UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI AMANDA SARTORELLI VERISSIMO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS PARA REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS SÃO PAULO 2007 ii AMANDA SARTORELLI VERISSIMO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS PARA REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de graduação em Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Orientador: Prof. Dr. Antônio Eduardo Giansante SÃO PAULO 2007 iii AMANDA SARTORELLI VERISSIMO DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS PARA REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de graduação em Engenharia Civil da Universidade Anhembi Morumbi Trabalho ______________ em: ____de____________de 2007 _____________________________________ Prof. Dr. Antônio Eduardo Giansante _____________________________________ Prof. Dra. Gisleine Coelho de Campos Comentários________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ iv Dedico este trabalho à minha família pelo amor e dedicação. A minha irmã que serviu de exemplo para que continuasse lutando. A meu namorado que foi meu companheiro e sempre me incentivou. v AGRADECIMENTOS Aos professores da Universidade Anhembi Morumbi que contribuíram para minha formação, em especial ao meu orientador Prof. Dr. Antônio Eduardo Giansante. Agradeço a todos os profissionais da ERM Brasil que direta ou indiretamente contribuíram para realização deste trabalho. vi RESUMO Áreas contaminadas fazem parte da realidade dos principais centros urbanos do mundo, sendo resultado do crescimento econômico e industrial, que sem a preocupação com o meio ambiente contribui para a degradação do meio através da existência de áreas não tratadas. A origem das áreas contaminadas está relacionada ao desconhecimento, em épocas passadas, de procedimentos seguros para o manejo de substâncias perigosas, ao desrespeito a esses procedimentos seguros e à ocorrência de acidentes ou vazamentos durante o desenvolvimento dos processos produtivos, de transporte ou de armazenamento de matérias primas e produtos. A existência de contaminação pode gerar problemas como danos à saúde humana, comprometimento da qualidade dos recursos hídricos, restrições ao uso do solo e danos ao patrimônio público e privado, com a desvalorização das propriedades, além de danos ao meio ambiente. O poder público e os órgãos ambientais intensificaram os investimentos e a fiscalização para um melhor gerenciamento destas áreas, levando os responsáveis pela contaminação a iniciarem o processo de remediação. Existem inúmeras técnicas de remediação que são aplicadas para o tratamento de áreas contaminadas. A escolha da técnica que será aplicada depende de vários fatores como as características dos contaminantes e da área que será tratada, a viabilidade econômica e os resultados que se pretende alcançar. Como alternativa de remediação do solo e água subterrânea foi desenvolvido o sistema ISCO (Oxidação química in situ). Nesta tecnologia injeta-se uma solução de produto químico no solo por meio de poços instalados na área de tratamento, com o objetivo de destruir o contaminante através de reações químicas e converter a sua massa em compostos inertes encontrados na natureza. O sistema é composto por uma área de mistura de produto químico e uma rede de distribuição da solução. Para operação do sistema é necessário um dimensionamento hidráulico dos componentes que fazem parte do sistema, são levados em conta às características da área tratada e parâmetros hidráulicos necessários para o funcionamento do sistema. Palavras chave: Contaminação, remediação, redes hidráulicas. vii ABSTRACT Contaminated areas are part of reality from main urban centers of the world, being resulted of economic and industrial growth, which without concern with. Environment contributes for degradation of the way through the existence of no treated areas. The origin of the contaminated areas is associated with unfamiliarity, at passed times, for a safe handle of dangerous substance handling, to the disrespect to these safe procedures and to the occurrence of accidents or leaking during the development of productive processes, transport or storage of raw material and products. The existence contamination can create problems as damages to the human being health, compromise with quality of hydrics resources, restrictions to the use of soil and damages to the common and private wealth, with the depreciation of properties, beyond damages to the environment. The public power and the ambient agencies had intensified the investments and the monitors for a better management of these areas, taking the responsible ones by the contamination to initiate the remediation process. There are too much remediation techniques that are applied for the treatment of contaminated areas. The choice of the technique that will be applied depends on some factors as the characteristics of the contaminant and the area that will be treated, the economic viability and results that it intends to reach. As a remediation alternative of soil and underground water system ISCO (chemical Oxidation in situ) was developed. In this technology a solution of chemical product is injected in soil by wells installed in the treatment area with the objective of destroying the contaminant through chemical reactions and converting its mass into found inert composites in the nature. The system is composed for an area of mixture of chemical product and a net distribution of solution. For operation of the system a hydraulics sizing of the components is necessary that are part of system, are taken in account to the characteristics treated area and necessary hydraulics parameters for the system operation. Key words: Contamination, remediation, hydraulics piping. viii LISTA DE FIGURAS Figura 6.1 - Diferenças entre permeabilidade e Porosidade 13 Figura 9.1 – Esquema de rede ramificada 25 Figura 9.2 – Esquema de rede malhada 26 Figura 9.3 – Esquema de rede com anel principal 26 Figura 10.1 – Localização da Área de Tratamento e Poços 32 Figura 10.2 – Fluxograma do Sistema de Injeção 34 Figura 10.3 – Planta baixa da Área de Mistura 37 Figura 10.4 – Poço de Injeção. 38 Figura 10.5 – Planta da Rede de Distribuição do Sistema de Injeção 40 Figura 11.1 – Plumas de Comparação VOC Total 45 Figura 11.2 – Plumas de Comparação PCE 46 Figura A.1 – Reservatórios de Água do Sistema. 52 Figura A.2 - Tanque de Mistura 52 Figura A.3 - Tanques de Injeção do Sistema 53 Figura A.4 - Área de Mistura 53 Figura A.5 - Vista da Área de Mistura 54 Figura A.6 - Detalhe da preparação da Solução Injetada 54 Figura A.7 - Bombas de Injeção do Sistema 55 Figura A.8 - Poço de Injeção 55 ix LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 – Áreas Contaminadas no Estado de São Paulo. 9 Tabela 6.1 – Dimensionamento do Volume de Injeção. 15 Tabela 10.1 – Vazões de Dimensionamento. 33 Tabela 10.2 – Volume dos Tanques. 35 Tabela 10.3 – Vazões das Bombas de Transferência da Área de Mistura. 36 Tabela 10.4 – Bombas da Área de Mistura. 36 Tabela 10.5 – Vazões do Sistema de Injeção. 39 Tabela 10.6 – Bombas das Linhas de Injeção. 39 Tabela 10.7 – Comparação das Concentrações de VOCs e PCE 42 Tabela 10.8 – Concentrações de VOC 43 x SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 1 2 OBJETIVOS 2 2.1 Objetivo Geral 2 2.2 Objetivo Específico 2 3 JUSTIFICATIVA 3 4 MÉTODO DE PESQUISA 4 5 REMEDIAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADAS 5 5.1 Contaminação 5 5.2 Fontes de Contaminação 6 5.3 Investigação e Avaliação de Risco 9 5.4 Remediação 10 6 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE INJEÇÃO 13 7 PERDA DE CARGA 17 7.1 Perda de Carga Localizada 17 7.2 Perda de Carga Distribuída 18 8 7.2.1 Fórmula universal 18 7.2.2 Fórmula de Hazen-Williams 19 SISTEMAS ELEVATÓRIOS 21 8.1 Altura Manométrica 21 8.2 Potência do Conjunto Elevatório 22 8.3 Bombas hidráulicas 23 REDES DE DISTRIBUIÇÃO 24 9 9.1 Tipos de Redes 24 9.1.1 Rede ramificada 25 9.1.2 Rede Malhada 25 9.2 10 Dimensionamento Hidráulico de Redes ESTUDO DE CASO 26 29 10.1 Investigações e Avaliações de Risco 29 10.2 Estratégias de Remediação 30 10.3 Dimensionamento do Sistema de Remediação 32 10.3.1 Área de mistura 35 xi 10.3.2 10.4 Rede de distribuição Resultados da Remediação 38 41 11 ANÁLISE CRÍTICA 44 12 CONCLUSÃO 47 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 49 ANEXO A 51 1 INTRODUÇÃO A questão da contaminação do solo e das águas subterrâneas tem sido objeto de grande preocupação nas últimas décadas em países industrializados. Esse problema ambiental torna-se mais grave em centros urbanos industriais como a Região Metropolitana de São Paulo, onde a constante mudança na utilização do solo expõe a população a perigos que se escondem no subterrâneo da cidade. Neste contexto torna-se essencial o estudo de técnicas que remediam o solo com o objetivo de minimizar os riscos à população e ao ambiente decorrente da existência da contaminação. Existem inúmeras técnicas disponíveis para a recuperação de solos e de águas subterrâneas contaminadas. A seleção da técnica apropriada é um processo complexo, que envolve considerações detalhadas das características do local e do poluente, e um estudo da viabilidade técnica e econômica para determinar qual a melhor alternativa das várias técnicas de remediação disponíveis, para o tratamento da área contaminada. 