A Baía de Guanabara pode ser considerada um estuário que engloba inúmeros rios que despejam nela em média mais de 200 mil litros de água por segundo. Essa água é captada pelas bacias hidrográficas desses rios que, somados, formam a Região Hidrográfica da Baía de Guanabara.
As maiores bacias são as do rio Guapi/Macacu, Caceribu, Iguaçu/Sarapuí, Estrela/Inhomirim/Saracuruna, Guaxindiba/Alcântara, Meriti/Acari, Canal do Cunha, Bomba, Imbuaçu, Suruí, Roncador, Magé e Iriri (IBG). Nas áreas densamente urbanizadas os rios são quase todos canalizados e em muitos trechos são cobertos, conduzindo águas de péssima qualidade (IBG).
As águas da Baía de Guanabara recebem, todos os dias, contaminação por
diferentes tipos de substâncias provenientes das descargas de esgotos e de contaminantes metálicos como cádmio, cobre, chumbo, cromo, organo-estanhos, mercúrio, níquel, zinco e hidrocarbonetos, despejados por indústrias, refinarias de petróleo, instalações navais e docas, entre outras (JICA, 1994, FEEMA 1991).
Hoje esse corpo hídrico está contaminado com níveis preocupantes de metais pesados - como chumbo, cromo, níquel e mercúrio, e substâncias orgânicas persistentes (FEEMA, 1991). Toda esta descarga de poluentes, ao longo de décadas, resultou em um grande depósito de matéria orgânica tóxica no fundo da baía, cujo fundo não deve ser revolvido já que poderia causar um aumento no quadro de poluição.
A Bacia dos Rios Iguaçu/Sarapuí apresenta uma área de drenagem de 726 km² e abrange totalmente os municípios de Belford Roxo e Mesquita e parte dos municípios do Rio de Janeiro, Nilópolis, São João de Meriti, Nova Iguaçu e Duque de Caxias.
Uma das principais indústrias instaladas na região desta bacia (Distrito Industrial de Duque de Caxias), às margens da Baía de Guanabara e dos rios acima citados, é a de transporte, refinaria e produção de matéria prima à base de petróleo: a REDUC, hoje a mais completa refinaria do sistema Petrobrás.
As águas dos rios Iguaçu e Sarapuí levam metais pesados provenientes de efluentes desta e de outras indústrias implantadas ao longo de suas margens, depositando principalmente no fundo da baía, onde a recirculação de água é pequena (IBG). Esse é um dos motivos pelos quais o leito da Baía de Guanabara está severamente poluído contendo diversos metais pesados como cromo, conforme atesta a Tabela 1.1.
Tabela 1.1 – Poluição por metais pesados em alguns locais da costa brasileira (adaptado de Pfeiifer et al 1988, Azevedo et al, 1993, Teixeira et al, 1997, Hatje et al , 1998, Avelar et al, 1997, Jordão et al , 1999)
Local Tipo de Industria Metais
Baia de todos os Santos (BA)
Industria de óleo, Metalúrgicas e Esgoto urbano
Hg,PB,Cd,Zn
Baixo Rio Jacui (RS) Processamento de carvão e produção de aço
Cr, Cu, Fe, Co e Ni Baía de Guanabara (RJ) Industrias químicas e de
óleo e esgoto urbano
Cr, Cu
Rio dos Sinos (RS) Efluentes industriais Cr, Cu, Zn, Pb e Cd
Baía de Sepetiba (RJ) Metalúrgicas Cr, Cd, Zn
Rio Sapucaí Mirim (SP) Efluentes industriais Cr, Zn Lagoa dos Patos (RS) Fertilizantes e esgoto
urbano
Cr,Pb e Cd Rios tributários da lagoa
de Jacarepaguá (RJ)
Esgoto urbano e industrial Cr, Cu, Cd, Ni e Zn Conselheiro Lafaiete (MG) Mineração Cr, Cu, Mn, Fe , Cd e Ni
Dentre os diversos contaminantes que geralmente ocorrem em ambientes aquáticos, varios metais têm recebido atenção especial por se tratarem de contaminantes conservativos, não sendo biodegradados ou biotransformados, permanecendo como contaminantes persistentes dentro de ecossistemas e cadeias alimentares específicas. Eles são perigosos porque são altamente reativos e, ligados às proteínas, podem ser bioacumulados. Isso significa um incremento na concentração de um produto químico em um organismo biológico num determinado prazo.
