[pt] Neste trabalho são avaliados os parâmetros de transporte da bactéria Escherichia coli ATCC11229, microrganismo indicador de contaminação fecal, através de colunas de areia de quartzo saturadas. Com este propósito foi desenvolvido o equipamento para a execução dos ensaios Advecção-Dispersão-Sorção (ADS), com injeção contínua de uma suspensão bacteriana em água destilada em uma concentração inicial de 10 (8) bactérias/mL, por até doze horas em temperatura ambiente e sob condições que permitiram desprezar os efeitos do crescimento e decaimento dos microrganismos. Para a determinação dos parâmetros de transporte foram executados ensaios microbiológicos, ensaios de batelada e oito ensaios ADS para diferentes valores de gradiente hidráulico. Os ensaios de batelada mostraram uma baixa adsorção bactéria-solo nas condições avaliadas. As curvas de chegada obtidas nos ensaios ADS, mostraram elevados valores para o fator de retardamento entre três e nove, variando proporcionalmente com o incremento de gradiente hidráulico. Os valores de dispersão hidrodinâmica variaram entre 1,44x10(-2) cm(2)/min e 5,47x10(-2) cm(2)/min. Os resultados dos ensaios sugerem que os processos físico-químicos têm pouca influência no transporte deste microrganismo em areia de quartzo, enquanto que o processo de filtração mecânica, forças hidrodinâmicas, a forma e distribuição de tamanho dos grãos parecem explicar mais adequadamente o comportamento das curvas de chegada. / [en] This study deals with the assessment of the transport parameters of the Escherichia coli ATCC11229 bacteria, a fecal contamination indicator, through saturated quartz sand columns. With this purpose, it was developed an equipment to carrying out Advection-Dispersion-Sorption (ADS) experiments, with continuous input of bacterial distilled water suspension at an influent concentration of 10(8) cell/mL for about twelve hours, at environmental temperature and under conditions that allow disregard the effect of the growth and decay of the microorganisms. Microbiological experiments, batch tests, and eight ADS experiments at several hydraulic gradient values, were executed for determine the transport parameters. The batch tests indicated a low bacterium-soil adsorption under evaluated conditions. The breakthrough curves, obtained by ADS experiments, showed high values for the retardation factor, ranged from three to nine with increasing the hydraulic gradient. The hydrodynamic dispersion values ranged between 1,44x10(-2)cm(2)/min and 5,47x10(-2) cm(2)/min. The results of the experiments suggested that the physical-chemical processes have a little influence on the transport of this microorganism in quartz sand, whereas the straining process, hydrodynamic forces, the shape and grain distribution, would can explain more appropriately the behavior of the breakthrough curves.

[pt] Este trabalho apresenta resultados de um estudo, executado em laboratório, da mobilidade do herbicida Paraquat, realizado a partir de sua percolação através de amostras de solos retiradas do Campo Experimental de Bom Jardim, RJ. Foram determinadas as propriedades físicas, químicas e mineralógicas das amostras coletadas de maneira a formar um perfil do solo local. Para estes solos, através dos ensaios realizados, tais como o ensaio ADS (em coluna) e o de adsorção em batelada, foi possível determinar parâmetros de transporte do contaminante. Na análise para a quantificação do Paraquat foi adotado um método de coloração por determinação espectrofotométrica. No ensaio ADS foi possível, para apenas um dos solos, a determinação dos parâmetros de transporte em solo saturado, enquanto que no ensaio de adsorção em batelada foi determinada, para todos os solos, a isoterma de adsorção bem como os parâmetros referentes aos modelos de Freudlich e Langmuir. A partir dos resultados do ensaio ADS, verificou-se, a alta capacidade de retenção do Paraquat ao solo, chegando-se à conclusão de que, possíveis problemas de contaminação de águas pelo mesmo venham a estar associados a processos erosivos. / [en] This paper presents results of a study, performed in the laboratory, on the mobility of the herbicide Paraquat, investigated from its percolation through soils samples withdrawn from the Experimental Field of Bom Jardim, RJ. It was determined the physical, chemical and mineralogical properties of samples collected in such manner to form a profile of ground local soil. For these soils, through testings, such as the ADS test (in a special column) and the batchadsorption test, it was possible to determine parameters of the transport of the contaminant. In the analysis for the quantification of Paraquat was adopted a method of staining by spectrophotometric determination. In the ADS test it was possible, for only one of the soil samples, the determination of the parameters of transport with the batch- adsorption test it was determined, for all soils, the isotherm of adsorption as well as the parameters related to the models of Freudlich and Langmuir. From the results the ADS test it was found a high retention of Paraquat to the soil, leading to the conclusion that potential problems of contamination of superficial water at the sitemay be associated with erosive processes.

