BRPI0619624A2 - método para recuperar terreno contaminado com um material combustìvel - Google Patents

Abstract

METODO PARA RECUPERAR TERRENO CONTAMINADO COM UM MATERIAL COMBUSTìVEL. A invenção refere-ser a um método e aparelho para recuperar terreno (1O) contaminado por um material combustível (12), em particular, terreno contaminado com líquidos de fase não-aquosa (NAPLs). Em um modo de realização da invenção, um método para recuperar terreno contaminado por um material combustível é revelado, o qual inclui as etapas de localizar um volume subterrâneo (16) de material combustível, como um DNAPL (12) no terreno (10) a ser recuperado, e inflamar o material combustível (12) para queimar o material e, desse modo, recuperar o terreno (10). Pelo monitoramento da combustão do material, a combustão pode ser otimizada, por exemplo, pela supressão de um oxidante ou um supressor de combustão.

Description

"MÉTODO PARA RECUPERAR TERRENO CONTAMINADO COM UM MATERIAL COMBUSTÍVEL"

A presente invenção refere-se a um método e aparelho para recuperar ou limpar terreno que foi contaminado por um material combustível. Em particular, mas não exclusivamente, a presente invenção refere-se a um método e aparelho aperfeiçoados para a recuperação de áreas de terreno contaminadas com líquidos de fase não-aquosa (NAPLs).

A contaminação da água subterrânea e de superfície por práticas de descarte erradas históricas e a contínua liberação acidental de produtos químicos industriais perigosos afetam milhares de locais no mundo todo. Entre os mais comuns e problemáticos destes produtos químicos estão os líquidos orgânicos imiscíveis, particularmente líquidos de fase não-aquosa (NAPLs). NAPLs que são mais leves do que a água são conhecidos como LNAPLs; estes incluem o petróleo (gasolina) e o diesel. NAPLs que são mais densos do que a água são conhecidos como DNAPLs; estes incluem solventes clorados como tricloroetileno (TCE) e tetracloroetileno (PCE), bifenilas policloradas (PCBs) e misturas complexas de hidrocarbonetos (tais. como o piche de carvão e os creosotos). NAPLs impõem uma ameaça séria e, a longo prazo, à qualidade da água, devido a sua predominância, toxicidade, persistência, e resistência aos esforços de recuperação padrão.

A Agência Ambiental do Reino Unido indicou que há cerca de 20.000 locais na Inglaterra e em Gales afetados pela contaminação de NAPL, e que exigem tratamento sob as leis de proteção ambiental do Reino Unido. Na verdade, estima-se que apenas os solventes clorados sejam responsáveis por aproximadamente 30% das ocorrências de poluição da água subterrânea na Inglaterra e em Gales. Nos Estados Unidos, o Departamento de Defesa estima que aproximadamente 11% de seus mais de 3.000 locais impactados por solvente têm, no subsolo zonas-fonte de DNAPL remanescentes. Zonas- fonte são regiões sub-superficiais contendo líquido imiscível (NAPL), que pode persistir por décadas ou mesmo séculos, e que continuam a liberar contaminação da fase dissolvida, na água subterrânea, em concentrações que estão geralmente bem acima daquelas consideradas como apresentando um risco à saúde humana. Além disto, estes compostos são tipicamente voláteis e, conseqüentemente, se distribuem igualmente na fase aérea presente no solo acima do lençol freático, de onde estes vapores podem migrar para cima do terreno e para prédios. Por isto, zonas-fonte de NAPL são responsáveis pela contaminação persistente de terreno, água e ar.

Uma grande variedade de indústrias produziu NAPLs no século passado, incluindo subprodutos e resíduos derivados de: piche de carvão derivado da produção de gás (de carvão), creosotos de operações de conservação da madeira, e solventes usados para desengraxar componentes elétricos e para lavagem a seco. A contaminação do subsolo incorrido por estes líquidos orgânicos imiscíveis ocorreu nos locais da produção, transporte, armazenamento, uso, e descarte. Em particular, no passado, era comum e permitida a prática de descartarem-se estes materiais derramando-os no solo depois do uso. Somente nos últimos 20 anos o risco dos NAPLs foi reconhecido, sua manipulação regulada, e abordagens para a recuperação de locais contaminados por NAPL procuradas. Entretanto, NAPLs são altamente persistentes no subsolo e difíceis de tratar satisfatoriamente com as técnicas corretivas atuais. Quando recuperados à superfície, são perigosos de manipular e caros para tratar ou descartar com segurança.

Materiais de subproduto/rejeito industrial formam, tipicamente, depósitos de líquido ou de líquido/gás, embora no caso de determinados materiais, depósitos sólidos podem igualmente estar presentes. Uma situação típica, onde contaminadores sólidos podem estar presentes, é nos locais onde explosivos químicos orgânicos foram produzidos, e onde ocorreram descartes do processo de produção e/ou do processo de fabricação. Os descartes envolvidos na fabricação de explosivos orgânicos 2,4,6— trinitrotolueno (TNT), 2.4-dinitrotolueno, (DNT), hexaidro-1, 3, 5-trinitro -1, 3, 5-triazina (RDX), e octaidro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7- tetrazocina (HMX) são particularmente problemáticos. Isto porque, sob circunstâncias onde as temperaturas ambiente são significativamente mais baixas do que as temperaturas da água de descarte (não é incomum - tipicamente, a água subterrânea está a 10°C), os explosivos podem se precipitar da solução e criar um material separado de fase sólida no solo.

Outro contaminante orgânico encontrado como uma fase sólida no subsolo é o rejeito de purificadores, resultante do resfriamento e purificação do gás recém produzido do carvão (uma prática comum no começo e meados dos 1900's). Durante o processo, impurezas eram removidas passando-se o gás através de "camadas purificadoras" compostas de cal ou cavacos de madeira impregnados com limalha de ferro. As camadas do purificador ficavam, eventualmente, saturadas com piche e outros materiais e tornavam-se inutilizáveis. Este resíduo do purificador (igualmente referido como "resíduo da caixa") tinha uma tendência de se inflamar espontaneamente se deixado descoberto e era enviado para fora do local para aterros sanitários ou usado, no local, para aterrar áreas baixas. Rejeitos de purificadores são encontrados, tipicamente, como uma mistura escura de cavacos de madeira com peças sólidas (tipicamente piche) misturadas nela.

Diversos métodos para lidar com os NAPLs foram desenvolvidos, com sucesso variável. Por exemplo, a maneira padrão de lidar com áreas de terreno contaminadas com NAPLs é escavação e descarte, também conhecida como "cavar e despejar". Ela consiste em identificar e exumar o solo contaminado e transportá-lo para um local de aterro sanitário onde é depositado. Entretanto, esta prática simplesmente desloca o problema de contaminação de uma área para outra, quase sempre aumentando o risco de exposição por trazer os NAPLs para cima do terreno. Esta prática é hoje encarada como insustentável, e, recentemente, tornou-se muito mais cara no Reino Unido devido à nova legislação e ao imposto dos aterros sanitários.

O primeiro método in situ (isto é, dentro do solo) que foi usado em um esforço para lidar com os NAPLs é a técnica "bombear e tratar". Ela envolve instalar um poço de recuperação da água subterrânea gradiente abaixo das zonas-fonte do NAPL. Bombeamento contínuo do poço de recuperação captura os compostos da fase dissolvida emanados da zona-fonte. A água contaminada recuperada deve ser tratada na superfície. Entretanto, esta técnica é essencialmente uma estratégia de retenção da nuvem da fase dissolvida criada pelo NAPL, e mostrou-se ineficaz para recuperar a zona- fonte. Por isto, ela, freqüentemente, deve ser operada indefinidamente apenas para limitar a propagação da água subterrânea contaminada.

Existem muitas tecnologias de tratamento para tratar compostos de fase dissolvida na água subterrânea. Entretanto, como "bombear e tratar", estas não tratam a zona-fonte que "alimenta" continuamente compostos a estas nuvens da água subterrânea. Existem muito poucas tecnologias para tratar os próprios NAPLs na zona-fonte.

Vários tratamentos químicos in situ têm sido usados na tentativa de remover NAPLs dos locais contaminados. Por exemplo, em uma técnica, tensoativos ou álcoois são bombeados para o solo, através de um poço de injeção, e ajudam na dissolução e mobilização do NAPL que pode, então, ser bombeado para fora por um segundo poço, gradiente abaixo. A mistura resultante de NAPL e água contaminada pode então ser separada na superfície em fases aquosa e em não-aquosa para tratamento e/ou incineração. Entretanto, esta técnica está sujeita a numerosas desvantagens. Em particular, ela envolve a adição contínua de aditivos químicos caros e às vezes perigosos; pode não ser particularmente eficaz em alguns arranjos de subsolo; pode levar a remobilização de DNAPLs para baixo o que agravaria a situação; envolve fluidos que são difíceis de separar dos NAPLs ou reciclar; e recuperam grandes volumes de líquidos que exigem tratamento. Um tratamento químico adicional para a remoção in situ de NAPLs dos locais contaminados envolve sua oxidação. Por exemplo, permanganato de potássio pode ser bombeado dentro de um local contaminado, que reage então com os NAPLs por meio de uma reação de oxidação, para transformar o NAPL em compostos não perigosos. Entretanto, o sucesso desta técnica pode ser limitado pelo fato da reação formar simultaneamente minerais sólidos que bloqueiam o espaço de poro que envolve os NAPLs, impedindo desse modo contato posterior entre os reagentes. Além disto, o material orgânico que ocorre naturalmente no solo exerce, freqüentemente,uma grande demanda de oxidante, exigindo que oxidante adicional seja injetado. O uso de grandes volumes de oxidante é tipicamente caro.

Técnicas biológicas também têm sido usadas em um esforço para recuperar locais contaminados por NAPLs. Estas técnicas de bio- recuperação envolvem tipicamente adicionar nutrientes e uma fonte de alimentação orgânica ao solo contaminado, de modo que grupos de bactérias no solo se multipliquem e interajam para degradar os compostos perigosos. Bio-recuperação ex-situ envolve exumar o solo contaminado e tratá-lo em um reator ou em aterros na superfície do solo. A bio-recuperação in-situ foi implementada para tratar os compostos da fase dissolvida gradiente abaixo da zona-fonte, atuando como uma estratégia de retenção de nuvem mas não reduzindo o volume de NAPL. Tem havido esforços recentes para tornar a bio-recuperação possível dentro da própria zona-fonte; embora, algumas experiências de laboratório tenham apresentado certo sucesso, isto ainda não foi demonstrado no campo.

