CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a
promoverem as transformações futuras”
UTILIZAÇÃO DE SUBPRODUTO E CARVÃO ATIVADO
COMO BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL EM SOLOS
CONTAMINADOS POR BTEX
PATRÍCIA GROTH ALVES
Foz do Iguaçu - PR
2013
PATRÍCIA GROTH ALVES
UTILIZAÇÃO DE SUBPRODUTOS E CARVÃO ATIVADO
COMO BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL EM SOLOS
CONTAMINADOS POR BTEX
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à banca examinadora do
Centro Universitário Dinâmica das
Cataratas (UDC), como requisito para
obtenção do grau de Engenheiro
Ambiental.
Prof(a). Orientador(a): Edneia Santos
Oliveira Lourenço
Foz do Iguaçu – PR
2013
TERMO DE APROVAÇÃO
UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS
UTILIZAÇÃO DE SUBPRODUTOS E CARVÃO ATIVADO
COMO BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL EM SOLOS
CONTAMINADOS POR BTEX
TRABALHO FINAL DE CONCLUSÀO DO CURSO PARA OBTENÇÃO DO GRAU
DE BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Acadêmico(a): Patrícia Groth Alves
Orientadora: Ms. Edneia Santos Oliveira Lourenço
Nota Final
Banca Examinadora:
Prof(ª). Ms.
Prof(ª). Ms.
Foz do Iguaçu,
de 2013.
DEDICATÓRIA
Aos meus pais que estiveram presentes em toda minha caminhada e quando pensava em desistir
estavam prontos pra dar um empurrão e irem junto comigo atrás das coisas que eu mais precisava.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço ao pai todo poderoso que sem minhas orações a ele,
e fé nada disso estaria acontecendo.
Agradeço a minha família, meus pais Roselei e Julmar que não deixaram com
que as coisas dessem erradas, estiveram presente na minha dedicação e nas horas
que eu precisei e são os únicos que eu sei que posso contar até os últimos dias e
não tenho palavras pra agradecer tudo que já fizeram por mim, e sequer um ato pra
demonstrar o quanto amo vocês, ao meu irmão Robson o qual sinto muita falta e me
ajudou muito nos detalhes que precisei, minha irmã Beatriz que também sinto muita
falta junto a sua princesa Bruna que mesmo longe mas com os pensamentos
positivos me ajudaram desde sempre.
As minha professora, orientadora Edneia que além da sugestão do tema da
minha pesquisa, me ajudou com o término do trabalho mostrando que no final tudo
dá certo, e o que o esforço tido vale mais que muitos resultados acalmando quando
me via desesperada, à minha co-orientadora Fernanda Rubio pela compreensão tida
quando precisei principalmente de correção que por sinal o fez muito bem, é uma
pessoa excelente.
Quero agradecer ao Luciano Vicenzi, que fez parte da minha vida por um
momento muito importante, e me aguentou nos momentos de nervosismos e
dificuldade, agradeço do fundo do meu coração por me ajudar nos momentos de
desespero, espero um dia poder retribuir todo o esforço seja ele qual for, por isso
que o amo e espero que isso nunca acabe.
Aos meus amigos por entender a minha ausência sempre que convidavam
pra sair e mesmo assim continuaram junto a mim, principalmente a Debora Daiana
Klering que além de ser minha melhor amiga é totalmente compreensiva pela minha
falta e nossa distância, talvez essa compreensão que nos faz ser tão fortes e
amigas, te amo muito.
Agradeço a todos os meus colegas de sala, que me fizeram rir, chorar, e pode
não ser pra sempre os encontros, mas com certeza foi a melhor fase da minha vida.
Em especial agradeço a Sabrina Kerkhoff que estará sempre junto das minhas
lembranças, alguém tão especial que esteve junto de mim vivendo o que eu vivia até
em momentos ruins, e a Jessica Mito por estar comigo sempre, as duas por
dividirem segredos, ouvirem o que eu tinha pra dizer, mas também diziam o que eu
precisava sempre. Espero que daqui pra frente essa amizade continue que a
distância, caso a tenha seja apenas um fortalecimento de tudo.
Não posso deixar de agradecer ao Laboratório da faculdade, e seus
funcionários André e Cida, que me atenderam prontamente quando precisei, aos
professores João e Denice que me atenderam quando mais tinha duvidas.
Aos meus queridos chefes do Laboratório onde estagio Luiz, Rene e Isalina
que quando eu precisei sempre estiveram a disposição, a Dona Oli que quando eu
estava triste e desanimada sempre vinha com suas palavras doces e mostrando que
tudo na vida tem um jeito de se resolver.
De coração e que um dia eu possa retribuir cada um que fez parte da minha
vida do decorrer e na conclusão do meu curso eu agradeço muito todos vocês.
EPÍGRAFE
“Nossa maior fraqueza está em desistir. O caminho mais certo de vencer é tentar
mais uma vez.”
Thomas Edison
ALVES, Patrícia Groth. Utilização de Subproduto e Carvão Ativado como Barreira
Reativa Permeável em solos contaminados por BTEX
Foz do Iguaçu, 2013. Projeto de Trabalho Final de Graduação - Centro Universitário
Dinâmica das Cataratas.
RESUMO
O petróleo e seus derivados tem grande potencialidade de contaminação ao meio
ambiente, em especial, os postos de combustíveis e seu método de estocagem põe
em risco a qualidade do solo e principalmente de águas subterrâneo sendo o
principal contaminante da gasolina o conjunto de elementos BTEX. O intuito do
trabalho é de encontrar um material que tenha capacidade de adsorver este
contaminante tendo em vista uma viabilidade no processo e disponibilidade, sendo
assim, foram utilizados os subprodutos, sabugo de milho moído, bagaço de cana-deaçúcar moída e carvão ativado em pó para comparação aos outros elementos. As
amostras retiradas em 72 horas tiveram resultados alterados pelo artificio
matemático da normalização já que a metodologia do laboratório utilizada alterou os
resultados desejados, sendo assim, o carvão ativado como esperado foi o que teve
maior capacidade de adsorção dos elementos, ficando em segundo lugar o bagaço
de cana que adsorveu mais do que o sabugo de milho em relação aos BTEX. O
trabalho demonstrou que as barreiras reativas permeáveis são eficazes sim para
redução da contaminação por vazamentos de tanques de combustíveis, de maneira
que sejam feitos alguns testes ainda para ajustes de metodologia.
Palavras-Chave: Águas Subterrâneas– Gasolina – BTEX - .
ALVES, Patrícia Groth. Use of Byprotucts and Activated Charcoal as Permeable
Reactive Barrier in contaminated Soils by BTEX. Foz do Iguaçu, 2013. Project to
Completion of Course Work – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas.
ABSTRACT
Oil and its derivatives have great potentiality contamination to the environment, in
evidence, the opposites of fuel and its storage method endangers the soil's quality
and, specially, groundwater being the main petrol's contaminant the set BTEX. The
aim of this work is to find a material which has the capacity to absorb this
contaminant, in view a availability of the process, and availability then, the
byproducts have been used, ground corncobs, scraps of ground sugarcane and
activated powder coal for the comparison to the others chemicals. The removed
samples in 72 hours had abnormal results by mathematical artifice of normalization
as the used lab's methodology changed the desires results, then, the activated coal
as expected, was the only one which had the highest absorption of the chemicals,
reaching in second place the scraps of sugarcane that has absorbed more than the
ground corncobs relative to BTEX. The study showed that the permeable reactivated
hurdling’s are really effective for the contamination's reduction by fuel tank's leaking,
so that some tests are made to further the methodology's adjustments .
Keywords: Groundwater - Gasoline - BTEX.
12
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: Águas contaminadas com produtos químicos orgânicos......................
22
FIGURA 2: Distribuição de poluição em 2009 no estado de São Paulo..................
23
FIGURA 3: Grupo de contaminantes no estado de São Paulo................................
24
FIGURA 4: Esquema de extração de vapores......................................................... 27
