BR102015002135B1 - Processo de fabricação e de utilização de misturas prontas preparadas a seco para remediação ambiental de contaminantes em solo e água subterrânea - Google Patents

Abstract

processo de fabricação e de utilização de misturas prontas preparadas a seco para remediação ambiental de contaminantes em solo e água subterrânea, refere-se a presente invenção ao campo técnico da remediação ambiental de solo e água subterrânea, mais especificamente na fabricação e utilização de cinco categorias de misturas produzidas para aplicação em infinitos cenários de remediação. as misturas foram desenvolvidas e classificadas para unirem duas características fundamentais necessárias em processos de remediação, neste caso a capacidade oxidativa e bioremediação. juntamente as misturas quando dissolvidas em água ainda promovem a criação de condição adequada para ativação do composto persulfato de sódio gerando íons hs04- que possui alto poder oxidativo. cada uma das cinco classificações de misturas produzidas podem ser aplicadas em diferentes cenários de remediação ambiental, podendo se optar entre um ambiente mais oxidativo ou promover uma condição favorável para bioestimulação e consequente bioremediação ambiental. a fabricação das misturas é simples requerendo apenas equipamentos com capacidade de homogeneizar materiais em pó ou grãos finos. as proporções variáveis de persulfao de sódio e peróxido de cálcio foram segmentadas em cinco classificações: a, b, c, d e e. sendo que a mistura do tipo a possui aplicabilidade mais oxidativa enquanto que misturas do tipo e são mais adequadas ao uso em processos bioremediadores. classificações intermediárias de misturas ainda podem ser usadas em cenários distintos que possam requerer condições específicas de estequiometria.

Description

[0001] Apresentação.

[0002] A presente invenção refere-se ao processo de fabricação de misturas prontas, preparadas a seco, para utilização em remediação ambiental de contaminantes em solo e água subterrânea. As misturas em questão são compostas por dois componentes com propriedades individuais, contudo quando misturados apresentam novas qualidades intrínsecas específicas, principalmente as seguintes: ativação de um de seus componentes pela elevação do pH e consequente geração de íons de alto poder oxidativo, liberação gradativa e contínua de oxigênio, melhor controle do pH do meio onde a mistura é inserida, maior versatilidade de utilização em função das diversas combinações possíveis entre os dois constituíntes das misturas. Portanto, o processo de produção e utilização de misturas prontas, preparadas a seco, promovem a criação de condições altamente desejáveis para aplicabilidade em remediação ambiental de solo e água subterrânea, neste caso podemos destacar as principais: ativação do oxidantes com criação de alto poder oxidativo com consequente destruição de moléculas orgânicas complexas, bem como a liberação continua e gradativa de oxigênio para bioestimulação microbiológica do meio com consequente efeito bioestimulador ou bioremediador. As misturas mencionadas são obtidas a partir da união principal de duas substâncias com propriedades reconhecidas em remediação de solos e águas subterrâneas, neste caso o Persulfato de Sódio e o Peróxido de Cálcio. Contudo ainda podem ser adicionados compostos auxiliares nas misturas entre os dois componentes principais com objetivo de auxiliar e promover a bioremediação. Entre os componentes que podem ser adicionados destaca-se o nitrogênio, potássio e ou fósforo. As misturas são produzidas em diferentes variações de concentração entre os seus compostos, estas variações de concentração entre cada componente conferem as misturas obtidas características específicas intrínsecas desejáveis e aplicáveis a cada diferente cenário encontrado em projetos de remediação ambiental e recuperação de áreas contaminadas.

[0003] Novamente se destacam as propriedades oxidativas e bio remediadoras presentes nos componentes, que de acordo com suas variações, permite o uso de cada tipologia de mistura a cada cenário específico de remediação ambiental. As diferentes misturas e suas possíveis aplicações foram desenvolvidas para serem utilizadas na remediação de solos e água subterrânea contaminados com os mais diferentes compostos químicos, destacando-se principalmente os orgânicos. Entre os principais contaminantes tratáveis através dos processos de remediação e misturas podemos citar: hidrocarbonetos de petróleo, COV (compostos orgânicos voláteis), COSV (compostos orgânicos semi-voláteis), HPA (hidrocarbonetos poli aromáticos), HTP (hidrocarbonetos totais de petróleo), solventes clorados e não clorados bem como quaisquer outras substâncias suscetíveis a ação dos oxidantes e radicais livres gerados pela reação obtida a partir das misturas em questão.

[0004] Mais especificamente o processo de produção e utilização das misturas aqui mencionadas leva em conta a utilização de composições variáveis de duas substâncias químicas, o persulfato de sódio e peróxido de cálcio, bem como, as possíveis variações das misturas com adição de promotores de biorremediação (nitrogênio, fósforo e potássio) entre estes componentes permitem sua utilização em remediação ambiental de acordo com a característica do contaminante e concentração alvo a ser tratada. As misturas são produzidas a seco e se mantém estáveis sem reagir, podendo ser armazenadas por longo período antes de seu uso, desde que mantidas em ambiente sem umidade.

