(OHWURFLQHVHHPVRORQmRFRQWDPLQDGR
Com a finalidade de testar a eficiência do processo, foram realizados 6 ensaios. Os parâmetros eletroosmóticos e as mudanças em determinados aspectos do solo, como pH e umidade, também foram analisados.
)OX[RUHYHUVR
O primeiro fato que deve ser citado está na direção do fluxo eletroosmótico. Ao contrário da maioria dos trabalhos publicados, este fluxo apresentou um sentido UHYHUVR, com direção do catodo para o anodo. Com base nas análises mineralógicas, os ensaios foram conduzidos em um solo, que tinha como principal mineral a caulinita. E para não introduzir nenhum fator externo, optamos em utilizar a água destilada em seu estado natural, do laboratório de Geotecnia de Engenharia Civil da PUC-Rio, para misturar com o solo, a qual estava com pH ácido (aproximadamente 4,5). Consequentemente, foi deduzido que poderia estar acontecendo a troca de carga do potencial zeta. Isto não pôde ser efetivamente comprovado, pois a técnica para medir tal potencial e como este variava com o pH da água de composição não estava disponível. Mas conforme citado por inúmeros autores, entre eles, Mitchell (1993), Mendonça e outros (2001) e Alshawabkeh (2001), este fenômeno pode acontecer sob essas condições. O solo em questão estaria então carregado positivamente, com os íons da camada dupla em sua
maioria negativos, ocasionando portanto, um fluxo eletroosmótico em direção ao anodo (que é positivo).
ËQGLFHV)tVLFRV,QLFLDLV
Primeiramente, serão apresentados na Tabela 4.1 alguns resultados sobre as propriedades iniciais das amostras. Essas foram preparadas e compactadas na célula em questão conforme citado no Capítulo 3. Portanto, as propriedades índices iniciais foram determinadas após os estágios de compactação.
Tabela 4.1 Índices Físicos iniciais das amostras de solo não contaminado
Ensaio U Massa específica (Mg/m3) J Peso específico (kN/m3) Z Umidade U Massa específica seca (Mg/m3) J Peso específico seco (kN/m3) H Índice de vazios Q Porosidade Grau de 6 Saturação (%) 1,56 15,30 45,64 1,07 10,50 1,50 0,60 81,34 1,60 15,70 43,21 1,12 10,99 1,39 0,58 83,20 1,58 15,50 41,11 1,12 10,99 1,39 0,58 79,23 1,55 15,21 46,70 1,05 10,30 1,54 0,61 81,24 1,59 15,60 48,48 1,07 10,50 1,50 0,60 86,32
O primeiro ensaio não está reportado pois foi apenas um ensaio-teste, e por isso seu peso específico não foi determinado, nem consequentemente seus índices físicos (mas a variação de umidade para este foi analisada, conforme será mostrado adiante).
De uma forma geral, todos os ensaios apresentaram índices físicos parecidos, pois os corpos de prova eram produzidos da mesma maneira, com a mesma quantidade de solo e água. Há alguma diferença devido principalmente à forma de como o solo era introduzido na célula. Por mais que se tentasse ao máximo retirar os vazios, estes nem sempre eram percebidos e no momento da compactação eram evidenciados, ficando muitas vezes não uniformes na célula.
Nas próximas seções, serão analisados alguns parâmetros relacionados à eletroosmose, os quais foram determinados nestes ensaios.
3DUkPHWURV(OHWURRVPyWLFRV
9D]mR
Com base na Figura 4.1, nota-se que em todos os ensaio, a vazão cresce no início, mas em torno de 80 horas começa a diminuir com um decaimento aproximadamente constante. Isto ocorre porque a corrente que está sendo induzida no solo, também começar a decair, conforme ilustra a Figura 4.4.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400
EK6 EK5 EK4 EK3 EK2
Figura 4.1 Vazão x tempo para os ensaios de Eletrocinese sem contaminação
Comparando os ensaios entre si, percebemos que o ensaio que menos funcionou (praticamente inexistente), foi o que apresentou menor umidade e menor saturação, validando o fato da água presente nos poros ser um fator importante para o fluxo eletroosmótico, principalmente a água adsorvida, que é a integrante da camada dupla difusa, responsável por tal fenômeno. Neste ensaio
(EK4), como tentativa de obtenção do fluxo eletroosmótico, a medida que a corrente caía, aumentava-se a voltagem aplicada com intuito de aumentar a corrente, onde pode-se observar que a vazão cresce ligeiramente, mas em seguida volta a cair. Esse acréscimo foi feito duas vezes, até que na última o fluxo cessou-se por completo, pois as trincas induzidas já estavam totalmente definidas.
Essas trincas apareciam em estágios finais dos ensaios, e são decorrentes da diferença de gradiente hidráulico gerados no processo de fluxo eletroosmótico. Um fator que pode ter gerado poropressões não uniformes é a variação do potencial zeta ao longo da massa de solo. Segundo Eykolt (1994), a variação do pH na massa de solo pode ocasionar tal diferença no potencial zeta, e consequentemente diferentes contribuições ao fluxo eletroosmótico.
Nos demais ensaios, a diferença entre as vazões encontrada foi mínima, uma vez que a magnitude destas são bem pequenas, em torno de 10-5 cm3/s.
Um fator considerado importante é a disposição dos vazios (uniformidade) notada após a compactação, uma vez que em alguns ensaios, conforme ilustra a Figura 4.2, estes se apresentavam com tamanho considerável (como foi o caso do EK4), diminuindo a relação água adsorvida com água livre, e dificultando portanto o fluxo eletroosmótico.
Figura 4.2 Vazio numa amostra de solo depois da compactação
Na Figura 4.2, o solo já se encontra na célula montada. Normalmente esses vazios aconteciam na parte superior da amostra quando esta estava no processo de compactação.
A relação do fluxo eletroosmótico com a disposição dos vazios não uniforme foi nitidamente observada. Quanto mais uniforme estava a amostra de solo em questão, maior era seu fluxo eletroosmótico.
&RHILFLHQWHGHSHUPHDELOLGDGHHOHWURVPyWLFR N
O coeficiente de permeabilidade eletroosmótico foi determinado com base na Lei de Darcy, com referência ao gradiente elétrico, segundo:
$ L4 N = , (4.1) onde
ke = coeficiente de permeabilidae eletroosmótica (cm2/Vs)
Q = vazão (cm3/s) ie = gradiente elétrico (V/cm) = 1,5V/ cm 0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 400 ! "#$ % &' () * +
EK6 EK5 EK4 EK3 EK2
Figura 4.3 Gráfico: Coeficiente de permeabilidade Eletroosmótica x tempo para os ensaios
de Eletrocinese sem contaminação
Nos experimentos realizados, adotamos gradiente elétrico constante, já que a voltagem não variava (7,5V / 5cm). Portanto, os valores do coeficiente de
permeabilidade eletroosmótica variaram proporcionalmente à variação da vazão de cada um, conforme ilustra a Figura 4.3.