Existem diversos problemas com a bio-recuperação de zonas- fonte de NAPL. A introdução contínua de aditivos (substratos orgânicos e nutrientes) pode tornar o tratamento caro. Além disto, é necessário obter-se um balanceamento de bactérias, alimentação e nutrientes do local específico para cada local contaminado. Por isto, a técnica de bio-recuperação é, conseqüentemente, específica do local. Outro problema associado com as técnicas de bio-recuperação é a "bio-infestação" pela qual o espaço do poro perto dos NAPLs e dos poços de bombeamento fica bloqueado pelo crescimento microbiano excessivo. Além disso, nem todos os locais contaminados têm as bactérias necessárias presentes, naturalmente, no local. Nestas situações, degradantes biológicos conhecidos também precisariam ser injetados, em um processo conhecido como "crescimento biológico". Entretanto, em certas jurisdições esta prática é ativamente desencorajada, e, em muitos casos, não é permitida, devido às restrições à implantação de organismos não-nativos.

Todas as técnicas in situ (isto é, no subsolo) de tratamento biológico e químico descritas acima envolvem injetar fluidos no subsolo gradiente acima da zona-fonte e se baseiam no contato subseqüente entre os produtos químicos e o NAPL. Entretanto, um problema significativo com todas estas técnicas de injeção de fluido é que alcançar o enxaguamento desejado da fonte pode ser problemático. Freqüentemente ocorre desvio do fluido onde o fluido injetado tende a fluir em torno do NAPL limitando, por conseguinte, sua exposição à, e assim contatando com, uma porção do produto químico injetado. Isto ocorre primariamente por duas razões: NAPLs tendem a repousar sobre lentes de baixa permeabilidade do material de subsolo (por exemplo, siltes ou argilas) que, naturalmente, desviam o fluxo para longe delas; e o próprio NAPL bloqueia os espaços dos poros fazendo a água ou um fluido injetado fluir mais fácil e rapidamente em torno da zona- fonte. Além disto, a diluição dos fluidos injetados pode provocar a diminuição de suas concentrações de modo a diminuir sua eficácia.

Outra abordagem que tem sido empregada em um esforço para livrar locais contaminados dos NAPLs envolve técnicas de recuperação térmica, incluindo limpeza a vapor, aquecimento de resistência elétrica (HRH), e aquecimento de condutor elétrico (ECH). Os benefícios das tecnologias de recuperação térmica são que podem reduzir a massa de NAPL em questão de meses a anos (em comparação aos anos a décadas para as tecnologias mais passivas discutidas acima), e que podem ser eficazes em meio de permeabilidade baixa, uma vez que a condução de calor é geralmente menos afetada pelas propriedades hidráulicas, do que o fluxo dos fluidos.

A limpeza a vapor envolve a injeção de vapor no subsolo para volatilizar e diminuir a viscosidade dos NAPLs, ajudando, assim, sua mobilização para um poço de retirada. HRH e ECH envolvem a implantação de grandes elétrodos no solo (na zona-fonte), e aquecimento sustentado da água e/ou do próprio solo. Métodos térmicos aquecem tipicamente o subsolo a uma temperatura de aproximadamente 100°C. Fazendo isto, não pretendem destruir ín situ os contaminantes mas sim mudar sua fase e/ou propriedades de modo que possam ser mobilizados e recuperados. Um mecanismo primário de recuperação é volatilizar os compostos de NAPL de modo que possam ser coletados da fase aérea no subsolo ou na superfície do terreno. Igualmente comum, é a recuperação de líquido que é mobilizado devido a sua viscosidade reduzida. Em certos casos, alguns compostos de NAPL podem ser degradados termicamente uma vez que o calor absorvido provoca degradação endotérmica (pirólise), ou reação com água (hidrólise). Entretanto, estas técnicas exibem sucesso variado e têm uma desvantagem significativa. Especificamente, as técnicas exigem um fornecimento grande e contínuo de energia de modo a alcançar e manter uma dada temperatura. Por isto, estas técnicas normalmente provam ser proibitivamente caras.

Conseqüentemente, em resumo, os métodos da técnica anterior para recuperar (ou limpar) locais contaminados com NAPLs têm, geralmente, limitações significativas em termos das escalas de tempo em que são operadas, na eficácia das técnicas usadas, e nos custos incorridos.

Está entre os objetivos dos modos de realização da invenção prevenir ou abrandar pelo menos uma das desvantagens associadas à técnica anterior.

Metas e objetivos adicionais da invenção tornar-se-ão aparentes após uma leitura de descrição seguinte.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para recuperar terreno contaminado com um material combustível, o método compreendendo as etapas de:

encontrar um volume subterrâneo de material combustível no terreno a ser a recuperado; e inflamar o material combustível para queimar o material e desse modo recuperar o terreno.

A invenção provê, deste modo, um método pelo qual terreno contaminado com materiais combustíveis pode ser limpo ou recuperado queimando-se os materiais in situ. Isto supera os problemas associados às técnicas anteriores de limpeza tais como "cavar e despejar". A combustão do material pode ser auto-sustentada uma vez que pode ser necessário suprir apenas energia suficiente para inflamar o material; uma vez inflamado, a combustão do material pode prosseguir enquanto houver suficiente combustível (o material combustível) e oxigênio para que a combustão ocorra. Isto vai contra, por exemplo, os processos de recuperação térmica conhecidos, que exigem fornecimento contínuo de energia.

Materiais incluindo muitos NAPLs comuns, assim como, alguns contaminantes orgânicos sólidos são inflamáveis e contêm substancial energia. Quando queimados, liberam quantidades significativas de calor. Por exemplo, o calor de combustão (HOC) do TCE e do clordano em relação ao da madeira são 90% e 300%, respectivamente; pneus triturados, com um HOC de apenas 5% da madeira, têm sido queimados com sucesso em esquemas de recuperação de rejeitos. A combustão envolve uma reação exotérmica auto-sustentada de um material combustível na presença de um oxidante, oxidando (e conseqüentemente destruindo) o material combustível no processo. Quando o material combustível está embutido dentro de uma mídia porosa, esta tem um impacto altamente benéfico sobre a combustão: o sólido atua como armazenador de energia e, então, alimenta esta energia de volta para a reação. Este mecanismo de retroalimentação de energia significa que um processo de combustão eficiente, auto-propagante é possível para condições que, de outra maneira, levariam à extinção. Aplicações em incineração ex-situ, queimadores porosos e recuperação realçada de petróleo apontam potencial significativo, mas o conceito de combustão in-situ para a recuperação do subsolo é nova.

Deve ser entendido que o material combustível é subterrâneo e, por isto, está abaixo do nível do terreno ou dentro do subsolo, e pode compreender um fluido e/ou um sólido, ou qualquer combinação destes. Entretanto, espera-se que a maior parte dos materiais esteja, predominantemente, em uma fase fluida. Será igualmente compreendido que o subsolo é tipicamente poroso e pode compreender solo ou similar, com líquidos combustíveis residindo tipicamente em poros definidos entre partículas sólidas do solo (ou no caso de ambientes de rocha fraturada, residindo na rede de fraturas entre blocos de rocha/argila e/ou nos espaços de poros da própria matriz rocha/argila).

Uma frente de combustão pode ser gerada após a ignição do material combustível e pode deslocar-se externamente, para longe de um ponto de ignição e através do volume de material combustível. A frente de combustão pode seguir uma trajetória definida por fatores incluindo a forma de um volume de fluido e um caminho definido ao longo de poros interconectados no solo. A frente de combustão deveria seguir a distribuição (isto é, trajetória) do material combustível para longe do ponto de ignição sem (acima do terreno) o operador saber adiantadamente a distribuição específica (caminhos). Assim, o processo será, igualmente, auto-direcionado. Preferivelmente, o método compreende monitorar a combustão do material. A monitoração do material de combustão pode compreender as etapas de monitorar um ou mais parâmetros, incluindo a temperatura do terreno contaminado com o material combustível, em uma pluralidade de locações. A monitoração da combustão pode igualmente compreender a monitoração de subprodutos do processo de combustão tais como os componentes e/ou volumes de subprodutos gasosos resultantes da combustão do material. O método pode compreender a monitoração da combustão do material em tempo real e, portanto, durante o processo de combustão. Em muitas circunstâncias, técnicas existentes de recuperação de NAPL são avaliadas apenas no campo mapeando-se a distribuição de NAPL e das concentrações de gás/água gradiente abaixo antes e, então, após o tratamento, e verificando-se a diferença para determinar a "eficácia" da tecnologia. Monitoração em tempo real provê vantagens significativas sobre os métodos anteriores. Alternativamente, ou adicionalmente, o método pode compreender monitorar a extensão da combustão do material subseqüente à combustão, isto é, após a combustão ter cessado.

Monitorar a combustão do material, em tempo real, ou monitorando a extensão da combustão após a combustão ter cessado, pode facilitar a determinação da extensão do material que foi queimado e fatores incluindo o tipo de combustão a que o material está, ou foi, submetido e uma velocidade de progressão da frente de combustão através do material. Por exemplo, se uma frente de combustão está progredindo mais lentamente do que o esperado, pode haver uma falta em relação ao oxigênio presente. Alternativamente, se a frente de combustão está progredindo mais rapidamente do que o esperado, pode haver excesso de oxigênio em relação ao volume de material.

Conseqüentemente, monitorando-se a combustão do material, uma ação pode ser tomada para se conseguir uma forma e velocidade de combustão ótimas ou desejadas. Por exemplo, o método pode compreender monitorar a combustão do material e suprir (ou modificar a quantidade ou relação de suprimento) ar/oxigênio em uma ou mais locações.

Alternativamente, o método pode compreender suprir combustível adicional, tal como mais material combustível, por exemplo, para ajudar a ignição do volume de material. Alternativamente, o método pode compreender suprir um supressor de combustão tal como nitrogênio ou água a fim de suprimir e, por conseguinte, controlar a combustão. Em ainda outra alternativa, o método pode compreender desativar um dispositivo de ignição (usado para inflamar o material) e/ou reduzir ou terminar a adição de oxidante para controlar (ou suprimir) a combustão. Como será descrito abaixo, isto pode controlar a combustão dependendo do tipo de ocorrência da combustão.

Combustão chamejante refere-se à combustão que ocorre na fase de gás. Por exemplo, quando uma acumulação de NAPL (por exemplo, querosene) sobra em um recipiente aberto e é inflamada, o calor volatilizará continuamente o combustível e o combustível gasoso queimará produzindo uma chama. Combustão de chama é referida igualmente como combustão homogênea porque no local onde a combustão ocorre, ambos, o oxidante (oxigênio no ar) e o combustível estão na mesma fase (gasosa), onde se misturam prontamente. A combustão de chama consome o combustível relativamente rápido e gera temperaturas relativamente altas (por exemplo, tipicamente maior do que 900°C).

