Anomalias de potencial espontâneo com amplitudes de dezenas a centenas de milivolts são observadas em plumas de contaminação apesar de não serem explicadas por modelos de geobateria normalmente utilizados na geofísica de exploração. Modelos recentemente propostos, denominados de biogeobateria, assumem que estruturas orgânicas produzidas por micro- organismos assumem a função de condução eletrônica que os minerais condutivos exercem no modelo clássico de geobateria. O modelo de biogeobateria, por outro lado, se assemelha com o que se denomina sistemas bioeletroquímicos ou células de combustível microbianas em áreas da biotecnologia (bioenergia). O presente trabalho explora esta semelhança para desenvolver um experimento de laboratório que utiliza um sistema bioeletroquímico como modelo análogo de biogeobateria para mostrar que este modelo é capaz de explicar o sinal de potencial espontâneo observado em campo. Os resultados experimentais e de modelagem numérica mostram que a amplitude do potencial elétrico depende: da área do catodo, da resistência interna da biogeobateria, da existência de um fluxo adicional de cátions do anodo para o catodo, da resistividade elétrica do meio e da separação do anodo com o catodo. Os resultados experimentais mostraram-se compatíveis com observações de campo obtidas na caracterização hidrogeofísica de uma pluma de contaminação, proveniente de um aterro de resíduos (lixão). A pluma de contaminação se estende por dois níveis em profundidade, comprometendo a qualidade do aquífero livre e certamente do aquífero confinado. A ano- malia de potencial espontâneo alcança amplitude de 70mV sobre o aquífero livre, sendo praticamente desprezível sobre o aquífero confinado, tal como se observa em laboratório em modelos correspondentes. O experimento com biogeobateria mostra também que as reações químicas desencadeadas no anodo oxidam o substrato orgânico, reduzindo a demanda química de oxigênio em 10 % no experimento considerado. Este resultado mostra que sinais de potencial espontâneo em áreas contaminadas podem ser considerados como indicativos de processos oxidativos ocorrendo em um substrato orgânico sendo, pois, de relevância para o reconhecimento de processos de atenuação natural em terrenos com contaminantes orgânicos. / Self-potential anomalies with amplitudes of tens to hundreds of millivolts are observed in contaminated plumes despite not fully explained by geobattery models commonly used in geophysical exploration. Recently proposed models, termed as biogeobattery, assume that organic structures produced by microorganisms act as electronic conductors, as it is done by conductive minerals in standard geobattery models. The biogeobattery model in addition resembles what is termed as bioelectrochemical system or microbial fuel cell in fields of the research in biotechnology (bioenergy). This study explores this similarity to develop a laboratory experiment using a bioelectrochemical system as an analog model for a biogeobattery, to show that this model is able to explain the spontaneous potential signals observed in many geophysical surveys over contaminated sites. Experimental and modeling results show that the amplitude of the electric potential from a biogeobattery depends on: the area of ? the cathode, its internal resistance, the existence of an additional flow of cations (from the anode to the cathode), the electrical resistivity of the medium and the separation of anode to the cathode. In general, the experimental results were compatible with field observations at a contamination plume produced by a landfill. The contamination plume extends over two levels deep, degrading the quality of the unconfined and confined aquifers. The amplitude of the self-potential anomaly reaches 70mV over the unconfined aquifer and is negligible over the confined aquifer, as observed in the corresponding models of the laboratory experiment. The biogeobattery experiment also shows that chemical reactions at the system anode were able do oxidize the organic substrate, reducing in 10% its chemical oxygen demand. This result shows that self-potential signals in contaminated areas can be regarded as indicative of oxidative processes taking of buried organic matter and, as such, a proxy of biodegradation processes leading to natural attenuation of organic ontaminants.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-12062018-165148 |
| Date | 09 August 2012 |
| Creators | Sergio Junior da Silva Fachin |
| Contributors | Carlos Alberto Mendonça, Vagner Roberto Elis, Jose Domingos Faraco Gallas, Otávio Coaracy Brasil Gandolfo, César Augusto Moreira |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Geofísica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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