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IAGNÓSTICO
DA
CONTAMINAÇÃO
POR
METAIS
PESADOS
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OF
THE
CASE
OF
HEAVY
METAL
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ANDROL
EMOSM
ACHADOEngenheiro Civil, Doutor em Geotecnia – Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia
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OURADOR
IBEIROEngenheiro de Minas, Mestre em Hidrometalurgia – Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia
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SHERK
IPERSTOKEngenheiro Químico, Doutor em Tecnologias Limpas – Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia
M
ARCOA
NTÔNIOB
ARSOTELLIB
OTELHOGeólogo, Pós-Doutor em Geofísica – Professor do Inst. de Geociências da Universidade Federal da Bahia
M
IRIAMDEF
ÁTIMAC
ARVALHOEngenheira Civil, Doutora em Geotecnia – Professora da Universidade Católica do Salvador Recebido: 14/10/03 Aceito: 25/03/04
RESUMO
Trata-se do estudo da contaminação por metais pesados na cida-de cida-de Santo Amaro-BA. São apresentados resultados cida-de testes geoquímicos, geotécnicos e geofísicos utilizados para o diagnósti-co do problema, assim diagnósti-como as perspectivas futuras para sua remediação. Foram obtidas concentrações de chumbo de até 13.000 ppm, para as amostras superficiais de solo, as quais de-crescem rapidamente com a profundidade devido à baixa permeabilidade do solo local. Para a água subterrânea, foram obtidos valores de concentração de chumbo em torno de 200 ppb, acima do limite máximo estabelecido para a água po-tável (50 ppb). O volume de escória disposto sob a pavimenta-ção das ruas e em quintais de casas e escolas foi de aproximada-mente 55.000m3, enquanto que para a área próxima à fábrica
estimou-se um volume de 180.000m3..
PALAVRAS-CHAVE: Diagnóstico ambiental, recuperação de
áreas degradadas, técnicas de remediação.
ABSTRACT
This paper studies the case of contamination by heavy metal in Santo Amaro -BA, Brazil. Results of geochemical, geotechnical and geophysical tests performed are shown. A diagnosis of the problem is presented as well as a set of possible actions to mitigate the area. Lead concentrations as high as 13.000 ppm were found for superficial soil samples. Due to the soil low permeability, contamination level decreases sharply with depth. Water samples presented lead concentrations around 200 ppb, above the maximum allowed for drinking water according to Brazilian law (50 ppb). 55.000m3 of
industrial debris were estimated to be disposed under roads, houses and schools back yards. The volume of debris in the ancient Brazilian copper company area was estimated in 180.000m3.
KEYWORDS: Environmental diagnostic, contaminated sites
remediation, remediation techniques.
INTRODUÇÃO
O projeto PURIFICA - Proposta para remediação de áreas degradadas pela atividade extrativa de chumbo em Santo Amaro da Purificação, foi desenvolvido nestes últimos três anos tendo a UFBA como unidade executora e a participação de diversas unidades co-executoras como o Centro de Pesquisa e
Desenvolvimen-to, CEPED-BA, a Universidade de São Paulo, USP e o Centro de Recursos Ambientais, CRA-BA. O projeto teve como objetivo geral obter informações técnicas e de engenharia para auxiliar na proposição de medidas para a remediação das áreas afetadas pela extração metalúrgica do chumbo em Santo Amaro da Purifi-cação, através da participação de uma equi-pe constituída por engenheiros e esequi-pecia-
especia-listas em engenharia ambiental e da par-ticipação de especialistas de áreas afins.
Foram desenvolvidos diversos estu-dos na área urbana da cidade e na área do entorno da antiga Companhia Brasileira de Cobre, COBRAC, enfocando-se o grau de contaminação no solo e na água superficial e de sub-superfície, a caracte-rização do material fonte da contamina-ção (escória de chumbo) e a
caracteriza-ção das condições hidrogeológicas do lo-cal. Na área urbana foi ainda realizada uma extensa campanha de investigação, composta de entrevistas com os morado-res, execução de sondagens a trado e uti-lização de métodos geofísicos (radar de penetração do solo) para identificação da ocorrência de escória sob a pavimentação das ruas da cidade.
A integração com a comunidade se deu em diferentes frentes, como através da realização de um seminário específico sobre o problema, com a participação do Poder Executivo Municipal, da socieda-de local e da promotoria da cidasocieda-de, distri-buição de panfletos educativos, etc.
Além da realização de um diagnós-tico sobre a contaminação por metais pe-sados em diversos compartimentos ambientais e análise de possíveis rotas de contaminação, diversas medidas foram propostas para a mitigação do problema. Dentre elas podem-se citar: a) elaboração de um plano de remediação para a área urbana, com a definição das áreas prioritárias para intervenção, estimativa da quantidade de escória disposta na ci-dade, plano de ação e previsão de custos; b) elaboração de um plano de encapsulamento provisório da escória na área da fábrica e c) elaboração de um tudo visando ao reaproveitamento da es-cória de chumbo.
Neste caso, trata-se de uma propos-ta que integra diversas ações a serem to-madas na área urbana e no entorno da fábrica e que busca utilizar o ácido clorí-drico, um rejeito do pólo Petroquímico de Camaçari, no reprocessamento da es-cória.
O trabalho experimental realizado consistiu em quatro tipos de levantamen-to de dados: a) Investigações geotécnicas diretas e indiretas para levantamento das condições de contorno do problema b) coleta de amostras de água e solo para o diagnóstico da contaminação de campo c) realização de ensaios de laboratório para obtenção de parâmetros que possibilitas-sem uma melhor compreensão do proble-ma e a execução de prognósticos e d) reali-zação de testes de bancada visando ao estu-do da possibilidade de reprocessamento da escória, com a retirada de seus metais pesa-dos para a fabricação de placas metálicas.
O PROBLEMA
O caso da contaminação por metais pesados na cidade de Santo Amaro da Purificação, no Recôncavo Baiano, come-çou em 1956 quando a COBRAC foi
instalada na cidade. A companhia foi fe-chada em 1993, sendo que o período de operação mais intenso da fábrica se deu a partir de 1960. Desde o seu fechamento, a companhia tem mudado o seu nome diversas vezes, tendo já adquirido as mar-cas Plumbum, Grupo Trevo e TREVISAN. Durante os seus 32 anos de operação, o principal objetivo da com-panhia foi a produção de chumbo, usan-do para isto o material extraíusan-do da jazida de Boquira-BA. Já no final de seu perío-do de operação e após a exaustão da mina de Boquira, passou-se a importar minério do Peru, o que impulsionou o fechamen-to da fábrica.
A escória resultante do processo de beneficiamento do chumbo foi utilizada ou disposta de diversas formas durante o período de operação da fábrica. Entre as décadas de 1960 e 1970, por exemplo, a escória de chumbo, por ser um material granular e de boa capacidade de suporte, foi utilizada para pavimentação das ruas do centro da cidade. Este exemplo foi seguido por diversos moradores, que uti-lizaram a escória nos quintais de suas ca-sas, pátios de escolas, etc. Quando não utilizada, a escória foi disposta sem que nenhuma medida fosse tomada de forma a diminuir a disponibilidade de seus me-tais pesados para o meio ambiente. A Fi-gura 1 ilustra a localização da cidade de Santo Amaro e da área do entorno da Fábrica da COBRAC.
