[pt] O impacto dos pesticidas sobre a qualidade das águas subterrâneas tem sido objeto de preocupação de cientistas e autoridades públicas do nosso planeta. O uso intensivo de pesticidas na agricultura e a alta persistência de muitos deles tem requerido um rigoroso controle para evitar possíveis contaminações das águas subterrâneas e superficiais. O herbicida atrazina é um poluente freqüentemente encontrado nas águas subterrâneas em muitos países e foi selecionado para este estudo. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a efetividade, em escala de laboratório, da remediação de águas subterrâneas contaminadas com atrazina a partir do tratamento com ozônio produzido eletroquimicamente in situ. O anodo de β-PbO2 foi empregado na produção do ozônio por via eletroquímica e foi obtido por eletrodeposição sobre um substrato de titânio. A análise do depósito de PbO2 pela técnica de difração de raios-X confirmou apenas a presença das fases α e β do PbO2 e apontou a fase β como a principal. Foi comprovado que o aumento da corrente elétrica aumenta a taxa de produção de ozônio. Taxas de produção de O3 de 4,4; 19,5 e 39,1 mg h(-1) foram obtidas a partir de valores de densidades de correntes de 0,5, 1,0 e 1,5 kA m(-2),respectivamente. Os experimentos de degradação em batelada de uma solução de atrazina com concentração igual a 1 mg L(-1) para densidades de corrente de 0,5, 1 e 1,5 kA m(−2) mostraram que, com o aumento da densidade da corrente ocorreu um acréscimo na taxa de degradação da atrazina. Isto indica que o maior poder de oxidação do anodo, na medida em que se incrementa a corrente aplicada, é devido à maior eletrogeração dos oxidantes O3/.OH. A partir da análise cinética dos resultados obtidos nos experimentos de degradação foram obtidas boas correlações lineares quando os dados foram ajustados seguindo um modelo de pseudo-primeira ordem. As constantes cinéticas de pseudo- primeira ordem calculadas foram 6,2×10(−3), 8,8×10(−3) e 1,21×10(−2) min (−1) para 0,5, 1 e 1,5 kA m(−2), respectivamente. Os experimentos de degradação de atrazina em fluxo contínuo foram realizados numa coluna de acrílico de forma cilíndrica (26 cm x 4cm DI) preenchida com areia lavada, simulando o material do aqüífero, contendo um anodo de Ti/β-PbO2 e um catodo de Ti/RuO2. Durante os experimentos houve uma diminuição progressiva da concentração de atrazina no efluente de saída da coluna. Após 8 horas, as concentrações de atrazina na saída da coluna foram 75% e 80% menores do que a concentração de atrazina na entrada da coluna quando se aplicaram correntes de 0,4 e 0,6 A, respectivamente. Estes resultados confirmam a potencial aplicação deste tipo de estratégia de controle de plumas de contaminação e proporciona as bases para o desenvolvimento futuro desta técnica de remediação de aqüíferos. / [en] The impact of pesticides on the quality of groundwater has been the subject of scientific and public health concerns in the entire planet, especially in areas where groundwater is mainly used for human consumption. The intensive use of pesticides in agriculture and the high persistence of several of these chemicals have required a rigorous control of possible environmental contaminations, especially of drinking water sources. The herbicide atrazine is frequently detected in natural waters of many countries and was selected for investigation. A laboratory scale study on the evaluation of the effectiveness of remediation of atrazine in groundwater utilizing in situ electrochemical generated ozone was conducted. β-PbO2 was used as anode for ozone generation. β-PbO2 electrodes were prepared by electrodeposition on Ti plates. X-ray diffraction analysis confirmed that the deposit contained only the α and β PbO2 with the β phase prevailing. The electrochemical ozone production increases with incrementing the current density. The rate of ozone production during the electrolysis was 4.4, 19.5 and 39.1 mg h-1 for current densities of 0.5, 1.0 and 1.50 kAm(-2), respectively. In the experiments of atrazine degradation by electrochemically generated ozone a difference in atrazine degradation was found when the applied current density was varied. The results evidenced that the atrazine degradation rates increased with augmenting the current density. This is indicative of a greater oxidation ability of the anode with increasing the current applied due to the production of more electrogenerated active oxidant (O3/.OH). The kinetic analysis of the above results related to different reaction orders gave good linear correlations when the data was fitted with a pseudo first-order reaction rate equation. The pseudo first-order rate constants obtained were 6.2×10(−3), 8.8×10(−3), and 1.21×10(−2) min(−1) for 0.5, 0.1, and 1.5 kA m(−2), respectively. The acrylic column (26 cm x 4 cm ID) used in flow degradation experiments was packed with clean sand and contained a single set of electrodes. Two expanded titanium mesh coated with β-PbO2 and RuO2 served as anode and cathode, respectively. During the experiments the atrazine effluent concentration progressively diminished. After 8 hours of electrolysis the effluent atrazine concentration was reduced by 75% and 80% applying current densities of 0.4 and 0.6, respectively. These results confirm the potential applicability of this type of groundwater plume control strategy. The study constitutes a foundation to the future developing of this aquifer remediation technique.

