[pt] Notícias ambientais no Brasil foram dominadas através de derramamentos de óleo nos últimos anos. Esta dissertação apresenta os resultados de um programa experimental para estudar a capacidade de desorção térmica em limpar as costas afetadas.A temperatura ambiente, os resíduos oleosos emitem metano e amônia e estas emissões tendem a aumentar com a elevação das temperaturas. Por outro lado, o teor de óleo e graxa dos resíduos oleosos cai com o aumento da temperatura e exposição prolongada.Um cobertor térmico foi construído e avaliado. Os resultados mostraram que sua eficiência é restringida a poucos décimos de centímetros abaixo da superfície do solo devido à condutividade térmica de areias. Porém, esta desvantagem poderia ser contornada colocando o termopar de controle do sistema na profundidade desejada.Finalmente, a desorção térmica in situ parece ser um sistema único para a limpeza de resíduos oleosos. É simples, rápido e evita todo o incômodo associado à escavação de solo para disposição ou limpeza. / [en] Environmental news in Brazil has been dominated by oil spills in the past years. This dissertation presents the results of a comprehensive experimental programme on studying the ability of thermal desorption on cleaning up the affected shores.At ambient temperature, oiled debris emit methane and ammonia and these emissions tend to increase with rising temperatures. On the other hand, oil&grease content from oiled debris falls with rising temperature and prolonged exposure.A thermal blanket was designed, built and evaluated herein. Results have shown that its efficiency is restricted to few tenths of centimetres below the ground surface due to the thermal conductivity of sands. However, this drawback could be overcome is the control thermocouple of the system is positioned at the desired depth.Finally, in situ thermal desorption seem to be an unique system for cleaning debris from oil spills. It is simple, fast and avoids all the harassment associated to digging up the soil for disposal or cleanup.

[pt] O uso do calor como meio alternativo para a remediação de áreas contaminadas por compostos orgânicos - hidrocarbonetos derivados de petróleo e policíclicos aromáticos, organoclorados, pesticidas, dentre outros - tem se mostrado competitivo quando comparado a outras soluções, principalmente levando-se em consideração questões práticas como a eficiência dos seus resultados e o seu tempo de execução. Seguindo uma linha de pesquisa do Núcleo de Geotecnia Ambiental da PUC-Rio, esta dissertação se propõe a aperfeiçoar o sistema de dessorção térmica in situ a partir do desenvolvimento de um novo bastonete térmico e de um sistema de medição de temperaturas in situ. O seu escopo envolveu, principalmente, a avaliação do seu desempenho quando submetido às condições naturais de campo a partir de experimentos realizados em dois locais diferentes: nas dependências da EMBRAPA Solos, no Jardim Botânico, e na área externa do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. No primeiro caso, por ser um solo areno-argiloso, a temperatura se manteve mais concentrada em pontos mais próximos ao bastonete. Já no segundo, representado por um solo areno- siltoso, a temperatura chegou a pontos mais distantes com maior intensidade. Não houve modificação estrutural significativa em ambos os solos. Nos dois casos, a eficiência do sistema foi extremamente dificultada pelos baixos graus de saturação e teor de umidade, o que fez com que o calor aplicado se perdesse com maior facilidade. Após algumas modificações em seu projeto original, o bastonete térmico desenvolvido se comportou bem, principalmente no último ensaio, que durou 24 dias. Paralelamente, em laboratório, foram avaliados o comportamento da microbiota após a aplicação de calor no solo e a possibilidade de aptidão deste meio à existência de novos seres vivos após a injeção de água e nutrientes inorgânicos. Verificou-se uma recuperação e estabilização destes indivíduos em aproximadamente 03 semanas. Observou-se ainda a recuperação parcial da atividade metabólica; no entanto foi visto que a sua taxa decresce com o tempo, motivada provavelmente pela falta de matéria orgânica no solo. / [en] The use of thermal processes in order to remediate contaminated sites has been shown a great deal of promise, especially when time and effectiveness are considered. The present work describes the development of a new in situ device that simultaneously applies heat and delivers compressed air into the porous media. Additionally, a new set of instruments were also designed and built in order to monitor temperature and to extract vapor from the vadose zone. Tests performed at EMBRAPA Solos site and PUC-Rio Campus showed a good performance of the pieces of equipment developed. In addition, microbiological tests performed at the Geotechnical and Environmental Lab showed that is possible to recover the natural microbiota after prolonged exposure to temperatures above 400 ºC. Results have shown a recovery and stabilization of the population in about 3 weeks. However, it was also observed that metabolic activity was not fully recovered, in part due the lack of nutrients and organic matter in the porous media.