[0005] As diferentes misturas produzidas devem ser utilizadas em remediação através da dissolução direta da mesma em água em concentrações variáveis de 1% a até 70%, sendo que se recomenda seu uso entre 5% a até 40% devido as possíveis dificuldades de dissolução das misturas com concentrações acima de 40%, bem como pelo fato de concentrações abaixo de 5% não poderem surtir o efeito desejado. A dissolução das diferentes misturas em água causa quase que imediatamente dois tipos de reação química: A ativação do persulfato de sódio com consequente geração do radical oxidante íon hidrogeno sulfato HSO4- e a decomposição continua e gradativa do peróxido de cálcio gerando oxigênio. Portanto, o uso conjunto dos componentes permite a formação de condições ideais para remediação ambiental de compostos orgânicos que é conseguida com a ativação do persulfato de sódio e a liberação gradativa de oxigênio pela decomposição do peróxido de cálcio. Destaca-se ainda que não há necessidade de utilização de produtos químicos ou técnicas adicionais para ativação do persulfato de sódio visto que o peróxido de cálcio cumpre perfeitamente esta função como ativador mantendo o pH da solução sempre acima de 10. Aliadas ainda as vantagens já mencionadas, podemos destacar como inovação que as misturas em questão podem ser produzidas em variações de concentrações diferentes entre seus componentes permitindo a utilização e aplicação de misturas com características específicas desejáveis e adequadas para o tratamento de cada tipologia de contaminante e ou concentração de poluente a ser tratado. Para efeito elucidativo as misturas foram segmentadas em cinco classificações com diferentes características desejáveis em remediação ambiental de acordo com variações na composição das misturas. Desta forma as misturas foram classificadas com as letras A, B, C, D e E, onde estas denominações indicam que os produtos com a classificação “A” são altamente oxidantes e com baixo poder liberador de oxigênio, enquanto que o produto com classificação “E” tem alto poder liberador de oxigênio por longos períodos contudo menor poder oxidante. De forma resumida as classificações das misturas e seu uso indicado podem ser mais bem compreendidas conforme a tabela abaixo:

[0006] Com respeito ainda a segmentação das misturas em cinco categorias, o processo inventivo em questão inova também pela facilidade de utilização das mesmas nos mais variados cenários possíveis de remediação, visto que as misturas estão prontas para uso e podem ser adequadamente escolhidas de acordo com o tipo de remediação que se deseja realizar. Como exemplo, caso seja desejada uma ação mais oxidativa mais intensa pode se escolher a mistura tipo “A”, caso se deseje uma remediação equilibrada onde se busca poder oxidativo e ao mesmo tempo a bioestimulação da microbiologia local, pode se escolher a mistura com a característica do tipo “C”, ou mesmo, caso se deseje um maior poder bioestimulante para promoção de bioremediação em detrimento do poder oxidativo, pode-se optar por produtos com a caraterística do tipo “E”, sendo ainda que podem ser escolhidas entre as cinco configurações diferentes de acordo com cálculos estequiométricos de consumo de oxidante e oxigênio liberado, bem como para o objetivo proposto para a remediação. As misturas remediadoras serão produzidas nas seguintes variações de percentual com base massa, apresentadas a seguir da mais oxidativa a mais bioestimulante: • Mistura tipo “A” (Entre 5% a 15% de CaO2 e 85% a 95% de Na2S2Ofc); • Mistura tipo “B” (Entre 16% a 30% CaO2 e 70% a 84% Na^Oe); • Mistura tipo “C” (Entre 31% a 50% de CaO2 e 50% a 69% de Na2S2O8); • Mistura tipo “D” (Entre 51% a 70% CaO2 e 30% a 49% de Na2S2O8) e; • Mistura tipo “E” (Entre 71% a 95% de CaO2 e 5% a 29% de Na2S2O8).

