BRPI0617819A2 - remediação com hidroescavação e solventes - Google Patents
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Abstract
<B>REMEDIAçãO COM HIDROESCAVAçãO E SOLVENTES<D>A presente invenção refere-se a métodos de remoção de contaminante e remediação utilizando hidroescavação em combinação com sol- ventes e/ou micróbios benéficos, para esfregação primária e mistura em alta pressão do solo. Várias modalidades da presente invenção são úteis para limpeza do solo com contaminantes, incluindo, mas não limitado a, materiais baseados em hidrocarbono. O solvente usado em conjunto com várias modalidades da presente invenção compreende uma composição desengordurante, que pode compreender silicato de sódio.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para " REM EDIA-ÇÃO COM HIDROESCAVAÇÃO E SOLVENTES".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se à remediação de solos com hi-droescavação, solventes e/ou micróbios.
Antecedentes
Todas as publicações citadas aqui são incorporadas a título dereferência até o mesmo ponto como se cada publicação ou pedido de paten-te individual fosse especificamente e individualmente indicado estar incorpo-rado a título de referência. A descrição que segue inclui informação que po-de ser útil na compreensão da presente invenção. Não é uma admissão quequalquer uma das informações providas aqui seja técnica anterior ou rele-vante para a invenção aqui reivindicada ou que qualquer publicação especi-ficamente ou implicitamente referida seja técnica anterior.
As últimas décadas estimularam o desenvolvimento da indústriaambiental dedicada à minimização do prejuízo ao ambiente resultante deatividades industriais comuns. Ambos sociedade e indústria estão bastanteconscientes do dano causado por não realizarem ações para mitigar os efei-tos de refugo deixado no ambiente. Simplesmente não jogando o refugo deuma maneira ambientalmente amigável e usando contenção é extremamen-te caro.
A natureza e as condições sob as quais hidrocarbonos podemacumular e auto-aderir são muitas e variadas. Complicações adicionais sãocausadas por outros materiais presentes no ambiente em que os hidrocar-bonos são acumulados. Por exemplo, em uma refinaria uma corrente de hi-drocarbono pode ser exposta a metais pesados que podem acumular juntocom os hidrocarbonos. Em campos de óleo, respingo de óleo em torno deum poço pode acumular com lama de perfuração em abrigos de concretocircundando a cabeça do poço. Como pode ser visto, a presença de outrosmateriais pode impedir o descarte do refugo de hidrocarbono por várias ra-zões. Estruturalmente, os outros materiais podem combinar com o efeito a-desivo do hidrocarbono para formarem um sólido duro. Em que os outrosmateriais predominam, o hidrocarbono pode requerer processamento bruto deuma massa relativamente grande de material para remover a mesma quanti-dade de hidrocarbono. Em casos em que outro material, relativamente inerte,mas estruturalmente de aumento, está presente, hidrocarbonos contaminadoscom metais pesados podem inibir o processo de remediação devido aos peri-gos envolvidos em separar fisicamente os hidrocarbonos contaminados mes-mo antes da etapa de descontaminação do hidrocarbono acontecer.
Um problema adicional em remoção de hidrocarbonos contami-nados está relacionado com o uso de solventes para dissolver e diminuir aviscosidade da porção de hidrocarbono do material a fim de facilitar o movi-mento do material; por exemplo, através de tubos e conduítes através debombeamento. No entanto, a fim de que os solventes de hidrocarbono ati-vamente dissolvam os hidrocarbonos contaminados, eles são freqüentemen-te de peso molecular baixo e então voláteis. Trabalho com hidrocarbonosvoláteis representa um aumento, ao invés de diminuição, no perigo. Alémdisso, o resultado, mesmo se a dissolução do solvente funcionar, é um vo-lume de material perigoso que inclui um volume de solvente que pode ser dea partir de cerca de três a cerca de cinco vezes o volume da massa conta-minada original. Ainda, o material perigoso ao invés de ser mais concentradopara facilitar tratamento adicional é agora mais diluído. Deste modo, umaetapa adicional deve ser realizada para remover a solvente de ambos mate-rial perigoso e materiais não-perigosos se algum presente.
A remoção do solvente deve ser feita de um modo que vai dar oretorno do solvente não-contaminado. Tal tratamento geralmente envolve umatorre de destilação. No entanto, a introdução de um sólido contaminado emuma torre de destilação vai dar um produto de fundo que é similarmente difícilde remover, que vai em efeito reiniciar o problema de remoção de refugo.
Lavagem de solo esfrega o solo para remover e separar a por-ção do solo que é mais poluída. Isto reduz a quantidade de sólido que preci-sa de limpeza adicional. Lavagem de solo sozinha pode não ser suficientepara limpar solo poluído. Deste modo, ela é freqüentemente usada com ou-tros métodos que facilitam e completam a lavagem. Agentes químicos ten-dem a grudar ou absorver alguns tipos de solo mais do que outros. Por e-xemplo, agentes químicos absorvem mais sólidos de grão fino (tamanho departícula menor do que cerca de 100 mesh) tal como limo e argila conformecomparado com sólidos em grão grande/grosso (tamanho de partícula maiordo que cerca de 100 mesh) tal como areia e cascalho. O limo e argila, porsua vez, tendem a grudar na areia e cascalho. Lavagem de solo ajuda a se-parar o limo e argila de sólidos de limpeza, de grão grande. Métodos atuaisde lavagem de solo funcionam bem quando o sólido contém uma razão mui-to maior de sólidos de grão grande para sólidos de grão fino. Lavagem desolo pode limpar uma variedade de agentes químicos, tal como combustí-veis, metais e pesticidas que podem absorver no solo.
Antes de usar lavagem de solo, escavação de solo da área polu-ída é peneirada para remover objetos grandes, tal como pedras e restos.O sólido peneirado é posto em uma máquina chamada unidade de esfrega-ção. Água e algumas vezes detergentes são adicionados ao solo poluído naunidade de esfregação. A mistura de solo e água é passada por peneiras,lâminas de mistura e sprays de água. Isto lava e separa o limo e argila desolo de grão maior. Um pouco da poluição pode dissolver na água ou flutuarpara o alto. A água de lavagem poluída é removida e então limpa em umainstalação de tratamento. A água de limpeza pode então ser reutilizada naunidade de esfregação ou descarregada.
