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Remediação de áreas contaminadas com organoclorados


Desenvolvimento e validação de tecnologias para remediação de solo e água subterrânea contaminados com organoclorados


Introdução:
O IPT realiza ensaios laboratoriais e in situ para caracterização físico-química do solo e de resíduos para análise e/ou remediação de áreas contaminadas, executando o diagnóstico por meio de modelos numéricos e avaliando o risco à saúde humana, determinando as metas de intervenção nestas áreas e o respectivo projeto para sua remediação e seu controle por monitoramento.

A execução deste projeto prevê a inserção, dentro da capacitação institucional, de novas tecnologias para recuperação de áreas contaminadas, a saber: dessorção térmica, oxidação química, biorremediação, fitorremediação e nanotecnologia.

Objetivo do projeto:
O objetivo do projeto é investigar rotas tecnológicas para remediar sítios contaminados com organoclorados.
Para atendimento aos objetivos serão realizadas as seguintes ações:

  • Aplicação das técnicas de fitorremediação, biorremediação, tratamento químico, nanotecnologia e incineração;
  • Avaliação das metodologias de inativação e/ou decomposição de organoclorados, em especial hexaclorociclohexano - HCH, em escala de laboratório e piloto;
  • Avaliações técnico-econômicas de combinações de alternativas de remediação in situ.

Estado da Arte:

Historicamente, o uso de agrotóxicos no Brasil aumentou com a expansão e modernização da agricultura nacional. O controle das pragas, que anteriormente era feito por inimigos naturais ou métodos mecânicos, foi substituído pelo uso de compostos químicos sintéticos. O desenvolvimento de pesticidas teve suma importância no aumento da atividade agrícola devido a seus baixos custos e alta eficiência.

Neste período, a população rural foi a mais afetada pelos agrotóxicos, causando a morte de inúmeras pessoas nas décadas de 60-70. O conhecimento do uso destes produtos nem sempre está assentado em fontes disponíveis e confiáveis. Até meados da década de 80, a principal fonte de informação sobre produção, importação e exportação de agrotóxicos clorados no Brasil foi o arquivo de dados estatísticos do antigo Conselho de Desenvolvimento Industrial - CDI.

Locais altamente contaminados são conhecidos como hot spots. Segundo o CETESB, até novembro de 2008, somente no Estado de São Paulo, estão cadastradas 2514 áreas contaminadas, sendo que os principais grupos de contaminantes encontrados foram: solventes aromáticos, combustíveis líquidos, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs), metais e solventes halogenados, destacando-se 142 contaminadas por solventes halogenados, 53 por fenóis halogenados, 43 por solventes aromáticos halogenados, 35 por biocidas, 21 por PCBs e 2 por dioxinas e Furanos.

Justificativa e impactos esperados:
Os compostos orgânicos liberados no meio ambiente compreendem espécies de uma ampla faixa de tamanhos de moléculas e de grupos funcionais.

A natureza dos grupos funcionais é especialmente importante, pois determina a reatividade e a aplicabilidade destes compostos. As substâncias tóxicas persistentes (STP) compreendem: as bifenilas policloradas - PCB, os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos - PAH, o hexaclorobenzeno - HCB, o aldrin, o dieldrin, o endrin, o p,p,-DDT, o p,p,-DDE, p,p,-DDD, os hexaclorocicloexanos (α-HCH, β-HCH, δ-HCH e γ-HCH), o endossulfan, o heptacloro e o pentaclorofenol. Incluem, também, compostos orgânicos de metais e têm como características alta hidrofobicidade, baixa reatividade no meio ambiente e grande tendência para se acumular, ou bioconcentrar, nos tecidos dos organismos vivos.

Mundialmente, ocorrem sítios fortemente contaminados por HCH adivindas de fábricas de formulação de pesticidas: Carolina (USA, 1977), Barakaldo (Viszcaya, 1987) e Galícia na Espanha (depósito de uma fábrica de pesticida contaminou solo e água numa área de 45.000 m2).

Apesar das STP estarem parcialmente banidas no Brasil algumas destas substâncias são encontradas em diversas matrizes ambientais, atingindo valores muito acima dos limites legislados, em áreas consideradas críticas. Isto se deve ao fato destas substâncias refletirem o histórico passado em um período em que os programas de gerenciamento de resíduos eram praticamente inexistentes.

O sedimento é considerado o compartimento mais importante para o estudo do impacto das STP no meio ambiente, pois é aqui que as STP apresentam os maiores tempos de residência. Os compostos encontrados com maior freqüência na literatura são DDT, HCH, PCB e heptacloro.

Os dados sobre STP no Brasil, apesar de não serem escassos, não são totalmente disponibilizados para a sociedade civil. Cabe ainda destacar que os dados atuais sobre concentração de STP nas diversas matrizes ambientais demonstram o pior cenário, pois na maioria das vezes o monitoramento é realizado em locais com suspeita de contaminação indicando, portanto, a necessidade emergente de programas destinados ao conhecimento da concentração das STP em regiões pouco impactadas.

