Processos que ocorrem no ambiente
e pelas propriedades do meio

Degradação



Degradação Abiótica
Degradação Biótica (Biodegradação)
• Processos e Propriedades Físicas do Ambiente








Adsorção e Desorção
Difusão
Advecção
Dispersão
Dissolução e
Fase de Separação
Volatilização
Fotodegradação
Processos Físicos
 Advecção
 Dispersão


Difusão molecular
Dispersão hidrodinâmica
Advecção

Fluxo de água do solo exerce material dissolvido
• massa / área / tempo

= Fluxo de massa através da unidade de secção  advecção da
água subterrânea
• n é necessária uma vez que há fluxo, exceto nos poros
Advecção

Se esta substância for inerte, o transporte se dá à velocidade média
do solvente e na direção das linhas de fluxo.
Difusão

Movimento de massa por difusão molecular (movimento browniano)
 proporcional ao gradiente de concentração

Água Superficial

Meio poroso  geometria impõe restrições

Fator n  difusão é apenas nos poros
Difusão – Fator de Tortuosidade

Soluto  caminho tortuoso, sinuoso




poros e
redor de grãos sólidos
L = distância em linha reta
Le = caminho (efetivos) real
• τ ≈ 0,7 para areia

Fluxo da água subterrânea saturada  dispersão
domina difusão

Difusão importante (ainda dominante) no vapor de
transporte na zona não saturada.
Difusão molecular

ou dispersão mecânica

fluxos a altas velocidades de percolação  dispersão mecânica.

baixas velocidades (v < 1,6 . 10-10 m/s (Gilhan et al, 1984))
• contaminante migra através da difusão molecular.
• A substância se espalha por difusão mesmo em condições hidrostáticas (v=0).
Dispersão Mecânica
A>B>C
Vista em micro-escala (poros) → chegada A, B e C podem ser previstos
Média de caminhos A, B e C → propagação média de contaminantes
Média espacial → dispersão
TRADITIONAL VIEW OF
HYDRODYNAMIC
DISPERSION
Dispersão Hidrodinâmica
OBSERVED BROMIDE PLUME –
VERTICAL VIEW
Processos Químicos e
Bioquímicos

constituição dos solos e sedimentos
•
•
•
tamanho e composição de partículas,
estrutura do solo,
presença e tipo de matéria orgânica, etc.
Reações soluto x solo  concentração da solução
 Fração argila é a mais reativa  minerais secundários e M.O.
 fator de retardamento R
 tipos de reações


Transferência
•
•

Atenuação
•
•
•
•

Adsorção e absorção
Sorção hidrofóbica
Biodegradação
Degradação abiótica
Volatização
Decaimento radioativo
Mobilidade
•
•
•
•
Dissolução
Formação de complexos ou quelação
Co-solvência
Ionização
Sorção (Adsorção + Absorção)

Adsorção :

Substâncias aderem às partículas por forças elétrica
• substituições iônicas ou
• quebra de ligações

fração de argila
• superfície específica e
• atração de íons.

Absorção:


Retenção nos poros
Sorção Hidrofóbica
• Retenção de orgânicos
• M.O.

