3.1.1 - Problemas relacionados à presença de sulfato em água potável e efluentes industriais
Os íons sulfato são descarregados no meio aquático via efluentes de mineradoras, fundições, indústrias de papel, têxtil e de curtumes. A presença desses íons em água é favorecida pela alta solubilidade de sulfatos como o de sódio, de potássio e de magnésio e pela não tão alta solubilidade de sulfatos como, por exemplo, o de cálcio (WHO, 2004).
Os íons sulfato, quando presentes em efluentes e demais corpos d’água, são responsáveis por diversos impactos ambientais, já que, de forma geral, são uns dos principais contribuintes para o aumento da condutividade e do potencial de corrosão de meios aquáticos, o que está diretamente ligado ao teor de salinidade e de sólidos totais dissolvidos (STD) (Bowell, 2000). Além disso, impactos ambientais relacionados à ocorrência de acidez de solos e águas têm sido relatados em regiões de lançamento de efluentes ricos em íons sulfato (Oliveira, 2006). Nas indústrias, o reuso de tais efluentes é, normalmente, um processo inviável, pois promovem a corrosão de tubulações, estruturas e equipamentos, tornando-se, portanto, necessário o desenvolvimento de técnicas eficientes e de baixo custo que possam ser utilizadas no tratamento de efluentes com tais características (INAP, 2003; WHO, 2004). Ainda não se têm dados que permitam afirmar quais são os níveis de sulfato em água potável capazes de causar efeitos adversos aos seres humanos. Entretanto, o sabor amargo pode ser notado em água potável contendo entre 250 e 500mg/L de sulfato de sódio, entre 250 e 1000mg/L de sulfato de cálcio e entre 400 e 600mg/L de sulfato de magnésio. Concentrações entre 850 e 1000mg/L de sulfato de cálcio ou de magnésio em água potável fazem com que a mesma apresente um sabor muito forte. Baixas doses de sulfato são normalmente absorvidas pelo organismo, mas como doses mais altas são excretadas pelas fezes, pessoas que tenham consumido água contendo concentrações de sulfato acima de 600mg/L podem apresentar quadro de diarreia, e como consequência desidratação (WHO, 2004).
7 Com base nos efeitos nocivos causados pelo sulfato aos seres humanos e aos animais, a World
Health Organization (2006) estabelece um limite para a concentração de sulfato de 500mg/L
em águas de abastecimento e, baseada nesse parâmetro, a United State Environmental
Protection Agency (USEPA, 1999) adota um padrão de 250mg/L de íons sulfato em águas
para o mesmo fim. No Brasil, a resolução n°357 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. Para o sulfato, esta estabelece que o efluente a ser lançado em algum corpo hídrico, após incorporado no mesmo, não pode fazer com que esse ultrapasse a concentração máxima de sulfato de 250mg/L (CONAMA, 2005).
3.1.2 - Drenagem ácida de mina (DAM)
A drenagem ácida de mina (DAM) é produzida quando minerais sulfetados são expostos à ação da água e do oxigênio, sendo oxidados com ou sem a atuação de micro-organismos (Akcil e Koldas, 2006). A denominação drenagem ácida de rochas (DAR) é algumas vezes empregada em lugar de DAM quando se faz referência às drenagens ácidas geradas a partir de minerais sulfetados contidos em rochas expostas à ação do ar e da água (Lawrence e Marchant, 1991), como por exemplo, na construção civil (Borma e Soares, 2002).
A DAM é caracterizada pelo seu baixo pH e pela alta concentração de metais pesados dissolvidos, tais como zinco (Zn), chumbo (Pb), cobre (Cu) e arsênio (As), que podem contaminar águas superficiais e subterrâneas. Esses metais são liberados em solução por diversos mecanismos, como por exemplo, através da oxidação, direta pelo oxigênio ou pelo íon férrico (Fe3+), de sulfetos metálicos (ZnS, PbS e CuS) ou pelo aumento da solubilidade de minerais não-sulfetados em pH ácido (Yanful et al., 1997).
A origem da DAM está relacionada à oxidação natural de diversos minerais sulfetados, como é o caso, principalmente, da pirita (FeS2) e da pirrotita (Fe1-xS) (Lawrence e Marchant, 1991;
Borma e Soares, 2002). De acordo com Akcil e Koldas (2006), o processo de oxidação da pirita e, consequente, geração de DAM, inicia-se quando a pirita é exposta ao contato com água e oxigênio, conforme representado na equação (3.1).
8
2FeS2 (s) + 7O2 (g) + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO42-+ 4H+ (3.1)
Em seguida, os íons Fe2+ são oxidados a Fe3+ (equação (3.2)), os quais, entre pH 2,3 e 3,5, podem se precipitar na forma de hidróxido férrico (Fe(OH)3) (equação (3.3)) ou de jarosita. É
possível, ainda, à medida que o pH do meio é reduzido para valores abaixo de 2, que os íons Fe3+ remanescentes na solução oxidem a pirita (equação (3.4)):
4Fe2+ + O2 (g) + 4H+→ 4Fe3+ + 2H2O (3.2)
Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 (s) + 3H+ (3.3)
FeS2 (s) + 14Fe3+ + 8H2O → 15 Fe2+ + 2SO42- + 16H+ (3.4)
Após iniciado o processo, as equações (3.2), (3.3) e (3.4) ocorrem simultaneamente. De uma forma geral, combinando-se as equações acima obtém-se a equação geral do processo, representada pela equação (3.5):
FeS2 (s) + 15/8O2 + 13/2Fe3+ + 17/4H2O → 15/2 Fe2+ + 2SO42-+ 17/2H+ (3.5)
Inicialmente, o processo de oxidação da pirita ocorre sem a atuação de bactérias, tornando-se mais lento à medida em que o pH decresce. À medida que a equação (3.1) vai ocorrendo e disponibilizando para o meio íons Fe2+, inicia-se a etapa de oxidação do íon Fe2+ a Fe3+ equação (3.2), a qual pode se desenvolver também pela atuação da bactéria Acidithiobacillus
ferrooxidans,cuja atividade determina a velocidade do processso. Já a velocidade da reação
representada pela equação (3.3) é dependente da concentração de íons Fe3+ no meio, bem como de sua velocidade de produção (equação (3.2)) (Borma e Soares, 2002).
De acordo com Akcil e Koldas (2006), os principais fatores químicos, físicos e biológicos, do meio, que determinam a velocidade de geração de ácido são:
pH;
Temperatura;
Teor de oxigênio na fase gasosa;
Concentração de oxigênio na fase aquosa; Grau de saturação da água;
9 Área superficial exposta do sulfeto metálico;
Energia de ativação necessária para iniciar a geração de ácido, e Atividade bacteriana.
Além dos fatores citados, em se tratando de pilha de resíduos, quanto maior for sua permeabilidade, mais rápido será o processo de geração de ácido, uma vez que a acessibilidade do oxigênio é maior e que o aumento da temperatura por convecção fica favorecido. A influência bacteriana (por exemplo, da bactéria A. ferrooxidans) também é mais efetiva se o pH da água for menor que 3,2 (Akcil e Koldas, 2006).
A DAM, uma vez iniciada, é considerada um dos problemas ambientais mais preocupantes que deve ser encarado pelas agências fiscalizadoras do meio ambiente, pelas mineradoras e pelos pesquisadores da área, de forma a evitar, remediar ou até mesmo tratar esse tipo de efluente, o qual apresenta uma alta periculosidade, devido, principalmente, à presença de metais pesados dissolvidos (Lapakko et al., 1999; Akcil e Koldas, 2006).