FIGURA 5: Ação dos microorganimos no processo de biorremediação.................. 28
FIGURA 6: Esquema de Injeção de Ar....................................................................
29
FIGURA 7: Esquema do processo de bombeamento e tratamento......................... 29
FIGURA 8: Esquema das colunas...........................................................................
38
FIGURA 9: CG FID.......................................................................................................
40
13
LISTA DE TABELAS
TABELA 1.Composição da gasolina........................................................................
20
TABELA 2: Limites para potabilidade e padrão de lançamento de efluentes em
relação ao BTEX......................................................................................................
25
TABELA 3: Granulometria do sabugo de milho.......................................................
34
TABELA 4: Granulometria do bagaço de cana-de-açúcar....................................... 35
TABELA 5: Granulometria do solo...........................................................................
35
TABELA 6: Granulometria do pedrisco....................................................................
36
TABELA 7: Granulometria da areia.......................................................................... 36
TABELA 8: Determinação das caraterísticas dos materiais....................................
41
TABELA 9: Volume total de vazios em cada coluna................................................ 41
TABELA 10: Volume do BTEX na amostra Bruta....................................................
42
TABELA 11: Concentrações do BTEX nas amostras em cada coluna.................... 42
TABELA 12: Concentração dos elementos normalizados.......................................
43
14
LISTA DE SIGLAS
BTEX – Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno;
BRP – Barreira Reativa Permeável;
CAP – Carvão Ativado em Pó;
BPD- Barris de Petróleo por dia;
EVS – Extração de Vapor do Solo;
CO2 – Dióxido de Carbono;
H2O – Água;
Min – Minutos;
mL – Mililitros;
g – Gramas;
NBR – Norma Brasileira;
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;
°C – graus Celsius;
POP – Procedimento Operacional Padrão;
Ƞp – Densidade;
Vv– Volume de vazios;
Vt – Volume total do material;
D - Diâmetro da coluna;
A - Altura dos materiais colocados na coluna;
Kg – Quilograma;
SSM – Coluna com Solo e sabugo de milho;
SCA – Coluna com Solo e bagaço de Cana-de-açúcar;
FID – Detector de ionização de chamas;
pH – Potencial Hidrogeiônico
ppm – Parte por milhão
15
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................................17
12
2 REFERENCIAL TEÓRICO..............................................................................19
14
2.1 FROTAS AUTOMOBISLISTICAS.................................................................19
14
2.2 CONSUMO DO PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS....................................19
15
2.3 CONTAMINAÇÕES DO SOLO E ÁGUAS SUBTERRÂNEAS......................21
15
2.4 CONTAMINAÇÃO POR BTEX......................................................................24
16
2.5 MECANISMOS UTILIZADOS PARA DESCONTAMINAÇÃO POR
HIDROCARBONETOS........................................................................................26
16
2.5.1 Extração de vapor do solo......................................................................26
16
2.5.2 Biorremediação........................................................................................27
17
2.5.3 Injeção de ar.............................................................................................28
18
2.5.4 Sistema de bombeamento e tratamento................................................29
19
2.5.5 Barreira Reativa Permeável.....................................................................30
2.6 ADSORÇÃO A PARTIR DA BIOMASSA......................................................30
19
3 MATERIAL E MÉTODOS................................................................................33
29
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO..............................................33
29
3.2 MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS..................................................33
29
3.2.1 Caracterização do efluente.....................................................................33
32
3.2.2 Caracterização dos materiais.................................................................34
34
3.2.2.1 Carvão Ativado.....................................................................................34
3.2.2.2 Sabugo de Milho...................................................................................34
3.2.2.3 Cana-de-açúcar.....................................................................................34
3.2.2.4 Solo........................................................................................................35
3.2.2.5 Pedrisco.................................................................................................36
3.2.2.6 Areia.......................................................................................................36
3.2.3 Cálculo dos elementos............................................................................37
3.2.4 Montagem das colunas...........................................................................38
3.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS.....................................................39
35
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.......................................................................41
37
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................45
50
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................46
51
16
ANEXOS.............................................................................................................51
APÊNDICES.......................................................................................................52
57
17
1 INTRODUÇÃO
O petróleo é formado por restos de materiais orgânicos depositados nos
fundos dos mares e lagos que por meio de reações química e pressão ao longo de
milhares de anos se transformam em grandes jazidas.
Assim como muitos outros elementos que prejudicam o meio ambiente o
petróleo
também
causa
um
impacto
ambiental
de
grande
preocupação
principalmente quando em contato com águas e superfície do solo, pode-se
considerar que uma das principais causas dessa contaminação se dá devido a
vazamento de petróleo, seja ele em navios de transporte ou até mesmo em
plataformas, quando localizam-se nos oceanos o problema pode ser ainda maior,
pois corre o risco de atingir todo o ecossistema aquático.
Conhecido por seus diversos usos, e utilizado principalmente como
combustível, como exemplo a gasolina, um de seus derivados que tem um alto
índice de contaminação, tanto de águas como de solos.
O crescimento populacional faz com que haja um consumo maior de
produtos disponíveis, aumentando consequentemente a quantidade de resíduos e
assim a degradação de recursos ambientais. Com a facilidade de se adquirir um
automóvel, atualmente a população prefere esta estabilidade, conforto, sendo assim
há o aumento de frotas automobilísticas principalmente em grandes cidades, desde
então o consumo desenfreado de combustível é notável, e consequentemente a
poluição se torna ainda mais preocupante.
Os postos de combustíveis em sua maioria possuem seus tanques de
combustíveis em profundidade, ou seja, disposto verticalmente aumentando o risco
de contaminação. Na gasolina encontram-se componentes que são de extrema
dificuldade de serem retirados da água e do solo como o BTEX.
Na gasolina geralmente são adicionados substâncias para melhoramento
da sua octanagem, ou seja, para que aumente a combustão da mesma no
automóvel. No Brasil é utilizado também o etanol, para que diminua a intensidade da