Diante deste quadro, propõe-se a avaliação de tecnologias para remediação de áreas contaminadas aplicadas a compostos organoclorados, em especial o HCH.

O HCH é um composto químico de origem industrial, não sendo encontrado naturalmente no ambiente. Ocorre em oito formas químicas chamadas de isômeros. Todos os isômeros são sólidos à temperatura ambiente. O isômero γ-HCH (gama-HCH), também chamado lindano, tem sido utilizado como inseticida em cultivo de frutas, vegetais, reflorestamentos, entre outras culturas, e como produto de uso médico no tratamento contra piolhos, sarnas, micuins, carrapatos etc. O produto comumente encontrado no mercado é HCH grau técnico (t-HCH), sendo este uma mistura dos vários isômeros de HCH, onde o lindano pode representar 40% do produto.

Segundo Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR, 1995), as principais características que o HCH apresenta no ambiente são:
  • No ar, o HCH (isômeros α, β, γ, δ) pode estar presente como vapor ou agregado a partículas de solo ou poeira;
  • Lindano pode permanecer no ar por até 17 semanas, e ser transportado por grandes distâncias;
  • Partículas com HCH agregado podem ser retiradas do ar pela chuva;
  • No solo, sedimento e água, o HCH é degradado por algas, fungos e bactérias para substâncias menos nocivas;
  • É desconhecida a persistência dos isômeros do HCH no solo;
  • Pode acumular em tecidos gordurosos de peixes.

As principais vias de exposição do HCH segundo ATSDR (1995) são:
  • Ingestão de alimentos contaminados como verduras, carnes e leite;
  • Inalação de ar contaminado próximo à fábricas onde o produto é preparado, ou áreas agrícolas;
  • Inalação de ar contaminado em ambiente de trabalho;
  • Através da pele quando aplicado na forma de loção ou shampoo para controle de piolhos e sarnas;
  • Consumo de água contaminada;
  • Inalação de ar contaminado próximo a lixões ou aterros sanitários;
  • Crianças em fase de lactação, através do leite de mães que tenham sido expostas ao contaminante.

Os efeitos do lindano ou demais isômeros de HCH na saúde humana são irritações pulmonares, problemas cardíacos e sangüíneos, encefalias, convulsões e alteração do nível de hormônios sexuais (ATSDR, 1989).
Esses efeitos têm sido observados em trabalhadores expostos ao vapor de HCH durante o processo de fabricação de pesticidas ou em exposições a grandes quantidades de HCH. A exposição a grandes quantidades de HCH também pode causar morte de humanos e animais.

Impactos esperados:
  • Proposição de novas tecnologias para maior sustentabilidade ambiental;
  • Incremento significativo do potencial para remediação de áreas contaminadas por compostos organoclorados, assunto ainda de difícil solução;
  • Melhoria em procedimentos operacionais para remediação de áreas contaminadas;
  • Aumento de capacidade analítica institucional para análise de compostos organoclorados e seus produtos de degradação;
  • Subsídio para formulação de políticas públicas;
  • Difusão do conhecimento tecnológico adquirido no projeto;
  • Formação de recursos humanos;
  • Melhora da qualidade de vida, com conseqüente redução de gastos públicos com a saúde, decorrente das contaminações de solo e água;
  • Redução de impactos ambientais, através de tecnologias específicas;
  • Apoio técnico e econômico ao poder público e privado para recuperação de áreas industriais contaminadas, liberando-as para ocupações mais nobres, incluindo-se o uso residencial.

Principais desafios tecnológicos:

A descoberta de propriedades inseticidas do DDT (1940) e do HCH (1942) deu um grande impulso no combate aos insetos, de modo que, a partir da década de 1940, os inseticidas organoclorados foram amplamente utilizados na agricultura, na indústria pecuária e nos programas de combate a insetos transmissores de doenças e nas campanhas de saúde pública.

Não há como negar os benefícios que esses produtos de ampla ação e persistência trouxeram ao homem. Porém, em 1962, Carson publicou o livro “Primavera Silenciosa”, relatando que o amplo uso dos organoclorados poderia ser a causa da diminuição da população de diversas aves.
Uma das características indesejáveis desses compostos, do ponto de vista ambiental, é a persistência, que consiste na capacidade das substâncias em permanecer inalteradas e ativas por muito tempo no solo, na água e nos alimentos.

Da revisão bibliográfica realizada, muitas têm sido as questões, ainda insuficientemente respondidas, quer pela sua notória complexidade, quer pela falta de experiência e, finalmente, pela real insuficiência de conhecimento científico acumulado, que necessitam ser preenchidas.

