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Permeable reactive biobarrier (PRBB) is a flow-through zone where microorganisms degrade contaminants in groundwater. Discontinuous presence of contaminants in groundwater causes performance loss of a PRBB in removing the target contaminant. A novel enricher reactor (ER) - PRBB system was developed to treat groundwater with contaminants that reappear after an absence period. ER is an offline reactor for enriching contaminant degraders, which were used for augmenting PRBB to maintain its performance after a period of contaminant absence. The ER-PRBB concept was initially applied to remove benzene that reappeared after absence periods of 10 and 25 days. PRBBs without ER augmentation experienced performance losses of up to 15% higher than ER-PRBBs. The role of inducer compounds in the ER to enrich bacteria that can degrade a mixture of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (BTEX) was investigated with an objective to minimize the use of toxic chemicals as inducers. Three inducer types were studied: individual BTEX compounds, BTEX mixture, and benzoate (a non toxic and a common intermediate for BTEX biodegradation). Complete BTEX removal was observed for degraders enriched on all three inducer types; however, the removal rates were dependent on the inducer type. Degraders enriched on toluene and BTEX had the highest degradation rates for BTEX of 0.006 to 0.014 day-1 and 0.006 to 0.012 day-1, respectively, while degraders enriched on benzoate showed the lowest degradation rates of 0.004 to 0.009 day-1. The ER-PRBB technique was finally applied to address the performance loss of a PRBB due to inhibition interactions among BTEX, when the mixture reappeared after a 10 day absence period. The ER-PRBBs experienced minimal to no performance loss, while PRBBs without ER augmentation experienced performance losses between 11% and 35%. Presence of ethanol during the BTEX absence period increased the performance loss of PRBB for benzene removal. PRBBs augmented with degraders enriched on toluene alone overcame the inhibition interaction between benzene and toluene indicating that toluene can be used as a single effective inducer in an ER. The ER-PRBB was demonstrated to be a promising remediation technique and has potential for applications to a wide range of organic contaminants.

Permeable reactive barrier (PRB) technology is increasingly considered for in situ treatment of contaminated groundwater; however, current design formulas for PRBs are limited and do not properly account for all major physical and attenuation processes driving remediation. This study focused on developing a simple methodology to design PRBs that is easy to implement while improving accuracy and being more conservative than the available design methodologies. An empirical design equation and a simple analytical design equation were obtained to calculate the thickness of a PRB capable of degrading a contaminant from a source contaminant concentration to a maximum contaminant level at a Point of compliance . Both equations integrate the fundamental components that drive the natural attenuation process of the aquifer and the reactive capacity of the PRB.The empirical design equation was derived from a dataset of random hypothetical cases that used the solutions of the PRB conceptual model (Solution I). The analytical design equation was derived from particular solutions of the model (Solution II) which the study showed fit the complex solutions of the model well. Using the hypothetical cases, the analytical equation has shown that it gives an estimated thickness of the PRB just 15 % lower or higher than the real thickness of the PRB 95 percent of the time. To calculate the design thickness of a PRB, Natural attenuation capacity of the aquifer can be estimated from the observed contaminant concentration changes along aquifer flowpaths prior to the installation of a PRB. Bench-scale or pilot testing can provide good estimates of the required residence times ( Gavaskar et al. 2000) , which will provide the reactive capacity of the PRB needed for the calculation. The results of this study suggest also that the installation location downgradient from the source of contaminant is flexible. If a PRB is installed in two different locations, it will achieve the same remediation goals. This important finding gives engineers and scientists the choice to adjust the location of their PRBs so that the overall project can be the most feasible and cost effective. / Master of Science

The increase in the contamination of ground-water (GW) with nitrates in both developing and developed countries mainly results from agricultural activities and improper sanitation systems, and is a recent phenomenon that has become a source of great health concern, particularly in regions where people rely on the ground-water as their primary water source. Due to the advantages of using Permeable Reactive Barriers (PRB) including its cost-effectiveness as well as its capability to remove or mitigate the spread of large spectrum of contaminants (including nitrates), a significant increase has been observed in the use of this subsurface treatment technology compared to other methods. However, identifying more economic and reliable reactive media to be used instead of the costly conventional PRB materials is now of key importance. Two local soils namely Berea Red Sand (BRS) and Umgeni Sand (US) were the main focus of this research. In addition to these soils, Zero Valent Iron (ZVI) was also used in this study. Through the use of batch experiments the feasibility of the nitrate reduction was investigated by five substrates including 100% ZVI, 100% BRS, 100% US, mix of 75% ZVI + 25% BRS, and mix of 50% ZVI + 50% BRS. Five concentrations of nitrate synthetic solution including 10 mg/l, 25 mg/l, 50 mg/l, 100 mg/l, and 500 mg/l were used to simulate nitrate-contaminated ground-water. All the batch experiments were performed under semi-aerobic and uncontrolled pH conditions, and only one solid/liquid ratio of 1:10 was used. The two mixes (mix of 75% ZVI + 25% BRS, and mix of 50% ZVI + 50% BRS) exhibited a nitrate removal efficiency of 100%, with all the different initial concentrations that were used with it; besides these two mixes, none of the other substrates showed this performance. 100% ZVI; however, managed complete nitrate reduction when the 10 mg/l and 25 mg/l concentrations were used. Finally, it was concluded that the benefits of using BRS in combination with other materials such as ZVI in the PRB field are promising. / Thesis (M.Sc.Eng.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2013.