[pt] A contaminação do meio ambiente de subsuperfície com resíduos perigosos e tóxicos tem se tornado um dos maiores problemas ambientais em vários países, com muitos locais apresentando contaminação da água subterrânea. Existem diversas técnicas de controle de contaminação da água subterrânea, sendo que a mais comumente utilizada é a de pump-and-treat. Apesar de ser eficaz no controle da migração de plumas de contaminação, o pump-and-treat possui várias restrições físicas e químicas que limitam a sua eficácia quanto à remediação a longo prazo, especialmente se utilizado de forma isolada, ou no caso de aquíferos contaminados com líquidos não miscíveis com a água (NAPLs - Non Aqueous Phase Liquids). Técnicas adicionais e associadas a sistemas de controle de migração de plumas são muitas vezes recomendadas, tendo em vista o lento processo de dissolução natural destes líquidos em águas subterrâneas. Diante destas limitações, diversas técnicas alternativas ao pump-and-treat têm sido pesquisadas, sendo que uma das mais promissoras é o tratamento in situ dos contaminantes através das barreiras reativas, especialmente no caso de aquíferos contaminados com organoclorados alifáticos (solventes clorados). O projeto envolve a execução de uma barreira com materiais reativos e porosos (reatores) ao longo do caminho da pluma de contaminação. À medida que água percola passivamente através do reator, os contaminantes vão sendo degradados, minimizando ou prevenindo-se a contaminação do aquífero a jusante da barreira. O processo de degradação envolve a decloração redutiva dos organoclorados na presença de metais de valência nula (por exemplo, o ferro metálico). Esta pesquisa tem como objetivo geral fazer uma avaliação da utilização de barreiras reativas no processo de remediação de aquíferos contaminados com solventes clorados, enfatizando-se a sua aplicabilidade e limitações. A pesquisa tem ainda, como objetivo específico, mostrar que o tratamento de aquíferos deve ser feito de modo sequencial, ou seja, deve envolver diferentes tecnologias de remediação, de acordo com as características dos contaminantes presentes e seus subprodutos. Foram realizados vários ensaios de permeabilidade e de transporte de massa, para determinação da condutividade hidráulica e dos parâmetros de transporte de massa, em diferentes misturas de pó de ferro e pó de quartzo. Foram também realizados ensaios de batelada e de coluna com diferentes contaminantes na presença de pó de ferro, cujos resultados permitem uma avaliação das taxas de degradação destes compostos, bem como dos seus subprodutos. Conclui-se que a técnica da decloração redutiva com uso do ferro metálico pode apresentar resultados bem distintos, dependendo do contaminante em questão. Alguns contaminantes podem inclusive não apresentar degradação ou mesmo tempos de meia vida tão altos, que inviabilizem o uso da técnica em projetos de barreiras reativas. A produção de subprodutos clorados tão ou até mais tóxicos que o próprio contaminante original, e que não são degradados pelo mesmo princípio reativo, reforça a necessidade de tratamentos sequenciais na remediação de aquíferos. / [en] Underground contamination with hazardous wastes has been one of the largest environmental problems in several countries, with many sites presenting groundwater contamination. There are several technologies to control and remediate groundwater contamination and the technology more commonly used is the so called pump-and-treat. In spite of the potential for its use in the control of the migration of a plume, pump-and-treat possesses several physical and chemical restrictions that limit its effectiveness as a strategy of aquifer decontamination on long duration remediation works, especially if used isolated or when the aquifer is contaminated with NAPLs (Non Aqueous Phase Liquids). Additional and associated techniques to the control system of the plume migration are often recommended according the slow process of natural dissolution of these liquids in groundwater. Because these limitations, several technologies are being investigated. One of the most promising is the in situ treatment of the contaminant in reactive barriers, especially in aquifers contaminated with chlorinated aliphatic organic compounds (chlorinated solvents). The design involves the construction of a barrier with reactive and porous materials (reactors) that are placed in the aquifer to intercept the contaminant plume. As water passively flows through the reactor, the contaminants are degraded, therefore minimising or avoiding the aquifer contamination downstream the barrier. The degradation process involves the reductive dechlorination