ESTUDOS ANTERIORES
Os primeiros estudos sobre o caso foram realizados na Baía de Todos os San-tos, enfocando a presença de chumbo e cádmio nos sedimentos e em frutos do mar (Tavares, 1978 e 1990). Uma vez confirmados altos níveis de contamina-ção nestes meios, diversas pesquisas com-plementares foram realizadas com a po-pulação local, animais e plantas (Carva-lho et al., 1984, 1985, 1989 e 2001; Tavares et al., 1989 e Silvany-Neto et al., 1985).
Em 1980, 96% das crianças resi-dindo a menos de 900 metros da chami-né da companhia apresentaram níveis de chumbo e cádmio no sangue acima do limite de toxicidade. Notou-se também que o nível de metais no sangue da po-pulação crescia de maneira quase que pro-porcional com a proximidade da chami-né da fábrica.
Em 1985, após algumas ações te-rem sido tomadas pelas autoridades do setor ambiental, um novo estudo foi
rea-lizado, mostrando um decréscimo nos níveis de contaminação, apesar de muito altos valores de chumbo e cádmio ainda serem encontrados (89% da população apresentaram valores de chumbo e cádmio acima do normal). Um estudo realizado em 1995 no rebanho bovino da cidade mostrou que 5,6% do gado apresentavam alterações cromossomáticas, valor este extremamente alto quando comparado com aqueles obtidos na área de controle (0,3%). O nível médio de chumbo no sangue do gado foi de 24,4 mg/dl, contra 1,74 mg/dl encon-trado no grupo de controle. Em 1998, um novo estudo foi realizado em crianças com até 5 anos de idade, mostrando que 31,9% destas ainda apresentavam níveis de contaminação de chumbo no sangue acima de 20 mg/dl, apesar destas terem nascido somente após o fechamento da fábrica.
Amostras de frutas em locais com presença de escória possuem altos valores de concentração de chumbo, conforme relatado em diversos trabalhos na litera-tura específica sobre o caso. Além disto, as crianças, pela perversão do hábito ali-mentar conhecida como geofagia, acabam ingerindo escória diretamente do solo ou rebocos de paredes. Dados da USEPA (1998) e Porter (1989), mostram que a maioria das crianças ingere por volta de 100mg de solo/dia, enquanto que 5% da população infantil ingerem mais que 200mg de solo/dia. Uma evidência da influência da geofagia na contaminação infantil é dada por Carvalho et al. (2001), onde mostra-se que crianças que residiam em casas com escória visível no seu entor-no apresentavam nível médio de Pb mais elevados (18,7 mg/dl de chumbo no san-gue) do que aquelas sem este tipo de ex-posição à escória (15,5 mg/dl).
De acordo com Anjos (1998) e (2001), testes pioneiros realizados em amostras de água superficial coletadas a jusante do principal empilhamento de escória apresentaram concentrações de chumbo e cádmio cerca de 260 e 84 ve-zes maior que os valores máximos permi-tidos para a água potável. Os resultados obtidos de amostras de água coletadas a montante do barramento demonstraram ser os valores de concentração de chum-bo e cádmio próximos dos valores máxi-mos estabelecidos para a água potável, caracterizando-se, assim, a capacidade da água dissolver os metais pesados contidos na escória.
Foram encontrados valores de con-centração de chumbo no solo superficial
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de até 8.000 ppm, com valores de con-centração de cádmio de até 120 ppm, na área do entorno da fábrica. Estes valores estão acima dos limites máximos adotados em diversos países para intervenção em áreas industriais
Atualmente, os riscos de contami-nação por via aérea estão mais reduzidos na área urbana, pois quase todos os pon-tos de lançamento da escória de chumbo na cidade encontram-se recobertos com paralelepípedo ou cobertura asfáltica. A impermeabilização promovida por esse tipo de cobertura diminui a infiltração das águas das chuvas no solo, reduzindo a lixiviação da escória depositada e o espalhamento e arraste de partículas de poluentes pelo vento. Contudo, este ma-terial é, de tempos em tempos, trazido à tona por serviços de reparos na rede de água e esgoto, instalação de dutos, etc, reativando diversas rotas de contamina-ção, como por via aérea ou por geofagia.
REVISÃO
BIBLIOGRÁFICA
Transporte de
contaminantes em
subsuperfície
A gravidade de um determinado cenário de contaminação irá depender de alguns fatores básicos. Primeiro, é preciso que haja a disponibilização do conta-minante para o meio ambiente. Havenddo a disponibilização do contaminante, é interessante que se co-nheçam os possíveis caminhos a serem percorridos pelo mesmo, a intensidade e o espraiamento da contaminação. Desem-penham um papel fundamental na bus-ca de respostas para estas questões as con-dições hidrogeológicas, as características das camadas de solo e as condições geotécnicas do local, assim como as carac-terísticas do próprio contaminante.Ha-vendo a possibilidade do contaminante se propagar, é necessário que se identifi-quem as possíveis formas de exposição da população ao contaminante (existência de poços para o consumo de água, ingestão de alimentos contaminados, aspiração de poeira, geofagia, etc.).
O transporte de poluentes em subsuperfície é função do regime de flu-xo local (advecção do contaminante) e das diversas reações e fenômenos que ocor-rem com o poluente na fase fluida e entre o poluente e o solo (adsorção, precipita-ção, difusão molecular, dispersão mecâ-nica, etc.). A retenção de metais pesados pelo solo é muito influenciada pela interação dos seus componentes naturais com os elementos do poluente. Essa interação pode ser devida a vários proces-sos físico-químicos, e, entre eles, a adsorção e desorção são os mais significa-tivos (Elbachá, 1989). A adsorção refere-se à adesão de íons ou moléculas do fluí-Figura 1 - Localização da cidade de Santo Amaro e da área do entorno da antiga Fábrica da COBRAC
do na superfície das partículas do solo. Denominam-se isotermas as funções que correlacionam valores de concentração no solo com valores de concentração na so-lução que faz parte do transporte de contaminantes. Para o caso de baixas con-centrações, o processo de adsorção pode ser modelado como sendo linear e rever-sível. Assim, a massa de contaminante re-movida da solução pelo solo, S, é propor-cional à concentração de equilíbrio do soluto na solução, C (ML-3), conforme
apresentado na Equação 1. Nesta equa-ção, Kd (M-1L3) é o Coeficiente de
parti-ção ou distribuiparti-ção água/solo.
Para altas concentrações, a adsorsão é não-linear e relações mais complexas entre as concentrações na fase sólida e no soluto têm sido idealizadas. Os modelos mais utilizados para descrever o compor-tamento de adsorção do solo são os de Langmuir e Freundlich, sendo dados pelas Equações 2 e 3, respectivamente.
Na isoterma de Langmuir, Sm corresponde ao máximo de contaminante que o solo pode absorver; b é um parâmetro relacionado com o poder de absorção do solo para baixas concentra-ções de soluto. Na isoterma de Freundlich, n é um parâmetro de ajuste da isoterma.
A adsorsão da massa docontami-nante da solução para a fase sólida do meio poroso causa uma diminuição na velocidade do avanço da frente de conta-minação, a qual é avaliada através do fa-tor de retardo, R, dado pela Equação 4. A função de retardo é um índice quantita-tivo da mobilidade do soluto. Valores de retardo elevado indicam uma redução maior da mobilidade do contaminante.