O limo e a argila, que contêm a maioria da poluição, são testa-dos quanto a agentes químicos. Algumas vezes toda a poluição é removidana água de lavagem, mas freqüentemente o limo e a argila precisam de Iim-peza adicional. O limo e a argila podem ser lavados novamente na unidadede esfregação ou limpos usando outro método tal como biorremediação oudessorção térmica. Outra opção é descartar os sólidos poluídos em um de-pósito de lixo.
A areia e o cascalho que sedimentam no fundo da unidade deesfregação são também testados quanto a agentes químicos. Se a areia e ocascalho estiverem limpos, eles podem ser retornados para o sítio de ori-gem. Se poluição ainda estiver presente, eles são lavados novamente naunidade de esfregação. Se necessário, outro método é usado para comple-tar o processo de limpeza.
Lavagem de solo é geralmente realizada no sítio. Isto evita osriscos envolvidos com transporte de solo poluído do sítio para a instalaçãode limpeza. Durante a escavação e limpeza, equipamento de controle dapoluição do ar pode cuidar do pó e outros problemas de poluição do ar po-tenciais. Agentes químicos são raramente liberados da unidade de esfrega-ção para o ar. No entanto, o ar pode ser testado no sítio para assegurar queagentes químicos não sejam liberados em quantidades perigosas. O solo étambém submetido a teste para assegurar que ele seja limpo antes de serposto de volta no sítio. Quando apropriadamente planejada e operada, lava-gem de solo pode ser bastante segura.
A maior vantagem de lavagem de solo é que ela reduz a quanti-dade de solo que precisa de limpeza adicional. Esta redução pode diminuir ocusto de limpeza e o custo de descarte de material poluído. Lavagem de so-lo pode remover muitos tipos de poluição. No entanto, métodos atuais delavagem de solo são geralmente não muito eficazes em custo em sólidoscom uma grande quantidade de limo ou argila. Ainda, métodos atuais de la-vagem de solo não são ótimos e podem não remover todos os contaminan-tes de sólidos com uma grande quantidade de limo ou argila. Além disso,métodos atuais podem resultar em uma grande quantidade de água de refu-go que requer tratamento adicional ou descarte como refugo. Deste modo,há a necessidade na técnica de um método mais eficaz e ambientalmenteamigável de lavagem de solo.
Sumário da Invenção
As modalidades que seguem e seus aspectos são descritos eilustrados em conjunto com composições e métodos que pretendem ser e-xemplares e ilustrativos, não Iimitantes em escopo.
A presente invenção descreve métodos de remoção de contami-nante e remediação utilizando hidroescavação em combinação com solven-tes e/ou micróbios benéficos.
Algumas modalidades provêem métodos para remediação desolo compreendendo adição de um solvente ao solo; esfregação do solo;criação de uma pasta fluida; permitir que a pasta fluida sedimente e se sepa-re em pelo menos duas camadas; e remoção de pelo menos uma das ca-madas, em que uma camada de fundo resultante da sedimentação e da se-paração compreende solo remediado.
Em uma modalidade, o método compreende ainda remoção dosolo a ser remediado através de hidroescavação. Em outra modalidade, osólido compreende solo grosso e solo fino e o método compreende aindaremoção de solo grosso. Em outra modalidade, o método compreende aindamistura do solo em um misturador de alta pressão com o solvente. Em outramodalidade, mistura do solo no misturador de alta pressão pode compreen-der medição e mistura continuamente do solo com o solvente. Em outra mo-dalidade, o método compreende ainda adição de micróbios benéficos ao so-lo e/ou ao solvente.
Em uma modalidade, o solo contém um contaminante. Em outramodalidade, o contaminante pode ser patógenos vivos, arsênico, metais emlixo; metil butil éter terciário (MTBE), material baseado em hidrocarbono ousuas combinações. Em outra modalidade, o material baseado em hidrocar-bono pode ser óleo bruto, graxa, gasolina, combustível diesel, óleo combus-tível ou suas combinações.
Em uma modalidade, o solvente pode compreender uma com-posição desengordurante. Em outra modalidade, a composição desengordu-rante pode compreender silicato de sódio. Em outra modalidade, a composi-ção desengordurante pode compreender ainda farinha de soja, farinha deIignina e/ou pectina cítrica.
Em outra modalidade, esfregação do solo pode compreenderpassar uma mistura de solo e água compreendendo o solvente através depeneiras, lâminas de misturação e/ou sprays de água. Em outra modalidade,a pasta fluida pode se separar em pelo menos três camadas, uma camadade topo compreendendo um material de base de hidrocarbono, uma camadamédia compreendendo o solvente e a camada de fundo compreendendo osolo remediado, e o método pode compreender ainda remoção da camadade topo para processamento adicional para recuperar óleo útil do material debase de hidrocarbono; e remoção da camada média para reutilização oudescarte.
Uma modalidade adicional da presente invenção provê um mé-todo para remediação do solo compreendendo remoção do solo compreen-dendo solo grosso e solo fino através de hidroescavação; adição de um sol-vente ao solo; esfregação do solo; remoção do solo grosso; mistura do solofino em um misturador de alta pressão deste modo criando uma pasta fluida;permitir que a pasta fluida sedimente e se separe em pelo menos três cama-das, em que a camada de topo compreende um material baseado em hidro-carbono, uma camada média compreende o solvente e uma camada de fun-do resultando da sedimentação e da separação compreende o solo remedi-ado; e remoção da camada de fundo compreendendo o solo remediado. Emuma modalidade, o método pode compreender ainda adição de micróbiosbenéficos ao solo e/ou ao solvente.
Outras modalidades da presente invenção compreendem méto-dos de remediação de materiais com contaminantes à base de hidrocarbono.Em uma modalidade, o método compreende remoção dos materiais atravésde hidroescavação; adição de uma composição desengordurante; criação deuma pasta fluida; permitir que a pasta fluida sedimente e se separe em pelomenos duas camadas; e extração de pelo menos uma de pelo menos duascamadas, em que a pelo menos uma camada compreende material remedi-ado. Em uma modalidade, a composição desengordurante pode compreen-der silicato de sódio. Em outra modalidade, a composição desengordurantepode compreender ainda farinha de soja, farinha de Iignina e/ou pectina cítri-ca. Em uma modalidade, a composição desengordurante pode ser adiciona-da à água que é utilizada por um hidroescavador. Em uma modalidade alter-nativa, o método pode compreender ainda adição de micróbios benéficos.
