Provect-ISCR-IR ® Reagente Antimetanogênico ISCR (In Situ Chemical Reduction)
Agente remediador registrado e licenciado pelo IBAMA para utilização no Brasil ( ver documentação – PDF)
Provect-IR ® é uma mistura única de reagentes combinados em um único produto que otimiza a decloração redutiva in situ de produtos químicos presentes no solo, sedimentos e águas subterrâneas. Atua promovendo interações sinérgicas entre:
• Compostos antimetanogênicos naturais
• Fontes hidrofílicas de carbono orgânico ricas em nutrientes
• Ferro Zero-Valente (ZVI)
• Necrófagos químicos de oxigênio
• Fontes de vitaminas e minerais
Provect-IR ®
Esta combinação distinta e patenteada de produtos químicos naturais e de origem alimentar promove condições reduitivas ISCR para destruição rápida e eficaz de compostos alvo de interesse, como solventes clorados, pesticidas organoclorados e outros compostos halogenados. Notavelmente, Provect-IR é o único reagente ISCR que inibe simultaneamente a produção de metano durante os processos de fermentação de carbono necessários para a redução. Isso promove o uso mais eficiente do doador de hidrogênio, evitando problemas negativos associados ao metano elevado (CH 4) nas águas subterrâneas, vapores no solo e ar ambiente interno. Os regulamentos atuais para metano nas águas subterrâneas variam de ca. 10 a 28 mg CH4 / L (Departamento de Gestão Ambiental de Indiana, 2014) com regulamentos estaduais adicionais pendentes. Além disso, os médicos corretivos subsequentemente foram obrigados a estabelecer contingências para a implementação convencional de ERD / ISCR no caso de o metano exceder os limites específicos das águas subterrâneas. Essas contingências frequentemente envolvem sistemas caros e extensos para capturar e tratar metano nos gases / vapores do solo capturado por meio de sistemas SVE.
Uma das primeiras perguntas sobre a eficácia da tecnologia (ISCR) é “Quanto tempo dura”? Por volta de 2003, os cientistas agora na Provectus começaram a trabalhar com um cliente industrial para desenvolver respostas a essas perguntas e tem havido inúmeras publicações de estudos de laboratório e de campo que posteriormente comprovaram os seguintes cálculos e estimativas. Para este exemplo, a água subterrânea em um local hipotético contém 2 mg / L de OD, 5 mg / L de TCE, 5 mg / L de nitrato e 20 mg / L de sulfato. A velocidade do fluxo da água subterrânea é de 0,10 m / dia com porosidade do aquífero de 0,25. Uma zona de tratamento ISCR foi estabelecida com 6 m de largura adicionando 0,5% (base de massa do solo) de Provect-IR que contém 90% de carbono + 10% de ZVI.
Considerações Teóricas – Consumo de Ferro
A taxa potencial de consumo de ZVI foi calculada usando reações padrão com COIs e aceptores de elétrons inorgânicos presentes em um site hipotético (é claro que os mesmos cálculos podem ser feitos usando dados específicos do local). Os cálculos de consumo de ZVI são baseados em uma célula unitária com uma área de superfície de face de 1 m 2 da zona remediada pelo Provect-IR, ou um volume de 6 m 3 de material de aquífero remediado, contendo cerca de 11 kg de ZVI. Aqui, o doador de elétrons de carbono não foi incluído nos cálculos de consumo do aceptor de elétrons. A corrosão da água (oxidação) consome o ZVI, resultando na geração de ferro, gás hidrogênio e produção de íons hidróxido e um aumento no pH e diminuição no Eh (Eq. 1):
