Dessorção Térmica
Recuperando o ambiente pela separação pelo calor de fluidos de sólidos.
Neste artigo apresentamos o processo de remediação ambiental que é a dessorção térmica, que utiliza calor para aumentar a volatilidade de contaminantes os quais podem ser removidos da matriz sólida que os contém.
Princípios
Uma unidade de dessorção térmica
Dessorção é o processo inverso da sorção, que é a ação tanto de absorção e adsorção, respectivamente; o efeito de gases e/ou líquidos serem incorporados num material de um estado diferente, chamado sorvente, seja em sua porosidade interna, seja como película, partículas ou mesmo moléculas à superfície da substância, dita conforme o caso, absorvente ou adsorvente. A substância absorvida ou adsorvida, genericamente, é chamada de sorvato, e conforme o processo, absorvato ou adsorvato.[1]
Os termos em sorção e dessorção.
Descrição
Dessorção térmica é uma tecnologia de remediação ambiental num processo físico de separação que envolve energia térmica, utiliza calor, para aquecimento do resíduo, aumentando a volatilidade dos contaminantes de maneira que estes possam ser removidos (separados) da matriz sólida onde se encontram, tipicamente um solo contaminado, lama ou “torta” de filtragem, até que haja a sua descontaminação. O aquecimento da água e dos compostos orgânicos adsorvidos na matriz sólida (o material sólido), provoca a dessorção dos fluidos até a superfície da partícula de sólido sorvente. Um sistema de dessorção térmica consequentemente possui dois componentes principais: a etapa dessorbante com seus equipamentos e o sistema de tratamento de volatilizados.
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A manutenção do fornecimento de energia (aquecimento) à água e aos compostos orgânicos provoca a volatilização destes compostos, sem que haja alteração em suas propriedades físicas. Por um sistema de exaustão os gases são conduzidos até um sistema de tratamento, incluindo filtragem ou decantação/precipitação, em alguns casos específicos coletados por condensação, ou numa câmara de pós combustão (CPC), onde ocorre a oxidação destes contaminantes gasosos. Assim sendo, um sistema de dessorção térmica possui dois componentes principais, o equipamento de dessorção em si e o tratamento dos gases de exaustão.
Deve-se sempre destacar que dessorção térmica não é incineração, pois que passa por combustão (se passa) são apenas os fluidos contaminantes, não a matriz sólida.
Fluxograma do processo de dessorção térmica (editado de portal.navfac.navy.mil).
Os princípios do processo
Sistemas de dessorção térmica são projetados para remover compostos predominantemente orgânicos a partir de matrizes sólidas, tipicamente solos, lamas e bolos de filtração sem destruí-los termicamente. É uma tecnologia de separação e posterior coleta e recuperação, e repita-se, não uma tecnologia de incineração, a qual apresentaria predominante decomposição de compostos. Por este motivo, é frequentemente referida como ‘dessorção térmica de baixa temperatura’ com vistas a diferenciá-lo da incineração por alta temperatura.
Uma vez que é um processo térmico, há uma crença comum de que a temperatura é o único parâmetro importante a ser monitorado. Embora seja verdade que as melhores eficiências de separação são geralmente alcançadas em temperaturas mais elevadas, outros fatores devem ser considerados. Uma vez que o processo é regulado através de transferência de massa, o tempo de aquecimento e a quantidade de mistura também são parâmetros importantes na otimização da eficiência de remoção.
Dessorção térmica já foi usada com sucesso para quase todos os contaminantes orgânicos encontrados até o momento. Também tem sido utilizada para remover o mercúrio. Isso não significa que a dessorção térmica é a melhor escolha para cada projeto que objetiva tratar solo contaminado. Com a exceção do mercúrio, dessorção térmica não pode ser usada para remover metais pesados. No entanto, os agentes estabilizantes podem ser adicionados ao solo tratado ou à corrente de alimentação de solo durante o processo de umedecimento objetivando diminuir o lixiviabilidade da maioria dos metais.[Nota 1]
A maioria dos desorbantes térmicos podem tratar mecanicamente qualquer nível de umidade, mas em níveis mais elevados, a umidade pode tornar o proibitivo. O excesso de umidade no solo de alimentação deve ser evitado. Como exemplo, um pequeno sistema de queima direta que pode processar 15 toneladas por hora, com 10% de umidade na alimentação cairia para 10,5 toneladas por hora, se a umidade aumentasse para 18%. Esta diminuição de 30% na taxa de processo iria resultar em um aumento de 40% no custo do tratamento por tonelada. Para a maioria dos projetos, se a matéria-prima contém mais de 25% de umidade, processos de desidratação ou opções de secagem devem ser estudadas.
Qualquer tipo de meio pode ser tratado com dessorção térmica para remover os contaminantes orgânicos e mercúrio. A umidade e tamanho do projeto são os dois fatores que afetam drasticamente os custos do tratamento. Dessorção térmica irá, mas tem-se de proceder a escolha correta para o sítio em questão.
