Oxidação química e eletrocinese na remediação de LNAPL em latossolo vermelho
Data
2016-08-11
Autores
Silveira, Lilian Puerta Machado 
Orientadores
Freitas, Juliana Gardenalli de
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Resumo
Recently, the combination of technologies (termed ?treatment trains?) has been used for remediation of complex contaminated sites, such as when the aquifer is heterogeneous, has low hydraulic conductivity, excess of organic matter and/or presence of different contaminants. In this context, the technologies of chemical oxidation and electrokinetics are being tested in combination aiming to increase the remediation´s efficiency. To test these two tecniques for LNAPL remediation, individually and combined, 15 tests were conducted in a two-dimensional model. Persulfate injection was simulated with different concentrations within the saturated zone and the capillary fringe, with and without electrokinetics application. An inert media (glass beads) and a reactive media (typic hapludox) were used. The results indicated that the difference in solute transport between the saturated zone and the cappillary fringe is only at the plume velocity, which is lower in the capillary fringe because the pores are not 100% saturated, reducing the hydraulic conductivity. It was verified that persulfate concentration affects its vertical migration as a function of the density of the oxidant and, therefore, this can be manipulated according to the goal of the LNAPL or DNAPL remediation. The tests with electrockinetics indicated that due to electromigration, the combined techniques may potentially transport solute to the areas of interest, accelerate the migration and reduce dispersion, driving the solute transport. It was also verified that this tecnique can be applied in a variety of soils, not only clayey soils, as long as the electrolyte has sufficient electric conductivity. In LNAPL remediation concentrations decreased in the dissolved, the sorbed and the free phase, with both isolated and associated techniques. However, chemical oxidation promoted the greatest degradation. Electrokinetics was capable of desorbing toluene from the soil and promoting its transport towards the cathode by electroosmosis. The main pollutant degradation processes were identified, although the mass balance indicated that other unknown processes might have occurred. The tests demonstrated that the remediation tecniques can alter some physical properties such as hidraulic conductivity by chemical oxidation and clay dispersion and soil consolidation by the electrokinetics. When the tecniques were associated those effects were even more significant. With respect to the chemical properties of the media, it was noticed changes in the predominant charge on the soil surface, pH decrease, mineral dissolution, organic matter degradation and change in the cation composition in the soil surface. These changes were more significant in the saturated zone test when compared to the capillary fringe test, and in the electrokinetics compared to the chemical oxidation. These results show the need to perform more studies before the implementation of a remedition tecnique, so that it is applied in the best way and it is possible to predict the negative effects and, when possible minimize them.
A combinação de tecnologias tem sido utilizada para remediação de áreas de contaminação complexa como, por exemplo, quando o aquífero está inserido em uma matriz heterogênea, possui baixa condutividade hidráulica, excesso de matéria orgânica e/ou presença de diversos contaminantes. Dentro deste contexto, as tecnologias de oxidação química e eletrocinese vêm sendo testadas em conjunto com objetivo de aumentar a eficiência da remediação. Buscando testar estas duas técnicas para remediação de LNAPLs, individualmente e combinadas, foram realizados 15 testes em um modelo bidimensional. Foi simulada a injeção do oxidante persulfato com concentrações e composições variadas, na zona saturada e franja capilar, com e sem a aplicação da eletrocinese. Foram usados um meio não reativo (Esferas de Vidro) e um reativo (Latossolo Vermelho). Os resultados apontaram que a diferença na zona saturada e na franja capilar no transporte dos solutos ocorre somente na velocidade de migração das plumas, que é menor na franja capilar devido aos poros não serem 100% saturados, o que reduz a condutividade hidráulica. Verificou-se que a concentração do persulfato afeta a migração vertical em função da densidade do oxidante e que esta pode ser manipulada para atender aos objetivos de remediação de LNAPL ou DNAPL. Os ensaios com a eletrocinese indicaram que devido à eletromigração há potencial na combinação das técnicas para transportar os solutos para as regiões de interesse, acelerar a migração e ainda reduzir a sua dispersão direcionando o transporte do soluto. Também foi verificado que esta técnica pode ser utilizada em diversos tipos de solo, não apenas os argilosos, desde que o eletrólito apresente condutividade elétrica suficiente. Na remediação de LNAPL observou-se decréscimo das concentrações em fase dissolvida, sorvida e de produto em fase separada, tanto com as duas técnicas sozinhas quanto associadas. Contudo, a oxidação química foi a que apresentou a maior degradação. A eletrocinese demonstrou capacidade para dessorver o tolueno do solo e provocar seu transporte na direção do catodo via eletroosmose. Foi possível apontar os principais processos de degradação dos contaminantes, porém, de acordo com o balanço de massa realizado, podem existir outros processos que não foram medidos auxiliando na redução das concentrações. Os testes demonstraram que as técnicas de remediação podem alterar propriedades físicas, tais como a condutividade hidráulica no caso da oxidação química e, no caso da eletrocinese, dispersão da argila e consolidação do solo. Quando estas técnicas foram associadas estes efeitos se tornaram ainda mais expressivos. Quanto às condições químicas do meio, verificou-se alteração na carga predominante na superfície do solo, redução do pH, dissolução de minerais, degradação da matéria orgânica e alteração na composição de cátions presentes na superfície do solo. Essas alterações foram mais expressivas no teste realizado na zona saturada quando comparada à franja capilar e na eletrocinese quando comparada à oxidação química. Tais resultados demonstram a necessidade de realizar mais estudos previamente à implantação de uma técnica de remediação, para que seja aplicada da melhor forma e seja possível prever os efeitos negativos e, quando possível minimizá-los.