2 2 OBJETIVOS O presente Trabalho de Conclusão de Curso tem por finalidade abordar o tema de remediação de solos contaminados, em especial, o sistema de injeção de líquidos e os conceitos hidráulicos envolvidos. 2.1 Objetivo Geral Definir a importância dos sistemas de remediação de solos contaminados, em áreas industriais e mostrar o funcionamento do sistema empregado. Analisar e compreender os parâmetros e critérios hidráulicos envolvidos no sistema. 2.2 Objetivo Específico O objetivo desta pesquisa é mostrar como é feito o dimensionamento hidráulico de um sistema de injeção de produtos químicos no solo. O sistema hidráulico de injeção compreende as redes de distribuição de produtos químicos, além do dimensionamento das bombas necessárias para operar o sistema. 3 3 JUSTIFICATIVA O crescimento das regiões urbanas e a mudança de uso do solo nos grandes centros urbanos trouxeram um aumento da exposição da população a áreas contaminadas, pois estas muitas vezes se escondem sob áreas comerciais, condomínios residenciais, representando um risco iminente. Nas últimas décadas muitas cidades deixaram de ser essencialmente industriais passando a ter essas antigas áreas industriais, ocupadas por outras atividades como comércio, serviços e residências. Muitos desses terrenos foram ocupados sem nenhum diagnóstico e remediação ambiental adequados. Um levantamento realizado em dissertação de mestrado da Escola Politécnica da USP (Silva, 2002) revelou que em uma área de mais de 2.500 m² da capital paulista, compreendida ao longo de eixos ferroviários e das marginais dos rios Tietê, Pinheiros e Tamanduateí, apenas 46% das indústrias existentes, em 1980, permaneciam ativas em 2002 e 21% já contavam com novo uso não-industrial. Neste contexto torna-se necessário a discussão de formas de remediação do solo e das águas subterrâneas, utilizados para diversos fins. Passa-se a discutir mais seriamente a necessidade de mecanismos de viabilização legal e econômica dos projetos de descontaminação, uma equação complexa que envolve e interessa a todas as partes, de especialistas da área até a indústria, o Poder Público e a sociedade civil. 4 4 MÉTODO DE PESQUISA Esta pesquisa começa com a revisão bibliográfica sobre os conceitos ambientais envolvidos na contaminação, remediação de solos e águas subterrâneas. E mostra, ainda a fundamentação teórica e parâmetros hidráulicos envolvidos no sistema de injeção de produtos químicos para tratamento de áreas degradadas. Essa revisão bibliográfica teve como base a consulta a livros, manuais da CETESB, periódicos, teses e sites da internet. Concluída a pesquisa bibliográfica coletaram-se informações técnicas sobre o estudo de caso, com base no referencial teórico apresentado. O estudo de caso mostra o problema existente na área, o dimensionamento hidráulico do sistema e o resultado alcançado na área degradada. São analisados relatórios técnicos existentes, ensaios realizados, dados dimensionamento do sistema e o projeto do sistema em estudo. obtidos para o 5 5 REMEDIAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADAS Neste capítulo são apresentados os conceitos ambientais envolvidos na remediação de solos contaminados. Como são definidos os contaminantes presentes no meio, como é feita a investigação e os parâmetros para se escolher a melhor forma de tratamento. 5.1 Contaminação Uma área contaminada é definida como um local ou terreno, onde há comprovadamente poluição ou contaminação, causada pela introdução de quaisquer substâncias ou resíduos que nela tenham sido depositados, acumulados, armazenados, enterrados ou infiltrados de forma planejada, acidental e até mesmo natural. Os contaminantes podem concentrar-se em subsuperfície nos diferentes compartimentos do ambiente, por exemplo, no solo, nos sedimentos, nas rochas, nos materiais utilizados para aterrar os terrenos, nas águas subterrâneas ou, de uma forma geral, nas zonas não saturada e saturada, além de poderem concentrar-se nas paredes, nos pisos e nas estruturas de construções. Os poluentes são transportados a partir dos diversos compartimentos, propagando-se por diferentes vias, como o ar, o solo e as águas subterrâneas e superficiais. Desta forma suas características naturais ou qualidades são alteradas, determinando impactos negativos e riscos sobre os bens a proteger, localizados na própria área ou em seus arredores (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – CETESB, 2001). Segundo a Política Nacional do Meio Ambiente (Lei 6.938/81), são considerados bens a proteger: A saúde e o bem-estar da população; A fauna e a flora; A qualidade do solo, das águas e do ar; 6 Os interesses de proteção à natureza/paisagem; A ordenação territorial e planejamento regional e urbano; A segurança e ordem pública. 5.2 Fontes de Contaminação As áreas contaminadas e os problemas ocasionados por elas são originados a partir de várias fontes potenciais de contaminação. Segundo Fetter (1993) as fontes de contaminação das águas subterrâneas que podem ser consideradas também como fontes de contaminação do solo, são classificadas em seis categorias. A primeira categoria é constituída por fontes projetadas para descarga de substâncias no subsolo, incluindo tanques sépticos e fossas negras (normalmente descarregam efluentes de origem doméstica, vários tipos de compostos orgânicos e inorgânicos); poços de injeção de substâncias perigosas, águas salgadas da exploração de petróleo, aplicação de efluentes municipais ou industriais no solo, lodos de tratamento de água utilizados como fertilizantes e resíduos oleosos de refinarias. Na segunda categoria estão incluídas as fontes projetadas para armazenar, tratar e dispor substâncias no solo, na qual estão incluídas as áreas de disposição de resíduos (aterros sanitários e industriais, lixões, botas-fora, etc.); lagoas de armazenamento e tratamento de vários tipos de efluentes industriais; depósitos ou pilhas de resíduos de mineração; tanques de armazenamento de substâncias, aéreos ou subterrâneos. Na terceira categoria estão enquadradas as fontes projetadas para reter substâncias durante o seu transporte, como oleodutos, tubulações para o transporte de esgoto e efluentes industriais; transporte de substâncias químicas, como combustíveis por meio de caminhões e trens. 