Combustão lenta refere-se à combustão de um material na superfície do próprio material sólido/líquido. Por exemplo, quando um material combustível (por exemplo, tabaco) é compactado para formar um sólido poroso (por exemplo, um cigarro) e é inflamado, o oxidante (oxigênio) se difunde dentro da superfície do material e a combustão prossegue sobre a superfície do tabaco. Queima lenta é referida como combustão heterogênea porque o oxidante (gás) e o combustível (líquido ou sólido) não estão na mesma fase. A queima lenta, tipicamente prossegue lentamente em relação à chamejante e gera temperaturas mais baixas (por exemplo, tipicamente entre 400°C e 600°C) mas, sob condições específicas pode alcançar temperaturas acima de 1000°C. Pela monitoração e controle da combustão, combustão lenta pode ser promovida.

Em modos de realização particulares, o método pode compreender monitoração da combustão a fim de promover ou manter a queima lenta do material. Alternativamente, o método pode compreender a monitoração da combustão a fim de promover combustão de chama. Estes regimes diferentes de combustão podem ser conseguidos pela monitoração/controle do suprimento/relação de oxidante (ar/oxigênio/ozônio). Por exemplo, a queima lenta, é deficiente em oxigênio de modo que pode ser controlada gerenciando-se o abastecimento de oxigênio; pode propagar-se em temperaturas mais baixas; e exige menos oxidante. Conseqüentemente, pela monitoração da combustão e controle do suprimento de oxidante, combustão lenta pode ser promovida. Se necessário, um supressor de combustão, tal como o nitrogênio pode ser fornecido para manter a combustão em um estado de queima lenta. O método pode compreender queimar super-adiabaticamente o material, de modo que o material seja submetido à combustão super- adiabática. Na combustão super-adiabática, a frente de combustão experimenta deslocamento mínimo com a migração do combustível e do oxidante para a zona de reação dominando o processo de combustão.

O método pode compreender controlar a extensão da combustão do material, e pode compreender extinguir a combustão após um período de tempo desejado ou determinado; e/ou após o deslocamento de uma frente de combustão por uma distância desejada ou determinada através do material e, portanto, em uma localização desejada.

Extinguir a combustão em um tempo desejado pode ser conseguido como segue. Se a combustão ainda não é termicamente suficiente para ser termicamente auto-sustentada, e, portanto,um elemento de ignição usado para inflamar o material ainda está ativado, o dispositivo de ignição pode ser desativado para extinguir, deste modo, a combustão. Se a combustão está progredindo de um modo termicamente suficiente, termicamente auto- sustentada, e, portanto, o elemento de ignição está desligado, mas é deficiente/subalimentada de oxigênio de modo que a progressão dependa de adição continuada de um oxidante (por exemplo, ar/oxigênio/ozônio), então o fluxo de oxidante pode ser reduzido ou interrompido e, deste modo extinguir a combustão. Uma maneira alternativa de conseguir isto seria diluindo o fluxo de oxidante com um supressor tal como nitrogênio ou água. Se a combustão está progredindo na ausência da fonte de oxidante e sem necessidade de um dispositivo de ignição para permanecer ativa, então um supressor de combustão tal como nitrogênio ou água pode ser injetado; isto pode ser particularmente útil para a recuperação de terreno contaminado com explosivos químicos que geralmente têm oxidantes embutidos.

Extinção da combustão em um local desejado pode ser conseguida criando-se uma ou mais barreiras de combustão. Em modos de realização da invenção, um limite do local ou perímetro pode ser formado instalando-se uma ou mais barreiras de combustão. A etapa para formar a uma ou mais barreiras pode compreender a construção de uma barreira física. Por exemplo, uma parede de estacas-prancha rígida (por exemplo, feita de aço) pode ser levada ao subsolo para formar uma parede de isolamento. Ou, por exemplo, um material endurecimento por tempo, tal como material da natureza do cimento contendo bentonita, pode ser injetado no terreno, tipicamente dentro de uma trincheira escavada ou poço perfurado, para formar uma parede de isolamento. Alternativamente, ou além disto, a etapa para formar a barreira pode compreender a formação de uma parede de supressão de fluido, tal como uma: parede de gás, injetando-se fluido no terreno em uma pluralidade de localizações. Por exemplo, uma pluralidade de poços/furos pode ser perfurada, e/ou trincheiras podem ser formadas (preenchidas com cascalho ou similar) e um fluido supressor injetado através das perfurações e/ou dentro da trincheira. Estas técnicas podem prover uma barreira que extingue, deste modo, o processo de combustão no limite definido.

Preferivelmente o material é um fluido não-aquoso e, portanto, relativamente imiscível na água, mas pode, igualmente, ou alternativamente, ser um sólido. O material combustível pode ser um NAPL, e pode, em particular, ser um DNAPL ou LNAPL.

O método pode compreender acessar o volume de material combustível a partir da superfície. Acessar o volume de material pode compreender perfurar um furo de acesso, passagem, ou similar, da superfície, até uma localização que intercepte o volume de material ou até uma localização adjacente ao volume de material. Isto pode facilitar a ignição subseqüente do material combustível. A perfuração ou similar pode ser substancialmente vertical, ou pode ser uma perfuração horizontal. Deve ser entendido que uma perfuração horizontal é aquela que inclui, pelo menos uma porção que está afastada da vertical; estas perfurações são conhecidas na indústria de exploração de petróleo e gás e facilitam o acesso ao volume de material a partir de uma localização afastada lateralmente. Perfurar um furo horizontal pode igualmente facilitar a ignição subseqüente do material e a propagação de uma frente de combustão através do material. Isto, porque o furo pode ser direcionado para interceptar o volume em, ou adjacente a, um limite ou perímetro inferior do volume. A frente de combustão pode conseqüentemente ser iniciada no fundo da região contaminada e propagar-se para cima. Deste modo, fluxos de ar flutuantes ou forçados podem ser gerados, ajudando no processo de combustão. Isto pode promover conservação de energia (calor), melhorando a eficiência do método, uma vez que o calor gerado durante a combustão sobe ou é empurrado para cima por um fluxo de ar forçado através do terreno, ajudando na auto-sustentação do processo de combustão. Isto pode tornar possível a queima de concentrações muito baixas de combustíveis na presença de dissipadores de calor (tais como áreas de, ou contendo volumes relativamente grandes de água). Além disto, a ignição partindo de baixo pode permitir que o material (NAPLs) que é mobilizado por sua viscosidade reduzida (devido à temperatura aumentada) escorra para baixo e permaneça dentro da zona de combustão, deste modo ainda sendo queimado ou alternativamente sendo recuperado no furo de ignição ou em outro furo dedicado a esta finalidade.

Em uma alternativa, o furo pode ser direcionado pra interceptar o volume de material em, ou adjacente a um limite superior e a frente de combustão propagada para baixo através do volume de material. Alternativamente, o furo pode ser direcionado para interceptar o volume de material em um limite lateral e a frente de combustão propagada horizontalmente através do volume de material, ou localizada centralmente, e a combustão propagada para fora, formam o centro do volume de material em direção às suas extremidades.

A etapa de inflamar o material combustível pode compreender localizar um dispositivo de ignição dentro ou adjacente ao volume de material e pode, em particular, compreender localizar o dispositivo de ignição se estendendo ao longo do furo ou similar, da superfície, até a localização que intercepta o, ou é adjacente ao volume de material. Onde um fluido regulador da combustão (por exemplo, oxidante ou supressor) deve ser injetado no solo, pode ser fornecido um dispositivo de injeção com o dispositivo de ignição e, por isto co-localizado no furo.

Preferivelmente, subprodutos da combustão compreendendo gases e similares são coletados para análise e/ou descarte. Os subprodutos da combustão podem ser coletados na superfície e contidos em uma câmara de armazenamento apropriada. Adicional ou alternativamente, onde o acesso ao volume de material é conseguido através de um furo ou similar, os subprodutos podem ser retornados à superfície ao longo do mesmo furo ou por outros furos providos expressamente para esta finalidade. Acessar o volume de fluido combustível através de um furo ou similar pode, portanto, adicionalmente facilitar a captura de subprodutos gasosos do processo de combustão. Na presença de quantidades significativas de água no subsolo, uma fração dos produtos gasosos (por exemplo, dióxido de carbono, que é altamente solúvel) pode dissolver-se na água e assim não ser coletada.

O método pode compreender a monitoração dos subprodutos da combustão no terreno, depois da combustão, e/ou durante a combustão. Isto pode ser conseguido coletando-se e analisando-se amostras de solo/água subterrânea.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um aparelho para recuperar terreno contaminado com um material combustível, o aparelho compreendendo um dispositivo de ignição, o dispositivo de ignição adaptado para ser localizado abaixo do nível do terreno para inflamar um volume subterrâneo de material combustível no terreno a ser recuperado, para queimar o material e deste modo recuperar o terreno.

O dispositivo de ignição pode ser adaptado para aquecer o material combustível a fim de inflamar o material, e pode compreender um aquecedor de resistência elétrica. O aquecedor de resistência elétrica pode compreender um elemento elétrico ou fio que se aquece quando uma corrente elétrica é passada através do elemento, e o elemento pode ter um revestimento resistente à corrosão, ou tampa, adaptada para proteger o elemento de materiais corrosivos.

Alternativamente, o dispositivo de ignição pode ser adaptado para gerar uma descarga elétrica ou centelha, ou outra fonte de calor para inflamar, deste modo, o material. Se necessário, o dispositivo de ignição pode compreender um queimador ou similar, acoplado a uma fonte de combustível, para gerar uma chama ou outra fonte de calor para inflamar o material. Será compreendido que, com determinados materiais, a chama ou outra fonte de calor pode precisar ser mantida apenas pelo tempo necessário para o material combustível se inflamar.

O aparelho pode compreender, pelo menos, um dispositivo de injeção de fluido para injetar um fluido (particularmente um gás) adaptado para promover a combustão no volume de material, como um oxidante compreendendo ou contendo ar/oxigênio/ozônio. Isto pode facilitar o controle da combustão do material permitindo injeção de oxidante. O dispositivo de injeção de fluido pode compreender pelo menos uma linha de fluxo se estendendo da superfície, para dentro do volume. Opcionalmente, o dispositivo de injeção de fluido pode compreender um coletor tendo uma pluralidade de saídas, o coletor conectado a uma linha de suprimento de fluido principal, para suprir o fluido através de uma única linha de suprimento a uma pluralidade de localizações dentro do volume. A linha de suprimento pode estar contida dentro do furo de ignição ao longo da lateral do dispositivo de ignição ou pode ser adaptada para ser introduzida subseqüente à remoção do dispositivo de ignição.