Adiante, em ‘Sistemas de Dessorção Térmica’, apresentamos dados de sistemas de dessorção térmica da empresa MSR que são adequados para vários tipos de contaminantes e tamanhos de projetos coerentes com as capacidades dos sistemas.
A descontaminação máxima obtida outra questão. Experiência operacional com centena de diferentes meios contaminados permitiu, por exemplo, que a empresa MSR construisse uma extensa base de dados de concentrações residuais de solos tratados. Como uma regra geral, a maioria dos contaminantes pode ser reduzida para menos do que 1,0 mg/kg (1 ppm) se o nível de partida for inferior a 500 mg/kg. Outra maneira de fazer uma estimativa preliminar é assumir uma eficiência de remoção (que não deve ser confundido com ERD, Eficiência de Remoção e Destruição, ou, na sigla em inglês, DRE, de destruction removal efficiency [Nota 2]) de 98 a 99,99%. Compostos orgânicos mais voláteis e solventes pode facilmente ser reduzida para menos do que 0,1 mg/kg e muitas vezes abaixo de 0,01 mg/kg. A maioria dos compostos semivoláteis, pode ser reduzida a menos de 1,0 mg/kg e muitas vezes a menos de 0,1 mg/kg. Os vários PCBs chamados Arocloros podem ser reduzidos para menos do que 2,0 mg/kg e muitas vezes a menos de 0,5 mg/kg.[Nota 3] Para a maioria dos pesticidas obtem-se uma remoção de 99,5 a 99,99%.
A fonte de energia no caso de aterros sanitários pode ser biogás, predominantemente metano, proveniente do próprio aterro, completado por gás natural.
Instalações de dessorção térmica da empresa Essencis, em Caieiras, SP, com fornecimento de biogás na sua geração de energia térmica (Editado de www.essencis.com.br).
Sistemas modulares de dessorção térmica tem sido projetados e contruídos para aplicações em dutovias, na remediação de britas contaminadas com hidrocarbonetos, sendo também possível a descontaminação de pavimentações de concreto, onde obtem-se a restauração da cor original do pavimento, ainda que com a redução de sua resistência em até 65%.[2]
Escavação e evacuação
Sendo uma técnica por definição ex-situ, a dessorção necessita ter o solo a ser descontaminado escavado e a depender do quadro, evacuado para outra área, na qual se fará o tratamento, mas o solo tratado é normalmente utilizado no enchimento da própria escavação que o forneceu, pela pouca distância percorrida quando do uso de unidades de dessorção móveis. Os materiais compactos assim como a maioria das especificações de compactação podem ser cumpridas. Uma vez que o solo tratado é essencialmente estéril, recrescimento vegetal pode ser conseguido através da cobertura com camada superficial do solo, ou a adição de nutrientes ao solo tratado, tais como fertilizantes ou resíduos biossólidos.
Escavação, unidade de tratamento de água, área de deposição impermeabilizada e um unidade de dessorção montável na proximidade da área a tratar.[3]
Vantagens, desvantagens e capacidade
A dessorção térmica como processo é analisada em suas vantagens e desvantagens quanto aos seguintes aspectos[3]:
Vantagens
Indicado para solos contaminados com hidrocarbonetos derivados de petróleo, de abundante contaminação.
Passagem dos solos num secador rotativo entre 200 a 500ºC
Válida quando as quantidades de solos a tratar são grandes (acima de 50.000 ton.)
Descontaminação total independente da concentração de entrada.
Tratamento homogêneo e muito confiável.
Permite quando apropriado que não se removam os solos do local.
Oxidação dos poluentes gaseificados numa câmara de pós-combustão.
Não emite nos gases de exaustão odores nem resíduos.
Permite que um solo que não atingiu níveis seguros em relação à uma concentraçao desejada possa ser novamente submetido ao tratamento.[4]
Observações sobre as vantagens da dessorção térmica:
Sendo feita com a simples e segura remoção do solo contaminado, apresenta-se como técnica de simples aplicação e fácil controle. Noutras palavras, havendo a visualização do solo sendo escavado removido, sempre há o controle do material contaminado que necessita tratamento, e do obter-se um último substrato já isento de contaminação.
É uma técnica versátil, adaptando-se aos mais diversos tipos de solo (argilosos, arenosos, com rochas, matacões), pois trata-se, em sua primeira etapa, da usual escavação que é realizada frequentemente em obras civis.
É uma técnica válida quando as quantidades são moderadas e as técnicas in-situ podem ser demoradas ou menos favoráveis economicamente. A extração por injeção de vapor ou ar quente, por exemplo, encontra sempre dificuldade de atingir toda a massa de material contaminado, e permitem, todas as técnicas in-situ, de restarem volumes não tratados, não percebidos ou desconsiderados numa avaliação primordial, e que resistem a serem detectados em avaliações posteriores, sempre feitas por amostragem. A escavação típica da dessorção permite o contato com toda e qualquer massa de solo contaminado.