Outras características e vantagens da invenção se tornarão apa-rentes a partir da descrição detalhada que segue, tomada em conjunto comos desenhos acompanhantes que ilustram, a título de exemplo, várias carac-terísticas de modalidades da invenção.Breve Descrição das Figuras
Modalidades exemplares são ilustradas nas figuras referidas. Épretendido que as modalidades e figuras reveladas aqui sejam consideradasilustrativas ao invés de restritivas.
A figura 1 mostra um fluxograma de um método de acordo comuma modalidade da presente invenção.
A figura 2 mostra um diagrama esquemático de uma mistura dealta pressão que pode ser usada com várias modalidades da presente invenção.
Descrição da Invenção
Todas as referências citadas aqui são incorporadas a título dereferência em sua totalidade como se integralmente apresentada. A menosque de outro modo definido, termos técnicos e científicos usados aqui têm omesmo significado que geralmente compreendido por uma pessoa versadana técnica à qual a presente invenção pertence. Singleton et al., Dictionaryof Microbioiogy and Molecular Biology, 3à Ed., J. Wiley & Sons (Nova York,NY 2001) e March, Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanismsand Structure, 5a ed., J. Wiley & Sons (Nova York, NY 2001) provêem umversado na técnica com uma orientação geral para muitos dos termos usa-dos no presente pedido.
Um versado na técnica vai reconhecer muitos métodos e materi-ais similares ou equivalentes àqueles descritos aqui, que poderiam ser usa-dos na prática da presente invenção. Na verdade, a presente invenção não éde modo algum limitada aos métodos e materiais descritos. Para propósitosda presente invenção, os termos que seguem são definidos abaixo.
"Antibióticos" conforme aqui usado refere-se a uma substânciaque mata ou diminui o crescimento de bactérias. Antibióticos podem ser de-rivados de organismos vivos ou eles podem ser sintéticos.
"Biorremediação" conforme aqui usado refere-se ao uso de mi-cróbios ou suas enzimas para diminuir a concentração de contaminantes, talcomo compostos baseados em hidrocarbono, em uma amostra em um am-biente. Exemplos de amostras incluem, mas não estão limitados a, solo ouágua que contêm contaminantes. A amostra pode ser remediada enquantopresente no ambiente, ou remediada antes de ser introduzida ou reintroduzi-da no ambiente. A concentração de um contaminante pode ser diminuídaatravés de técnicas, incluindo, mas não limitado a, digestão, dissolução,quebra, remoção, decomposição ou degradação do composto.
"Micróbio benéfico" conforme aqui usado refere-se a microorga-nismos que têm capacidades de dar propriedades benéficas ao ambiente."Capacidades benéficas" incluem, mas não estão limitadas a, habilidade dedigerir, dissolver, quebrar, remover, decompor, degradar ou matar contami-nantes. Exemplos de contaminantes incluem, mas não estão limitados a,patógenos vivos, arsênico, metais em lixos, metil butil éter terciário ("MT-BE"), material de refugo e material baseado em hidrocarbono, tal como óleo.Exemplos de tais micróbios incluem, mas não estão limitados a, bactérias,fungos, leveduras e algas.
"Probióticos" conforme aqui usado refere-se a bactérias ou leve-duras benéficas. Exemplos de probióticos incluem, mas não estão limitadosa, Bifidobacterium, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobac-terium infantis, Bifidobacterium longum, Lactobaeilius, Lactobacillus acidophi-lus, Lactobaeilius bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum,Lactobaeilius rhamnosus, Lactobaeilius GG, Streptococcus thermophilus,Enterococcus e Saccharomyces boulardii.
"Composição desengordurante" conforme aqui usado refere-se acomposições orgânicas ou inorgânicas que são capazes de dissolver, que-brar, remover, decompor ou degradar substâncias baseadas em hidrocarbo-no. A composição desengordurante pode existir como um sólido, líquido ougás. Em várias modalidades, a composição desengordurante pode compre-ender um ou mais do que segue: farinha de soja, farinha de lignina, pectinacítrica e silicato de sódio.
"Solvente" conforme aqui usado refere-se a qualquer composi-ção capaz de dissolver ou dispersar uma ou mais outras substâncias. O sol-vente usado em várias modalidades da presente invenção pode compreen-der um ou mais do que segue: uma composição desengordurante, silicato desódio, uma composição conforme descrito na Patente U.S. N9 5.306.351 euma solução de dispersão conforme descrito na Patente U.S. N9 5.306.351.
"Tratar", "tratando" ou "tratamento" conforme aqui usado refere-se a um processo em que o objetivo é diminuir a concentração de um con-taminante, por exemplo, através de digestão, dissolução, quebra, remoção,decomposição, degradação ou morte do contaminante, mesmo se o trata-mento for por fim mal-sucedido.
A presente invenção descreve métodos de remoção de contami-nante e remediação utilizando hidroescavação em combinação com solven-tes e/ou micróbios benéficos.
Várias modalidades da presente invenção são úteis para limpezade solo incluindo, mas não limitado, a pedra, cascalho, areia, limo e argilacom contaminantes tal como patógenos vivos, arsênico, metais em lixo, MT-BE, material de refugo e material baseado em hidrocarbono; por exemplo,óleo bruto, graxa, produtos de petróleo tal como gasolina, combustível diesele óleo combustível. A contaminação pode ser um resultado de, por exemplo,respingos de óleo, rompimentos de oleoduto, vazamento de tanques decombustível, operações industriais e similar.