7 Na quarta categoria estão as fontes utilizadas para descarregar substâncias como conseqüência de atividades planejadas, na qual estão incluídas a irrigação ou fertilização de lavouras, aplicação de pesticidas e fertilizantes na lavoura; percolação de poluentes atmosféricos. A quinta categoria é constituída por fontes que funcionam como um caminho preferencial para que os contaminantes entrem em um aqüífero, como poços de produção de petróleo e poços de monitoramento com falhas de construção e projeto. Na sexta categoria estão posicionadas as fontes naturais ou fenômenos naturais associados às atividades humanas, das quais se pode citar a interação entre águas subterrâneas e superficiais contaminadas, a ocorrência natural de substâncias inorgânicas nas águas subterrâneas e a intrusão salina. A esta sexta categoria pode ser adicionada à contaminação do solo e das águas subterrâneas ocasionada pelos gases de processos produtivos, ou outras fontes de poluição atmosférica (por exemplo, veículos automotivos), quando estes, contendo substâncias perigosas de alta toxicidade, podem ser lançadas à atmosfera e se infiltrarem no solo, carreados pelas águas de chuva. As áreas contaminadas geram diversos problemas. Sánchez (1998) aponta quatro problemas principais: • Existência de riscos à segurança das pessoas e das propriedades; • Riscos à saúde pública e dos ecossistemas; • Restrições ao desenvolvimento urbano; • Redução do valor imobiliário das propriedades. A existência de áreas contaminadas gera não somente problemas evidentes, com a ocorrência ou a possibilidade de explosões e incêndios, mas também ocasiona danos ou riscos à saúde das pessoas e ecossistemas. Em geral os problemas são ocasionados por processos que se manifestam, em sua maioria, em longo prazo. Es- 8 tes processos provocam o aumento da incidência de doenças em pessoas expostas às substâncias químicas presentes em águas subterrâneas coletadas em poços, contato dermal e ingestão de solos contaminados por crianças ou trabalhadores, inalação de vapores e consumo de alimentos contaminados (hortas irrigadas com águas contaminadas ou cultivadas em solo contaminado e animais contaminados). A presença de uma área contaminada pode representar a limitação dos usos possíveis do solo, induzindo restrições ao desenvolvimento urbano e problemas econômicos relativos ao valor dos imóveis. Durante a década de 80, nos Estados Unidos e Canadá, várias indústrias foram fechadas e essas antigas áreas industriais localizadas nos centros das cidades, próximas às áreas com infra-estrutura urbana e bom acesso, atraíram investidores, que reutilizaram essas áreas, criando novas áreas residenciais, comerciais e industriais. Após a investigação dessas áreas, foi constatado que várias estavam contaminadas, em decorrência das atividades desenvolvidas anteriormente. Como conseqüência disto, surgiu à necessidade de prevenir a ocupação de áreas industriais desativadas ou abandonadas contaminadas, sem que ações destinadas a remediação dessas áreas fossem realizadas. Na Região Metropolitana de São Paulo, principal região industrial do Brasil, as antigas áreas industriais desativadas vêm sendo utilizadas para novos usos como residencial, comercial ou industrial leve. Para que essas mudanças possam ser realizadas sem risco deve-se observar a existência de áreas contaminadas. Conforme destaca Cunha (1997) as antigas indústrias, “provavelmente se incluam entre as fontes de contaminação do solo e das águas subterrâneas mais importantes na Região Metropolitana de São Paulo, uma vez que sobre elas já não se exerce qualquer forma de controle ambiental e as restrições à sua reutilização estão associadas às leis de zoneamento urbano, as quais ainda não consideram as questões relativas à poluição ambiental”. A existência de áreas contaminadas no Estado de São Paulo esta relacionada ao desconhecimento, em épocas passadas, de procedimentos seguros para o manejo 9 de substâncias perigosas, ao desrespeito a esses procedimentos seguros e à ocorrência de acidentes ou vazamentos durante o desenvolvimento dos processos produtivos, de transporte ou de armazenamento de matérias primas e produtos. Em maio de 2002, a CETESB divulgou pela primeira vez a lista de áreas contaminadas, registrando a existência de 255 áreas contaminadas no Estado de São Paulo. O registro das áreas contaminadas vem sendo constantemente atualizado e após seis atualizações (outubro de 2003, novembro de 2004, maio de 2005, novembro de 2005, maio de 2006, novembro de 2006) o número de áreas contaminadas totalizou, em novembro de 2006, 1.822 áreas contaminadas (CETESB, 2007). A Tabela 5.1 mostra a distribuição das áreas contaminadas no Estado de São Paulo. Tabela 5.1 – Áreas Contaminadas no Estado de São Paulo. Áreas Contaminadas no Estado de São Paulo – novembro de 2006 Postos de- Acidentes descoRegião/Atividade Comercial Industrial Resíduos Total combustível nhecidos São Paulo 28 56 22 486 2 594 RMSP - outros 14 76 11 273 4 378 Interior 49 93 22 432 12 608 Litoral 13 31 11 78 2 135 Vale do Paraíba 1 23 0 83 0 107 Total 105 279 66 1.352 20 1.822 Fonte: CETESB, 2007 5.3 Investigação e Avaliação de Risco Para se escolher a melhor técnica de investigação para uma área contaminada devem ser levadas em conta características específicas de cada área. Entretanto, alguns procedimentos gerais são aplicáveis. Inicialmente, devem ser levantados dados existentes sobre a geologia, pedologia, hidrogeologia e outros. Esses dados irão indicar as características do fluxo das águas nas zonas não saturada e saturada na área a ser investigada, com o objetivo de definir os meios pelos quais os prováveis contaminantes irão se propagar, além de definir os métodos de perfuração e amostragem que poderão ser utilizados para coleta de amostras de solo e/ou água (superficial ou subterrânea). Em seguida, são 10 identificadas e determinadas às características dos contaminantes presentes, ou provavelmente presentes na área. A identificação dos contaminantes pode ser executada realizando-se um levantamento histórico da área, utilizando-se várias fontes de informação, como, registros de matérias-primas e resíduos gerados, além da interpretação de fotografias, para localizar as áreas onde estes eram manipulados, aplicados ou dispostos. Em função dos resultados obtidos nos levantamentos, são planejadas e executadas investigações, utilizando-se de métodos indiretos e diretos para caracterização da contaminação nos diferentes compartimentos, definindo-se, dessa forma, o seu posicionamento e taxa de propagação e as concentrações que atingem os receptores ou bens a proteger (LAGREGA et al., 1994). Com base nos dados obtidos na investigação são realizados estudos de avaliação de risco, cujos resultados são aplicados na decisão da necessidade de eliminar ou reduzir os riscos impostos pela presença de uma área contaminada. No processo de avaliação de risco são identificadas as populações potencialmente expostas aos contaminantes presentes na área sob investigação, determinadas as concentrações às quais esses indivíduos encontram-se expostos e quantificado o risco decorrente dessa exposição, considerando a toxicidade dos contaminantes envolvidos. Caso seja constatada a existência de risco, deve-se desenvolver um plano de remediação. 5.4 Remediação Diferentes termos são utilizados para descrever os processos pelo qual uma área contaminada recebe intervenções. Estas intervenções visam à contenção, isolamento, remoção ou redução das concentrações dos contaminantes. Os termos mais utilizados no Brasil são “recuperação” de áreas contaminadas, “remediação” de áreas contaminadas ou em alguns casos “restauração”. O uso dos termos “recuperação” e “restauração”, que podem ser considerados como sinônimos significam readquirir 11 uma condição, enquanto o termo “remediação”, amplamente utilizado internacionalmente em língua inglesa (“remediation”), significa dar remédio, sanear, tornar uma área saudável, curar. Segundo a CETESB (2001) a remediação de áreas contaminadas pode ser definida como “Aplicação de técnica ou conjunto de técnicas em uma área contaminada, visando à remoção ou contenção dos contaminantes presentes, de modo a assegurar uma utilização para a área, com limites aceitáveis de riscos aos bens a proteger”. Basicamente, três abordagens são utilizadas no planejamento da remediação em uma área contaminada (USEPA, 1998): • Mudança do uso definido da área para minimizar o risco; • Remoção ou destruição dos contaminantes para a eliminação do risco; • Redução da concentração dos contaminantes ou contenção desses para eliminar ou minimizar risco. Existem várias técnicas empregadas na remediação de áreas contaminadas. Para definir o método de remediação que será utilizado vários fatores devem ser levados em conta como, as características do meio contaminado e dos contaminantes, resultado a ser alcançado, localização da área, tempo e recursos disponíveis. A tecnologia apresentada neste trabalho é o sistema ISCO (Oxidação química in situ), esta tecnologia está baseada na injeção de oxidantes químicos em meios contaminados (água subterrânea e solo), com o objetivo de destruir o contaminante através de reações químicas e converter a sua massa em compostos inertes encontrados na natureza. A oxidação in situ é muito empregada na remediação de solo e água subterrânea. Ela pode ser aplicada a diversos tipos e granulometria de solos (silte e argiloso) no tratamento de compostos orgânicos voláteis (VOCs), incluindo dicloroeteno (DCE), tricloroetileno (TCE), tetracloroetileno (PCE), benzeno, tolueno, etilbenzeno e xile- 12 nos, assim como os compostos orgânicos semi-voláteis (SVOCs) tais como os pesticidas, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) e os bifenilas policloradas (PCB´s). 