[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. A dissertação visa a caracterização de propriedades de transporte em solos residuais do estado do Rio de Janeiro; em especial será focalizado o comportamento e a mobilidade neste solo de metais pesados como o cádmio, zinco, cromo e chumbo. O conhecimento do comportamento dos metais no solo é importante para a previsão de acidentes ambientais e para a avaliação de possíveis soluções. Mudanças no ambiente, como variação do pH, podem interferir no comportamento do metal, desta forma o conhecimento das condições locais é importante para previsão do comportamento do contaminante. Foram realizados ensaios de batelada e de coluna com diferentes metais, para entender como se comportam nos solos residuais caracterizados. Para complementar o estudo uma modelagem geoquímica foi feita a partir dos dados experimentais com o programa computacional PHREEQC. / [en] The contamination of the underground environment by hazardous and toxic wastes has become one of the main environment problems in several countries where many sites present groundwater infection. The project purpose is the characterization of the transport properties in residual soils of the Rio de Janeiro state. Mainly it will be focused the behaviour and the mobility of heavy metals, for example, the cadmium, the zinc, the chromium and the lead in this kind of soil. To know the behaviour of the metals in the soil is important for the prevision of environmental accidents and for the evaluation of possible solutions. Changes in the environment, as the pH variation, may interfere in the metal conduct thus the knowledge of the local conditions is essential for the prevision of the contamination procedure. Batch and column tests were made using different metals in order to understand how they act in the characterized residual soils. To complement the studies a geochemical modeling was made using the experimental data with the compute program, PHREEQC.

[pt] O objetivo deste trabalho é ser uma contribuição ao entendimento dos mecanismos envolvidos na migração por gravidade dos compostos orgânicos chamados de DNAPLs, quando eles são liberados em meios porosos e em meios porosos fraturados, para aportar ao desenvolvimento de tecnologias efetivas orientadas principalmente à localização e à remediação do sistema subterrâneo contaminado. Primeiramente são apresentados os conceitos elementares envolvidos nos modelos matemáticos que descrevem o fluxo bifásico em meios porosos, o processo de modelagem de um problema geral da natureza, os modelos conceituais, os matemáticos e os numéricos, e a aplicabilidade dos modelos conceituais conforme a considerações de escala. Em segundo lugar, são desenvolvidas as equações matemáticas que governam os fenômenos em estudo e são apresentadas as soluções às equações governantes a partir de técnicas computacionais e esquemas de integração numérica. As equações do fluxo bifásico são resolvidas mediante técnicas de elementos finitos mistos hibridizados (EFHM) e elementos finitos descontínuos (GD), e as equações do transporte de contaminantes são resolvidas mediante a técnica dos elementos finitos convencionais (EF). Seguidamente são avaliados numericamente problemas de transporte de contaminantes em 1D e 2D, problemas de transporte de contaminantes com transferência de massa, problemas de fluxo bifásico em 2D, e problemas acoplados envolvendo tanto fluxo bifásico como transporte de contaminantes com transferência de massa. Finalmente, são apresentadas as conclusões do trabalho desenvolvido bem como sugestões para trabalhos futuros. / [en] The objective of this work is to contribute to the understanding of the mechanisms involved in the gravity migration of organic compounds, called DNAPLs, when they are released in a porous media and in a fractured porous media, and to contribute to the development of effective technologies mainly oriented to the location and remediation of contaminated underground system. Firstly, some basic concepts are presented, especially those involved in the mathematical models that describe the two-phase flow in porous media, the conceptual models, the mathematical models, as well as the numerical models. Secondly, the mathematical equations that govern the phenomena under study are developed and the solutions to the governing equations from computational techniques and numerical integration schemes are presented. The biphasic flow equations are solved using mixed and hybridized finite element techniques (EFHM) and discontinuous finite element (GD), and the contaminant transport equations are solved by the conventional technique of finite element (FE). Then, some problems are numerically evaluated in 1D and 2D, such as transport of contaminants with and without mass transfer, two-phase flow problems in 2D, and attached problems involving both biphasic flow and contaminant transport with mass transfer. Finally, the conclusions of this thesis as well as the suggestions for future works are presented.