O dispositivo de injeção de fluido pode servir igualmente para suprir um supressor de combustão tal como água ou nitrogênio, para dentro do volume de material, para extinguir seletivamente a combustão, ou limitar a combustão de material não queimado. O dispositivo de injeção de fluido pode compreender linhas de fluxo separadas para o fluxo de oxidante/supressor de combustão ou pode ser adaptado para suprimento seletivo de qualquer um deles.

O aparelho pode compreender pelo menos um sensor para monitorar a combustão do material. Preferivelmente, o aparelho compreende uma pluralidade dos sensores espaçados através de todo o volume. O aparelho pode compreender um sensor de temperatura e/ou um sensor de gás para determinar o volume e/ou constituinte de subprodutos gasosos resultantes da combustão do fluido.

Agora será descrito um modo de realização da presente invenção, apenas como exemplo, em referência aos desenhos anexos, nos quais:

Figura 1 é uma vista esquemática, em seção transversal de uma área de terreno contaminado com um material combustível;

Figura 2 é uma vista da área do terreno mostrada na figura 1 durante a recuperação utilizando um método de acordo com um modo de realização da presente invenção;

Figura 3 é uma vista esquemática ilustrando a progressão de uma frente de combustão através de um volume de material combustível mostrado na figura 1;

Figura 4 é uma vista esquemática ampliada do solo no terreno contaminado mostrado na figura 1;

Figura 5 é uma vista similar à Figura 2 de uma área de terreno contaminado com um material combustível, mostrada durante a recuperação utilizando um método de acordo com um modo de realização alternativo da presente invenção;

Figura 6 é uma vista da área do terreno contaminado com um fluido combustível mostrado na figura 5, mostrada em uma variação do método da figura 5;

Figura 7 é uma vista da área do terreno contaminado com um fluido combustível mostrado na figura 5, mostrada em uma variação adicional do método da figura 5;

Figura 8 é uma vista da área do terreno contaminado com um fluido combustível mostrado na figura 5, mostrado em ainda outra variação adicional do método da figura 5;

Figura 9 apresenta uma ilustração esquemática de um equipamento utilizado em uma experiência conduzida para provar a viabilidade do método e aparelho da presente, invenção;

Figura 10 é uma tabela detalhando os resultados de outras experiências conduzidas para provar a viabilidade do método e aparelho da presente invenção; e

Figura 11 é um gráfico mostrando a temperatura medida vs. tempo, assim como a porcentagem (por volume) de CO e CO2 nos produtos da combustão, medidos durante uma experiência com piche de carvão/areia realizada utilizando o equipamento da figura 9.

Voltando primeiramente à Figura 1, nela é mostrada uma área de terreno 10 que foi contaminada com um material combustível, em particular, um fluido combustível 12. O fluido combustível compreende, tipicamente, um NAPL e pode, em particular, compreender um DNAPL que pode ser um solvente clorado, tal como o tricloroetileno, tetracloroetileno, ou uma mistura complexa de hidrocarbonetos tal como o piche de carvão ou creosoto. O DNAPL 12 pode ter sido disposto previamente por derramamento sobre uma superfície 14 do terreno 10, ou pode ser o resultado de um derramamento acidental. Como mostrado na Figura, o DNAPL permeou para baixo através do solo 11 na área 10, e formou um volume não-uniforme ou zona-fonte 16 de contaminação. Deve ser entendido que a forma do volume 16 é dependente de numerosos fatores incluindo o volume de NAPL liberado, das propriedades físicas do fluido do NAPL, e da distribuição espacial da permeabilidade do solo ou rocha na região do terreno 10. O DNAPL 12 formou vários "reservatórios" de NAPL (isto é, áreas de NAPL estável que são conectadas através de um grande número de poros no solo/rocha) incluindo um reservatório inferior 18, que foi acumulado em uma camada de rocha impermeável 20. O DNAPL 12 também pode incluir áreas de NAPL "residual" nas quais gotas desconectadas de NAPL (poro único) e gânglios (abrangendo vários poros) são aprisionados no espaço de poro, tipicamente em um caminho através do qual o NAPL passou mas não se acumulou em um reservatório.

O DNAPL 12 mostrado na figura 1 permeou para baixo através do solo 11 na área de terreno 10 até um nível abaixo do lençol freático corrente 22. Conseqüentemente, durante Uini período de tempo, compostos dentro do DNAPL 12 foram dissolvidos do volume 16, misturados com a água subterrânea, e carreados para um curso de água tal como um córrego, rio ou similar, criando um problema de poluição. A presente invenção é dirigida para um método de recuperar ou limpar a área do terreno contaminado 10 (isto é, a zona-fonte), como será agora descrito em referência igualmente à Figura 2. Notar-se-á que o método igualmente se aplica aos cenários de LNAPL, salvo que o LNAPL não penetra substancialmente no lençol freático; de preferência, ele forma uma lente que se assenta em seu topo (e freqüentemente o comprime localmente em torno do reservatório de LNAPL), como será descrito abaixo mais detalhadamente.

Deve ser entendido igualmente que a fase ou fases prováveis do material presente no volume 16 (líquida, gás/vapor e sólida) dependerão do material contaminante e das condições ambientais tais como temperatura e pressão ambientais, e da presença de água subterrânea. Assim, sob outras circunstâncias, gás/vapor e/ou sólidos podem igual ou alternativamente estar presentes no volume 16.

Em termos gerais, o método compreende recuperar área de terreno contaminado 10 localizando primeiramente o volume subterrâneo de DNAPL 12. Isto pode ser conseguido utilizando-se uma, ou uma combinação de várias técnicas; por exemplo, usando-se equipamento geofísico de detecção remota (não mostrado), ou perfurando e amostrando (para solo, gás, ou água) vários poços ou furos de teste (não mostrados), em numerosas localizações e, espaçados ao redor da superfície 14 em uma área de terreno suspeita de estar contaminada. Isto facilita a determinação da forma geral e volume 16 da área de terreno 10 contaminada com o DNAPL 12. No exemplo ilustrado, e como discutido acima, o volume 12 inclui um reservatório inferior 18 que se assenta sobre uma camada de rocha impermeável 20; entretanto, esta limitação inferior do reservatório não é um pré-requisito para o método.

Uma vez localizado o volume 16, usando-se estas técnicas; a área de terreno contaminada 10 é recuperada inflamando-se o DNAPL 12, para, desse modo, queimar o DNAPL. Isto é conseguido perfurando-se um furo de poço 26 da superfície 14, se estendendo através do solo 11 até uma localização 28 adjacente ao limite inferior 24 do volume de fluido 16. Estas técnicas de perfuração são conhecidas na, por exemplo, indústria de exploração e produção de petróleo e gás. O furo de poço 26 é desviado, para facilitar o acesso ao limite inferior 24, embora um furo vertical possa ser perfurado através do volume 16 até a localização 28.

Após a perfuração do furo de poço 26 e, se necessário, revestimento com tubulação apropriada (tal como seções de revestimento ou camisa interconectadas), um coletor de injeção de gás e um dispositivo de ignição do material 30 são descidos dentro do furo de poço 26, a partir da superfície 14 até a localização 28. O dispositivo 30 é conectado a um equipamento de controle e a uma fonte de ar comprimido/oxigênio/ozônio (não mostrada) na superfície 14 através de um umbilical 32. O dispositivo 30 também compreende um coletor 31 que tem uma pluralidade de saídas de gás 33.

O dispositivo de ignição 30 inclui um aquecedor de cabo embainhado ou fio (não mostrado) que, quando ativado, se aquece rapidamente para, por sua vez, aquecer o DNAPL 12 que entrou na tela do furo de poço 26 e na área circunvizinha ao dispositivo 30. Um material apropriado para o aquecedor de cabo embainhado é INCONEL®, embora outros materiais possam ser utilizados. Isto faz com que o DNAPL 12 se inflame começando, desse modo, sua combustão. A bainha protege o aquecedor da exposição aos compostos corrosivos presentes no solo, em particular o próprio DNAPL 12. Em um arranjo alternativo, quando for desejado queimar o DNAPL 12 no volume 16, uma descarga elétrica ou centelha (ou, na verdade, qualquer outro meio de produzir calor) é gerada pelo dispositivo 30, provendo-se um sinal de controle apropriado da superfície, inflamando-se, deste modo, o DNAPL 12. Uma vez inflamado o DNAPL 12 uma frente de combustão 34 é gerada, como mostrado na vista esquemática da Figura 3, que se desloca através do volume 16 a partir da localização 28, a frente de combustão se espalhando para fora, a partir do dispositivo 30.

Oxidante pode ser injetado no subsolo através do coletor do furo de ignição 31. A. natureza porosa do solo 11 na área de terreno 10 e a injeção de oxidante quatro na mesma localização que a ignição assegura (no sentido do fluxo) propagação da frente de combustão,com o que energia é recuperada de uma região queimada, quente, 16a do volume de DNAPL e é transferida,para uma região não queimada 16b. É provável que a combustão prossiga em modo de queima lenta, com combustão ocorrendo na superfície do material e o oxidante se difundindo nesta superfície. Depois da ignição, a frente de combustão 34 se desloca através do volume 16 para queimar os reservatórios de DNAPL 12 remanescentes que estão em comunicação fluídica, com o reservatório, como indicado pelas setas na figura 2. Areas de DNAPL residual também são queimadas devido à capacidade da mídia porosa de reter e transmitir temperaturas que suportam combustão, mesmo quando o NAPL não está em comunicação fluídica contínua através do espaço de poro. Subprodutos gasosos do processo de combustão passam para cima, através do solo, para a superfície 14, e pode ser permitidos passar para a atmosfera, ou pode ser coletados para tratamento posterior e/ou armazenamento usando-se equipamentos de coleta e armazenamento apropriados (não mostrados). Os subprodutos gasosos podem ser retirados igualmente através do furo de poço 26 (ou outros furos instalados para esta finalidade) e coletados de maneira similar. É possível que uma fração dos produtos de combustão se condensará de volta à fase líquida quando em contacto com o solo ou água frios acima da frente de combustão. Geralmente, espera-se que os produtos de combustão sejam, na maior parte, água, CO, e CO2.

O método, conseqüentemente, facilita a recuperação da área de terreno contaminada 10 pela combustão dos DNAPLs 12 no volume 16.