13 6 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE INJEÇÃO Para o sucesso de um sistema de injeção no solo, é necessário conhecer previamente a área que será tratada, verificando suas principais características: • Geologia local. • Peso específico do solo. • Porosidade do solo. • Percolação do liquido no solo. • Espessura média da zona saturada. • Distribuição da pluma de contaminação. A permeabilidade e a porosidade do solo são características importantes, pois iram determinar como o tratamento será distribuído pela área. A permeabilidade é uma propriedade relacionada ao escoamento do fluído através de um meio poroso e a porosidade é uma propriedade relacionada ao volume de vazios presentes no solo é a relação entre volume de vazios e o volume total do solo (CHIOSSI,1983). A Figura 6.1 representa as diferenças entre permeabilidade e porosidade de um solo. Figura 6.1 - Diferenças entre permeabilidade e Porosidade 14 Após a análise dos dados disponíveis são determinados à localização e quantidade de poços de injeção necessários no tratamento da área. Para isso é feito um teste de injeção que irá determinar o raio de influência (RI) de cada poço e a vazão que pode ser injetada sem que o solo seja saturado. O teste de injeção constitui-se da injeção contínua de água do sistema de abastecimento público em um dos poços, durante 6 horas e constantes medições dos níveis de água dos poços de monitoramento instalados num raio de aproximadamente 60 metros. Injeta-se água no poço em vazão máxima até que o tubo esteja completo com água, nesta etapa, o poço é vedado, para que não entre ar juntamente com a água injetada. A água é injetada por gravidade, a partir de uma caixa de água de 2000L, mantida com carga constante com o auxilio de uma bóia. Durante o teste, o nível de água é medido nos poços dentro do raio de 60 metros. A vazão da água injetada é constantemente registrada. Com o decorrer do teste, a vazão da água injetada tende a diminuir devido à saturação dos poros ao redor dos poços usados no teste. A vazão média do sistema é calculada com o volume total de água injetada durante 6 horas. Vazão média = Volume total de água injetada Tempo de injeção (ensaio) A variação de medidas de nível de água nos poços ao redor do poço usado para injeção representa a área de influência, conforme a variação de nível de água apresentada nos poços monitorados, indicando qual o raio de influência real. Após o teste de injeção é determinada a quantidade de poços, e calculado o volume de injeção de produto químico necessário para o tratamento da área contaminada. O calculo da quantidade de oxidante aplicada é feito em quatro etapas apresentadas na Tabela 6.1. 15 Tabela 6.1 – Dimensionamento do Volume de Injeção. 1º ETAPA - DOSE DE INJEÇÃO Descrição Símbolo Fórmula Unidade Número de poços p - - Raio de influência RI - m Profundidade da faixa tratamento h - m Demanda de oxidante no solo SOD - g/kg Peso específico do solo γs - kg/L Área de tratamento / poço At π x RI² m² Volume de tratamento / poço Vt At x h m³ Massa de solo / poço ms Vt x γs ton Massa de oxidante / poço mo ms x SOD kg Massa total de Oxidante mt mo x p ton 2º ETAPA - VOLUME DE INJEÇÃO Porosidade n - m³/m³ Volume de poros / poço Vp Vt x n m³ Volume total de injeção Vi Vp x p m³ 3º ETAPA - CONCENTRAÇÃO DE INJEÇÃO Solução Oxidante O Vi x mt % kg/kg 4º ETAPA - TEMPO DE INJEÇÃO Dosagem por unidade d - m³/h Horas de injeção por dia hi - h Volume de injeção por dia Vid d x hi m³ Tempo de Injeção t Vi x Vid dias Fonte: ERM Brasil, 2006 A partir do volume total de injeção, calcula-se o volume que será injetado por hora em cada poço, em função do tempo disponível para a remediação da área. Com este dado inicia-se o dimensionamento hidráulico do sistema de injeção de líquidos, através de cálculos onde se aplicam dados teóricos e práticos, como altura da coluna d’água, diâmetro do tubo, profundidade do poço, seção filtrante, nível da água, vazões do sistema de injeção com e sem perda de carga. Os cálculos resultam nos valores de dimensionamento, tais como vazão de injeção, vazão do sistema, bitola da tubulação e altura manométrica do sistema, desta forma o sistema poderá ser executado na pratica com confiabilidade. 16 Para entender os parâmetros hidráulicos envolvidos no sistema, é necessário definir conceitos como: perda de carga, bombas hidráulicas, estação elevatória e redes de distribuição estes conceitos são mostrados nos próximos capítulos. 17 7 PERDA DE CARGA As canalizações não são constituídas exclusivamente de tubulações contínuas e de mesmo diâmetro. Normalmente, incluem peças especiais e conexões, que pela forma e distribuição elevam a turbulência, provocando atrito e choque das partículas, dando origem a perdas de carga. As perdas podem ser classificadas em dois tipos: a) Perdas de carga localizadas ou acidentais. Causada pelas peças especiais e singularidades de uma instalação. b) Perdas de carga distribuídas ou perdas contínuas. Causada pelo movimento da água na própria tubulação, admite-se que esta perda seja constante ao longo de tubulações de dimensões constantes. 7.1 Perda de Carga Localizada A presença de acessórios (conexões, válvulas, bombas, etc), necessários para a operação do sistema, provoca a alteração do módulo ou direção da velocidade média, e conseqüentemente de pressão local. Isto reflete um acréscimo de turbulência que produz perdas de carga. Essas perdas são chamadas de perdas de carga localizadas ou singulares (PORTO, 2004). De modo geral as perdas de carga localizadas podem ser expressas pela equação (01): ∆h = K ⋅ Onde: ∆h – Perda de carga localizada (m); V2 2⋅g eq. (01) 18 K – Coeficiente adimensional, depende da geometria da conexão, do número de Reynolds, da rugosidade da parede e em alguns casos, das condições de escoamento; V – Velocidade (m/s); g – Aceleração da gravidade (m/s²). O coeficiente K é obtido experimentalmente para cada caso. Este trabalho experimental é desenvolvido há vários anos, por engenheiros interessados na questão, por fabricantes de conexões e válvulas e por laboratórios de estudo de hidráulica. Os coeficientes correspondentes às peças mais usuais podem ser encontrados na literatura na forma de Tabelas e gráficos (AZEVEDO NETTO, 1998). 7.2 Perda de Carga Distribuída As perdas de carga distribuídas ou contínuas são relativas às perdas ao longo de uma tubulação, sendo função do comprimento, material e diâmetro. Existem várias fórmulas empíricas aplicáveis à tubulação de seção circular para determinar a perda de carga distribuída. Dentre as fórmulas existentes na literatura, as mais utilizadas para determinação da perda são a Fórmula Universal e a Fórmula de Hazen-Williams. 7.2.1 Fórmula universal Na Fórmula Universal as perdas de carga lineares ao longo da tubulação são estimadas a partir da expressão de Darcy-Weissbach com o fator de atrito proposto por Colebrook-White para tubos comerciais funcionando em qualquer regime de escoamento. A fórmula é dada pela equação (02): 19 hf = f ⋅ L V2 ⋅ DH 2 ⋅ g eq. (02) Onde: hf – Perda de carga (m); f – Coeficiente de atrito adimensional; L – Comprimento da tubulação (m); DH – Diâmetro hidráulico (m); V – Velocidade média do escoamento (m/s); g – Aceleração da gravidade (m/s²). 7.2.2 Fórmula de Hazen-Williams A fórmula de Hazen-Williams resultou de um estudo estatístico cuidadoso, no qual foram considerados os dados experimentais disponíveis, obtidos anteriormente e por um grande número de pesquisadores, bem como dados de observação dos próprios autores (AZEVEDO NETTO, 1998). Esta fórmula é a mais utilizada dentre as fórmulas empíricas, principalmente na prática da engenharia americana. A fórmula é expressa pela equação (03). J = 10,643 ⋅ Onde: J – Perda de carga unitária (m/m); Q1,85 C1,85 ⋅ D 4,87 eq. (03) 20 Q – Vazão (m3/s); C – Coeficiente de rugosidade que depende do tipo e estado das paredes do tubo (m0,367/s); D – Diâmetro da tubulação (m). 