Biorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos totais de petróleo - enfoque na aplicação do processo terraferm

Abstract

Contaminações de solos com hidrocarbonetos de petróleo são um problema ambiental com abrangência mundial devido à alta demanda de produtos refinados de petróleo. As fontes são múltiplas e estão relacionadas à exploração, produção, armazenamento, transporte, distribuição e à destinação final de petróleo e seus derivados. Hoje o Brasil está iniciando um processo de avaliação e cadastramento de suas áreas contaminadas e, conseqüentemente, está procurando alternativas para a remediação das mesmas. Processos biológicos estão ganhando cada vez mais importância no tratamento, especialmente de solos contaminados com compostos orgânicos. Estes métodos são favorecidos por serem mais limpos, com custos baixos e de mais fácil aplicação em escala industrial. Assim, com o objetivo de verificar a aplicabilidade da biorremediação através do processo Terraferm® às condições ambientais do Estado de São Paulo, Brasil, foi realizada a remediação ex situ de uma área contaminada com TPH, chamada Mina de Argila na Refinaria de Paulínia – REPLAN da PETROBRÁS S/A, em Paulínia - SP. Foram analisadas dez amostras de solo contaminado em relação aos parâmetros físico-químicos TPH, PAH, BTEX, metais (Cr, Zn, Pb, Ni, Cu, Cd, As, Hg, Fe, Ta), umidade, pH, oxigênio e granulometria. Três amostras com valores médios de TPH foram submetidas a ensaios de coluna para verificação da biotratabilidade do material e para definição de parâmetros de controle do processo em escala industrial. Foram removidos um total de 72.384t de material contaminado. Deste total, 21.050t foram classificadas como resíduo classe II segundo a NBR 10004 e encaminhadas para um aterro sanitário, e 51.334t foram classificadas como resíduo classe I, sendo destinadas à estação de biorremediação das empresas SAPOTEC/ESTRE, em Paulínia - SP. O solo contaminado foi tratado com o processo Terraferm®, que visa à otimização dos parâmetros que influenciam diretamente a atividade microbiana necessária para a biodegradação. O tratamento é feito em galpões com piso impermeabilizado e com um sistema de captação e tratamento das emissões geradas durante o processo de biodegradação. Após o pré-tratamento em máquina especial, que consiste na separação dos materiais não-tratáveis, na homogeneização e na adição de material estrutural, o solo contaminado foi colocado em onze pilhas de tratamento. Os fatores chave como o teor de oxigênio, a umidade e os nutrientes foram mantidos nas faixas consideradas ótimas. A caracterização química e o ensaio de coluna comprovaram a biotratabilidade do solo. Noensaio em coluna, obteve-se taxas de degradação entre 70,2% e 88,6% em 14 dias. Essas taxas altas são explicadas pela composição do TPH que consiste, neste caso, basicamente de n-alcanos e iso-alcanos considerados de fácil degradação biológica. A taxa média de degradação obtida no tratamento das onze pilhas foi de 80,88%, sendo a menor de 54,71% e a maior de 97,97%. Na análise estatística, verificou-se que as médias das concentrações de TPH durante cada período de tratamento diferem significativamente (<0,01). O trabalho conclui que o processo Terraferm® foi aplicado com sucesso nas condições ambientais do Estado de São Paulo, Brasil. Entretanto, os resultados do tratamento mostram uma alta variabilidade das taxas de degradação nas pilhas, que indica a necessidade de novas pesquisas, especialmente sobre a influência da temperatura no processo.

Soil contaminations with petroleum hydrocarbons are a worldwide environmental problem due to the high demand for refined petroleum products. Contamination sources are multiple and related to the exploration, production, storage, transportation, distribution, and final disposal of petroleum and its derivatives. Nowadays Brazil is starting to assess and record its contaminated areas and consequently search for alternatives for their remediation. Biological processes are gaining more and more importance, specially in the treatment of soils contaminated by organic compounds. These methods are favored for being cleaner, with lower costs, and more easily applicable to industrial scale. Therefore, with the objective of verifying the applicability of bioremediation to the environmental conditions of São Paulo State, Brazil, the ex situ remediation of a contaminated area by TPH was carried out by using the Terraferm® process. The area called Mina de Argila was located in the Paulínia Refinery – REPLAN, which belongs to PETROBRÁS S/A (the country's leader in the exploration, production, and distribution of petroleum products). Ten samples of contaminated soil were analyzed in relation to the physical-chemical parameters TPH, PAH, BTEX, metals (Cr, Zn, Pb, Ni, Cu, Cd, As, Hg, Fe, Ta), humidity, pH, oxygen and texture. Three samples with average values of TPH were submitted to column tests in order to assess the material biotreatability and define the control parameters of the process on industrial scale. A total of 72,384t of contaminated soil were removed. From this total, 21,050t were classified as class II waste according to NBR 10004 and sent to a landfill, and 51,334t were classified as class I waste and sent to the bioremediation plant of the companies SAPOTEC/ESTRE, in Paulínia – São Paulo State. The contaminated soil was treated with the Terraferm® process whose purpose is to optimize the parameters which directly influence the microbial activity necessary for biodegradation. The treatment was carried out in sheds with waterproof floor and a collection and treatment system for the emissions generated in the biodegradation process. After the treatment in a special machine, which consists in separating non-treatable materials, homogenizing, and adding structural material, the soil was placed into eleven treatment piles. The oxygen content, humidity, and nutrients were kept within a range considered optimum. The chemical characterization and the column test proved the soil biotreatability. In the column test, the degradation rates were between 70.2% and 88.6% in 14 days. These high rates are due to the TPHcomposition, which in this case basically consists in n-alkenes and iso-alkenes of easy biological degradation. The average degradation rate verified in the treatment of the eleven piles was of 80.88%, the lowest being 54.71% and the highest 97.97%. In the statistical analysis, it was verified that the average concentrations of TPH during each treatment period differ significantly (<0.01). The conclusion of this work is that the Terraferm® process was successfully applied to the environmental conditions of São Paulo State. However, the treatment results show a high variability in the degradation rates of the piles, which indicates the need for further research, specially on the influence of temperature on the process.