Modalidades da presente invenção podem compreender uma oumais das etapas que seguem em qualquer ordem desejada conforme mos-trado na Figura 1. Na etapa 101, hidroescavação é usada para remover osolo que contém contaminantes. Na etapa 102, o solo removido sofre esfre-gação primária. Na etapa 108, solo mais grosso pode ser removido apósesfregação primária. Na etapa 103, mistura de alta pressão é realizada nosolo ou no solo mais fino então gerando uma pasta fluida. Na etapa 104, apasta fluida é deixada sedimentar e se separar. Na etapa 109, o óleo podeser removido da camada de topo e ser recuperado na etapa 110 através detratamento e/ou processamento adicional. Na etapa 111, o solvente pode serremovido da camada média e pode ser reutilizado na etapa 112. Na etapa105, o solo ou o solo mais fino pode ser removido da camada de fundo e naetapa 106 micróbios benéficos podem ser adicionados ao solo ou ao solomais fio e então retornado para o sítio de escavação na etapa 107. Alternati-vãmente, na etapa 107, o solo ou o solo mais fino pode ser retornado para osítio de escavação sem a adição de micróbios benéficos. Em uma modalida-de alternativa adicional, o sólido ou o sólido mais fino pode ser usado paraqualquer outro propósito como será prontamente compreendido por aquelesversados na técnica: por exemplo, para Iand farming.
A adição de solvente e/ou micróbios pode ser realizada duranteuma ou mais etapas; por exemplo, durante hidroescavação, esfregação pri-mária e mistura com alta pressão.
O solvente usado em conjunto com várias modalidades da pre-sente invenção pode ser um solvente com capacidades desengordurantes.Um solvente com capacidades desengordurantes pode compreender umacomposição desengordurante. Um exemplo de uma composição desengor-durante pode ser encontrado na Patente U.S. Nq 5.306.351, "Waste Oil Re-moval Composition and Method" que é incorporada aqui a título de referên-cia em sua totalidade como se integralmente apresentada. Alternativamente,o solvente pode compreender silicato de sódio. Outros exemplos de solven-tes com capacidades desengordurantes serão prontamente identificados ecompreendidos por aqueles versados na técnica.
Compostos e tecnologia desengordurantes (tal como aquelesdescritos na Patente U.S. Ne 5.306.351) encontraram usos comerciais. Porexemplo, certas leis estaduais requerem que tanques de armazenamento deóleo sejam periodicamente esvaziados e inspecionados quanto a vazamen-tos. Um aspecto difícil neste processo de inspeção é a remoção de lodo deóleo bruto acumulado geralmente referida como "fundos de tanque". O lodosemi-sólido e sólido é geralmente classificado como materiais de refugo pe-rigosos, que devem ser removidos e descartados como tal. O processo deremoção é tipicamente intensivo em tempo, trabalho e transporte, resultandoem custos significantes aos donos de tanque. Os fundos de tanque classifi-cados como refugo perigoso devem ser transportados para um sítio de des-carte de refugo perigoso de "Classe 1" em que taxas de entrada são cobra-das para esvaziamento e limpeza dos caminhões a vácuo. Taxas de manu-seamento e processamento são cobradas pelos operadores do sítio de des-carte. Ainda, tecnologias de limpeza comuns tipicamente aumentam o volu-me total de material de refugo em 100% a 300% na forma de vapor conden-sado e/ou cutter stock tal como combustível diesel. Em contraste, a tecnolo-gia desengordurante descrita na Patente U.S. N9 5.306.351 aumenta o vo- lume total do material de refugo em apenas 15% a 25%. Ainda, lodo de óleode refugo pode ser processado no sítio de limpeza para separar o óleo reuti-lizável de pedras e sólidos granulares capturados durante a fase de perfura-ção. O óleo bruto recuperado então se torna um produto final valioso ao in-vés de um produto de refugo caro.
Micróbios benéficos, tal como probióticos, bactérias, fungos, le-vedura e algas podem ser usados para digerir, dissolver, quebrar, remover,decompor, degradar e/ou matar contaminantes, incluindo material de refugobaseado em hidrocarbono, tal como óleo. WMI-2000, fabricado e distribuídopela WMI International, Inc. (Houston, TX), é um exemplo, de micróbios be- néficos que podem ser usados. WMI-2000 é um agente de biorremediaçãolistado no National Oil and Hazardous Substances Pollution ContingencyPlan (NCP) Schedule. Outros agentes de biorremediação que aparecem noNCP Schedule podem ser também usados. Exemplos adicionais do uso demicróbios benéficos podem ser encontrados nas, por exemplo, Patentes U.S. Nes 6.884.301 ("Biological Cleaning System Comprising Microbes forDigesting Oils and/or Greases"), 6.787.034 ("Compositions for RemovingHydrocarbons and Halogenated Hydrocarbon from Contaminated Environ-ments") e 6.746.180 ("Remediation of Contaminants Including Low Bioavai-lability Hydrocarbons"). Um versado na técnica vai reconhecer usos e fontes adicionais de micróbios benéficos para digerir, dissolver, quebrar, remover,decompor, degradar e/ou matar contaminantes, incluindo material de refugobaseado em hidrocarbono, tal como óleo. Em modalidades alternativas dapresente invenção, qualquer micróbio benéfico único ou uma combinação demicróbios benéficos pode ser usado.