21 8 SISTEMAS ELEVATÓRIOS Um sistema de recalque ou elevatório é o conjunto de tubulações, acessórios, bombas e motores necessários para elevar uma vazão de líquido de um reservatório inferior para outro reservatório superior (PORTO, 2004). Em geral, um sistema de recalque é composto por três partes: a) Tubulação de sucção – É formada pela tubulação que liga o reservatório inferior à bomba, incluindo os acessórios necessários (válvula de pé com crivo, registro, curvas, redução excêntrica, etc.); b) Conjunto elevatório – É constituído por uma ou mais bombas e respectivos motores elétricos ou a combustão interna; c) Tubulação de recalque – É formada pela tubulação que liga a bomba ao reservatório superior, incluindo os acessórios necessários (válvula de retenção, registros, manômetros, curvas, etc.). 8.1 Altura Manométrica A altura manométrica é definida como sendo a altura geométrica da instalação mais as perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo. Altura geométrica é a soma das alturas de sucção e recalque. Fisicamente, é a quantidade de energia hidráulica que a bomba deverá fornecer ao liquido, para que o mesmo seja recalcado a certa altura, vencendo, inclusive, as perdas de carga. A altura manométrica é descrita pela equação (04): Hman = Hg + ∆Hs + ∆Hr Onde: eq. (04) 22 Hman – Altura manométrica; Hg – Altura geométrica, diferença de nível entre os reservatórios; ∆Hs – Perda de carga distribuída e localizada na tubulação de sucção; ∆Hr – Perda de carga distribuída e localizada na tubulação de recalque. Em geral, a tubulação de sucção tem um diâmetro comercial imediatamente superior ao da tubulação de recalque, para diminuir a velocidade e ocorrer menores perdas de carga. A energia a ser cedida ao escoamento, expressa em metros de coluna do liquido, é igual ao desnível topográfica entre os reservatórios, acrescida de todas as perdas de carga, distribuídas e localizadas, nas canalizações de sucção e recalque (PORTO, 2004). 8.2 Potência do Conjunto Elevatório A potência recebida pela bomba, potência esta fornecida pelo motor que aciona a bomba, é dada pela equação (05): Pot = 9,8 Q Hman η Onde: Pot – Potência recebida pela bomba (kW); Q – Vazão que será recalcada (m³/s); Hman – Altura manométrica (m); η – Coeficiente de rendimento global da bomba. eq. (05) 23 8.3 Bombas hidráulicas Bombas hidráulicas são máquinas geratrizes que transformam a energia mecânica recebida de outra máquina em energia de pressão ou cinética (AZEVEDO NETTO, 1998). De acordo com a forma da trajetória do líquido, no seu interior, as bombas são classificadas como (PORTO,2004): a) Bombas centrífugas ou de escoamento radial: Sua característica básica é trabalhar com pequenas vazões a grandes alturas, com predominância de força centrífuga. b) Bombas de escoamento axial: Trabalha com grandes vazões a pequenas alturas. c) Bombas de escoamento misto ou diagonal: Caracterizam-se pelo recalque de médias vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores. As bombas hidráulicas também podem ser classificadas quanto ao posicionamento do eixo (MARTINS, 2005): a) Bomba de eixo vertical: Utilizada em poços subterrâneos profundos. b) Bomba de eixo horizontal: É o tipo construtivo mais usado. E quanto à posição do eixo da bomba em relação ao nível da água (MARTINS, 2005): a) Bomba de sucção positiva: Quando o eixo da bomba situa-se acima do nível do reservatório. b) Bomba de sucção negativa ("afogada"): Quando o eixo da bomba situa-se abaixo do nível do reservatório. 24 9 REDES DE DISTRIBUIÇÃO Um sistema de redes de distribuição de fluídos é um conjunto de tubulações, acessórios, reservatórios, bombas, etc., que tem a finalidade de atender, dentro de condições de vazão e pressão convenientes, a cada um dos diversos pontos de consumo de uma rede de abastecimento (PORTO, 2004). As redes de distribuição são utilizadas para diversos fins: • Abastecimento de água; • Irrigação; • Injeção de líquidos. A concepção geométrica do sistema de reservatórios e tubulações, que define uma rede de distribuição, depende do porte da área a ser abastecida e das características topográficas. As redes são constituídas por condutos classificados como: a) Condutos principais ou condutos troncos. b) Condutos secundários. Os condutos principais são aqueles de maior diâmetro que tem por finalidade abastecer os condutos secundários, enquanto estes, de menor diâmetro, têm a função de abastecer diretamente os pontos de consumo do sistema. 9.1 Tipos de Redes De acordo com a disposição dos condutos principais e o sentido de escoamento nas tubulações secundárias, as redes são classificadas como rede ramificada e rede malhada. 25 9.1.1 Rede ramificada Em uma rede malhada o abastecimento se faz a partir de uma tubulação tronco, alimentada por um reservatório de montante ou mesmo sob pressão de um bombeamento. A distribuição é feita diretamente para os condutos secundários, e o sentido da vazão em qualquer trecho da rede é conhecido. A Figura 9.1 apresenta um esquema desse tipo de rede. Figura 9.1 – Esquema de rede ramificada (MARTINS, 2005) O padrão geométrico da rede ramificada impõe que a distribuição da vazão fique condicionada a tubulação tronco, de modo que, se ocorrer um rompimento, toda a área a jusante ficará prejudicada. 9.1.2 Rede Malhada As redes malhadas são constituídas por tubulações tronco que formam malhas ou anéis, nos quais há possibilidade de reversibilidade no sentido das vazões, em função das solicitações de demanda. As Figuras 9.2 e 9.3 mostram exemplos de redes malhadas. 26 Figura 9.2 – Esquema de rede malhada (MARTINS, 2005) Figura 9.3 – Esquema de rede com anel principal (MARTINS, 2005) A geometria das redes malhadas permite abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um caminho, o que possibilita uma maior flexibilidade em satisfazer a demanda e realização de manutenção da rede com o mínimo de interrupção no abastecimento. 9.2 Dimensionamento Hidráulico de Redes A análise hidráulica das redes está baseada na utilização da equação da continuidade, que estabelece, na condição de equilíbrio, ser nula a soma algébrica das vazões em cada nó da rede. Como objetivo deve-se determinar as vazões nos 27 trechos e as cotas piezométricas nos nós, a partir do conhecimento da vazão de distribuição para o sistema. Dois tipos de problemas podem ser analisados: a) Problemas de verificação, que consiste em determinar as vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós, para uma rede com diâmetros e comprimentos conhecidos. Este problema é determinado e tem solução única. b) Problema de determinação dos diâmetros, vazões nos trechos e cotas piezométricas nos nós, com condicionamentos nas velocidades e pressões. Este problema admite várias soluções, podendo, porém procurar-se a solução de mínimo custo. O cálculo do escoamento de fluido numa rede malhada é complexo devido ao grande número de condutos e conexões. A solução do sistema envolve a determinação de uma série de equações simultâneas para a distribuição de vazões nos trechos e as cotas piezométricas nos nós (MARTINS, 2005). As equações devem satisfazer as condições básicas para equilíbrio do sistema: • Soma algébrica das vazões em cada nó é nula; • A soma algébrica das perdas de energia (partindo e chegando ao mesmo nó) em qualquer circuito fechado (malhas ou anéis) é nula. Convenciona-se, preliminarmente: • NÓ: sentido do escoamento para o nó como positivo; • ANEL: sentido do escoamento horário como positivo. Um sistema de equações de uma rede malhada com m anéis ou malhas e n nós, deve possuir m+(n+1) equações independentes o que resulta num sistema complexo 28 com solução dependendo de um método com aproximações sucessivas denominado Hardy Cross (MARTINS, 2005). O dimensionamento de redes é uma atividade que exige, além da experiência do projetista, uma análise hidráulica detalhada, para que o projeto resultante atenda aos critérios de economia, bom desempenho e flexibilidade. O software utilizado no estudo de caso deste trabalho é o Crede, este programa foi desenvolvido pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH), o objetivo do programa é integrar num único aplicativo as tarefas de traçado, dimensionamento, produção dos desenhos de projeto e elaboração de orçamentos de redes de abastecimento de água em condutos forçados. O programa conta com um banco de dados de materiais integrado o que facilita os cálculos e comparações. Os dados mínimos necessários para iniciar o projeto no Crede são: • Traçado da rede. • Topografia da área. • Vazões de chegada em cada nó. • Pressões mínimas e máximas. A partir dos dados iniciais fornecidos o programa faz interações e dimensiona os elementos necessários para o funcionamento do sistema (tubulações, bombas, válvulas, etc.). 