Fe0+ 2H2 O → Fe2++ H2(aq) + 2OH
As taxas de corrosão de vários materiais ZVI na água variam entre 0,1 a 0,6 mmol / kg Fe / dia (Reardon, 2005). A taxa de corrosão de 0,3 mmol / kg Fe / dia é aplicada ao ZVI particulado usado no Provect-IR. No campo, a taxa de corrosão ferro-água é independente da velocidade do fluxo do lençol freático. Com base na taxa de corrosão da água de 0,3 mmol / kg Fe / dia, o consumo anual de ferro devido à corrosão da água neste local hipotético seria de cerca de 135g / ano. Isso é equivalente a cerca de 1,2% do ZVI total presente nos 6 m ampla zona de tratamento ISCR. Qualquer oxigênio dissolvido também corroerá (consumirá) o ZVI (Eq.2):
4Fe0+ 3O2(aq) + 12H+ → 4Fe3+ + 6H2O
Com base nas suposições acima, a quantidade anual de OD (2 mg / L ou 0,063 mmol / L) entrando em uma célula da unidade da zona de tratamento do ISCR seria de 18 g / ano (0,57 mol / ano). Visto que quatro moles de ferro são consumidos para cada três moles de OD, a taxa de consumo anual de ferro seria de 43 g / ano (0,76 mol / ano). Esta quantidade de ferro representa cerca de 0,4% do ZVI total na zona de tratamento de ISCR. A descloração redutiva completa de TCE e a oxidação de ZVI correspondente podem ser expressas pelo seguinte (Eq. 3):
C2HCl3 + 3Fe0+ 3H2O → C 2H4+ 3Fe2+ +3Cl–+ 3OH–
A quantidade anual de TCE (5 mg / L ou 0,038 mmol / L) entrando na célula unitária da zona ISCR seria 46 g / ano (0,35 mole / ano). Uma vez que três moles de ferro são consumidos para cada mol de TCE, a taxa de consumo anual de ferro seria de 58 g / ano (1,04 mol / ano) ou 0,6% da massa de ZVI disponível na zona de tratamento ISCR. Se presente, redução de nitrato por ferro granular resulta na produção de amônia / amônio (Eq. 4):
NO3-+ 9 H+ + 4Fe0 → NH3 + 3H2O + 4Fe2+
A redução completa de 5 mg / L de nitrato (0,08 mmol / L) por ZVI resultaria no consumo de um fluxo de massa anual de nitrato na célula unitária da zona ISCR de 46 g / ano (0,74 mol / ano). Quatro moles de ferro são consumidos para cada mol de nitrato; portanto, a taxa de consumo anual seria igual a 165 g / ano (2,94 mol / ano) ou 1,6% do ZVI disponível. O sulfato (SO42-) na presença de ferro pode sofrer redução para sulfeto (Eq. 5):
4Fe0+ SO42- + 9H+ → HS– + 4Fe2++ 4H2 O
Se a redução completa do sulfato ocorreu devido à oxidação de ZVI, a quantidade anual de sulfato (20 mg / L ou 0,21 mmol / L) entrando na célula unitária da zona ISCR seria de 183 g / ano (1,9 mol / ano). Uma vez que quatro moles de ferro são consumidos para cada mol de sulfato, a taxa de consumo anual de ferro seria de 426 g / ano (7,6 mol / ano) ou cerca de 4% do ZVI disponível. Se a redução do aceitador de elétrons e a degradação de VOC não competirem com corrosão da água de ZVI, a taxa de consumo anual de ZVI seria cerca de 7 ou 8% do ZVI disponível. Isso resultaria em uma vida útil de ZVI conservadora em uma zona de tratamento de ISCR do Provect-IR de cerca de 13 a 15 anos neste site hipotético.
Considerações teóricas – Consumo de carbono
O componente de carbono do Provect-IR é composto em parte por materiais de plantas processados, algas marinhas / algas e outras partículas de carbono orgânico fibroso. Por causa da predominância de celulose e hemicelulose nas partículas, essas partículas se degradarão mais lentamente (duram mais) do que as formas mais solúveis de carbono, como lactatos, óleos e outros aditivos à base de glicose.