Além da adsorção, o transporte de metais pesados no meio poroso é influen-ciado por outros processos físicos e quí-micos. Os primeiros se referem à movi-mentação física do contaminante através onde: R é o fator de retardo; ρd (ML-3)
é a massa específica seca do solo; n é a sua porosidade e Kd é o coeficiente de distri-buição água/solo.
onde θr e θs são as umidades volumétricas residual e de saturação, res-pectivamente; ψm é o potencial mátrico;
α, n e m são constantes empíricas. Usando uma simplificação de que m=1-1/n e a partir do modelo de Mualem para previsão de K(θ), van Genuchten (1980) propõe a Equação 6 para previsão da função de condutividade hidráulica:
ω é denominado de saturação efetiva do solo, Ko (LT-1) é a condutividade
hi-dráulica do solo saturado (permeabilidade) e l é um parâmetro empírico que foi estima-do por Mualem (1976) como senestima-do apro-ximadamente igual a 0,5 para a maioria dos solos.
Segundo Delgado (2001), a disper-são mecânica é o processo de mistura do contaminante decorrente da sua veloci-dade de percolação. A mistura ocorre nos canais e nos poros individuais do solo por eles interligados. Nestes espaços, as molé-culas do contaminante viajam com velo-cidades diferentes em pontos diferentes dos canais. Isto se deve ao atrito exercido sobre o fluido pela rugosidade das pare-des dos poros e aos diferentes tamanhos dos poros por onde as moléculas da solu-ção passam.
No processo de difusão molecular, as moléculas e os íons em solução se des-locam sob a influência de gradientes de concentração, de acordo com a primeira lei de Fick, de forma independente da velocidade do fluido. Pode-se concluir então, que para a ocorrência do processo de difusão, não há a necessidade da exis-tência de fluxo ou de gradientes hidráu-licos, sendo que o transporte de conta-minantes cessa somente quando os gradi-entes de concentração se tornam nulos. Os coeficientes de difusão e dispersão mecânica num meio poroso podem ser representados pelas Equações 8 e 9, res-pectivamente.
onde: De (L2T-1) = coeficiente de
difusão molecular efetivo (difusão em água); Dm (L2T-1) = coeficiente de
difu-são molecular das espécies iônicas em solo; w = fator de tortuosidade, ≤1;
α (L) = dispersividade mecânica. A modelagem da mobilidade do contaminante em subsuperfície é realiza-da através realiza-da resolução realiza-da equação geral do transporte de solutos em meios poro-sos, respeitando-se os princípios de con-servação da massa, energia e quantidade de movimento. Esta resolução é feita de forma numérica, ou, para os casos mais simples, de forma analítica. Rifai et al (1956), Ebach e White (1958), Ogata e Banks (1961), Ogata (1970) apresentam diversos exemplos de soluções analíticas para o caso de transporte de contami-nantes pelo solo.
do espaço poroso e envolvem os fenôme-nos de advecção e de dispersão hidro-dinâmica.
A advecção é o movimento de translação do soluto ao longo do fluxo de água, sem que haja movimento relativo entre as moléculas do soluto e da solução aquosa. A dispersão hidrodinâmica é o conjunto de processos que atuam no espalhamento do soluto na água, com-preendendo esta a dispersão mecânica e a difusão molecular.
Para que a advecção do contami-nante em uma determinada área seja le-vada em conta, é necessário que se conhe-çam as curvas características de sucção e de condutividade hidráulica do solo. A curva característica de sucção tem grande importância no estudo do transporte de contaminantes na zona vadosa, servindo inclusive para estimativa da curva de condutividade hidráulica, K(θ) (LT-1), do
solo. Essa é geralmente definida como a relação entre o conteúdo volumétrico de água (θ) e a sucção matricial (ua-uw) de um solo, sendo que a sua representação gráfica é geralmente realizada colocando-se a suc-ção em uma escala logarítmica (gráfico semi-log). Diferentes modelos empíricos são encontrados na literatura para descre-ver o comportamento da curva caracte-rística de sucção, como aqueles propostos por van Genuchten (1980) e Fredlund & Xing (1994), dentre outros. Neste tra-balho, utilizou-se a Equação 5, proposta por Van Genuchten (1980) para repre-sentar a curva característica de sucção do solo.
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ÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICO S K d C (1) S K d c n (3) R 1 d n K d (4) (6) K K o l 1 1 1 m m 2 r s r (7) D m D e w (8) D v D m (9) r s r 1 m n m (5) S S m b c 1 b c (2)No que concerne ao caso da conta-minação por metais pesados em Santo Amaro, um fator positivo refere-se ao solo local. Trata-se de um solo residual de folhelho, de alto potencial expansivo, denominado popularmente de Massapê. A sua fração argila apresenta geralmente grandes percentagens de argilo-minerais do tipo 2:1, sendo este encontrado em extensas áreas do Nordeste Brasileiro. Dada a sua importância regional, diver-sos ensaios geotécnicos têm sido realiza-dos nestas formações, sendo os trabalhos de Menezes (1978), Presa (1986 e 1996) referências fundamentais para quem tra-ta com estes solos. De uma forma geral, estas formações apresentam valores de permeabilidade muito baixos, da ordem de 10-8 cm/s. Os limites de consistência
variam em muito de formação para for-mação, de modo que são encontrados valores de limite de liquidez, WL, maio-res do que 100% e valomaio-res de Índice de Plasticidade, IP, maiores do que 40%. Estas características particulares do Massapê dificultam a percolação da água, reduzindo o avanço da frente de conta-minação por advecção. Por outro lado, a alta atividade destes solos faz com que eles apresentem uma elevada capacidade de retenção dos poluentes. (elevados va-lores de Kd)
Técnicas de investigação
Quando da investigação de áreas contaminadas, o uso combinado de téc-nicas geotéctéc-nicas e geofísicas tem sido uma opção cada vez mais adotada. Por outro lado, a utilização do radar de penetração no solo (GPR – Ground Penetrating Radar) como método de investigação geofísica vem ocupando posição de destaque entre os métodos geofísicos de investigação rasa. O método consiste na emissão con-tínua de pulsos eletromagnéticos (espec-tros com freqüências variando entre 10 e 2500MHz) e recepção dos sinais refleti-dos nas estruturas ou interfaces em sub superfície. Os sinais são emitidos e rece-bidos através de antenas denominadas de transmissora e receptora dispostas na su-perfície do solo. As mudanças nas propri-edades elétricas do solo fazem com que parte do sinal seja refletido e parte refra-tado. As ondas refletidas em diferentes interfaces são então percebidas pela ante-na receptora. A energia refletida é regis-trada em função do tempo de percurso, sendo amplificada, digitalizada e gravada em um microcomputador portátil para posterior processamento. O resultado
fi-nal é uma imagem de alta resolução, que permite identificar as diversas interfaces presentes no local.
A utilização do GPR, contudo, está condicionada à profundidade de pene-tração do sinal no solo, que é função das propriedades elétricas dos terrenos (condutividade ou resistividade elétrica). Em situações de baixa condutividade, o sinal de radar pode atingir profundida-des superiores a 20 metros. Por outro lado, solos argilosos, normalmente bons con-dutores, podem reduzir a penetração do sinal de radar a profundidades inferiores a 1 metro. Outro fator importante é a resolução dos sinais, sendo esta depen-dente da freqüência das ondas eletromag-néticas. Ondas de comprimentos meno-res possibilitam uma melhor meno-resolução nos sinais. Maiores detalhes sobre o método podem ser encontrados em Davis& Annan (1989).