Nota-se que estes coeficientes não são constantes no tempo, conforme descrito em trabalhos de Acar & Alshawabkeh (1993). Este é um parâmetro que depende de outros que por sua vez mudam com o tempo. Em trabalhos já realizados, este varia conforme o gradiente elétrico induzido, pois controlam a corrente induzida; já neste trabalho, variam conforme a vazão, pois a voltagem e seu gradiente são assuimdas constantes no tempo.
A determinação deste coeficiente, conforme citado anteriormente, foi baseada na Lei de Darcy, e tal hipótese ainda é discutível, já que a voltagem e o gradiente elétrico não são constantes ao longo da massa de solo.
Ao contrário da maioria dos valores de ke reportados por outros autores (por
volta de 10-5 cm2/Vx s), este apresenta uma ordem de magnitude de 10-7 cm2/Vs, aproximadamente equivalente ao coeficiente de permeabilidade hiráulica, kh,
determinado. É provável que tal fato ocorra por estar-se trabalhando com um solo com características diferentes da maioria dos já estudados, se tratando de um solo residual de gnaisse típico do nosso país. Mas, nota-se que em certos ensaios, como o EK 2, valores de até 10-6 cm2/Vs foram alcançados.
&RUUHQWH
Nestes ensaios, devido à fonte elétrica escolhida, não foi possível mantermos a corrente constante, logo, aplicávamos uma voltagem fixa (7,5V) e assim uma corrente era induzida no solo em questão, que no caso funcionava como uma resistência à mesma. Nota-se que no começo do ensaio ela aumenta, até que em pouco tempo (algumas horas) começa a decair, provocando o posterior decréscimo do fluxo eletrosmótico, visto na Figura 4.1.
0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 , - . &
EK6 EK5 EK4 EK3 EK2
Figura 4.4 Gráfico: Corrente x tempo para ensaios de Eletrocinese sem contaminação
Como a voltagem aplicada foi constante, e os corpos de prova apresentaram praticamente os mesmo índices físicos (pois foram produzidos da mesma forma), a corrente então variou para todos os ensaios, basicamente da mesma maneira, como pode ser observado na Figura 4.4. Um pico mais alto de corrente, não significou um maior fluxo, como pode-se observar no ensaio EK4 que apresentou fluxo quase nulo e um maior pico de corrente.
Nota-se também que a magnitude da corrente induzida foi muito pequena, na ordem de µA (10-6 Amperes).
&RQVWDQWHGH(ILFLrQFLD(OHWURRVPyWLFD N/
A eficiência eletroosmótica (ki) reflete a variação da corrente com o fluxo
num intervalo de tempo. É expressa conforme a Equação (4.2): 4, W 9, N0 = ∆ ∆ = (4.2) onde
ki = coeficiente de eficiência eletroosmótica (A.s/cm3)
I = corrente (A) Q = vazão (cm3/s)
∆V = variação de volume percolado (cm3)
∆t = variação de tempo (s)
Este parâmetro é inversamente proporcional à eficiência do processo. Ele correlaciona o volume percolado por unidade de tempo, com a corrente induzida para a ocorrência deste fluxo. Portanto, podemos observar pela Figura 4.5, que o ensaio que praticamente foi nulo (EK4), apresentou maior coeficiente e portanto menor eficiência. Ele utilizou considerável valor de corrente para produção de um fluxo muito baixo, sendo portanto, nada eficiente.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1234 56 78 9 :; < =>
EK6 EK5 EK4 EK3 EK2
Figura 4.5 Gráfico: Coeficiente de Eficiência Eletroosmótica x tempo para ensaios de Eletrocinese sem contaminação
A escala do gráfico está menor do que deveria (não aparecendo o pico do ensaio EK4) para analisarmos também a variação dos outros ensaios, que era bem pequena. A corrente induzida praticamente não variou entre os demais ensaios, logo este coeficiente de eficiência eletroosmótica foi proporcinal à vazão de cada um. Os que apresentaram vazão mais alta de fluxo eletroosmótico, foram os que
obtiveram menor ki, e conseqüentemente possuíram maior eficiência. Mas, como
a variação da vazão entre os mesmos foi muito pequena, admite-se que estes coeficientes praticamente não variaram.
S+
O pH praticamente não variou entre os ensaios, pois é um efeito das reações de eletrólise, e a voltagem aplicada em todos foi a mesma. Estão reportados apenas dois ensaios com a voltagem constante aplicada de 7,5V. Nota-se na Figura 4.6, que em poucas horas a eletrólise muda o pH dos eletrólitos, tornando ácido o anodo (pH em torno de 4) e básico o catodo (em torno de 10).
Como conseqüência dos processos de migração de íons (H+ e OH-) e
eletroosmose, o pH da água do solo, assim como o pH do solo em questão são modificados. Este fenômeno pode ser também verificado na Figura 4.7, a qual reproduz variações do pH do solo ao longo de diferentes pontos da célula. A célula foi dividida em três partes: região perto do catodo, região central, e região perto do anodo, em 3 ensaios distintos (EK2, EK3 e EK6).
0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 400 123?4 @BA anodo EK6 catodo EK6 anodo EK2 catodo EK2
Figura 4.6 Gráfico pH da água dos compartimentos x tempo para ensaios de Eletrocinese sem contaminação
Comparando as Figuras 4.6 e 4.7, nota-se que os valores do pH no solo são mais baixos que os da água dos eletrólitos.
Pode-se observar que a Eletrocinese modifica portanto, o pH do solo em questão, mudando de sua condição inicial para diferentes valores ao longo da massa de solo. 4,83 4,59 4,6 3,9 4,26 4,64 4,9 6,3 5,4 6,41 0 1 2 3 4 5 6 7
EK2 EK3 EK6
C?DFEHGJIK LJM
pH inicial pH anodo pH centro pH catodo
Fluxo
Fluxo
Fluxo
Figura 4.7 Variação do pH no solo em 3 diferentes ensaios, após o término dos mesmos
ËQGLFHV)tVLFRV)LQDLV
Devido a eletroosmose (fluxo de água), e ao fato de estarmos trabalhando com circuito fechado (reabastecendo água nos compartimentos), houve pequena variação de propriedades índice. De acordo com a Figura 4.8, a umidade cresce no sentido do fluxo em praticamente todos os ensaios, comprovando a teoria que a aplicação de uma corrente elétrica numa massa de solo causa o adensamento deste. Como os ensaios foram realizados em um circuito fechado, a redução da umidade no catodo não acontece, ao contrário, ela aumenta um pouco pois estes estão sempre sendo reabastecidos.
Nota-se que os primeiros ensaios não correspondem muito com esta teoria, mas deve-se considerar que a prática do manuseio com a célula para determinação destes parâmetros ainda era inexistente. Será mostrada mais adiante a variação correspondente para os ensaios com gasolina e óleo, e estes indicarão que estes fenômenos realmente ocorrem.