Permeable reactive barriers are considered among the most promising technologies for contaminated soil and groundwater remediation. Zero-valent iron (ZVI), hydroxyapatite (HA), and organic compost, with (OM) and without (OMx) dextrose/sulfate were assessed in column studies for their ability to attenuate chromium (Cr) or cadmium (Cd). PVC columns were packed with the reactive media and Cr or Cd solutions were pumped through the columns at concentrations of 5, 50 and 200 mg/l. These media were also assessed for their abilities to attenuate Cr and Cd from a contaminated soil. The order of Cr removal was: ZVI > OMx > OM > HA. The ZVI treatment maintained a removal rate of > 95% throughout the study. All treatments used for Cd removal had a removal rate of 98% across all treatments. The ZVI was the only treatment capable of retaining any of the mobile soil Cr and Cd from the contaminated soil. / Department of Natural Resources and Environmental Management

O presente trabalho avaliou o comportamento hidráulico e reativo de um solo argiloso compactado na energia proctor modificada, com adição de cimento Portland, para fins de aplicação em barreiras impermeáveis de fundo em aterros de resíduos sólidos industriais e de mineração, quando submetido à ação de carga estática de resíduos e em contato com lixiviado ácido enriquecido com os metais cádmio e chumbo. Um Latossolo argiloso residual da cidade de Passo Fundo - RS foi utilizado para moldagem de corpos de prova. A adição de cimento nas proporções de 0% a 2% teve como objetivo melhorar as condições reativas da barreira. Para verificação do comportamento hidráulico foram executados ensaios de condutividade hidráulica. O comportamento reativo foi avaliado por meio de ensaios de difusão, os quais foram realizados com aplicação de carga estática variável (0 kPa a 500 kPa). Soluções contaminantes contendo respectivamente 10 mg/L de cádmio e 10 mg/L de chumbo foram elaboradas com pH variando na faixa de 1 a 6. A partir de ensaio de difusão foram determinados o fator de retardamento (Rd), o coeficiente de distribuição (Kd) e o coeficiente de difusão efetiva (D*), para cada combinação de pH, % cimento e carga estática aplicada. Os resultados obtidos para a mistura compactada investigada indicaram um baixo coeficiente de condutividade hidráulica (<10-9 m/s) e valores que sofreram redução com o acréscimo de cimento. Em relação ao comportamento reativo, os valores de Rd e Kd sofreram incrementos, principalmente com o aumento do pH da solução contaminante, evidenciando o aumento da retenção dos metais. O D* não sofreu influência para os ensaios com Cd e sofreu redução devido à intensa precipitação química em solução que ocorreu devido ao acréscimo de cimento nos ensaios com Pb. A ação conjunta do aumento do pH e da adição de cimento à barreira ocasionou a maior ocorrência de reações de precipitação na barreira, do que reações de adsorção, o que não foi favorável porque possibilita que o contaminante permaneça em solução e possa ser solubilizado em presença de meio ácido. Nesse sentido, a condição que se apresentou mais favorável para o projeto de uma barreira impermeável e reativa foi de 0% de cimento para Pb e 1% de cimento para Cd, as quais desencadearam maiores os valores de Rd e Kd, considerando o contaminante na sua condição mais ácida (pH 1). Em relação à magnitude dos parâmetros Rd e Kd, Pb apresentou maiores valores do que Cd, indicando menor mobilidade. / This study evaluated the hydraulic and reactive behavior of a clayey soil compacted at modified energy proctor, with and without the addition of Portland cement, aiming at its use as containment barriers for industrial and mining solid waste disposal facilities, when subjected to the action of a static load simulating the solid waste mass and to an acid leachate enriched with metals cadmium and lead. A clayey residual Oxisol from Passo Fundo - RS was used for molding specimens. The cement addition in the proportions of 0% to 2% aimed to improve the reactive potential of barrier. Tests of hydraulic conductivity were performed to investigate the hydraulic behavior. The reactive behavior