[0007] Outra vantagem a se mencionar é a grande facilidade de manuseio em campo visto que a única preocupação do executor da aplicação será a de seguir a orientação de adicionar água ao produto na proporção indicada. Portanto, através deste processo inovador as misturas remediadoras são produzidas, prontas para uso misturadas a seco, em cinco classificações distintas de uso aplicáveis a infinitos cenários de remediação, sendo desta forma portanto possível superar as técnicas tradicionais existentes, onde nelas, além de se requerer a presença sempre de agente ativador externo do persulfato de sódio, como o uso de substâncias alcalinas por exemplo e ou utilização de altas temperaturas. Há ainda nestes casos a necessidade de manipulação de produtos que oferecem risco, bem como a necessidade de realização de cálculos e dosagens para cada tipo de remediação a ser realizada. Desta forma, os processos de remediação tornam-se extremamente mais simples rápidos e seguros ao se utilizar as misturas prontas, bastando apenas adicionar água a mistura escolhida na proporção indicada. Este novo modelo, portanto baseia-se especificamente na produção e aplicação de misturas com concentrações pré-definidas para utilização nos mais diversos cenários possíveis de remediação ambiental, bem como as mesmas são produzidas por mistura simples a seco e estão prontas para uso com pelo menos cinco classificações, mas não se limitando a elas, devidamente balanceadas e definidas para uso de acordo com o nível de concentração e tipologia dos contaminantes em solo e lençol freático a se tratar. Alie-se ainda o fato das misturas em suas diferentes composições poderem ser utilizadas em estratégias de remediação onde são requeridas diferentes balanços e estequiometrias de oxidação ou bioremediação entre agentes oxidantes e bioestimuladores, dentro de uma mesma pluma a ser remediada, sendo necessário desta forma, aplicar misturas com concentrações adequadas de acordo com o gradiente de concentrações da pluma existente, neste caso, por exemplo, pode ser aplicado no centro da pluma o produto tipo “A” objetivando uma oxidação forte e redução dos níveis de concentração de forma mais rápida e efetiva, enquanto que nas bordas da pluma, ou seja nos menores gradientes de concentração de contaminantes a remediação é mais efetiva através da bioestimulação sendo portanto recomendável a aplicação do produto tipo “E”. Assim é possível conseguir resultados muito mais assertivos sob o ponto de vista de projeto de remediação, com menor consumo de produto remediador e com menor tempo operacional, com a aplicação de misturas adequadamente projetadas para os diferentes gradientes de concentração de pluma, dentro de um mesmo projeto de remediação ou em projetos com localizações distintas.

[0008] Histórico.

[0009] Somente o estado de São Paulo no Brasil possui cadastrado, em dezembro de dois mil e treze, mais de quatro mil e setecentas áreas registradas como contaminadas, com grande parte já com processos de remediação. O número de áreas contaminadas a serem descobertas ainda tende a crescer vertiginosamente no Brasil e com isso o problema de se encontrarem técnicas eficazes no tratamento destes locais é premente. Grande parte das áreas contaminadas é constituída por postos de combustível, indústrias, aterros, lavanderias a seco ou qualquer local onde há manipulação de produtos químicos contaminantes, tendo a origem da contaminação associada ao vazamento de produtos líquidos ou disposição inadequada de resíduos sólidos em superfície, enterrados, no meio subterrâneo ou em contato com o lençol freático. Os problemas ambientais advindos de áreas contaminadas são extremamente graves, pois estão associados ao potencial aumento de risco de doenças como o câncer e toxicidade aguda a exposição a estes contaminantes. As pessoas podem ser expostas a substâncias nocivas, carcinogênicas ou tóxicas a partir das vias de exposição como contato dérmico, ingestão ou inalação. Os produtos mais comumente associados à contaminação ambiental em função de sua origem são: COV (compostos orgânicos voláteis), COSV (compostos orgânicos semi-voláteis) entre outros, e como exemplos podemos destacar alguns compostos de interesse ambiental como: Benzeno, Tolueno, Etil-Benzeno, Xilenos, Percloroetileno, Tricloroetileno, Cloreto de Vinila, Naftaleno, Benzo a pireno, entre outros compostos reconhecidamente tóxicos ou carcinogênicos. As contaminações ambientais em solo e água subterrânea são separadas em fases de acordo com sua característica, as principais fases encontradas são: fase livre quando o produto encontra-se disponível em sua forma pura não dissolvido no lençol freático, dissolvida no lençol freático e residual retida no solo saturado e no solo não saturado. A utilização de produtos químicos remediadores tem crescido rapidamente no Brasil nos últimos anos, devido a sua eficácia quando comparada a outros métodos de remediação tradicionais, bem como já é largamente aplicada desde a década de noventa nos Estados Unidos na remediação de contaminantes em solo e água subterrânea devido a sua eficácia. As técnicas mais utilizadas e com maior sucesso em remediação tem sido as injeções de produtos remediadores diretamente no solo e na água subterrânea de forma a atacar diretamente o contaminante no meio em que ele está inserido. Atualmente os principais produtos remediadores aplicados podem ser classificados como como oxidantes, liberadores gradativos de oxigênio, bioestimuladores e redutores químicos. Os compostos oxidantes por exemplo, agem promovendo a oxidação das moléculas de substâncias orgânicas tóxicas e carcinogênicas como o benzeno, por exemplo, transformando-as basicamente em gás carbônico e água reduzindo o risco a saúde humana.

[0010] Devido a estes problemas ambientais e de saúde humana, relacionados à gestão de áreas contaminadas, existem diversas leis que determinam a implantação de formas de descontaminação de áreas afetadas por derramamentos como exemplo a legislação federal Conama 420, bem como a determinação da necessidade de redução dos índices de contaminação a níveis inferiores a possibilidade de causar riscos a saúde humana e o monitoramento ambiental das áreas contaminadas até sua total descontaminação.