Pode-se observar também que o ensaio EK4, que apresentou fluxo baixíssimo, apresenta uma diferença maior do catodo para o centro, portanto pressupõe-se que devido à curta duração de ensaio (81,6 horas), a água percolada ainda não havia chegado no compartimento do anodo.
Para observar a variação das outras propriedades índice, com base na média dessas umidades, e no peso específico após os ensaios, foram calculados os índices físicos nos estágios finais de cada ensaio. Os valores estão listados na Tabela 4.2. 0 10 20 30 40 50 60 70 NOQPHRTSUTP V W X Y inicial 0 45,64 43,21 41,11 46,7 48,48 catodo 57,88 47,73 45,54 43,08 48,81 50,99 centro 51 53,22 47,95 49,09 51,38 53,9 anodo 55,61 50,87 46,04 51,15 55,04 55,76 1 2 3 4 5 6 sentido do fluxo
Figura 4.8 Variação da umidade ao longo da célula para os ensaios de Eletrocinese sem contaminação
Comparando os dados finais, vistos na Tabela 4.2 e os iniciais, conforme Tabela 4.1, notamos que o grau de saturação aumenta, confirmando a hipótese de
que o fluxo eletroosmótico em um solo não saturado pode torná-lo mais saturado. Os outros índices, exceto a umidade que já foi comentada, praticamente não variaram.
Tabela 4.2 Índices Físicos Finais de amostras de solo não contaminados
Ensaio U Massa específica (Mg/m3) J Peso específico (kN/m3) Z Umidade UZ Massa Específica seca (Mg/m3) JZ Peso específico seco (kN/m3) H Índice de Vazios Q Porosidade S Grau de Saturação (%) 1,57 15,40 50,61 1,04 10,20 1,57 0,61 86,06 1,61 15,79 45,84 1,10 10,79 1,42 0,59 86,14 1,58 15,50 47,77 1,07 10,50 1,50 0,60 85,47 1,59 15,60 51,74 1,02 10,01 1,61 0,65 86,21 1,59 15,60 53,41 1,03 10,10 1,58 0,61 90,17 (OHWURFLQHVHQRVRORFRQWDPLQDGRFRP*DVROLQD
Nestes ensaios, o fluxo eletroosmótico se procedeu da mesma forma que os ensaios com os solos não contaminados. A gasolina é formada por diversos compostos, dentre eles os BTEXs (benzeno, tolueno, etil benzeno m-xileno e o-xileno), cuja mistura forma um composto que na sua maioria não se solubiliza na água, e que por sua vez não influi na direção do fluxo eletrosmótico, podendo apenas reduzí-lo pela sua capacidade de sorção nas partículas de solo. Este fluxo está ilustrado na Figura 4.9.
Figura 4.9 Visualização do fluxo eletroosmótico em um ensaio com solo contaminado por gasolina
ËQGLFHV)tVLFRV,QLFLDLV
A umidade determinada nestes ensaios é considerada como uma umidade relativa, pois em seu cálculo, o peso da água é equivalente ao conteúdo de água e gasolina, uma vez que este contaminante evapora por completo quando exposto a elevadas temperaturas. Logo, com o peso específico e esta umidade relativa foi possível calcular os índices mostrados na Tabela 4.3.
Comparações entre estes índices torna-se bem complicado, pois não sabe-se exatamente quanto havia restado de gasolina após a compactação, nem quantificar exatamente o que é água ou o que é gasolina na umidade relativa. A água adsorvida que é a responsável pelo fluxo eletroosmótico e a gasolina nada tem a contribuir.
Tabela 4.3 Índices Físicos iniciais de amostras contaminadas com gasolina (QVDLR U Massa específica (Mg/m3) J Peso específico (kN/m3) Z Umidade UZ Massa específica seca (Mg/m3) JZ Peso específico seco (kN/m3) H Índice de Vazios Q Porosidade 6 Grau de Saturação (%) 1,51 14,8131 49,48 1,01 9,9081 1,65 0,62 80,2 1,5 14,715 47,64 1,02 10,0062 1,63 0,62 78,42 1,52 14,9112 47,82 1,03 10,1043 1,61 0,62 79,73 1,5 14,715 52,61 0,98 9,6138 1,72 0,63 82,2 1,51 14,8131 56,98 0,96 9,4176 1,78 0,64 84,05 1,49 14,6169 57,95 0,94 9,2214 1,84 0,65 84,05
Nos ensaios 7 e 8, optou-se em aplicar menos carga na compactação, parando no terceiro estágio e com máxima tensão de 30kPa. Obviamente, com a redução da tensão, aumentou-se o índice de vazios, mas, conforme será mostrado adiante, não afetou na eficiência do ensaio. Estes ensaios também foram contaminados com a metade da concentração dos demais.
Os índices dos dois primeiros ensaios não estão reportados pois não havia o conhecimento em como obter tais umidades, a partir de onde optou-se em considerar o conteúdo água + gasolina.
3DUkPHWURV(OHWURRVPyWLFRV
9D]mR
O comportamento da vazão para estes ensaios, foi similar àqueles sem contaminação, sugerindo que o contaminante em questão não interfere no fluxo eletroosmótico.
Nota-se na Figura 4.10 que a vazão foi independente dos índices de vazios relatados na Tabela 4.3, assim como da concentração estipulada nos ensaios, sugerindo como fator importante a disposição dos vazios na amostra. Os ensaios 7 e 8 foram contaminados com a mesma concentração e compactadas sob as mesmas condições e, no entanto, apresentaram comportamento bem diferente de fluxo. Os ensaios restantes foram aproximadamente parecidos com exceção do
primeiro que teve um alto fluxo eletroosmótico. Em contrapartida, essas vazões possuem uma magnitude muito pequena, sendo a diferença entre estas, quase desprezível. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 []\^`_ acbde f gh i j kl mn op q r EK1 EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
Figura 4.10 Gráfico Vazão x tempo para ensaios de Eletrtocinese em solos contaminados com gasolina
&RHILFLHQWHGHSHUPHDELOLGDGHHOHWURVPyWLFR Ns
A Figura 4.11 sugere que a permeabilidade eletroosmótica das amsotras contaminadas se comporta da mesma forma que a dos ensaios sem contaminação, pois são também calculados com base na Lei de Darcy, variando conforme a vazão de cada um. Mais uma vez o contaminante não tem influência sobre este parâmetro, sendo sua ordem de magnitude em torno de 10-7 cm2/Vx s, com alguns ensaios chegando à 10-6
cm2
/V.s.
0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 t \^`_ acbde u v gh i jl mn opq w EK1 EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
Figura 4.11 Gráfico coeficiente de permeabilidade eletrosmótica x tempo para um solo contaminado com gasolina
&RUUHQWH
Os valores são praticamente equivalentes aos reportados para ensaios sem contaminação, na ordem de alguns µA. Já que a voltagem aplicada em todos os ensaios foi a mesma (mesmo gradiente elétrico), a variação da corrente com o tempo, visto na Figura 4.12, foi basicamente a mesma entre estes, aumentando no início até atingir um pico e perdendo a resistência posteriormente. A presença de gasolina no solo nada interferiu para este comportamento nos ensaios.