poluição e os problemas mecânicos e aumente a potência do automóvel, porém o
componente que é de difícil degradação também disponível na gasolina é o BTEX,
este é basicamente composto de hidrocarbonetos, sendo eles, o benzeno, tolueno,
18
etilbenzeno e o xileno, este conjunto de elementos é conhecido por serem de difícil
degradação, e por serem elementos prejudiciais à saúde.
Contudo o objetivo do estudo será encontrar uma forma desses
compostos diminuírem, com a produção de uma barreira reativa permeável (BRP),
com o carvão ativado em pó (CAP) e biomassa, como sabugo de milho e bagaço de
cana-de-açúcar sendo que os vegetais podem agir tanto fisicamente como
quimicamente, tem grande facilidade de ser encontrados nas regiões do Brasil e
muitos deles, tem capacidade de adsorção e são descartados de forma impróprios
devido a não ter uma finalidade determinada. Essa barreira terá finalidade de
remediar a pluma contaminada do solo, e diminuir a quantidade de elementos
contaminantes.
19
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 FROTA AUTOMOBILISTICA
Segundo a Agência Brasil (2013), a venda de veículos em São Paulo,
aumentou em 7,4% em julho de 2013 comercializando cerca de 342.306 veículos
com uma queda de 6% em relação à julho de 2012,
O uso intensivo de petróleo é percebido em todo o planeta. Contando
apenas no Paraná isso já pode ser retratado, já que frota de veículos automotores
aumentou, no ano de 2000 de 123.549, para 6.038.723 em 2013 (DETRAN, 2013).
O setor de transporte é representado por 22% da energia consumida dos
países industrializados, sendo os principais por automóveis, diminuindo o consumo
de energia dos transportes rodoviários desde a década de 60, já nos países em
desenvolvimento, o transporte representa cerca de 14% no consumo de energia, e
ainda possui apenas um numero de automóveis de 20/1000 pessoas, pequeno se
comparado
aos
países
industrializados
que
corresponde
a
600/1000
(GOLDEMBERG, 2000).
2.2 CONSUMO DO PETRÓLEO E SEUS DERIVADOS
Segundo a Secretaria de Energia (2013), o Brasil produz em média 2
milhões barris de petróleo por dia, tendo ainda uma perspectiva de crescimento
produtivo, a Petrobras planeja aplicar cerca de R$ 153 bilhões entre os anos de
2010 e 2014 nas atividades de exploração e produção.
A gasolina é um composto resultante da mistura de inúmeros elementos
químicos, tem forma variável e é totalmente dependente das condições de refino e
ainda do tipo de petróleo que a gerou, tendo na sua composição hidrocarbonetos,
alifáticos e aromáticos, como segue a tabela 1, juntamente está o BTEX, ainda a
gasolina ainda dispõe de aditivos como álcoois e éteres para melhor desempenho e
redução na poluição do ar e problemas mecânicos (FERREIRA 2003).
20
A Tabela 1 mostra a composição da gasolina e a concentração de cada
elemento existente.
Tabela 1 - Composição da gasolina
COMPOSTOS
n – parafinas
CONCENTRAÇÃO
Iso – parafinas
30%
Cicloparafinas
12%
Tolueno
8,3 a 16,8% (em massa)
Xileno
1,1% (em volume)
Benzeno
10,3 a 20,8% (em massa)
Oleofinas
8%
15%
Fonte: PETROBRAS (2002).
Para derivados de petróleo o aumento de demanda passou de 1.755 em
2004 para 1.947 mil barris de petróleo por dia (BPD) em 2008, enquanto que a
produção foi de 1.696 em 2004 para 1.787 mil BPD em 2008 e nas vendas o
aumento foi de 1.637 para 1.748 mil BPD em 2008 (PETROBRAS, 2008).
De toda energia, 78,5 % da consumida no Brasil, é produzida
internamente, e o restante é importada, inclusive o petróleo e derivados que
caracteriza 16,3% da oferta interna total. O consumo de petróleo e lenha vem
reduzindo seus percentuais, isso se mostra desde a evolução do surgimento de
energia elétrica entre 1970 e 1998, o que antes representava uma importação de
50% no mercado, hoje está dentro da faixa de 30%, caindo lentamente
(GOLDEMBERG, 2000).
Rathmann et al. (2006), relata que o consumo anual de petróleo estava
estimado em 80 milhões de barris por dia, e que as reservas desse combustível
fóssil se esgotarão por volta de 2046, sem contar a capacidade de aumento de
consumo, o que pode diminuir o tempo de esgotamento, levando tudo isso em
consideração, prevê que antes mesmo de se esgotar o petróleo, o preço aumentará
significativamente, ficando até inviável, e criará a necessidade de alternativas de
recursos energéticos que podem substituir o petróleo.
Devido ao crescente consumo do petróleo e seus derivados, relacionado
com a concentração geográfica das jazidas, e a mudanças no preço, gerou a crise
do petróleo, que é a guerra entre os países por este produto, sendo assim, há
algumas décadas foi lançado um programa a fim de reduzir a utilização da gasolina,
21
passando para álcool o consumo dos automóveis, o programa Pró Álcool. (SILVA E
FREITAS, 2008).
No entanto, nesse mesmo ano (2013), foi publicado no diário oficial da
união, conforme a Resolução da CIMA (Conselho Interministerial do Açúcar e do
Álcool) nº 1, em que fica estabelecido uma quantidade de 25% de etanol anidro
combustível, na composição da gasolina (PETROBRAS, 2013).
2.3 CONTAMINAÇÕES DO SOLO E ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
O efluente gerado pelas indústrias petroquímicas contém os mesmos
contaminantes que o petróleo, e seus derivados, fazendo assim com que o solo e os
corpos hídricos sejam contaminados por derramamento de combustível ou despejo
de resíduos (MINATTI, 2009).
A preocupação com a grandeza de contaminação de solos e das águas
subterrâneas por derramamento de combustível cresce em muitas cidades
brasileiras, inclusive nas cidades de Curitiba e São Paulo foram criadas legislações
sobre isso, diferente dos demais estados (MENEGHETTI, 2007).
Em virtude do crescimento da população e da quantidade de casos de
contaminação de águas ocorridas por substâncias químicas, o fornecimento de água
potável torna-se cada vez mais difícil, e com o custo elevado, sendo assim, para que
isso melhore e haja melhor qualidade tanto na água quanto nos alimentos, são
necessários programas de monitoramento ambiental, para que haja ao menos
diminuição dos riscos de poluição causada também por pesticidas, que lixiviam no
solo através da água, isso se dá pelas pulverizações aéreas (FILIZOLA et al., 2002).
O comprometimento da qualidade da água é decorrente de fatores de
poluição, eles podem ser por efluentes domésticos, que são formados de
contaminantes
orgânicos,
nutrientes
e
microorganismos,
que
podem
ser
patogênicos, efluentes industriais que é resultado de matérias - primas e processos
utilizados, gerando um volume alto de resíduos, e deflúvio urbano e agrícola,
formados por sedimentos, produtos agroquímicos e dejetos de animais (MERTEN E
MINELLA, 2002).
22
Existem
contaminantes
que
são
transportados
com
as
águas
subterrâneas exatamente na mesma proporção de velocidade das próprias águas,
esses são chamados de conservativos, estes não são considerados contaminantes
de alto nível quanto aos não conservativos, que se movimentam em velocidade
inferior aos das águas superficiais, o que os transforma ainda mais perigosos
(DOINAIRE, 2007).
Segundo Sandres (2004), a gasolina se forma em várias fases quando em
contato com o solo, o que aumenta o risco para a qualidade dos aquíferos e os
gases produzidos pela mesma, podem causar explosões em construções
subterrâneas próximas ao vazamento. Mas o que acontecer com o solo,
automaticamente refletirá na alteração da qualidade de águas subterrâneas, sendo
assim, a poluição do solo que atingem as águas superficiais e subterrâneas consiste
em uma ameaça para a utilização dos recursos hídricos, sejam eles em
abastecimento público, industrial, agrícola, comercial, lazer e outros serviços
(DONAIRE 2007).
Os compostos menos densos formam uma camada superior à do lençol,
sendo estes os de massa molar pequena, incluindo o BTX da gasolina e outros
derivados do petróleo, devido a dependência da densidade do composto relacionado
á água e os compostos de baixa solubilidade se dissolvem lentamente na água, os