O consumo de carbono (decadência) na subsuperfície é frequentemente assumido como seguindo um modelo de primeira ordem. Em condições aeróbicas do solo, a celulose demonstrou persistir por vários meses (Cheshire 1979, Kassim et al, 1981) e se degradar mais lentamente em condições anaeróbicas saturadas. Em outros estudos, uma constante de decaimento de carbono de primeira ordem (K) de 1,6E-3 dia-1 foi obtida em colunas de celulose usadas para promover a desnitrificação exposta a fluxo de anitrato de cerca de 70 a 75 mg / L nitrato-N à temperatura ambiente (Vogan 1993 ) Isso equivale a uma perda de 50% de celulose em cerca de 300 dias ou 10 meses. Taxas mais baixas de degradação (K de 5E-4 dia-1) foram obtidas em colunas de serragem expostas ao mesmo fluxo. A serragem contém uma proporção relativamente maior de hemicelulose e lignina. Em situs, os sistemas desnitrificantes baseados em poeira operam há 15 anos em temperaturas de campo (Robertson et al, 2008).
Dado que a demanda de carbono nas condições acima é muito maior do que geralmente ocorre em plumas de contaminantes orgânicos, essas taxas publicadas de degradação de carbono indicam que o componente de carbono do Provect-IR também deve durar> 5 anos no subsolo.
Conclusões
Cálculos matemáticos sob considerações teóricas locais concluíram que o componente ZVI de Provect-IR permanecerá ativo em um ambiente de aquífero subterrâneo por pelo menos 10 anos, e que os componentes de carbono orgânico permanecerão ativos em um ambiente de aquífero subterrâneo por pelo menos 5 anos. Os dados de campo mostraram longevidade de mais de 4 anos. Existem muitos fatores que podem influenciar a longevidade real observada em um determinado local: temperatura, velocidade do fluxo da água subterrânea, demanda do aceitador de elétrons, massa aplicada, método de instalação e química inorgânica. Mas com base nesses fatores, parece que o Provect-IR (contendo 10% ZVI a 40% ZVI) persistirá por pelo menos 5 anos na maioria dos ambientes subterrâneos
Mais informações: ( PDF em inglês)
Resumo do Projeto
Amostras de solo e água subterrânea foram obtidas de um antigo site industrial no Nordeste dos EUA, onde as operações históricas resultaram em impactos de baixo nível por vários compostos de interesse (COIs), incluindo monoclorobenzeno (CB) e outros CVOCs. Estudos de tratabilidade em escala de bancada foram conduzidos por um laboratório independente (ReSolution Partners, LLC -Madison, WI) usando colunas de fluxo contínuo para avaliar o potencial do uso de tecnologias ISCR para remover compostos do local. Dois reagentes ISCR foram avaliados: i) reagente ISCR antimetanogênico Provect-IR ™ (taxa de carregamento de 1% e 3%) e ii) EHC®, que é um reagente ISCR convencional, com taxa de carregamento de 3% apenas. Colunas paralelas (ca. 22 cm de comprimento x 4 cm de diâmetro) foram executadas em temperatura ambiente ao lado de um controle não corrigido por 8 semanas sob condições de fluxo contínuo (ca. 0,34 L / dia através de 0,5 L de solo para uma velocidade de infiltração média estimada de 42 cm / dia (1,4 pés / dia) dentro de intervalos de potencial entre 33 e 150 cm / dia, ou 1,1 a> 5 pés / dia sob condições de aquífero). Em intervalos predefinidos (Tempo 0, 2, 4, 6 e 8 semanas), amostras de o afluente e o efluente da coluna foram analisados para COIs, metais Fe / Mn RCRA, DO / ORP e pH. A produção de metano não foi monitorada.
Conclusões
Em geral, não houve diferenças em termos de remoção de COI entre os reagentes quando aplicadas a uma taxa de carregamento de 3%. Aqui, ambos os reagentes reduziram os níveis de OD / ORP e mantiveram um pH dentro de uma faixa considerada desejável para reações ERD / ISCR. Embora os níveis de COI fossem baixos, nenhuma das remediações resultou em um aumento perceptível nos intermediários catabólicos comumente associados à decloração redutiva aumentada. Houve alguma variabilidade observada nas amostras, mas ambos os reagentes liberaram Fe suficiente para ajudar a facilitar as reações secundárias de ferro. Nenhuma das emendas mostrou liberação sustentada de metais pesados, como cromo ou arsênio, que poderiam ser vistos como contaminantes secundários.
Mais informações: ( PDF em inglês)
Controlling Methane at ERD and ISCR Applications (Pollution Engineering News, November 2014)
Link para a aprovação do IBAMA
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