Comparative study on the mobility of inorganic contaminant in lateritic and non-lateritic soils

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, 2016.A contaminação dos solos e das águas subterrâneas é um assunto que tem sido abordado na atualidade, pois a conscientização ecológica está tomando grande espaço na mídia. Muitas pesquisas no exterior determinaram parâmetros de transporte de contaminantes em solos típicos de clima temperado, ou seja, com comportamento não laterítico. No Brasil, têm-se várias publicações sobre este tema, porém com enfoque nos solos lateríticos. Logo, este estudo tem o objetivo de se comparar os parâmetros de transporte obtidos por meio do ensaio em coluna, para um mesmo contaminante, em condições similares, para um solo com comportamento laterítico e outro solo com comportamento não laterítico. Ambos os solos foram caracterizados e classificados conforme as metodologias tradicionais e pela metodologia MCT, a qual determina se o solo possui comportamento laterítico ou não laterítico. Ambos os solos estudados (laterítico e não laterítico) foram submetidos ao ensaio em coluna de parede flexível. Nesses ensaios, os corpos de prova foram moldados a partir de amostras indeformadas e por eles foi percolada uma solução contaminante multiespécie preparada com nitratos de quatro metais: cromo, chumbo, cádmio e cobre. Todos os corpos de prova foram confinados sob a mesma pressão. Comparando-se os dados experimentais das curvas de chegada de ambos os solos, pode-se dizer que as principais diferenças observadas foram: a clara dessorção do cádmio que ocorreu no solo laterítico, e não ocorreu no solo não laterítico. O cobre chegou ao cw/c0 =1 aos 40 volumes de poros em ambos os solos, mesmo após sofrer dessorção no solo laterítico; o cromo teve baixíssima mobilidade não chegando ao cw/c0 =1 em nenhum dos dois tipos de solo, porém no solo laterítico foi maior. Com a análise das concentrações dos metais no solo após a percolação observou-se que esse foi o metal mais sorvido pelo solo; o chumbo se comportou de maneira distinta nos dois tipos de solo: o retardo foi bem maior no solo laterítico. Isto pode ser concluído observando que nos ensaios com solo laterítico, em nenhum deles o chumbo atingiu o cw/c0 =1. Com base na concentração dos metais no solo das amostras ensaiadas, constatou-se que todos os metais ensaiados tiveram maior mobilidade no solo laterítico. Os metais com maior mobilidade foram cádmio e cobre no solo laterítico. O cromo foi o metal com menor mobilidade, em ambos os solos, fenômeno já explicado pela alta sorção no solo. Tudo isto foi atribuído ao fato do solo laterítico apresentar maior capacidade de transporte dos metais ensaiados em relação ao solo não laterítico, onde para um mesmo intervalo de tempo à concentração dos metais retidos durante os ensaios é maior no solo laterítico que no solo não laterítico. Tal comportamento, observado para os dois tipos de solo, está relacionado com a própria velocidade de percolação do líquido nos mesmos, já que o solo laterítico é mais permeável que o não laterítico, consequentemente gerando maior advecção e dispersão mecânica de partículas dos metais no solo laterítico.Contamination of soil and groundwater is an issue that has been on evidence since environmental awareness is taking large space in the media. Many international types of research have determined contaminant transport parameters in temperate climate soils, i.e., non-lateritic soils. In Brazil, several publications have approached this subject, but with a focus on lateritic soils. Therefore, this study aims to compare the transport parameters obtained from column tests with the same contaminants and in similar conditions between a soil with lateritic behavior and another with non-lateritic behavior. Both soils were characterized and classified with traditional methodologies and the MCT methodology, which determines whether the soil has lateritic or nonlateritic behavior. Both soils (laterite and non-lateritic) were subjected to flexible wall column tests. In these test, samples were molded on in-situ conditions and percolated with multispecies contaminant solution prepared with four nitrate metals: chromium, lead, cadmium and copper. All samples were confined under the same pressure. Comparing the experimental data of the breakthrough curves for each soil, it can be said that the following major differences were observed: The desorption of cadmium in the lateritic soil and did not occur in non-lateritic soil. Copper reached cw/c0 = 1 at 40 pore volumes in both soils, even after suffering desorption in a lateritic soil. Chromium had very low mobility not reaching cw/c0 =1 in any of the two types of soil, but was higher for the lateritic soil. Later, it was noted that this was the most sorbed metal in the soil by analysis of the soil concentration. Lead behaved differently in both soils: the retardation was greater in the non-lateritic soil. This can be concluded by noting that in the column tests with lateritic soil, none of them reached cw/c0 =1 for lead transport. Based on the concentration of metals in the soil test samples, it was found that: All metals have greater mobility in the lateritic material. The more mobile metals are cadmium and copper for the lateritic soil. Chromium is the metal with the lowest mobility in both soils, a phenomenon explained by the high soil sorption. All this was attributed to the fact that the lateritic soil has lower transport speed of the metals tested in comparison to a non-lateritic soil, where for the same time interval the concentration of tested metals was greater in the lateritic material than in the non-lateritic. Such behavior observed for the two types of soils is related to their own fluid flow velocity, in which the lateritic material is more permeable than the non-lateritic, thus generating greater advection and mechanical dispersion of particles in the porous medium