Mestrado em Engenharia Ambiental
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DOS
SEDIMENTOS FLUVIAIS NO ENTORNO DA
MINA DE URÂNIO DE CALDAS
Priscila Emerenciana da Silva de Oliveira
Mestrado em Engenharia Ambiental
Priscila Emerenciana da Silva de Oliveira
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DOS
SEDIMENTOS FLUVIAIS NO ENTORNO DA
MINA DE URÂNIO DE CALDAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal Ouro Preto, como requisito à obtenção do título de mestre em Engenharia Ambiental.
Área de Concentração: Meio Ambiente
Orientador: Dr. Rubens Martins Moreira Coorientador: Dr. Carlos Alberto de Carvalho Filho
“Escolha um trabalho que você ame e não terás que trabalhar um único
A minha mãe, meu pai e irmão pelo apoio em todas as ocasiões. Ao meu marido pelo amor, dedicação e compreensão.
A grande experiência e conhecimento do Dr. Rubens Martins Moreira e Dr. Carlos Alberto de Carvalho Filho, que me acolheram com carinho e entusiasmo neste projeto. A minha inspiração acadêmica é proveniente de pessoas trabalhadoras, dedicadas e respeitosas como vocês!
Aos envolvidos em atividades fundamentais no trabalho: Pedro Henrique Dutra, Maria Eduarda Alves Ferreira, Luiz Carlos da Silva e Vinícius Verna Magalhães Ferreira. Aos professores do curso de Pós Graduação em Engenharia Ambiental, em especial, a Prof. Dr. Mônica Cristina Teixeira pela compreensão e auxílio na adaptação ao programa.
Ao CDTN pela permissão da realização do convênio com o ProAmb para realização deste trabalho, em especial o Prof. Dr. Alberto Avellar Barreto.
A todos os amigos do curso de pós-graduação que me acolheram e ajudaram com experiência, amizade e conhecimento.
Ao ProAmb pela oportunidade de realização do curso. A Capes pela bolsa de estudos concedida.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Fundação Minas Gerais de Amparo à Pesquisa (Fapemig) para apoio financeiro, o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Recursos Minerais, Água e Biodiversidade - INCT-Acqua, por viabilizar o desenvolvimento da presente dissertação. As Indústrias Nucleares do Brasil (INB) e ao LAPOC-CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN, Laboratório de Poços de Caldas) pelo suporte técnico e operacional.
À direção da UTM-Caldas, pelo apoio logístico e permissão para o desenvolvimento de atividades no local.
Ao Laboratório de Geoprocessamento do CDTN representado principalmente por Paulo H. Rodrigues.
O complexo minero-industrial de Caldas, denominado de Unidade de Tratamento de Minérios de Caldas (UTM-Caldas), é uma unidade das Indústrias Nucleares do Brasil (INB) e está situado no município de Caldas no estado de Minas Gerais. Esteve em operação de 1982 a 1995, desenvolvendo atividades de lavra, beneficiamento físico e químico do minério de urânio e produção de diuranato de amônia (DUA ou yellow cake). Atualmente, a UTM-Caldas encontra-se em processo de fechamento e descomissionamento perante a Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN e o Instituto Brasileiro de Meio Ambiente – IBAMA. O objetivo geral desta dissertação foi avaliar se efluentes advindos da UTM-Caldas estão causando interferências na qualidade dos sedimentos fluviais dos cursos d‟água a jusante, na bacia hidrográfica do rio Taquari. Um plano de monitoramento foi desenvolvido, compreendendo de quatro campanhas de amostragem entre 2010 e 2011. As amostras foram analisadas para metais, metalóides e radionuclídeos selecionados, utilizando espectrometria de massa por plasma acoplado indutivamente (ICP-MS), espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-AES), espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis) e espectroscopia de radiação gama. A metodologia para análise dos resultados constou das seguintes etapas: coleta dos sedimentos; estatística descritiva e análise gráfica dos dados; análise da violação dos resultados frente aos valores orientadores; estimativa do background e anomalias geoquímicas; aplicação dos índices de qualidade de sedimento e cálculo do coeficiente de correlação de Pearson. Os resultados demonstraram que os elementos que obtiveram incremento na concentração nas estações ambientais a jusante da UTM-Caldas foram As, B, Ba, Mn, Mo, Na, Pb, Zn