Outra técnica não destrutiva que vem sendo bastante utilizada para as fi-nalidades geotécnicas é a da eletroresis-tividade, que consiste em estabelecer a curva de variação da resistividade elétrica de um terreno com a profundidade, atra-vés de medidas na superfície realizadas com a ajuda de um dispositivo composto de quatro eletrodos.
A resistividade elétrica é uma das propriedades dos solos e rochas de maior leque de variação, indo de valores tão pe-quenos quanto 10-5 ohm.m, para o caso
dos minerais metálicos, até valores da or-dem de 107 ohm.m,, para o caso de solos
arenosos completamente secos. Argilas saturadas apresentam valores de resis-tividade inferiores a 20 ohm.m (Souza et al., 1998).
Dois são os métodos de execução mais usuais na técnica de eletroresis-tividade: o caminhamento elétrico e a sondagem elétrica vertical. A sondagem elétrica vertical consiste em se medir na superfície do terreno a resistividade elé-trica do solo através de dois pares de ele-trodos, um de recepção e um de emis-são. Na execução do ensaio, normalmen-te os eletrodos de emissão são afastados simetricamente, em um mesmo alinha-mento, dos eletrodos de recepção, que permanecem fixos no centro do arranjo. A resistividade obtida em campo é normalmente denominada de resistivi-dade aparente, pois representa uma mé-dia de todo o volume de solo investiga-do. Somente após a inversão dos dados é que se obtém a real resistividade de cada camada de solo, no momento da realiza-ção do ensaio.
Técnicas de
reprocessamento e/ou
incorporação da escória
Conforme será visto adiante, estu-dos de caracterização química da escória realizados pelo projeto PURIFICA, indi-caram a presença de concentrações relati-vamente elevadas de metais pesados, es-pecialmente zinco e chumbo. Este fato, em conjunto com o elevado montante de escória encontrado em campo, motivou a busca de uma tecnologia para o reproces-samento da mesma, visando a extrair seus metais pesados e reduzir os riscos ambientais. Além disso, o reprocessa-mento permitiria agregar valor a escória, gerando recursos para custear, pelo me-nos em parte, as atividades de mitigação necessárias para a área. Exemplos do uso de técnicas de hidrometalurgia para a ex-tração de metais e/ou o rebeneficia-mento de resíduos são apresentados por Raghavan et. al. (2000), Mansur et al. (2002), dentre outros.
MATERIAL E MÉTODOS
Diagnóstico ambiental
A campanha de investigação de campo foi iniciada pela realização de di-versas sondagens a trado na zona urbana e na área do entorno da antiga fábrica. As sondagens foram realizadas com profun-didades variando entre 3 e 6 metros para a área próximo a PLUMBUM e com pro-fundidades de até 2 metros, para o caso da zona urbana e tiveram como objetivo principal estudar a penetração vertical da contaminação por metais pesados no solo. As amostras de solo obtidas das son-dagens a trado foram cadastradas e arma-zenadas em sacos plásticos, sendo levadas para a realização de ensaios de espectro-fotogrametria de absorção atômica, de modo a se calcular as concentrações de zinco, cádmio e chumbo. Os furos de sondagem a trado executados na área pró-xima a fábrica foram posteriormente uti-lizados para a instalação de poços de amostragem de água sub-superficial. Re-alizadas as primeiras análises, percebeu-se que os níveis de contaminação por metais pesados no solo decresciam rapidamente com a profundidade, de modo que uma nova campanha de investigação de cam-po foi realizada, priorizando-se agora a coleta de amostras superficiais, com pro-fundidades variando em torno de 30 cm. Devido ao fato da escória de chum-bo se encontrar espalhada por
praticamen-AAAAA
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te toda a área investigada, algumas amos-tras tiveram de ser coletadas em profun-didades maiores, de modo a se assegurar que somente amostras de solo estavam sendo obtidas. A Figura 2 ilustra a cam-panha de investigação de campo realiza-da na área do entorno realiza-da fábrica.
Investigações geotécnicas tradicio-nais e geofísicas foram executadas tanto na área urbana como na área da fábrica da COBRAC visando a identificação e quantificação da escória depositada nes-tas regiões.
Na zona urbana, optou-se, inicial-mente, por se fazer uma pesquisa de cam-po, baseada em entrevista com os mora-dores, com o intuito de obter informa-ções acerca da utilização da escória como agregado na produção de argamassa de reboco ou piso, aterro superficial e rodo-viário, preenchimento de valas, etc. Da pesquisa de campo preliminar realizada, definiu-se os pontos ou ruas prioritários para uma investigação mais detalhada, envolvendo o uso de sondagens a trado e da técnica de GPR.
As sondagens a trado realizadas na zona urbana foram de profundidades não superiores a 2 metros e visaram a certifi-cação das informações obtidas com os moradores da cidade e retirada de amos-tras de solo e escória para estudos em la-boratório.
Foram realizadas ao todo 38 seções de radar na cidade, tanto em ruas onde a presença de escória havia sido constatada previamente pelas sondagens a trado, quanto em ruas onde a ocorrência de es-cória abaixo da pavimentação era pouco provável. Em todos os ensaios realizados na zona urbana utilizou-se uma antena de alta freqüência, 1 Ghz, sendo que a profundidade investigada não superou, em nenhuma das seções, um metro.
Para a região da área da fábrica, além dos ensaios já citados anteriormente fo-ram executados, também, ensaios de eletro-resistividade. No caso dos ensaios de GPR, a antena de radar utilizada foi a de 200 Mhz, em uma tentativa de se obter uma maior profundidade de pene-tração do sinal.
Ensaios geotécnicos de
laboratório e modelagem
numérica do transporte de
poluentes
Amostras indeformadas, coletadas nas proximidades da área da fábrica, fo-ram submetidas a ensaios de caracteriza-ção geotécnica, ensaios para obtencaracteriza-ção da
curva característica de sucção e ensaios em colunas. Para realização dos ensaios em colunas, utilizou-se um equipamento composto de três unidades básicas: siste-ma de ar comprimido para a injeção de soluções, reservatórios para as soluções influentes e células de percolação. A Fi-gura 3 apresenta uma vista geral do equi-pamento utilizado, o qual é uma adapta-ção do modelo proposto por Leite (2000).
Soluções influentes de nitrato de chumbo Pb(NO3)2, com concentrações nominais de chumbo de 200, 400, 900 e 1400 ppm foram utilizadas para percolação, em pares, das colunas 1 e 2, 5 e 6, 3 e 4 e 7 e 8, respectivamente.
Inicialmente, os corpos de prova indeformados foram saturados através da percolação de água destilada e deaerada sob pressão por cerca de uma semana, a fim de que se atingisse a condição de flu-xo estacionário, considerada como indicativa da saturação da amostra. Após a saturação, retirou-se a água dos reserva-tórios e abasteceu-se estes com solução de nitrato de chumbo com as concentrações especificadas anteriormente, aplicando-se, em seguida, cargas hidráulicas entre 7m e 14m de coluna d’água, em cada célula de percolação.
