Ferro reativo no subsolo abre uma via para a descontaminação de águas subterrâneas

Em antigas instalações industriais, as águas subterrâneas contaminadas tendem a acumular-se nos locais de acesso mais difícil: bolsas densas de argila e silte, tão compactas que quase nada consegue atravessá-las. É aí que a poluição persiste durante mais tempo e resiste à maioria das operações de descontaminação, libertando-se lentamente durante décadas após o fim dos trabalhos.

As partículas de ferro conseguem neutralizar essas substâncias tóxicas ao entrar em contacto com elas, mas introduzi-las na argila compacta é o grande obstáculo. Uma equipa em Itália experimentou uma abordagem que ainda não tinha sido aplicada num aquífero complexo: contornar o problema da distribuição e formar o ferro diretamente no subsolo.

O problema da distribuição do ferro

Há mais de 20 anos que a nanorremediação é uma solução de referência para aquíferos contaminados, as camadas subterrâneas que contêm água. Os engenheiros injetam ferro, que decompõe os poluentes existentes no subsolo, e o método tornou-se uma prática corrente.

A dificuldade está em fazer chegar o ferro ao destino. Mesmo sob a forma de nanopartículas, o ferro sólido quase não se desloca em terrenos compactos. Os poluentes absorvidos pela argila densa voltam a libertar-se durante anos, contaminando novamente a água muito depois de as análises indicarem que a areia menos compacta está limpa.

Andrea Gallo, engenheiro do ambiente que dirigiu as experiências na Universidade Politécnica de Turim (PoliTo), procurou com os colegas uma alternativa. Em vez de produzirem o ferro em laboratório e o injetarem no terreno, formaram-no no próprio subsolo.

Formar ferro no subsolo

O método substitui uma injeção por duas. Primeiro é introduzida uma solução inofensiva de ferro dissolvido; mais tarde, é acrescentado um agente redutor que o transforma em metal sólido. As partículas formam-se no subsolo onde as duas soluções se encontram, precisamente no local necessário.

O que determina esse local é água corrente da torneira. A equipa injeta uma quantidade de água entre as duas soluções, e a duração dessa injeção define onde elas se misturam. Uma equação simples indica durante quanto tempo a água deve ser injetada.

A escolha do agente redutor exigiu algum cuidado. As fórmulas habituais utilizam um agente cujos subprodutos são demasiado tóxicos para aplicação subterrânea, e a produção de partículas dessa forma acarreta custos ambientais consideráveis. A versão desenvolvida em Turim recorre a ingredientes mais suaves, à base de enxofre.

Uma experiência no subsolo simulado

Para testar o método, a equipa encheu uma caixa com cerca de 1 metro de comprimento com areia de quartzo e fez passar água através dela, simulando um aquífero em movimento. Um poço no centro permitiu introduzir as soluções ao longo de vários ciclos.

Depois, os investigadores retiraram a areia em camadas com cerca de 2,5 centímetros de espessura e fotografaram cada uma. As imagens mostraram uma mancha escura e oval a espalhar-se a partir do poço, até cerca de 15 centímetros de distância, em conformidade com o objetivo definido pela equação.

Dois resultados destacaram-se: o ferro ocupou um volume quase exatamente igual ao previsto pelo modelo e cerca de três quartos transformaram-se em partículas sólidas. Nenhuma saiu pela extremidade oposta, o que sugere que as partículas aderem à areia e aí permanecem.

Confirmar a presença de ferro

Uma mancha escura, por si só, pouco demonstra. A questão era saber se as partículas eram realmente de ferro metálico - a forma reativa que decompõe os poluentes - ou apenas de ferrugem, que nada faz. A distinção é fundamental.

As análises de superfície detetaram um sinal claro de ferro metálico sob uma fina camada de ferrugem. A espessura dessa camada era compatível com uma breve exposição ao ar durante a remoção da areia, o que sugere que o núcleo reativo permaneceu intacto.

Ao microscópio, as partículas apresentavam-se como aglomerados de minúsculas lâminas presas aos grãos de areia, aos quais continuavam agarradas após uma lavagem. Mediam apenas algumas dezenas de nanómetros, a mesma ordem de grandeza do ferro comercial usado nestas aplicações.

Decompor solventes

A presença de ferro metálico pouco vale se este não destruir os poluentes que se pretende eliminar. A equipa testou-o em dois solventes clorados, o tricloroetileno e o percloroetileno, ambos usados na limpeza a seco e no desengorduramento e ambos persistentes nas águas subterrâneas.

Em frascos selados, durante 21 dias, as partículas recém-formadas eliminaram mais de 96% de cada um dos solventes. As partículas recuperadas da caixa de areia eliminaram muito menos, entre 30 e 40%. A diferença deveu-se provavelmente à reduzida quantidade de ferro presente nessas amostras.

Por grama de ferro, as velocidades de reação foram típicas deste tipo de partículas. O resultado está em consonância com um estudo mais abrangente sobre a forma como o ferro reativo ataca os solventes retidos, poro a poro, e mostra que as partículas produzidas no local funcionam como as de eficácia comprovada.

Alcançar as camadas difíceis

O teste mais exigente decorreu num tanque fino e transparente, atravessado por bolsas de argila compacta, precisamente os locais onde as partículas convencionais ficam retidas. Através do vidro, a equipa observou a formação do ferro à medida que as soluções se encontravam.

Até então, ninguém tinha formado ferro reativo no interior de um aquífero realista e heterogéneo como este. A zona escura estendeu-se às bolsas compactas, sugerindo que o ferro reativo se tinha formado nas próprias camadas que voltam a contaminar a água durante anos e que são habitualmente consideradas inacessíveis.

Seguiu-se uma comparação direta. Os investigadores injetaram uma suspensão comercial num tanque equivalente e verificaram que o ferro formado no local cobriu uma área mais de quatro vezes superior, chegando a zonas do terreno que as partículas injetadas não alcançaram.

Uma nova via para descontaminar águas subterrâneas

O trabalho mostra que é possível formar ferro reativo, a partir de ingredientes inofensivos, dentro das camadas de difícil acesso de um aquífero poluído. Abre-se assim uma nova via para a descontaminação de águas subterrâneas. O ferro forma uma zona de tratamento maior e mais uniforme do que as partículas que os engenheiros injetam há décadas.

Esta abordagem abre uma possibilidade até agora praticamente fechada. Locais antes considerados demasiado difíceis de tratar, onde os solventes permanecem na argila e voltam a contaminar a água durante anos, poderão passar a ser alvo de descontaminação na origem, em vez de se tentar controlar a poluição a jusante.

Ainda há uma distância considerável entre um tanque de laboratório e uma operação de descontaminação real. A equipa pretende testar a capacidade de reação do ferro no solo e perceber como os produtos químicos injetados afetam os microrganismos subterrâneos, bem como o que acontece aos que não reagem.