outros vão acumulando formando plumas de água contaminada no sentido do fluxo
da água, contaminando assim todo o aquífero, como mostra a Figura 1 a seguir
(BAIRD, 2002).
Figura 1: Águas contaminadas com produtos químicos orgânicos
Fonte: BAIRD (2002).
23
As principais maneiras de contaminação do solo e águas são os
vazamentos em dutos e tanques de armazenamentos subterrâneos. E estes
problemas
na
maioria
das
vezes
são
concedidos
aos
hidrocarbonetos
monoaromáticos, mais conhecidos como BTEX, estes são caracterizados como
elementos solúveis e móveis da gasolina, sendo assim, em contato com a água
parte deles se dissolvem atingindo o lençol freático (LOURENÇO, 2006).
São feitas estanqueidade anualmente em tanques de armazenamento de
combustíveis em postos de gasolina que precisam se adequação mínima, para
analisar se existe algum vazamento, até que os mesmos substituam seus tanques
simples, por tanques de paredes duplas para evitar contaminação, com sensores de
monitoramento interno (CETESB 2002).
A vida útil dos tanques de combustíveis é de 25 anos, quando este tempo
está próximo do fim, contando do inicio de construção dos mesmos, o risco de
contaminação do solo e de águas subterrâneas aumenta devido aos vazamentos, e
isso deve aumentar ainda mais a preocupação tanto das pessoas quanto dos órgãos
estaduais de controles ambientais (SOUSA et al.,2011).
No ano de 2009, mês de novembro, foi divulgado um gráfico mostrando
os principais poluentes ambientais de solos em São Paulo, como segue a Figura 2,
mostrando que os postos de combustíveis são os maiores causadores dessas
poluições com 2.279 registros (CETESB, 2009).
Figura 2: distribuição de poluição em 2009 no estado de São Paulo
Fonte: CETESB (2009)
Segundo Tiburtius et al. (2004), que acompanhou algumas atividades de
abastecimento e descarga de combustíveis, troca de óleo e lavagens de veículos,
24
em Florianópolis afirmou que os materiais derramados podem ser carregados pela
chuva e contaminar o solo e a água atingindo até lençóis freático
Em uma pesquisa feita de áreas contaminadas, os principais elementos
encontrados em São Paulo eram de: solventes, aromáticos, combustíveis líquidos,
metais e solventes halogenados, entre outros, como mostra a Figura 3 (CETESB
2009).
Figura 3: Grupos de contaminantes em São Paulo 2009
Fonte: CETESB (2009).
2.4 CONTAMINAÇÃO POR BTEX
Portaria 518 do Ministério da Saúde de 2004 determina a quantidade de
BTEX em efluentes para que não sejam prejudiciais à saúde o controle e a vigilância
para o consumo humano e o padrão de potabilidade, e a resolução 357 do CONAMA
elementos determina a quantidade desses elementos em águas doces, bem como
sua potabilidade
A Tabela 2 determina os padrões pelas legislações em relação aos
contaminantes BTEX quanto a limite de potabilidade de padrão para lançamento de
efluente.
25
Tabela 2 - Limites para potabilidade e padrão de lançamento de efluentes em
relação ao BTEX
Benzeno
5
Padrão de Lançamento de
Efluentes, resolução 430
-1
CONAMA (mg L )
1,2
Tolueno
170
1,2
Etilbenzeno
200
0,8
Composto
Padrão de Potabilidade, Portaria
518- Ministério da Saúde (μLg-¹)
300
Xileno
Fonte: Portaria 518, 2004 e CONAMA,430 2011.
1,6
Segundo a NBR 16161 (2013), para líquidos inflamáveis e combustíveis
deve-se utilizar tanques jaquetados que são tanques com paredes duplas, com a
parede externa não metálica nos convencionais de aço carbono e com a parede
externa constituída de uma resina termofixa, não corrosíveis e com menos
possibilidade de contaminação de solos (TEIXEIRA et al., 2007).
Os BTEX são miscíveis nos álcoois primários como o exemplo temos o
etanol, que são altamente solúveis em água, e quando este se mistura com a
gasolina (gasolina-etanol) e entra em contato com a água, o etanol passa para a
fase aquosa e automaticamente aumenta a solubilidade dos BTEX, fenômeno
denominado de cosolvência (CRESCÊNCIO, 2008).
Estes compostos são eficientes na destruição do sistema nervoso central,
apresentam toxicidade crônica até mesmo em pequenas quantidades, o benzeno é
considerado o mais tóxico de todos os outros, e tem características comprovadas de
ser carcinogênico (FAVERA, 2008).
O grupo de elementos formando o BTEX presentes em produtos
derivados de petróleo são extremamente tóxicos e constantemente contaminam o
meio ambiente devido à descargas industriais e derramamentos de combustíveis
(MINATTI, 2009).
Segundo Donaire (2007), os maiores problemas relacionados à
contaminação mostram que os hidrocarbonetos monoamáticos são os principais
responsáveis por serem constituintes mais solúveis e móveis da fração da gasolina e
dentre esses se destacam o BTEX.
O valor de intervenção para o benzeno é 5 ppb nas águas no Brasil e sua
concentração quando dissolvido na água em contato com a gasolina pode chegar a
3.104 ppb (TIBURTIUS et al., 2004). Os valores de intervenção do tolueno,
26
etilbenzeno, xilenos e são, respectivamente, 700, 300 e 500 ppb (CRESCÊNCIO,
2007).
2.5 MECANISMOS UTILIZADOS PARA DESCONTAMINAÇÃO POR
HIDROCARBONETOS
Solos contaminados não são encontrados com maior frequência em
redondezas de locais de descarte de resíduo em que há plantas químicas, mas
principalmente onde nas proximidades de oleodutos e postos de gasolina, e as
tecnologias disponíveis para a remediação desses locais são: retenção ou
imobilização, mobilização e por fim destruição (BAIRD, 2002).
Segundo Lourenço (2006), existem várias formas para descontaminação
por hidrocarbonetos, e nestes se destacam: Extração de vapores do solo,
biorremediação in situ, incineração , torre de aeração, sistema de bombeamento e
tratamento conhecido como pump-and-treat, injeção de ar, adsorção por carvão
ativado e barreiras reativas permeáveis.
2.5.1 Extração de vapor do solo
É uma técnica de mobilização do solo, são efetuadas in situ e do solo são
extraídos vapores insolúveis em água e de alta volatilidade, como é o caso da
gasolina (BAIRD, 2002).
Segundo Coutinho e Gomes (2007), a extração de vapor do solo (EVS),
remove alguns compostos do solo como o BTEX que estão na zona insaturada, essa
extração se dá na forma física com a aplicação de um sistema à vácuo.
A EVS é utilizada para remoção de compostos orgânicos voláteis e semi
voláteis do solo, esse tipo de método é constituído por poços de extração, de injeção
e bombas de vácuo, compressores de ar, medidores de vazão, lacres impermeáveis,
é utilizado para remover compostos de sítios contaminados, desde que tenha baixa
solubilidade ou bem misturado ao solo e tem o tempo do processo é curto (NETO et
al.,2000).
27
Um sistema de extração de vapores do solo pode ser utilizado juntamente
com a técnica de injeção de ar comprimido para aumentar remoção de compostos
contaminantes voláteis, é composto por vários poços de extração de vapores, que
quando faz esse papel direciona os vapores para um tanque de ar/água onde
posteriormente passa por uma torre de vácuo e estação de tratamento, como na
Figura 4 a seguir (AREND et al., 2011).
Figura 4: Esquema de extração de vapores
Fonte: EPA (2012)
2.5.2 Biorremediação
A Biorremediação é uma técnica onde se usam a capacidade dos
microorganismos para a degradação dos resíduos ambientais, porém nem todos os
compostos são degradados, assim como os organoclorados, por serem resistentes a
uma rápida biodegradação. Para que a biorremediação funcione com efetividade
deve cumprir algumas condições como a susceptibilidade de degradação do
resíduo, disposição dos microorganismos, e condições ambientais (BAIRD, 2002).
A biorremediação é citada como uma medida de cessar ou diminuir os
efeitos da contaminação de hidrocarbonetos no meio ambiente com a ajuda dos
microorganismos, os mesmos tem uma capacidade grande de metabolizar os
hidrocarbonetos e outros compostos mais que podem ser encontrados nos óleos
crus, servindo como energia para os mesmos, consumindo o óleo e transformando-o
em materiais mais solúveis podendo ocorrer a mineralização e transformação em
CO 2 e H 2O (MILIOLI, 2009).