0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 t \ ^`_acbd e xyz z {| } { g~ m EK1 EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
Figura 4.12 Gráfico Corrente x tempo para solos contaminados com gasolina
&RHILFLHQWHGH(ILFLrQFLD(OHWURRVPyWLFDN
Na Figura 4.13 está ilustrada a variação da eficiência eletroosmótica com o tempo. Como trata-se de um coeficiente inversamente proporcional à eficiência do ensaio, nota-se que o ensaio EK8 apresentou menor eficiência. Isto pode ser observado na Figura 4.10, onde este apresentou menor vazão para valores similares de corrente. Em seguida segue o EK6, que consumiu maior corrente, conforme visto na Figura 4.12 para uma menor vazão.
Mais uma vez observa-se a não interferência da gasolina na variação deste parâmetro. Trata-se, portanto, de um composto que nada tem a contribuir para o processo eletrocinético, o que poderia ser bem diferente se estivéssemos trabalhando com algum composto polar, que possui carga.
0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 t \^`_ acbde u i g l j h i2 m EK1 EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
Figura 4.13 Gráfico coeficiente de eficiência eletroosmótica x tempo para solos contaminados com gasolina
S+
Conforme pode ser visualizado na Figura 4.14, a mudança de pH dos compartimentos é decorrente das reações de eletrólise. Ele muda de valor em poucas horas, e não difere entre os ensaios, já que a voltagem aplicada foi sempre a mesma. O contaminante em questão também nada influi sobre estes valores, como pode ser observado quando comparado com os valores de amostras codificadas sc: sem contaminante.
A Figura 4.15 ilustra a variação do pH do ínicio do ensaio e após o término dos mesmos em diferentes pontos. Como esperado, o pH do solo varia com somente a aplicação da diferença de potencial, e aumenta no sentido oposto de fluxo, em todos os ensaios, também como resultado das reações de eletrólise.
0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 400 [bd e
anodo EK7 catodo EK7 anodo EK5 catodo EK5 anodo sc catodo sc
Figura 4.14 Gráfico pH dos compartimentos x tempo para solos contaminados com
gasolina 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 ?FHJH pH inicial 5,50 5,80 4,10 3,93 4,87 4,65 4,73 pH anodo 5,00 4,85 3,75 4,38 4,24 4,22 4,15 pH centro 5,50 3,94 4,58 4,43 4,34 pH catodo 6,80 5,90 4,38 5,67 6,17 5,82 5,48
EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
sentido do fluxo
Figura 4.15 Variação do pH de solos contaminados com gasolina
&RQGXWLYLGDGH(OpWULFD
Na Figura 4.16 observa-se que a condutividade da água do compartimento do anodo cresce constantemente com o tempo, de uma forma quase que linear. Já no catodo, ela aumenta inicialmente e depois permanece constante, chegando em alguns casos a decair um pouco. Isto se é devido às reações de eletrólise, onde a migração iônica do íon H+ é quase duas vezes à do OH-, conforme reportado por Acar HWDO. (1995).
Quanto mais tempo durar o ensaio, maior será a condutividade do compartimento do anodo e menor será a do catodo .
0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 300 350 400 H ¡ ¢
anodo EK3 catodo EK3 anodo EK7 catodo EK7 anodo sc catodo sc
Figura 4.16 Gráfico condutividade dos compartimentos x tempo para solos contaminados com gasolina
A condutividade do solo, assim como seu o pH, também varia com a aplicação de uma diferença de potencial. Pelo mesmo princípio de variação da condutividade da água dos eletrólitos, a água presente no solo também varia, como pode ser visualizado na Figura 4.17. Como esta fica maior no eletrólito do anodo, o mesmo acontece com o solo próximo à esta região. Acar HWDO. (1994) cita que isto ocorre porque o íon hidrogênio é o principal íon no transporte de corrente. Estes mesmos autores notificam que a condutividade é inversamente
relacionada com a resistência oferecida à corrente, e diretamente relacionada com a mobilidade dos íons que carreiam as cargas. Portanto, é notável que a condutividade na massa de solo seja menor que a do fluido dos poros, como visualiza-se nas Figuras 4.16 e 4.17.
Em um ensaio feito sem contaminação, observou-se que a condutividade do solo em questão não é afetada pelo contaminante. Para comprovação de que a gasolina não afeta a condutividade da água, concentrações diferentes de gasolina foram misturadas com a água e suas respectivas condutividades foram medidas, não apresentando qualquer variação.
De acordo com a Tabela 4.4, notamos que a condutividade é maior para os ensaios que tiveram maior duração.
38 28 28 31 44 26 30 38 50 38 56 63 50 52 19 22 19 20 18 7 10 5 3 5 12 6 0 10 20 30 40 50 60 70
EK2 EK3 EK4 EK5 EK6 EK7 EK8
£?¤F¥H¦J§¨H¥ ©ª« ¬ ® ¯° ¯ ¬± ¬² ³´ µ ¶· ¸ 2 ¹
condutividade inicial condutividade anodo condutividade centro condutividade catodo
sentido de fluxo
Figura 4.17 Variação da condutividade do solo em ensaios contaminados com Gasolina
Tabela 4.4 Tempo de duração correspondente a cada ensaio
Ensaio 1 2 3 4 5 6 7 8
Duração (dias) 5.63 5.65 7.82 6.70 7.71 16.75 13.83 13.83 Condutividade do
Anodo (µS/cm2)
--- 38 50 38 56 63 50 52
ËQGLFHV)tVLFRV)LQDLV
Os índices físicos finais variaram igualmente àqueles sem contaminação. Infelizmente não foi determinado o que migrou de água e o que de fato foi transportado de gasolina. A Tabela 4.5 lista os índices considerando a chamada umidade relativa. Observa-se nesta Tabela que o grau de saturação aumentou em todos os ensaios.