O método e aparelho da invenção serão descrito, agora, mais detalhadamente, em referência igualmente à Figura 4, que é uma ilustração esquemática ampliada, do solo 11 no volume contaminado 16

O DNAPL 12 permeia o solo 11 no terreno 10 a partir da superfície 14, e reside dentro de espaços de poros interconectados 36 entre partículas de solo 38, como mostrado na Figura 4. Entretanto, deve ser entendido que o NAPL pode igualmente ser contido dentro de fraturas abertas ou fissuras em um ambiente fraturado de rocha/argila e/ou na matriz porosa consolidada, dentro da qual, as fraturas estão embutidas. A combustão de combustíveis de hidrocarbonetos tal como o DNAPL 12 dentro de uma matriz porosa como o solo 11 gera uma reação exotérmica auto-sustentada dentro dos espaços de poros 36, durante a qual calor é transmitido do DNAPL que está queimando 12a (Figura 3) para ambos, os espaços de poros 36 e para a matriz sólida (as partículas de solo 38). A presença da mídia porosa tem um impacto benéfico significativo no processo de combustão uma vez que as partículas sólidas 38 têm uma inércia termal elevada, desse modo, aquecendo, e armazenando energia a partir da reação de combustão. A transmissão deste calor através da mídia porosa e via o oxidante aquecido (gás) deslocando-se na mesma direção que a frente de combustão pode criar uma região pré- aquecida adiante da frente. Desta maneira, muito da energia liberada pode ser despachada de volta à reação quando alcança a localização pré-aquecida. As perdas de calor são conseqüentemente pequenas permitindo a propagação de uma frente de combustão mesmo para concentrações muito baixas de combustível e/ou oxidante. Este mecanismo de retroalimentação de energia, com isto, poderia resultar em temperaturas na zona de reação 34 que excederiam significativamente aquelas tipicamente possíveis para um dado DNAPL 12. Os produtos de combustão liberarão a maior parte de sua energia para os DNAPLs não queimados 12b próximo da frente de combustão (isto é, reação), deixando, conseqüentemente, a vizinhança da região da frente de combustão, fria. Desta maneira, é possível um processo de combustão auto-sustentado eficiente em condições que, de outro modo, levariam à extinção do processo de combustão.

A velocidade de propagação da reação exotérmica através do solo pode igualmente ser influenciada significativamente pela direção do fluxo oxidante, que é a direção do fluxo de ar portando oxigênio. Conseqüentemente, o método pode envolver o suprimento de ar (ou misturas alternativas de oxigênio, nitrogênio e outros gases, por exemplo, ozônio) ao solo na área 10 durante o processo de combustão. Na verdade, a velocidade de propagação de uma reação exotérmica através da matriz porosa do solo 11 é significativamente influenciada pelo sentido do fluxo de ar (oxidante). A Figura 3 demonstra como a propagação à frente usa oxidante injetado (ar/oxigênio) para recuperar energia e, com isto, ajuda a propagação da reação. Quando tratando combustíveis (NAPLs) de rendimento calorífico baixo, concentração de combustível muito baixa, ou na presença de dissipadores térmicos tal como água, é necessário assegurar que a maior parte da energia gerada pela reação exotérmica seja recuperada pelo combustível não queimado e pelo oxidante. Assim, a propagação será, geralmente,em um modo à frente como ilustrado na figura 3. Dentro do modo à frente, três regimes podem ser identificados baseados na taxa de fluxo do oxidante: excesso de calor provocando aceleração da frente de reação; falta de calor provocando desaceleração; e acumulação de calor exatamente na frente de reação 34. Esta terceira condição ideal é conhecida como combustão super- adiabática. O regime específico alcançado em qualquer aplicação pode, conseqüentemente, ser manipulado dependendo do resultado desejado, controlando-se a injeção de ar/oxigênio através do dispositivo de injeção 30, e/ou suprimento de um supressor como nitrogênio ou água, como será descrito abaixo. A velocidade de propagação é afetada igualmente pelo diâmetro do poro 36 do solo lie pela fração de porosidade ocupada pelo combustível, ar e outros materiais não reativos.

A propagação de uma frente de reação adiante dentro de uma matriz porosa tal como o solo 11 pode subsistir dentro de uma ampla faixa de condições. As variáveis mais importantes são a natureza da mídia porosa, as propriedades termais do material combustível; e o suprimento de oxigênio. Para taxas de fluxo de ar elevadas (grande suprimento de oxigênio), há uma grande liberação de energia e a propagação da frente de reação se acelerará.

Se o suprimento de oxigênio é reduzido, a energia produzida diminui e a frente de reação desacelerará, redução adicional do suprimento de oxigênio pode levar à extinção. Sob estas condições, reações exotérmicas resultam, na maior parte, da oxidação da superfície líquida de combustíveis; esta modalidade de combustão é denominada queima lenta (por exemplo, um cigarro). Queima lenta tipicamente prossegue lentamente em relação à chamejante e gera temperaturas mais baixas (por exemplo, tipicamente entre 400°C e 600°C) mas, sob condições específicas pode atingir temperaturas acima de 1000°C. Além disto, queima lenta é possível em relações ar/combustível extremamente baixas, e mesmo na ausência de qualquer suprimento de oxigênio externo. Assim é possível uma faixa de regimes de operação: provavelmente queima lenta vagarosa de NAPL é na ausência de porosidade preenchida com ar, enquanto injeção periódica ou contínua de ar (oxigênio) (através do dispositivo 30) aumentará as temperaturas e acelerará a propagação da frente que está queimando (isto é, recuperação) através da zona-fonte. Assim para conseguir combustão ótima e, por conseguinte, progresso da frente de combustão 34 através do volume 16 de DNAPL 12, a combustão dos DNAPLS pode ser monitorada. Isto pode ser conseguido monitorando-se a temperatura do solo no, e ao redor do volume 16 em numerosas localizações espaçadas através de todo o volume e do solo circunvizinho, usando-se sensores de temperatura apropriados (por exemplo, pares termoelétricos; três mostrados na Figura 2 e dados os numerais de referência 40, 42 e 44). Estes sensores 40, 42 e 44 são localizados em pequenos furos ou passagens 46, 48 e 50 perfurados a partir da superfície 14 para dentro do solo no volume 16 e área circunvizinha. Igualmente, os constituintes e/ou volumes dos subprodutos gasosos resultantes do processo de combustão podem ser monitorados ou na superfície 14 ou por amostragem em várias localizações através de todo o volume 16, de maneira similar àquela para obtenção dos dados de temperatura. Estes subprodutos gasosos podem igual ou alternativamente ser extraídos através do furo de poço 26. Monitorando-se a temperatura e os constituintes/volume dos subprodutos gasosos, a natureza da combustão que está ocorrendo pode ser determinada em tempo real, permitindo alterar a ação a ser tomada, se necessário. Por exemplo, variar o suprimento de oxigênio com efeito conseqüencial sobre a propagação da frente de combustão 34. Em circunstâncias onde ar ou oxigênio são supridos durante o processo de combustão, este pode ser ou em uma base contínua ou em intervalos periódicos, se necessário. Também, oxidante pode ser fornecido em uma única localização, ou em múltiplas localizações para facilitar o progresso da frente de combustão através de toda a zona-fonte, como será descrito abaixo.

Voltando, agora, à Figura 5, nela é mostrada uma vista similar à da Figura 2 de uma área de terreno contaminada com um LNAPL como petróleo (gasolina), combustível jato, óleo para aquecimento, ou diesel. Na figura, a área deN terreno é designada 100 e ao LNAPL é dado o numerai de referência 112. O LNAPL difere do DNAPL 12 ilustrado na Figura 1 pelo fato de ser mais leve do que a água e, por isto, tende assim a se juntar em espaços de poros ou rachaduras em formações de rocha/argila sobre ou acima do lençol freático subterrâneo existente (o lençol freático subterrâneo é essencialmente a superfície superior da zona saturada de água, acima da qual ar preenche parcialmente o espaço de poro).

O método empregado para recuperar a área de terreno 100 para remover o LNAPL 112 é essencialmente similar ao descrito acima em relação às figuras 1 a 4, e apenas as diferenças substanciais serão aqui descritas. Aos componentes do aparelho utilizado para limpar o terreno 100 iguais aos do aparelho usado para limpar o terreno 10, mostrados nas figuras 1 a 4, são dados os mesmos referenciais numerais, incrementados por 100.

No modo de realização ilustrado, um furo vertical 126 foi perfurado a partir da superfície 114 até uma localização 128 adjacente a um limite inferior ou perímetro de um volume de fluido 116 de LNAPL 112. Um dispositivo de ignição 130 é introduzido e então ativado para queimar o LNAPL 112 no volume de fluido 116. A combustão do LNAPL 112 é monitorada e subprodutos opcionalmente coletados da mesma forma que a descrita acima.

Voltando, agora, à Figura 6, nela é mostrada uma vista da área de terreno 100 contaminada com o LNAPL 112 mostrado na Figura 5. Na figura 6, entretanto, deseja-se limitar o deslocamento da frente de combustão através do volume 116 de LNAPL a partir do ponto de ignição, de modo que a frente de combustão não passe para dentro do solo presente em uma área 52. Isto é conseguido perfurando-se um furo 54 a partir da superfície, descendo-se um dispositivo supressor de combustão 56, e injetando-se um fluido supressor de combustão (como água ou nitrogênio) para dentro do solo contaminado, como indicado pelas setas na Figura. O fluido injetado forma uma barreira 60 que limita a passagem da frente de combustão para dentro do LNAPL não queimado 112 na área 52.

Voltando, agora, à Figura 7, nela é mostrada outra vez uma vista da área de terreno 100 contaminada com o LNAPL 112 mostrado na Figura 5. Mais uma vez, deseja-se limitar o deslocamento da frente de combustão através do volume 116 de LNAPL a partir do ponto de ignição, de modo que a frente de combustão não passe para dentro do solo presente em uma área 52. No modo de realização ilustrado isto é conseguido construindo- se uma barreira física 62, supressora de combustão. A barreira 62 é formada tipicamente escavando-se uma trincheira 63 e derramando-se um material da natureza do cimento, endurecido por tempo, baseado em bentonita 64 dentro da trincheira. Uma vez o material 64 endurecido, uma barreira sólida 62 é criada impedindo o deslocamento da frente de combustão para dentro da área 52. Métodos alternativos podem ser empregados para formar a barreira 62. Por exemplo, lâminas metálicas (não mostradas) podem ser estaqueadas dentro do solo.

A Figura 8 ilustra em uma vista esquemática no plano a área de terreno 100 mostrada na figura 5. Neste caso, deseja-se limitar a passagem da frente de combustão para dentro da área 52 e igualmente para dentro de uma área 66 do terreno. Os métodos ilustrados e descritos em relação às figuras 6 e 7 são empregados em combinação com o método da figura 8, com a técnica mais apropriada selecionada baseada em fatores incluindo as propriedades particulares do solo na área contaminada 100.