O solo e águas subterrâneas possuem um elevado número de
microorganismos que se adaptam às disponibilidades do local, tanto açucares ou
ainda compostos orgânicos complexos como por exemplo o composto BTEX. Os
28
microorganismos podem ser utilizados como remediação, estimulando os mesmos a
uma biodegradação do contaminante e se caso o contaminante for persistente, são
utilizados microorganismos específicos ou modificados, para concluir a otimização
da biodegradação (MENEGHETTI, 2007).
A
biodegradação
é
considerada
uma
técnica
eficaz,
podendo
principalmente ser aplicada após outras formas de tratamento como complemento e
melhor resultado, a biodegradação depende da atividade dos microorganismos
aeróbicos e anaeróbico que tem a capacidade de metabolizar os poluentes,
dependendo do seu comportamento (MINATTI, 2009).
Na biorremediação in situ o processo de degradação é feita no local
contaminado, sendo essa técnica mais viável economicamente pelo fato de não ter
nenhum tipo de remoção do solo para que haja o tratamento, e evita o contato de
pessoas com o contaminante, porém pode se limitar por ter dificuldade na
degradação em sistemas subterrâneos, e este processo é muito utilizado para a
descontaminação de aquíferos e solos, como mostra a Figura 5, onde caracteriza a
ação dos microorganismos (MENEGHETTI, 2007).
Figura 5: Ação dos microorganimos no processo de biorremediação
Fonte: EPA (2001) apud ANDRADE et al., (2010).
2.5.3 Injeção de ar
A injeção de ar é uma tecnologia também in situ onde é introduzido
injeção de ar comprimido controlando a pressão e o volume nas águas subterrâneas
nos locais contaminados mais profundo, esta técnica possui grandes taxas de fluxos
de ar para que se mantenha o contato entre a água e o solo, havendo a aeração da
água como mostra a Figura 6 (AREND et al., 2011).
29
Figura 6: Esquema de injeção de ar.
Fonte: PEDROZO et al.,(2002).
2.5.4 Sistema de bombeamento e tratamento
O desempenho do sistema de bombeamento e tratamento depende
diretamente das condições do ambiente a ser tratado e dos contaminantes químicos
presentes, quanto maior a complexidade dos sites, menor a capacidade de
descontaminação é menor, esses sites podem ser classificados de acordo com a
capacidade de limpeza deles, indo de 1 até 4 suas categorias (PEREIRA et
al.,2009).
O
sistema
de
bombeamento
e
tratamento
ou
pump-and-treat
(bombeamento e tratamento) é uma das técnicas físicas mais antigas do mundo,
esta técnica faz a retirada de águas subterrâneas por meio de bombas submersas
ou emersas promovendo a remoção dos contaminantes, e o tratamento é feito por
meio de filtros de carvão ativado ou colunas de stripper (AREND, 2011).
A Figura 7 caracteriza o esquema e processo de bombeamento e
tratamento que pode ser utilizada.
Figura 7: Esquema do processo de bombeamento e tratamento.
Fonte: USEPA (2012)
30
2.5.5 Barreira Reativa Permeável
Segundo Nobre (2007), as Barreiras Reativas Permeáveis (BRP), estão
sendo baseadas no estimulo das técnicas in situ de processos físico-químicos e
ainda biológicos podendo ajudar no controle, transformação até na eliminação dos
contaminantes.
Manenti et al.,(2007) utilizou uma BRP como técnica de prevenção de
contaminação por vazamento de combustíveis, envolvendo um sistema de
soterramento de tanques de armazenagem, a Barreira Reativa Permeável foi
aplicada como forma de redução da contaminação no solo e nas águas
subterrâneas, e a eficiência desta redução deles foi realizada através de adsorção
com o carvão ativado.
Dias (1998), cita que o carvão ativado tem anéis aromáticos que são
apolares e condensados, devido a isso ocorre com esse material maior adsorção de
elementos que são apolares da mesma maneira.
Segundo Golin (2007), o carvão ativado vem sendo utilizado com uma
alternativa para tratamentos diversos, fazendo assim com que seu preço diminua
cada vez mais, tendo em vista uma simples aplicabilidade, e fácil operação, são
condições que atraem ainda mais a utilização do mesmo na área ambiental.
2.6 ADSORÇÃO A PARTIR DA BIOMASSA
Por haver uma procura de materiais que tenham um papel de adsorção,
tendo um baixo custo, a busca foca-se principalmente nas biomassas que são
constituídas de resíduos naturais (SOUZA et al., 2012).
A utilização de biomassa como adsorvente em processos de adsorção é
uma alternativa viável para o tratamento de muitos tipos de efluentes (MOREIRA,
2000).
Santos et al. (2009), reutilizou o bagaço da cana-de-açúcar, a fim de que
o mesmo pudesse adsorver de efluentes líquidos contaminantes orgânicos e
31
derivados de petróleo, com ação nos hidrocarbonetos hexano, heptano e iso-octano,
sendo esses utilizados na simulação de um efluente contaminado. O tratamento
concluiu a utilização da biomassa in natura, utilizada no processo de adsorção
obtiveram bons resultados, mostrando ainda que o reuso dessa biomassa é viável
para tratar efluentes contaminados por compostos orgânicos leves.
Santos et al. (2007), utilizaram no tratamento de efluentes contaminados
por elementos provindos das etapas de extração do petróleo, biomassa como
sabugo de milho, serragem de madeira, mesocarpo do coco e bagaço de cana-deaçúcar, comparando a capacidade de adsorção dos mesmos. Como contaminante
aplicou-se gasolina do tipo C dispersa em água. As biomassas foram usadas de
forma natural e passadas por um processo de pré-tratamento ácido. Os principais
subprodutos que obtiveram maior capacidade de adsorção foi o bagaço de cana-deaçúcar que adsorveu aproximadamente 11,5 mL g-1 e em primeiro lugar o
mesocarpo do coco outro material utilizado que adsorveu cerca de 12 mL g -1 , já o
sabugo de milho, foi o material que menos adsorveu o contaminante,
aproximadamente 8 mL g-1.
Archer et al.(2006) utilizou o sabugo de milho para adsorção de Crômio
metal pesado que polui também de águas, os elementos utilizados foram tratados e
submetidos a temperaturas diferentes por banhos termostatizados, e o que obteve
maior capacidade na adsorção do Crômio foi a temperatura de 45ºC.
Souza et al. (2011), em seu estudo utilizou bagaço de cana-de-açúcar em
pó peneirada e lavada diversas vezes, para adsorção de óleo diesel, este misturado
com água, simulou seu experimento em um reservatório de vidro e após o tempo de
contato da biomassa com o efluente, que foi de 10 a 60 min com um volume total da
mistura (água e diesel) de 400mL, foi possível observar a diminuição a cada amostra
da presença do diesel na água, mostrando a boa capacidade de adsorção do
bagaço de cana quando aplicadas pequenas concentrações do contaminante.
Bertoli et al. (2008), em seu experimento observou a cinética de adsorção
do azul de metileno com o sabugo de milho, utilizando um tratamento na mesma
com hidróxido de sódio e ácido acético onde utilizou 0,5 g de sabugo para 25 mL de
azul de metileno sob agitação a adsorção se manteve constante a partir de 48 horas.
Souza et al. (2005), no experimento desenvolvido para tratamento de
efluente com o bagaço de cana-de-açúcar avaliando também seu enriquecimento
energético para a utilização do mesmo em caldeiras. Foram caracterizadas teor de
32
umidade, granulometria e entre outros, essa biomassa foi utilizada depois de passar
por uma lavagem. Sendo colocadas em um Becker uma quantidade de 1,0 g junto
com n-heptano e água em diferentes concentrações, ao final observou-se que após
4 horas o bagaço de cana foi capaz de adsorver todas as concentrações de nheptano, e isso se dá pelo fato de que o bagaço de cana é formado por fibras e é
um material poroso.
33
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
O estudo foi desenvolvido em escala laboratorial na cidade de Foz do
Iguaçu, nas dependências do Centro Universitário das Cataratas. Após preparadas
as amostras, as mesmas foram encaminhadas para um laboratório para as analises
de cromatografia gasosa, onde verificou-se a quantidade de cada composto do
BTEX na amostra.
3.2 MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS

Carvão Ativado

Sabugo de milho

Bagaço de Cana-de-açúcar

Solo (Latossolo Vermelho)

Pedrisco (Pedra Brita de fina granulometria)

Areia

Canos de PVC

Garrafa PET

Peneiras de granulometria

Mangueira

Seringa

Contaminante: Gasolina do tipo C
3.2.1 Caracterização do efluente
A gasolina foi coletada em 4 postos de combustíveis de bandeiras
diferentes, sendo 1,5 L em cada um, misturando todas as amostras, e totalizando
34
em 6 L de gasolina, formando assim a amostra in natura de análise a ser utilizado,
nesta amostra, foram determinados pH e temperatura.
3.2.2 Caracterização dos materiais
3.2.2.1 Carvão ativado
O carvão ativado em pó (CAP) utilizado é caracterizado por sua grande
capacidade de adsorção. O CAP utilizado é de porosidade igual a 0,759 cm³.
3.2.2.2 Sabugo de milho
O sabugo de milho, moído através do moinho de facas, obteve uma
porosidade de 0,504 e sua granulometria está disposta na Tabela 3.
Tabela 3 - Granulometria do sabugo de milho
Granulometria do
Sabugo de milho (50g)
Malhas (mm)
2
Massa (g)
0
1,18
1,085
0,6
39,630
0,425
4,020
0,3
1,800
0,15
2,230
0,0075
1,075
Bandeja
0,115
Total
49,955
3.2.2.3 Bagaço de Cana-de-açúcar
O bagaço de cana-de-açúcar foi passada por uma forrageira antes de ser
moída no moinho de facas, e sua porosidade foi de 0,838. A tabela 4 dispõe a
35
granulometria do bagaço de cana-de-açúcar utilizando a mesma metodologia do
solo e do sabugo de milho.
Tabela 4 - Granulometria do Bagaço de cana-de-açúcar
Granulometria do bagaço
de cana-de-açúcar (50g)
Malhas (mm)
Massa (g)
2
0
1,18
0,275
0,6
34,210
0,425
8,190
0,3
3,680
0,15
2,565
0,0075
0,500
Bandeja
0
Total
49,420
3.2.2.4 Solo
O solo utilizado tem a classificação de solo Latossolo Vermelho
distroférrico, e obteve uma porosidade de 0,630 cm³. Na Tabela 5 está disposta a
granulometria do solo
Tabela 5 - Granulometria do Solo
Granulometria do Solo (100g)
Malhas (mm)
Massa (g)
2
40,760
1,18
17,445
0,6
18,500
0,425
6,095
0,3
5,635
0,15
6,095
0,0075
3,550
Bandeja
Total
1,285
99,365
36
3.2.2.5 Pedrisco
O pedrisco caracterizou-se com porosidade de 0,534 cm³ o mesmo é
geralmente utilizado para construções, onde é acrescentando em massas de
concreto para construções, utilizando a NBR 7211. A Tabela 6 descreve a
granulometria do pedrisco utilizado.
Tabela 6 – Granulometria do Pedrisco
Granulometria do Pedrisco (1 Kg)
Malhas (mm)
Massas (g)
19
0
12,5
0
9,5
21,880
6,3
735,200
4,8
166,370
2,4
69,710
0Bandeja
4,500
Total
997,660
3.2.2.6 Areia
A areia utilizada obteve 0,475 cm³ de porosidade e um volume de vazios
igual a 41,9 cm³. A Tabela 7 determina a granulometria da areia utilizada.
Tabela 7 – Granulometria da Areia
Malhas (mm)
2
1,18
0,6
0,425
0,3
0,15
Bandeja
Total
Granulometria da Areia (1 Kg)
Massas (g)
0
3,800
5,300
8,500
63,200
17,100
1,500
99,400
37
3.2.3 Cálculo dos elementos

Pedrisco: Granulometria utilizando NBR-7181 (ABNT 1984), a densidade de
partículas seguindo o procedimento operacional padrão (POP) (ANEXO 1).

Solo: Granulometria utilizando NBR-7181 (ABNT 1984), e a densidade de
partículas seguindo o POP.

Areia: A granulometria da areia foi descrita pela NBR-7211 (ABNT 2009)
(ANEXO 3) e a densidade de partículas seguindo POP.