[0011] Estado da técnica e problemas apresentados.

[0012] Como é do conhecimento dos técnicos no assunto, atualmente existem diversas técnicas, processos e produtos químicos de remediação disponíveis, neste caso iremos nos ater a utilização de técnicas e processos que utilizem em específico o uso de persulfato de sódio e ou peróxido de cálcio. O persulfato de sódio e seus ativadores já são utilizados em técnicas de remediação de compostos orgânicos voláteis e semi-voláteis com eficácia comprovada nas mais diversas condições de solo e de lençol freático, desde que adequadamente ativado. Devido a sua elevada capacidade de degradar compostos orgânicos o persulfato de sódio e seus ativadores são relatados em diversas patentes internacionais, entre elas podemos destacar: US 20080272063 A1 “Ex situ and in situ remediation with activated persulfate”, US 201302484461 A1 “Environmental Remediation Process”, US 7667087 B2 “Soil and water remediation method and apparatus”. Nas patentes mencionadas foi verificado que há o uso de persulfato como principal agente nos processos de remediação, contudo não foi encontrado em nenhuma das patentes pesquisadas processos de fabricação e utilização de misturas a seco prontas para remediação ambiental. Desta forma ressalta-se novamente que persulfato de sódio é citado em patentes internacionais de processos de remediação e também de produto remediador, contudo não foram observados nos atuais estados da técnica o uso do mesmo em misturas prontas para uso. Além do mais é sempre mencionado como o principal agente oxidante e não são apresentadas alternativas para que o mesmo também possa atuar como bioremediador. Apresenta ainda como uma de suas principais dificuldades a ativação que deve ser feita em condições específicas de pH, temperatura, ou na presença de outras substâncias como metais de transição, etc. Desta forma o persulfato de sódio requer ainda que seja adequadamente ativado para formação do íon HSO4-, desejado nos processos de remediação pelo seu alto poder oxidativo e potencial para degradar moléculas orgânicas de maior peso molecular como os COSV ou solventes clorados. Bem como destacam-se os riscos operacionais de ativação do persulfato de sódio associados a elevação de temperatura ou mesmo uso de bases fortes como soda cáustica ou ácidos para sua ativação.

[0013] O peróxido de cálcio é outro produto já utilizado em processos de remediação, tratamento de águas superficiais e em criação de peixes e crustáceos. A substância em questão é citada em patentes internacionais onde são apresentadas a seguir algumas correlacionadas: US 20090069181 A1 “Product and process for treating water bodies, sediments and soils”, US 8231305 B2 “Remediation of contaminants from in-situ ande x-situ media”. Como pode ser observado no estado da arte o peróxido de cálcio possui claramente a vantagem de liberação gradativa de oxigênio quando é dissolvido em água, desta forma suas qualidades são mencionadas em diversas patentes relacionadas a processos de biodegradação e bioestimulação. Contudo, em nenhuma das patentes pesquisadas foi encontrado similaridade com processos de fabricação e utilização de misturas a seco prontas para remediação ambiental objeto do ato inventivo aqui descrito. Ressalta-se ainda que a ação do peróxido de cálcio isoladamente é limitada pela característica de seu baixo poder oxidativo se comparado ao persulfato de sódio, sendo que o mesmo é mais indicado para remediações onde se deseja um processo de bioestimulação e desenvolvimento da microbiologia aeróbica natural do solo que será responsável por degradar a matéria orgânica disponível e com isso realizar o processo de remediação através da biodegradação dos compostos orgânicos disponíveis. Destaca-se que o peróxido de cálcio também é limitado pela toxicidade do meio, ou seja, por se tratar de um bioestimulador, caso o meio seja tóxico para o desenvolvimento microbiológico, o efeito remediador poderá ser baixo ou nulo pelo fato de não haver condições ideais e desta forma não haverá eficácia na utilização do mesmo. O peróxido de cálcio aplicado sozinho também causa um efeito indesejado que é a elevação excessiva do pH do meio ambiente hídrico para valores próximos a onze ou doze, visto que há a formação do hidróxido de cálcio quando em solução aquosa.

[0014] Outro problema apresentado nas técnicas usuais onde são utilizados produtos químicos remediadores é que os mesmos são fornecidos pelos fabricantes com formulação e concentrações fixas, criando dificuldades para se conseguir uma utilização mais econômica e eficaz onde se requer produtos químicos remediadores específicos, para diferentes cenários e concentrações dos contaminantes em plumas de contaminação existentes. Como exemplo, podemos considerar plumas de contaminação com gradientes de concentração e extensões muito grandes, superiores a quinhentos metros de distância e com mais de cem metros de profundidade por exemplo. Ou seja, não é lógico aplicar um único tipo de produto químico remediador para tratar áreas e profundidades extensas com concentrações de contaminantes diferentes que requerem uma estequiometria de oxidantes diferentes, mais correto no entanto, seria aplicar a mistura com a característica desejada na região onde se requer um resultado específico de acordo com a estequiometria de oxidação por exemplo, bem como a aplicação de outra composição de mistura em outra região da contaminação onde se espera uma ação diferente de bioremediação por exemplo, contudo sempre de acordo com a necessidade de oxidação ou bio estimulação.