Por exemplo, a terreno na área 52 pode consistir em sua maior parte de formações de rocha não apropriadas ao método de escavação/empilhamento descrito em relação à figura 7. Conseqüentemente, o método da figura 6 pode ser seguido, com numerosos furos 54a, 54b e 54c perfurados usando-se uma broca de perfuração. Dispositivos de supressão de combustão na forma de linhas de suprimento de gás 56a, 56b e 56c (respectivamente) são instalados em cada furo 54 e o fluido supressor injetado através de cada perfuração 54 para formar a barreira 60. Em contraste, o terreno na área 66 pode consistir em sua maior parte de solo macio ou formações baseadas em argila, e o método escavação/empilhamento da figura 7 pode, então, ser seguido para formar a barreira 62.

Deve ser entendido que numerosos furos 54 podem ser perfurados, espaçados ao redor do volume 116, para permitir injeção do fluido supressor de combustão durante o processo de combustão, se necessário. Por exemplo, água ou nitrogênio podem ser injetados durante o processo de combustão para manter combustão lenta ou suprimir a reação no caso de se descobrir que a combustão está a uma velocidade além das velocidades de propagação desejadas. Isto pode ocorrer quando a frente de reação se aproxima da superfície. Uma exigência para injetar um supressor de combustão desta maneira pode ser determinada pela monitoração da temperatura de combustão e da temperatura, pressão e/ou conteúdo dos subprodutos da combustão, como descrito acima.

Igualmente ilustrados na Figura 8 estão os dispositivos de ignição múltipla 30a, 30b que são espaçados através de uma largura do volume 116. Os dispositivos 30a, 30b são tipicamente ativados simultaneamente para começar a combustão do LNAPL 112 no volume 116.

Além disso, numerosos furos 68a-d, para suprimento de oxidante, são mostrados, pelos quais um oxidante, tal como ar ou oxigênio, pode ser injetado (como indicado pelas setas 70a a d). Deve ser entendido que o oxidante pode ser injetado durante o processo de combustão de modo a promover, sustentar, e/ou acelerar a combustão. Por exemplo, no caso de haver oxigênio presente insuficiente mesmo para que ocorra combustão lenta e a combustão esteja em perigo de se extinguir, pode ser necessário injetar um oxidante. Uma exigência para injetar oxidante deste modo pode, outra vez, ser determinada com a monitoração da temperatura de combustão e da temperatura, pressão e/ou conteúdo dos subprodutos da combustão, como descrito acima.

Deve ser entendido que combustão do LNAPL 112 pode progredir a partir de um único ponto de ignição dentro do volume 116, usando um dos dispositivos 30a, b. Entretanto, se durante a progressão da frente de combustão através do volume 116, monitoração do processo de combustão indicar uma necessidade de se inflamar o LNAPL 112 em outra localização, o outro um dos dispositivos 30a, b ou mesmo um dispositivo adicional (não mostrado) pode ser ativado.

Deve ser entendido que combustão do LNAPL 112 pode ser termicamente auto-suficiente uma vez que o, ou cada um dos dispositivos de ignição 30a, b pode ser desligado; e pode ser suficiente em oxigênio de modo que não seja necessário suprir nenhum oxidante através dos dispositivos de supressão 56. Assim, a combustão pode ser auto- sustentada uma vez que pode ser termicamente auto-suficiente, e/ou auto-sustentada uma vez que pode ter suficiente oxigênio e, portanto, não é deficiente em oxigênio. Monitoração da combustão como descrito acima, permite que uma ação adequada seja tomada (como o fechamento dos dispositivos de ignição ou do fluxo de oxidante) uma vez que a combustão é auto-suficiente No caso em que seja determinado que a combustão não seja, termicamente suficiente, um ou mais dos dispositivos de ignição 30a, b podem ser mantidos em um estado ativado.

Em termos gerais, em cada um dos modos de realização descritos acima se deseja promover/manter combustão lenta, e ação corretiva apropriada pode ser tomada para promover ou manter esta combustão.

Segue uma descrição de experiências preliminares realizadas para verificar a validade dos métodos e aparelho da invenção descrita acima.

Equipamento e Métodos para Experiências Preliminares:

Equipamento:

Célula experimental: Béquer de vidro de quartzo (2 tamanhos, Η. Baumbach & Co., Ltd., Ipswich, UK)

1) OD = 103 mm, H= 175 mm (opaco)

2) OD = 106 mm, H= 195 mm (limpo)

Difusor de ar: tubo de cobre embobinado de 8 mm perfurado com furos de 2 mm

Ignitor: aquecedor de cabo revestido Inconel® 240V, 45 OW, seção transversal quadrada 3.25 mm x 762 mm de comprimento (Watlow Ltd, Linby, UK, parte #125PS30A48A)

Análise de gás: unidades analisadoras de CO e CO2 (ADC Gas Analysis Ltd, Hoddesdon, UK)

Pares termoelétricos: pares termoelétricos K tipo bainha 1.5 mm e 3 mm x 0,5m Inconel® (RS Components Ltd., Corby, UK, #219-4488 (3 mm) e #159-095 (1.5 mm)

Aquisição e gravação de dados: Unidade Comutação/Medição de Função Múltipla (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA, #34980A) Cobertura isolante: fita de aquecimento 240V, 1045W, 2,54cm x 254 cm, 1.33 W/cm (Omega Engineering Ltd., Manchester, UK} Tipos de mídias porosas (Solo):

a) Areia de quartzo grossa (areia 8/16 Leighton Buzzard, WBB Minerais, Sandbach, UK)

b) Areia de quartzo fina (areia de sílica Lochaline L60A, Tarmac Central Ltd., Buxton, UK)

c) Turfa (amostra de campo)

d) Areias de óleo (amostra de campo; areia fina revestida naturalmente com petróleo solidificado)

Oxidante injetado:

Ar ambiente, taxa de fluxo de zero l/min a aproximadamente

20 l/min Contaminantes: a) Piche de carvão recém produzido (Alfa Aesar, Heysham, UK, item #42488; um DNAPL multicomponente, viscoso)

b) Óleo vegetal (Sainsbury's Supermarkets Ltd, Londres, UK; um LNAPL representativo, representativo não tóxico viscoso)

c) Dodecano (Fisher Scientific UK Ltd., Loughborough, UK, item #36577-0010; um LNAPL de baixa viscosidade)

d) Tricloroetileno (TCE) (Fisher Scientific UK Ltd., Loughborough, UK, item #15831-0010; um solvente clorado DNAPL)

e) 1, 2 dicloroetano (DCA) (Fisher Scientific UK Ltd., Loughborough, UK, item #D/1756/15; um etano clorado DNAPL)

f) Graxa (Electrolube MPG50T graxa de múltiplos propósitos; um LNAPL multicomponente, viscoso)

g) Amostra de campo de piche de carvão (recém recuperada de um local no UK onde uma usina de produção de gás operou no início dos 1900s; DNAPL)

h) Composto de explosivo sólido (nitrato de amônio particulado - o componente primário de TNT ou DNT - misturado com componentes inertes; composto sólido que incorpora oxidante)

i) Petróleo (revestimento solidificado ocorrendo naturalmente em areias de óleo, obtidas como parte do núcleo de amostra de campo).

Nota: No campo, solventes clorados não são tipicamente encontrados como produtos químicos puros (isto é, grau de laboratório) mas misturados com até 30% de óleo e graxa (Dwarakanath, V., R.E. Jackson, e G.A. Pope, 2002. Infiuence of Wettability on the Recovery of NAPLs from Alluvium. Environmental Science and Technology, 36 (2), 227 -231). Assim, as experiências com solventes empregaram misturas multicomponentes (ver Resultados): 75% TCE + 25% de óleo (por peso), 75% Dodecano + 25% de óleo (por peso), 75% DCA + 25% de graxa (por peso).

Procedimento Experimental: A Figura 9 apresenta uma ilustração esquemática da experiência. Experiências preliminares para examinar os conceitos básicos da combustão in situ para recuperação de mídia porosa contaminada foram realizadas em um béquer de vidro de quartzo 72 de aproximadamente 11 (103 mm OD χ 175 mm H ou 106 mm OD χ 195 mm Η, H. Baumbach & Co., Ltd.). O béquer foi preenchido com uma pequena quantidade de areia grossa (areia 8/16 Leighton Buzzard, WBB Minerais) suficiente para colocar o difusor de ar 74 acima do fundo de um béquer por diversos milímetros. 0 difusor de ar 74 consistiu em um tubo de cobre com comprimento de 8 mm, dobrado em uma bobina e perfurado com furos de 1.5-2 mm ao longo da porção basal do tubo de modo que o fluxo de ar fosse dirigido para cima. A mídia porosa escolhida foi usada para enterrar o difusor de ar diversos milímetros. O elemento de ignição 76, um aquecedor de cabo revestido, embobinado, 3.25 mm secção transversal quadrada χ 762 mm de comprimento, Inconel® (240V, 450W, parte #125PS30A48A, Watlow Ltd), foi colocado acima do difusor de ar 74. A mídia porosa escolhida 75 foi, então, adicionada ao béquer para enterrar o elemento de ignição por 5 centímetros. Se o contaminante foi um sólido, ele foi misturado com a areia e posicionado nesta etapa. Se o contaminante foi um líquido, então foi adicionado subseqüentemente e permitido percolar para baixo através da mídia, submergindo tipicamente o aquecedor de cabo 76. Assim, a zona contaminante posicionada estava, tipicamente a 5 cm de altura acima do elemento de ignição 76. A mídia porosa escolhida foi, então, preenchida até 5 cm do topo do aparelho. Três centímetros da areia fina (areia de sílica Lochaline L60A, Ltd. Tarmac Central Ltd.) foram colocados no topo da mídia porosa posicionada para servir como uma tampa. Até cinco pares termoelétricos K tipo bainha 1.5 mm e 3 mm χ 0,5m Inconel® 78a a e, (partes #219-4488 (3 mm) e #159-095 (1.5 mm), RS Components Ltd.) foram introduzidos na mídia porosa com suas pontas de medição expostas em localizações com intervalos de 1 cm acima do aquecedor de cabo 76 com o último par termoelétrico 78e colocado tipicamente fora da zona contaminada. Os pares termoelétricos 78a a e foram conectados a uma Unidade de Comutação/Medição de Função Múltipla (34980A, Agilent Technologies), que registrou os dados, converteu a voltagem de saída em temperatura, e passou os resultados para um computador.