[pt] O presente trabalho descreve o desenvolvimento e avaliação de um sistema de dessorção térmica ex situ desenhado na PUC - Rio destinado a remediação de solos contaminados por hidrocarbonetos de petróleo. Trata-se de um sistema modular que emprega altas temperaturas para volatizar o contaminante do meio poroso. O principal módulo do sistema consiste de caixas metálicas onde o solo escavado é disposto e submetido ao tratamento. No interior de cada caixa são inseridas resistências que permitem a aplicação de altas temperaturas através da rede elétrica. A temperatura durante o ensaio é controlada por um sistema que permite a aplicação de rampas e patamares. O sistema também possui uma unidade de aeração que evita o coqueamento do material a ser tratado. A avaliação do sistema foi realizada com o tratamento ex situ de um solo contaminado oriundo de um antigo posto de serviços no Bairro do Grajaú, Rio de Janeiro. O sistema mostrou ter um bom desempenho reduzindo a contaminação do solo a valores abaixo do limite de detecção do analisador de gases Thermo modelo GasTech Innova SV. O tratamento realizado apresentou um custo de R$ 0,43 por quilograma de solo tratado, valor este bem abaixo do cobrado por unidades de incineração do Estado do Rio de Janeiro (i.e., cerca de R$ 3,00/kg). / [en] This dissertation describes the development and assessment of an ex situ thermal desorption system designed at PUC - Rio aimed on treating petroleum hydrocarbon contaminated soils. The modular system employs high temperatures to volatilize the contaminants presented in the porous media. The main component of this system comprises steel boxes where the contaminated soil is disposed and treated. In each box, electrical resistances are inserted enabling the application of very high temperature. The temperature during testing is controlled by a system that allows the use of ramps and steps. The system also has a unit of the aeration which prevents coking of the material to be treated. The system was assessed employing a contaminated soil excavated from a former gas station in Grajaú, Rio de Janeiro. The system showed a good performance reducing the contamination to levels below the limit detection of a Thermo GasTech Innova SV gas analyzer. The treatment presented a cost of R$ 0,43/kg, well below the average cost charged by incineration units in the State of Rio de Janeiro (i.e., circa R$ 3,00/kg).

[pt] O presente trabalho avaliou a eficácia da dessorção térmica in situ em remediar materiais contaminados por hidrocarbonetos de petróleo em refinarias. Paralelamente, foi projetado e construído um novo sistema modular para ser empregado sob dutovias para remediação de britas contaminadas. Os resultados do programa experimental revelaram ser possível a remediação de pavimentos de concreto contaminados por óleo combustível. A aplicação de calor na superfície do pavimento reduziu em até 65 por cento a sua resistência, porém propiciou a restauração de sua cor original. Verificou-se que os resíduos do processo, após análises mineralógicas por difração de raios X e químicas por espectroscopia de fluorescência, apresentavam uma composição muito semelhante ao solo empregado como material de construção dos aterros da refinaria, sugerindo que o resíduo possa ser advindo de transporte eólico. O sistema desenvolvido no presente trabalho apresentou um desempenho satisfatório. Verificou-se a necessidade de aeração do material remediado para eliminar a produção de coque. Adicionalmente, observou-se a importância de um bom isolamento térmico para minimizar o consumo energético e impedir a propagação de calor e das emissões para a atmosfera. As emissões geradas pelo aquecimento consistiam de olefinas e parafinas que podem ser devidamente tratadas pelo oxidador térmico. / [en] This dissertation assessed the adequacy of in situ thermal desorption (istd) in cleaning oil contaminated debris from Refineries. A new modulated istd system was designed and built in order to remediate oiled cobbles under pipeways. The experimental results revealed the possibility of cleaning concrete pavements contaminated by heavy oil. The thermal desorption process restored their original color but reduced their resistance up to 65 percent. It was observed that the resulting debris, after mineralogical analyses by X-ray diffraction and chemical analysis by X-Ray fluorescence, have a similar composition to the soil employed in the fills throughout the Refinery, indicating that the debris could well have been transported by the wind. The system devised here had a satisfactory performance. It was observed the necessity of aeration during the treatment in order to avoid the production of coke. Additionally, it was also observed the importance of a good thermal insulation in order to minimize power consumption and the propagation of heat and gas emissions to the atmosphere. The gases emissions consisted mainly of olefins and paraffins that had been reasonably been treated by the thermal oxidizer devised herein.