A evacuação é uma etapa que pode ser feita para um aterro externo ou para célula, uma relativamente pequena área reservada para tal fim, com impermeabilização em sua base para evitar a recontaminação, em local construída para o processo
Desvantagens
A depender da posição da área em tratamento á unidade de dessorção, necessita-se de solos externos para repor a topografia inicial a custos viáveis.
A dessorção necessita frequentemente de unidades de tratamento de águas para os lixiviados dos materiais removidos esperando tratamento ou águas de superfície, como as formadas com as chuvas.
Devido à remoção de solo, e suas movimentações, podendo chegar a centenas de metros cúbicos mesmo para áreas relativamente pequenas, a dessorção, em sua escavação e evacuação, tem um impacto grande como obra.
O esquema do sistema de tratamento por dessorção térmica da empresa Autovila.[3]
Outras desvantagens:
A montagem da unidade quando aplicação in situ é demorada.
Só é válida para grandes áreas de descontaminação.
Capacidade
Para um primeira abordagem da questão capacidade, a colocaremos como sendo normalmente entre 15 e 30 toneladas por hora.
Casos de aplicação
Fayetteville, Carolina do Norte, EUA, contaminação por benzeno, arsênico, cromo e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, 170 toneladas de solo.O processo foi empregado de julho de 1998 a abril de 1999, com apenas o retorno de 1,1 tonelada para nova passagem pelo tratamento, por não atingir os níveis aceitáveis para o benzeno. Custo do tratamento, por tonelada, de US$ 58.[5] Indianápolis, Indiana, EUA, em caso de contaminação por hidrocarbonetos poliaromáticos, na concentração de 3,794 mg/kg, piridina, 5,673/kg, benzeno, 191 mg/kg, 3,7 mil toneladas de solo. Apenas um terço pode ser tratado devido à alta umidade do material.
Notas
1: Tendência a formar lixívias carregáveis pela dissolução após certas reações químicas.
2. ERD, Eficiência de Remoção e Destruição, ou, na sigla em inglês, DRE, de destruction removal efficiency é uma percentagem que representa o número de moléculas de um composto removidas ou destruídas num incinerador em relação ao número de moléculas que entraram no sistema. Por exemplo, uma DRE de 99,99 por cento significa que 9.999 moléculas são destruídas para cada 10.000 que entraram. O percentual de 99,99 é conhecido como "quatro noves". Para alguns poluentes, o Resource Conservation and Recovery Act (RCRA, Lei de Conservação e Recuperação de Recursos dos EUA) exige remoção que pode ser tão rigorosas como "seis noves". www.irmi.com
3. Arocloros PCB - Bifenilas Policroradas (Polychlorinated Biphenyls, PCBs)
Aroclor é uma mistura de PCBs produzido a partir de cerca de 1930 tendo sua produção mantida até 1979. É um dos nomes comerciais mais comumente conhecido para misturas de PCBs. Existem muitos tipos de Arocloros e cada um tem um sufixo distintivo que indica o grau de cloração. O padrão de numeração para as diferentes Arocloros é como se segue: os dois primeiros algarismos referem-se geralmente ao número de átomos de carbono nos anéis de fenilo (para os PCB este é de 12), os segundos dois algarismo indicam a percentagem de cloro por massa na mistura. Por exemplo, o nome Aroclor 1254 significa que a mistura contém cerca de 54% de cloro em peso. - www.epa.gov
Bifenilpoliclorado - Wikipedia.org
Polychlorinated Biphenyls (PCBs) - www.epa.gov
ESTUDO SOBRE AS BIFENILAS POLICLORADAS - PROPOSTA PARA ATENDIMENTO Á “CONVENÇÃO DE ESTOCOLMO”, ANEXO A – PARTE II - www.mma.gov.br ).
Referências
1. Somorjai, Gabor A.; Li, Yimin (2010). Introduction to Surface Chemistry and Catalysis. John Wiley and Sons. Section 4.6.
2. Patrício José Moreira Pires; Desenvolvimento de um Sistema de Dessorção Térmica In Situ para Remediação de Materiais Contaminados por Hidrocarbonetos de Petróleo; Dissertação de Mestrado - Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio.; Rio de Janeiro, 2004. - www2.dbd.puc-rio.br
3. Carlos Cardoso; TÉCNICAS DE REMEDIAÇÃO DE SOLOS CONTAMINADOS; Instituto Superior de Engenharia do Porto; 2007. - www.graq.isep.ipp.pt
4. ADRIANO ABDANUR; REMEDIAÇÃO DE SOLO E ÁGUA SUBTERRÂNEA CONTAMINADOS POR HIDROCARBONETOS DE PETRÓLEO: ESTUDO DE CASO NA REFINARIA DUQUE DE CAXIAS/RJ - Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Ciência do Solo, Curso de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná. CURITIBA, 2005. - followscience.com
Vídeo de operação
Unidade de Dessorção Térmica - www.youtube.com
Leituras recomendadas
RESÍDUOS; Revista Química e Derivados; Edição nº 479 – Novembro de 2008