O pequeno diâmetro do aparelho usado nestas experiências preliminares significa que o sistema é propenso à perda de calor excessiva (o que não é esperado em experimentos maiores ou aplicações in situ). Para reduzir as perdas do calor, o béquer de vidro 72 foi envolvido em fita de aquecimento (240V, 1045W, l,33W/cm2, Omega. EngineeringLtd.).A fita de aquecimento foi primeiramente ligada, trazendo o sistema a uma temperatura inicial elevada (mas insuficiente para a combustão, isto é, aproximadamente 200°C) de modo a conter a perda de calor para o ar circundante. Uma vez atingida esta temperatura o elemento de ignição do aquecedor de cabo 76 foi girado para ativado com uma corrente de 1,72 Ampéres. Logo depois, foi iniciado o fluxo de ar, suprido a uma taxa de fluxo de 20 1/min. Uma vez iniciado o fluxo de ar, foi permitido que o dispositivo de ignição 76 permanecesse ligado até após a leitura da temperatura do par termoelétrico 78a, o mais próximo do dispositivo de ignição 76, atingir seu pico e começar a cair. As medidas dos gases CO e CO2 (ADC Gas Analysis Ltda.) foram feitas na corrente de gás existente no topo da mídia porosa 75, uma vez que são subprodutos da combustão. Após o elemento de ignição ser desligado, a injeção de ar continuou,assim como o registro da temperatura, CO e CO2 até que a presença de CO ou CO2 nos gases de exaustão fosse insignificante e a temperatura da reação caísse a níveis não apropriados para sustentar a reação de combustão. Após o sistema ter resfriado, a mídia porosa 75 foi cuidadosamente escavada. Foram tiradas fotografias para demarcar a extensão da recuperação e o grau de contaminação remanescente foi avaliado visualmente. Em alguns casos, foram analisadas amostras para contaminantes residuais por cromatografia de gás; o método, como a seguir.

Espectrômetro de Massa de Cromatografia de Gás (GC/MS) foi usado para as experiências com tricloroetileno (TCE) e 1,2-dicloretano (DCA). Aproximadamente 10 gramas de cada solo foram colocadas em um frasco de espaço vazio frontal de 20 ml e vedado por plissagem com um septo de PTFE/silício. O método GC/MS foi otimizado para identificar níveis baixos de DCA e de tricloroetileno TCE. O limite de detecção para TCE e DCA é aproximadamente 0.5 ppm.

Detector de Ionização de Chama - Cromatografia de Gás (GC/FID) foi empregado para as experiências envolvendo dodecano, óleo vegetal e piche de carvão. Aproximadamente, 10 g de todos os areia foram colocados em um frasco de vidro de 20 ml. Foi adicionado diclorometano até um nível aproximadamente 1 cm acima da areia. Os frascos foram vedados por plissagem com septos de PTFE/silício, agitados e colocados em uma incubadora a 50°C por 12 horas. Os frascos foram então agitados, deixou-se a areia sedimentar, e ser retirada e transferida para frascos auto-amostradores de 2 ml para análise. As massas foram registradas antes e depois da incubação para assegurar perdas limitadas durante o aquecimento. O limite de detecção para compostos é, por este método, aproximadamente, 0.5 ppm. Resultados:

Cerca de 30 experiências foram efetuadas, examinando-se diferentes fontes de ignição, instalações experimentais, dispositivos de equipamento, tipos de combustível, tipos de areia, etc. Várias delas não estão apresentadas uma vez que ajudaram a refinar os processos finais de ignição e experimentação (esboçados nos procedimento experimentais acima). Esta seção descreve em detalhe uma experiência, aquela da combustão de piche de carvão em areia de quartzo grossa, como um conjunto representativo dos resultados experimentais que seguiram o procedimento experimental descrito. Os resultados de outras experiências usando o procedimento descrito estão resumidos em forma de tabela na figura 10.

Experiência com Piche de Carvão dentro de Areia Grossa:

A Figura 11 apresenta os resultados para o contaminante líquido piche de carvão dentro da areia de quartzo grossa, com as linhas do gráfico 80a a e, representativas da temperatura medida vs. tempo nos pares termoelétricos correspondentes 78a a e. A Figura 11 igualmente ilustra a porcentagem (por volume) do CO e CO2 nos produtos da combustão.

A subida inicial da temperatura está associada à fita de aquecimento. Em experiências conduzidas sem a fita, uma subida de temperatura similar é observada como uma conseqüência do elemento de ignição mas o calor é distribuído menos igualmente, predominando, em vez disto, no par termoelétrico mais baixo, 78a, que está perto do ignitor. A medida do aparelho de teste resultou em perdas de calor aumentadas, que precisam ser compensadas por uma fita do aquecimento de baixa temperatura (isto é, aproximadamente 200°C). Notou-se que a fita de aquecimento é exigida apenas devido ao pequeno tamanho desta "prova conceituai" do aparelho experimental. Em um aparelho experimental em escala completa, como no campo, o volume da mídia porosa é grande o bastante para atuar como o isolador e conseqüentemente as perdas de calor deste tipo não ocorrerão e esta aplicação adicional de calor não será exigida. Isto é consistente com uma análise teórica que avalia os resultados para sistemas maiores e com extensiva experiência em testes em combustão lenta de espuma porosa sólida (por exemplo, almofadas) em uma variedade de escalas.

A Figura 11 demonstra que quando o elemento de ignição 76 está ligado, a temperatura aumenta rapidamente na sua vizinhança imediata. O aumento da temperatura acelera outra vez quando começa o fluxo de ar (oxidante). A Figura 11 demonstra que a combustão in situ se inicia relativamente rápido após este tempo, como evidenciado pelo surgimento de CO e CO2, que são produtos gasosos da combustão. Seu surgimento é levado a coincidir com a temperatura de ignição e o tempo de ignição, observados nesta experiência como sendo 400°C e 57 min, respectivamente. As temperaturas in situ crescem tipicamente rápido seguindo o início da combustão, com a temperatura máxima considerada como o pico máximo alcançado em qualquer par termoelétrico 78 (neste caso, o segundo par termoelétrico 78b a partir do elemento de ignição 76).

Nesta experiência, o elemento da ignição foi desligado 10 minutos depois de começada a combustão enquanto o fornecimento de oxidante é mantido. A Figura 11 mostra que após este tempo, nesta experiência, é observada combustão auto-sustentada, significando que a frente de combustão está se propagando através da zona contaminada sem adição de energia externa. A evidência disto inclui a sucessão de picos de temperatura em localizações sucessivas mais do que no ponto de ignição (por exemplo, a temperatura máxima sustentada entre os pares termoelétricos 78a e 78b (TCI e TC2) e a temperatura máxima sustentada entre os pares termoelétricos 78c e 78d (TC3 e TC4), como indicado pelas linhas 80a a d, do gráfico. Evidência adicional é o cruzamento sucessivo de perfis de plotagem da temperatura (por exemplo, a temperatura em TC4 está ainda aumentando enquanto em TC3 está diminuindo; note-se que TC5 não está dentro da zona do contaminante).

O calor é transferido da alta temperatura à baixa temperatura, por isto um cruzamento indica que o calor está sendo transferido do par termoelétrico 78d (TC4) para o par termoelétrico 78c (TC3) evidenciando que geração de calor significativa está ocorrendo na localização do par termoelétrico 78d (TC4). A produção continuada de gases de combustão (CO e CO2) provê evidência adicional de que a combustão continuou após o elemento de ignição 76 ter sido desligado. A velocidade da frente de propagação da combustão é medida dividindo-se a distância espacial entre os pares termoelétricos 78 pelo tempo entre picos máximos da temperatura; neste caso, a velocidade está estimada em 4,1X10-5 m/s. Valores da literatura com combustíveis diferentes indicam que estas são velocidades de propagação típicas para combustão lenta. A diminuição final da temperatura em cada localização segue um perfil similar, representativo da dissipação de energia depois que todo o contaminante foi destruído e a reação foi, localmente auto-extinguida.

Para comparação, a experiência do caso base foi exatamente repetida, mas sem combustível/contaminante na mídia porosa. O perfil de temperatura 80f do par termoelétrico 78d (TC 4 - apenas areia) é diretamente comparável com o TC 4 da experiência com piche de carvão. A área sob a uma história da temperatura é proporcional à energia liberada durante o processo, conseqüentemente a diferença entre os dois representa a energia produzida pela combustão do contaminante. Avaliação das áreas sob cada curva demonstra que a energia produzida pelo processo de combustão, nas imediações do par termoelétrico 4, é mais de quatro vezes maior do que a energia liberada pelo sistema de ignição nesta localização. Isto provê evidência clara de que, uma vez conseguida a ignição, a energia exigida para a propagação auto-sustentada pode ser liberada pela combustão do contaminante sem necessidade adicional de dispositivos de ignição subseqüentes. Todo o excesso de energia será despachado adiante e, então, utilizado para acelerar a frente de reação.

Fotografias do contaminante e do material poroso foram tiradas tanto antes e quanto depois da experiência, e revelaram a eficácia da recuperação na zona de combustão: não restou nenhum contaminante perceptível. Manipulação física do solo recuperado e comparação de medidas do peso específico antes e depois também confirmaram nenhuma contaminação remanescente. As fotos igualmente mostraram que o piche de carvão localizado abaixo do ignitor 76 (e portanto, fora da zona de combustão) não foi recuperado apesar de ter sido substancialmente aquecido; em vez disto, o piche de carvão e a areia tornaram-se parcialmente solidificados com o resfriamento. Observou-se igualmente que recuperação por combustão in situ muda a cor do solo para vermelho, que é o resultado da oxidação de ferro a alta temperatura e é observado tipicamente em solo afetado por incêndios florestais onde a temperatura excede 600°C.

Análise por Cromatografia de Gás (GC) foi utilizada para avaliar a extensão dos compostos remanescentes no solo escavado a partir da zona de combustão. Como denotado na coluna final da Figura 10, apenas um nível-traço de composto residual foi detectado, com um sinal perto do limite de detecção do método e insuficiente para quantificação.

A Figura 10 apresenta resultados resumidos de 13 outras experiências conduzidas com o mesmo método apresentado como descrito para a experiência com piche de carvão/ areia grossa. A Figura 10 ilustra que a combustão in situ foi alcançada com sucesso, em todas as experiências. Isto inclui 3 NAPLs comuns e dois materiais sólidos. A Figura indica igualmente combustão lenta in situ bem sucedida para uma variedade de tipos de mídia porosa, para uma variedade de saturações de fluidos (tanto água, quanto NAPL), para amostras coletadas no campo assim como para amostras de laboratório, e condições heterogêneas na zona-fonte (isto é, a zona de combustão). Em somente duas experiências observou-se que algum contaminante restou na zona de combustão; nestes casos, a canalização do oxidante provocou seu desvio para uma localização que não alcançou a combustão. A análise de GC confirmou a eliminação virtual de todos os compostos orgânicos da zona de combustão nas 8 experiências submetidas à análise. As velocidades de propagação da combustão na figura 10 são típicas da combustão lenta ter sido o regime de combustão dominante nestas experiências.

