Aplicação de CFD em problemas de nanoremediação com nanopartículas de ferro valente zero

Abstract

Resumo: A água subterrânea é o recurso natural mais extraído do subsolo brasileiro, e esse recurso é utilizado para o abastecimento doméstico, indústria e agropecuária. Considerando o cenário atual de escassez hídrica, são de suma importância trabalhos que tem por objetivo a recuperação e preservação desse recurso. O TCE (tricloroetileno) é um solvente clorado, conhecido por sua toxicidade presente em muitos reservatórios de água subterrânea e, por tratar-se de um contaminante menos viscoso e mais denso que a água, alcança o substrato impermeável dos reservatórios permanecendo aprisionado no sistema de poros por anos ou décadas. A técnica de remoção do TCE estudada neste trabalho é a redução por nanopartículas de ferro zero valente. Neste caso o Fe0 atua como doador de elétrons para que o TCE se reduza a compostos menos nocivos e mais fáceis de serem removidos. E, tão importante quanto a redução do TCE por meio da reação química, são os distúrbios de pressão causados pela injeção da solução de nanopartículas e pelo gás que é um dos produtos da reação. Esses distúrbios são capazes de deslocar o TCE do interior dos poros facilitando a sua remoção posterior. Por meio de simulações de fluidodinâmica computacional, utilizando software livre openFoam, foi possível comprovar que o etileno, que é um dos produtos da reação de redução do TCE, é capaz de deslocar o DNAPL do interior dos poros. Por meio das simulações em duas dimensões obteve-se uma redução de 97% da saturação do TCE (temperatura de 25ºC e 1 atm) por deslocamento do contaminante para fora do campo de visão. Vale destacar também que as simulações realizadas apresentaram consistência com resultados experimentais realizados por outros autores. Além disso, avaliou-se também o comportamento do escoamento TCE - água em função do ângulo de contato TCE - água - parede dos grãos. Nesse caso, observou-se uma maior recuperação do TCE para a condição de drenagem do mesmo, com ângulos de contato de aproximadamente 140º.

Abstract: Groundwater is the most extracted natural resource from the Brazilian subsoil, and this resource is used for domestic supply, industry and agriculture. Considering the current scenario of water scarcity, works aimed at the recovery and preservation of this resource are very important. TCE (trichlorethylene) is a chlorinated solvent, known for its toxicity present in many underground water reservoirs and, as it is a less viscous and denser contaminant than water, it reaches the impermeable substrate of the reservoirs, remaining trapped in the water system. pores for years or decades. The TCE removal technique studied in this work is the reduction by nanoparticles of zero valent iron. In this case, Fe0 acts as an electron donor so that TCE is reduced to less harmful compounds that are easier to remove. And, just as important as the reduction of TCE through the chemical reaction, are the pressure disturbances caused by the injection of the solution of nanoparticles and by the gas that is one of the products of the reaction. These disorders are capable of displacing the TBI from the interior of the pores, facilitating its later removal. Through computational fluid dynamics simulations, using openFoam free software, it was possible to prove that ethylene, which is one of the products of the TCE reduction reaction, is capable of displacing DNAPL from the interior of the pores. Through two-dimensional simulations, a 97% reduction in TCE saturation was obtained due to displacement of the contaminant out of the field of view. It is also worth noting that the simulations performed were consistent with experimental results performed by other authors. In addition, the behavior of the TCE - water flow was also evaluated as a function of the contact angle TCE - water - grain wall. In this case, there was a greater recovery of the TCE for its drainage condition, with contact angles of approximately 140º.