[pt] Neste trabalho, apresenta-se um estudo dos processos de transporte e biodegradação do benzeno e da mistura benzeno/etanol em um solo contaminado, através de simulações em diferentes modelos. Nas simulações foi utilizado o programa de elementos finitos FEFLOW 6.1, para análise de fluxo e transporte de contaminantes. No estudo incorporou-se satisfatoriamente o modelo de reação cinético de Monod multiplicativo, para problemas de transporte de contaminantes, no módulo de reação definido pelo usuário (FEMATHED) do programa FEFLOW 6.1. Este modelo foi utilizado nas diversas simulações realizadas. Para encontrar os valores de parâmetros de Monod e da população bacteriana, simulou-se o comportamento de um bloco de solo in situ contaminado com benzeno usando dados experimentais publicado na dissertação de mestrado de Martins (2010). Como aplicação dos procedimentos estudados, foram simuladas duas colunas em PVC com amostras indeformadas de um solo residual (lisímetros), onde foi fornecida uma solução contaminante na direção vertical, contrário à gravidade, com a finalidade de avaliar ao longo da coluna, a biodegradação dos compostos de benzeno e a influência do etanol nesse processo. Além disso, avaliou-se o atraso da degradação do benzeno por causa da presença do etanol na zona saturada e pelo aumento de biomassa nos domínios simulados. O trabalho também mostra uma descrição do programa utilizado e sua formulação. Finalmente, apresenta-se, comentam-se os resultados e concluem-se a pesquisa. / [en] In this work was studied the transport and biodegradation processes of benzene and of the benzene/ethanol mixture in a contaminated soil using different simulation models. In the simulations, were used the finite element program called FEFLOW 6.1 for flow analysis and transport of contaminants. The study successfully incorporated the kinetic reaction model of multiplicative Monod, for contaminant transport problems, in a reaction module defined by the user (FEMATHED - FEFLOW 6.1). This model was applied in the simulations. To find the values of Monod parameters and bacterial population the behavior of an in situ benzene contaminated soil-block was simulated using experimental data published by Martins (2010). As an application of the studied procedures, two PVC columns filled with undisturbed residual soil were simulated (lysimeters). The lysimeters were vertically provided with a contaminant solution in the vertical direction opposite to gravity, in order to evaluate along the column, the biodegradation of benzene compounds and the influence of the ethanol in the process. In addition, was evaluated the delay of benzene degradation due to the presence of ethanol in the saturated zone and the increasing in biomass in the region of simulated model. This study also shows a description of the program used and its formulation. Finally, the results of the analyses and the incorporation of the model performed are presented, conclude and commented.

[pt] A produção e o uso de DRI (Direct Reduction Iron) são cada vez maiores hoje em dia nos países desenvolvidos, essencialmente pela redução do preço do gás natural e do sucesso da tecnologia de extração de gás de xisto. Além disso, o menor teor de elementos contaminantes em DRI do que nas sucatas de aço, levou-o a ser considerado uma boa alternativa como carga metálica para o Forno Elétrico a Arco (FEA) e o processo no conversor LD /BOF. Os custos operacionais e os problemas ambientais, são atualmente dois fatores tecnológicos importantes a serem considerados na otimização da produção de DRI, afetando à produtividade, sustentabilidade e competitividade do processo industrial. O teor de carbono do DRI, por exemplo, tem se tornado cada vez mais importante, devido à sua capacidade de gerar energia química nas aciarias, complementando o uso de energia elétrica nos FEA e os inputs energéticos no LD. Este trabalho foi uma das partes do programa de cooperação entre a Companhia de Mineração Samarco e o Grupo de Siderurgia da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro / PUC-Rio, que tratou especificamente do modelo cinético para a metalização e carburização simultâneas em fornos RD tipo cuba. No âmbito deste objetivo o reator foi dividido em três zonas: Redução, Transição e Resfriamento. Foram também consideradas mais três camadas concêntricas: periférica, media e central. Com base nos resultados obtidos em experiências que abrangeram diferentes tipos de pelotas, empregando misturas gasosas semelhantes às presentes nos processos industriais e obedecendo às suas correspondentes semelhanças fluidodinâmicas, foi desenvolvido um software, denominado METCARB, que incluiu na