Para ter-se uma confirmação dos valores obtidos, foi realizada uma segunda análise para o elemento chumbo (Pb) no Laboratório do SENAI – CETIND. Os resultados das análises são apresentados na tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Análises químicas.
CONCENTRAÇÃO ( mg / Kg ) ELEMENTO
Lab. da UFBa Lab. do SENAI
Cádmio (Cd) 7,00 - Chumbo (Pb) 185,68 164,00 Cobre (Cu) 2,82 - Cromo (Cr) 430,50 - Ferro (Fe) 67.101,32 - Manganês (Mn) - 206,00 Prata (Ag) - < 2,5
As concentrações de chumbo (Pb) determinadas nos dois laboratórios apresentaram valores próximos, porém com uma certa diferença, a qual poderia ser atribuída à amostragem.
Realizou-se também análise para determinar o teor de óleos e graxas na borra processada. Essa análise foi feita no Laboratório do SENAI-CETIND, segundo método SMEWW 5520F/ASTM D3921. O valor obtido foi de 942 mg/Kg (0,0942%).
Foram realizadas também análises para determinar o pH, condutividade elétrica, teor de matéria orgânica, capacidade de troca catiônica (CTC) e superfície específica (SS) da borra processada.
A metodologia utilizada para determinação do pH em água foi a da norma inglesa BS 1377:1975. O pH foi medido na proporção de 1:2,5 da borra, passante na peneira # 10, e de água deionizada. Trinta gramas do material seco ao ar foram misturadas com 75 mL de água deionizada. Em seguida, a mistura foi agitada e deixada em repouso por uma noite. Na medição do pH utilizou-se um eletrodo combinado de pH calibrado com uma solução de pH 4,0 e outra de pH 7,0. O pH foi determinado em dois laboratórios diferentes – o LERQ da UFBa e o do EBDA (Empresa Baiana de Desenvolvimento Agrícola), sendo que, neste último determinou-se também o pH em KCl.
Para determinação da condutividade elétrica utilizou-se a metodologia descrita no Manual de Análises de Solos da EMBRAPA. Esta foi determinada no laboratório do DHS – Departamento de Hidráulica e Saneamento – da UFBa. A condutividade foi medida a partir do extrato de saturação de 1:1, obtido por filtração simples. Na preparação do extrato utilizou-se 50g do material, passante na peneira # 10, seco ao ar, e 50ml de água destilada. A mistura foi agitada e deixada em repouso durante 24h. Em seguida o extrato foi filtrado em papel de filtro comum e a condutividade determinada utilizando-se um condutivímetro.
O teor de matéria orgânica foi determinado em dois laboratórios distintos, utilizando-se metodologias diferentes. No LERQ da UFBa, utilizou-se da metodologia D2974 da ASTM, na
M C V
CTC= a× a×100
( )
3.1qual, quatro gramas do material, passante na peneira # 200, são colocadas na estufa para
secar, à 105oC, durante 16 horas. Em seguida, esse material é aquecido a uma temperatura de
400oC por 6 horas. O teor de matéria orgânica é obtido pela diferença entre o peso seco e o
peso final da amostra. No laboratório da EBDA, o teor de carbono orgânico e matéria orgânica foram determinados segundo a metodologia descrita no Manual de Análises de Solos da EMBRAPA.
A capacidade de troca catiônica (CTC) da borra processada foi determinada a partir de dois métodos diferentes. Primeiramente adotou-se o ensaio de adsorção de Azul de Metileno –
corante orgânico catiônico de composição química C16H18N3SCl.3H2O. Este ensaio, pelo
método da mancha, consiste na determinação, por titulação, do máximo consumo de corante pelo solo, o que pode ser verificado pelo aparecimento de uma aura azulada ou esverdeada em torno da borda que envolve o núcleo da mancha, quando se pinga uma gota da suspensão (água + solo + corante) em um papel de filtro (Burgos, 1998).
Este ensaio foi realizado no próprio Laboratório de Geotecnia da UFBa. Seu procedimento consistiu das seguintes etapas: misturou-se 1g do solo úmido, passante na peneira # 200, com 10mL de água destilada; a mistura foi então agitada para homogeneização; adicionou-se pequenas quantidades da solução padrão contendo 1g azul de metileno/L até se observar o aparecimento da aura azulada em torno da borda que envolve o núcleo da mancha. O valor da CTC é, então, obtido através da expressão de Chen et al. (1974) (Burgos, op. cit.):
Onde: CTC : capacidade de troca de cátions (meq/100g);
Va : volume de azul de metileno consumido (mL);
Ca : concentração da solução de azul de metileno – Normalidade;
Posteriormente determinou-se, na EBDA – Empresa Baiana de Desenvolvimento
Agrícola, a CTC para os cátions Ca+2, Mg+2, Na+, K+, H+ e Al+3 isoladamente.