29 10 ESTUDO DE CASO O sistema de remediação analisado foi implementado em uma fábrica de produtos para a indústria automobilística, localizada no município de Cotia, no Estado de São Paulo. A área em estudo tem uma extensão de aproximadamente 9,55 hectares e a propriedade está localizada em uma área de uso misto (industrial / residencial). Em 2003, a agência ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) listou cinco áreas contaminadas no Município de Cotia, e quatro estão distantes menos de 2 km da área em estudo. A fábrica é composta de três prédios de produção (Planta I, II e III), uma planta de tratamento de efluentes, um restaurante, um estacionamento e um grêmio dos funcionários. 10.1 Investigações e Avaliações de Risco Foram realizadas investigações do solo e águas subterrâneas por meio de: • Levantamento histórico de utilização da área. • Uso e ocupação do solo e arredores. • Instalação de pontos de amostragem de solo na área em estudo. • Instalação de poços de monitoramento na área em estudo. • Análise de amostras colhidas no local. Os resultados obtidos nas investigações demonstraram que o solo e a água subterrânea na antiga área de estoque de tambores estão impactados com 30 compostos orgânicos voláteis (VOCs). O contaminante original é o Tetracloroeteno (PCE). O PCE é um líquido incolor com odor semelhante ao do éter é um composto poli halogenado amplamente utilizado como solvente industrial e desengraxante, e também aplicado em processos de lavagem a seco em lavanderias. Além do PCE, os seguintes produtos de degradação do PCE foram encontrados na água subterrânea: Tricloroeteno (TCE), 1,1 Dicloroeteno (DCE), Cis 1,2 Dicloroeteno (CIS 1,2 DCE) e Cloreto de Vinila (VC). Foi realizada uma avaliação de risco, focada na possível exposição de trabalhadores ou residentes externos da fábrica devido à volatilização de VOCs a partir da água subterrânea. O risco carcinogênico calculado para os trabalhadores e residentes externos é da ordem do intervalo de gerenciamento. Nenhum risco não carcinogênico foi identificado. Os riscos identificados relacionados à volatilização fora da área sugerem a realização de medições de vapores no solo. 10.2 Estratégias de Remediação Com base nos resultados obtidos na investigação (ERM, 2006), os seguintes objetivos de remediação foram propostos: • Eliminar caminhos de exposição para receptores em potencial. • Prevenir futuras migrações verticais e horizontais do contaminante através do aqüífero; e reduzir as concentrações no solo e na água subterrânea para níveis aceitáveis (na área interna e na área externa). 31 A estratégia de remediação proposta é uma combinação de redução de risco e diminuição da área contaminada. Baseando-se nesta estratégia, foram analisadas as diversas tecnologias de remediação existentes. Para a zona saturada (como contenção ou abatimento da área fonte), as tecnologias que obedecem aos critérios adotados são: • Oxidação Química In-Situ (ISCO); • Tratamento Biológico In-Situ; • Extração tipo “Dual Phase” usando Vácuo de alta potência; • Extração da água subterrânea. Foram realizados testes para determinar qual a tecnologia mais adequada para a área impactada, foram levados em conta os custos e resultado obtido em cada sistema. Com base nos resultados e nas características da área impactada, adotou-se o sistema ISCO que consiste em um sistema de injeção de produto químico. Os dados necessários para o dimensionamento hidráulico do sistema foram obtidos através de um modelo matemático. O modelo matemático indicou parâmetros como número de poços necessários, raio de influência, pressão mínima no topo de cada poço e vazão de injeção necessária. Foram instalados 41 poços de injeção para atender a área de tratamento. A Figura 10.1 mostra a localização dos poços de injeção e a área de tratamento do sistema. 32 NEW-37 NEW-36 NEW-35 PLANTA-III NEW-32 NEW-33 PLANTA-II INJ-02 INJ-04 INJ-03 NEW-25 NEW-31 INJ-01 NEW-30 NEW-34 PLANTA-I NEW-26 PLANTA-I NEW-29 NEW-39 NEW-02 NEW-05 NEW-01 NEW-23 NEW-08 NEW-22 NEW-11 NEW-09 NEW-04 NEW-03 NEW-07 NEW-12 NEW-10 NEW-13 LEGENDA POÇOS DE MONITORAMENTO NEW-38 NEW-01 NEW-21 NEW-20 NEW-14 NEW-06 LIMITE DA PROPRIEDADE ÁREA DE TRATAMENTO NEW-24 NEW-31 NEW-26 PLANTA-II NEW-15 NEW-16 NEW-17 Figura 10.1 – Localização da Área de Tratamento e Poços (Autor, 2007). 10.3 Dimensionamento do Sistema de Remediação O sistema hidráulico de preparação e injeção compreende a área de mistura e as redes de distribuição de água e produto químico. O cálculo hidráulico, das redes de água em conduto forçado, foi realizado utilizandose o Programa CRede – Sistema Automático de Cálculo de Redes de Abastecimento de Água - desenvolvido pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica da USP, com a utilização da fórmula de Hazen-Willians. 33 A quantidade de produto químico necessário e a vazão de injeção foram calculadas considerando se um período de tratamento de 30 dias úteis, com 10 horas diárias de operação do sistema. A vazão total de injeção determinada pelo modelo matemático é equivalente a 10m³/h de solução dividida igualmente nos 41 poços de injeção. A vazão média em cada poço de injeção é de 0,244 m³/h. O dimensionamento hidráulico para operação do sistema foi realizado dividindo-se o sistema em duas partes área de mistura e rede de distribuição. Os parâmetros para determinar as vazões de cálculo são descritos no decorrer do presente estudo. As vazões utilizadas no sistema são expressas na Tabela 10.1. Local TQ-01A/ 01B TQ-02 TQ-03 TQ-04 TQ-05 BC-01 BC-02 BC-03 BC-04 BC-05 BC-06 BC-07 BC-08 BC-09 BC-10 BC-11 FI-01 FI-02 Misturador Tabela 10.1 – Vazões de Dimensionamento. Vazão de Entrada Vazão de Saída Vazão de Entrada de Água (m³/h) 10 10 10 10 10 20 30 - de Água (m³/h) 30 10 10 20 30 - de Solução (m³/h) 20 20 40 10 20 2,5 4,0 5,0 4,5 5,0 5,0 5,0 20 40 A Figura 10.2 mostra o fluxograma do sistema de injeção. Vazão de Saída de Solução (m³/h) 20 20 40 10 20 2,5 4,0 5,0 4,5 5,0 5,0 5,0 20 40 34 TQ-01A H BC-03A FI-01 BC-03 BC-01 TQ-01B TQ-03 3% - 2% - 1% VENTURI TQ-02 5% BC-10 BC-02 MISTURADOR ESTÁTICO DE LINHA RESPIRO FI-02 TQ-04 3% - 2% - 1% BC-04 H BC-05 VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO TQ-05 1,5% - 1,0% - 0,5% BC-06 BC-09 BC-11 BC-07 BC-08 Figura 10.2 – Fluxograma do Sistema de Injeção (Autor, 2007). VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO 35 Para assegurar que os poços atenderiam a vazão especificada foi realizado um teste piloto de injeção utilizando apenas água potável para garantir a estanqueidade do sistema de injeção, o teste de injeção foi feito como descrito no capitulo 6. O teste demonstrou que os poços atendem a vazão especificada. Durante os testes de injeção de água, foram registradas as leituras iniciais dos hidrômetros instalados nos 41 poços de injeção de modo a permitir o controle dos volumes aplicados de solução em cada poço durante a operação do sistema. 10.3.1 Área de mistura A partir da vazão especificada, foram determinados os volumes dos reservatórios de água e de mistura da solução. Foi projetado um sistema com capacidade de armazenamento de 100 m³ de água, volume necessário para operar o sistema diariamente, constituído por dois reservatórios de 50 m³ cada. A Tabela 10.2 mostra os volumes dos tanques da área de mistura. Tabela 10.2 – Volume dos Tanques. Tanque Descrição Volume (m³) 1A Reservatório de água 50 1B Reservatório de água 50 2 Tanque de mistura 2 3 Tanque de Armazenamento 10 4 Tanque de Armazenamento 10 5 Tanque de Injeção 10 Entre os tanques de mistura foram instaladas bombas de transferências que operaram em modo automático, através da instalação de sensores de níveis eletrônicos instalados no interior dos tanques. Na área de mistura, as vazões foram dimensionadas de modo a promover a preparação da solução utilizando no máximo metade do período de trabalho (5 horas diariamente). Para a área de mistura, a pressão de cada bomba foi dimensionada de forma a abastecer cada reservatório com as vazões necessárias. 