e os radionuclídeos 238U, 226Ra, 210Pb e 228Ra. Os elementos/radionuclídeos que representam anomalias geoquímicas nas estações ambientais verificadas foram (em ordem de relevância): Mo, Pb, 226Ra, 210Pb, 238U, As, Th, Zn e 228Ra. Os índices de qualidade alertaram para alta influência das atividades da UTM-Caldas na bacia do ribeirão Soberbo, que aparece em todos os grupos de classificação. Com relação à análise de violação dos resultados frente aos valores orientados pela CETESB, destaca-se o elemento Zn, que apredestaca-sentou algumas amostras nas clasdestaca-ses RUIM a PÉSSIMA. Dentre os radionuclídeos somente o 226Ra apresentou concentrações de atividade superiores ao LEL (nível onde não são esperados efeitos nocivos sobre organismos que vivem nos sedimentos em água doce), ou seja, nível 1. O estudo indicou que os efluentes advindos da UTM-Caldas estão causando interferências na qualidade dos
sedimentos fluviais dos cursos d‟agua a jusante, na área de estudo. Sugere-se a elaboração de um plano de remediação ambiental que contemple medidas mitigadoras para as áreas afetadas. O estudo contribuiu para o diagnóstico ambiental no entorno da mina de urânio de Caldas/MG no que se diz respeito à avaliação da qualidade dos sedimentos fluviais e também como referencial teórico visando auxiliar futuros trabalhos correlacionados ao tema.
The Caldas mining-industrial complex, currently named Caldas Ore Treatment Unit (UTM-Caldas), is a unit of the Nuclear Industries of Brazil (INB) and is sited in the municipality of Caldas, in Minas Gerais State. It was in operation between 1982 to 1995, developing mining activities, physical and chemical processing of uranium ore and production of diuranate ammonia (DUA or yellow cake). Currently, the UTM-Caldas is in the process of closing and decommissioning conducted by the National Nuclear Energy Commission - CNEN and the Brazilian Institute for the Environment – IBAMA. The general objective of this work was to evaluate whether the effluents generated from the UTM-Caldas are causing interference in the quality of downstream river sediments in the Taquari river hydrographic basin. A monitoring scheme has been developed, comprising four sampling campaigns in 2010 and 2011, and the samples were analyzed for selected metals-metalloids and radionuclides, using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS), Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES), Ultraviolet-Visible (UV-Vis) Spectroscopy and Gamma-ray Spectrometry. The methodology consisted of the following steps: sampling of sediments; descriptive statistics and graphical analysis of the data; analysis of violation of limit values by results; estimate of the background and geochemical anomalies; application of sediment quality indexes and calculation of the Pearson correlation coefficient. The results showed that the elements which presented increments in their concentrations in the sediments of the environmental stations downstream of the UTM-Caldas were: As, B, Ba, Cr, Mo, Mn, Pb, Zn, 238U, 232Th,
226Ra, 228Ra and 210Pb. Elements/radionuclides representing geochemical anomalies at
the the sampled environmental stations were (in relevance order): Mo, Pb, 226Ra, 210Pb,
238U, As, Th, Zn and 228Ra. The quality indexes warned about the high influence of activities of the UTM-Caldas in the Soberbo creek hydrographic basin, which appears in
all the qualifying groups. Regarding the violation analysis of the results according to the limit values defined by CETESB, the element Zn stands out, which presented some samples within the BAD and VERY BAD classes. Among the radionuclides, only 226Ra exhibited activities above LEL or level 1. This study indicated that the effluent from UTM-Caldas is causing interference in the quality of river sediments of watercourses downstream of the Taquari River Basin. It is suggested the preparation of an environmental remediation plan that includes mitigating measures for the affected areas. This study contributes to the environmental assessment in the vicinity of the uranium mine at Caldas/MG, with respect to the quality assessment of river sediments and also as a theoretical framework aimed at future work related to this issue.
