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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autora: Franco, Débora Vilela
Título: Tratamento Redutivo de Solo e Água Subterrânea Contaminados com Cromo Hexavalente
Ano: 2008
Orientador: Prof. Dr. Wilson de Figueiredo Jardim
Departamento: Química Analítica
Palavras-chave: Solo, Contaminação, Cromo hexavalente, Cinética de redução, Ferro zero-valente coloidal
Resumo: A redução química do cromo hexavalente, Cr(VI), presente em solo e água subterrânea contaminados, foi investigada empregando-se diferentes agentes redutores (batelada e semi-batelada) para avaliar a extensão da redução do Cr(VI) e da imobilização (precipitação) do cromo trivalente, Cr(III). O estudo comparativo envolvendo o uso de diferentes agentes redutores evidenciou que as espécies Fe(II) e FZVcol (nanopartículas estabilizadas com carboximetilcelulose) apresentaram os resultados mais promissores para a remoção do Cr(VI), visto que houve uma redução quantitativa desta espécie com sua concomitante imobilização. A aplicação do Fe(II) e FZVcol nas razões molares 1[Cr(VI)]:20[Fe(II)] e 1[Cr(VI)]:4[FZVcol] resultou na conversão redox superior a 98% e na imobilização das frações de Cr(VI) lábil e trocável. Foi verificado para o Fe(II), que o aumento da velocidade do fluxo volumétrico (G) resulta na diminuição do número de volume de poro para o tratamento do solo e da quantidade de Cr(VI) residual. O estudo hidrodinâmico teórico da coluna recheada com solo (meio poroso) permitiu mensurar o grau de dispersão do redutor na coluna frente ao modelo pistonado de escoamento em função de G mediante o cálculo do coeficiente de dispersão mássica volumétrico (kDV), o qual foi calculado a partir da modelagem da curva de saturação experimental. Foi verificado em todos os casos que a cinética do processo redox Cr(VI)/Cr(III) segue uma lei empírica de velocidade de pseudo-primeira ordem. A complexidade cinética do processo redox foi evidenciada pela dependência da constante de velocidade global de pseudo-primeira ordem (k*) com o tempo de reação, G e a concentração inicial do redutor. Um modelo cinético fenomenológico foi proposto para se obter uma expressão representativa de k* nas diferentes situações experimentais investigadas, bem como nos casos limites previstos. Um esquema reacional global foi proposto para representar os diferentes processos elementares envolvendo as espécies Cr(VI) e Cr(III) na matriz porosa (solo/água subterrânea). Um ensaio de tratamento em escala piloto foi realizado in situ tendo-se como balizadora as condições experimentais mais promissoras obtidas nos estudos realizados em escala laboratorial.
Abstract: Chemical reduction of the hexavalent chromium, Cr(VI), present in contaminated soil and groundwater was investigated using several different reductants (batch and semi-batch) in order to evaluate the extension of Cr(VI) reduction and the immobilization (precipitation) of trivalent chromium, Cr(III). A comparative study concerning the use of different reductants revealed that Fe(II) and ZVIcol (nanoparticles stabilized with carboximethylcellulose) present the most promising findings for the Cr(VI) removal, since it was found that a quantitative reduction of this specie is accompanied by its immobilization. Application of Fe(II) and ZVIcol using the 1[Cr(VI)]:20[Fe(II)] and 1[Cr(VI)]:4[ZVIcol] molar ratios resulted in a redox conversion degree higher than 98% and in the immobilization of the labile and the exchangeable Cr(VI) fractions. It was verified for Fe(II) that increasing the volumetric flow rate (G) both the pore volume necessary for the redox treatment and the residual Cr(VI) decrease. The theoretical hydrodynamic study concerning the packed column reactor containing soil (porous medium) permitted to evaluate the reductant dispersion degree inside the column in relation to the plug-flow model as functions of G by measuring the volumetric mass dispersion coefficient (kVD), which was calculated from simulation of the experimental saturation curve. In all cases, it was found the kinetics of the Cr(VI)/Cr(III) redox process follows a pseudo-first order rate law. The complexicity concerning the kinetic process was evidenced by the dependence of the overall pseudo-first order kinetic rate constant (k*) on reaction time, G and the initial concentration of the reductant. A phenomenological kinetic model was proposed in order to obtain a relation capable to represent k* for the different experimental conditions investigated, as well for the possible limit cases. An overall reaction scheme was proposed in order to describe the different elementary processes concerning the Cr(VI) and Cr(III) species, which take place inside the porous soil matrix (soil/groundwater). A pilot scale test was carried out in situ taking into account the best experimental scenario obtained in laboratory.
Arquivo (Texto Completo): 000448407.pdf ( tamanho: 5,82MB )

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