Sabugo de Milho e Bagaço de cana-de-açúcar: Granulometria utilizando NBR-
7181 (ABNT 1984) e a densidade das partículas seguindo o POP.
A porosidade dos materiais foi feita pela Equação 1:
Ƞp = Vv/Vt → Vv = Vt.Ƞp
Equação (1)
Onde,
 Ƞ= densidade dos materiais
 Vv = volume de vazios
 Vt = volume total do material
O volume do material é dado pela Equação 2:
V = (π.D².A)/4
Equação (2)
Onde,
 V = Volume
 D = Diâmetro da coluna
 A = Altura do material dentro da coluna
Assim foram feitos para todos os elementos presentes em cada coluna, e
por último foram somados todos os volumes, separando em cada coluna e
somando-os no final.
Com a equação 3:
VV TOTAL = Porosidade Pedrisco (Vv) + Porosidade Areia +
Porosidade
Solo
+
Porosidade
Sabugo
de
milho
+
20
Equação (3)
O valor 20 adicionado na somatória corresponde a quantidade de 20 cm³
de alíquota retirada para amostra.
38
3.2.4 Montagens das colunas
Foram montadas as colunas com canos de PVC de altura 30 cm e
diâmetro de 7,5 cm fechadas na parte inferior com uma rolha para facilitar a retirada
das amostras com uma seringa para evitar a contaminação das mesmas.
Todos os elementos utilizados foram secos em estufa a 104º C por 24
horas para que a umidade das mesmas para que não interferisse na capacidade
adsorção dos elementos. As colunas encontravam-se identificadas com as siglas
dos elementos utilizados para a barreira, SCA para coluna com solo e cana-deaçúcar, SSM para coluna com a utilização com o solo e sabugo de milho, e CAP na
coluna caracterizada com o solo e carvão ativado em pó.
Posteriormente nas colunas já prontas foram dispostas as camadas dos
materiais, com uma camada de 3 cm de espessura de pedrisco, uma camada com 2
cm de areia média, a camada com os subprodutos e carvão ativado de 5 cm, uma
camada de solo de 3 cm do tipo Latossolo, predominante na região e por último uma
camada de pedrisco, novamente com 5 cm de espessura para evitar que o material
flutue, sendo este uma sobrecarga nos materiais. Entre as camadas de pedrisco,
solo, areia, o carvão e subprodutos, foram dispostos mantas de bidim, para evitar o
entupimento da seringa na hora da retirada da amostra. Garrafas PET foram usadas
para que haja o fluxo do material, este ligado com uma mangueira de 3/8” x 1,5mm
da altura das garrafas para a percolação do material a Figura 8 mostra a disposição
das colunas.
Figura 8: Esquema das colunas
39
3.3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Depois de feito todos os procedimentos de montagem, foram aplicados os
materiais na coluna, o suficiente para que o mesmo percole sem que falte ou
encharque os materiais, não realizando o processo desejado.
Na coluna SSM foram aplicados 445,575 cm³ de gasolina, utilizado, valor
superior ao volume de poros para que a mesma pudesse percolar. Nas colunas com
carvão ativado foram aplicados um volume de 501,75 cm³ de gasolina, nas colunas
com bagaço de cana-de-açúcar foram aplicados 519,2 cm³ de gasolina. O
contaminante foi primeiramente aplicada dentro da garrafa PET ligada com uma
mangueira de 30 mm, assim, foi possível fazer com que o contaminante infiltrasse
na coluna com a ajuda da mangueira de 3/8” x 1,5mm para que pudesse ser mantida
o gradiente hidráulico, fazendo com que o liquido percolasse na coluna, e
permanecesse pelo tempo de 72 horas seguindo a metodologia de Lourenço (2006),
dado este tempo foram retiradas amostras de cada coluna com uma seringa
medindo 20 mL, para evitar a contaminação do material coletado. A amostra padrão
que é apenas a gasolina sem passar por alguma coluna, não foi contado tempo para
coleta.
Posteriormente à coleta, as amostras com 20 mL, foram alocadas em
refrigeração sob a temperatura de – 5ºC em caixas de isopor, e por fim, as mesmas
enviadas ao laboratório LACAUT na cidade de Curitiba - Paraná localizada dentro da
Universidade Federal do Paraná para análise do BTEX por cromatografia gasosa por
um aparelho cromatógrafo a gás, com as seguintes características: Marca: Varian,
Modelo: CP3800, Detector: FID com temperatura de 300º C alimentado por
hidrogênio, ar e nitrogênio; Coluna: 100 m x 0,25 mm de sílica fundida com 0,5
micron de metil silicone, sendo especificada como CP-SIL PONA CB FS 100X0.25
(0.5).
O software DHA (Detailed Hydrocarbon Analysis) foi a metodologia
utilizada, esta reconhece detalhadamente os hidrocarbonetos do petróleo e seus
produtos de acordo com sua volatilidade relativa em uma coluna capilar de 100 m e
com temperatura programada sendo ela 35ºC por 15 minutos, passando pela rampa
de 1 graus min-1 até 60ºC, patamar de 20 minutos, depois vai para a rampa de 2
graus min-1, até 200ºC e patamar de 10 minutos, o tempo total para uma amostra é
40
de 140 minutos, os resultados dados em mássicas volumétricas e molares são
computadas e reportadas para os compostos. A Figura 9 mostra o cromatógrafo a
gás.
Figura 9: CG FID
Fonte:CÔCCO, 2003.
O Laboratório LACAUT solicitou que após recebimento do laudo,
realizasse a normalização dos valores de concentração, para corrigi-lo estando
assim dentro do objetivo do trabalho. Foi utilizado então a Equação 4.
Normalização do Benzeno da Amostra SSM
Equação (4)
Etanol Amostra Bruta -----------------------Elemento para normalização
Etanol Amostra para normalização -------X
X= Elemento normalizado
.
41
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os cálculos detalhados da caracterização dos materiais encontram-se no
APÊNDICE A.
A porosidade dos elementos foi dado a partir de 2 cálculos, a densidade
global e a densidade real das partículas a partir de procedimentos laboratoriais
(Anexo1), o volume de poros total e a porosidade dos materiais estão descritas
pelas equações 1 e 2 Na Tabela 8 estão descritos os valores resultantes de cada
caracterização.
Tabela 8 – Determinação das caraterísticas dos materiais.
Materiais
Pedrisco
Areia
Solo
Sabugo de Milho
Cana
CAP
0,535
0,475
0,630
0,504
0,838
0,759
Volume de poros
353,249
88,360
132,470
220,781
220,781
220,780
Porosidade
188,850
41,900
83,455
111,370
185,000
167,550
Densidade de
partículas
A Tabela 9 determina o volume de vazios total de cada coluna já somados
com os volumes dos elementos contidos em cada uma delas, e acrescidos dos 20
cm³ retirados para análise.
Tabela 9 – Volume total de vazios em cada coluna
Volume de Vazios + 20 cm³
Coluna SSM
445,575 cm³
Coluna SCA
519,2 cm³
Coluna CAP
501,75 cm³
SSM: Coluna de Solo com Sabugo de Milho
SCA: Coluna de Solo com bagaço de Cana-de-açúcar
CAP: Coluna de Solo com Carvão Ativado em pó
O pH da gasolina, medido através do papel tonassol, foi de 7,5 enquanto
que a temperatura foi de 23º C.
Os resultados de cada elemento das colunas foram apresentados em
porcentagem, entretanto na hora de coletar as amostras retiradas da coluna de
42
sabugo de milho e de bagaço de cana-de-açúcar houve uma separação de fases
das mesmas, o que não ocorreu com a coluna de carvão ativado, sabendo assim
que a metodologia laboratorial analisa apenas amostras de gasolina, sem conter
qualquer outro tipo de elemento, houve um decréscimo apenas do etanol, em
relação a amostra em branco.
A Tabela 10 descreve a quantidade de elementos na gasolina sem ter
passado por qualquer coluna.
Tabela 10- Volume do BTEX na amostra Bruta.
Amostra Bruta
%
ELEMENTO
Benzeno
0,55
Tolueno
2,17
Etilbenzeno
0,57
Xileno
3,08
Etanol
25,74
Obteve-se um resultado de 25,74 % de etanol o que está dentro dos
padrões descritos pela Resolução da CIMA, o etanol adicionado diminui a
concentração de poluentes, aumentar a octanagem da gasolina sem prejudicar os
motores dos automóveis.
A Tabela 11 apresenta as concentrações dos BTEX de cada amostra
passada por cada coluna, SSM, SCA e CAP.
Tabela 11 – Concentrações do BTEX nas amostras em cada coluna.
Amostra
Benzeno (%)
Tolueno (%)
Etilbezeno(%)
Xileno (%)
Etanol (%)
SSM
0,6
2,46
0,67
3,74
13,93
SCA
0,63
2,67
0,74
4,14
10,84
CAP
0,39
2,9
0,62
3,3
4,15
Após os resultados brutos, foram feitas as normalizações a pedido do
laboratório, para correção das concentrações Utilizamos a Equação 4.
E assim foram feitas em todos os casos, normalizando cada resultado