[pt] O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de dessorção térmica aplicável a remediação de solos contaminados por compostos orgânicos. O sistema consiste de um bastonete térmico capaz de aquecer o solo através de um fluxo radial e de um oxidador térmico destinado ao tratamento das emissões gasosas. Fazem parte do sistema, como equipamentos acessórios, controladores de temperatura do tipo rampa patamar, isolantes térmicos de fibra cerâmica, membranas plásticas e amostradores de água e de gases. Estes últimos são utilizados para averiguar a eficiência do oxidador térmico. O sistema desenvolvido atingiu aos objetivos de projeto. O bastonete térmico foi capaz de aplicar temperaturas de até 600 ºC seguindo trajetórias de temperatura programadas. O mesmo pode-se afirmar do sistema de tratamento das emissões gasosas. O programa experimental realizado em um solo residual de gnaisse, obtido de um talude rodoviário da Rodovia Washington Luís, contaminado por óleo queimado, revelou que o sistema desenvolvido é capaz de reduzir a concentração de compostos orgânicos a um valor mínimo, bem abaixo dos limites estabelecido pelos órgãos ambientais nacionais e estrangeiros. O programa expôs a importância da aeração da matriz porosa durante o tratamento para impedir a formação de coque. As determinações analíticas revelaram que as emissões gasosas resultantes do aquecimento do solo residual contaminado com óleo queimado tratam-se de parafinas de olefinas. A duração do ensaio bem como o projeto do arranjo espacial da distribuição dos bastonetes em um sistema in situ de remediação pode ser determinada através do emprego da formulação de propagação de calor formulada por Stegemeier (1998). / [en] This dissertation refers to the development of an in situ system devised to remediate soils contaminated with organic compounds. The system consists basically of a thermal probe capable of heating the soil matrix through radial flow and a thermal oxidizer that treats the resulting gases emissions. The system clearly reached the design aims. The thermal probe consistently programed temperatures up to 6000C to the soil matrix following applied thermal paths. The thermal oxidizer was capable to heat gases emissions up to 9000C under prolonged exposure. The experimental program was carried out using a residual soil from gnaiss taken from a slope at Washington Luiz Roadway. This soil was contaminated with used oil and submitted to a series of tests in order to assess the efficiency of the system developed herein. The results suggest that thermal desorption was able to reduce the degree of contamination to levels well below the limits established by National and International Environmental Agencies. The results also revealed the importance of aeration during the process to avoid the formation of coke. Fingerprinting tests carried out on gases emissions revealed that they were composed mainly by olefins and paraffins. The design of an in situ system as well as the termination criteria for in situ thermal desorption treatment might well be accomplished using the heat propagation theory developed by Stegemeier (1998).

[pt] A presente tese apresenta uma abordagem sobre a técnica de dessorção térmica na remediação de áreas contaminadas, esta tecnologia se baseia no aquecimento direto do solo. A propagação de calor num solo é simulada matematicamente pelo fluxo acoplado de calor. Para que esta simulação seja possível é necessário a identificação dos parâmetros relevantes para o problema: condutividade hidráulica em função da umidade volumétrica, condutividade térmica em função da umidade volumétrica, capacidade de aquecimento volumétrico, e, curva característica de sucção. Uma discussão técnica é apresentada sobre estes parâmetros. Foram estudados dois tipos de solos, uma argilo-arenoso (Campo Experimental da PUC-Rio) e um areno-argiloso (Cidade dos Meninos). É apresentado um estudo físico-químico sobre os efeitos da temperatura nos solos, com ensaios de RaiosX, Microscopia Eletrônica, CTC, Ataque Sulfúrico e de Caracterização para solos não aquecidos e previamente aquecidos até a temperatura de 300 Graus Celsius. São apresentadas metodologias e equipamentos que foram desenvolvidos e/ou adaptados de para o estudo das propriedades termo- hidráulicas necessárias. Foram realizados ensaios de condutividade hidáulica, curvas características de sucção e deformabilidade, levando-se em conta a temperatura. Todos os parâmetros mostraram-se altamente dependente desta. Os parâmetros térmicos, condutividade térmica e calor específico, foram determinados para estes dois de solos. / [en] This thesis presents an introduction on the use of the thermal desorption technique that is based on the direct heating of the soil, for the remediation of contaminated areas. Heat propagation through soils can be mathematically simulated using coupled heat-moisture transfer theories. In order to make this simulation possible it is necessary to identify the required parameters: hydraulic conductivity as a function of volumetric water content, thermal conductivity as a function of volumetric water content, volumetric heat capacity, and soil-water characteristic curve. One technical description of such parameters is presented. Two different kinds of soils were used, one clay- sand (CH) and one sandclay (SC). A study physico-chemical was done talking into consideration the temperature effect on the soils with X-Ray, electron microscopic investigation, CTC, Atterberg Limits and at the particle size distribution. The study was done on pre-heated soils with temperatures ranging from 20 Degrees Celsius to 300 Degrees Celsius. Equipments and methodologies have been especially developed for the study of the thermo-hydraulics proprieties. The laboratory tests program consisted of hydraulic conductivity, retention curves and deformability, taking into account the temperature effects. During the tests it was observed that all parameters were temperature dependent. The thermal parameters, thermal conductivity and heat capacity were studied for both soils.