36 As vazões de dimensionamento nas bombas de transferência pertencentes à área de mistura estão expressas na Tabela 10.3. Tabela 10.3 – Vazões das Bombas de Transferência da Área de Mistura. Volume bombeado Vazão adoBomba Tanques preparados pela bomba diariamente (m³) tada (m³/h) BC 01 TQ-02 30.0 10.0 BC 02 TQ-03 ou TQ-04 30.0 10.0 BC 03 TQ-03 ou TQ-04 TQ-05 70.0 20.0 BC 04 TQ-05 - 1.5% 50.0 20.0 A partir dos dados adotados foram calculadas a potência e altura manométrica de cada bomba, necessárias para o funcionamento do sistema. Os resultados obtidos encontram se na Tabela 10.4. Bomba Tabela 10.4 – Bombas da Área de Mistura. Vazão (m³/h) Altura Manométrica (m) Potência (cv) BC-01 10.0 10.5 1.0 BC-02 10.0 6.0 0.75 BC-03 20.0 26.3 4.0 BC-04 20.0 26.9 5.0 BC-09 5.00 4.4 0.33 BC-10 5.00 4.4 0.33 BC-11 5.00 3.4 0.33 Além do dimensionamento das bombas, foi dimensionado o diâmetro da tubulação necessário para operação de cada trecho. Os cálculos resultaram em tubulações de 100, 75 e 50 mm na área de mistura. A Figura 10.3 mostra a planta baixa da Área de Mistura. 37 VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO VAI PARA OS POÇOS DE INJEÇÃO 7,70 m Ø75 mm Ø50 mm PISO Ø DE CONCRETO 3, m 30 m BC-05 BC-06 Ø75 mm TQ-01B TQ-01A BC-08 BC-07 Q=4,0m³/h Q=4,5m³/h Ø50 mm Q=3,0m³/h Q=4,5m³/h Ø75 mm Ø75 mm Ø50 mm 30 Ø50 mm Ø50 mm Ø 3, Ø50 mm Ø75 mm Ø75 mm BC-11 Q=5,0m³/h Ø75 mm Ø50 mm Ø50 mm Ø50 mm TQ-05 9,00 m PISO DE CONCRETO Ø2,0 0m Ø50 mm Ø100 mm Ø100 mm Ø100 mm FI-01 1,30 m MISTURADOR ESTÁTICO DE LINHA BC-03 Ø100 mm Q=20,0m³/h Ø75 mm 0,50 Ø100 mm Ø100 mm Ø75 mm Ø100 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø75 mm 2,50 15,00 m Ø50 mm BC-01 Ø50 mm Q=10,0m³/h Ø75 mm Ø50 mm Ø75 mm 6,00 m Ø50 mm BC-10 Ø75 mm Q=5,0m³/h Ø50 mm Ø75 mm TQ-03 PAINEL ELÉTRICO Ø50 mm Ø50 mm Ø50 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø2 ,55 3,73 m Ø75 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø75 mm LEGENDA m Ø50 mm BC-04 Ø75 mm Q=20,0m³/h VENTURI Ø50 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø75 mm Ø50 mm Ø0,60 m TQ-04 ESCADA MARINHEIRO Ø2,5 Ø75 mm 5m Ø50 mm Ø50 mm Ø75 mm Ø75 mm m 1,00 Ø50 mm 8,00 m Ø50 mm DRENO DE FUNDO 2,27 m Ø1 , 27 PISO DE CONCRETO Ø50 mm Ø75 mm BC-09 1,27 Ø50 mm TQ-02 BC-02 Q=10,0m³/h Q=5,0m³/h CHUVEIRO (LAVA OLHOS) Ø75 mm DRENO DE FUNDO Ø50 mm Ø50 mm TQ-01B RESERVATÓRIO DE ÁGUA - 50 m³ TQ-02 TANQUE CÔNICO DE MISTURA - 2 m³ TQ-03 TANQUE CÔNICO DE SOLUÇÃO - 10 m³ TQ-04 TANQUE CÔNICO DE SOLUÇÃO - 10 m³ TQ-05 TANQUE DE ARMAZENAMENTO - 10 m³ FI-01 e FI-02 FILTRO DRENO BOMBA DE TRANSFERÊNCIA REGISTRO ESFERA GUARDA CORPO 1,27 RESERVATÓRIO DE ÁGUA - 50 m³ BC-01 a BC-11 Ø50 mm TORNEIRA TQ-01A B 1,00 2,00 VEM DA PLANTA INDUSTRIAL MANÔMETRO HIDRÔMETRO VÁVULA DE RETENÇÃO TUBULAÇÃO DE PVC Projeção da Cobertura 4,00 m Figura 10.3 – Planta baixa da Área de Mistura (Autor, 2007). 38 10.3.2 Rede de distribuição A rede de injeção foi dividida em 4 linhas através de um ramal de distribuição. São alimentados ao todo 41 poços pelas quatro linhas de injeção. Cada linha de injeção possui uma bomba independente, de forma a garantir a pressão mínima de 35 metros de coluna de água nos topos dos poços de injeção, conforme especificado no modelo matemático. O sistema é operado manualmente através de válvulas de controle. Foram instalados hidrômetros e válvulas junto a cada poço de injeção para monitorar e controlar a dose injetada em cada poço. A Figura 10.4 mostra o detalhe da entrada dos poços de injeção. Hidrômetro Niple Ø1/2" Registro Respiro N.A. Filtro Mínimo 4,00 m Altura variável Manômetro Figura 10.4 – Poço de Injeção. Os cálculos das tubulações e bombas necessários para operar o sistema foram realizados considerando as perdas de carga distribuídas, utilizando se a fórmula de 39 Hazen-Willians e as perdas localizadas, adotando-se valores indicados na literatura e fornecidos por fabricantes, para cada peça (conexões, válvulas, filtro, etc.) utilizada. A perda localizada mais significativa é o hidrômetro localizado junto a cada poço de injeção (perda de 10mca), para compensar esta perda adotou-se que a pressão mínima necessária junto a cada poço era de 45mca. Para dimensionar as bombas que atendem ao sistema de distribuição foi adotado um fator de majoração de 50%, as vazões calculadas em cada linha de injeção e nas respectivas bombas encontram-se na Tabela 10.5. Tabela 10.5 – Vazões do Sistema de Injeção. Vazão Bomba Vazão com fator de Nº Poços (m³/h) segurança de 1,5 (m³/h) Vazão Bomba adotada Linha Bomba Linha 1 BC-05 7 1.71 2.56 3.00 Linha 2 BC-06 10 2.44 3.66 4.00 Linha 3 BC-07 12 2.93 4.39 4.50 Linha 4 BC-08 12 2.93 4.39 4.50 41 10.00 15.00 16.00 Total (m³/h) A partir dos dados adotados foram calculadas a potência e altura manométrica de cada bomba, para o funcionamento de cada linha de distribuição. Os resultados obtidos encontram se na Tabela 10.6. Linha de Injeção Tabela 10.6 – Bombas das Linhas de Injeção. Bomba Vazão (m³/h) Altura Manométrica (m) Potência (cv) Linha 1 BC-05 3.00 53.0 3.0 Linha 2 BC-06 4.00 41.0 2.5 Linha 3 BC-07 4.50 54.0 4.5 Linha 4 BC-08 4.50 57.0 4.5 O cálculo do sistema resultou no dimensionamento das bombas e na determinação do diâmetro das tubulações, necessários para garantir as pressões e vazões necessárias em cada poço de injeção. Os diâmetros resultantes para as tubulações principais de distribuição foram 75 e 50 mm e nos ramais de interligação com cada poço 20 mm. A Figura 10.5 mostra a planta da rede de distribuição do sistema de injeção. 40 NEW-36 NEW-37 NEW-35 NEW-32 NEW-33 INJ-02 INJ-04 INJ-03 INJ-01 NEW-31 NEW-25 NEW-30 NEW-34 NEW-29 NEW-28 NEW-24 NEW-39 NEW-27 NEW-02 NEW-05 NEW-01 NEW-26 NEW-08 NEW-23 NEW-04 BC 5 -0 BC NEW-03 BC NEW-21 NEW-12 NEW-07 NEW-10 0 3,0 8 -0 BC 0 3,0 TQ -05 NEW-22 NEW-09 0m TQ TQ NEW-11 7 -0 m ,00 15 7,7 6 -0 B -01 Área de Mistura - 01A NEW-14 NEW-06 03 TQ- TQ- NEW-20 04 NEW-13 VE LEGENDA I NTUR TQ -02 ,00 15 m NEW-15 NEW-01 NEW-16 NEW-38 INJ-01 NOVOS POÇOS INJEÇÃO (MÓDULOS 2 E 3) POÇO DE INJEÇÃO EXISTENTE (MÓDULO1) TUBULAÇÃO DE ISCO - Ø75 mm NEW-17 TUBULAÇÃO DE ISCO - Ø50 mm TUBULAÇÃO DE ISCO - Ø20 mm Figura 10.5 – Planta da Rede de Distribuição do Sistema de Injeção (Autor, 2007). 41 10.4 Resultados da Remediação O sistema operou por um período de 35 dias. Foram injetadas 30 toneladas de produto químico em 3 fases distintas de injeção. O relatório fotográfico que ilustra as instalações do sistema de injeção de produtos químicos esta representado no Anexo A. Em cada fase de injeção foram aplicadas concentrações diferentes de solução. As concentrações da solução correspondentes a cada fase de injeção foram respectivamente 1.5%, 1.0% e 0.5%. A redução progressiva da concentração da solução ao longo do período de injeção foi realizada para promover uma distribuição mais homogênea da solução na área de tratamento. A concentração média de solução injetada no solo ao longo da operação do sistema foi de 1%. Foram utilizados aproximadamente 3.000,0 m³ de água potável para a diluição de 30 toneladas de produto químico. O volume injetado em cada poço foi controlado através das válvulas instaladas e hidrômetros, de modo a promover uma melhor distribuição da solução na área de tratamento. Após a operação do sistema de injeção foram realizadas campanhas de monitoramento nos poços para determinar a redução de poluentes presentes na área de tratamento. A Tabela 10.7 mostra as concentrações de VOCs e PCE nos poços de injeção do sistema antes e depois da operação do sistema. 