Difusão de zinco em camada compactada de solo residual de gnaisse

Abstract

O fenômeno de migração de contaminante através de solos argilosos já está bem estabelecido. Entretanto, reconhece-se ser impossível assegurar a completa contenção de percolados em uma área de disposição de resíduos. Barreiras de contenção, associadas ou não a geossintéticos são, então, projetadas para minimizar e controlar a migração de contaminantes, fornecendo um meio de atenuar o impacto destes contaminantes no solo e nas águas subterrâneas. O projeto destas barreiras exige o conhecimento dos processos de interação entre o solo e a solução percolante, por meio de ensaios de laboratório e de análises teóricas. Neste trabalho, o coeficiente de difusão do zinco foi obtido de ensaios de difusão, em laboratório, em solo residual saturado, compactado. Para a realização dos ensaios, foi construído um equipamento constituído por quatro células de difusão e um aparelho de homogeneização. A execução dos ensaios envolveu, inicialmente, a compactação das amostras de solo dentro das células e a saturação do solo com água destilada. Em seguida, permitiu-se a difusão de zinco através das amostras saturadas, durante períodos de tempo não inferiores a doze dias. A solução de zinco em contato com o solo, em cada célula, foi continuamente misturada por meio de uma palheta, que girava a 7 rpm, ligada a um motor. Ao final dos ensaios, as amostras de solo foram seccionadas em três camadas e foram medidas as concentrações do zinco ao longo da altura de cada uma utilizando-se um procedimento químico padrão. A solução de Crank (1975) foi ajustada aos resultados experimentais de concentração vs. profundidade para determinar o coeficiente de difusão aparente, utilizando-se uma planilha Excel®. O programa computacional POLLUTE (Professional version 6.3.5, GAE Environmental Engineering Ltd., Canada) foi empregado para calcular o coeficiente de difusão efetiva do zinco, por meio de ajuste das curvas de variação de concentração no reservatório fonte deste metal com o tempo, e das curvas de variação de concentração na água intersticial com a profundidade obtidas para cada amostra. Os perfis de concentração vs. tempo não apresentaram bons ajustes e, por isso, foram admitidos como os coeficientes de difusão efetiva (De) experimentais os resultados obtidos a partir dos perfis de concentração vs. profundidade. Observou-se ser o valor do coeficiente de difusão efetiva dependente do tempo de duração do ensaio. Em doze dias o valor médio encontrado foi de 11,9x10-10 m2/s enquanto que, para vinte dias, verificou-se um valor para De de 3,3x10-10 m2/s.

The contaminant migration process through clayey soils is already well established. However, it is recognized to be impossible to assure the complete contention of the leachate in residual disposal areas. Barrier systems, including or not geosynthetics are, then, designed to minimize and to control the contaminant migration, providing a way of attenuating the impact of these contaminants in the soil and in the groundwater. The design of these barriers requires the knowledge of the interaction processes between the soil and the percolating solution, by means of laboratory tests and theoretical analyses. In the present dissertation, the zinc effective diffusion coefficient was determined, from laboratory tests for a residual, saturated compacted soil. Equipment consisting of four diffusion cells and a mixing device was built. The tests execution involved, initially, compacting the soil sample inside the cell and saturating the sample with distilled water. Following, diffusion of zinc through the saturated samples was allowed, during periods of time no inferior to twelve days. The zinc solution in contact with the soil in each cell was continuously stirred at a speed of 7 rpm. After testing, each soil sample was cut into three layers and analyzed to determine the variation in Zn concentration with depth. To determine the apparent diffusion coefficient, the theoretical Crank (1975) solution was adjusted to the experimental concentration vs. depth results, through an EXCEL® spreadsheet. Subsequently, the commercial program POLLUTE (Professional version 6.3.5, GAE Environmental Engineering Ltd., Canada) was used to obtain zinc effective diffusion coefficient, by adjusting curves of zinc concentration in the source reservoir vs. time and zinc concentration in the pore water vs. sample depth, for each sample. The fit for the curves of zinc concentration in the source reservoir vs. time was not good and, for this reason, experimental values of effective diffusion coefficient were admitted as the ones obtained from zinc concentration in the pore water vs. sample depth curves. It was observed that the effective diffusion coefficient depends on the period of testing. In twelve days, the mean value for effective diffusion coefficient was found to be 11.9x10-10 m2/s, while for twenty days this coefficient was equal to 3.3x10-10 m2/s.