Concepção e design de sistemas de remoção de contaminantes de águas subterrâneas

Abstract

Resumo : Devido à grande demanda do uso de petróleos e seus derivados, é muito alta a preocupação de sua contaminação, que pode ocorrer em relação a vazamentos nas etapas de refino, transporte e exploração. Assim, plumas de poluentes de água subterrânea podem comprometer a qualidade da água em grandes áreas por décadas. Muitas vezes é alto o custo ou mesmo inviável descontaminar a água, principalmente devido ao tamanho e à grande distribuição espacial da pluma. Um dos meios é empregar Barreiras Reativas Permeáveis (BRP), que podem ser implementadas preventivamente perto de pontos de risco de vazamento. O recente desenvolvimento de argilas expandidas, adsorventes, hidrofóbicas proporcionou novas fronteiras e possibilidades para descontaminações de diferentes compostos. Este trabalho de conclusão de curso trata de estudos da disposição geométrica de conjuntos de BRP no solo. Empregou-se o método de Design Constructal para determinar as configurações das barreiras que proporcionariam maior acesso do contaminante ao material adsorvente para a sua remoção. Uma abordagem inicial considerou escoamento do aquífero em duas dimensões, em estado estacionário, confinado por cima e por baixo, saturado e homogêneo no qual a água contaminada em baixos teores, flui sob o regime de Darcy. As BRP são inserções retangulares compostas por argilas modificadas hidrofóbicas. A quantidade de materiais reativos é considerada fixa e as formas, tamanho, número e disposição dos insertos podem variar sujeitos a restrições. Consideraram-se razões de permeabilidades entre o solo e as inserções e, capacidade de adsorção. Foi utilizado o software COMSOL para todas as simulações. Os resultados mostraram os envelopes de design, formas das barreiras, disposição, número, tamanho para as barreiras reativas permeáveis.

Abstract: Due to the high demand for the petroleum and its derivatives, there is a very high concern about their contamination, which can occur in relation to leaks in the refining, transport and exploration stages. Thus, plumes of groundwater pollutants can compromise water quality over large areas for decades. The cost or even impracticability of decontaminating the water is often high, mainly due to the plume's size and wide spatial distribution. One of the solutions is to employ Reactive Permeable Barriers (RPBs), which can be implemented preventively near leakage risk points. The recent development of expanded, adsorbent, hydrophobic clays has provided new frontiers and possibilities for decontamination by compounds. This course’s conclusion work deals with studies of the geometric arrangement of RPBs set in the ground. The Constructal Design method was used to determine the barrier configurations that would provide the contaminant greater access to the adsorbent material, for the removal. An initial approach considered two-dimensional, steady-state, top- and bottom-confined, saturated and homogeneous aquifer flow in which low-level contaminating water flows under the Darcy regime. RPB are rectangular inserts composed of hydrophobic modified clays. The amount of reactive materials is considered fixed and the shapes, size, number and arrangement of inserts may vary subject to restrictions. Permeability ratios between soil and inserts and adsorption capacity were considered. COMSOL software was used for all simulations. The results showed the design envelopes barrier shapes, arrangement, number and size for permeable reactive barriers.