Hidroescavacão com Solventes
Hidroescavação é um método de escavação com água, utilizan-do água pressurizada e processos a vácuo para escavar um buraco ou umaárea. Hidroescavação reduz o risco de dano a infra-estruturas subterrâneasexistentes, tal como cabos de fibra óptica, tubulações de esgoto, linhas degás perigosas ou linhas de processo. Ainda, hidroescavação permite queoperadores escavem em áreas restritas em que equipamento fora-de-estrada não pode ser utilizado, tal como argila, piso congelado, terreno ro-choso e superfícies sob concreto. Durante escavação, água pressurizada(por exemplo, de a partir de cerca de 13789,52 a cerca de 55158,08 kPa(2.000 a cerca de 8.000 psi) pode ser usar para penetrar a área alvo, tal co-mo solo, argila, piso congelado, terreno rochoso, superfícies abaixo do con-creto, tanques de óleo, tambores de óleo, poços de óleo e reservatórios deóleo. Um versado na técnica vai prontamente reconhecer a pressão apropri-ada para a água ou solução usada. Em modalidades particulares, certaspressões podem ser úteis, por exemplo, (1) para remoção de lama de umasuperfície, pressões de até 34473,8 kPa (5000 psi), e, em particular pres-sões de cerca de 13789,52 a cerca de 27579,04 kPa (2000 a cerca de 4000psi) e pressões de cerca de 20684,28 (3000 a cerca de 4000 psi); e (2) parafluidização de poços ou reservatórios de óleo, pressões de até cerca de27579,04 a cerca de 48263,32 kPa (4000 a cerca de 7000 psi) e cerca de27579,04 a cerca de 55158,06 kPa (4000 a cerca de 8000 psi), respectiva-mente. A pasta fluida resultante, tal como mistura de água e solo, é aspiradapara cima e pode ser jogada fora no ou fora do sítio. Se a pasta fluida conti-ver contaminantes, ela pode ser também recolocada em um depósito de lixoaprovado pela EPA. Deste modo, várias modalidades da presente invençãoprovêem remediação do solo contaminado. Modalidades adicionais incluem fluidização e escavação de po-ços de petróleo. Poços de petróleo podem conter óleos brutos sólidos e de-sidratados. Em uma modalidade, o equipamento de hidroescavação podeinjetar água em cerca de 75,7 a cerca de 113,55 l/min (20 a cerca de 30 ga-lões por minuto) e pressões de cerca de 27579,04 a cerca de 48263,32 kPa(4000 a cerca de 7000 psi). Isto pode ser feito em temperaturas ambiente. Apasta fluida resultante pode ser aspirada a vácuo e transportada para umsistema de recuperação de óleo.Outra modalidade inclui fluidização e escavação de reservatóriode óleo. Este processo pode ser realizado por caminhões especialmenteequipados. Os caminhões especialmente equipados têm componentes es-tendidos para entrar em contato com e fluidizar o reservatório. O equipamen-to de hidroescavação pode injetar a água em pressões de cerca de27579,04 a cerca de 55158,08 kPa (4000 a cerca de 8000 psi) a cerca de20% do volume. Isto pode ser feito em temperatura ambiente. A pasta fluidaresultante pode ser aspirada a vácuo e transportada para um sistema derecuperação de óleo.
Modalidades adicionais podem utilizar robôs para realizar qual-quer uma das operações acima mencionadas. Os robôs podem ser hidrauli-camente acionados e podem ter a habilidade de movimentação para qual-quer e todas as direções. Os robôs podem ter um componente de fluidizaçãopara injetar as composições da invenção, e um componente de aspiração avácuo para bombear a pasta fluida resultante.
Em várias aplicações, um solvente é adicionado à água utilizadapelo equipamento de hidroescavação. O solvente pode ser um solvente comcapacidades desengordurantes. Um solvente com capacidades desengordu-rantes pode compreender uma composição desengordurante. Em uma mo·dalidade o solvente compreende uma composição ou solução de dispersãoconforme descrito na Patente U.S. N- 5.306.351. Em outra modalidade, osolvente compreende silicato de sódio. O uso de um solvente para remoçãode óleo em conjunto com hidroescavação pode permitir tratamento e remo-ção simultâneos das áreas ou substâncias alvo, tal como solo, argila, piso congelado, terreno rochoso, área por baixo de superfícies de concreto, tan-ques de óleo, tambores de óleo, poços de óleo e reservatórios de óleo. Oequipamento de hidroescavação põe o solvente em contato com a área alvo,tal como solo, que cria uma mistura do tipo pasta fluida. O equipamento dehidroescavação também aspira com vácuo mistura do tipo pasta fluida pararemovê-la para separação dos componentes da mistura no sítio, em trânsitoou fora do sítio. Tecnologia desengordurante pode ser também utilizada paraseparar componentes diferentes de uma mistura que é aspirada a vácuo pe-lo equipamento de hidroescavação. Em aplicações adicionais do processo, oóleo pode ser recuperado e reutilizado.
Uma solução de dispersão é descrita pela Patente U.S. N95.306.351. Soluções de dispersão alternativas podem ser feitas de silicatode sódio e água, em concentrações variáveis. Ainda outras soluções de dis-persão podem ser feitas a partir de uma mistura de quatro componentes:farinha de soja, farinha de lignina, pectina cítrica e silicato de sódio em com-binações variáveis. Componentes adicionais tal como tensoativos não-iônicos podem ser adicionados. A solução de dispersão pode ser injetadaem uma alta pressão, conforme necessário, na massa de material. Alternati-vamente, a solução de dispersão pode ser vigorosamente misturada, usandoum processo de mistura de alta pressão, com o material contaminado a serremovido.
A solução de dispersão é baseada em água, apesar disso fazcom que o hidrocarbono se torne fluido e retarde auto-adesão. O retarda-mento de auto-adesão é suficiente para permitir remoção.
O processo de aspiração a vácuo pode ser realizado simultane-amente ou após o solvente ser posto em contato com a área alvo.
Em uma modalidade alternativa, equipamento de hidroescava-ção pode ser utilizado para penetrar na área alvo, tal como óleo, argila, pisocongelado, terrenos rochoso ou uma área por baixo de uma superfície deconcreto, com um solvente para então introduzir e pôr em contato o solventecom a área alvo. Em tais modalidades, o estágio de aspiração a vácuo dehidroescavação não precisa ser realizado.
Em outras modalidades, o solvente pode ser adicionado emqualquer um ou mais estágios do processo de hidroescavação, incluindoantes (isto é, através de introdução do solvente na água de hidroescavação),durante (isto é, através da introdução do solvente na água de hidroescava-ção substancialmente conforme ela começa a ser introduzida em uma áreaalvo) e após (isto é, como uma etapa de tratamento após solo ou outro subs-trato alvo ser removido do chão) o processo de hidroescavação. Além disso,o solvente pode ser introduzido em qualquer um ou todos os estágios acimamencionados na hidroescavação ou em série ou em paralelo. Em modalida-des adicionais, o solvente pode ser usado no local, em trânsito ou em umainstalação. Qualquer combinação desses é compreendida como estandodentro do escopo da presente invenção.
Adição de Micróbios Benéficos
Em outra modalidade, um ou mais tipos de micróbios benéficossão adicionados à água utilizada pelo equipamento de hidroescavação. Mi-cróbios benéficos são geralmente não-patogênicos, no entanto, micróbiosbenéficos patogênicos podem ser também usados.