O enfoque do presente trabalho é o cromo presente nos sedimentos da Baía de Guanabara. O cromo é um elemento natural que é encontrado nas rochas, em animais, plantas, no solo e em pó e gases vulcânicos. O cromo está presente no ambiente em formas diferentes, os mais comuns são o cromo (0), o cromo trivalente (III) e o cromo hexavalente (VI). O cromo (III) ocorre naturalmente no ambiente e é um elemento nutritivo essencial que o corpo precisa para produzir a insulina, enzima essencial para a utilização
de açúcares pelo organismo humano. O minério cromita que contém cromo III que ocorre naturalmente, apresenta 68% de Cr2 O3. O cromo VI é produzido geralmente por processos
industriais.
Desde 1800 foi documentado o uso do cromo para a preparação de pigmento para pintura. Posteriormente e até hoje o cromo é empregado na indústria têxtil e de curtimento de couro. No final do século XIX começou o uso em forramento de fornos.
A importância do cromo na metalurgia iniciou-se a partir de 1910, e atualmente os maiores usos do cromo são na metalurgia, refratário e em compostos químicos.
O cromo entra no ar, água e solos em forma de cromo III e cromo VI, principalmente através de processos industriais, das fábricas de aço, têxteis e tinturas. Outras fontes de compostos derivados de cromo são: fitas magnéticas, cimento, papel, em sínteses químicas orgânicas, processamento fotoquímico, tratamento de água industrial e em águas de resfriamento. É também utilizado contra a presença de lodos formados por bactérias e fungos em águas de processamento e de aquecimento em cervejarias. Em medicina, seus compostos são utilizados em adstringentes e anti-sépticos (Moore & Ramammorthy, 1984).
No ar os compostos de cromo encontram-se principalmente em forma de pequenas partículas de pó. As emissões resultantes da queima de carvão e petróleo e da produção de aço podem aumentar os níveis de cromo (III) no ar. As soldaduras de aço inoxidável, as fábricas e o uso de produtos químicos que contêm cromo (VI) podem aumentar os níveis de cromo (VI) no ar. Os compostos de cromo geralmente permanecem no ar menos de 10 dias. A chuva ajuda a remover o cromo do ar. No caso do cromo chegar à água, a maior parte deposita-se no fundo do corpo d’água, mas uma pequena parte pode se diluir.
Emissões descontroladas têm grande potencial para contaminação de ambientes de água doce com o Cromo (VI), a forma mais tóxica do Cromo. Outras descargas menores de Cromo (VI) são provindas de recirculação de águas de resfriamento e produtos químicos de lavanderia. Fontes de cromo (III) incluem descargas líquidas de curtimento de couro e tingimento têxtil.
Em ambientes de água doce o Cromo (VI), mais solúvel em água que o cromo (III), pode ser removido pela redução a Cromo (III) por Ferro(II), por sulfitos dissolvidos, e por certos compostos orgânicos. Subseqüentemente ocorre sorção do cromo (III) a partículas de sedimento, ficando este material imobilizado e não biodisponível. Em contraste, o Cromo (III) pode ser oxidado rapidamente com um excesso de dióxido de manganês (MnO2), e vagarosamente, pelo oxigênio em condições similares às das águas naturais.
As diferentes concentrações de cromo causam efeitos sobre a comunidade zooplanctônica. No entanto, estes efeitos são diferenciados entre os diversos grupos e espécies.
A presença de cromo (III) e cromo (VI) em sedimentos se dá principalmente em decorrência da disposição de produtos comerciais com conteúdo de cromo ou resíduos das indústrias. O cromo fica facilmente aderido à partícula sólida, principalmente na presença de matéria orgânica.
Segundo Moore & Ramamoorthy (1984) a toxicidade do cromo nos dois estados de oxidação, (III) e (VI) é geralmente baixa para organismos aquáticos. Na maioria das condições o mercúrio, o cádmio, o cobre, o chumbo, o níquel e o zinco são mais tóxicos que o cromo para estes mesmos organismos.
Porém, efeitos tóxicos agudos do cromo para invertebrados de água doce são altamente variados. A toxicidade deste metal sofre grande alteração quando certas características como a dureza da água são alteradas. O cromo é menos tóxico em água salgada, devido à inibição competitiva por cátions, podendo também alterar seu efeito tóxico final pela variação de salinidade. Efeitos subletais (crônicos) por exposição ao cromo incluem decréscimo no crescimento e tamanho do corpo. Pode ser significativo também na redução das taxas de reprodução e sobrevivência da prole (Moore & Ramamoorthy, 1984).
No ecossistema o Cromo VI pode ter efeitos tóxicos entre moderados e agudos sobre plantas, aves, peixes, mamíferos, etc. O Cromo VI não degrada facilmente, havendo um grande potencial para sua acumulação em peixes. Segundo Cooney (1995), além da ação direta sobre a biota, os contaminantes derivados das atividades antrópicas afetam o uso dos ecossistemas aquáticos em outros níveis (econômico, recreacional e agrícola).
