APLICAÇÃO DO PROCESSO ELETROQUÍMICO A DESCONTAMINAÇÃO DE SOLO ARGILOSO CONTAMINADO POR SOLVENTES AROMÁTICOS Dniely de Lucen SILVA 1 ; Káti Dis NERI 1 ; Verônic Evngelist de LIMA 2 ; Eudésio Oliveir VILAR 3. 1 2 3 Alun d UAQI/UEPB Professor do CCT/UEPB Professor do DEQ/UFCG Lortório de Engenhri Eletroquímic-LEEQ. Universidde Federl de Cmpin Grnde Avenid Aprígio Veloso, 882, CEP 589-97, Cmpin Grnde PB e-mil: veronic@uep.edu.r 1 Introdução Dd lrg utilizção dos solventes orgânicos em plicções industriis, produtos de consumo e mteriis de construção, estes compostos estão entre os poluentes de mior ocorrênci em solos contmindos. Qundo depositdos no meio miente, presentm médi persistênci mientl e tendem evporr se contminção for superficil. Su presenç n susuperfície, entretnto, compromete o meio miente e represent um grnde risco de contminção dos lençóis d águ suterrâneos. Neste cso descontminção se torn necessári. Emor muitos processos estejm disponíveis à remedição de solos, poucs tecnologis são eficientes em configurções com lto teor de rgil. A limitção dos processos reside n dificuldde evidente de moilizr contminntes ou trnsportr compostos essenciis trvés de solos de ix grnulometri, de ix condutividde hidráulic ou ix permeilidde. Os processos eletroquímicos não são ostruídos pels difíceis crcterístics de fluxo dos solos rgilosos e podem ser plicdos tnto n moilizção de metis (por eletromigrção) qunto no deslocmento de orgânicos (por eletroosmose). Este trlho tem como ojetivo investigr viilidde d descontminção de solos rgilosos utilizndo o processo eletroquímico pr moilizção por eletroosmose de tolueno e xileno. 2 Metodologi Pr estudo dos fenômenos envolvidos no processo eletrocinético, foi construído um retor (Figur 1) composto por um elemento nódico e outro ctódico em ADE (ânodo dimensionlmente estável De Nor) seprdos por um seção retngulr preenchid com 17g de solo rgiloso contmindo com os solventes Tolueno e Xileno, estuddos seprdmente. Form estudds s vriáveis: Tempo de processo (de 48 72 h), intensidde de cmpo elétrico plicdo (1 3 V/Cm) e umidde inicil do solo (2 5%), seguindo s condições prevists no plnejmento experimentl. Figur 1: Representção d mquete experimentl.
A eficiênci do processo foi verificd pel medid de concentrção e verificção do ph do solo em diversos pontos no espço intereletródico. Pr verificção d concentrção, técnic utilizd foi de extrção dos romáticos utilizndo éter dietílico e medids de sorânci por espectroscopi de UV (259nm). Os ddos otidos form trtdos esttisticmente. 3 Resultdos e discussão Os prâmetros oriundos d nálise esttístic sore os ddos coletdos correspondentes eletroosmose do tolueno e xileno estão listdos no Qudro 1. Pode-se comprovr que há evidêncis esttístics suficientes pr triuir um relção liner justd os ddos experimentis, visto que o percentul de vriânci explicd pelo modelo liner é cim de 95%. Análise Esttístic TOLUENO XILENO Coeficiente de correlção (R 2 ) % Máxim de vriânci explicd,955,962 99,94 99,64 Teste F clculdo 9,6 12, Teste F teldo com 95% de confinç 8,14 6,16 F Clculdo/F Teldo 1,73 1,95 Erro puro,12,245 Flt de juste,969,2514 Qudro 1: Análise d vriânci (ANOVA) pr C/Co dos compostos estuddos. Além dos vlores tuldos, investigção