Os cátions Ca+2, Mg+2, Na+ e K+ quando somados são denominados de bases extraíveis
de um solo (S) e, a soma de S com os cátions H+ e Al+3 é denominada de capacidade de troca
total (T). Para cada tipo de cátion tem-se um método específico para se determinar a sua capacidade de troca. A descrição desses métodos encontra-se no Manual de Análises de Solos da EMBRAPA. Estes consistem basicamente na retirada dos cátions do solo utilizando um extrator adequado, seguida de sua determinação quantitativa através de métodos volumétricos
ou complexométricos (Ca+2, Mg+2, H+ , Al+3) ou métodos fotométricos ou
espectrofotométricos (Na+, K+,) (Elbachá, op. cit.).
Os resultados das análises descritas acima estão apresentados na tabela 3.6.
Tabela 3.6 - Resultado das análises físico-químicas da borra processada.
ANÁLISE RESULTADO pH H2O 1:2,52 6,2 / 6,31 pH KCl2 6,1 Condutividade Elétrica 4 (mS/cm) 10,100 Matéria Orgânica 2 (%) 32,7 / 19,431 Carbono 2 (%) 18,9 CTC Total3 (meq/100g) 5mm 24,74 SS 3 (m2/g) 5mm 173,57 Ca+2 30,6 Mg+2 4,69 Na+ 6,91 K+ 0,66 S 42,66 Al+3 0 H+ 0,78 CTC 2 (meq / 100 g) T 43,44
1 valores obtidos no LERQ – Laboratório de Eng. das Reações Químicas
2 valores obtidos no laboratório da EBDA – Empresa Baiana de Desenvolvimento Agrícola
3 valor obtido através do ensaio de adsorção de azul de metileno, no Laboratório de Geotecnia da UFBa 4 valor obtido no laboratório do DHS – Departamento de Hidráulica e Saneamento
A partir de análise dos resultados acima, observa-se que os teores de carbono orgânico e matéria orgânica são elevados nesse material. O teor de matéria orgânica, nos solos superficiais, está entre 0,5 a 5% (em peso), enquanto que, para solos orgânicos, este valor pode atingir 100% (Sparks, op. cit.). O valor obtido para o teor de matéria orgânica, pelo método da queima (19,43%), se aproximou mais do valor do teor de carbono orgânico determinado segundo a metodologia da EMBRAPA (18,9%). Em geral, admite-se que, na composição média da matéria orgânica do solo, o carbono participa em 58% (da Silva, 1999), daí porque o valor de 32,7% para o teor de matéria orgânica, segundo a metodologia da EMBRAPA.
O material apresenta capacidade de troca catiônica intermediária, embora os resultados obtidos a partir de métodos diferentes não se aproximem de um valor único. É possível que o valor obtido utilizando-se a metodologia da EMBRAPA seja mais consistente, uma vez que, o método da adsorção do azul de metileno é um método indireto e subjetivo. Os resultados da CTC dos cátions trocáveis, determinada na EBDA, e da CTC total, determinada no Laboratório de Geotecnia da UFBa, enquadram-se numa faixa de valores típicos do argilomineral ilita, considerados intermediários. Entretanto, vale ressaltar a incompatibilidade desses resultados com os resultados dos difratogramas de raio-x, que indicaram a presença dos minerais de quartzo e caulinita na borra. É possível que, nas análises mineralógicas realizadas, o preparo do material tenha mascarado os resultados, principalmente devido às características específicas do material. Talvez a retirada da parcela de matéria orgânica do material anterior às análises levem a um outro resultado.
Entretanto, conforme dito no capítulo 2, cerca de 25 a 90% da CTC dos solos pode ser atribuída à matéria orgânica presente neste. Mesmo em solos arenosos, nos quais o teor de matéria orgânica geralmente é menor que 1%, esta exerce influencia significativa nas reações químicas que ocorrem no solo (Sparks, op. cit.). Assim, de acordo com os resultados das
análises da CTC e da matéria orgânica da tabela 3.5, sugere-se que a maior contribuição à retenção de cátions deve ser atribuída ao teor de matéria orgânica do material.
Os valores de pH obtidos indicam que o material apresenta características ligeiramente ácidas. O aumento do pH de soluções ácidas, devido à sua inserção em meios básicos pode levar à precipitação de óxidos metálicos dos elementos de Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu, Pb, Cd, Co, Ni, Cr, V e Sr, sendo importante sua determinação, já que, seu valor pode influenciar no tipo de reações que ocorrem entre solo e poluente (Kohler & Morteani, 1984 – em Elbachá 1989).
3.4 – Caracterização da solução utilizada
A solução de lixiviação empregada em qualquer ensaio deve assemelhar-se ao fluido real que estará em contato com o material. No entanto, não existe um meio de desenvolver uma solução única, representativa de todas as variáveis, tais como pH, potencial de oxi- redução, presença de agentes quelantes ou complexos e outros. Assim, normalmente, em ensaios de lixiviação, realizados para avaliar a estabilidade química dos resíduos tratados, a tendência é usar uma solução de lixiviação agressiva, com baixo pH e baixo potencial de oxi- redução, para simular a pior situação de um aterro (CETESB, 1985).