sua elaboração todas as equações e modelos cinéticos desenvolvidos experimentalmente nas três zonas do reator RD. A parte experimental foi, portanto, uma das partes principais do presente trabalho, conjuntamente com a concepção do modelo computacional e suas validações industriais. Com o METCARB, as previsões acerca da metalização e carburização simultâneas, em qualquer região interna do forno, se tornou possível, utilizando como entradas as dimensões do forno, medidas de temperaturas, composições dos gases, etc. Os resultados de metalização e carburização, também em formato gráfico, são gerados pelo sistema computacional, bem como as curvas cronométricas e tabelas de resultados. Estudos sobre dois casos reais foram realizados, a fim de validarem a ferramenta computacional desenvolvida. Constatou-se que a carburização do ferro metálico sempre ocorre simultaneamente com a redução dos óxidos de ferro e que, dependendo da temperatura e composição dos gases, pode ocorrer precipitação de finos de carbono. As simulações realizadas com o modelo METCARB mostraram que na periferia da ZR é gerado um DRI mais metalizado que na região do centro. Fenômeno contrário foi, entretanto, verificado com a carburização; Nas condições experimentais empregadas neste trabalho, os valores médios obtidos para a carburização e a metalização, no final da ZR, variam entre 0,4 - 0,7 por cento C, e 92 por cento - 97 por cento, respectivamente; Constatou-se não ocorrer progresso do grau de redução nas zonas de Transição (ZT) e de Arrefecimento (ZA), ou seja, mantiveram-se ao longo dessas zonas os valores de metalização obtidos no fundo da ZR; A influência do vapor de água no processo da carburização no caso estudado (0 - 4.25 por cento H2O) leva menor porcentagem de carburização (2,7 por cento C – 2,35). / [en] The production and the use of DRI (Direct Reduction Iron) are increasing today in developed countries, mainly by reducing the price of natural gas and the success of shale gas extraction technology. In addition, the lower level of contaminants in DRI than in metal scraps, led it to be considered a good alternative as metallic charge for the Electric Arc Furnace (EAF) and the process in LD / BOF converter. This work was one part of the cooperation program between Samarco Mining Company and Steel Group of the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro / PUC-Rio, which specifically dealt with the kinetic model for the metallization and carburization simultaneous in RD shaft furnaces. Under this purpose the reactor was divided into three zones: Reduction, Transition and Cooling. There were also three concentric regions considered: peripheral, media and center. Based on the results from experiments covering different types of pellets, using gas mixtures similar to those present in the industrial processes and obeying their corresponding fluid dynamic similarities, it developed a software called METCARB, which included in its preparation all kinetic equations and models developed experimentally in the three reactor zones of RD. The experimental part was therefore a major part of this work, together with the design of computational model and its industrial validations. With METCARB predictions about the simultaneous metallization and carburization in any internal region of the furnaces, it became possible, using as inputs the dimensions of the furnace, temperature measurements, compositions of gases, etc. The results of metallization and carburization also in graphic format are generated by the computer system, and the chronometric curves and results tables. Studies on two real cases were performed in order to validate the developed computational tool. It was found that the carburization always occurs simultaneously with the reduction of iron oxides and, depending on the temperature and composition of the gases; precipitation of fine carbon may occur. The simulations with METCARB model showed that the periphery of the ZR generated more DRI metallized than the center area. A contrary phenomenon has been verified with the carburization; With the experimental conditions used in this study, averages values obtained for the metallization and carburization in the final ZR vary between 0.4 - 0.7 percent C and 92 percent - 97 percent, respectively; It was not found that the progress of reduction degree occurred in the transition (ZT) and cooling (ZA) regions, in other words, it remained along these zones of the metallization values obtained at the bottom of ZR; The influence of water vapor in the carburization process in the case studies (0 - 4.25 percent H 2 O) takes a smaller percentage of carburization (2.7 percent C - 2.35).