Estabeleceu-se uma taxa de coleta de solução efluente em função da con-centração e do que se esperava obter em termos de atenuação do contaminante. Dessa forma, para valores mais altos de concentração, esperava-se uma saturação da capacidade de absorção do solo mais
rápida e, portanto, as coletas foram me-nos espaçadas no tempo. As amostras de efluentes foram analisadas por meio da técnica de absorção atômica. Quando necessário, as amostras coletadas eram re-servadas em recipientes de polietileno e guardadas na geladeira a 5°C, a fim de reduzir a tendência de precipitação e ou-tras reações químicas.
Os ensaios para obtenção das cur-vas características de sucção e de condu-tividade hidráulica do solo foram realiza-dos em equipamento desenvolvido por Machado e Dourado (2001). Trata-se de um equipamento onde uma grande pres-são de ar de topo é aplicada inicialmente à amostra, que inicia um processo de dre-nagem. A drenagem é interrompida em estágios, medindo-se os valores de pres-são de água na base do corpo de prova, até que uma condição estacionária seja obtida. Anota-se também a quantidade de água expulsa da amostra. A sucção em cada estágio é obtida pela diferença entre os valores de equilíbrio das pressões de ar e água, de acordo com a técnica de translação de eixos de HILF. Os valores de umidade do corpo de prova para cada valor de sucção são obtidos após o final do ensaio, utilizando-se os valores das quantidades de água expelida em cada etapa.
Os resultados obtidos dos ensaios geotécnicos de laboratório realizados fo-ram utilizados para a realização de algu-mas simulações numéricas simplificadas, com intuito de se verificar a compatibili-dade entre os resultados previstos a partir Figura 2 - Campanha de investigação realizada na área do
entorno da fábrica
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dos aplicativos utilizados e a situação de campo e de se fazer prognósticos do esta-do de contaminação da área. Foram utili-zados os aplicativos Seep/W e Ctran/W, ambos da Geo-Slope International. O primeiro aplicativo utiliza a técnica de discretização do contínuo dos elementos finitos para a resolução de problemas de fluxo no solo, enquanto que o segundo aplicativo importa os dados gerados pelo primeiro e utiliza a técnica das diferenças finitas para integração, no tempo, do pro-blema do transporte de contaminantes, incorporando à parcela de advecção gera-da pelo Seep/w a influência de fenôme-nos como dispersão mecânica, difusão molecular, mecanismos de atenuação pelo solo, etc.
A Figura 4 apresenta a malha de ele-mentos finitos utilizada para a realização das simulações numéricas, com as condi-ções de contorno adotadas para o proble-ma. A localização da seção discretizada na Figura 4, na área do entorno da fábrica, encontra-se indicada na Figura 2 próxi-ma ao poço SP03. A escolha desta seção se deveu ao fato da mesma constituir uma das mais graves situações encontradas na área, onde a água percolando pelo barramento de escória retira e transporta grande quantidade de chumbo.
Reprocessamento da
escória de chumbo
Testes de bancada foram realizados para a verificação da viabilidade de se uti-lizar o HCl, atualmente um resíduo pro-duzido por algumas empresas do Pólo Petroquímico de Camaçari, como agente extrator dos metais pesados da escória de chumbo.
Para a realização dos testes de ban-cada, a escória coletada na área da fábrica foi conduzida ao CEPED, onde foi lixiviada, sob diversas condições de con-trole, pelo HCl. Para a realização dos tes-tes de bancada, inicialmente a escória foi submetida a um processo de separação expedito de impurezas (solo, escórias de ferro provenientes da linha férrea, etc.) e moída até atingir dimensões inferiores a 100 mesh, sendo em seguida passada num repartidor giratório de amostra, para ob-tenção de amostras representativas.
Vários testes foram realizados bus-cando definir as proporções ótimas da quantidade e concentração de ácido clo-rídrico na lixiviação das amostras bem como o tempo ótimo de lixiviação.
Foram realizadas ao todo 11 séries de ensaios (séries A a K), sendo que a série
K foi aquela que apresentou os melhores resultados.
Para o caso da série de ensaio C, uma das primeiras a ser realizada, utilizou-se HCl com concentração de 4 molar, 500 g de solo e 2500 g de solução ácida. Neste caso, foram realizados diversos ensaios de caracterização da escória, antes e após o seu reprocessamento. Foram utilizadas técnicas termoanalíticas (TG/DTG), de fluorescência de raios X (FRX) e difração de raios X (DRX). Os testes de fluores-cência de raios X (FRX) foram realizados de forma semi-quantitativa sem padrões, de Flúor a Urânio.
A série de testes K teve como um dos seus objetivos a definição do número de lixiviações necessárias para o
reproces-Figura 3 -Vista geral do equipamento construído para execução dos ensaios em colunas
Figura 4 - Malha de elementos finitos e condições de contorno utilizadas para a resolução/simulação do problema de fluxo de água no solo
samento da escória e a definição de um tempo ótimo de residência da escória em planta. Neste caso, foram utilizados 800 gramas de sólidos para 25 litros de solu-ção ácida com uma concentrasolu-ção de 1,5% de HCl. Foram coletadas amostras de so-lução para a determinação dos teores de Fe, Zn e Pb, para intervalos de tempo específicos.
RESULTADOS OBTIDOS E
ANÁLISES
Diagnóstico ambiental
A Tabela 1 apresenta um resumo das propriedades geotécnicas médias para o solo da área da fábrica. Como pode ser
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visto, o solo tem quase 100% de materi-al passando na peneira #200, com uma média de 63% de fração de argila. Foram obtidos altos valores para os limites de liquidez, WL, e de plasticidade, WP: WL = 78,7% e WP = 27,7%. Um valor de Ín-dice de plasticidade médio, IP, de 51%, foi obtido, sendo o solo classificado pela SUCS como CH (argila de alta plasticidade). A atividade desse solo foi avaliada por meio da formulação de Skempton, onde obteve-se um valor de atividade da ordem 0,80.
A composição química média obti-da para a escória, usando a técnica de fluorescência de raios X apresentou cerca de 32,5% de SiO2; 4,19% de Al2O3; 5,02% de MgO; 0,74 de SO3; 18,90% de CaO; 1,10% de MnO; 7,68% de ZnO; 3,78% de PbO; 24,4% de Fe2O3 e 1,69% de outros. Estes valores são co-erentes com resultados anteriores obti-dos por Santos (1995) e Anjos (1997), os quais apontaram para valores de SiO2 (20 a 25%), FeO (28 a 35%), CaO (15 a 20%), Pb (1 a 3%), Zn (8 a 12%), S (1 a 3%) e Cd (25 mg/l).
As Tabelas 2 e 3 ilustram um resu-mo dos resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização realizados em amostras coletadas ao logo de dois furos de sondagem, SP33 e SP34, executados no barramento de escória (ver Figura 2). Conforme se pode observar da Ta-bela 2, em apenas duas amostras a con-centração de chumbo no extrato lixiviado ficou abaixo do máximo permitido pela NBR 10.004. Os resultados dos ensaios de solubilização foram menos restritivos no que diz respeito ao elemento chum-bo. No entanto, alguns resultados obti-dos para o cádmio, chumbo, manganês e selênio ficaram acima do máximo per-mitido pela NBR 10.004.