Partição
• contaminante  solução e M.O.
Atenuação

Precipitação
 Biodegradação
 Degradação abiótica





reações de oxidação (perda de elétrons),
redução (ganho de elétrons),
hidrólise (“quebra” de moléculas pela água) e
isomerização.
Volatização
 Decaimento radioativo
Fotodegradação
A vaporização e a condensação são
são os principais mecanismos que
A vaporização e a condensação são
são os principais mecanismos que
particionam os vapores do solo e hidrocarbonetos líquidos do petróleo
particionam os vapores do solo e hidrocarbonetos líquidos do petróleo
na subsuperfície. A fase líquida inclui NAPL (Líquido de Fase Nãona subsuperfície. A fase líquida inclui NAPL (Líquido de Fase NãoA
Aquosa)
) e soluções
l õ aquosas. Para
P
NAPL a pressão
NAPL,
ã parcial
i l de
d vapor de
d
A
Aquosa)
) e soluções
l õ aquosas. Para
P
NAPL a pressão
NAPL,
ã parcial
i l de
d vapor de
d
cada constituinte segue a Lei de Raoult. Em soluções aquosas, seguem a
cada constituinte segue a Lei de Raoult. Em soluções aquosas, seguem a
Lei de Henry.
Lei de Henry.
A equações
As
õ associadas
i d com cada
d lei
l i são
ã as seguintes:
i
A equações
As
õ associadas
i d com cada
d lei
l i são
ã as seguintes:
i
Vaporização e Condensação
Lei de Raoult: Pi = XiPiº
Lei de Raoult: Pi = XiPiº
Onde: Pi = pressão parcial do componente i acima da solução líquida
(atm); Onde: Pi = pressão parcial do componente i acima da solução líquida
(atm);
Xi= fração em mol do componente i na solução líquida
líquida (mol/mol);
X
=
fração
em
mol
do
componente
i
na
solução
líquida (mol/mol);
líquida
i
Piº = pressão de vapor do componente puro i (atm).
Piº = pressão de vapor do componente puro i (atm).
Lei de Henry:
y Pi = HiCi
Lei de Henry:
y Pi = HiCi
Onde: Hi = constante da Lei de Henry do componente i (atm x m3/mol)
Onde:CH=i =concentração
constante dado
Leicomponente
de Henry doi em
componente
i (atm (mol/m3).
x m3/mol)
solução líquida
i
Ci = concentração do componente i em solução líquida (mol/m3).
ENS 5115 - UFSC
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Mobilidade

Dissolução
 Formação de complexos ou quelação

ligação coordenada
• cátion metálico e ânion ou molécula polar (ligante)

Aumenta mobilidade  + solúvel.

Co-solvência
 Ionização

Dissociação de ácidos e bases  > mobilidade na água.
Lei de Raoult – misturas de NAPL
Lei de Raoult – misturas de NAPL
Lei de Raoult – misturas de NAPL
Solubilidade de compostos orgânicos
Solubilidade
compostos
orgânicos
hidrofóbicosde(HOC)
em água:
hidrofóbicos (HOC) em água:
(Lei de Raoult)
(Lei de Raoult)
Ciw = si xig
Ciw = si xig
Ciw = concentração em equilíbrio do
composto i naemfase
aquosa;do
Ciw = concentração
equilíbrio
si =composto
solubilidade
componente
i nado
fase
aquosa; puro i
na água; do componente puro i
si = solubilidade
xig =nafração
água; molar do componente i na
gasolina.
g
xig = fração
molar do componente i na
gasolina.
g
Para o benzeno na gasolina:
Para
benzeno
sb =o1780
mg/Lna gasolina:
sbx=
1780 mg/L
b = 1%
xbC=bw1%
= 17,80 mg/L
CPadrão
mg/L
de potabilidade
= 5 µg/L
bw = 17,80
Padrão
de potabilidade
5 µg/Lda
3560 vezes
superior ao=padrão
3560
vezes superior ao padrão da
legislação
legislação
ENS 5115 - UFSC
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Equação de Transporte
Transporte combinado de advecção, difusão e dispersão (em uma dimensão)
coeficiente de dispersão
Equação de Transporte
Considerar a conservação da massa sobre o volume de controle (REV) do aqüífero.
REV = Representante Elementar do Volume
REV deve conter poros suficiente para obter uma representação significativa (média estatística ou modelo)
Alteração da massa de
contaminantes com o
tempo
Fluxo interno
menos fluxo de
fora da REV
Fontes e
sumidouros devido
a reações
Soluções 1-D
Soluções 2-D
Soluções 3-D
Mecanismos de Contaminação
Distribuição dos Compostos
Orgânicos Tóxicos na Subsuperfície

Vapor do Solo:


vapores orgânicos nos espaços
vazios da zona insaturada.
Solução Aquosa:

materiais orgânicos dissolvidos em:
•
•

água subterrânea;
água móvel nos espaços vazios do solo

zona insaturada – a água ocupa uma
grande fração da porosidade total do
solo
• P. ex. depois de intensa
precipitação atmosférica.
A água intersticial move-se
por causa da gravidade e
tensão da capilaridade.
Distribuição dos Compostos
Orgânicos Tóxicos na Subsuperfície