of the compounds in the presence of zero-valent metals (e.g. metallic iron). The general objective of this research is to make an evaluation of the use of reactive barriers in the emediation of aquifers that are contaminated with chlorinated solvents, and is emphasised its applicability and limitations. The specific objective of the research is to show that the treatment of aquifers should be made of sequential way, that is, it should involve different technologies of remediation according to the characteristics of the contaminants and their by-products. Several permeability and mass transport experiments were made for determination of the hydraulic conductivity and the parameters of mass transport in different mixtures of powder of iron and quartz. Batch and column tests were also made with different contaminants in the presence of iron powder and the results allow evaluating the degradation rates of these compounds and their by-products. The conclusion is that the reductive dechlorination with metallic iron can have different results depending on the type of contaminant. Some contaminants can not present any degradation or they have so high half-life times that the use of this technology in reactive barrier design is out of practice. Finally the formation of chlorinated by-products, which are more toxic than the own original contaminant and not degraded by the same technology, emphasises that the treatment of aquifers should be sequential. / [es] La contaminación del medio ambiente, particularmente subsuperficies, con residuos peligrosos y tóxicos se ha convertido en uno de los mayores problemas ambientales en varios paises, donde en muchos locales existe contaminación del agua subterránea. Existen diversas técnicas de control de contaminación del agua subterránea, entre ellas, la que se utiliza comúnmente es la de pump-and-treat. A pesar de su eficacia en el control de la migración de plumas de contaminación, el pump-and-treat posee varias restriciones físicas y químicas que limitan su eficacia a largo plazo, especialmente si se utiliza aisladamente, o en el caso de aquíferos contaminados con líquidos no miscibles con la agua (NAPLs - Non Aqueos Phase Liquids). Frecuentemente se recomiendan técnicas adicionales y asociadas a sistemas de control de migración de plumas, considerando la lentitud del proceso de disolución natural de estos líquidos en aguas subterráneas. Frente a estas limitaciones, diversas técnicas alternativas al pump-and-treat han sido investigadas y una de las más prometedoras es el tratamiento in situ de los contaminantes a través de las barreras reactivas, especialmente en el caso de aquíferos contaminados con organoclorados alifáticos (solventes clorados). Este proyecto propone la ejecución de una barrera con materiales reactivos y porosos (reactores) a lo largo del camino de la pluma de contaminación. A medida que el agua pasa pasivamente a través del reactor, los contaminantes se van degradando, minimizando o previniendo la contaminación del aquífero. El proceso de degradación utiliza la decloración reductiva de los organoclorados en presencia de metales de valencia nula (por ejemplo, el hierro metálico). Esta investigación tiene como objetivo general hacer una evaluación de la utilización de barreras reactivas en aquíferos contaminados con disolventes clorados, enfatizando su aplicabilidad y limitaciones. Outro objetivo específico de esta investigación es mostrar que el tratamiento de aquíferos debe ser realizado sucesivamente, o sea, debe envolver diferentes tecnologías de acuerdo con las características de los contaminantes existentes y sus subproductos. Se realizaron varios ensayos de permeabilidad y de transporte de masa, para determinación de la conductividad hidráulica y de los parámetros de transporte de masa, en diferentes mexclas de polvo de hierro y polvo de quartzo. También fueron realizados ensayos de batelada y de columna con diferentes contaminantes en presencia de polvo de hierro. Los resultados permiten una evaluación de las tasas de degradación de estos compuestos, así como de sus subproductos. Se concluye que la técnica de la decloración reductiva con uso del hierro metálico puede presentar resultados bien diferentes, dependiendo del contaminante en questión. Algunos contaminantes pueden incluso no presentar degradación o tiempo de vida media tan altos, que inviabilizen el uso de la técnica en proyectos de barreras reactivas. La producción de subproductos clorados tan o hasta más tóxicos que el contaminante original, y que no son degradados por el mismo principio reactivo, refuerza la necesidad de tratamientos sequenciales para la curación de aquíferos.