[0015] Melhorias apresentadas sobre o atual estado da técnica.

[0016] O pedido em apreço foi desenvolvido para solucionar os problemas apresentados nas técnicas atuais de remediação que fazem uso de oxidantes e ou bioestimuladores que são fornecidos em sua forma pura ou concentrada, dificultando e limitando seu uso, bem como pela necessidade do uso de produtos químicos ativadores, que podem oferecer risco de manuseio e operações de mistura complicadas em campo. No caso da técnica proposta, as misturas são fabricadas a seco e estão prontas para uso, bastando dissolver em água, bem como podem ser escolhidas entre cinco configurações diferentes, de acordo com a necessidade de utilização, da mais oxidante a mais bioremediadora. Como exemplo pode-se citar uma grande área contaminada onde no centro da pluma há grande concentração de contaminantes e com isso elevada toxicidade, pode ser utilizado neste caso um produto com características do tipo “A” (alto poder oxidativo e baixo poder de liberação de oxigênio), com isso será conseguido o resultado desejado de oxidação. Da mesma forma em locais onde há baixa concentração de compostos tóxicos e a bioestimulação é a mais favorável para descontaminação do local utiliza- se uma mistura de características como da mistura tipo “E” conseguindo-se desta forma a rápida evolução para o cenário final de bioremediação dos contaminantes. Logicamente que situações intermediárias entre bioestimulação e oxidação podem ser conseguidas com as cinco formulações de produtos remediadores disponíveis, sendo que produtos com características médias, equilibradas entre poder oxidativo e bioestimulador. Juntamente em casos onde não se tem informações suficientes de concentração e extensão pode ser utilizado no processo de remediação a mistura do tipo “C”, que seria um equilíbrio de oxidação e bioremediação sendo aplicável a maioria dos casos existentes de remediação, ou seja também pode-se realizar o tratamento de forma mais genérica caso isso seja o desejado. Como mencionado a técnica inovadora apresentada aqui se configura como um processo de produção e utilização de misturas prontas preparadas a seco para remediação ambiental de contaminantes em solo e água subterrânea. As misturas são fornecidas em cinco classificações diferentes que variam de alto poder oxidativo e baixo poder bioestimulador a alto poder bioestimulador e baixo poder oxidativo. Para que isso seja conseguido são realizadas combinações e variações de concentração em mistura entre persulfato de sódio que possui alto poder oxidativo, e peróxido de cálcio que possui alto poder bioestimulador, garantindo composições variáveis para obtenção de uma remediação mais otimizada e eficaz, onde se aplica o remediador pronto para uso, auto ativado e na concentração correta para cada tipo de contaminante ou para o mesmo contaminante com concentrações diferentes dentro de uma mesma pluma.

[0017] Através deste modelo inventivo são possíveis as seguintes melhorias em relação aos atuais estados da técnica: i. Eliminação da necessidade de realizar a ativação do produto persulfato de sódio em campo, visto que as misturas já são produzidas com o agente ativador incorporado na mistura seca, facilitando seu manuseio em operações de campo; ii. União de duas características altamente favoráveis em processos de remediação ambiental, o alto poder oxidativo proveniente do persulfato de sódio ativado e o poder bioestimulador e de liberação gradativa de oxigênio promovidos pelo peróxido de cálcio; iii. Redução de custos, devido a possibilidade de escolha entre cinco configurações de misturas, com características distintas, que podem ser utilizadas especificamente de acordo com o que se deseja para cada cenário de remediação ambiental; iv. Redução dos riscos de atividades em campo pela não necessidade de uso de ativadores como alta temperatura ou de ácidos ou bases fortes; v. Geração de menor impacto ao meio ambiente pelo fato da solução entre persulfato de sódio e peróxido de cálcio agirem como uma solução tampão e gerar como subproduto final da reação sulfato de cálcio que é um sal inerte; vi. Capacidade de utilização da mistura remediadora em concentrações mais brandas de persulfato de sódio, com menor poder oxidativo, próximo a estruturas subterrâneas de aço carbono, conseguindo com isso menor possibilidade de ataque corrosivo e danos as mesmas.

[0018] Descrição da invenção.

[0019] A presente invenção trata-se de processo de fabricação e de utilização de misturas prontas preparadas a seco para remediação ambiental de contaminantes de em solo e água subterrânea.