2. OBJETIVOS ... 20
2.1OBJETIVO GERAL ... 20
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 20
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 21
3.1 REVISÃOBIBLIOGRÁFICATEÓRICO-CONCEITUAL ... 21
3.1.1 RADIONUCLÍDEOS ... 21
3.1.2 GEOQUÍMICA DOS RADIONUCLÍDEOS ... 24
3.1.3 ASPECTOS GERAIS DOS SEDIMENTOS FLUVIAIS ... 27
3.1.3.1 Conceitos e importância ambiental ... 27
3.1.3.2 Transporte de sedimentos fluviais ... 27
3.1.4 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DOS SEDIMENTOS ... 29
3.1.5 ÍNDICES DE QUALIDADE DE SEDIMENTOS ... 31
3.1.5.1 Igeo (Índice de geoacumulação) ... 31
3.1.5.2 Fator de enriquecimento – FE ... 32
3.1.6 LEGISLAÇÃO PERTINENTE ... 34
3.1.7 METODOLOGIA DE REMEDIAÇÃO/MITIGAÇÃO DE SEDIMENTOS CONTAMINADOS ... 37
3.1.8 DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS (DAM) ... 38
3.1.9 COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO DE PEARSON ... 40
3.2 REVISÃOBIBLIOGRÁFICA(HISTÓRICOETRABALHOSANTERIORES) ... 42
3.2.1 DADOS HISTÓRICOS DA UTM-CALDAS ... 42
3.2.2 MEDIDAS DE REMEDIAÇÃO CONTIDAS NO PLANO DE RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS DA UTM CALDAS COM INFLUÊNCIA NA RESTAURAÇÃO DA QUALIDADE DOS SEDIMENTOS ... 43
3.2.3 QUALIDADE DAS ÁGUAS E DOS SEDIMENTOS NA ÁREA DE ESTUDO ... 44
4 CARACTERÍSTICAS DA UTM-CALDAS E DA ÁREA DE ESTUDO ... 47
4.1 CARACTERÍSTICAS DA ÁREA DE ESTUDO ... 47
4.1.1 ASPECTOS LOCACIONAIS ... 47
4.1.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E BIÓTICAS ... 48
4.1.3 USO E OCUPAÇÃO DO SOLO ... 50
4.2 ASPECTOS OPERACIONAIS E GESTÃO DOS REJEITOS/RESÍDUOS DA UTM-CALDAS ... 50
5 MATERIAIS E MÉTODOS ... 55
5.4 ESTATÍSTICA DESCRITIVA E ANÁLISE GRÁFICA ... 61
5.5 ANÁLISE DA VIOLAÇÃO DOS RESULTADOS FRENTE AOS VALORES ORIENTADORES E/OU LEGISLADOS ... 61
5.6 ESTIMATIVA DO BACKGROUND GEOQUÍMICO E ANOMALIAS GEOQUÍMICAS ... 62
5.7 APLICAÇÃO DE ÍNDICES DA QUALIDADE DE SEDIMENTOS ... 63
5.7.1 Igeo (índice de geoacumulação)... 63
5.7.2 Fator de enriquecimento – FE ... 63
5.8 COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO DE PEARSON ... 63
6 RESULTADOS ... 64
6.1 CADASTRO, ESTATÍSTICA DESCRITIVA E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 64
6.2 DETERMINAÇÃO DO BACKGROUND GEOQUÍMICO E IDENTIFICAÇÃO DE ANOMALIAS ... 80
6.3 ANÁLISE DA VIOLAÇÃO DOS RESULTADOS FRENTE AOS VALORES ORIENTADORES ... 86
6.4 APLICAÇÃO DOS ÍNDICES DE QUALIDADE EM SEDIMENTO ... 87
6.4.1 IGEO(METAIS E METALÓIDES) ... 87
6.4.2 IGEO(RADIONUCLÍDEOS) ... 89
6.4.3 FE(METAIS E METALÓIDES) ... 90
6.4.4 FE(RADIONUCLÍDEOS) ... 93
6.4.5 AVALIAÇÃO DOS PIORES IGEO E FE ... 95
6.4.6 CONCLUSÕES SOBRE A APLICAÇÃO DOS ÍNDICES DE QUALIDADE DE SEDIMENTO ... 143
6.5 CÁLCULO DO COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO DE PEARSON ... 149
6.5.1 ANÁLISE DAS CORRELAÇÕES ENTRE OS PARES DE ELEMENTOS/RADIONUCLÍDEOS .... 150
7 CONCLUSÃO ... 155
8 REFERÊNCIAS ... 158
ANEXOS ... 168
Figura 3 – Relação entre bacia hidrográfica e transporte de sedimentos. ... 29
Figura 4 – Representação dos possíveis enquadramentos na avaliação de qualidade dos sedimentos, segundo CETESB (2010) ... 36
Figura 5 - Esquema de ocorrência da DAM ... 39
Figura 6 - Localização da área de estudo ... 48
Figura 7 – Fluxograma simplificado do processo de produção do urânio na UTM-Caldas ... 51
Figura 8 – Instalações da UTM-Caldas ... 52
Figura 9 – À esquerda, BF4 e à direita BNF (bacia Nestor Figueiredo) ... 53
Figura 10 – À esquerda, unidade de neutralização de águas ácidas e, à direita, cava da mina para onde é direcionado o resíduo proveniente do tratamento ... 53