Duas experiências repetidas do caso base (isto é, piche de carvão em areia grossa) foram conduzidas e resultados muito semelhantes aos descritos na Figura 10 foram obtidos, indicando a reprodutibilidade do método. Uma terceira repetição foi conduzida mas neste caso, o fluxo de ar foi interrompido aproximadamente 5 minutos após o elemento de ignição ter sido desligado; ou seja após a auto-sustentação da combustão ter sido estabelecida mas antes de todo o contaminante ter sido queimado. Esta experiência demonstrou que neste caso a combustão cessou bem logo após a entrada de oxidante ter sido interrompida. Isto demonstra que a reação pode ser extinta removendo-se a corrente de injeção de oxidante. Além disso, com o resfriamento, verificou-se que o obturador de areia resultante não foi completamente recuperado; em vez disto, continha uma massa solidificada substancial, aquecida, de piche de carvão e areia. Esta massa não pôde ser removida do aparelho experimental; conseqüentemente, desta vez, o processo de ignição foi aplicado à massa resfriada e a combustão in situ foi reiniciada com sucesso. No fim desta segunda fase de combustão para esta experiência, a areia foi facilmente escavada e nenhum piche de carvão perceptível restou na zona da combustão. Isto indica que o processo pode ser interrompido e reiniciado com sucesso e enfatiza que aquecimento sem combustão não consegue a recuperação, pelo menos para o caso testado.

O dado experimental acima demonstra claramente que o método e aparelho da presente invenção são viáveis para a recuperação de terreno contaminado com materiais combustíveis tais como DNAPLS e LNAPLS in situ.

Os métodos térmicos existentes são promissores para recuperação de NAPL in situ mas são proibitivamente caros. Na presente invenção, a propagação de uma frente de combustão através de uma mídia porosa pode ser conseguida para teor muito baixo de combustível se a reação se propagar na modalidade adiante (figura 3). A pesquisa mostrou que isto pode ser aplicado aos líquidos de hidrocarboneto embebidos no subsolo e que o processo pode ser modulado para propagar de maneira ótima. A entrada de energia pode ser limitada à ignição inicial do NAPL 12 perto da base da zona- fonte 16, após o que uma reação auto-sustentada pode prosseguir. A técnica exibe as vantagens das tecnologias termais existentes (incluindo redução efetiva da massa e indiferença aos contrastes de permeabilidade), e será mais eficiente em relação ao custo uma vez que não é, tipicamente, necessário fornecimento contínuo de energia (isto é, auto-sustentada). Além do mais, a frente de combustão seguirá naturalmente os caminhos da fase conectada do NAPL 12 (isto é, combustível) através dos espaços de poros, mesmo se aqueles não sejam conhecidos/determinados de antemão. O método e, por conseguinte, o processo de combustão pode conseqüentemente ser eficazmente auto-direcionado. Assim, são oferecidas vantagens, significativas em relação às tecnologias química, física e biológica existentes que, freqüentemente: alvejam de forma inútil um volume de subsolo muito maior do que o próprio NAPL 12; repousam em adições de produto químico caro que tendem a contornar zonas de contaminante e serem diluídas abaixo de níveis eficazes; e são ineficazes em torno de regiões de baixa permeabilidade em cima das quais os NAPLs 12 tendem a se acumular.

Várias modificações podem ser feitas ao antecedente sem fugirmos do espírito e escopo da presente invenção.

Claims (58)

1. Método para recuperar terreno contaminado com um material combustível, o método caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: localizar um volume subterrâneo de material combustível no terreno a ser recuperado; e inflamar o material combustível para queimar o material e, desse modo, recuperar o terreno.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender queimar o material in situ.

3. Método de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender queimar o material em um processo de combustão sustentada.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender queimar o material em um processo de combustão termicamente auto-suficiente.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender queimar o material em um processo de combustão suficiente em oxigênio.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição e, uma vez que o processo de combustão esteja termicamente auto-suficiente, desativar o dispositivo de ignição.

7. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do material combustível ser um fluido.

8. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material combustível para gerar uma frente de combustão que se desloca para fora, para longe de um ponto de ignição e através do volume de material combustível.

9. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material em uma pluralidade de localizações dentro do volume de material.

10. Método de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de compreender controlar a combustão de modo que a frente de combustão siga uma distribuição do material combustível para longe do ponto de ignição.

11. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender monitorar a combustão do material.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender monitorar a temperatura no terreno contaminado com o material combustível em uma pluralidade de localizações.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de compreender monitorar subprodutos do processo de combustão.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender monitorar os constituintes e volumes de subprodutos gasosos resultantes da combustão do material.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de compreender monitorar a combustão do material em tempo real durante o processo de combustão.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de compreender monitorar a extensão de combustão do material após a combustão ter cessado.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de compreender tomar providências para modificar a combustão do material.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender suprir um oxidante.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -17 ou 18, caracterizado pelo fato de compreender suprir um oxidante e, dependendo do monitoramento de combustão, modificar a velocidade de fluxo do oxidante suprido.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -17 a 19, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material em pelo menos uma outra localização.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -11 a 17, caracterizado pelo fato de compreender suprir um supressor de combustão para suprimir e, desse modo, controlar a combustão.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -11 a 17, caracterizado pelo fato de compreender desativar um dispositivo de ignição usado para inflamar o material, para controlar a combustão.

23. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender queimar subadiabaticamente o material.

24. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material para queimar o material em um processo de combustão lenta.

25. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender monitorar a combustão de modo a promover a queima lenta do material.

26. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -11 a 18, caracterizado pelo fato de compreender monitorar combustão de modo a manter a queima lenta do material.

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -25 ou 26, caracterizado pelo fato de compreender controlar o suprimento de oxidante para, desse modo, promover ou manter a queima lenta.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 ou 26. caracterizado pelo fato de compreender suprir um supressor de combustão para manter a combustão em um estado de queima lenta.

29. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender extinguir a combustão após um período de tempo desejado.

30. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender extinguir a combustão em seguida ao deslocamento de uma frente de combustão por uma distância desejada através do material.

31. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 29 ou 30, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição; monitorar a combustão e, onde a combustão não é auto-sustentada, manter o dispositivo de ignição ativado; e, seletivamente, desativar o dispositivo de ignição para extinguir a combustão.

32. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 29 ou 30, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição; monitorar a combustão e, onde a combustão é interrompida por falta de oxigênio, suprir um oxidante para manter a combustão; e, seletivamente, mudar o suprimento de oxidante para controlar uma velocidade de propagação de combustão.

33. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 29 ou 30, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição; monitorar combustão e, onde a combustão é interrompida por falta de oxigênio, suprir um oxidante para manter a combustão; e, seletivamente, mudar o suprimento de oxidante para extinguir a combustão.

34. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -29 ou 30, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição; monitorar combustão e, onde a combustão não é interrompida por falta de oxigênio, injetar seletivamente um supressor de combustão para controlar uma velocidade de propagação de combustão.

35. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações -29 ou 30, caracterizado pelo fato de compreender inflamar o material usando um dispositivo de ignição; monitorar combustão e, onde a combustão não é interrompida por falta de oxigênio, injetar seletivamente um supressor de combustão para extinguir a combustão.

36. Método de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de compreender extinguir a combustão em um local desejado por criar uma ou mais barreiras de combustão.

37. Método de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de compreender formar um limite de combustão por estabelecer uma ou mais barreiras de combustão.

38. Método de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de compreender construir uma barreira física.

39. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de compreender escavar uma trincheira e suprir um material à trincheira para formar uma parede de isolamento.

40. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de compreender estaquear uma ou mais lâminas no terreno para formar uma parede de isolamento.

41. Método de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de compreender formar uma parede de supressão de fluido pela injeção de um fluido supressor no terreno em uma pluralidade de localizações.

42. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender acessar o volume de material combustível a partir da superfície pela perfuração de um furo de poço de acesso a partir da superfície para uma localização intersectando o volume de material.

43. Método de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de compreender direcionar o furo de poço para intersectar o volume em um limite inferior do volume, e inflamar o material para fazer com que a frente de combustão seja iniciada no fundo do volume e se propague para cima.

44. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender localizar um dispositivo de ignição dentro do furo de poço e ativar o dispositivo.

45. Método de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de compreender coletar subprodutos de combustão para análise e descarte.

46. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender monitorar subprodutos de combustão no terreno em seguida à combustão.

47. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender monitorar subprodutos de combustão no terreno durante a combustão.

48. Aparelho para recuperar terra contaminada com um material combustível, o aparelho caracterizado pelo fato de compreender um dispositivo de ignição, o dispositivo de ignição adaptado para ser localizado abaixo do nível do terreno para inflamar um volume subterrâneo de material combustível no terreno a ser recuperado, para queimar o material e, desse modo, recuperar o terreno.

49. Aparelho de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato do dispositivo de ignição ser adaptado para aquecer o material combustível de modo a inflamar o material.

50. Aparelho de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato do dispositivo de ignição ser um aquecedor de resistência elétrica.

51. Aparelho de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato do aquecedor compreender um elemento elétrico tendo um revestimento resistente à corrosão adaptado para proteger o elemento contra materiais corrosivos.

52. Aparelho de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato do dispositivo de ignição ser adaptado para gerar uma descarga elétrica para inflamar o material.

53. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações -48 a 52, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo de injeção de fluido para injetar um oxidante no volume de material, para promover e/ou modificar a velocidade, grau, ou extensão de combustão.

54. Aparelho de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato do dispositivo de injeção de fluido compreender pelo menos uma linha de fluxo se estendendo da superfície para o volume.

55. Aparelho de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato do dispositivo de injeção de fluido compreender um coletor tendo uma pluralidade de saídas, o coletor conectado a uma linha de fluxo de fluido principal, para suprir fluido através de uma única linha de fluxo a uma pluralidade de localizações dentro do volume.

56. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações -48 a 55, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo de injeção de fluido para injetar um supressor de combustão no volume de material, para suprimir combustão.

57. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações -48 a 56, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sensor para monitorar combustão do material.

58. Aparelho de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um sensor selecionado do grupo compreendendo: um sensor de temperatura um sensor de pressão; e um sensor de gás para determinar o volume e constituinte dos subprodutos gasosos resultantes da combustão do material.