was evaluated through diffusion tests which were conducted with variable static load (0 kPa to 500 kPa). Contaminant solutions were prepared with pH varying from 1 to 6 and 10 mg/L, for both cadmium and lead. The retardation factor (Rd), the distribution coefficient (Kd) and the effective diffusion coefficient (D*) were determined for each combination of pH, % cement and static load. The results obtained showed a low hydraulic conductivity coefficient (<10-9 m/s) and values that decreased with the increasing cement content. Regarding the reactive behavior, the values of Kd and Rd increased mainly with the pH solution increment, causing the increase of metals retention. D* was not affected in the tests with Cd, but was reduced in the tests with Pb, probably by the intense chemical precipitation that occurred due to the cement addition. The combined action of increasing both the pH and the cement addition caused a higher level of precipitation reactions, which allows the contaminant to remain in solution and be solubilized in acid environment. In this sense, the condition which was most favorable for the design of an reactive and impermeable barrier was 0% cement for Pb and 1% cement for Cd, which provided the highest Rd and Kd values, considering the contaminant at its most acidic condition. Regarding the parameters Rd and Kd magnitudes, Pb showed higher values than Cd, indicating less mobility.

A contaminação do solo com resíduos tóxicos tornou-se um dos maiores problemas ambientais. Na maioria das vezes, as condições do local incluem a contaminação da água subterrânea. Neste contexto, os metais pesados têm sido motivo de preocupação, destacando-se o cromo hexavalente como poluente de elevada toxicidade e mobilidade. Quando um problema de contaminação no solo é identificado, ações de remediação devem ser aplicadas. Dentre as tecnologias existentes, uma das mais promissoras é o uso de barreiras reativas permeáveis. A barreira é construída com materiais reativos de forma a interceptar a pluma contaminada, atenuando a concentração do contaminante a níveis aceitáveis ou controláveis. É possível converter resíduos agrícolas em carvões ativados, material adsorvente resultante de processo pirolítico. Esses carvões podem apresentar desempenhos diferenciados em aplicações específicas. A presente tese tem como objetivo geral avaliar a aplicação de carvões ativados, oriundos da pirólise de casca de arroz, em barreiras reativas permeáveis. Os objetivos específicos consistem em estudar o desenvolvimento de carvões quimicamente ativados e investigar, por meio de ensaios de laboratório, sua aplicação na remoção de cromo hexavalente de meios aquosos e de meios porosos saturados. Para a preparação dos carvões ativados, foi desenvolvida uma unidade pirolítica rápida a vácuo com características escaláveis e com ênfase no controle e registro das variáveis do processo. Foram preparados carvões por ativação química com K2CO3 e KOH e determinadas suas características físico-químicas, texturais e análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura. Ensaios de batelada e um ensaio de coluna com soluções de cromo foram realizados para avaliação da atenuação do contaminante. Os carvões ativados apresentaram baixa densidade aparente, similares valores de pH e de condutividade elétrica e elevado conteúdo de cinzas quando comparados com carvões de outras biomassas. A ativação química com reagentes alcalinos, associada às condições pirolíticas, resultou em superfícies menos ácidas, característica favorável para adsorção de Cr(VI). Resultaram em adsorventes mesoporosos, característica necessária para a adsorção de íons de elevado peso molecular; exibiram baixas áreas superficiais e similaridade morfológica entre si com a predominância da estrutura de sílica. Embora os carvões tenham apresentado baixas áreas superficiais, a adsorção teve a predominância da influência do diâmetro médio dos poros, seguido da área de mesoporos e da carga superficial negativa, indicando o potencial de aplicação dos carvões na remoção de Cr(VI). O ensaio de coluna possibilitou demonstrar o emprego do carvão ativado