Líquido em Fase Não-Aquosa (NAPL):
materiais orgânicos


flutuando no lençol freático;
presos entre os espaços intersticiais
•
•


permanecem nas fraturas de rochas ou
cavidades de dissolução de calcário
•
•

em zonas saturadas e
insaturadas;
zonas saturadas e
insaturadas.
Adsorção às Partículas do Solo:
materiais orgânicos

adsorvidos às partículas
•
•

adsorvidos às partículas coloidais livres em
água
•
•

zonas saturadas e
insaturadas;
zonas saturada e
insaturada
difusos entre grãos minerais ou rochas
•
•
zonas saturadas e
insaturadas.
Mecanismos de Contaminação
Distribuição dos Compostos Orgânicos Tóxicos na Subsuperfície
Configuração Subsuperficial
Tanque
A
Zona Não-saturada
Não saturada
B
Zona de Flutuaç ão
do Lenç ol Freátic o
Franja Capilar
Lençol Freátic o
Zona Saturada
Embasamento de Roc ha
A
Poros
Sólidos
Secos
HC residuais em fase
líquida ad sorvidos ou
presos entre os sólidos
do solo
B
HC em fase de
vapor
p nos p
poros
HC em fase dissolvid a
na água do solo
Solo Lim
Limpo
po
Sólidos
Úmidos
Solo Conta m ina do
HC em fase
f
li
livre
nos poros
Destino de vários contaminantes
Destino
devários
Destino
de
contaminantes
em equilíbrio
ilíbvários
i em
um contaminantes
sistema
it
em equilíbrio
ilíb i em um em
sistema
i t um sistema
em
equilíbrio
ar (1 litro)
ar (1 litro)
gordura (1 grama)
gordura (1 grama)
água, pH = 7 (1 litro)
água, pH = 7 (1 litro)
Distribuição
Contaminante
% em água
% no ar
% na gordura
˜ 40
˜ 40
˜ 20
<1
<1
<1
> 99
tetracloroetano (PER)
Distribuição
dinitroortocresol(DNOC)
Contaminante
bifenil policlorado (PCB)
> 99
% em água
<1
% no ar
% na gordura
tetracloroetano (PER)
˜ 40
˜ 40ENS 5115 ˜- 20
UFSC
dinitroortocresol(DNOC)
> 99
<1
<1
Efeito dos processos no movimento de
Efeito dos processos no movimento de contaminantes inicialmente
contaminantes
inicialmente dissolvidos em
dissolvidos em uma água subterrânea contaminada
uma água subterrânea contaminada
tempo: to
tempo: t1
somente advecção
+ dispersão
+ adsorção
+ reação
Fluxo de água subterrânea
ENS 5115 - UFSC
Métodos de Remediação
Para saber mais!!!!
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http://www.upf.br/coaju/download/contaminantesII.pdf
http://www.cesec.ufpr.br/docente/andrea/TC019_Contaminacao_de_solos.p
df
http://www2.dbd.pucrio.br/pergamum/tesesabertas/0210667_04_cap_02.pdf
http://www.mohid.com/PublicData/products/Thesis/TFC_LuisFernandes.pdf
http://2009.campinas.sp.gov.br/saude/visa/mansoes_sto_antonio/mec_tran
sporte.pdf
http://www.cbmet.com/cbm-files/11bcab99d600985e60585fbc6553046ccd.pdf
http://www.geotecnia.ufba.br/arquivos/Tese%20Pedro%20Oliveira%20da%
20Silva%20Costa.pdf
Artigos de periódicos
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http://ojs.c3sl.ufpr.br/ojs2/index.php/asubterraneas/article/viewArticle/12128
http://ojs.c3sl.ufpr.br/ojs2/index.php/asubterraneas/article/viewArticle/14596
http://sbmac.org.br/tema/seer/index.php/tema/article/view/180
http://www.uff.br/RVQ/index.php/rvq/article/viewArticle/171
http://www.veterinaria.uady.mx/ojs/index.php/TSA/article/viewArticle/814