Entre as muitas questões controversas e as respectivas lacunas do conhecimento destacam-se:
  • Quais as substâncias químicas produzidas pela degradação natural do HCH no solo? São elas, nas condições brasileiras, mais tóxicas do que HCH?
  • Qual é a complexidade da contaminação pela introdução da variável tempo após, 20, 30, 40 anos ou mais?
  • Qual a “dinâmica populacional”, geográfica e temporal das moléculas cloradas se elas pudessem ser “marcadas“, considerando-se todas as formas potenciais de exposição humana, e todas as vias de penetração no organismo, cutânea, digestiva e respiratória e, ainda, considerando a persistência dos organoclorados nos meios naturais (ex. solo) e a biopersistência dos organoclorados na cadeia biológica?
  • Qual o significado clínico, toxicológico e epidemiológico de concentrações de HCH eventualmente acima de algum “valor de referência” internacional ou nacional?

A área de estudo trata-se de uma gleba de terra contaminada com hexaclociclohexano – HCH.

O equacionamento técnico-ambiental de contaminações por compostos organoclorados em solos será executado em 3 (três) etapas seqüenciais (figura 2). Na primeira serão avaliadas e investigadas as alternativas tecnológicas existentes no Brasil e no mundo para o tratamento de áreas contaminadas com HCH, e paralelamente será analisada a contaminação de solo e água subterrânea no entorno do local selecionado para o estudo ora proposto. Será, também, avaliada a tratabilidade do solo do interior e nos entornos de células contaminadas, contemplando as opções de fitorremediação, biorremediação, oxidação química, nanotecnologia, incineração, complementadas com a avaliação da viabilidade técnico-econômica de combinações de alternativas tecnológicas que mais se aplicarem à remediação da área.
Etapas do projeto
 

Na segunda etapa, com base nos resultados da primeira, na qual ter-se-á um detalhamento das tecnologias a serem empregadas, estudo detalhado da heterogeneidade da área, extensão e complexidade dos contaminantes, serão realizados estudos-piloto que demonstrem a eficiência das técnicas e a elaboração de procedimentos específicos destas, visando a implementação da remediação, a fim de que a exposição ao contaminante, seja humana ou ambiental, seja minimizada.

Parceiros:
Departamento de Águas e Energia Elétrica – DAEE.

Financiamento:
Este projeto tem o apoio do BNDES - www.BNDES.gov.br
 

O IPT submeteu a proposta de projeto de P&D&I, com duração de 2 anos, ao FUNTEC/BNDES (Fundo de Tecnologia do BNDES) tendo como parceiro o DAEE, o qual aportará aproximadamente 6% dos recursos necessários para realização do projeto.

Recentemente aprovada e contratada pelo BNDES para apoio financeiro com recursos de aproximadamente R$ 14,2 milhões provenientes do FUNTEC.

Próximas etapas:
Montagem da equipe que executará o projeto, parte com dedicação exclusiva, e aquisição dos principais equipamentos para avaliação das diversas etapas que devem constituir a aplicação da tecnologia ou combinação de tecnologias definidas neste projeto, para remediação de áreas contaminadas com organoclorados.

Para dar atendimento às necessidades de avaliação e remediação de áreas contaminadas, constitui-se neste projeto uma equipe multidisciplinar para desenvolvimento dos estudos ora propostos. Participam deste projeto os seguintes Centros Tecnológicos do IPT e suas equipes profissionais:

CETAE – Centro de Tecnologias Ambientais e Energéticas, na coordenação.
CTPP – Centro de Tecnologias de Produtos e Processos
CTFloresta – Centro de Tecnologia de Recursos Florestais
GGT – Gerência de Gestão Tecnológica

A Coordenadora desta proposta é a pesquisadora, mestre, Sandra Lúcia de Moraes, Laboratório de Resíduos e Áreas Contaminadas – LRAC/CETAE. Graduada em Engenharia de Química pelo Instituto Superior de Química das Faculdades Oswaldo Cruz, 2001; mestrado em Engenharia Mineral pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (2004).

O CETAE conta com uma equipe de 63 pesquisadores, e a equipe envolvida atua no desenvolvimento deste projeto é formada pelos pesquisadores, cuja experiência profissional ligada aos temas de resíduos e áreas contaminadas, nas especialidades de geoquímica, tratamento de resíduos industriais e caracterização/remedição de áreas contaminadas e processos térmicos.

Os pesquisadores dos demais centros, cuja contribuição é imprescindível para o desenvolvimento conjunto dos trabalhos relativos ao desenvolvimento de novas tecnologias analíticas e de remediação de áreas contaminadas, são profissionais ligados às áreas de biotecnologia, processos químicos e florestas e produtos florestais.

A equipe executora será complementada com 2 bolsistas de mestrado de Tecnologia Ambiental, 1 bolsista de mestrado em oxidação química, 1 bolsista de doutorado em biorremediação e 1 bolsista de doutorado em nanorremediação, devidamente qualificados, que trabalharão em período integral no desenvolvimento do projeto, e culminará com o trabalho de dissertação de mestrado e tese de doutorado (mão de obra exclusiva para o projeto).