[0020] Os processos de fabricação das diferentes misturas em questão são conseguidas adicionando-se peróxido de cálcio ao persulfato de sódio, ou vice-versa, ambos sólidos com baixa granulometria, em um misturador preferencialmente rotativo, com capacidade para homogeneizar as duas substâncias sólidas de forma que não seja possível distinguir a olho nu que existem duas substâncias compondo a mistura. Fisicamente o misturador a ser utilizado para esta homogeneização deve ter volume e potencia suficientes para que ocorra homogeneização entre os dois produtos de forma completa e uniforme. Apenas para efeito ilustrativo podem ser utilizados quaisquer tipos de misturadores para produtos sólidos secos, como dos tipos: rotativo, tubular, helicoidal, tipo betoneira ou batedeira industrial. Deve-se apenas utilizar misturadores que tenham contenção de poeira e particulados ou sistema de filtragem de pós de forma a não permitir emanações fugitivas para a atmosfera.

[0021] Os produtos secos intrinsicamente e fisicamente unidos em forma sólida não reagem quimicamente. A única forma de que ocorram as reações químicas desejadas para os efeitos esperados na remediação ambiental, ocorrem somente após a diluição da mistura em água. Somente desta forma, em meio dissolvido, é conseguido um dos principais efeitos sinérgicos que ocorrem na presença dos compostos peróxido de cálcio e persulfato de sódio, que é a ativação do persulfato de sódio pela elevação do pH promovido na presença do peróxido de cálcio. A ativação do persulfato de sódio é conseguida gerando em solução de íons HSO4- que possuem potencial oxidativo de 2,01 V. A cinética de reação para ativação é apresentada genericamente a seguir: S2O8-2 + 2H+ + 2 e- ^ 2HSO4- O peróxido de cálcio quando em solução aquosa também produz outro efeito altamente desejável em remediação ambiental que é liberação de forma gradativa e lenta de oxigênio O2. Este é liberado pela decomposição do peróxido de cálcio em água em forma de micro bolhas por períodos de até doze meses. A reação cinética de dissolução do peróxido de cálcio em solução aquosa é apresentada a seguir. CaO2 + 2 H2O ^ 2 Ca(OH)2+ O2

[0022] As duas substâncias, peróxido de cálcio e persulfato de sódio são classificadas como oxidantes conforme normas de classificação de substâncias químicas da organização das nações unidas - ONU. Contudo para efeitos de remediação ambiental o persulfato de sódio produz o íon HSO4- que possui alto poder oxidativo, suficiente para degradar moléculas complexas e de maior peso molecular. Já o peróxido de cálcio conduz a uma reação que gera oxigênio livre e tende a uma característica de remediação ambiental associada a estimulação de processos naturais de biodegradação aeróbica do meio devido a liberação gradativa de oxigênio. Ressalta-se ainda que a união das duas características distintas destas substâncias potencializa significativamente a capacidade de remediação, onde o poder oxidativo químico do persulfato de sódio é complementado pela bio-estimulação e crescimento microbiológico, favorecendo a bio-degradação ou bio-remediação.

[0023] Destaca-se novamente que a união dos dois compostos mencionados em forma de misturas cria portanto um efeito sinérgico, devido as características das misturas obtidas quando em meio aquoso, principalmente se comparadas com as propriedades individuais de cada substância aplicadas separadamente, que mesmo somadas, não se equivalem as propriedades sinérgicas resultantes das misturas em questão. Ou seja há a obtenção de vantagens significativas quando consideradas as características físicas e químicas das substâncias juntas do que separadamente, entre elas: segurança, versatilidade e facilidade de uso, auto ativação do persulfato e menor impacto ambiental resultantes do melhor equilíbrio de pH e produção de sal inerte o sulfato de cálcio.

[0024] De forma genérica a reação da mistura entre persulfato de sódio e peróxido de cálcio em solução aquosa é apresentada a seguir onde: n CaO2 + n N2S2O8 + n H2O ^ n Ca(OH)2 + n NaHSO4 + n H2O + n CaSO4 + n O2. Como pode ser observado há nesta reação a formação do sal Sulfato de Cálcio conhecido também comumente como gesso, reduzindo ao longo do tempo a concentração dos íons (SO4-2) livres em solução e com isso melhorando a qualidade da água subterrânea em termos de potabilidade. Juntamente pelo fato de adicionarmos um sal ácido a uma base alcalina há redução da acidez, bem como da alcalinidade do meio, obtendo-se uma mistura com maior poder de tamponamento e causadora de menor impacto ao meio ambiente do solo ou aquífero.

[0025] Portanto o resultado final do processo de fabricação da mistura de dois componentes com propriedades individuais gera qualidades intrínsecas específicas, aplicáveis em remediação de solo e água subterrânea, que podem ser descritas principalmente por: auto ativação promovida pela elevação do pH promovida pela solubilização do peróxido de cálcio, versatilidade de uso pela disponibilidade de aplicação de concentrações variáveis para os mais diversos cenários de remediação, união do poder oxidativo em conjunto com o poder de liberar gradativamente oxigênio por longos períodos, menor impacto ao meio ambiente, bem como a facilidade e versatilidade de manuseio e segurança na operação pelas misturas estarem prontas para uso.

