Migração de solutos em basalto fraturado: quantificação experimental em laboratório e validação matemática

A avaliação do risco a contaminação e a escolha de técnicas de remediação de poluentes em aquíferos fraturados depende da quantificação dos fenômenos envolvidos no transporte de solutos. A geometria da fratura, usualmente caracterizada pela abertura, é o principal parâmetro que indiretamente controla o transporte nos aquíferos fraturados. A simplificação mais comum desse problema é assumir que as fraturas são um par de placas planas e paralelas, isto é, com uma abertura constante. No entanto, por causa do limitado número de trabalhos experimentais, não está esclarecida a adequabilidade do uso de uma abertura constante para simular o transporte conservativo em fraturas do Aquífero Serra Geral (ASG), Brasil. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da abertura de uma fratura natural do Aquífero Serra Geral sob o transporte conservativo de solutos. Uma amostra natural de basalto fraturado foi usada em um experimento hidráulico e de transporte de um traçador conservativo (escala de laboratório). O campo de abertura foi medido usando a técnica avançada, de alta resolução e tridimensional, chamada microtomografia computadorizada de raios-X. A concentração de traçador medida foi utilizada para validar uma solução analítica unidimensional da Equação de Advecção-dispersão (ADE). O desemprenho do ajuste da ADE às curvas de passagem experimentais foi avaliado para quatro diferentes tipos de aberturas constantes. Os resultados mostraram que o escoamento de água e o transporte de contaminantes pode ocorrer através de fraturas micrométricas, ocasionando, eventualmente, a contaminação do ASG. A abertura de balanço de massa é a única que pode ser chamada propriamente de \"abertura equivalente\". O uso de aberturas constantes na ADE não permitiu representar completamente o formato das curvas de passagem porque o campo de velocidade não é uniforme e intrinsicamente bidimensional. Portanto, na simulação do transporte deve-se incorporar a heterogeneidade da abertura da fratura.

Avaliação da interação entre o persulfato de potássio com solos brasileiros para a utilização da tecnologia de remediação por oxidação química in situ.

Recentemente, o uso de persulfato em processo de oxidação química in situ em áreas contaminadas por compostos orgânicos ganhou notoriedade. Contudo, a matriz sólida do solo pode interagir com o persulfato, favorecendo a formação de radicais livres, evitando o acesso do oxidante até o contaminante devido a oxidação de compostos reduzidos presentes no solo ou ainda pela alteração das propriedades hidráulicas do solo. Essa pesquisa teve como objetivos avaliar se as interações entre a solução de persulfato com três solos brasileiros poderiam eventualmente interferir sua capacidade de oxidação bem como se a interação entre eles poderia alterar as propriedades hidráulicas do solo. Para isso, foram realizados ensaios de oxidação do Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho Amarelo (LVA) e Neossolo Quartzarênico (NQ) com solução de persulfato (1g/L e 14g/L) por meio de ensaios de batelada, bem como a oxidação do LV por solução de persulfato (9g/L e 14g/L) em colunas indeformadas. Os resultados mostraram que o decaimento do persulfato seguiu modelo de primeira ordem e o consumo do oxidante não foi finito. A maior constante da taxa de reação (kobs) foi observada para o reator com LV. Essa maior interação foi decorrente da diferença na composição mineralógica e área específica. A caulinita, a gibbsita e os óxidos de ferro apresentaram maior interação com o persulfato. A redução do pH da solução dos reatores causou a lixiviação do alumínio e do ferro devido a dissolução dos minerais. O ferro mobilizado pode ter participado como catalisador da reação, favorecendo a formação de radicais livres, mas foi o principal responsável pelo consumo do oxidante. Parte do ferro oxidado pode ter sido precipitado como óxido cristalino favorecendo a obstrução dos poros. Devido à maior relação entre massa de persulfato e massa de solo, a constante kobs obtida no ensaio com coluna foi 23 vezes maior do que a obtida no ensaio de batelada, mesmo utilizando concentração 1,5 vezes menor no ensaio com coluna. Houve redução na condutividade hidráulica do solo e o fluxo da água mostrou-se heterogêneo após a oxidação devido a mudanças na estrutura dos minerais. Para a remediação de áreas com predomínio de solos tropicais, especialmente do LV, pode ocorrer a formação de radicais livres, mas pode haver um consumo acentuado e não finito do oxidante. Verifica-se que o pH da solução não deve ser inferior a 5 afim de evitar a mobilização de metais para a água subterrânea e eventual obstrução dos poros por meio da desagregação dos grãos de argila.

