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Master's Dissertation
Document
Author
Full name
Ivinny Barros de Araujo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Pejon, Osni Jose (President)
Miguel, Miriam Gonçalves
Vieira, Eny Maria
Title in Portuguese
Avaliação da condutividade hidráulica e do transporte de Cu2+ em barreiras ambientais compostas por misturas de solo arenoso, cimento e argila
Keywords in Portuguese
barreira ambiental
cobre
precipitação
retenção de contaminantes
Abstract in Portuguese
Os metais potencialmente tóxicos são elementos de natureza não biodegradável, fácil absorção pelos organismos e com grande capacidade de bioacumulação e que, normalmente, estão presentes nos lixiviados de aterros sanitários. Por conta disso, as barreiras de baixa permeabilidade nessas estruturas são elementos fundamentais para proteção ambiental. Essas barreiras, comumente, são feitas de solos argilosos compactados (CCL), por atender aos requisitos de condutividade hidráulica (K) e retenção de contaminantes. Na ausência de solos argilosos, viabilizar o uso de solos arenosos para esta aplicação é de grande interesse. Por conta disso, a presente pesquisa teve por objetivo aplicar uma técnica de melhoria à solos arenosos, adicionando cimento e argila, para avaliar o comportamento de K e o Fator de Retardamento (Rd) de contaminantes nas misturas solo-cimento-caulim (SCC) e solo-cimento-bentonita (SCB). Para isso, foram realizados os ensaios de: caracterização física, físico-química e mineralógica do solo, dos materiais argilosos e das misturas; ensaio de coluna para avaliar K com a percolação de água e solução de CuCl2.2H2O (0,012M e 0,024M) e o Rd do Cu2+; e o ensaio de equilíbrio em lote (batch test), nas concentrações de 0,005M, 0,012M e 0,024M, para avaliar o Rd obtido e comparar com o Rd do ensaio de coluna. Ao avaliar K com a percolação de água, observou-se que se o teor de umidade aplicada for acima da umidade ótima da mistura, a eficiência da compactação é comprometida e faz com que os valores de K sejam maiores. As misturas SCB e SCC atenderam os requisitos de K normatizados para aplicação como barreiras de fundo em aterros sanitários, com valores médios de 3,7x10-10 e 5x10-10 m/s, respectivamente. Durante a percolação da solução contaminante, houve redução de K em SCC, e os valores se mantiveram estáveis ou com aumentos pouco expressivos em SCB. A adição de cimento fez com que a capacidade de troca catiônica das misturas se reduzisse, no entanto, tornou-as alcalinas, favorecendo a precipitação do Cu2+. Ao contrário dos CCL que tem a sorção como principal mecanismo de retenção de contaminantes, nas misturas SCC e SCB é a precipitação, para o caso de elementos sensíveis a mudanças de pH como o Cu2+. Isso foi observado pelos precipitados formados durante os ensaios de coluna e no batch test, pela demora para saída de Cu2+ nos efluentes do ensaio de coluna e pelos valores de Rd obtidos em ambos os ensaios para SCC e SCB. Como as duas misturas apresentaram desempenhos similares, nota-se que as características mineralógicas dos materiais argilosos tiveram pouca influência no desempenho de K e Rd das misturas, provavelmente relacionado aos efeitos expressivos do cimento para redução de K e ao favorecer a precipitação do Cu2+. Quando comparadas as barreiras de CCL e aos geocompostos bentoníticos, as misturas SCC e SCB apresentaram desempenhos similares e, por vezes, mais elevados quanto ao Rd, apesar de apresentar valores de K mais altos, mas que ainda assim atendem a norma. Logo, as misturas solo-cimento-argila mostrou ser uma alternativa com bom desempenho para aplicação de solos arenosos como barreiras de baixa permeabilidade.
Title in English
Evaluation of hydraulic conductivity and the transport of Cu2+ in liners composed of mixtures of sandy soil, cement and clay
Keywords in English
copper
liner
precipitation
retention of contaminants
Abstract in English
Potentially toxic metals are non-biodegradable elements that are easily absorbed by organisms and have a high bioaccumulation capacity and are also present in the slurry of landfills. Because of this, the low permeability barriers in these structures are fundamental elements for environmental protection. These liners are commonly made from compacted clayey soils (CCL) because they meet the requirements of hydraulic conductivity (K) and retention of contaminants. In the absence of clayey soils, the use of sandy soils for this application is of great interest. Therefore, the present research aimed to apply an improvement technique to a sandy soil, adding cement and clay, to evaluate the aspects of K and the retardation factor (Rd) of contaminants in the soil-cement-kaolin (SCC) and soil-cement-bentonite (SCB). For this, the following tests were performed: physical, physico-chemical and mineralogical characterization of soil, clay materials and soil-cement-clay mixtures; column assay to evaluate K with the percolation of water and CuCl2.2H2O solution (0.012M and 0.024M) and Rd of Cu2+; and the batch test at concentrations of 0.005M, 0.012M and 0.024M were used to evaluate the Rd obtained and compare with Rd of the column assay. When evaluating K with water percolation, it was observed that if the moisture content applied is above the optimum humidity of the mixture, the compaction efficiency is compromised and causes the K values to be higher. SCB mixtures and SCC met the standard K requirements for application as background liners in sanitary landfills with a mean value of 3.7x10-10 and 5x10-10 m/s, respectively. During percolation of the contaminant solution, there was reduction of K in SCC, and the values remained stable or with a little expressive increases in SCB. The addition of cement caused the reduction of cation exchange capacity of the mixtures, however, made them alkaline, favouring the precipitation of Cu2+. Unlike the CCL, that has the sorption as the main mechanism of retention of contaminants, in the SCC and SCB mixtures is the precipitation, in the case of elements sensitive to changes of pH, like Cu2+. This was observed by the precipitates formed during the column tests and the batch test, the delay for Cu2+ exit in the column assay effluents and the Rd values obtained in both SCC and SCB tests. As the two mixtures presented similar performances, it isnoted that the mineralogical characteristics of the clayey materials had little influence on the K and Rd performance of the mixtures, probably related to the expressive effects of the cement for K reduction and favouring the precipitation of Cu2+. When CCL liners and bentonite geocompounds were compared with SCC and SCB mixtures, the soil-cement-clay mixtures showed similar and sometimes even higher performances for Rd, despite having higher K values than these but still meeting the standard. Therefore, soil-cement-clay mixtures showed to be a good performance alternative for the application of sandy soils as low permeability liners.
 
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araujo.pdf (6.82 Mbytes)
Publishing Date
2019-10-09
 
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