esttístic sugere um equção codificd que permite identificr respost do sistem em pontos diferentes dos que form investigdos nos ensios experimentis, respeitndo os limites do intervlo de estudo pr cd vriável fixdos no plnejmento. A prtir d nálise esttístic dos resultdos foi estelecido um modelo liner, descrito pel Equções 1 e 2, que express moilizção de tolueno e do xileno por eletroosmose em termos d rzão entre concentrção encontrd em determindo ponto do solo o finl do processo (C) e concentrção inicil (Co). TOLUENO: C/Co= 1,667+,29175T,2955U,225V,235TU +,875TV +,33UV (1) XILENO: C/Co = 1,483 +,225T,265 U +,25V,375TU +,5TV -,125UV (2) Onde T é o tempo em hors do processo eletroosmótico, U é o percentul de umidde inicil do solo e V design intensidde de cmpo elétrico plicdo em V/cm. Os vlores em negrito n equção são os termos de mior contriuição pr o modelo mtemático. A regressão é útil pr fins de previsão qundo o vlor de F clculdo for mior que o vlor d distriuição F com o número proprido de grus de lierdde no nível de confinç estelecido. No cso do tolueno e do xileno, F Clculdo/F Teldo tem um vlor ixo, ms o modelo empírico liner encontrdo é válido esttisticmente, não sendo um modelo ltmente preditivo. N Figur 2 são mostrds s superfícies de respost construíds prtir do modelo liner. Atrvés ds superfícies de respost pode-se oservr influênci ds vriáveis tempo (T), umidde(u) e intensidde
de cmpo elétrico (ICE) sore o deslocmento do tolueno por eletroosmose, tendo C/Co como vriável de respost. N Figur 2, são verificdos os efeitos do tempo e umidde sore o processo, mntendo-se vriável ICE fixd no ponto centrl (2 V/cm). Oserv-se que o umento do tempo de processo ssocido o menor teor de umidde do solo trz como respost mior concentrção reltiv (C/Co) de tolueno junto o ânodo. A Figur 2 complement ess vlição: diminuição d umidde em prceri com um umento d intensidde de cmpo elétrico, no tempo médio fixdo (6h), responde por um mior vlor de C/Co. Logo, s melhores condições pr C/Co são lcnçds nos ensios com menor teor de umidde, mior forç de cmpo elétrico plicdo e mior tempo de processmento, comportmento comprovdo tmém pr o xileno Ns condições estudds, rzão C/Co foi influencid positivmente pelo umento do tempo (T) e d Intensidde de Cmpo elétrico plicd (ICE). O excesso de umidde interferiu negtivmente em C/Co. Não form pontds interções significtivs entre s vriáveis do processo. A nálise ds superfícies de respost indic que, dentre o intervlo estuddo, s melhores condições do processmento form 72 hors, 2% umidde e 3V/cm. c Figur 2: Superfícies de respost em C/Co pr os prâmetros tempo, ICE e umidde, reltivs o contminnte tolueno. Um exme rngente sore tods s condições experimentis pr os contminntes em estudo revel conclusões semelhntes que podem ser conferids n Figur 3. Pode-se oservr que o mior potencil (3V/cm) e o mior tempo de eletrólise (72h) contriuem pr um mior deslocmento dos contminntes. A influênci d umidde inicil do solo sore o processo, entretnto, mostrouse dvers à moilizção. mx. C/Co 2,5 2, 1,5 1,,5, 2% 5% 2% 5% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 Ensios experimentis 35% Tolueno Xileno Figur 3: Ponto de máxim concentrção reltiv oservdo pr cd ensio experimentl.
