Impacto da oxidação química por persulfato em solo tropical: avaliação em sistemas de transporte 1-D

Abstract

Recently in situ chemical oxidation (ISCO) has been a remedy of choice for sites contaminated with organic compounds. However, the impact of the chemical oxidant on soil properties and, therefore, on solute transport and remediation efficiency still lacks understanding. Thus, this work sought to evaluate the changes in soil physical properties of an Oxisol resulting from potassium persulfate oxidation. One-dimensional laboratory experiments were performed using saturated undisturbed columns. The injection of persulfate was carried out in two Oxisol columns and two another columns were used as acid and water controls, respectively. Transport parameters (longitudinal dispersity and retardation factor) and the effective porosity were obtained by fitting the breakthrough curves with an analytical solution for one-dimensional transport. During oxidation, hydraulic conductivity was monitored and pH, Eh, persulfate concentration, Al (III), Fe (II) and total iron concentration were measured. Phenol was chosen as a reactive tracer and had its retardation and decay determined before and after oxidation. Micromorphological analyses were conducted on impregnated soil blocks from control and oxidized systems as a tool of soil structure changes determination. Effective porosity did not show a significant variation after oxidation for both soil columns. Hydraulic conductivity increased on both soil columns during the first 100 h of persulfate injection. Concurrent with the breakthrough of persulfate, the pH decreased (until 3,0-3,5) and a progressive release of Al (III) was observed. Sulfuric acid injection resulted in Al (III) release eight times higher than that in oxidized columns. Water injection decreased hydraulic conductivity about one order of magnitude. Phenol mass was adsorbed in all undisturbed columns, probably due to phenol interaction with coal in Oxisol. Micromorphological analysis showed that persulfate produced alterations in poroids types distribution, which affects soil permeability and solute dispersivity. It was verified that persulfate promotes significant changes in Oxisol physical properties, which can result in transport alterations of solutes, as contaminants or remediation solutions.

A oxidação química in situ tem sido aplicada com frequência na remediação de áreas contaminadas por compostos orgânicos. O persulfato é um oxidante de uso crescente na técnica, mas os impactos deste nas propriedades dos solos tropicais e, consequentemente, no transporte de solutos e na eficiência da remediação, são pouco conhecidos. Neste sentido, buscou-se avaliar as alterações físicas de um Latossolo Vermelho (LV) resultante da oxidação com persulfato. Foram realizados experimentos de transporte em sistemas unidimensionais utilizando colunas de solo indeformado em regime saturado. A oxidação por persulfato foi realizada em duas colunas de LV e duas outras colunas foram utilizadas como controle (Controle Água e Controle Ácido). Parâmetros de transporte (como a dispersisividade longitudinal e o retardamento) e a porosidade efetiva foram obtidos pelo ajuste das curvas de ruptura de um traçador conservativo (brometo) às soluções analíticas para modelos de transporte unidimensional. Na oxidação, foi monitorada a variação da condutividade hidráulica e medidos o pH, Eh, concentração de S¬2O¬¬82-, Al (III), Fe (II) e ferro total. O fenol foi selecionado como traçador reativo e foram determinados seu retardamento (R) e decaimento (λ) antes e após a oxidação e nas duas colunas controles. Análises micromorfológicas foram utilizadas como ferramenta na determinação de alterações no solo - principalmente as estruturais - devido à oxidação. Verificou-se que a porosidade efetiva não apresentou variação significativa após a oxidação nas duas colunas de LV. A condutividade hidráulica aumentou em ambas as colunas nas primeiras 100 h de injeção de persulfato. Durante a oxidação, foi observada queda abrupta do pH (3,0-3,5) e lixiviação de Al (III). Na Coluna Controle Ácido, a injeção de ácido sulfúrico resultou em liberação máxima 8x maior de Al (III) em relação ao máximo observado na injeção de persulfato. Na Coluna Controle Água, a injeção de água sintética desaerada resultou na redução da condutividade hidráulica em uma ordem de grandeza. Parte da massa de fenol injetada nas colunas de LV ficou retida no solo, provavelmente devido a interação desse composto com carvão presente no LV. Pelas análises micromorfológicas, foi verificado que a interação do persulfato com o solo resultou na alteração da distribuição de poros, o que afetou diretamente a permeabilidade e a dispersividade na coluna de LV. Assim, verificou-se que a oxidação por persulfato provocou alterações significativas nas propriedades físicas do LV que, como consequência, podem alterar o transporte de solutos, como contaminantes ou soluções utilizadas para remediação.