O presente trabalho insere-se na linha de pesquisa de Geotecnia Ambiental, focalizando a remediação de sedimentos. Durante as últimas décadas, diferentes tecnologias de remediação ex-situ e in-situ de sedimentos estão sendo estudadas e aplicadas, envolvendo o tipo e a quantidade de poluente, as características dos sedimentos e o futuro uso do lugar que está contaminado.
Vários autores, entre eles (Acar, Y.B & Alshawabkeh, 1993, Reddy et al., 2002), concordam que as melhores tecnologias são aquelas que são aplicadas in-situ, porque causam menor exposição dos profissionais, do público e da vizinhança, ao contaminante e, de uma forma geral, são menos complicadas e mais econômicas.
As tecnologias in-situ geralmente usadas na remediação de sedimentos incluem e encapsulamento (por processos de solidificação e estabilização), a oxidação química, a vitrificação, a biorremediação, a eletrocinese e a fitoremediação. (Reddy et al.2002)
Dentro das tecnologias in situ, a eletrocinese é uma das que oferece várias vantagens para a descontaminação de sedimentos com metais pesados, incluindo custo não muito elevado, a possibilidade de poder ser aplicada para a remediação de um amplo número de substâncias perigosas e poder ser usada para solos finos (Acar & Alshawabkeh, 1993).
A eletrocinese se baseia na aplicação de uma corrente elétrica de baixa tensão entre dois eletrodos dispostos em uma matriz porosa. Assim materiais com carga elétrica são transportados em direção a um dos eletrodos, através de eletro-osmose, eletromigração ou eletroforese. Existe uma relação direta entre a eficiência da remoção, as características do solo, o tamanho das partículas, pH e conteúdo de matéria orgânica (Ugaz et al. 1994).
No entanto as reações eletroquímicas dos eletrodos, a eletro-osmose e a eletromigração causam diferentes processos no solo, como reações de solubilidade, precipitação, redução, mudanças no potencial de carga das partículas do solo destruindo a estrutura dos argilominerais mediante condições ácidas e intercâmbio iônico (Acar et al., 1995).
Para remediar um sítio podem ser combinados diferentes processos. No caso da remediação eletrocinética, ela pode ser complementada com um tratamento biológico, uma vez que os microrganismos consomem a matéria orgânica e solubilizam os metais pesados (Schmidt (2004), Rocha (2005), Mergulhão (2002)).Estes microorganismos ajudariam na mobilização das cargas iônicas que são carregadas pelos eletrodos.
Outra possibilidade é a complementação do processo eletrocinético com plantas tolerantes aos metais pesados, que são capazes de realizar fitorremediação através de bioacumulação, removendo os metais quando a eletrocinese não o faz totalmente (O´Connor et al., 2003).
A presente dissertação objetiva a avaliar o transporte de cromo na remediação eletrocinética de um sedimento coletado no fundo da Baía de Guanabara, vide Figura 1.1.
REDUC
GRAMACHO
Figura 1.1- Imagem da área de estudo na Baía de Guanabara, Rio de Janeiro, R.J.
Particularmente, o presente trabalho objetiva a:
- Analisar a eficiência da eletrocinese na remoção de cromo do sedimento da Baia de Guanabara, sob diferentes valores de voltagens, utilizando água do mesmo local como fluido eletrolítico.
- Determinar a variação de parâmetros físico-químicos no sedimento, no fluido eletrolítico e na célula eletrocinética antes, durante e após os ensaios eletrocinéticos. - Testar a utilização de eletrodos de diferentes materiais para o uso em ensaios eletrocinéticos com sedimentos e eletrólitos salinos.
O presente trabalho está dividido em 6 capítulos. O primeiro, de caráter introdutório, visa a descrever a importância do presente estudo. O capítulo 2 refere-se à revisão bibliográfica e destina-se a apresentar a teoria necessária para entender o processo da descontaminação através da eletrocinese. O capítulo 3 descreve a metodologia utilizada durante o trabalho prático, incluindo o processo da amostragem, a caracterização do material, a descrição da célula eletrocinética, os ensaios eletrocinéticos, a determinação da quantidade de cromo presente no sedimento e na água da baia e nos eletrólitos e as características dos materiais utilizados como eletrodos nos ensaios. O capítulo 4 destina-se a apresentar e discutir os resultados obtidos nos ensaios de laboratório. E finalmente, o capítulo 5 apresenta, as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
