áreas contaminadas (CETESB, 2017).
NBR 15.495/2007 – Discorre sobre métodos para projeto e construção de poços de
monitoramento para obter dados da qualidade da água subterrânea. É dividida em duas
partes. A primeira contempla o projeto e a sua construção. Já a segunda parte contempla
os procedimentos de desenvolvimento dos poços para garantir a representatividade da
água subterrânea (ABNT, 2007).
NBR 15.515/2007 – Estabelece etapas, procedimentos e técnicas para identificação de
passivo ambiental em solo e água subterrânea. A norma é dividida em três partes, são
elas: investigação preliminar, confirmatória e detalhada. A avaliação preliminar visa
encontrar indícios de uma possível contaminação. Caso esses indícios sejam
encontrados, é realizada a investigação confirmatória, que busca a comprovação da
existência da contaminação. Por fim, a investigação detalhada caracteriza qualitativa e
quantitativamente a fonte de contaminação, o meio físico e a contaminação (ABNT,
2007).
NBR 14.605-2/2009 – Define parâmetros para projeto, além de uma metodologia de
dimensionamento de vazão e procedimentos para instalação e manutenção do sistema
de drenagem oleosa em postos revendedores de combustíveis. Sendo o sistema de
51
drenagem oleosa composto por elementos como: separador de água e óleo, reservatório
de óleo, caixa de areia, entre outros (ABNT, 2009).
NBR 14.973/2010 – Estabelece os requisitos e procedimentos necessários para
desativação, remoção, destinação, transporte, recebimento, armazenamento, corte e
adaptação de tanque subterrâneo de armazenamento de combustíveis usado. Dentre as
etapas necessárias para estas operações, é possível citar: retirada de lastro de
combustível, desgaseificação e inertização (ABNT, 2010).
NBR 15.512/2014 – Classifica o diesel e define requisitos e procedimentos para o
armazenamento, transporte (rodoviário, ferroviário ou aquaviário), recebimento,
distribuição, revenda, controle da qualidade e limpeza de tanques de biodiesel e/ou óleo
diesel BX (ABNT, 2014).
NBR 16.764/2019 – Aborda princípios e requisitos relacionados à execução, instalação
e manuseio dos componentes do SASC, do óleo lubrificante usado e contaminado
(OLUC) e do ARLA 32. Percorre desde a elaboração dos projetos, os procedimentos
para execução de cada elemento até instruções para realização de ensaios de
estanqueidade, serviços de manutenção e controle de qualidade (ABNT, 2019).
NBR 13.784/2019 – Estabelece métodos e procedimentos necessários para detecção de
vazamentos no SASC, como: controle de estoque, instalação de poços de
monitoramento de águas subterrâneas, e de vapor, monitoramento intersticial de tanques
de parede dupla, ensaio de estanqueidade de tanques e tubulações, entre outros (ABNT,
2019).
NBR 13.786/2019 – Propõe uma seleção de equipamentos e sistemas para proteção
contra contaminações nas instalações subterrâneas de um posto de abastecimento de
combustíveis. Busca evitar: derrames, vazamentos, transbordamentos e corrosão do
SASC (ABNT, 2019).
Resolução ANP Nº 41/2013 – Constitui os requisitos necessários para exercício e
regulamentação da atividade de revenda varejista de combustíveis automotivos. São
abordados desde a documentação necessária para requerimento de autorização para
exercer a atividade, até instruções para aquisição de combustíveis, exibição de preços e
obrigações do revendedor varejista.
Pode-se citar ainda normas que regulamentam a fabricação e requisitos para os
componentes do SASC e demais equipamentos e instalações existentes em um posto de
serviços, como: NBR 15.005/2019 (válvula anti-transbordamento), NBR 14.722/2011
52
(tubulação não metálica subterrânea – polietileno), NBR 16.867/2011 (tubo metálico flexível),
NBR 5.580/2015 (tubos de aço carbono), NBR 6.943/2016 (conexões de ferro fundido maleável
com rosca), NBR 15.015/2014 (válvulas de boia flutuante), NBR 15.118/2011 (câmaras de
contenção), NBR 15.138/2014 (disposto de descarga selada), NBR 15.139/2014 (válvula de
retenção para linhas de sucção), NBR 15473/2014 (filtro adicional para bomba medidora),
NBR16.713/2018 (Tanque subterrâneo em plástico reforçado com fibra de vidro), NBR
16.161/2019 (tanque metálico jaquetado subterrâneo), NBR 15.427/2006 (válvula de segurança
da mangueira), NBR 15.456/2006 (unidade abastecedora), NBR 15.474/2019 (bico automático
para unidade abastecedora), entre outras.
Existem também normas que regem a operação e execução de intervenções seguras em
postos de combustíveis, como a NBR 14.639/2014 que trata sobre a execução de instalações
elétricas e a NBR 15.594-1/2015 que estabelece procedimentos para a operação segura de
abastecimento de combustíveis e NBR 15428 que define regras para a manutenção das unidades
abastecedoras, entre outras. São normas que não estão diretamente relacionadas ao derrame de
resíduos, porém, é importante ressaltar que qualquer acidente em um ambiente que possua
armazenamento de combustíveis pode alcançar proporções muito maiores do que o esperado,
causando danos à vida e ao meio, portanto é de extrema importância que todos os requisitos e
normas vigentes sejam seguidos à risca.