O uso de micróbios para remoção de óleo em conjunto com hi-droescavação pode permitir tratamento e remoção simultâneos das áreas ousubstâncias alvo, tal como solo, argila, piso congelado, terreno rochoso, á-reas por baixo dé superfície de concreto, tanques de óleo, tambores de óleo,poços de óleo e reservatórios de óleo. O equipamento de hidroescavaçãopõe os micróbios para remoção de óleo em contato com a área alvo, tal co-mo solo, que cria uma mistura tipo pasta fluida. O equipamento de hidroes-cavação também aspira com vácuo mistura do tipo pasta para removê-lapara separação dos componentes da mistura no sítio, em trânsito ou fora dosítio.
Em uma modalidade adicional, um solvente e micróbios benéfi-cos são adicionados à água utilizada pelo equipamento de hidroescavação.Em uma modalidade particular, micróbios benéficos são adicionados a umasolução de dispersão para remoção de óleo, conforme descrito na PatenteU.S. N- 5.306.351, que é por sua vez utilizada pelo equipamento de hidroes-cavação.
Em uma modalidade adicional, um antibiótico pode ser tambémadicionado à água utilizada pelo equipamento de hidroescavação.
O uso de micróbios benéficos e solventes em conjunto com hi-droescavação pode permitir tratamento e remoção simultâneos das áreas ousubstâncias alvo, tal como solo, argila, piso congelado, terreno rochoso, á-reas por baixo de uma superfície de concreto, tanques de óleo, tambores deóleo, poços de óleo e reservatórios de óleo. O equipamento de hidroescava-ção põe os micróbios benéficos e solvente em contato com a área alvo, talcomo solo, que cria uma mistura do tipo pasta fluida. O equipamento de hi-droescavação também aspira a vácuo a mistura do tipo pasta fluida pararemovê-la para separação da composição da mistura no sítio, em trânsito oufora do sítio. O processo de aspiração a vácuo pode ser realizado simulta-neamente ou após os micróbios benéficos e solvente terem sido postos emcontato com a área alvo.
Em uma modalidade alternativa, equipamento de hidroescava-ção pode ser utilizado para penetrar uma área alvo, tal como solo, argila,piso congelado, terreno rochoso ou uma área por baixo de uma superfície deconcreto, com água contendo os micróbios benéficos e o solvente para en-tão introduzir e pôr em contato os micróbios benéficos e solvente com a áreaalvo. Em tais modalidades, o estágio de aspiração a vácuo da hidroescava-ção não precisa ser realizado.
Em outras modalidades, as composições (isto é, compreenden-do micróbios benéficos, um solvente ou ambos) podem ser adicionadas emqualquer um ou mais estágios do processo de hidroescavação, incluindoantes (isto é, através de introdução da composição na água de hidroescava-ção), durante (isto é, através da introdução das composições na água dehidroescavação substancialmente conforme ela está sendo introduzida emuma área alvo) e após (isto é, como uma etapa de tratamento após solo ououtro substrato alvo ser removido do chão) do processo de hidroescavação.
Além disso, as composições podem ser introduzidas em qualquer um ou to-dos os estágios acima mencionados em hidroescavação ou em série ou emparalelo. Em modalidades adicionais, as composições podem ser usadas nosítio, em trânsito ou em uma instalação. Qualquer combinação desses écompreendida como estando dentro do escopo da presente invenção.
Em uma modalidade adicional, o sólido é tratado mais atravésde um método biológico para purificação final. Micróbios benéficos podemser adicionados para descontaminar mais o solo. Várias modalidades dapresente invenção permitem remoção rápida do óleo, graxa ou combustívelcontaminante e podem deixar um pequeno resíduo do solvente, que podeser em si prontamente biodegradável e pode promover o crescimento dosmicróbios benéficos que degradam quaisquer traços residuais dos contami-nantes.
Ainda, é compreendido que este método de remediação de solopode ser condescendente à adição de outros agentes químicos, tal comosabões, tensoativos e outros materiais tendo afinidade para os contaminan-tes para os quais remoção é buscada.
Esfreqacão primária
Em várias modalidades, um solvente pode ser adicionado antese/ou durante o processo de esfregação primária. O processo de esfregaçãoprimária pode ser realizado através de qualquer método conhecido na técni-ca. Por exemplo, uma mistura de solo, água e/ou solvente é passada porpeneiras, lâminas de mistura e sprays de água. Em uma modalidade, o s-pray de água pode pulverizar o solvente. O solvente pode ser solvente comcapacidades desengordurantes. Um solvente com capacidades desengordu-rante pode compreender uma composição desengordurante. Em uma moda-lidade o solvente compreende uma composição ou solução de dispersãoconforme descrito na Patente U.S. N5 5.306.351. Em outra modalidade, osolvente compreende silicato de sódio.
Em ainda uma modalidade adicional, micróbios benéficos podemser adicionados antes e/ou durante o processo de esfregação primária.Separação de Contaminantes e Solo
O material removido pode ser posto em um tanque de sedimen-tação para permitir que o material de hidrocarbono sofra separação do sol-vente e readesão, se necessário.
Em um tanque de sedimentação, contaminantes ou materiaisinorgânicos tal como solo, areia, sujeira, limo, argila, etc, tendo uma afinida-de maior com o solvente vão sair da solução. Esta ação pode ser aumentadacom o uso de pressão maior no sítio de remoção, e/ou com o uso de agita-ção violenta antes de permitir que eles sedimentem. Devido a diferenças dedensidade, o material de hidrocarbono vai flutuar acima do solvente solúvelem água, enquanto a sujeira e contaminantes inorgânicos cairão para o fun-do do solvente. Isto permite que o solvente reja novamente retirado de umtanque de sedimentação e reciclado através do sistema a ser usado paradesalojar e transportar mais do material a ser removido.Processo de Mistura de Alta Pressão
O processo de mistura de alta pressão pode ser realizado atra-vés de qualquer método conhecido na técnica. Por exemplo, a Patente U.S.N5 3.468.322, aqui incorporada a título de referência em sua totalidade comose integralmente apresentada, provê uma descrição de um processo e apa-relho de mistura de alta pressão que podem ser usados com várias modali-dades da presente invenção.
O processo de mistura de alta pressão está continuamente me-dindo e rapidamente misturando sólido fino com um solvente. O solventepode ser um solvente com capacidades desengordurantes. Um solvente comcapacidades desengordurantes pode compreender uma composição desen-gordurante. Em uma modalidade o solvente compreende uma composiçãoou solução de dispersão conforme descrito na Patente U.S. N2 5.306.351.Em outra modalidade, o solvente compreende silicato de sódio.
