AVALIAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA EM SOLO
ARGILOSO PARA DIFERENTES CONCENTRAÇÕES DE SOLUÇÃO
DE NANOFERRO
Eloisa Fernanda Tessaro
Acadêmica do Curso de Engenharia Ambiental na Universidade de Passo Fundo
[email protected]
Bruna Bilhar Dall’Agnol
Acadêmica do Curso de Engenharia Ambiental na Universidade de Passo Fundo
[email protected]
Cleomar Reginatto
Doutorando em Engenharia UFRGS/UPF
[email protected]
Antonio Thomé
Professor da Universidade de Passo Fundo
[email protected]
Resumo. Existem no mundo inúmeras áreas
contaminadas e continuamente se buscam
novas tecnologias para remediação destes
locais. Nanoparticulas de ferro zero valente
(NP), tem sido utilizadas para recuperar
áreas
contaminadas
por
diversos
contaminantes devido ao seu alto potencial
reativo e por não gerar subprodutos tóxicos
pelo seu uso. Porém ainda não se sabe a
concentração ideal a ser utilizada no solo,
já que em função do pequeno tamanho estas
partículas ficam retidas e reduzem a
condutividade hidráulica natural do meio,
tornando-se indisponíveis para reduzir o
contaminante. Foram montadas colunas de
parede flexível, com corpos de prova
indeformados de 5x5 cm, e foram testadas
diferentes concentrações de nanoferro,
verificando a variação da permeabilidade
do solo. Através do ensaio de coluna
conclui-se que concentrações de 1g/L e 4g/L
não
afetaram
significativamente
a
condutividade hidráulica do solo, tornando
possível a remediação.
Palavras-chave: Nanoferro, Remediação e
Nanotecnologia.
1.
INTRODUÇÃO
Acidentes envolvendo o derramamento
de substâncias químicas no solo tem sido
cada vez mais frequentes, resultando na
contaminação do solo e água subterrânea
gerando preocupação aos órgãos ambientais,
visto que essa contaminação promove riscos
à saúde humana, o que torna necessário
intervenções
que
impulsionam
o
aprimoramento de técnicas de remediação.
Dentre essas técnicas, a utilização de
nanopartículas de ferro metálico tem se
destacado por conta da sua grande área
superficial que facilitam reações que
associadas à capacidade do ferro de valência
zero de reduzir compostos, tornam
nanopartículas de ferro uma promissora
forma de remediar solo e águas através da
imobilização de contaminantes.
Segundo Crane and Scott (2012), as
partículas precisam ter alta reatividade para
remover contaminantes, além de mobilidade
suficiente em meio poroso e baixa
toxicidade. A baixa mobilidade das
nanopartículas é atribuída à elevada energia
de superfície ocasionando a aglomeração das
partículas. Considerando a necessidade das
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nanopartículas se dispersarem no solo,
mecanismos que favoreçam a mobilidade
são propostos, dentre eles o envolvimento
dessas partículas com materiais que a tornem
menos reativa, denominados estabilizantes.
De acordo com Schrick et al. (2002), esta
técnica denomina-se “Coating”.
Ainda não foi definida a concentração
de nanoferro mais adequada para sua
utilização na remediação, já que esta
influencia na permeabilidade do solo e na
disponibilidade do agente redutor no meio.
Uma vez que as NPs tem tamanho inferior
aos poros, ao longo do tempo ocorre a
retenção destas, ocasionando a formação de
agregados que simulam um filtro e reduzem
a permeabilidade do solo.
Neste trabalho, objetivou-se avaliar a
condutividade hidráulica de um solo argiloso
em diferentes concentrações de nanoferro.
2.
MATERIAIS E MÉTODOS
solo, bem como as interações deste com o
meio. Nesse ensaio o corpo de prova é
confinado através da inundação do
reservatório no qual ele se encontra, sendo
saturado com água destilada, e logo após a
solução com agente redutor é forçada á
percolar através dele, sendo coletado o
percolado para posterior análise que permite
avaliar a condutividade hidráulica do solo.
A Figura 1 apresenta o equipamento
montado. As três colunas apresentadas na
parte “1” da Figura são preenchidas com
solução de nanoferro e ligadas ao corpo de
prova; na parte “2” está o reservatório no
qual os corpos de prova estão inseridos; e na
parte “3” está a coluna d’água através da
qual é aplicada a pressão confinante. Os
corpos de prova permanecem envoltos por
uma
membrana
flexível,
que
o
impermeabiliza e ao mesmo tempo permite
receber as pressões de confinamento e
interna sem que ocorra a deformação.
2.1 Local de Estudo e Solo
A pesquisa foi realizada no Laboratório
de Geotecnia Ambiental, situado no Centro
de Tecnologia (CETEC) da Universidade de
Passo Fundo, no município de Passo Fundo.