[0026] Os produtos e técnicas atualmente disponíveis para remediação ambiental em solo e água subterrânea normalmente possuem as seguintes dificuldades: normalmente requerem a utilização de co-produtos para ativação, estes por sua vez podem colocar em risco a atividade operacional pois utilizam temperatura elevada ou uso de substâncias ácidas ou de bases fortes, são fornecidos puros ou com concentração fixa limitando seu uso a condições específicas da área a ser remediada, podem causar maior impacto ambiental pela variação excessiva de pH, ou mesmo obrigando a aplicação de produtos com concentrações inferiores ou superiores a realmente necessária ao tratamento de remediação desejado.

[0027] Explicação do funcionamento.

[0028] O processo de fabricação e de utilização de misturas prontas preparadas a seco para remediação ambiental de contaminantes em solo e água subterrânea é possível pois a misturas serão produzidas e fornecidas em meio seco e desta forma não reagem entre si, permanecendo em condições viáveis de utilização por longos períodos de tempo desde que estocadas adequadamente sem presença de umidade. A reação química promotora e buscada para remediação ambiental, com geração de íons oxidantes e de liberação gradativa de oxigênio somente é produzida quando as misturas são adicionadas a água. Quando em solução os dois componentes reagem entre si, inicialmente há a reação esperada de ativação do persulfato de sódio com a produção dos íons de alto poder oxidativo e posteriormente a liberação gradativa e continua de oxigênio pela decomposição do peróxido de cálcio.

[0029] Pelo fato de serem produzidos ao menos cinco classificações de misturas com concentrações e propriedades diferentes (A, B, C, D e E), existe portanto grande versatilidade de uso das mesmas, onde de acordo com o contaminante a ser tratado pode ser indicado a mistura mais adequada para cada tipo de cenário de remediação ou concentração dos contaminantes. Semelhante ao uso de medicamentos em animais e seres humanos, onde se prescreve o fármaco específico com a concentração e frequência de ingestão adequada ao tratamento da enfermidade.

[0030] Descrição das figuras.

[0031] Os objetivos, vantagens e demais características importantes da invenção em apreço poderão ser mais facilmente compreendidos quando lidos em conjunto com os desenhos em anexos, nos quais:

[0032] A figura 01 representa um modelo genérico de uma pluma de contaminação do composto Benzeno em água subterrânea. A representação é feita em dois gráficos, sendo que a vista de topo é apresentada no plano “xy” e a vista em corte é representada no plano “xz”. Nesta figura podem ser vistos os gradientes de concentração do contaminante Benzeno em fase dissolvida, variando de dez mil microgramas por litro de água subterrânea de benzeno no centro da pluma até seiscentos e vinte e cinco microgramas por litro na borda externa da pluma. Ainda pode ser observado seta indicativa da direção do lençol freático horizontal ao eixo “x” do gráfico, bem como nível d’água do lençol freático. Em profundidade também pode ser observado que a concentração de contaminantes possui um gradiente que varia do ponto mais concentrado, mais próximo a superfície, até a região menos concentrada no fundo do aquífero freático.

[0033] A figura 02 representa as possíveis formas de aplicação das diferentes misturas para cada característica de remediação buscada para uma mesma área contaminada. Como pode ser observado no gráfico “xy”, pode ser aplicada a mistura tipo “A” no centro da pluma com maior nível de concentração, enquanto que para as concentrações menores mais afastadas do centro pode ser utilizada a mistura do tipo “E”. Juntamente, da mesma forma como representado no gráfico da figura 01, os gradientes de concentração distribuídas no espaço em plano e em corte. No gráfico “xz” pode ser visualizada a aplicação de mistura do tipo “A” na região mais superficial do nível do freático onde há maior concentração e na região mais profunda do lençol freático, onde há menor concentração de contaminantes a aplicação de mistura tipo “E”. Ressalta-se nos desenhos portanto a grande versatilidade de poder se utilizar diferentes categorias de misturas específicas para o tratamento de cada tipo de contaminação, desde o uso de um produto altamente oxidante na região central da pluma a uma mistura com características de oferecer condições para biodegradação aeróbia nas regiões onde as concentrações de contaminante são favorecidas por esta técnica.

[0034] A figura 03 representa de forma gráfica as diferentes características de poder oxidativo de cada composição de mistura ao longo do tempo. Sendo que no eixo “y” é representado o poder oxidativo variando de 0 a 1, onde 1 representa o maior poder oxidativo possível da mistura, gerado pela ativação do persulfato de sódio. Como pode ser observado nos gráficos, quando as composições da mistura tem maior concentração de persulfato de sódio, como exemplo nas misturas “A” e “B”, o poder oxidativo está acima de 0,75, porém com tempo de meia vida inferior a seis meses, enquanto que as misturas dos tipos “C”, “D” e “E” que tem maiores concentrações de peróxido de cálcio o poder oxidativo é inferior a 0,75 contudo o tempo de ação da mistura é superior podendo agir por períodos superiores a doze meses como no caso de misturas do tipo “E”.