O objetivo do trabalho é aplicar um modelo numérico que simule a propagação da pluma de contaminação derivada de chorume, como ferramenta numérica que permita uma análise dos parâmetros envolvidos no sistema, tendo como caso de estudo o lixão de São Pedro da Aldeia, levando em conta: o mecanismo de perda de massa durante o transporte e a variabilidade estatística dos principais parâmetros de entrada (input) no modelo numérico. A perda de massa durante o fluxo pode ocorrer tanto por sorção, como por decaimento microbiológico, será estimada através da interpretação probabilística de dados experimentais obtidos no lixão de São Pedro da Aldeia. Os resultados obtidos pela modelagem numérica serão comparados com os resultados experimentais de concentração do íon cloreto obtidos por medições em campo. Os resultados experimentais foram obtidos considerando distâncias crescentes em relação ao lixão, para oito intervalos de tempo distintos, permitindo, assim, comparar os resultados alcançados pela modelagem numérica com dados experimentais reais, obtidos em função do tempo e da distância ao lixão. Para a modelagem numérica, foi utilizada a equação diferencial do transporte advectivo-dispersivo, levando em conta um termo de perda de massa estimado a partir de interpretações estatísticas dos resultados experimentais obtidos. A solução da equação diferencial do fluxo advectivo dispersivo foi analisada pelo método dos volumes finitos, que se mostra adequado para problemas de avanço de frentes de saturação e/ou de contaminação. Para a modelagem probabilística, foi utilizado o Método de Rosenblueth (ou método das estimativas pontuais), considerando-se, como variáveis aleatórias mais relevantes: a condutividade hidráulica k, a concentração iônica inicial Co e o decaimento da concentração iônica em função da distância (x) ao lixão expresso por um termo bo em (mg/l/m). A interpretação estatística das concentrações medidas experimentalmente mostrou uma faixa de variabilidade muito bem representada pela faixa de variação obtida pela conjugação da solução da equação de transporte de contaminantes (pelo método dos volumes finitos) com análise de variabilidade por formulação FOSM (pelo método das estimativas pontuais de Rosenblueth). Os resultados obtidos indicam que, embora com a contaminação crescente, podemos avaliar com poucos dados a contaminação ao longo do tempo. As simulações indicaram coerência com o resultado obtido experimentalmente, validando assim o modelo utilizado. Entende-se que o trabalho conseguiu demonstrar a aplicabilidade e relativa praticidade no que diz respeito ao estudo do fluxo de contaminantes em meios saturados. Os resultados se mostraram satisfatórios no que tange ao entendimento das questões abordadas. / The objective of this work is to apply a numerical model that simulates the propagation of the contamination plume stemmed from leachate as a numerical tool that allows an analysis of the parameters involved in the system, having the landfill of São Pedro da Aldeia as study case. The model takes into account the loss of contaminant mass mechanism during transport and the statistical variability, in the numerical model, of the main input variables. The loss of mass during the flow, which can occur either in the form of sorption or as a microbiological decay, will be assed by probabilistic interpretation of experimental data. The results obtained by the numerical modeling will be compared to the experimental results of the ionic chloride concentration obtained by field mediations. The experimental results were obtained taking into account the growing distances in relation to the landfill, for eight different time intervals, allowing, this way, the comparison of the results reached by the numerical modeling with the real experimental data results, obtained due to the time and the distance of the landfill. For the numerical modeling, the differential equation of the advective-dispersive transport was used, taking into account a term of loss of mass estimated from statistical interpretations of the experimental results. The differential equation solution of the advective-dispersive flow was obtained by the finite volumes method, which was proved adequate to problems concerning the propagation of contaminating plumes in saturated soils. For the probabilistic modeling, the Rosenblueth Method (or point estimate method) was used, considering, as more relevant aleatory variables, the hydraulic conductivity k, the initial ionic concentration and the rate of concentration decay. The statistical interpretation of the concentrations experimentally measured showed one variability band well represented by the variation band obtained by the conjunction of the contaminant transport equation solution (finite volumes method) with the variability analysis of the FOSM formularization (Rosenblueths point estimate method). The obtained results indicate that even with the increasing contamination it is possible, with little data, to evaluate the contamination throughout time. The simulations indicated coherence with the experimentally obtained results validating, this way, the used model. The work demonstrates the applicability and the relative practicity concerning the study of the contaminant flow in saturated environments. Considering the understanding of the boarded questions, the results seemed satisfactory.