A Figura 4.18 sugere que o conteúdo água + gasolina aumenta no sentido do fluxo, conforme o padrão visto nos ensaios com as amostras não contaminadas
Tabela 4.5 Índices Físicos Finais para Amostras de solo com gasolina
(QVDLR U Massa específica 0Jm3 J Peso específico (kN/m3) Z umidade Uº Massa específica seca (Mg/m3) Jº Peso específico seco (kN/m3) H Índice De Vazios Q Porosidade 6 Grau de Saturação (%) 1,51 14,81 49,48 1,01 9,91 1,65 0,62 80,20 1,53 15,01 55,91 0,98 9,61 1,73 0,63 86,38 1,53 15,01 58,10 0,96 9,42 1,77 0,64 87,62 1,52 14,91 60,95 0,95 9,32 1,83 0,65 89,18 1,50 14,72 64,70 0,91 8,93 1,94 0,66 89,31
0 10 20 30 40 50 60 70 80 »¼Q½H¾J¿ÀT½ ÁÂÃ Ä Å Â ÆÇ È É Â Ç ÉÊÃ ËÌÍ É Î Ï Ð inicial 49,48 47,64 47,82 52,61 56,98 57,95 catodo 50,38 49,57 52,75 56,41 58,04 62,62 centro 53,81 52,7 56,52 57,92 61,55 64 anodo 55,36 55,65 58,44 59,95 63,25 67,48 3 4 5 6 7 8 sentido do fluxo
Figura 4.18 Variação da Umidade relativa nos solos contaminados com gasolina
$QiOLVHVGDGHVFRQWDPLQDomR
)OXRUHVFrQFLD
Conforme citado em seções anteriores, não obtivemos sucesso na tentativa de analisar quantitativamente a gasolina com o respectivo método de extração, no equipamento de infravermelho. Portanto, como alternativa, optou-se em analisar as amostras de água percolada dos ensaios em um fluorímetro, cujo resultado qualitativo pode ser observado na Figura 4.19.
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Ñ ÀÒÔÓÖÕ]¿ÒØ×J¼QÙÀÔÚT×ØÀ¼TÚT¾ØÛ¼TÒÝÜ Þ Í ßÂ Í Ê Ì Å É Å Â
Agua pura Anodo branco Catodo branco Gas. anod 7 Gas. cat 7 Gas. anod 3 Gas. cat 3
Figura 4.19 Análise qualitativa da água percolada através do fluorímetro
Nota-se na Figura 4.19, que o próprio fluxo de água carreia materiais, os quais são refletidos pela fluorescência, podendo ser partículas muito finas de solo, matéria orgânica, ou até mesmo íons. Essa diferença pode ser notada quando comparamos a água pura com a água percolada no solo sem contaminação do anodo e do catodo (brancos), sendo a resposta maior para o anodo, uma vez que este era o sentido do fluxo.
Mas, observa-se que nos ensaios do solo com gasolina, a água percolada ainda encontra uma diferença maior de reflexão no eletrólito do anodo, do que a do eletrólito do ensaio sem contaminação. Presume-se então, que alguma quantidade de gasolina efetivamente percola, mesmo não podendo quantificá-la. Provavelmente são concentrações bem pequenas que chegam no eletrólito do anodo, pois os espectros para a gasolina pura seriam muito acima dessas curvas, que no caso não está representada por opção de escala.
O ensaio reportado como sem contaminação apresentou maior volume percolado que os outros dois, conforme comparado na Tabela 4.5, descartando a possibilidade deste ter carreado mais material particulado.
Tabela 4.6 Comparação do volume percolado para alguns ensaios eletrocinéticos
Ensaio Sem contaminação EK3 EK7 Volume percolado (ml) 8.87 16
Ainda existe o fato das curvas exibidas para o EK7 terem sido mais refletidas que as do EK3, visto que este percolou um volume bem maior, podendo o fluxo eletroosmótico ter conseguido expulsar mais moléculas de gasolina.
Obviamente, esses comentários são apenas hipóteses, já que não tem-se a precisão do quanto que pode ter percolado.
$QiOLVHGH%7(;
Algumas amostras do ensaio de maior volume percolado foram enviadas para o Laboratório INNOLAB, o qual determina as concentrações também em termos dos componentes BTEX (benzeno, tolueno, etil benzeno, m-xileno e o-xileno). A Tabela 4.7 apresenta algumas propriedades relevantes destes compostos. Os resultados podem ser visualizados nas Figuras 4.20 e 4.21, as quais ilustram o transporte de cada componente da gasolina e do total destes, em um ensaio com a duração de aproximadamente 14 dias.
De acordo com as análises do laboratório, o composto benzeno não foi encontrado. Sugere-se que este pode ter volatilizado por completo devido à sua elevada pressão de vapor. A Figura 4.20 ilustra que o tolueno apresentou uma concentração muito pequena, e praticamente não foi transportado. Segundo a Tabela 4.7, este também apresenta uma pressão de vapor relativamente alta.
Já os outros compostos apresentaram algum indício de transporte, já que suas concentrações variaram ao longo da amostra.
Pode-se visualizar na figura 4.21, que o transporte dos BTEX ocorreu de forma que a maior concentração estava na região central da célula. Sugere-se que o tempo de ensaio não foi suficiente para que todos os compostos pudessem alcançar a região mais próxima ao anodo.
Mas, é válido citar que a concentração obtida é muito baixa (ppb) quando comparada à que foi contaminada (ppm). Portanto, mostra-se resultados de um composto que é extremamente volátil e consequentemente apresenta uma análise bem complicada, e que muito cuidado deve ser tomado com qualquer afirmação.
Tabela 4.7 Propriedades dos BTEX (Newell àáHâJã.,EPA 1995) Composto Densidade (g/cm3) Viscosidade dinâmica (cp) Solubilidade em água (mg/L) Pressão de vapor (mm Hg) Constante da Lei de Henry (atm m3/mol) Benzeno 0,8765 0,6468 1780 76 5,43x10-3 Etil Benzeno 0,8670 0,6780 152 7 7,9x10-3 Tolueno 0,8669 0,5800 515 22 6,61x10-3 m-xileno 0,8642 0,6080 200 9 6,91x10-3 o-xileno 0,8800 0,8020 170 7 4,94x10-3 24 28 270 150 24 84 700 410 26 53 370 250 0 100 200 300 400 500 600 700 800
Tolueno etil benzeno m xileno o xileno
äåæ çèæ éêëì íå îï ð ñò ð ó
catodo centro anodo
Figura 4.20 Transporte dos BTEXs numa amostra de solo contaminado com gasolina
472 1218 699 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
catodo centro anodo
C on ce nt ra çã o ( µ g/ kg )
Figura 4.21 Transporte do Total de BTEXs para uma amostra de solo contaminado com gasolina
(OHWURFLQHVHGHVRORVFRQWDPLQDGRVFRPyOHR
Em uma outra bateria, foram conduzidos 4 ensaios em amostras contaminadas com óleo, cujas propriedades estão listadas na Tabela 4.8, sendo 2 com concentração de 10000ppm e 2 com 5000ppm.
Tabela 4.8ôöõ÷FøõùàÖúJâÖúJàJûØúÖ÷ÔüJãàJ÷
Temperatura (°C) Viscosidade (cp) Densidade (Mg/m3) 20 54 0,883 25 45 0,880 30 39 0,877 35 34 0,874 40 29 0,870
A tentativa de remediação se processou pelo processo de fluxo eletroosmótico, já que o óleo também é considerado um composto praticamente não miscível com a água.
ËQGLFHVItVLFRV,QLFLDLV
Os índices físicos iniciais foram determinados, conforme as baterias anteriores (solos não contaminados e solos contaminados com gasolina), sendo a umidade também considerada relativa, pois o óleo é constituído por alguns compostos voláteis, que podem camuflar os pesos de solo seco na sua determinação. A Tabela 4.9 mostra esses resultados, os quais praticamente não variaram de um ensaio para o outro, já que foram produzidos da mesma maneira, variando apenas o teor de óleo.