[pt] O presente trabalho apresenta estudos de simulações dos processos de transporte e atenuação do derramamento de gasolina nas condições encontradas em postos de gasolina. Estas simulações são realizadas através da aplicação de métodos numéricos para análise de transporte de multicompostos em meios porosos. Na simulação são utilizados programas para análise tridimensional de fluxo e transporte de contaminantes, bem como um programa de pré- e pós-processamento gráfico utilizado na definição da geometria, geração da malha de diferenças finitas, definição dos parâmetros adotados e visualização dos resultados. Um estudo detalhado dos programas utilizados nas análises é realizado. Este estudo inclui um teste para validar os dados fornecidos pelo programa de análise de transporte de contaminantes, bem como, a implementação numérica de uma nova reação química (reação do BTEX com o reagente de Fenton). Como aplicação dos procedimentos estudados, foi utilizado um caso de derramamento de gasolina em um posto na cidade do Rio de Janeiro-RJ. Para representar este derramamento, a simulação foi dividida em três etapas. A primeira refere-se à tentativa de reproduzir as condições de fluxo e contaminação do BTEX, medidos no campo, até o instante de retirada dos tanques. A segunda etapa da simulação corresponde ao período após a substituição dos tanques. A última etapa da simulação, corresponde ao início da injeção de oxigênio usado para bioremediação da área contaminada. O trabalho apresenta uma descrição dos programas utilizados e sua formulação. Apresenta e comenta também os resultados das análises e implementação efetuada. / [en] The present work presents studies related to the simulation of transport and attenuation processes of gasoline spills in conditions normally encountered in petrol stations. These studies are carried out through the application of numerical methods for the analysis of transport of multicomponents in porous media. Computer programs for 3D analysis of flow and transport of contaminants were used as well as graphics routines for the visualization of results. A detailed study of the programs used was carried out. Validation tests were performed as well as an external implementation of a new routine to simulate a particular chemical reaction (reaction of BTEX with Fenton`s reagent) related to a special remediation technique. As application of the studied procedures, a case related to the gasoline spill in a petrol station located in the city of Rio de Janeiro-RJ was focused. In order to represent as close as possible the gasoline spill the simulation was divided into three stages. The first one, refers to an attempt to reproduce the flow and contamination conditions of BTEX compounds formed in situ until the removal of the underground tanks. The second stage corresponds to a period just after the replacement of the damaged tanks. Finally, the last stage consisted in the injection of oxygen used for bioremediation of the contaminated area. The present work describes the overall methodology used, the obtained results and pertinent comments. / [es] EL presente trabajo presenta estudios de simulación de los procesos de transporte y atenuación del derrame de gasolina en las condiciones encontradas en los puestos de gasolina. Estas simulaciones son realizadas aplicando métodos numéricos para el análisis de transporte de multicompuestos en medios porosos. En la simulación se utilizan programas par el análisis tridimensional de flujo y transporte de contaminantes, así como un programa de pré y postprocesamiento gráfico utilizado en la definición de la geometría, generación de la malla de diferencias finitas, definición de los parámetros adoptados y visualización de los resultados. Se incluye un detallado estudio de los programas utilizados en el análisis. Este estudio incluye una prueba para validar los datos suministrados por el programa de análisis de transporte de contaminantes, así como, la implementación numérica de una nueva reacción química (reacción del BTEX con el reagente de Fenton). Como aplicación de los procedimentos estudiados, fue utilizado un caso de derramamiento de gasolina en un puesto de la ciudad del Rio de Janeiro RJ. Para representar este derramamento, la simulación fue dividida en tres etapas. La primera intenta reproduzir las condiciones de flujo y contaminación del BTEX, medidos en el campo, hasta el instante de retirada de los tanques. La segunda etapa de la simulación corresponde al período después la substituición de los tanques. La última etapa, corresponde al início de la inyeción de oxígeno usado para biocuración de la área contaminada. EL trabajo presenta una descripción de los programas utilizados, de su formulación y los resultados del análisis son comentados.