relacionando o teor de cada um com a amostra bruta.
43
A Tabela 12 descreve-se os elementos com suas concentrações já
normalizadas
Tabela 12 – Concentração dos elementos normalizados
Amostra
Benzeno (%)
Tolueno (%)
Etilbezeno(%)
Xileno (%)
SSM
0,32
1,33
0,36
2,02
SCA
0,26
1,12
0,31
1,74
CAP
0,06
0,47
0,09
0,53
Após feita a normalização para os elementos houve um decréscimo da
concentração dos elementos em relação a amostra Bruta.
Assim como já esperado o Carvão ativado foi o que conseguiu adsorver
maior concentração do que os subprodutos.
O bagaço de cana-de-açúcar obteve um melhor resultado na capacidade
de adsorção em relação ao sabugo de milho, essa foi também utilizada por Souza et
al. (2005) que a usou em seu experimento para a adsorção de n-heptano no
tratamento de efluente depois de passada por lavagem, a mesma mostrou-se um e
material de grande capacidade de adsorção depois de 4 horas, sendo assim concluise que a mesma é utilizada para outros tipos de tratamento, devido a sua
porosidade e ser um material com grande quantidade de fibras.
Santos et al. (2007), em seu experimento teve como principal adsorvente
o mesocarpo do coco que adsorveu cerca de 12 mL g-1 em segundo lugar o bagaço
de cana-de-açúcar que adsorveu aproximadamente 11,5 mL g-1 da gasolina e por
último o sabugo de milho que teve menor capacidade de adsorção com
aproximadamente 8 mL g-1, assim como no experimento atual onde houve grande
quantidade adsorvida na coluna de cana-de-açúcar que restou apenas 0,26 % do
Benzeno, o sabugo de milho também foi o material que menos adsorveu o
contaminante BTEX, a amostra passada pela coluna de sabugo de milho mostrou
obter 0,32 % de Benzeno.
O sabugo de milho se mostrou com menor capacidade adsortiva para
gasolina no tempo de 72 horas, já Bertoli et al. (2008) que em seu estudo da cinética
de adsorção do azul de metileno com essa mesma biomassa notou que a partir de
44
48 horas de agitação, a taxa de adsorção mante-se constante. Já Archer et al.(2006)
que utilizou o sabugo de milho para adsorção de Crômio com elementos tratados e
submetidos a temperaturas diferentes notou que a temperatura que obteve maior
capacidade na adsorção do Crômio foi a temperatura de 45º C, já a gasolina
utilizada estava numa temperatura de 23º C .
A atuação que se destacou como já esperada era do carvão ativado que
adsorveu maior concentração dos elementos o que restou na amostra foi 0,06% de
benzeno, 0,47% de tolueno, 0,09 % de etilbenzeno e 0,53 % de xileno, Lourenço
(2006) em seu experimento também utilizou o carvão ativado para adsorver o BTEX,
com ênfase na adsorção do tolueno, já o experimento descrito o carvão teve
potencial maior na adsorção do benzeno que é um solvente apolar e segundo Dias
(1998) o carvão é também um material com sistemas aromáticos apolares, fazendo
assim com que uma dissolva a outra.
.
45
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados mostraram que os subprodutos utilizados possuem
capacidade de adsorção, sendo superior o carvão ativado em relação aos outros
materiais utilizados, tanto neste experimento quanto nos demais pesquisados, o
bagaço de cana-de-açúcar tem maior capacidade de adsorver elementos, podendo
ser utilizados em tratamentos de diversos efluentes, não deixando de lado a
capacidade do sabugo de milho, mas se comparado com os demais, é o menos
eficaz dentre as biomassas utilizadas para tratamento de BTEX, mostrando-se eficaz
nos outros tipos de tratamento. Tendo em vista que atualmente é grande a procura
de elementos que fazem este papel de tratamento, porém com viabilidade e com
eficácia, o bagaço de cana mostrou-se um ótimo produto para ser aproveitado.
Sugerem-se também algumas pesquisas em relação à separação de
fases que se deram as amostras, e como sugestão a análise dos próprios elementos
da coluna, para verificar a quantidade que cada um adsorveu dos elementos BTEX,
e por último e não menos importante a destinação final dos materiais quando
retirados da colunam já que o mesmo encontra-se contaminado. No trabalho foi
destinado a um posto de gasolina, misturados aos materiais contaminados que ficam
a espera das coletas, porém quando feita em grande escala, é preciso pesquisas
mais avançadas de possíveis destinações.
46
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ANEXOS
52
APÊNDICES
54
APÊNDICE A – Caracterização dos materiais
1.1
Porosidade
1.1.1 Porosidade do sabugo de milho
5 centímetros na coluna
V = (π.D².A) / 4
V = 3,14 . 7,5² . 5
V = 220,781 cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv = 220,781. 0,5044
Vv = 111,37 cm³
1.1.2 Porosidade da Cana-de-açúcar
5 centímetros na coluna
V = (π.D².A) / 4
V = 3,14 . 7,5² . 5
V = 220,781 cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv = 220,781. 0,8379
Vv = 185 cm³
1.1.3 Porosidade do Carvão Ativado
5 centímetros na coluna
V = (π.D².A) / 4
V = 3,14 . 7,5² . 5
V = 220,781 cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv = 220,781. 0,7589
Vv = 167,55 cm³
55
1.1.4 Porosidade do solo
3 centímetros nas colunas
V = (π.D².A) / 4
V = 3,14 . 7,5² . 3
V = 132,468 cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv = 132,47.0,63
Vv = 83,46 cm³
1.1.5 Porosidade da Areia
2 centímetros nas colunas
V = (π.D².A) / 4
V = 3,14 . 7,5² . 2
V = 88,31cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv =88,31. 0,475
Vv = 41,9 cm³
1.1.6 Porosidade do Pedrisco
3 e 5 centímetros nas colunas
V = (π.D².A) / 4
V = (3,14 . 7,5². 3)/4 + (3,14 . 7,5² . 5)/4
V = cm³
Vv = Vt.Ƞp
Vv = 353,249 . 0,5346
Vv = 70,81 cm³
1.2
Volume total das colunas
1.2.1 Volume total na coluna SSM
VSSM = Vv pedrisco + Vv areia + Vv SM + Vv Solo
VSSM = 188,85 + 41,9 + 111,37 + 83,455
VSSM = 425,575 cm³
56
1.2.2 Volume total na coluna CAP
VCAP = Vv pedrisco + Vv areia + Vv CAP + Vv Solo
VCAP = 188,85 + 41,9 + 167,55 + 83,455
VCAP = 481,75 cm³
1.2.3 Volume total na coluna SCA
VSCA = Vv pedrisco + Vv areia + Vv CA + Vv Solo
VSCA = 188,85 + 41,9 + 185 + 83,455
VSCA = 499,2 cm³
1.3 NORMALIZAÇÕES DOS ELEMENTOS
1.3.1 NORMALIZAÇÃO DOS ELEMENTOS DA COLUNA SSM
1.3.1.1 Benzeno
25,74 (etanol amostra bruta)------------------- 0,60 (Benzeno SSM)
13,93 (etanol SSM) ------------------------------- X
X = 0,32 % de Benzeno
1.3.1.2 Tolueno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 2,46 (tolueno SSM)
13,93 (etanol SSM)------------------------------X
X= 1,33% de tolueno
1.3.1.3 Etilbenzeno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 0,67 (etilbenzeno SSM)
13,93 (etanol SSM)------------------------------X
X= 0,36% de etilbenzeno
1.3.1.4 Xileno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 3,74 (xileno SSM)
13,93 (etanol SSM)------------------------------X
57
X=2,02% de xileno
1.3.2 NORMALIZAÇÃO DOS ELEMENTOS DA COLUNA SCA
1.3.2.1 Benzeno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 0,63 (benzeno SCA)
10,84 (etanol SCA)------------------------------X
X=0,26% de benzeno
1.3.2.2 Tolueno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 2,67 (tolueno SCA)
10,84 (etanol SCA)------------------------------X
X=1,12% de tolueno
1.3.2.3 Etilbenzeno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 0,74 (etilbenzeno SCA)
10,84 (etanol SCA)------------------------------X
X=0,31% de etilbenzeno
1.3.2.4 Xileno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 4,14 (xileno SCA)
10,84 (etanol SCA)------------------------------X
X=1,74% de xileno
1.3.3 NORMALIZAÇÃO DOS ELEMENTOS DA COLUNA CAP
1.3.3.1 Benzeno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 0,39 (benzeno CAP)
4,15 (etanol CAP)------------------------------X
X=0,06% de benzeno
1.3.3.2 Tolueno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 2,90 (tolueno CAP)
4,15 (etanol CAP)------------------------------X
58
X=0,47% de tolueno
1.3.3.3 Etilbenzeno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 0,62 (etilbenzeno CAP)
4,15 (etanol CAP)------------------------------X
X=0,09% de etilbenzeno
1.3.3.4 Xileno
25,74 (etanol amostra bruta)---------------- 3,30 (xileno CAP)
4,15 (etanol CAP)------------------------------X
X=0,53% de xileno