de casca de arroz em barreiras reativas, indicando suas limitações em pHs próximo à neutralidade e candidatando-o a situações de tratamento em série ou seqüenciais. Os trabalhos realizados estabeleceram base segura para o desenvolvimento de equipamento adequado para a pirólise e domínio do processo de manufatura do carvão ativado. A análise conjunta dos resultados sugere que as condições do processo pirolítico a vácuo adotado, juntamente com a ativação química com baixas concentrações de reagente ativantes, configuram uma rota atrativa para a elaboração de material poroso a partir de casca de arroz, com potencial aplicação na remoção de Cr(VI) em barreiras reativas permeáveis. / Soil contamination with toxic waste has become one of the biggest environmental problems. Site conditions often include groundwater contamination. In this context, heavy metals have been a matter of concern with chromium hexavalent recognized as pollutant of high toxicity and mobility. When a problem of soil contamination is identified, remediation tasks must be applied. Amongst the new technologies, the use of permeable reactive barriers is one of the most promising. This barrier is constructed with reactive materials in order to intercept the contaminated plume, attenuating the contaminant concentration to acceptable or controllable levels. It is possible to convert agricultural waste into activated carbon, an adsorbent material resulting from the pyrolytic process. This carbon can perform differently face to environmental applications. The present thesis has as a major objective to evaluate the application of activated carbons, derived from rice husk pyrolysis, in permeable reactive barriers, with emphasis on the remediation of contaminated soil with heavy metals. The specific objectives consist of studying the development of activated carbon from chemical activation and also investigating, through laboratory tests, its application in chromium removal from watery and saturated porous media. With the purpose of preparing activated carbons, a fast pyrolytic unit of rice husk was developed, with characteristics that can be scaled up and with emphasis on the control and register of process variables. Chemical activated carbons using K2CO3 and KOH have been prepared in different activation conditions and determined their physico-chemical and textural parameters. The morphological analysis was performed by scanning electron microscopy. Batch tests and a column test with solutions of chromium were performed to evaluate the attenuation of the contaminant. The activated carbons showed a low apparent density, similar values of pH and electrical conductivity and high ash content compared to carbons from other biomass. The chemical activation with alkaline reagents, associated with pyrolytic conditions, resulted in less acidic surface, characteristic favorable for Cr(VI) adsorption. The adsorbent manufactured results in mesoporous carbons, a characteristic necessary for the adsorption of ions of high molecular weight, exhibited low surface areas and morphological similarities between them, with the predominance of the structure of silica. Despite the carbons have shown low surfaces areas, the adsorption showed the predominant influence of the average pore diameter, followed by the mesopores area and surface negative charge, indicating the potential application of these carbons in Cr(VI) removal. The column test has demonstrated the use of activated carbon from rice husk in reactive barriers, showing its limitations in pHs close to neutrality and pointing it to cases of serial or sequential processing. The work carried out established safe basis for the development of suitable equipment for the pyrolysis and for the domain of the manufacturing process of activated carbon. The analysis of the results suggests that the conditions of the adopted vacuum pyrolytic process, jointly with the chemical activation with low concentrations of activate reagent, constitute an attractive route for the preparation of porous material from rice husk, with potential application in removing Cr (VI) in permeable reactive barriers.