42 Poços de Injeção NEW-01 NEW-02 NEW-03 NEW-04 NEW-05 NEW-06 NEW-07 NEW-08 NEW-09 NEW-10 NEW-11 NEW-12 NEW-13 NEW-14 NEW-15 NEW-17 NEW-20 NEW-21 NEW-22 NEW-23 NEW-24 NEW-25 NEW-26 NEW-27 NEW-28 NEW-29 NEW-30 NEW-31 NEW-32 NEW-34 NEW-35 NEW-36 NEW-37 NEW-38 NEW-39 INJ-01 INJ-02 INJ-03 INJ-04 INJ-03 INJ-04 Tabela 10.7 – Comparação das Concentrações de VOCs e PCE VOC TOTAL (µg/L) PCE (µg/L) PréPósPréPós% Redução % Redução Tratamento Tratamento Tratamento Tratamento 5370 <1 100,00 7822 32 99,59 3008 <1 100,00 6044 32 99,47 4949 <1 100,00 8605 7 99,92 5530 <1 100,00 13088 77 99,42 6129 59 99,04 18918 157 99,17 16625 <1 100,00 36513 73 99,80 12881 <1 100,00 33654 20 99,94 16800 654 96,11 58573 2410 95,89 10519 19 99,82 30556 482 98,42 7134 <1 100,00 26082 308 98,82 27900 <1 100,00 124536 26 99,98 78300 <1 100,00 150312 13 99,99 33975 <1 100,00 53581 1396 97,39 25299 <1 100,00 44420 12 99,97 9275 <1 100,00 9346 7 99,93 81 <1 100,00 109 3 97,33 15925 <1 100,00 16100 13 99,92 5150 <1 100,00 7771 64 99,18 7350 <1 100,00 11723 159 98,64 12313 <1 100,00 22976 385 98,33 6624 <1 100,00 16828 52 99,69 9900 <1 100,00 24714 29 99,88 33361 <1 100,00 71693 43 99,94 5687 <1 100,00 19528 108 99,45 10450 <1 100,00 23896 53 99,78 9722 9900 -1,83 47119 46374 1,58 2913 <1 100,00 14840 656 95,58 3027 4 99,87 9380 33 99,65 73 <1 100,00 103 12 88,67 1620 673 58,46 1804 680 62,30 154 <1 100,00 222 2 99,28 1335 <1 100,00 3419 18 99,49 2160 <1 100,00 3166 20 99,37 8 <1 100,00 16 4 75,63 10550 12 99,89 33137 162 99,51 2121 222 89,53 2278 222 90,25 4046 <1 100,00 9485 39 99,59 6409 2940 54,13 35048 9472 72,97 812 147 81,90 3369 204 93,96 6409 2940 54,13 35048 9472 72,97 812 147 81,90 3369 204 93,96 43 As concentrações de água subterrânea amostradas foram comparadas com os valores de intervenção referenciais da CETESB e com os padrões de potabilidade da Portaria 518/04 estabelecidos pelo mistério da saúde. Esses parâmetros estão expressos na Tabela 10.8. Tabela 10.8 – Concentrações de VOC CETESB Portaria nº 518/04 Compostos Água Subt.(µg/L) Água Subt.(µg/L) Potabilidade Intervenção PCE 40 40 TCE 70 70 DCE 50 CV 5 5 VOC TOTAL 165 115 Os resultados obtidos na amostragem dos poços indicam que na maior parte da área tratada, os valores detectados após a remediação encontram se abaixo dos valores de referencia da CETESB e do Ministério da Saúde e sofreram grande redução dos contaminantes presentes. 44 11 ANÁLISE CRÍTICA Os resultados obtidos após a remediação mostram uma significativa redução de poluentes na área e comprovam a eficiência do sistema ISCO no tratamento da área impactada. Porém, o tratamento não foi distribuído de forma uniforme em toda a área de remedição. Deve se observar que os diversos poços apresentam características diferentes no teste de injeção e para o dimensionamento hidráulico são consideradas as características médias para todos os poços. Para compensar esta deficiência no cálculo hidráulico o sistema é operado de forma manual controlando o volume injetado em cada poço, para uma melhor distribuição da solução em toda a área tratada. Além disso, as características geológicas do solo (topografia, permeabilidade, porosidade) induzem, a distribuições diferentes de solução na área tratada. As Figuras 10.6 e 10.7 apresentam respectivamente as plumas comparativas de VOCs e PCE antes e depois da remediação da área. 45 VOC Total - Antes da Remediação VOC Total - Após a Remediação 1. 00 0 NEW-36 1.000 NEW-36 NEW-37 NEW-37 100 NEW-35 NEW-35 NEW-32 NEW-32 INJ-02 INJ-04 100 INJ-02 NEW-33 10 0 NEW-33 INJ-04 INJ-03 INJ-03 INJ-01 1.0 INJ-01 NEW-31 NEW-34 NEW-31 NEW-34 NEW-30 NEW-25 NEW-29 NEW-02 NEW-26 NEW-09 NEW-08 NEW-04 NEW-01 NEW-11 NEW-07 NEW-39 NEW-05 NEW-23 NEW-03 NEW-20 50.000 100 100 NEW-11 NEW-22 100 10.000 NEW-12 NEW-06 0 NEW-24 10 NEW-26 0 NEW-23 NEW-08 NEW-07 NEW-03 NEW-21 NEW-10 10 00 10.0 0 NEW-27 NEW-09 NEW-04 100 NEW-22 NEW-28 1.0 0 10 .0 00 000 50. NEW-27 NEW-05 NEW-01 NEW-29 NEW-28 NEW-24 NEW-39 NEW-25 1. 00 0 10.000 10 0 NEW-02 NEW-10 10 NEW-21 0 NEW-12 NEW-06 NEW-20 0 10 NEW-13 NEW-14 NEW-13 1.000 NEW-15 NEW-38 NEW-14 100 100 NEW-15 NEW-38 NEW-16 00 .0 NEW-16 10 .0 00 10 > 50.000 10.000 - 49.999 00 NEW-30 5 100 NEW-17 1.000 1.000 - 9.999 100 - 999 5 5 - 99 <5 Figura 11.1 – Plumas de Comparação VOC Total (Autor, 2007). NEW-17 46 PCE - Antes da Remediação PCE - Após a Remedição NEW-36 NEW-36 NEW-37 NEW-37 1. 00 0 40 NEW-35 40 NEW-35 NEW-32 NEW-32 NEW-33 INJ-02 NEW-33 INJ-02 INJ-04 00 1.0 40 1.000 INJ-04 INJ-03 INJ-03 INJ-01 NEW-31 NEW-34 1.000 00 1. 0 INJ-01 NEW-31 NEW-34 NEW-30 NEW-25 NEW-29 NEW-02 40 NEW-09 NEW-08 NEW-01 10 .0 00 NEW-05 NEW-04 NEW-27 40 NEW-07 NEW-22 NEW-07 NEW-03 NEW-10 0 .00 50 NEW-12 NEW-06 40 NEW-20 NEW-14 NEW-10 1 .0 40 NEW-21 00 NEW-12 NEW-06 NEW-13 NEW-14 NEW-15 NEW-16 NEW-17 > 50.000 NEW-20 0 1.00 NEW-15 NEW-38 NEW-23 NEW-22 NEW-11 40 NEW-13 40 40 10.000 10.000 NEW-03 NEW-21 40 NEW-08 NEW-09 40 NEW-26 40 40 NEW-04 NEW-11 NEW-24 NEW-39 NEW-05 NEW-23 NEW-01 10.000 1.000 10.00 0 00 NEW-24 NEW-26 10.0 NEW-39 NEW-28 40 NEW-27 NEW-25 1.000 NEW-28 00 40 NEW-29 NEW-02 1.0 NEW-30 40 10.000 - 49.999 1.000 - 9.999 40 - 999 0 - 39 Figura 11.2 – Plumas de Comparação PCE (Autor, 2007). NEW-38 NEW-16 40 NEW-17 47 12 CONCLUSÃO As investigações realizadas na área em estudo indicaram a necessidade de remediação do solo e água subterrânea para garantir à segurança dos funcionários e população vizinha a área contaminada. A partir das características da área, do tipo de contaminante e do resultado esperado para a remediação, foram analisadas as técnicas de tratamento existentes no mercado e definida a técnica que teria melhor viabilidade para ser implantada. Considerando as características do local adotou-se o sistema de injeção de produtos químicos. Com base nas características do solo e do contaminante presente, foram definidos os volumes de injeção necessários para o tratamento e determinado o tempo disponível para o mesmo. Foi realizado um teste de injeção que mostrou a viabilidade de se implantar o sistema e determinou qual a melhor distribuição dos poços de injeção na área. A partir dos objetivos estabelecidos para remediação do solo foi possível dimensionar como o sistema deveria ser operado. O dimensionamento hidráulico foi necessário para o funcionamento do sistema, pois definiu as características dos equipamentos que compõem o sistema, garantindo seu funcionamento com vazões e pressões mínimas necessários em cada ponto de utilização. Os resultados obtidos mostram uma significativa diminuição da pluma de contaminação na área, porém a distribuição da solução não ocorreu de forma homogênea, pois o dimensionamento hidráulico não levou em conta as características individuais em cada poço de injeção. A rede de distribuição do sistema foi dimensionada com vazões médias e operada manualmente. 48 O sistema se mostrou eficiente e a área em estudo teve resultados satisfatórios com diminuição nas concentrações de poluentes, alcançando seu objetivo, pois grande parte das concentrações dos contaminantes presentes na área após a remediação está abaixo dos valores que podem causar risco ao ser humano e ao meio ambiente, comparados com os valores de referência do ministério da saúde. 49 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CETESB. Governo do Estado de São Paulo Secretaria do Meio Ambiente - Manual de Gerenciamento de Áreas Contaminadas, 2001. CHIOSSI, N. J. – Geologia aplicada à Engenharia. Editora Grêmio Politécnico, São Paulo, 1983. CONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS E TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO: revista meio ambiente industrial, 1999 - Ano III – Edição 17 nº16 – Editora Tocalino. CUNHA, R.C.A. Avaliação de risco em áreas contaminadas por fontes industriais desativadas. São Paulo, 1997. 152p. Tese (Doutorado) – Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo. FETTER, C.W. Contaminant hidrogeology. New York, Macmillan Publishing Company, 1993. LAGREGA, M.D.; BUCKINGHAM, P.L.; EVANS, J.C. Hazardous waste management. New York, McGraw-Hill, 1994. MARKER, A.; CUNHA, R.C.A.; GÜNTHER, M.A., 1993: Avaliação de Áreas Contaminadas na Região Metropolitana de São Paulo – Saneamento Ambiental, Ano IV, n. 25,36 - 39. NETTO, AZEVEDO, FERNANDEZ, M. F., ARAUJO, R. e ITO, A. E. Manual de Hidráulica, São Paulo, 1998. PORTO, R. M. Hidráulica Básica. São Carlos: Serviço Gráfico da EESC / USP, 2004. 50 SÁNCHEZ, L.E. A desativação de empreendimentos industriais: um estudo sobre o passivo ambiental. São Paulo, 1998. 178p. Tese (Livre-Docência) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 51 ANEXO A Relatório Fotográfico 52 O presente relatório fotográfico ilustra as instalações que compõem o sistema de injeção de produto químico. Figura A.1 – Reservatórios de Água do Sistema. Figura A.2 - Tanque de Mistura 53 Figura A.3 - Tanques de Injeção do Sistema Figura A.4 - Área de Mistura 54 Figura A.5 - Vista da Área de Mistura Figura A.6 - Detalhe da preparação da Solução Injetada 55 Figura A.7 - Bombas de Injeção do Sistema Figura A.8 - Poço de Injeção