Transporte de Solutos Facilitado por Colóides em Meios Porosos Variavelmente Saturados: Modelo Numérico e Verificação Experimental

Químicos com forte sorção (por exemplo, metais pesados, radionuclídeos, produtos farmacêuticos e explosivos) em meios porosos estão principalmente associados à fase sólida, que comumente se assume ser estacionária. No entanto, observações recentes em campo e em laboratório mostraram que na presença de partículas coloidais móveis (por exemplo, microrganismos, substâncias húmicas, argilas e óxidos metálicos), os coloides podem atuar como transportadores de poluentes e, assim, fornecer um caminho de transporte rápido para contaminantes com forte sorção. Para abordar esse problema, desenvolvemos um modelo numérico unidimensional baseado no pacote de software HYDRUS‐1D que incorpora mecanismos associados ao transporte de solutos facilitado por coloides em meios porosos variavelmente saturados. O modelo leva em conta o fluxo de água variavelmente saturado transitório e tanto o movimento de coloides quanto de solutos devido à advecção, difusão e dispersão, além do movimento de solutos facilitado pelo transporte de coloides. O módulo de transporte de coloides também considera os processos de adesão/desprendimento para/de fase sólida e/ou interface ar-água, estrangulamento e/ou exclusão por tamanho. Várias funções de bloqueio e dependentes da profundidade podem ser usadas para modificar os coeficientes de adesão e estrangulamento. O módulo de transporte de soluto utiliza o conceito de sorção em dois locais para descrever reações de adsorção-desorção não equilibradas para a fase sólida. O módulo ainda assume que contaminantes podem ser adsorvidos nas superfícies de coloides depositados e móveis, levando em conta completamente a dinâmica do movimento de coloides entre diferentes fases. A aplicação do modelo é demonstrada usando dados experimentais selecionados de experimentos de coluna saturada publicados, realizados para investigar o transporte de Cd na presença de esporos de Bacillus subtilis em meios aquiferos de cascalho aluvionar. Resultados numéricos simulando o transporte de bactérias, assim como o transporte de Cd facilitado por bactérias, são comparados com resultados experimentais. Uma análise de sensibilidade do modelo para vários parâmetros também é apresentada.