No procedimento do ensaio de lixiviação, segundo a norma NBR 10005, utiliza-se uma solução de ácido acético 0,5 N para ajustar o pH da mistura em torno de cinco.
Como, no presente trabalho, pretende-se avaliar a capacidade de sorção do material e a estabilidade química dos contaminantes encapsulados, optou-se por utilizar uma solução
preparada de nitrato de chumbo - Pb(NO3)2 - com pH igual a cinco. Esta foi preparada a partir
da diluição do reagente de Pb(NO3)2 e, o pH, ajustado adicionando-se ácido nítrico até se
alcançar o pH desejado. Assim, com essa solução pretende-se avaliar a capacidade de retenção do material em relação ao metal Chumbo (Pb), além de verificar uma possível
lixiviação dos elementos encapsulados, quando em contato com uma solução levemente ácida por um período prolongado. Optou-se por utilizar o chumbo como traçador por este ser comum em chorumes, sendo prejudicial à saúde humana quando em concentrações elevadas, além de ter-se disponível outros estudos com esse elemento.
Nos ensaios de coluna utilizou-se essa solução com diferentes concentrações de chumbo, a fim de avaliar a variação dos parâmetros de transporte em função da variação da concentração inicial.
Para os ensaios de equilíbrio em lote, por sua vez, essa mesma solução foi preparada para concentrações variando de 10 a 1700mg Pb/L, com o intuito de obter as isotermas de sorção.
CAPÍTULO 4
EQUIPAMENTOS E METODOLOGIAS DE ENSAIOS
4.1 - Introdução
Para avaliar a eficiência da borra processada como material de impermeabilização em aterros, foram realizados ensaios de coluna e de equilíbrio em lote, em laboratório.
Nos ensaios de coluna buscou-se a determinação dos parâmetros de transporte – fator de retardamento, dispersão mecânica e difusão molecular – além da verificação de uma possível lixiviação dos contaminantes encapsulados. As condutividades hidráulicas da percolação com água e com uma solução preparada (soro) foram também determinadas a partir desses ensaios. Nos ensaios de equilíbrio em lote, por sua vez, buscou-se determinar o coeficiente de distribuição e o fator de retardamento a partir de isotermas de sorção.
Os equipamentos utilizados e os procedimentos dos ensaios são descritos nos próximos itens.
4.2 – Ensaios de Coluna
O procedimento do ensaio de coluna é bastante semelhante aos dos ensaios de permeabilidade realizados rotineiramente. A peculiaridade do ensaio de coluna está na percolação de uma solução contendo uma substância, com coletas periódicas do efluente para determinação da sua concentração, após a saturação da amostra com água.
Para realização destes ensaios foi desenvolvido, no Laboratório de Geotecnia da Universidade Federal da Bahia (UFBa), um equipamento composto por quatro permeâmetros, que será descrito no próximo item.
Com o intuito de verificar os resultados de condutividade hidráulica saturada da percolação com água, obtidos com o novo equipamento desenvolvido, realizou-se também ensaios de permeabilidade em células triaxiais convencionais, existentes no laboratório.
Além disso, também para garantir a confiabilidade dos resultados, foram realizados ensaios de coluna complementares utilizando-se, porém, o equipamento desenvolvido no Laboratório de Geotecnia da PUC-Rio por de Campos em 1993 e, implementado por Andréa Borges em 1996, disponível no laboratório da UFBa. Este apresenta apenas algumas diferenças em relação ao equipamento desenvolvido na UFBa, sendo a metodologia de ensaio basicamente a mesma.
Dessa forma, nos itens 4.2.1 e 4.2.2, serão descritos apenas o equipamento desenvolvido na UFBa e a metodologia dos ensaios realizados neste. As diferenças relevantes dos outros equipamentos e metodologias utilizadas adicionalmente serão mencionadas no momento da apresentação e discussão dos resultados.
4.2.1 – Descrição do equipamento
O equipamento utilizado para realização dos ensaios de coluna foi desenvolvido no Laboratório de Geotecnia da UFBa. Este consiste de dois conjuntos de dois permeâmetros de parede flexível cada, permitindo a realização de quatro ensaios simultâneos, com quatro gradientes hidráulicos diferentes. O sistema permite controlar a tensão efetiva das amostras, sendo possível a reprodução das tensões de campo. Um esquema de um conjunto é mostrado
na figura 4.1. Já a foto 4.1, apresentauma visão geral do sistema completo. No apêndice B é
1 – Câmaras
2 – Corpos de prova 3 – Buretas
4 – Interfaces ar/água (1a etapa) – ar/soro (2a etapa)
5 – Interface ar/água
6 – Painel de válvulas de ar-comprimido 7 – Painel de registros
8 – Registro para coleta dos efluentes para análise 9 – Engates rápidos para conectar transdutores 10 – Registros
11 – Transdutor de pressão
12 – Remota para aquisição dos dados
Figura 4.1 - Representação esquemática de um conjunto de 2 permeâmetros.
4 2 2 1 1 6 3 9 8 7 3 5 4 9 11 9 9 9 9 10 8 12