Tabela 4.9 Índices Físicos Iniciais para amostras de solo contaminadas com óleo
(QVDLR U Massa específica (Mg/m3) J Peso específico (kN/m3) Z Umidade Uý Massa específica seca (Mg/m3) J Peso específico seco (kN/m3) H Índice De Vazios Q Porosidade 6 Grau de Saturação (%) 1,51 14,81 50,91 1,00 9,81 1,68 0,63 81,18 1,52 14,91 49,01 1,02 10,01 1,62 0,62 81,08 1,51 14,81 51,79 1,01 9,91 1,65 0,62 80,38 1,50 14,72 51,79 0,99 9,71 1,70 0,63 81,36 3DUkPHWURVHOHWURRVPyWLFRV 9D]mR
A Figura 4.22 mostra a variação deste parâmetro para os ensaios de solos contaminados com óleo. Nesta, pode-se observar que o primeiro ensaio apresentou a maior vazão, mesmo não possuindo nenhuma diferença com relação aos índices físicos, confirmando a importância da disposição dos vazios no interior do corpo de prova. Este ensaio EK1, foi na realidade o ensaio mais eficiente de todos os realizados neste trabalho, chegando à máxima vazão de
quase 3x10-5 cm3/s. Os outros praticamente não variaram entre si, e novamente por possuírem magnitude muito pequena, diferiram pouco do primeiro.
É válido citar que no ensaio EK2 houve muita dificuldade de manusear a mistura na célula, tentando retirar os vazios, apresentando portanto menor eficiência, menor vazão. Uma razão pode ter sido a alta concentração adicionada na amostra, no caso (10000ppm), com a alta viscosidade do óleo, mesmo não tendo este fato acontecido no outro (EK3) de mesma concentração.
A variação e a magnitude da vazão nos 4 ensaios foram semelhantes a todos os outros, sem contaminação e contaminados com gasolina, sugerindo que a presença do óleo, mesmo que em considerável quantidade não afeta o fluxo eletroosmótico. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 100 200 300 400 500 600 700 þÿ
EK1 EK2 EK3 EK4
Figura 4.22 Gráfico vazão x tempo para ensaios de solos contaminados com óleo
&RHILFLHQWHGH3HUPHDELOLGDGHHOHWURRVPyWLFDN
Como o óleo não afetou a vazão do fluxo eletroosmótico, o mesmo também nada interferiu na variação do coeficiente de permeabilidade eletroosmótica,
conforme visualizado na Figura 4.23, sendo novamente a magnitude em torno de 10-7 cm2/V. s, e de 10-6 cm2/V. s no ensaio EK 1. 0 2 4 6 8 10 12 0 100 200 300 400 500 600 700 þÿ
EK1 EK2 EK3 EK4
Figura 4.23 Gráfico coeficiente de permeabilidade eletroosmótica x tempo para solos contaminados com óleo
&RUUHQWH
Na Figura 4.24 pode-se visualizar novamente que não foi o ensaio que apresentou o maior pico de corrente que produziu o maior fluxo (Figura 4.22), já que o ensaio EK2 apresentou maior pico e menor vazão.
Seria redundante maiores comentários mais sobre a corrente, visto que nada modificou dos ensaios já reportados até aqui.
0 20 40 60 80 100 120 0 100 200 300 400 500 600 700 þÿ
EK1 EK2 EK3 EK4
Figura 4.24 Gráfico corrente x tempo para solos contaminados com óleo
&RHILFLHQWHGHHILFLrQFLDHOHWURRVPyWLFDN
Como era esperado, nota-se na Figura 4.25 que o ensaio EK2 apresentou menor eficiência (maior coeficiente de eficiência eletroosmótica), já que este apresentou menor vazão para uma maior corrente. Já o ensaio EK1, foi o mais eficiente pois apresentou maior vazão para um menor consumo de corrente.
Mas, esses ensaios de solos contaminados com óleo, de uma maneira geral apresentaram maior eficiência que os outros analisados, tanto de gasolina quanto sem contaminação. O pior destes, que foi o EK2, apresentou ki com máximo valor
na ordem de 8,5 A.s/cm2; enquanto nos outros essa faixa de valor correspondia aos mais eficientes (de menor ki), chegando a até mais de 30 A.s/cm2. Talvez um
fator explicativo esteja na praticabilidade adquirida do manuseio da amostra de solo na célula (pois estes foram os últimos produzidos), uma vez que este era o principal motivo para um melhor arranjo dos vazios, e assim uma maior vazão.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 100 200 300 400 500 600 700 ! "# $%& '( ) *+
EK1 EK2 EK3 EK4
Figura 4.25 Gráfico coeficiente de eficiência eletroosmótica x tempo para solos contaminados com óleo
S+
Pode-se observar nas Figuras 4.26 e 4.27, que este contaminante também não possui qualquer influência sobre o comportamento do pH dos compartimentos, assim como na variação do pH do solo após os ensaios. A Eletrocinese mais uma vez mostra a mudança desses potenciais devido às reações de eletrólise, crescendo na direção contrária ao fluxo eletroosmótico, que no caso deste solo é do catodo para o anodo.
Definitivamente um solo que é submetido ao processo de eletrocinese, pelo menos durante o ensaio, sofre mudanças de valores de pH ao longo de sua extensão.
0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200 250 300 350 ,.-/0 132 anodo EK1 catodo EK2 anodo EK2 catodo EK2
Figura 4.26465798;:<>=@?BADCE=!F6<>=EG@?!H5I;:GKJLMI=!FONPIJBG@?9=Q?9H5HKF>=R=SFP<>=BL>IHEG@:L!HSCE=SFP<>=EGUTRJS=
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 VWMX9YSZ[9X \S] pH inicial 4,49 4,70 4,56 4,75 ph anodo 4,31 4,13 4,02 4,33 pH centro 4,43 4,48 4,27 4,52 ph catodo 5,66 6,02 4,95 6,17
EK1 EK2 EK3 EK4
fluxo fluxo
fluxo
fluxo
Figura 4.27 Variação do pH nos solos contaminados com óleo, antes e depois dos ensaios
&RQGXWLYLGDGH(OpWULFD
A condutividade elétrica nos eletrólitos, segundo a Figura 4.28, mostra que esta tende a aumentar com o tempo no eletrólito do anodo e se manter constante no catodo, pelos motivos já citados anteriormente, não possuindo o óleo qualquer propriedade que mudasse esses valores. O ensaio EK2 se apresenta ligeiramente diferente, mas sugere-se que tal diferença se torna desprezível quando analisa-se a magnitude dos valores (µS/cm2).