Figura 11 – Barragem de Rejeitos (BR) ... 54
Figura 12 – Localização das estações de amostragem de sedimentos ... 57
Figura 13 – Fluxograma das etapas da estimativa do background geoquímico na área de estudo ... 63
Figura 14 - Concentração de elementos metais e metalóides analisados em sedimento (mg/kg) ... 76
Figura 15 - Concentração de elementos metais e metalóideras analisados em sedimento (mg/kg). ... 77
Figura 17 – Classificação CETESB (2010) para os elementos analisados... 86
Figura 18 - IGEO do elemento bário ... 97
Figura 19 - FE do elemento bário ... 98
Figura 20 - IGEO do elemento manganês ... 99
Figura 21 - FE do elemento manganês ... 100
Figura 22 - IGEO do elemento molibdênio ... 101
Figura 23 - FE do elemento molibdênio ... 102
Figura 24 - IGEO do elemento urânio ... 103
Figura 25 - FE do elemento urânio ... 104
Figura 26 - IGEO do elemento estrôncio ... 105
Figura 27 - FE do elemento estrôncio ... 106
Figura 28 - IGEO do 226Ra (média das quatro campanhas) ... 107
Figura 29 - FE do 226Ra ... 108
Figura 30 - IGEO do elemento boro ... 111
Figura 31 - FE do elemento boro ... 112
Figura 32 - IGEO 210Pb (média das quatro campanhas) ... 113
Figura 33 - FE do elemento 210Pb ... 114
Figura 34 - IGEO do radionuclídeo 238U (média das quatro campanhas) ... 116
Figura 35 - FE do radionuclídeo 238U ... 117
Figura 36 - IGEO do elemento cálcio ... 118
Figura 37 - FE do elemento cálcio ... 119
Figura 38 - IGEO do elemento cobalto ... 120
Figura 39 - FE do elemento cobalto ... 121
Figura 40 - IGEO do elemento lítio ... 122
Figura 41 - FE do elemento lítio ... 123
Figura 42 - IGEO do elemento zinco ... 124
Figura 43 - FE do elemento zinco ... 125
Figura 44 - IGEO do elemento arsênio ... 128
Figura 49 - IGEO do elemento tório ... 133
Figura 50 - FE do elemento tório ... 134
Figura 51 - IGEO do elemento sódio ... 135
Figura 52 - FE do elemento sódio ... 136
Figura 53 - IGEO do radionuclídeo 232Th (média das quatro campanhas) ... 137
Figura 54 - FE do radionuclídeo 232Th ... 138
Figura 55 - IGEO do radionuclídeo 228Ra (média das quatro campanhas) ... 139
Figura 56 - FE do radionuclídeo 228Ra ... 140
dados com CV≥0,5 ... 65
Tabela 3 - Estatística descritiva dos dados (radionuclídeos). Foram sublinhados os dados com CV≥0,5... 73
Tabela 4 - Estatística descritiva dos dados (COT). Foram sublinhados os dados com CV≥0,5 ... 74
Tabela 5 – Valores de background e threshold de cada parâmetro calculados para cada estação de referência ... 81
Tabela 9 - Valores de IGEO de metais e metalóides ... 87
Tabela 10 - Valores de IGEO de metais e metalóides ... 88
Tabela 11 - No de ocorrências dos elementos no período de amostragem (2010-2011) com IGEO maior que 2 (já considerados de moderadamente a muito contaminados) ... 89
Tabela 12 - Média do IGEO para radionuclídeos analisados ... 90
Tabela 13 - No de ocorrências de IGEO maior que 2 para os radionuclídeos ... 90
Tabela 14 - Valores do FE para metais e metalóides ... 91
Tabela 15 - Valores do FE para metais e metalóides ... 92
Tabela 16 - No de ocorrências dos elementos no período de amostragem (2010-2011) com FE maior que 3 (já considerado moderadamente enriquecido) ... 93
Tabela 17 - FE dos radionuclídeos analisados em sedimento. ... 94
Tabela 18 - No de ocorrências dos radionuclídeos no período de amostragem (4ª e 5ª campanhas) com FE maior que 3 (grau de enriquecimento superior ou igual a “moderadamente enriquecido”) ... 95
Quadro 3 - Grau de enriquecimento em função do valor do FE... 34