As Figuras 5 a 7 apresentam a dis-tribuição vertical das concentrações de chumbo, cádmio e zinco obtidas de fu-ros de sondagem a trado executados pró-ximos à fábrica (SP02 e SP05, vide Fi-gura 2) e na zona urbana da cidade (SP22).
Os resultados apresentados nestas figuras devem ser analisados levando-se em conta que as substâncias inorgânicas de interesse ambiental (neste caso, Zn, Cd e Pb), ocorrem naturalmente no solo, sendo que valores de referência podem ser estabelecidos em função das suas centrações naturais, levando-se em con-sideração a variação das propriedades do solo. De uma forma geral, segundo Singh & Steinnes (1994), os metais presentes
no solo são derivados tanto do intempe-intemperismo, que age sobre o material parental, como de fontes externas natu-rais (erupção vulcânica) ou antrópicas (in-dústrias, agricultura).
Em alguns países, como a Holanda, uma opção utilizada para calcular os va-lores de referência de metais no solo, é o critério de que a concentração natural de metais pode ser estimada pela sua correla-ção com algumas propriedades físicas e químicas que influenciam as condições micro-ambientais e são determinantes na adsorção de metais, como as quantidades de matéria orgânica e de fração argila, o pH, a CTC (capacidade de troca catiônica), etc. (Matos, 1995). Segundo Chaney (1984) e Reagan & Silbergeld (1984), pode-se assumir valores de con-centração de chumbo no solo da ordem de 30 ppm como de ocorrência natural. CETESB (2001) apresenta resul-tados de uma ampla pesquisa realizada em solos de diversas localidades do interi-or de São Paulo, para a definição de valo-res de concentração de referência de me-tais. Para o caso do chumbo, os valores obtidos variaram de menos de 5 mg/l até um máximo de 23,5 mg/l, com uma mediana de 9,8 mg/l. Para o caso do cádmio, todos os valores encontrados fi-caram abaixo do limite de detecção do equipamento (0,50 mg/l). Quando o ele-mento considerado foi o zinco, os valores obtidos variaram entre 1,5 mg/l e 200 mg/l, com uma mediana de 30,6 mg/l.
Conforme se pode observar na Fi-gura 5, o furo SP02 apresenta um perfil de solo constituído basicamente por Massapê. Para as camadas mais superfici-ais, pode-se observar altos valores de con-centrações para o chumbo, cádmio e zin-co (1900, 270 e 20 mg/l, respectivamen-te) , os quais reduzem mais de 10 vezes a partir da profundidade de 1,0m. Deve-se notar ainda que para profundidades superiores a 1,5 metros, os valores de con-centração de chumbo no solo são meno-res ou iguais a 30 mg/l, podendo ser con-siderados como de referência, principmente se levarmos em conta o caráter al-tamente argiloso do material e sua alta
capacidade de troca catiônica. Da mesma forma, os valores de concentração obti-dos para o zinco, para profundidades su-periores a 1,5 metros, se situam em torno de 80 mg/l, enquanto que os valores de concentração obtidos para o cádmio fi-cam em torno de 0,4 mg/l.
A Figura 6 apresenta resultados ob-tidos para o furo de sondagem SP05, exe-cutado próximo às margens do rio Subaé, composto basicamente por uma camada de areia aluvionar. Nesta figura, em de-corrência do tipo de solo encontrado, pode-se observar que os valores de con-centração obtidos são bem mais baixos e não apresentam, para o caso do chumbo, uma tendência clara de decréscimo com a profundidade. A Figura 7 apresenta os resultados obtidos para o furo de sonda-gem SP22, executado na zona urbana da cidade (rua Rui Barbosa, indicada na Fi-gura 1). Como se pode observar, os valo-res de concentrações obtidos são similavalo-res aos já apresentados na Figura 5.
Com dados obtidos das amostras de solo superficiais, foi possível gerar gráfi-cos representativos das plumas de conta-minação superficiais para o cádmio, zin-co e chumbo na área do entorno da fábri-ca. A Figura 8 apresenta os resultados ob-tidos para o chumbo. Nesta figura, para uma melhor visualização, os contornos da pluma foram traçados limitando o maior valor de concentração em 1000 ppm (O valor máximo de concentração de chum-bo obtido foi de cerca de 13.000 ppm, encontrado a jusante do barramento de escória). Os valores máximos de concen-tração de cádmio obtidos foram de cerca de 200 ppm, enquanto que para o zinco foram obtidos valores de até 6.500 ppm. As amostras de água subterrânea coletadas apresentaram altas concentra-ções de chumbo, com valores acima do valor máximo permitido para a água po-tável (10 ppb). Os valores de concentra-ção obtidos para o zinco se apresentaram, em sua grande maioria, inferiores ao limi-te máximo estabelecido pelo Ministério da Saúde, portaria no 1469 de 2001. Os
valores de concentração de cádmio na água ficaram abaixo do limite de detecção (5 ppb). Tabela 1 - Caracterização geotécnica do solo
Argila (%) Silte (%) Areia(%) γs (κΝ/m3)
63 34 3 27,5 WL(%) WP (%) e γd (kN/m3) 78,7 27,7 0,92 13,5
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Tabela 2 - Resultados das análises químicas dos extratos lixiviados Teste de Lixiviação - NBR 10.005 Parâmetros Limite máx. NBR 10.004 SP 33 SP 34 (mg/l) 1 - 2 m 3 - 4 m 6 - 7 m 1 - 2 m 3 - 4 m 6 - 7 m Arsênio 5,0 < 0,3 < 0,3 0,35 < 0,3 < 0,3 < 0,3 Bário 100,0 9,40 32,30 55,20 4,11 3,12 4,97 Cádmio 0,5 0,18 0,29 0,072 0,11 0,13 0,50 Chumbo 5,0 13,00 2,02 8,68 9,94 2,84 13,60 Cromo 5,0 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Mercúrio 0,1 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Prata 5,0 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Selênio 1,0 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Sílicio - 120,00 69,00 118,00 120,00 80,20 119,00 Titânio - < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 Fluoretos 150,0 4,01 1,58 1,25 3,04 2,17 0,66 Sólidos suspensos (%) 96,3 96,3 94,1 95,6 96,4 95,1 pH inicial 8,81 9,29 8,61 6,96 8,3 8,92 pH final 5,04 5,73 5,12 5,08 5,61 5,1
Volume de ácido acético (ml) 400 400 400 400 400 270
Tempo de lixiviação (h) 24 24 24 24 24 28
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ÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICO Parâmetros Limite máx. NBR 10.004 SP 33 SP 34 (mg/l) 1 - 2 m 3 - 4 m 6 - 7 m 1 - 2 m 3 - 4 m 6 - 7 m Alumínio 0,2 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Arsênio 0,05 0,0130 0,0190 0,0220 0,0076 0,0320 0,0100 Bário 1,0 0,250 0,370 0,830 0,120 0,160 0,240 Cádmio 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,0094 < 0,005 < 0,005 Chumbo 0,05 < 0,05 0,061 < 0,05 0,140 0,072 < 0,05 Cianeto 0,1 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Cloretos 250,0 0,560 0,800 0,750 0,690 0,920 1,650 Cobre 1,0 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Cromo 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Dureza Total 500,0 46,3 43,0 49,0 232,0 183,0 67,0 Ferro 0,3 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Fluoretos 1,5 0,840 0,330 0,320 1,010 0,620 0,260 Manganês 0,1 < 0,05 < 0,05 < 0,05 0,140 < 0,05 < 0,05 Mercúrio 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Nitrog. Nitrato 10,0 < 8 < 8 < 8 < 8 < 8 < 8 Prata 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Selênio 0,01 0,0410 0,0021 0,0120 0,0092 0,0280 0,0022 Silício - 2,470 2,820 2,670 1,820 2,520 3,180 Sódio 200,0 4,650 6,080 1,420 4,540 6,700 8,960 Sulfatos 400,0 24,3 22,7 31,4 306,0 232,0 50,6 Surfactantes 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Titânio - < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 Zinco 5,0 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,400 < 0,1 < 0,1Tabela 3 - Resultados das análises químicas realizadas nos extratos solubilizados Teste de Solubilização - NBR 10.006
Figura 5 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP02, com seu respectivo perfil geotécnico
Figura 6 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP05, com perfil geotécnico
Figura 7 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP22
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Figura 8 - Plumas de chumbo a jusante do barramento principal de escória
Figura 9 - Perfil associado típico obtido para a área da fábrica De posse de todos os dados da
in-vestigação realizada, foi possível traçar diversos perfis geotécnicos associados, re-tratando as condições geotécnicas locais. A Figura 9 mostra um perfil associado típico obtido (ver Figura 2). Conforme se pode observar, é predominante a ocor-rência da camada de Massapê no entorno da fábrica da COBRAC, aparecendo, também, em função da proximidade com o rio Subaé, camadas intercaladas de se-dimento aluvionar arenoso.