O solo com solvente forma uma pasta fluida líquida. A pasta flui-da é então distribuída em uma corrente de fluxo de solvente, geralmente emuma base proporcionada. A mistura de solvente-pasta fluida é então forçadaatravés de um indutor de turbulência compreendendo um conduíte em quehá pelo menos um comprimento estendido de cadeia. De preferência, o nú-mero de cadeias deve ser suficiente para encher livremente o conduíte. Ta-xas de dispersão e dissolução boas podem ser conseguidas com cadeiasmais longas.
O processo pode ser melhor compreendido com referência àFigura 2, um fluxograma do processo e aparelho para implementação domesmo de acordo com uma modalidade da presente invenção. Na Figura 2,uma mistura T 207 é fornecida com solvente 201 por meio de uma bombacentrífuga 202 através de uma linha. A taxa de fluxo é medida com um me-didor de fluxo 203. Uma pasta fluida de solo 206 é bombeada por meio deuma bomba pistão 205 através da linha para a mistura T 207. A mistura re-sultante da confluência de solvente e pasta fluida de solo sai da mistura Tatravés da linha para um indutor de turbulência 210 compreendendo umconduíte contendo vários comprimentos de cadeias 209. Esses comprimen-tos de cadeia são fixados em uma extremidade a uma tampa 208 (headercap) no conduíte a montante da entrada da mistura de solvente e pasta flui-da. Juntos eles formam um leito de cadeia. Na extremidade de descarga doconduíte e na mistura T estão gauges de pressão 211 e 204, respectivamen-te. Bomba centrífuga 202 e bomba pistão 205 podem ser operadas em taxasrelativas para dar uma proporção desejada de solo para solvente. As setas213, 214 e 215 mostram a direção de fluxo das substâncias. A taxa de bom-beamento de pasta fluida vai, com certeza, ser dependente da concentraçãodo solo na pasta fluida. Isto pode ser qualquer quantidade que possa conve-nientemente ser fluidizada no não-solvente. Normalmente solo não vai exce-der 40 por cento em peso da pasta fluida líquida. A taxa de pressão e fluxoatravés do indutor de turbulência é mantida em um nível suficiente para dara dispersão eficaz e dissolução rápida. Quedas de pressão eficazes, entreos gauges a montante e a jusante, podem variar de acordo com o design doindutor de turbulência. Com conduítes maiores, taxas de fluxo mais altaspodem ser requeridas para dar uma queda de pressão desejada. O númerode cadeias e comprimentos dentro do indutor de turbulência e o design outamanho das ligações de cadeia também afetam a queda de pressão. Au-mento da densidade de enchimento de cadeia, isto é, aumentando do núme-ro de comprimentos de cadeia e ligações de cadeia dentro de cada compri-mento, tem uma influência positiva sobre a queda de pressão por compri-mento de unidade de indutor de turbulência. A queda de pressão total podeser também variada aumentando o comprimento do leito de cadeia dentro doindutor de turbulência. Quedas de pressão através do indutor de turbulênciade cerca de 344,74 a 1378,96 kPa (50 a 200 libras por polegada quadrada)vão dar boas taxas de dispersão e solução.
Várias modificações são possíveis dentro deste aparelho. Atra-vés da adição de conduítes cheios com cadeia, mais dispersão e misturapodem ser induzidas. Em casos em que mais queda de pressão for requeri-da, bombas adicionais podem ser adicionadas junto com conduítes.
A mistura de solvente-pasta fluida formada na mistura T é sub-metida à mistura uniforme ao longo do curso de fluxo tortuoso definido peloscomprimentos de cadeia estendidos dentro do indutor de turbulência. Quan-do da descarga do indutor de turbulência, o sistema solvente-pasta fluidasofreu mistura adequada para produzir uma boa dispersão dos sólidos semo uso de agitação severa ou de cisalhamento.
Exemplos
Os exemplos que seguem são providos para ilustrar melhor ainvenção reivindicada e não devem ser interpretados como Iimitantes do es-copo da invenção. Até o ponto que materiais específicos são mencionados,é meramente para o propósito de ilustração e não pretende limitar a inven-ção. Um versado na técnica pode desenvolver meios ou reagentes equiva-lentes sem o exercício de capacidade inventiva e sem se afastar do escopoda invenção.
Exemplo 1
Hidroescavacão de solo contaminado
O equipamento de hidroescavação utilizando um líquido é usadopara aplicar o líquido em um solo contaminado em uma alta pressão. O li-quido compreende qualquer uma ou mais das combinações que seguem: (1)uma composição desengordurante adicionada à água, (2) a composição de-sengordurante descrita na Patente U.S. N3 5.306.351 adicionada à água, (3)uma solução de dispersão para remoção de óleo descrita na Patente U.S. Nq5.306.351, (4) micróbios benéficos adicionados à água, (5) micróbios benéfi-cos e uma composição desengordurante adicionados à água, (6) micróbiosbenéficos e a composição desengordurante descrita na Patente U.S. No5.306.351 adicionados à água, (7) micróbios benéficos e uma solução dedispersão para remoção de óleo descrita na Patente U.S. N9 5.306.351, (8)silicato de sódio adicionado à água e (9) antibióticos. O equipamento de hi-droescavação aspira a vácuo a pasta fluida contaminada para um comparti-mento para separação, tal como um trailer de separação. No trailer de sepa-ração, a pasta fluida é separada em camadas contendo o contaminante, talcomo óleo (isto é, camada de topo), o líquido (isto é, a camada média) e osolo (isto é, a camada de fundo). Um versado na técnica vai prontamentecompreender que a pasta fluida pode ser separada em mais de três cama-das. O contaminante, tal como óleo, é removido do topo; o líquido pode serreutilizado; e o solo pode ser retornado para seu ambiente original. O pro-cesso de separação pode ser realizado no sítio, em trânsito ou fora do sítio.
