PROPAGAÇÃO EXPERIMENTAL DO TOLUENO NO SOLO

PROPAGAÇÃO EXPERIMENTAL DO TOLUENO NO SOLO

Kops, L. W.1, Chiaramonte, E. A. S.2, Kautzmann, R. M.3, Sampaio, C. H.4

RESUMO

O trabalho descreve o estudo da propagação de Tolueno na zona não saturada do solo (isento de umidade). Observa-se em ensaios de colunas o comportamento da migração do vapor de tolueno, a partir de um ponto de contaminação, através das medições de sua concentração ao longo do comprimento da coluna. Os resultados obtidos são comparados a modelos matemáticos, visando estabelecer uma modelagem que simule a difusão em uma direção. A preparação dos padrões de vapor de tolueno possibilitou obter a quantificação das concentrações amostradas na coluna e analisadas por cromatografia. O modelo que mais se aproxima dos resultados ambientais é o de emissão não contínua ou modelo de puffs.

PALAVRAS-CHAVE: contaminação de solo; modelagem de contaminação de solo, contaminação com hidrocarboneto.

ABSTRACT

The work describes a Toluene propagation study into an unsaturated soil zone (without moist). Observe in columns essays the toluene vapor migration behavior starting from the contamination point and monitoring its concentration trough the column length. The obtained results are compared to mathematic models aiming establish a modelation that simulates a single direction diffusion. The preparation of vapor toluene patterns allowed obtain the concentration quantification of the columns samples analyzed by chromatography. The model that was closer to the environmental results in the uncontinuous emission or Puffs model.

KEY WORDS: soil contamination; soil contamination modeling, contaminação com hidrocarboneto.

INTRODUÇÃO

Os vazamentos de correntes de hidrocarbonetos (gasolina, diesel, querosene, nafta) para o solo têm chamado a atenção nos últimos anos, pelos riscos de contaminação do solo e águas subterrâneas, conforme Santos (1998), Cordazzo (2000) e Penner (2000). Neste contexto esta pesquisa visando compreender a modelagem matemática da propagação deste tipo de contaminante no solo, iniciando pela zonas não-saturada.

O transporte e a difusão de compostos hidrocarbonetos no solo envolve os fenômenos físicos de propagação como escoamento por gravidade, lixiviação, difusão mecânica e molecular, conforme Abriola e Pinder (1985). Os compostos também sofrem fenômenos de interação entre as fases e processos de degradação no solo. A região do solo em que o componente está se propagando também é um fator importante na modelagem da dispersão. O modelo deve levar em conta se é a fase não-saturada ou saturada do solo. As primeiras camadas do solo são preenchidas por ar, umidade, e a fase orgânica nos seus vazios.

Na zona não-saturada, o espaço poroso é preenchido pela somatória dos fluidos presentes, então:

Onde:

 = porosidade do solo.

w = fração de vazios ocupados pela água.

ar = fração de vazios ocupados pelo ar.

o = fração de vazios ocupados pela fase líquida não aquosa (NAPL) ou óleo (o).

Então, a concentração total do componente “i” no solo é dada pela relação:

Onde:

Ci,t = concentração total de “i” no solo, em (g de “i”) (m-3 de solo).

b = densidade do solo, em (g de sol.) (m-3 de solo).

Ci,w = concentração do componente “i” na fase água, (g de “i”) (m-3 de w).

Ci,ar = concentração do componente “i” na fase vapor, (g de “i”) (m-3 de ar).

Ci,o = concentração do componente “i” na fase óleo, (g de “i”) (m-3 de o).

Ci,s = concentração do componente “i” na fase sólida, (g de “i”) (g-1 de sol.).

Considerando a não formação da fase de óleo na camada de solo e o mecanismo de propagação predominante, do composto orgânico, ser a difusão molecular no ar. A equação da difusão, que descreve a propagação unidimensional na zona não-saturada do solo, conforme Grathwohl et al. (2003) e Fetter (1998), é escrita na forma:

Onde:

t = tempo de liberação do composto, em h.

z = distância na direção vertical, em m.

Di,ar = coeficiente de difusão do composto no ar, em m2 h-1.

DE = coeficiente de difusão efetivo na fase ar do solo, em m2 h-1. O coeficiente de difusão é estimado pela relação de Millington e Quirk (1961):

 = parâmetro que leva em conta a distribuição do composto nas fases ar, água e material sólido do solo:

Kh = constante da lei de Henry (adimensional).

Kd = coeficiente de distribuição entre a fase sólida e a fase água, em (m3 de w) (g-1 de sol.).

Nos estudos de análise de risco são usados modelos matemáticos de propagação em meio semi-infinito. A seguinte solução analítica, conforme Behrendt (1996), é usada para uma liberação instantânea de um composto no solo

Onde Ci,o e h são os valores iniciais da concentração do composto e da espessura da liberação, respectivamente e erf() é a função erro.

Para os modelos de dispersão a serem confrontados com os resultados experimentais foram utilizadas três abordagens conceituais de liberação do contaminante:

1. Liberação com dispersão em meio semi-infinito (denominado Modelo de Pluma em Solo);

2. Liberação com concentração constante na fonte e condição de fluxo no comprimento da coluna (denominado Modelo de Concentração Fixa);

3. Liberação em uma série de liberações instantâneas (denominado Modelo de “Puffs”).