O volume de escória levantado para a área do entorno da fábrica foi estimado em torno de 180.000m3.
Na área urbana, os resultados das sondagens a trado e das seções de GPR foram usados para investigação da ocor-rência de escória sob a pavimentação e quantificação do volume de escória dis-posto.
É interessante notar que altos valo-res de concentração de chumbo na água são obtidos mesmo para os poços situa-dos relativamente distantes da principal zona de disposição de escória (ver SP08). Isto vem a confirmar o caráter disperso da contaminação nos arredores da COBRAC, apontado no relatório final do projeto Purifica e que teve como pro-váveis causas o lançamento de particula-dos na época de funcionamento da fábri-ca e a disposição de escória, em menores quantidades, por toda a área. A Tabela 4 apresenta um resumo dos resultados mé-dios obtidos para as amostras de água sub-terrânea analisadas.
De uma forma geral, os dados geotécnicos e geofísicos apresentaram re-sultados coerentes. Os dados provenien-tes das seções de GPR levantadas em cam-po, para o caso da área do entorno da fábrica da COBRAC, tiveram pouca utilizade, pois a profundidade de pene-tração do radar no solo foi limitada pela sua alta condutividade.
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Tabela 4 - Concentrações de Zn, Cd e Pb em amostras de água subterrânea Poço Concentrações (ppb)
(01/06/2001) Concentrações (ppb)(27/07/2002) Concentrações (ppb)(19/09/2002) Chumbo Zinco Cádmio Chumbo Zinco Cádmio Chumbo Zinco Cádmio
SP03 159,5 45 < 5ppb - - - -SP04 - - - 20 < 10 ppb < 5ppb SP05 698 1210 < 5ppb 525 40 < 5ppb 100 19 < 5ppb SP06 - - - 20 < 10 ppb < 5ppb SP07 174 13,3 < 5ppb 360 33,5 < 5ppb 210 48 < 5ppb SP08 181,5 42,75 < 5ppb 540 40,5 < 5ppb 340 60 < 5ppb
Figura 10 - Radagrama original obtido para uma seção localizada na rua Rui Barbosa, executada na área urbana de Santo Amaro,
próximo à fábrica da COBRAC
Figura 11 - Isoterma obtida para o solo de Massapê Neste caso, os resultados obtidos
com a técnica do radar foram bastante satisfatórios, sendo possível se detectar, de forma razoável, a interface entre a escória e o solo de Massapê. Acredita-se que a boa reflexão obtida na interface escória/ Massapê deve-se em boa parte a grande diferença na resistividade dos dois mate-riais (entre 200 ohm.m e 1200 ohm.m, para o caso da escória úmida e seca, res-pectivamente e de cerca de 5 ohm.m para o caso da camada de Massapê).
Na Figura 10 é apresentada uma seção transversal de radar levantada na rua Rui Barbosa, situada próxima à fábri-ca da COBRAC (ver Figura 1). Para fábri-cada seção em que a presença de escória foi detectada sob a pavimentação, calculou-se a sua área e espessura média. Assim, a partir das análises dos dados obtidos em todas as seções, pôde-se identificar as ruas de intervenção prioritária e estimar o vo-lume de escória disposto na zona urbana. Estes dados foram de grande valia na ela-boração de um plano de ações para a zona urbana, envolvendo a remoção da escória dos pontos críticos apontados e o trans-porte e armazenamento da mesma em condições seguras até que as atividades de reprocessamento propostas sejam implementadas.
Ensaios geotécnicos de
laboratório e modelagem
numérica do transporte de
poluentes
A Figura 11 apresenta a isoterma obtida para o solo a partir dos ensaios de coluna realizados. Nesta figura, os dados experimentais obtidos se encontram ajus-tados pela isoterma de Langmuir.
Devido ao caráter altamente reativo do solo testado, decorridos mais de seis meses de ensaio, a solução efluente apre-sentava valores de concentração de chum-bo praticamente nulos (ou seja, C/Co ≈ 0), inviabilizando o traçado das curvas de chegada do poluente. Optou-se então por finalizar os ensaios, encerrando-se a cole-ta de amostras de solução efluente e fatiando-se os corpos de prova em amos-tras de 1,0 a 1,5cm de espessura, as quais foram analisadas com o objetivo de veri-ficar a concentração de chumbo ao longo do corpo de prova. Desta forma, neste caso analisou-se as concentrações de chumbo no solo e não na solução lixiviante, como é corriqueiro.
No ajuste apresentado na Figura 11, o valor de Sm obtido foi de aproximada-mente Sm = 13.204 ppm. Isto implica
em um valor máximo de absorção de chumbo pelo solo de aproximadamente 1,3%, considerado como bastante eleva-do. O valor de Sm obtido está de acordo com os máximos valores de concentração obtidos para as amostras superficiais de solo. Para o parâmetro b da Equação 2, o valor obtido foi de b = 0,00173 l/mg.
Considerando-se os valores de Sm e b obtidos e uma concentração de chumbo de 100 ppm na solução, por exemplo, prevê-se uma concentração de 1.951 ppm de chum-bo no solo, o que indica um valor de coefici-ente de particionamento de Kd = 19,51. Adotando-se um valor de porosidade média para o solo de n = 0,51 e uma densidade seca
média de r = 1,35 g/cm3, chega-se a um
valor de coeficiente de retardo de R = 52,7 (Equação 4), que reflete sua elevada capacidade de atenuação natural. A parcela do coeficiente de disper-são hidrodinâmica, D, dada pelo coefici-ente de difusão molecular efetivo, ou De, foi obtida a partir de valores da literatura (Lide, 1998). Adotou-se um valor de De = 9,45 x 10-6 cm2/s, em conjunto com
um valor de w = 0,08, o que conduziu a um valor de coeficiente de difusão molecular no solo de Dm = 7,56 x 10-7 cm2/s.