A moilidde no meio sólido presentd pelo tolueno qundo estelecids s diverss condições experimentis é mostrd ns Figurs 4 e 4. O percentul deslocdo por cd seção é ddo pel expressão mtemátic: C - Co % contminnte= (3) Co onde C é concentrção (mg Contminnte /Kg Solo ) determind em cd seção o finl do processo. Os vlores percentuis negtivos precem ns representções gráfics freqüentemente ssocidos às seções próxims o cátodo e denotm síd de contminnte. O cúmulo dos compostos ns regiões nódics tmém pode ser perceido. Os ltos deslocmentos positivos, ou sej, porções do solo mis concentrds em contminnte estão, vi de regr, ns cercnis do ânodo. Os experimentos que presentrm os miores deslocmentos pontuis (cim de 14%) e estão relciondos o limite inferior do intervlo delimitdo pr o estudo d vriável umidde (2%). Mis um reflexo dos efeitos contrários entre hidrtção do meio e trnsporte do contminnte. 142,5 144,4 8,1,9 3,5,6-44,8-31,9-33,8-42,1-22, -4,1-2,5-26,4-7,4-26,7-18,3-26,7-15, -25,9 Figur 4: Percentul de tolueno deslocdo eletroquimicmente em cd seção de mostrgem ns condições de 72h, umidde 2%. ) ICE de 1V/cm. B) ) ICE de 3V/cm A técnic eletroquímic, por si só, não conduz à remoção de contminntes do meio e sempre deve estr ssocid um método de extrção. Pr fins de remedição é importnte que se identifique melhor loclizção pr instlção dos meios de extrção. Um conhecimento d distriuição do contminnte no solo pós o processo eletroquímico é, portnto, fundmentl ns plicções de cmpo. As Figurs 5 e 5 revelm distriuição percentul do tolueno pós o processmento eletroquímico tendo como se de cálculo concentrção totl no solo. Dentro ds condições de trlho, foi possível moilizr 53,5% e 43% d concentrção inicil de tolueno e xileno, respectivmente, estndo estes percentuis cumuldos ns três porções imeditmente próxims o ânodo (ver Figurs 5 e 5). A reção dominnte e mis importnte de trnsferênci de elétrons que ocorre nos eletrodos durnte o processo eletrocinético é eletrólise d águ: H 2 O 2H + + ½ O 2 (g) + 2e - 2H 2 O + 2e - 2OH - + H 2 (g) E o =-1,23(ânodo) E o =-,83 (cátodo)
. 21,7 3 19,7 25 24,4 2 18, % Xileno,6 9,6 9,2 11,7 15 11,1 6,6 5,5 5,4 5 5,5 6,8 6,6 5,8 7,8 6, 7,9,1,3,4,5,6,7,8,9 1, Figur 5: Distriuição percentul presente no solo pós eletrólise, ns condições de 72h, 2% umidde e ICE 3V/cm; ) Tolueno ; ) xileno. A migrção dos íons H + impulsiond pelo cmpo elétrico trvés do solo resultou num grdiente de ph em estelecido entre os eletrodos: vlores cim de 11 ns regiões muito próxims o cátodo e vlores ixo de 2, ns vizinhnçs do ânodo. A Figur 6 descreve s oservções finis qunto o ph d mtriz rgilos (5% de umidde inicil) contmind com tolueno pr o período de 72 hors de processmento eletrocinético.a Figur 6 present resultdos semelhntes pr o xileno. Em mos os csos, proximdmente 8% do mteril sólido em estudo dquiriu cráter ácido. Not-se usênci de regiões com ph inlterdo (o ph inicil do solo foi 8), reflexo d mpl ção dos íons H + e OH - sore todo o meio poroso. 14 CÁTODO ÂNODO 14 CÁTODO ÂNODO 12 1 V/cm 3 V/cm 12 1 V/cm 3 V/cm Escl de ph 8 6 Escl de ph 8 6 4 4 2 2,1,2,3,4,5,6,7,8,9 1,,2,4,6,8 1, Figur 6: Perfis de ph pós 72 hors de processmento eletrocinético, com 5% de umidde inicil do solo; ) Contminnte tolueno; ) Contminnte xileno. 4 Conclusão Conclui-se que moilizção de contminntes orgânicos em solo rgiloso é possível trvés de um processmento eletroquímico, su eficiênci, entretnto depende docontrole dequdo ds condições de processo, incluindo s lterções do ph do meio. De fto, o fluxo eletroosmótico é função de muitos prâmetros incluindo os tipos de rgils mineris, espécies iônics presentes em solução, ph do meio, forç iônic e tempertur, é importnte vlir contriuição de cd um destes termos pr o trnsporte dos orgânicos qui investigdos.