Foram moldados corpos de prova
indeformados de solo argiloso coletado a 1,2
metros de profundidade (horizonte B) em
uma trincheira aberta no solo do campo
experimental de Geotecnia. O mesmo é
derivado de rocha basáltica e apresenta como
principais características: Umidade natural:
34%, Peso Específico real: 26,7 kN/m³,
Limite de liquidez: 53%, Limite de
plasticidade: 42%, Grau de saturação:
75,7%, pH H2O: 5,4, Matéria Orgânica:
<0,8%,
2.2 Equipamento de Coluna
O ensaio foi realizado em coluna de
parede flexível, montado seguindo a norma
ASTM D4874 (1995). O ensaio de coluna
permite avaliar a condutividade hidráulica de
diferentes concentrações de um composto no
Figura 1: Equipamento de coluna.
2.4 Solução de Percolado
A solução de percolado utilizada nos
ensaios era de nanoferro comercial, da
empresa NANO IRON, s.r.o., com o nome
comercial de Nanofer 25S, contendo
estabilizante na composição para facilitar a
mobilidade do nanoferro. As partículas de
Nanoferro são compostas por 14 a 18% de
Ferro(Fe); 2 a 6% de Magnetita(Fe3O4); 0 a
1% de Carbono(C); 77% de Água e 3% de
Estabilizante.
2.3 Delineamento Experimental
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Foi realizada uma série de ensaios, nos
quais foi percolada uma solução contendo
concentrações de 1g/L, 4g/L, 7g/L e 10g/L
de nanoferro, a fim de avaliar o valor que
não interfere na condutividade natural do
solo. A solução foi percolada de forma
ascendente através do corpo de prova com
dimensões de 5x5 cm. A pressão utilizada
para confinamento foi 30 kPa, enquanto a
pressão interna foi de 10 kPa, gerando um
gradiente hidráulico de 20. Diferentes
amostras da solução de nanoferro percolada
foram coletadas em diferentes tempos no
decorrer do experimento, finalizando a
coleta após passar em torno de 18 volumes
de vazios para concentrações de 1g/L e 4g/L,
e 7 volumes de vazios para concentrações de
7g/L e 10g/L.
2.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Foi observado um descréscimo na
permeabilidade do solo conforme as
concentrações de nanoferro aumentaram. Os
gráficos abaixo apresentam valores de
condutividade hidráulica em função do
tempo de ensaio. Na Figura 2, está
apresentado o gráfico para a concentração de
1g/L. Se observa que ocorreu uma baixa
variação, de 8,84.10-4 á 5,31.10-4 cm/s. A
solução de nanoferro foi passada 18 vezes o
volume de vazios do corpo de prova,
demonstrando
baixa
redução
na
condutividade.
Figura 2: Condutividade hidráulica para
concentração 1g/L.
Na Figura 3 (4g/L), pôde-se observar
uma redução de 1,03.10-3 para 1,94.10-4 em
18 vezes o volume de vazios, mostrando-se
semelhante ao que ocorreu na solução de
concentração 1g/L.
Figura 3: Condutividade hidráulica para
concentração 4g/L.
Na Figura 4 se observa que, com
solução de concentração 7g/L, foi possível
passar apenas 6 vezes o volume de vazios, o
que caracterizou uma significativa redução
da permeabilidade do solo.
Figura 4: Condutividade hidráulica para
concentração 7g/L.
A Figura 5 apresenta valores de
condutividade para concentração de 10
mg/L. É notável que a permeabilidade foi
fortemente
influenciada
pela
alta
concentração da solução, de modo que esta
caiu
de
6,04.10-4
para
2,58.10-5;
caracterizando a colmatação do solo.
A permeabilidade do solo diminuiu
conforme o aumento da concentração da
solução de nanoferro. O tamanho das
partículas possibilita a sua injeção
diretamente no subsolo, porém facilita a
aglomeração de partículas que se acumulam
nos poros de solo e ocasionam a perda de
suas propriedades como nanomaterial.
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colmatação do
aglomerados.
solo
e
formação
de
REFERÊNCIAS
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING
AND MATERIALS – ASTM. D4874:
Standard Test Method for leaching solid
material in a Column Apparatus.
Philadelphia, 1995.
Figura 5: Condutividade hidráulica para
concentração 10g/L.
Solução com altas concentrações de
nanoferro propiciam o depósito das
partículas nas primeiras camadas do solo, de
modo que as aglomerações dessas partículas
atuam como um filtro, impossibilitando a
entrada da solução redutora em camadas
mais profundas do solo. Isto acaba
influenciando negativamente na remediação,
já que quando a condutividade do solo é
afetada, as partículas ficam retidas, estando
assim indisponíveis para reagir e degradar os
contaminantes.
Agradecimentos
Agradecemos ao Grupo de Pesquisa em
geotecnia Ambiental UPF-UFRGS pela
oportunidade e á FAPERGS e CAPES pelo
fomento.
3.
CONCLUSÃO
Verificou-se uma significativa redução
na condutividade hidráulica do solo com o
aumento da concentração de nanoferro.
Concentrações de 1g/L e 4g/L são
apropriadas para a realização de remediação
in situ, visto que nestas condições não ocorre
a formação de aglomerados de partículas,
conferindo ao nanoferro maior mobilidade
entre os poros do solo para que reduza os
contaminantes.
Constatou-se a inviabilidade na
utilização de concentrações de 7g/L e 10 g/L
por conta da significativa redução da
condutividade hidráulica, ocasionada pela
CRANE, R.A.; SCOTT, T.B. (2012)
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