Quadro 4 – Valores orientados para sedimentos das principais legislações mundiais ... 35
Quadro 5 – Classe de qualidade dos sedimentos segundo CETESB (2010) ... 36
Quadro 6 – Metodologias de remediação de sedimentos em áreas contaminadas (EPA, 2005 e MULLIGAN et al., 2010) ... 38
Quadro 7 – Principais alternativas para recuperação ambiental da UTM Caldas ... 44
Quadro 8 - Determinações analíticas efetuadas nas amostras de sedimentos ... 59
Quadro 9 – Limites de quantificação (LQ) dos métodos utilizados ... 60
Quadro 10 – Referências dos limites adotados para avaliação dos resultados ... 61
Quadro 11 – Anomalias geoquímicas ... 85
Quadro 12 - Consolidação dos resultados de avaliação dos índices de qualidade ... 144
Quadro 13 - Consolidação dos resultados de avaliação dos índices de qualidade ... 145
Quadro 14 - Consolidação dos resultados de avaliação dos índices de qualidade ... 146
BG - Background
BNF – Bacia Nestor Figueiredo BR – Barragem de Rejeito
CAPC – Complexo Alcalino de Poço de Caldas
CCME - Canadian Council of Ministers of the Environment CDTN – Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear CETESB – Companhia Ambiental do estado de São Paulo CIPC – Complexo Industrial de Poços de Caldas
CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente COT – Carbono Orgânico Total
CT – Contaminação por Tóxicos CV – Coeficiente de Variação D1 e D2 – Bacias de rejeito
DAM – Drenagem Ácida de Minas
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral DUA – Diuranato de amônio
EPA - Environmental Protection Agency FE – Fator de Enriquecimento
FLAA - Espectroscopia de absorção atômica por chama
GFAA - Espectroscopia de absorção atômica por forno de grafite IAEA - International Atomic Energy Agency
IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineiração
ICP-AES - Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry ICP-MS - Inductively Coupled Plasma with Mass Spectrometry
IGEO – Índice de Geoacumulação INB – Indústrias Nucleares do Brasil
INCT-ACQUA - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia - Recursos Minerais, Água e Biodiversidade
PRAD – Plano de Recuperação de Áreas Degradadas SEL - Severe Effect Level
TEL - Threshold Effect Level
UTAA – Unidade de Tratamento de Águas Ácidas
UTM-Caldas – Unidade de Tratamento de Minérios de Caldas UV-Vis - Espectroscopia no Ultravioleta Visível
1.
INTRODUÇÃO
Segundo Sánchez (2010), o impacto ambiental pode ser causado por ações humanas que impliquem: supressão, inserção e sobrecarga de certos compartimentos do meio ambiente. As atividades de mineração causam as ações supracitadas e os empreendedores envolvidos devem promover planos de remediação para as áreas impactadas, segundo as normas regentes.
A constituição do Brasil de 1988, em seu § 2º determina que: “Aquele que explorar recursos minerais fica obrigado a recuperar o meio ambiente degradado, de acordo com solução técnica exigida pelo órgão público competente, na forma da lei”. Desta forma, ações que visem incorporar a sustentabilidade ambiental às atividades minerárias devem ser priorizadas na elaboração dos projetos.
Em 1989, o Decreto Federal nº 97.632 (que regulamenta o art. 2º, VIII, da Lei n° 6.938/81) estabeleceu a necessidade de preparação de um Plano de Recuperação de Áreas Degradadas (PRAD) para todas as atividades de extração mineral. Esta ação tem por objetivo o retorno do sítio degradado a uma forma de utilização, de acordo com um plano pré-estabelecido para o uso do solo, visando à obtenção de uma estabilidade do meio ambiente (SÁNCHEZ, 2010).