Bodenkontaminationen durch Mineralölkohlenwasserstoffe sind ein weltweites Umweltproblem. Die Kontaminatiosquellen stehen im Zusammenhang mit Förderung, Lagerung, Transport, Verteilung und Endlagerung von Erdöl und Erdölprodukten. Brasilien beginnt zurzeit einen Prozess der Altlastenerfassung und –erkundung und in Konsequenz dessen auch die Suche nach geeigneten Sanierungstechniken. Biologische Prozesse spielen eine immer stärkere Rolle insbesondere bei der Sanierung von Bodenkontaminationen mit organischen Substanzen. Diese Prozesse gelten als “ökologisch korrekter” und sind im Vergleich mit anderen Techniken mit geringeren Kosten und technischen Aufwand durchführbar. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmöglichkeiten der biologischen Bodensanierung mittels des Terraferm® Verfahrens unter den Umweltbedingungen des Bundesstaates São Paulo, Brasilien zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurde der Boden einer MKW-kontaminierte Fläche (Mina de Argila) in der Raffinerie REPLAN der PETROBRÁS S/A in Paulínia -SP ausgekoffert. Es wurden zehn Bodenproben in Bezug auf ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften MKW, PAK, BTEX, Metalle (Cr, Zn, Pb, Ni, Cu, Cd, As, Hg, Fe, Ta), Wassergehalt, pH, Korngröße analysiert. Drei Proben mit durchschnittlichen MKW-gehalten wurden zur Überprüfung der biologischen Sanierbarkeit und der Bestimmung der Kontrollparameter für den später Sanierungsdurchführung Säulenversuchen unterzogen. Insgesamt wurden 72.384t kontaminierten Bodens ausgekoffert, wovon 21.050t der Abfallklasse II (nach NBR 10004) zugeordnet wurden und direkt auf eine Mülldeponie verbracht wurden. Es wurden 51.334t der Abfallklasse 1 in die Bodenreinigungsanlage der Firmen SAPOTEC/ESTRE in Paulínia - SP mittels des Terraferm® Verfahrens behandelt. Dieses Verfahren ist darauf ausgelegt, alle für den biologischen Abbau nötigen Prozessparameter im Optimum zu halten. Die Behandlung erfolgt in Hallen auf versiegeltem Untergrund und die dabei freigesetzten Schad- und Geruchsstoffe werden gefasst und einer Abluftreinigung zugeführt. Nach der Vorbehandlung (Aussortierung von Störstoffen, Zugabe von Strukturmaterial, Durchmischung) mittels speziellem Aufbereitungsaggregat wurden insgesamt elf Behandlungsmieten aufgesetzt. Der Sauerstoffgehalt, Bodenfeuchte und Nährstoffgehalte wurden im Optimalbereich gehalten. Die Analysen und die Säulenversuche bestätigten die biologische Sanierbarkeit des Bodens. Die Abbauraten in den Säulenversuchen lagenzwischen 70,2% und 88,6% in 14 Tagen. Diese hohen Abbauraten lassen sich durch die Zusammensetzung der MKW begründen, die sich hauptsächlich aus gut abbaubaren n-Alkanen und iso-Alkanen bestehen. Die durchschnittliche Abbaurate bei den elf Behandlungsmieten lag bei 80,88%, wobei die niedrigste bei 54,71% und die höchste Abbaurate bei 97,97% lagen. Die statistische Auswertung ergab, dass sich die Mittelwerte der MKW-gehalte während der Behandlung signifikant voneinander unterscheiden (<0,01). Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche bestätigen den erfolgreichen Einsatz des Terraferm® Verfahrens unter Umweltbedingungen des Bundesstaates São Paulo, Brasilien. Die starke Variabilität der Abbauraten in den Behandlungsmieten deutet aber auf einen weiteren Forschungsbedarf, insbesondere hinsichtlich des Temperatur-einflusses, hin.