A combinação de tecnologias tem sido utilizada para remediação de áreas de contaminação complexa como, por exemplo, quando o aquífero está inserido em uma matriz heterogênea, possui baixa condutividade hidráulica, excesso de matéria orgânica e/ou presença de diversos contaminantes. Dentro deste contexto, as tecnologias de oxidação química e eletrocinese vêm sendo testadas em conjunto com objetivo de aumentar a eficiência da remediação. Buscando testar estas duas técnicas para remediação de LNAPLs, individualmente e combinadas, foram realizados 15 testes em um modelo bidimensional. Foi simulada a injeção do oxidante persulfato com concentrações e composições variadas, na zona saturada e franja capilar, com e sem a aplicação da eletrocinese. Foram usados um meio não reativo (Esferas de Vidro) e um reativo (Latossolo Vermelho). Os resultados apontaram que a diferença na zona saturada e na franja capilar no transporte dos solutos ocorre somente na velocidade de migração das plumas, que é menor na franja capilar devido aos poros não serem 100% saturados, o que reduz a condutividade hidráulica. Verificou-se que a concentração do persulfato afeta a migração vertical em função da densidade do oxidante e que esta pode ser manipulada para atender aos objetivos de remediação de LNAPL ou DNAPL. Os ensaios com a eletrocinese indicaram que devido à eletromigração há potencial na combinação das técnicas para transportar os solutos para as regiões de interesse, acelerar a migração e ainda reduzir a sua dispersão direcionando o transporte do soluto. Também foi verificado que esta técnica pode ser utilizada em diversos tipos de solo, não apenas os argilosos, desde que o eletrólito apresente condutividade elétrica suficiente. Na remediação de LNAPL observou-se decréscimo das concentrações em fase dissolvida, sorvida e de produto em fase separada, tanto com as duas técnicas sozinhas quanto associadas. Contudo, a oxidação química foi a que apresentou a maior degradação. A eletrocinese demonstrou capacidade para dessorver o tolueno do solo e provocar seu transporte na direção do catodo via eletroosmose. Foi possível apontar os principais processos de degradação dos contaminantes, porém, de acordo com o balanço de massa realizado, podem existir outros processos que não foram medidos auxiliando na redução das concentrações. Os testes demonstraram que as técnicas de remediação podem alterar propriedades físicas, tais como a condutividade hidráulica no caso da oxidação química e, no caso da eletrocinese, dispersão da argila e consolidação do solo. Quando estas técnicas foram associadas estes efeitos se tornaram ainda mais expressivos. Quanto às condições químicas do meio, verificou-se alteração na carga predominante na superfície do solo, redução do pH, dissolução de minerais, degradação da matéria orgânica e alteração na composição de cátions presentes na superfície do solo. Essas alterações foram mais expressivas no teste realizado na zona saturada quando comparada à franja capilar e na eletrocinese quando comparada à oxidação química. Tais resultados demonstram a necessidade de realizar mais estudos previamente à implantação de uma técnica de remediação, para que seja aplicada da melhor forma e seja possível prever os efeitos negativos e, quando possível minimizá-los.
Descrição
Citação
SILVEIRA, Lilian Puerta Machado. Oxidação química e eletrocinese na remediação de lnapl em latossolo vermelho. 2016. 255 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Diadema, 2016.