A contaminação do solo com resíduos tóxicos tornou-se um dos maiores problemas ambientais. Na maioria das vezes, as condições do local incluem a contaminação da água subterrânea. Neste contexto, os metais pesados têm sido motivo de preocupação, destacando-se o cromo hexavalente como poluente de elevada toxicidade e mobilidade. Quando um problema de contaminação no solo é identificado, ações de remediação devem ser aplicadas. Dentre as tecnologias existentes, uma das mais promissoras é o uso de barreiras reativas permeáveis. A barreira é construída com materiais reativos de forma a interceptar a pluma contaminada, atenuando a concentração do contaminante a níveis aceitáveis ou controláveis. É possível converter resíduos agrícolas em carvões ativados, material adsorvente resultante de processo pirolítico. Esses carvões podem apresentar desempenhos diferenciados em aplicações específicas. A presente tese tem como objetivo geral avaliar a aplicação de carvões ativados, oriundos da pirólise de casca de arroz, em barreiras reativas permeáveis. Os objetivos específicos consistem em estudar o desenvolvimento de carvões quimicamente ativados e investigar, por meio de ensaios de laboratório, sua aplicação na remoção de cromo hexavalente de meios aquosos e de meios porosos saturados. Para a preparação dos carvões ativados, foi desenvolvida uma unidade pirolítica rápida a vácuo com características escaláveis e com ênfase no controle e registro das variáveis do processo. Foram preparados carvões por ativação química com K2CO3 e KOH e determinadas suas características físico-químicas, texturais e análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura. Ensaios de batelada e um ensaio de coluna com soluções de cromo foram realizados para avaliação da atenuação do contaminante. Os carvões ativados apresentaram baixa densidade aparente, similares valores de pH e de condutividade elétrica e elevado conteúdo de cinzas quando comparados com carvões de outras biomassas. A ativação química com reagentes alcalinos, associada às condições pirolíticas, resultou em superfícies menos ácidas, característica favorável para adsorção de Cr(VI). Resultaram em adsorventes mesoporosos, característica necessária para a adsorção de íons de elevado peso molecular; exibiram baixas áreas superficiais e similaridade morfológica entre si com a predominância da estrutura de sílica. Embora os carvões tenham apresentado baixas áreas superficiais, a adsorção teve a predominância da influência do diâmetro médio dos poros, seguido da área de mesoporos e da carga superficial negativa, indicando o potencial de aplicação dos carvões na remoção de Cr(VI). O ensaio de coluna possibilitou demonstrar o emprego do carvão ativado de casca de arroz em barreiras reativas, indicando suas limitações em pHs próximo à neutralidade e candidatando-o a situações de tratamento em série ou seqüenciais. Os trabalhos realizados estabeleceram base segura para o desenvolvimento de equipamento adequado para a pirólise e domínio do processo de manufatura do carvão ativado. A análise conjunta dos resultados sugere que as condições do processo pirolítico a vácuo adotado, juntamente com a ativação química com baixas concentrações de reagente ativantes, configuram uma rota atrativa para a elaboração de material poroso a partir de casca de arroz, com potencial aplicação na remoção de Cr(VI) em barreiras reativas permeáveis. / Soil contamination with toxic waste has become one of the biggest environmental problems. Site conditions often include groundwater contamination. In this context, heavy metals have been a matter of concern with chromium hexavalent recognized as pollutant of high toxicity and mobility. When a problem of soil contamination is identified, remediation tasks must be applied. Amongst the new technologies, the use of permeable reactive barriers is one of the most promising. This barrier is constructed with reactive materials in order to intercept the contaminated plume, attenuating the contaminant concentration to acceptable or controllable levels. It is possible to convert agricultural waste into activated carbon, an adsorbent material resulting from the pyrolytic process. This carbon can perform differently face to environmental applications. The present thesis has as a major objective to evaluate the application of activated carbons, derived from rice husk pyrolysis, in permeable reactive barriers, with emphasis on the remediation of contaminated soil with heavy metals. The specific objectives consist of studying the development of activated carbon from chemical activation and also investigating, through laboratory tests, its application in chromium removal from watery and saturated porous media. With the purpose of preparing activated carbons, a fast pyrolytic unit of rice husk was developed, with characteristics that can be scaled up and with emphasis on the control and register of process variables. Chemical activated carbons using K2CO3 and KOH have been prepared in different activation conditions and determined their physico-chemical and textural parameters. The morphological analysis was performed by scanning electron microscopy. Batch tests and a column test with solutions of chromium were performed to evaluate the attenuation of the contaminant. The activated carbons showed a low apparent density, similar values of pH and electrical conductivity and high ash content compared to carbons from other biomass. The chemical activation with alkaline reagents, associated with pyrolytic conditions, resulted in less acidic surface, characteristic favorable for Cr(VI) adsorption. The adsorbent manufactured results in mesoporous carbons, a characteristic necessary for the adsorption of ions of high molecular weight, exhibited low surface areas and morphological similarities between them, with the predominance of the structure of silica. Despite the carbons have shown low surfaces areas, the adsorption showed the predominant influence of the average pore diameter, followed by the mesopores area and surface negative charge, indicating the potential application of these carbons in Cr(VI) removal. The column test has demonstrated the use of activated carbon from rice husk in reactive barriers, showing its limitations in pHs close to neutrality and pointing it to cases of serial or sequential processing. The work carried out established safe basis for the development of suitable equipment for the pyrolysis and for the domain of the manufacturing process of activated carbon. The analysis of the results suggests that the conditions of the adopted vacuum pyrolytic process, jointly with the chemical activation with low concentrations of activate reagent, constitute an attractive route for the preparation of porous material from rice husk, with potential application in removing Cr (VI) in permeable reactive barriers.