A variação das concentrações de chumbo ao longo das colunas serviram também para estimativa da dispersividade
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mecânica do solo, obtendo-se um valor médio de a = 1000 cm, já considerando-se o efeito escala campo/laboratório.
Para a curva característica de sucção e de condutividade hidráulica do solo, dadas pelas Equações 5 e 6, obtiveram-se os seguintes valores médios: θs =0,525;
θr =0,21; k = 1,44x10-8 cm/seg; α=0,025; n=0,94 e m=0,35.
A Figura 12 apresenta as curvas de distribuição da concentração de chumbo no solo com a profundidade, para o caso do furo SP03. São apresentados os dados experimentais obtidos de amostras de solo coletadas e os dados previstos pelo Ctran/w, utilizando-se uma concentração de chum-bo na água influente de 100 ppm. Para o caso das simulações numéricas realizadas, adotou-se 50 ppm como a concentração de chumbo natural do solo.
O tempo decorrido desde o início do processo de contaminação da área foi suposto em 40 anos. Conforme se pode observar, existe uma boa concordância entre os valores experimentais e previs-tos. Decorridos mais de 40 anos, espera-se que o processo de migração do chum-bo esteja restrito a uma profundidade inferior a 70 centímetros.
Reprocessamento da
escória de chumbo
A Tabela 5 apresenta os resultados da caracterização da escória através de en-saios de FRX, antes e depois da realização da série de testes C. Neste caso, deve-se
levar em conta que a massa de escória após a realização da lixiviação foi de ape-nas 33% da massa de escória inicialmen-te utilizada no ensaio.
Ainda na Tabela 5 pode-se notar que a lixiviação ácida foi capaz de remover cer-ca de 63% do chumbo e cercer-ca de 76% do zinco presente originalmente na escória.
Após a realização de diversas séries de testes, o tempo de lixiviação por ácido clo-rídrico foi reduzido para cerca de 5 minu-tos e a eficiência do processo de lixiviação foi elevada para cerca de 90% para o caso do zinco e para cerca de 99% para o caso do chumbo. Para o caso dos testes de ban-cada da série K, duas lixiviações sucessivas foram realizadas na escória.
CONCLUSÕES
Neste artigo, foram apresentados al-guns resultados obtidos a partir do pro-jeto de pesquisa Purifica, que tratou do problema de contaminação por metais pesados em Santo Amaro da Purificação-BA. As principais conclusões a que se pôde chegar com o desenvolvimento do tra-balho são listadas a seguir:
a) Trabalhos mais recentes na área de química ambiental e de saúde coletiva apontam para o fato de que altos níveis de contaminação humana e animal são ainda obtidos na área, indicando a presen-ça de rotas remanescentes de contaminação. b) Devido à natureza argilosa do solo local, algumas rotas de contamina-ção, como o transporte em subsuperfície
dos poluentes, tem baixa probabilidade de ocorrer. No entanto, valores muito al-tos de concentração de chumbo e cádmio foram encontrados para o solo superficial, o que torna mais provável outras rotas de contaminação, como a poeira, ingestão de carne e leite proveniente de animais que pastam nas áreas contaminadas, bem como, a ingestão de solo por crianças (geofagia).
c) O uso conjunto de técnicas geofísicas e geotécnicas se mostrou bas-tante promissor na investigação de áreas contaminadas. A natureza não intrusiva dos métodos geofísicos permite que as in-vestigações geotécnicas posteriores sejam feitas com maior critério, com menor risco de ocorrência de problemas de contami-nação cruzada. Além disto, o uso do GPR em áreas urbanas se mostrou bastante satisfatório, diminuindo em muito a neces-sidade de execução de sondagens diretas e agilizando a obtenção dos resultados.
d) O volume de escória disposto nas ruas da cidade é suposto ser da ordem de 55.000 m3, enquanto que para a área do
entorno da fábrica estima-se um volume em torno de 180.000 m3.
e) Os valores de concentração de chumbo obtidos para a água de subsu-perfície (cerca de 350 ppb) estão acima dos limites de potabilidade estabelecidos pelo Ministério da Saúde (50 ppb). Acre-dita-se que, não fosse a natureza do solo local, que atua como uma barreira natural à propagação dos poluentes, estes valores seri-am bem maiores
f) O ácido clorídrico, um rejeito do processo produtivo do Pólo Petroquímico de Camaçari, é indicado para lixiviação da escória de chumbo. Nos testes de ban-cada realizados, conseguiu-se retirar mais de 90% do chumbo e do zinco existentes no material.
A solução lixiviante pode ter os seus principais metais retirados de maneira se-letiva, através de técnicas de hidrometa-lurgia (uso de extração por solvente). Após a retirada dos metais, a técnica de eletrólise pode ser utilizada para a produção de cha-pas metálicas de alto teor de pureza.
Acredita-se que o reprocessamento seja a solução mais atrativa ambiental e economicamente, pois esta elimina o foco da poluição. Os resíduos provenientes do reprocessamento deverão ser utilizados como incorporação para a fabricação de blocos e telhas, em conjunto com o solo superficial contaminado. Estudos estão sendo desenvolvidos para avaliação do po-tencial de encapsulamento dos metais pe-sados nos blocos e telhas cerâmicos.
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Figura 12 - Valores de concentração de chumbo no solo previstos e btidos em campo. Tempos decorridos de 40 e 80 anos
O reprocessamento da escória tem a capacidade de centralizar o destino dos resíduos gerados a partir dos planos de remediação propostos para a área urbana e para a área do entorno da fábrica, ge-rando inclusive parte dos recursos neces-sários para as atividades de recuperação a partir da comercialização de chapas me-tálicas de alto teor de pureza.
O processo de remediação proposto para a área, assim como detalhes da tecnologia empregada no reprocessamento da escória serão objetos de um outro artigo técnico.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FINEP pelo apoio financeiro para o desenvolvimento desta pesquisa, às entidades co-executo-ras e à Prefeitura Municipal de Santo Amaro.
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Tabela 5 - Caracterização da amostra de escória por fluorescência de raios X, após lixiviação por HCl
Composto % obtida
(antes) % obtida(depois) p/lixiviação% extraída
MgO 5,02 1,02 93,29 Al2O3 4,19 1,49 88,26 SiO2 32,50 44,00 55,32 P2O5 0,24 0,13 82,13 SO3 0,74 5,99 Aumento Cl - 11 -K2O 0,36 0,15 86,25 CaO 18,90 3,90 93,19 TiO2 0,42 0,66 48,14 CrO3 0,09 0,03 89,00 MnO 1,10 0,39 88,30 Fe2O3 24,40 20,30 72,55 Co3O4 0,04 - 100,00 NiO - - -CuO 0,04 0,19 Aumento ZnO 7,68 5,58 76,02 As2O3 0,06 0,51 Aumento Rb2O 0,01 - 100,00 SrO 0,19 0,01 98,26 ZrO2 0,02 0,07 Aumento Nb2O5 - - -MoO3 - 0,02 -SnO2 - 0,06 -Sb2O3 - 0,21 -BaO 0,13 - 100,00 PbO 3,78 4,22 63,16 ThO2 0,04 - 100,00 U3O8 0,01 - 100,00
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Endereço para correspondência: Sandro Lemos Machado
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Salvador - BA
Telefax: (71) 331-5545 E-mail: smachado@ufba.br