New Approaches for Teaching Soil and Rock Mechanics Using Information and Communication Technologies

Soil and rock mechanics are disciplines with a strong conceptual and methodological basis. Initially, when engineering students study these subjects, they have to understand new theoretical phenomena, which are explained through mathematical and/or physical laws (e.g. consolidation process, water flow through a porous media). In addition to the study of these phenomena, students have to learn how to carry out estimations of soil and rock parameters in laboratories according to standard tests. Nowadays, information and communication technologies (ICTs) provide a unique opportunity to improve the learning process of students studying the aforementioned subjects. In this paper, we describe our experience of the incorporation of ICTs into the classical teaching-learning process of soil and rock mechanics and explain in detail how we have successfully developed various initiatives which, in summary, are: (a) implementation of an online social networking and microblogging service (using Twitter) for gradually sending key concepts to students throughout the semester (gradual learning); (b) detailed online virtual laboratory tests for a delocalized development of lab practices (self-learning); (c) integration of different complementary learning resources (e.g. videos, free software, technical regulations, etc.) using an open webpage. The complementary use to the classical teaching-learning process of these ICT resources has been highly satisfactory for students, who have positively evaluated this new approach.

Fate and Transport of Naproxen in a Sandy Aquifer Material: Saturated Column Studies and Model Evaluation

Naproxen-C14H14O3 is a nonsteroidal anti-inflammatory drug which has been found at detectable concentrations in wastewater, surface water, and groundwater. Naproxen is relatively hydrophilic and is in anionic form at pH between 6 and 8. In this study, column experiments were performed using an unconsolidated aquifer material from an area near Barcelona (Spain) to assess transport and reaction mechanisms of Naproxen in the aquifer matrix under different pore water fluxes. Results were evaluated using HYDRUS-1D, which was used to estimate transport parameters. Batch sorption isotherms for Naproxen conformed with the linear model with a sorption coefficient of 0.42 (cm3 g−1), suggesting a low sorption affinity. Naproxen breakthrough curves (BTCs) measured in soil columns under steady-state, saturated water flow conditions displayed similar behavior, with no apparent hysteresis in sorption or dependence of retardation (R, 3.85-4.24) on pore water velocities. Soil sorption did not show any significant decrease for increasing flow rates, as observed from Naproxen recovery in the effluent. Sorption parameters estimated by the model suggest that Naproxen has a low sorption affinity to aquifer matrix. Most sorption of Naproxen occurred on the instantaneous sorption sites, with the kinetic sorption sites representing only about 10 to 40% of total sorption.

Physical and acoustic sediment properties of sediment cores from the eastern equatorial Atlantic

To reconstruct the deep-water circulation for the last 3.5 Ma from deep-sea sediments of the eastern equatorial Atlantic, sea floor morphology, sub-bottom reflectors and the echo character have been mapped on the basis of 3.5 kHz records and sediment cores. Physical properties of sediments and synthetic seismograms derived from them enable us to decipher reflector sequences in environments of pelagic, current-resuspended and turbidity sedimentation. The individual reflectors originate from carbonate dissolution, hiatus, coarse sand layers and interferences. Those which are related to carbonate dissolution and hiatus provide evidence of water-mass boundaries by their distribution. Five phases of different deep-water circulation can be seen in the record of th elast 3.5 Ma, and these are related to climate history: 1. Between 3.7 Ma and 2.2 Ma a strong deep-water circulation indicates a northward flow of bottom water below 4200 m (AABW = Antarctic-Bottom Water) and a southward flow of deep-water above 4200 m (NADW = North-Atlantic Deep Water). 2. Between 1.6 and 1.4 Ma a southward flow of bottom water below 4500 m and a diminished southward flow above 4500 m can be detected. This water-mass geometry can be interpreted by an expansion of the NADW-masses and a displacement of the AABW-masses during the same time. 3. Since 1.4 Ma a northward flow of a bottom-water current developed again. This current flow created a leeside sediment ridge in the southern part of the Kane Gap and furrows in the northern part of it. 4. Between 400,000 and 200,000 yrs B. P. the oceanic and atmospheric circulation increased. The strengthened oceanic circulation caused and increase in carbonate dissolution, which is documented by a traceable reflector from 2800 m to 4500 m water depth. At the same time an increase of the atmospheric circulation caused a drastic rise in the pelagic sediment accumulation (> 100 %) through an intensification of upwelling. This runs parallel with a higher oceanic productivity in the northern equatorial divergence zone and an enhanced supply of fluvial and probably eolian sediments from the Senegal and Guinea. 5. Before 10,000 yrs B. P. an erosive northward flowing bottom-water current prevailed below 4500 m water depth. After 10,000 yrs B.P. the bottom-water flow was sluggish and non erosive.