O presente trabalho avaliou o comportamento hidráulico e reativo de um solo argiloso compactado na energia proctor modificada, com adição de cimento Portland, para fins de aplicação em barreiras impermeáveis de fundo em aterros de resíduos sólidos industriais e de mineração, quando submetido à ação de carga estática de resíduos e em contato com lixiviado ácido enriquecido com os metais cádmio e chumbo. Um Latossolo argiloso residual da cidade de Passo Fundo - RS foi utilizado para moldagem de corpos de prova. A adição de cimento nas proporções de 0% a 2% teve como objetivo melhorar as condições reativas da barreira. Para verificação do comportamento hidráulico foram executados ensaios de condutividade hidráulica. O comportamento reativo foi avaliado por meio de ensaios de difusão, os quais foram realizados com aplicação de carga estática variável (0 kPa a 500 kPa). Soluções contaminantes contendo respectivamente 10 mg/L de cádmio e 10 mg/L de chumbo foram elaboradas com pH variando na faixa de 1 a 6. A partir de ensaio de difusão foram determinados o fator de retardamento (Rd), o coeficiente de distribuição (Kd) e o coeficiente de difusão efetiva (D*), para cada combinação de pH, % cimento e carga estática aplicada. Os resultados obtidos para a mistura compactada investigada indicaram um baixo coeficiente de condutividade hidráulica (<10-9 m/s) e valores que sofreram redução com o acréscimo de cimento. Em relação ao comportamento reativo, os valores de Rd e Kd sofreram incrementos, principalmente com o aumento do pH da solução contaminante, evidenciando o aumento da retenção dos metais. O D* não sofreu influência para os ensaios com Cd e sofreu redução devido à intensa precipitação química em solução que ocorreu devido ao acréscimo de cimento nos ensaios com Pb. A ação conjunta do aumento do pH e da adição de cimento à barreira ocasionou a maior ocorrência de reações de precipitação na barreira, do que reações de adsorção, o que não foi favorável porque possibilita que o contaminante permaneça em solução e possa ser solubilizado em presença de meio ácido. Nesse sentido, a condição que se apresentou mais favorável para o projeto de uma barreira impermeável e reativa foi de 0% de cimento para Pb e 1% de cimento para Cd, as quais desencadearam maiores os valores de Rd e Kd, considerando o contaminante na sua condição mais ácida (pH 1). Em relação à magnitude dos parâmetros Rd e Kd, Pb apresentou maiores valores do que Cd, indicando menor mobilidade. / This study evaluated the hydraulic and reactive behavior of a clayey soil compacted at modified energy proctor, with and without the addition of Portland cement, aiming at its use as containment barriers for industrial and mining solid waste disposal facilities, when subjected to the action of a static load simulating the solid waste mass and to an acid leachate enriched with metals cadmium and lead. A clayey residual Oxisol from Passo Fundo - RS was used for molding specimens. The cement addition in the proportions of 0% to 2% aimed to improve the reactive potential of barrier. Tests of hydraulic conductivity were performed to investigate the hydraulic behavior. The reactive behavior was evaluated through diffusion tests which were conducted with variable static load (0 kPa to 500 kPa). Contaminant solutions were prepared with pH varying from 1 to 6 and 10 mg/L, for both cadmium and lead. The retardation factor (Rd), the distribution coefficient (Kd) and the effective diffusion coefficient (D*) were determined for each combination of pH, % cement and static load. The results obtained showed a low hydraulic conductivity coefficient (<10-9 m/s) and values that decreased with the increasing cement content. Regarding the reactive behavior, the values of Kd and Rd increased mainly with the pH solution increment, causing the increase of metals retention. D* was not affected in the tests with Cd, but was reduced in the tests with Pb, probably by the intense chemical precipitation that occurred due to the cement addition. The combined action of increasing both the pH and the cement addition caused a higher level of precipitation reactions, which allows the contaminant to remain in solution and be solubilized in acid environment. In this sense, the condition which was most favorable for the design of an reactive and impermeable barrier was 0% cement for Pb and 1% cement for Cd, which provided the highest Rd and Kd values, considering the contaminant at its most acidic condition. Regarding the parameters Rd and Kd magnitudes, Pb showed higher values than Cd, indicating less mobility.