O objetivo do trabalho é aplicar um modelo numérico que simule a propagação da pluma de contaminação derivada de chorume, como ferramenta numérica que permita uma análise dos parâmetros envolvidos no sistema, tendo como caso de estudo o lixão de São Pedro da Aldeia, levando em conta: o mecanismo de perda de massa durante o transporte e a variabilidade estatística dos principais parâmetros de entrada (input) no modelo numérico. A perda de massa durante o fluxo pode ocorrer tanto por sorção, como por decaimento microbiológico, será estimada através da interpretação probabilística de dados experimentais obtidos no lixão de São Pedro da Aldeia. Os resultados obtidos pela modelagem numérica serão comparados com os resultados experimentais de concentração do íon cloreto obtidos por medições em campo. Os resultados experimentais foram obtidos considerando distâncias crescentes em relação ao lixão, para oito intervalos de tempo distintos, permitindo, assim, comparar os resultados alcançados pela modelagem numérica com dados experimentais reais, obtidos em função do tempo e da distância ao lixão. Para a modelagem numérica, foi utilizada a equação diferencial do transporte advectivo-dispersivo, levando em conta um termo de perda de massa estimado a partir de interpretações estatísticas dos resultados experimentais obtidos. A solução da equação diferencial do fluxo advectivo dispersivo foi analisada pelo método dos volumes finitos, que se mostra adequado para problemas de avanço de frentes de saturação e/ou de contaminação. Para a modelagem probabilística, foi utilizado o Método de Rosenblueth (ou método das estimativas pontuais), considerando-se, como variáveis aleatórias mais relevantes: a condutividade hidráulica k, a concentração iônica inicial Co e o decaimento da concentração iônica em função da distância (x) ao lixão expresso por um termo bo em (mg/l/m). A interpretação estatística das concentrações medidas experimentalmente mostrou uma faixa de variabilidade muito bem representada pela faixa de variação obtida pela conjugação da solução da equação de transporte de contaminantes (pelo método dos volumes finitos) com análise de variabilidade por formulação FOSM (pelo método das estimativas pontuais de Rosenblueth). Os resultados obtidos indicam que, embora com a contaminação crescente, podemos avaliar com poucos dados a contaminação ao longo do tempo. As simulações indicaram coerência com o resultado obtido experimentalmente, validando assim o modelo utilizado. Entende-se que o trabalho conseguiu demonstrar a aplicabilidade e relativa praticidade no que diz respeito ao estudo do fluxo de contaminantes em meios saturados. Os resultados se mostraram satisfatórios no que tange ao entendimento das questões abordadas. / The objective of this work is to apply a numerical model that simulates the propagation of the contamination plume stemmed from leachate as a numerical tool that allows an analysis of the parameters involved in the system, having the landfill of São Pedro da Aldeia as study case. The model takes into account the loss of contaminant mass mechanism during transport and the statistical variability, in the numerical model, of the main input variables. The loss of mass during the flow, which can occur either in the form of sorption or as a microbiological decay, will be assed by probabilistic interpretation of experimental data. The results obtained by the numerical modeling will be compared to the experimental results of the ionic chloride concentration obtained by field mediations. The experimental results were obtained taking into account the growing distances in relation to the landfill, for eight different time intervals, allowing, this way, the comparison of the results reached by the numerical modeling with the real experimental data results, obtained due to the time and the distance of the landfill. For the numerical modeling, the differential equation of the advective-dispersive transport was used, taking into account a term of loss of mass estimated from statistical interpretations of the experimental results. The differential equation solution of the advective-dispersive flow was obtained by the finite volumes method, which was proved adequate to problems concerning the propagation of contaminating plumes in saturated soils. For the probabilistic modeling, the Rosenblueth Method (or point estimate method) was used, considering, as more relevant aleatory variables, the hydraulic conductivity k, the initial ionic concentration and the rate of concentration decay. The statistical interpretation of the concentrations experimentally measured showed one variability band well represented by the variation band obtained by the conjunction of the contaminant transport equation solution (finite volumes method) with the variability analysis of the FOSM formularization (Rosenblueths point estimate method). The obtained results indicate that even with the increasing contamination it is possible, with little data, to evaluate the contamination throughout time. The simulations indicated coherence with the experimentally obtained results validating, this way, the used model. The work demonstrates the applicability and the relative practicity concerning the study of the contaminant flow in saturated environments. Considering the understanding of the boarded questions, the results seemed satisfactory.