0 50 100 150 200 250 300 0 100 200 300 400 500 600 700 ^9_`ba cde fg h ij i fk fl mn o pq r s
anodo EK1 catodo EK1 anodo EK2 catodo EK2 anodo EK4 catodo EK4
Figura 4.28 Gráfico condutividade x tempo da água dos compartimentos de amostras contaminadas com óleo
O mesmo comportamento pode ser observado na Figura 4.29, onde regiões mais perto do compartimento do anodo ficam com condutividade maior que as do catodo, às quais diferentemente diminuem. Portanto, a eletrocinese através das reações de eletrólise também afetam a condutividade elétrica do solo que está sendo tratado. Sugere-se ainda que o contaminante nada tem a contribuir para este fato.
29 49 29 27 44 61 69 24 18 24 17 24 3 8 2 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80
EK1 EK2 EK3 EK4
V WMX9YSZ[9X tuv wx y z{ z w| w} } ~ y z | 2
condutividade inicial condutividade anodo conutividade centro condutividade catodo
fluxo fluxo
fluxo fluxo
Figura 4.29 Gráfico da variação da condutividade do solo contaminado com óleo antes e depois dos ensaios
ËQGLFHVItVLFRVILQDLV
A seguir está apresentada a Tabela 4.10, a qual ilustra os índices físicos determinados após o término de cada ensaio. Mais uma vez considera-se a umidade como relativa, devido à presença de compostos voláteis no óleo, não conseguindo novamente quantificar o transporte de água ou de óleo para este teor. Observa-se que a umidade e o grau de saturação aumentou para todas as amostras, o que comprova a percolação de água pela eletroosmose (já que o óleo não é tão volátil quanto a gasolina), mesmo com a presença do contaminante.
A Figura 4.30 ilustra a variação da umidade ao longo da amostra de solo, acentuando o fato do ensaio EK2 ter sido o de menor volume percolado, não apresentando acentuada variação.
Tabela 4.10 Índices físicos finais de amostras de solo contaminadas com óleo (QVDLR U Massa específica (Mg/m3) J Peso específico (kN/m3) Z Umidade U Massa específica seca (Mg/m3) J Peso específico seco (kN/m3) H Índice de Vazios Q Porosidade 6 Grau de Saturação (%) 1,52 14,91 58,54 0,96 9,42 1,79 0,64 87,39 1,54 15,11 54,20 1,00 9,81 1,67 0,63 86,69 1,53 15,01 57,49 0,97 9,52 1,76 0,64 87,48 1,52 14,91 59,35 0,95 9,32 1,80 0,64 88,03 0 10 20 30 40 50 60 70 >9S! inicial 50,91 49,01 49,63 51,79 catodo 55,38 52,21 53,59 57,63 centro 57,63 54,25 57,37 59,51 anodo 62,61 56,17 61,52 60,92 1 2 3 4 sentido do fluxo
Figura 4.30 Variação da umidade relativa ao longo de amostras de solo contaminados com óleo
$YDOLDomRGD5HPHGLDomR(OHWURFLQpWLFD
([WUDo}HVGHyOHRGRVROR
Conforme descrito anteriormente, as análise de óleo no solo antes e depois dos ensaios foram realizadas de acordo com uma metodologia desenvolvida, baseada em diversas tentativas e em técnicas de extração pré definidas, como o método 418.1. Os resultados estão dispostos em termos de TPH (WRWDOSHWUROHXP K\GURFDUERQV – hidrocarbonetos totais de petróleo), conforme calibração do espetrofotômetro de infravermelho utilizado.
O ensaio EK1 apresentou maior fluxo e maior eficiência. A Figura 4.32 mostra que o óleo foi transportado eletroosmoticamente para o anodo. Devido à existência de um filtro de papel entre o corpo de prova e o eletrólito, o óleo começa a acumular-se na extremidade próxima do anodo Foram analisadas 3 amostras para cada ponto, e como o resultado destas análises foram bem parecidos, optou-se em apresentá-los na Figura 4.31, como uma média aritmética.
4341,5 4103,5 3817 4283 3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400
anodo centro catodo inicial
sentido do fluxo
Figura 4.31 Transporte de óleo no ensaio EK1
Nota-se neste ensaio, que o fluxo eletroosmótico foi capaz de transportar óleo pelo solo contaminado pelo simples fluxo de água, se acumulando nas proximidades do anodo.
Nas amostras de água analisadas, encontrou-se uma concentração de aproximadamente 80ppm, a qual não foi muito considerada, pois no momento da extração percebia-se muito óleo restante ainda retido no vidro de separação.
Outro ensaio coerente foi o EK3, onde pode-se também observar o transporte de óleo, mas em menor proporção, quando comparado com o EK1. A Figura 4.32 mostra que o óleo foi transportado eletroosmoticamente em direção ao anodo e que devido à presença do filtro de papel, a quantidade de óleo acumulou-se novamente nas proximidades do anodo.
8451 7688 6692 6884 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
anodo centro catodo inicial
Sentidodo fluxo
Figura 4.32 Transporte de óleo no ensaio EK3
Já nos outros ensaios, os resultados obtidos não foram tão ilustrativos quanto estes. Sugere-se que isso possa ter ocorrido devido à má homogeneização do solo com o óleo, ou à uma amostragem não representativa, ou à perda da calibração do espectrofotômetro.
(OHWURFLQHVHQD%RUUDGH3HWUyOHR
Uma quarta bateria de ensaios foi efetuada com a borra de petróleo, empregando deste feito a célula desenvolvida por Laurindo (1999) a qual apresenta um configuração aberta.
3HVR(VSHFtILFR
O intuito destes ensaios foi analisar a parte mais grosseira deste resíduo, a qual se encontrava sedimentada nos tonéis, sendo, portanto, um material bem pesado.
Não foi possível determinar seus índices físicos, pois se trata de um resíduo muito oleoso e com pouca porcentagem de água. Mas, de grande importância foi determinar seu peso específico:
Massa específica: 6,37 Mg/m3 Peso específico: 62,49 kN/m3
Com esta determinação, comprova-se que é um material com alto peso específico, mas deve-se lembrar que todos esses ensaios foram realizados com a parte sedimentada da Borra de Petróleo.
3DUkPHWURHOHWURRVPyWLFR
Por se tratar de um material bem diferente de um solo, presumia-se que o movimento preferencial de fluxo eletrocinético seria a migração iônica, já que o composto poderia conter inúmeros íons, e não a eletroosmose, que ocorre devido à presença de água. Portanto, não era possível quantificar precisamente quanto de volume percolava para o centro da célula, onde estava a bureta, já que se tratava da percolação de algum sal bem descontínuo (Figura 4.33). Logo, os parâmetros
como vazão e conseqüentemente, coeficiente de permeabilidade eletroosmótica, ke, e coeficiente de eficiência eletroosmótica, ki, não puderam ser determinados.
As únicas leituras efetuadas foram da voltagem que estava sendo aplicada, e da corrente que era induzida no sistema, a qual muitas vezes oscilava em cada leitura.