O presente trabalho avaliou o comportamento hidráulico e reativo de um solo argiloso compactado na energia proctor modificada, com adição de cimento Portland, para fins de aplicação em barreiras impermeáveis de fundo em aterros de resíduos sólidos industriais e de mineração, quando submetido à ação de carga estática de resíduos e em contato com lixiviado ácido enriquecido com os metais cádmio e chumbo. Um Latossolo argiloso residual da cidade de Passo Fundo - RS foi utilizado para moldagem de corpos de prova. A adição de cimento nas proporções de 0% a 2% teve como objetivo melhorar as condições reativas da barreira. Para verificação do comportamento hidráulico foram executados ensaios de condutividade hidráulica. O comportamento reativo foi avaliado por meio de ensaios de difusão, os quais foram realizados com aplicação de carga estática variável (0 kPa a 500 kPa). Soluções contaminantes contendo respectivamente 10 mg/L de cádmio e 10 mg/L de chumbo foram elaboradas com pH variando na faixa de 1 a 6. A partir de ensaio de difusão foram determinados o fator de retardamento (Rd), o coeficiente de distribuição (Kd) e o coeficiente de difusão efetiva (D*), para cada combinação de pH, % cimento e carga estática aplicada. Os resultados obtidos para a mistura compactada investigada indicaram um baixo coeficiente de condutividade hidráulica (<10-9 m/s) e valores que sofreram redução com o acréscimo de cimento. Em relação ao comportamento reativo, os valores de Rd e Kd sofreram incrementos, principalmente com o aumento do pH da solução contaminante, evidenciando o aumento da retenção dos metais. O D* não sofreu influência para os ensaios com Cd e sofreu redução devido à intensa precipitação química em solução que ocorreu devido ao acréscimo de cimento nos ensaios com Pb. A ação conjunta do aumento do pH e da adição de cimento à barreira ocasionou a maior ocorrência de reações de precipitação na barreira, do que reações de adsorção, o que não foi favorável porque possibilita que o contaminante permaneça em solução e possa ser solubilizado em presença de meio ácido. Nesse sentido, a condição que se apresentou mais favorável para o projeto de uma barreira impermeável e reativa foi de 0% de cimento para Pb e 1% de cimento para Cd, as quais desencadearam maiores os valores de Rd e Kd, considerando o contaminante na sua condição mais ácida (pH 1). Em relação à magnitude dos parâmetros Rd e Kd, Pb apresentou maiores valores do que Cd, indicando menor mobilidade. / This study evaluated the hydraulic and reactive behavior of a clayey soil compacted at modified energy proctor, with and without the addition of Portland cement, aiming at its use as containment barriers for industrial and mining solid waste disposal facilities, when subjected to the action of a static load simulating the solid waste mass and to an acid leachate enriched with metals cadmium and lead. A clayey residual Oxisol from Passo Fundo - RS was used for molding specimens. The cement addition in the proportions of 0% to 2% aimed to improve the reactive potential of barrier. Tests of hydraulic conductivity were performed to investigate the hydraulic behavior. The reactive behavior was evaluated through diffusion tests which were conducted with variable static load (0 kPa to 500 kPa). Contaminant solutions were prepared with pH varying from 1 to 6 and 10 mg/L, for both cadmium and lead. The retardation factor (Rd), the distribution coefficient (Kd) and the effective diffusion coefficient (D*) were determined for each combination of pH, % cement and static load. The results obtained showed a low hydraulic conductivity coefficient (<10-9 m/s) and values that decreased with the increasing cement content. Regarding the reactive behavior, the values of Kd and Rd increased mainly with the pH solution increment, causing the increase of metals retention. D* was not affected in the tests with Cd, but was reduced in the tests with Pb, probably by the intense chemical precipitation that occurred due to the cement addition. The combined action of increasing both the pH and the cement addition caused a higher level of precipitation reactions, which allows the contaminant to remain in solution and be solubilized in acid environment. In this sense, the condition which was most favorable for the design of an reactive and impermeable barrier was 0% cement for Pb and 1% cement for Cd, which provided the highest Rd and Kd values, considering the contaminant at its most acidic condition. Regarding the parameters Rd and Kd magnitudes, Pb showed higher values than Cd, indicating less mobility.