[pt] A análise quantitativa de risco à saúde humana (AqR) devido a uma determinada área contaminada vem se verificando como importante ferramenta na gestão ambiental bem como a concretização de dano ambiental, tanto no Brasil como em outros países. Os procedimentos para AqR consistem em passos seqüenciados de forma orgânica e lógica e englobam características legais, aspectos toxicológicos e mecanismos de transporte. Apesar de não haver uma lei específica que regule a AqR, o Direito Ambiental permite que estas metodologias sejam plenamente aplicadas tanto no âmbito administrativo quanto no âmbito judicial para a caracterização de dano ambiental. As metodologias de AqR se valem de modelos fármaco-cinéticos que relacionam a exposição ao composto químico à possibilidade de causar danos à saúde humana. A Geotecnia Ambiental estuda o transporte e comportamento dos contaminantes nos solos e nas águas subterrâneas. A AqR se mostra um problema complexo e permeado por inúmeras incertezas e variabilidades. Foi proposta a utilização do método do segundo momento de primeira ordem (FOSM) para quantificar as incertezas relacionadas com a estimativa dos parâmetros de transporte a serem usadas em um modelo analítico de transporte de soluto em meios porosos (Domenico). O estudo de caso consiste na aplicação do programa desenvolvido para esta finalidade (SeRis). O método se mostra computacionalmente econômico e o estudo de caso, dentro das idealizações, identificou os parâmetros com maior importância relativa e apresentou uma variância total razoável para o resultado. / [en] The quantitative human health risk assessment (AqR) due a contaminated site has became an important tool at Environmental Managenment and at the identification of environmental harm, at Brazil and other countries. The AqR procedures consists in logical sequence of actions concerned about legal aspects, toxicological matter and transport phenomena. In spite of the absence of a single law that could regulate specifically the AqR, the Environmental Law, as a whole, allows that AqR methodologies to be fully applied at governamental and judicial levels. The AqR procedures are base on pharmaco-kinetics models that quantitatively relates the exposure to the chemicals to human harm potency. The Environmental Geotechnics studies the fate and transport of contaminants at soil and groundwater. AqR is complex and full of uncertainties and variabilities subject. It have been proposed the application of the first order second moment method (FOSM) to quantify the uncertainties related to the estimation of the transport parameters to be used in the analytical transport model of solute in porous media (Domenico). It have been developed a specific software that meets this objective (SeRis). This software proved to be computationally efficient. The case study example indicated the relative importance of the considered parameters and presented a reasonable total system variance.

[pt] Em função do crescente número de área contaminadas, identificadas nos grandes centros urbanos, é de crucial importância a evolução e o desenvolvimento dos processos relacionados ao tratamento destes locais, visando reduzir os riscos à saúde humana e ao meio ambiente, associados à presença dos contaminantes no meio subterrâneo. A presente dissertação tem como objetivo principal avaliar a eficiência de diferentes técnicas processuais, que poderiam ser aplicadas no tratamento de águas subterrâneas contaminadas, incluindo a ozonização e o uso de lodo ativado. Para isso, foram realizados ensaios de tratabilidade no laboratório do Institute of Sanitary and Environmental Engineering, da Universidade Técnica de Braunschweig, na Alemanha, os quais foram divididos em 3 etapas. A primeira etapa consistiu de um tratamento de caráter biológico, utilizando apenas o lodo ativado, coletado em estações de tratamento de efluentes sanitários, para a degradação de compostos orgânicos presentes em efluentes, artificiais e industriais, que simularam um efluente oriundo de um sistema de tratamento de uma área contaminada. A segunda etapa utilizou como técnica de tratamento, para o mesmo efluente, a ozonização, promovendo assim a oxidação química dos contaminantes. Por fim, foi utilizada uma combinação dos dois processos, sendo realizada a ozonização do efluente antes da degradação biológica. O objetivo desta etapa foi avaliar o incremento da biodegradabilidade do efluente por meio da ozonização. Os resultados obtidos indicaram, além da remoção da cor do efluente, uma efetiva redução dos valores de DQO, quando combinadas as duas técnicas de tratamento, sugerindo que a combinação das mesmas pode ser uma boa alternativa para o tratamento de efluentes de alta complexidade. / [en] Given the growing number of contaminated sites identified in large urban areas, it is of crucial importance the evolution and development of treatment processes for these sites, targeting the reduction of environmental and human health risks related to soil and groundwater contamination. The main goal of this dissertation is to evaluate the efficiency of various processing methods that could be applied in the treatment of contaminated groundwater, including the ozonation and activated sludge utilization. For that, jar tests were conducted in the laboratory of Institute of Sanitary and Environmental Engineering, at Braunschweig Technical University, in Germany, in three steps. The first step performed a biological treatment utilizing the activated sludge only which was collected from sewage treatment plants for the biodegradation of organic compounds present in effluents, both artificial and industrial, which simulated the effluent from a contaminated site treatment system. The second step utilized as treatment method, for the same effluent, an ozonation process, promoting the chemical oxidation of the contaminants. At last, a combination of both methods was tested where the ozonation was done prior to the biodegradation. The objective of this step was to evaluate the additional results of the biodegradation of the effluent when an ozonation process is done first. The results showed, in addiction of the color removal from the effluent, a larger reduction of DQO when both techniques are combined, suggesting that the combination can be a good alternative for treatment of high complexity wastewater.