Alternativamente, uma composição compreendendo micróbiosbenéficos, uma composição desengordurante ou ambos pode ser adicionadaem qualquer um ou mais estágios do processo de hidroescavação, incluindoantes do (isto é, através da introdução da composição na água de hidroes-cavação), durante (isto é, através da introdução da composição na água dehidroescavação substancialmente conforme ela está sendo introduzida emuma área alvo) é após (isto é, como uma etapa de tratamento após solo ououtro substrato alvo ser removido do chão) processo de hidroescavação.Além disso, a composição pode ser introduzida em qualquer um e todos osestágios acima mencionados em hidroescavação ou em série ou em parale-lo. Em modalidades adicionais, as composições podem ser usadas no sítioou em uma instalação. Qualquer combinação desses é compreendida comoestando dentro do escopo da presente invenção.Exemplo 2
Uma solução de dispersão da Patente U.S. N9 5.306.351 é inje-tada no poço de óleo em uma pressão de cerca de 27579,04 a cerca de48263,32 kPa (4000 a cerca de 7000 psi) em temperatura ambiente. A pastafluida resultante é aspirada a vácuo e transportada para um sistema de re-cuperação de óleo. Em uma aplicação em fluidização de reservatórios deóleo, este processo é realizado por caminhões especialmente equipados. Oscaminhões especialmente equipados têm componentes estendidos para a-tingir e fluidizar o reservatório. As composições da invenção são injetadasem pressões de cerca de 27579,04 a cerca de 55158,08 kPa (4000 a cercade 8000 psi) em cerca de 20% do volume em temperatura ambiente. A pastafluida resultante é aspirada a vácuo e transportada para um sistema de re-cuperação de óleo.Exemplo 3
Mistura de lodo, lama de perfuração, sujeira e/ou restos sofreesfregação primária com o uso de uma solução de dispersão da PatenteU.S. Nq 5.306.351. Partículas de solo grossas são removidas. Uma soluçãode dispersão da Patente U.S. N- 5.306.351 e/ou micróbios benéficos é mis-turada com as partículas de solo finas em um processo de mistura de altapressão. A mistura sofre sedimentação e separação em um tanque separa-do. O óleo do topo é removido e recuperado para uso. A solução de disper-são é retirada e pode ser reutilizada. As partículas de solo finas podem serretornadas para o lugar de origem. Micróbios benéficos podem ser adiciona-dos às partículas de solo finas antes, durante transporte ou após o solo serretornado para o lugar de origem.
Embora a descrição acima se refira a modalidades particularesda presente invenção, deve ser prontamente aparente às pessoas versadasna técnica que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do seuespírito. As reivindicações acompanhantes pretendem cobrir todas tais modi-ficações que se encaixarem nos verdadeiros espírito e escopo da invenção.As modalidades aqui reveladas devem, então, ser consideradas em todos osaspectos como ilustrativas e não restritivas, o escopo da invenção sendoindicado pelas reivindicações apensas ao invés da descrição acima. Todasas mudanças que estiverem dentro do sentido de e faixa de equivalência dasreivindicações pretendem ser compreendidas aqui.
Claims (21)
1. Processo para remediação de solo compreendendo:adição de um solvente ao solo;esfregação do solo;criação de uma pasta fluida;permitir que a pasta fluida sedimente e se separa em pelo me-nos duas camadas; eremoção de pelo menos uma das camadas,em que uma camada inferior resultando da sedimentação e daseparação compreende solo remediado.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a -inda remoção do solo a ser remediado através de hidroescavação.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o solo com-preende solo grosso e solo fino e o método compreende ainda remoção dosolo grosso.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a-inda mistura do solo em um misturador de alta pressão com o solvente.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, em que a mistura dosolo no misturador de alta pressão compreende contagem e mistura contí-nuas do solo com o solvente.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a-dição de micróbios benéficos ao solo e/ou ao solvente.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o solo con-tém um contaminante.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o contami-nante é selecionado do grupo consistindo em patógenos vivos, arsênico,metais em lixos, metil butil éter terciário (MTBE), material baseado em hidro-carbono e suas combinações.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, em que o materialbaseado em hidrocarbono é selecionado do grupo consistindo em óleo bruto,gordura, gasolina, combustível diesel, óleo combustível e suas combinações.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o solventecompreende uma composição desengordurante.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, em que a compo-sição desengordurante compreende silicato de sódio.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que a compo-sição desengordurante compreende ainda farinha de soja, farinha de Iigninae/ou pectina cítrica.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, em que esfrega-mento do solo compreende passar uma mistura de solo e água compreen-dendo o solvente através de peneiras, lâminas de mistura e/ou pulverizado-resdeágua.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a pastafluida se separa em pelo menos três camadas, uma camada superior com-preendendo um material baseado em hidrocarbono, uma camada médiacompreendendo o solvente e a camada inferior compreendendo o solo re-mediado, e o método compreende ainda:remoção da camada superior para processamento adicional pararecuperar óleo útil do material baseado em hidrocarbono; eremoção da camada média para reutilização e descarte.
15. Método de remediação de materiais com contaminantes ba-seados em hidrocarbono compreendendo:remoção dos materiais através de hidroescavação;adição de uma composição desengordurante;criação de uma pasta fluida;Permitir que a pasta fluida sedimente e se separe em pelo me-nos duas camadas; eextração de pelo menos uma das pelo menos duas camadas,em que pelo menos uma camada compreende material remedi-ado.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, em que a compo-sição desengordurante compreende silicato de sódio.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, em que a compo-sição desengordurante compreende ainda farinha de soja, farinha de Iigninae/ou pectina cítrica.
18. Método de acordo com a reivindicação 15, em que a compo-sição desengordurante é adicionada à água que é utilizada por um hidroes-cavador.
19. Método de acordo com a reivindicação 15, compreendendoainda adição de micróbios benéficos.
20. Método para remediação de solo compreendendo:remoção do solo compreendendo solo grosso e solo fino atravésde hidroescavação;adição de um solvente ao solo;esfregamento do solo;remoção do solo grosso;mistúra do solo fino em um misturador de alta pressão dessemodo criando uma pasta fluida;permitir que a pasta sedimente e se separe em pelo menos trêscamadas, em que uma camada superior compreende um material baseadoem hidrocarbono, uma camada média compreende o solvente e uma cama-da inferior resultante da sedimentação e da separação compreende o soloremediado; eremoção da camada inferior compreendendo o solo remediado.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, em que o métodocompreende ainda adição de micróbios benéficos ao solo e/ou ao solvente.
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