[0035] A figura 04 representa duas áreas contaminadas diferentes em dois locais distintos. Pode ser observado que a pluma da áreas contaminada 1 varia de 10.000 microgramas por litro de concentração do composto Benzeno dissolvida em água subterrânea a até 2.500 microgramas por litro. Já a pluma da área contaminada 2 varia de 2.500 microgramas por litro de concentração do composto Benzeno dissolvido em água subterrânea a até 625 microgramas por litro do mesmo composto. As variações são observadas nas vistas de topo em área e de corte em profundidade.

[0036] A figura 05 representa as formas de utilização das misturas remediadoras prontas nos diferentes cenários de contaminação. Sendo que para a área contaminada 1 pode ser utilizada a mistura tipo “A” no centro da pluma com maior concentração, a mistura tipo “B” é aplicada na região com concentração inferior e a mistura tipo “C” na região com concentração inferior a 2.500 microgramas por litro de Benzeno. Na área contaminada 2 são utilizadas as misturas dos tipos “C”, “D” e “E”, sendo que a mistura “C” é aplicada na região central da pluma com valores de concentração do composto Benzeno abaixo de 2.500 microgramas por litro e a mistura tipo “E” na região onde a concentração do composto Benzeno é inferior a 625 microgramas por litro.

[0037] A figura 06 representa também uma outra possibilidade de uso das misturas quando há presença de estruturas subterrâneas feitas em aço. Neste caso, de forma a evitar oxidação em estruturas metálicas devido a exposição a agentes fortemente oxidantes, ou seja com altos teores de persulfato de sódio, pode-se optar em utilizar misturas com menor concentração do mesmo, como as misturas dos tipos “D” ou “E”, garantindo-se desta forma a preservação da estrutura.

Claims (3)

1. "PROCESSO DE UTILIZAÇÃO DE MISTURAS PRONTAS PREPARADAS A SECO PARA REMEDIAÇÃO AMBIENTAL DE CONTAMINANTES EM SOLO E ÁGUA SUBTERRÂNEA", caracterizado por não necessitar de co- produtos ou processos adicionais para ativação do persulfato de sódio e prover cinco proporções diferentes dos compostos peróxido de cálcio e persulfato de sódio, por meio das misturas prontas "A", "B", "C", "D" e "E", sendo as misturas do tipo: - "A" entre 5% a 15% de CaO2 e 85% a 95% de Na2S2O8; - "B" entre 16% a 30% de CaO2 e 70% a 84% de Na2S2O8; - "C" entre 31% a 50% de CaO2 e 50% a 69% de Na2S2O8; - "D" entre 51% a 70% de CaO2 e 30% a 49% de Na2S2O8; e - "E" entre 71% a 95% de CaO2 e 5% a 29% de Na2S2O8; que após diluição em água em concentrações que variam de 5 % a 40 %, as Misturas A e B serem utilizadas em processos com características oxidativas de remediação, a Mistura C fazer o uso de produtos com características mais equilibradas e que estejam na interface entre oxidativa, tendendo a processos de biorremediação, e as Misturas D e E serem utilizadas em processos de remediação que possuem menor toxicidade dos compostos alvo, com processos de biorremediação aeróbia; que permite a aplicabilidade das misturas remediadoras para diferentes concentrações de contaminantes ambientais de origem orgânica; e que cada mistura atua especificamente nos diferentes gradientes de contaminação da pluma, sendo as Misturas A e B utilizadas nas regiões centrais da pluma com maior concentração de contaminantes, a mistura C utilizada na região de concentração intermediária de contaminantes e as misturas D e E utilizadas nas regiões mais distantes do centro da pluma com menor concentração de contaminantes.

2. "PROCESSO DE UTILIZAÇÃO DE MISTURAS PRONTAS PREPARADAS A SECO PARA REMEDIAÇÃO AMBIENTAL DE CONTAMINANTES EM SOLO E ÁGUA SUBTERRÂNEA", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compostos alvo sendo os compostos orgânicos voláteis, os semivoláteis, os hidrocarbonetos aromáticos, os poliaromáticos, os solventes clorados e os não clorados.

3. "PROCESSO DE UTILIZAÇÃO DE MISTURAS PRONTAS PREPARADAS A SECO PARA REMEDIAÇÃO AMBIENTAL DE CONTAMINANTES EM SOLO E ÁGUA SUBTERRÂNEA", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por mistura remediadora E, em concentrações mais brandas de persulfato de sódio, ter menor poder oxidativo e ser aplicada próximo a estruturas subterrâneas de aço carbono.

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