Ademais, é importante observar que qualquer processo de remediação, sobretudo in situ,
requer uma licença de operação pelo órgão ambiental, que irá analisar os riscos e a pertinência
das técnicas propostas. Se houver algum risco para a população em torno, pode ser convocada
uma audiência pública antes de ser autorizado o serviço.
53
7 CONCLUSÃO
Após conhecer as características dos solos tropicais, a aplicabilidade e a forma como se
processa a remediação dos hidrocarbonetos de petróleo em cada uma das técnicas ofertadas no
Brasil; é possível observar que o aquecimento por resistência elétrica pode ter maiores
vantagens quando comparado às demais técnicas analisadas devido à sua alta eficiência quando
aplicado em solos argilosos e solos de granulometria fina, característicos de regiões tropicais,
conforme abordado no capítulo 3. Além disso, as técnicas de injeção apresentam eficiência
reduzida em solos argilosos, devido à baixa permeabilidade. E as técnicas de condução térmica
podem ter maiores custos e impactos à estrutura e demais constituintes do solo devido à
necessidade de utilização de temperaturas mais altas do que a temperatura alvo nas áreas
próximas às fontes do aquecimento. A Tabela 7.1 foi elaborada visando uma melhor
comparação entre as técnicas estudadas.
Tabela 7.1 – Comparação de técnicas de remediação térmica (Elaboração própria).
TÉCNICA ERH TCH INJEÇÃO
Forma de atuação
Utiliza as
propriedades elétricas
do solo para aquecer,
mobilizar e remover
os contaminantes
Separa, destrói e remove
os contaminantes através
da condução térmica de
altas temperaturas.
Aumenta a
mobilidade dos
contaminantes e
remove-os.
Forma de
aplicação
Uso de eletrodos
construídos com
material condutor
inseridos na matriz do
solo.
Cobertores térmicos
(contaminações
superficiais) ou
bastonetes térmicos
(contaminações
profundas).
Injeção de ar
quente, água
quente ou vapor.
Contaminantes-
alvo VOC e SVOC.
VOC, SVOC, compostos
clorados de alto ponto de
ebulição, como PCB,
creosoto, dioxinas e
furanos.
VOC, SVOC e
óleos de baixa
volatilidade e
solubilidade.
54
Não indicados
para
Regimes de alto fluxo
subterrâneo.
Metais, corrosivos
orgânicos e oxidantes e
redutores reativos.
Regimes de alto fluxo
subterrâneo.
Solos pouco
permeáveis.
Faixa de atuação
da temperatura Baixas e moderadas
Baixas, moderadas e
altas
Baixas e
moderadas
Solos
Pode ser utilizada em
solos heterogêneos,
finos, grossos e com
rocha fraturada.
Inclusive em solos
pouco permeáveis.
Pode ser utilizada em
solos heterogêneos,
finos, grossos e com
rocha fraturada. Inclusive
em solos pouco
permeáveis.
Mais indicados
para uso em solos
arenosos com alta
condutividade
hidráulica.
Taxas de
descontaminação 95% 99%
20 a 80% em
argilas; e 98% em
areias
Tempo de
tratamento 6 a 8 meses 45 dias a 6 meses 6 meses a 2 anos
Fatores que
influenciam no
custo
Energia, tipo,
extensão e
profundidade da
contaminação
Energia, tipo, extensão e
profundidade da
contaminação
Quantidade de
poços, tipo,
extensão e
profundidade da
contaminação
Conhecer a maneira como os fluxos hidráulicos, térmicos e elétricos se processam
dentro do solo também se revelou consideravelmente proveitoso, uma vez que são estas
propriedades que regem a maneira como as contaminações se movem no solo e na água
subterrânea, bem como regem o funcionamento e eficiência das técnicas de remediação. Como
exemplo, podemos citar a baixa eficiência da injeção em solos com condutividade hidráulica
menor do que 10-4 cm/s e a maior eficiência do aquecimento por resistência elétrica em solos
com menores valores de condutividade térmica e maiores valores de resistividade elétrica.
É importante destacar ainda que a escolha da técnica de remediação mais apropriada
para combater uma contaminação com resíduos de petróleo envolve outros fatores e etapas,
55
como: a identificação e investigação da área contaminada, o estabelecimento de medidas de
controle e o mapeamento dos riscos envolvidos. Porém, todas as técnicas analisadas se
revelaram muito eficientes quando aplicadas corretamente, respeitando suas limitações e
indicações.
Além disso, vale ressaltar que apesar de não existirem normas e leis que tratem sobre
procedimentos específicos para cada técnica de remediação utilizada, foi verificada a existência
de uma série de regulamentações e normas técnicas que tratam a respeito da prevenção de
contaminações em postos de abastecimento, sejam ela relacionadas a especificações de
materiais, execução de serviços ou licenciamentos. Portanto, a ocorrência de tantos derrames e
passivos ambientais decorrentes desta atividade leva à reflexão se as legislações têm sido
efetivamente cumpridas pelos operadores de postos de combustíveis, prestadores de serviços e
órgãos responsáveis pela fiscalização.
56
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