Figura 4.33 Volume percolado nos ensaios com a Borra de Petróleo
&RUUHQWH
A Figura 4.34 mostra a variação da corrente para dois ensaios realizados, um com voltagem de 10V e o outro de 20V. É válido citar que a maioria das medidas feitas no segundo ensaio oscilou bastante para a mesma leitura.
Da mesma maneira que nos ensaios de Eletrocinese feitos com solo, neste, a corrente inicialmente aumenta e decai com o passar do tempo. Mas, nota-se claramente que seus valores em magnitude foram maiores, na ordem de miliAmperes (mA), 10-3A, já que teoricamente a presença de íons na Borra de
Petróleo também era bem maior.
Nota-se também através da Figura 4.34, que a corrente pouco variou entre as duas voltagens aplicadas, com uma diferença apenas no valor inicial, onde o ensaio com diferença de potencial de 20 Volts apresenta uma corrente inicial maior. Mas, esta diminui consideravelmente para um intervalo de tempo bem curto, se igualando à de 10 V. Portanto, o primeiro ensaio apresentou maior eficiência com menor custo, já que o segundo induziu a mesma corrente para uma voltagem duas vezes menor.
Análises de outros parâmetros não foram procedidas, devido à dificuldade de manuseio com este resíduo, uma vez que este continha uma porcentagem muito alta de óleo. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 . EK1 (10V) EK2 (20V)
Figura 4.34 Gráfico Corrente x tempo para os ensaios realizados com a Borra do petróleo
5HVXOWDGRVGD5HPHGLDomRGD%RUUD
7UDQVSRUWHGHtRQV±$QiOLVHSRU/L[LYLDomR 1%5 (.
No primeiro ensaio optou-se em analisar o transporte de íons antes e após a remediação eletrocinética. Mas, após feito todo o processo de lixiviação, notou-se que este material não apresentava contaminação inorgânica, pois analisando diversos metais, estes se encontravam abaixo do limite de detecção (LP) do ICP. Os valores estão demonstrados na Tabela 4.11, para amostras antes da remediação e 3 de uma mesma fatia após a mesma.
Tabela 4.11 Concentração (em ppm) dos metais na Borra de Petróleo, segundo análises por Lixiviação 0HWDO $PRVWUD Chumbo 3E Cádmio &G Níquel 1L Cromo &U Vanádio 9 Cobre &X ,QLFLDO 0,009 -0,004 0,049 0,001 0,001 0,002 ,QLFLDO 0,005 -0,007 0,013 0,005 0,006 -0,003 ,QLFLDO 0 0 0,025 -0,004 0 -0,001 &DWRGRIDWLD 0,006 0 0,045 0,001 0,001 0,006 &HQWURIDWLD -0,003 0 0,011 0,006 0,003 0,005 $QRGRIDWLD 0,014 -0,002 0,116 -0,004 0,007 0,002 LP 0,0305 0,29 0,6349 0,3117 0,0495 0,0292
No entanto, um fato curioso merece ser reportado: aplicando uma diferença de potencial através de um resíduo com a utilização de eletrodos de latão, introduziu-se zinco na Borra de Petróleo. Durante o ensaio foi observado uma grande corrosão desses materiais como pode ser visualizado na seqüência de Figuras: 4.35, 4.36, 4.37 e 4.38.
Figura 4.35 Eletrodo de latão após aproximadamente 24 hs de ensaio
Figura 4.36 Eletrodo de latão após 3 dias de ensaio
Figura 4.37 Eletrodo de latão após aproximadamente 1 semana de ensaio
Figura 4.38 Eletrodo de latão após mais de uma semana de ensaio
Além de se perceber a introdução de zinco na amostra, nota-se que o mesmo começa a ser transportado devido ao fluxo eletrocinético, da mesma maneira que se pensava que os outros metais, se estivessem presentes, também seriam transportados. Analisando a Figura 4.39, a qual ilustra este transporte em uma fatia do corpo de prova, nota-se que uma pequena quantidade de zinco migrou para outras regiões da borra. Acredita-se que se o tempo de duração deste ensaio fosse maior, tal fato poderia ter tomado maiores proporções. Outras fatias foram também analisadas, mas esta foi escolhida por ser mais representativa deste comportamento. Sugere-se, que antes de aplicar qualquer técnica de descontaminação eletrocinética, deve-se analisar muito bem os componentes, assim como os potenciais de oxidação dos eletrodos que serão utilizados.
&RQWDPLQDomRSRU=LQFR 0,017 0,038 17,327 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
catodo centro anodo
¡ ¢£¡ ¤¥¦ § ¨ ©ª ª « ¬ Zinco sentido do fluxo
Figura 4.39 Migração do zinco introduzido pela corrosão dos eletrodos de latão na Borra de Petróleo
7UDQVSRUWHGHyOHR±(.
Como houve um certo transporte de óleo nos ensaios realizados com solo contaminado, optou-se em tentar verificar se o mesmo aconteceu na borra de
petróleo. Para isso, aplicou-se o mesmo método de extração citado anteriormente para o solo e obteve-se os resultados apresentados na Figura 4.40.
¯®;°±B² ³´.®;µ¶@·¶@¸º¹¶B´ 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 »¼ ½¾¿ ÀÁ ¿  Fatia 1 204,8 128,0 153,6 156,0 Fatia 2 204,8 166,4 168,0 183,0 Fatia 3 204,8 138,0 146,4 169,6 Fatia 4 204,8 121,0 152,0 161,6
inicial anodo centro catodo
sentido do fluxo
Figura 4.40 Transporte de óleo na Borra de Petróleo
Neste caso, a célula foi dividida em 4 fatias. Observou-se na Figura 4.40 que comparando valores iniciais com os demais, existe de imediato uma redução do conteúdo de óleo pela simples evaporação de alguns hidrocarbonetos, visto que as leituras são baseadas nestes compostos e que se trata de um circuito aberto.
Mas, nota-se que neste caso a concentração não está mais expressa em ppm, e sim em mg/kg, que significa uma magnitude 1000 vezes maior. Observa-se um transporte de óleo do anodo para o catodo em cada fatia, ficando essa região mais central (destino do fluxo) com a concentração maior.
Para a remoção de óleo do solo, presume-se que o processo ocorria devido à presença de água e consequentemente produção do fluxo eletroosmótico, que juntamente com suas águas de hidratação, carreava as moléculas de óleo. Provavelmente com a borra de petróleo se procedeu da mesma maneira (mesmo apresentando pequena quantidade de água), onde se pode notar através da Figura
4.44 que a remoção foi relativamente boa, já que as unidades são bem maiores em magnitudes (g/kg).
Portanto, ainda é impossível afirmar que a Eletrocinese é capaz de descontaminar totalmente um solo ou um resíduo de petróleo, mas, este estudo preliminar mostra índices que este processo pode acontecer pelo menos em pequena escala e ainda ser aprimorado o suficiente para que escalas maiores sejam alcançadas.