Segundo IBRAM (2013), o fechamento de uma mina deve ser planejado antes de seu processo de abertura. Tal estudo deve contemplar ações como monitoramento, manutenção da área, vigilância e programas sociais, de forma a se atingir o mínimo de impactos negativos ao meio físico, biótico e socioeconômico.
concentração de Fe, SO42- e de metais tóxicos (WILLIAMS, 1975; USEPA, 1996;
DREVER, 1997; CANOVAS, 2007).
Desta forma, as medidas de mitigação devem englobar ações para controle e monitoramento da DAM, pois sua ocorrência pode levar ao carreamento de efluentes com elevadas concentrações de metais solubilizados, resultando em riscos à saúde humana e ao meio ambiente por longos períodos após o fechamento da mina. Além disso, o monitoramento contínuo da eficácia das barragens de rejeito deve ser realizado de forma a se verificar a qualidade dos corpos hídricos das bacias de influência do empreendimento.
A avaliação da qualidade dos sedimentos em áreas sob a ação da DAM reveste-se de grande importância, pois este fenômeno pode causar o desencadeamento de reações que produzem baixo pH (acidificação) na água. Como consequência há maior probabilidade de mobilização de metais que possam estar contidos nos sedimentos (de origem natural ou antropogênica). A solubilidade de metais aumenta com o decréscimo do pH e consequentemente os metais retidos nos sedimentos migram para a coluna d´água em decorrência do baixo pH, permanecendo disponíveis para incorporação nas cadeias alimentares e em todo o ecossistema aquático (GUIMARÃES, 2007).
O complexo mínero industrial de Caldas das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), denominado de Unidade de Tratamento de Minérios de Caldas (UTM-Caldas) foi o primeiro empreendimento no Brasil a produzir concentrado de urânio e atualmente encontra-se em processo de decomissionamento. A UTM-Caldas iniciou suas atividades em 1982 e as encerrou definitivamente em 1995. Durante os treze anos de operação foram produzidos 1.242 toneladas de yellow cake (concentrado de óxidos de urânio), geradas 44,8×106m3 de rejeitos/resíduos (rocha e solo) da mineração e 2,39×106 m3 de rejeitos do processamento químico do minério (FERNANDES et al., 1995; FERNANDES et al., 1996; FERNANDES et al., 1998).
No contexto do descomissionamento e com vistas a atender demandas dos órgãos licenciadores, a INB apresentou em 2012 o Plano de Recuperação de Áreas Degradadas para a UTM-Caldas (PRAD/UTM-Caldas) ao IBAMA. Após analisar o PRAD, houve a solicitação de um parecer à operadora para a apresentação do projeto executivo assim como o estabelecimento de cronograma de implantação das atividades propostas no plano. Em 2014 a INB, o IBAMA e a CNEN iniciaram a elaboração de um memorando de entendimento conjunto, com o objetivo de se estabelecer um fórum oficial para discutir, orientar e recomendar ações com vistas à remediação ambiental e o descomissionamento da UTM-Caldas (CARVALHO FILHO, 2014).
Visando contribuir com a INB, com os órgãos competentes e com a comunidade local nas ações referentes ao decomissionamento da UTM-Caldas, assim como estabelecer e acrescentar sua competência interna, o Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN propôs em 2009 uma linha de pesquisa no escopo dos trabalhos do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Recursos Minerais, Água e Biodiversidade INCT-ACQUA (http://www.acqua-inct.org/index.php). As atividades correlacionam-se a caracterização do passivo ambiental existente naquela unidade da INB, especificamente na “Caracterização, monitoramento da qualidade ambiental e recuperação de áreas degradadas pela indústria mineral, incluindo a recuperação de
2.
OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral da dissertação foi avaliar se efluentes advindos da UTM-Caldas estão causando interferências na qualidade dos sedimentos fluviais dos cursos d‟agua a jusante, na bacia hidrográfica do rio Taquari.
2.2Objetivos Específicos
a) Caracterizar as fontes potenciais de contaminação da UTM-Caldas, com ênfase na composição química e radioativa dos sedimentos depositados nas bacias de retenção de efluentes oriundos do bota-fora da mineração e da barragem de rejeitos;
b) Avaliar a qualidade dos sedimentos fluviais, confrontando as concentrações dos parâmetros químicos e radioativos com as normas e guias nacionais e internacionais;
c) Estimar o background geoquímico (BG) para cálculo do threshold (limiar) e identificar as anomalias geoquímicas para cada bacia hidrográfica da área de estudo;
d) Aplicar e comparar os índices da qualidade de sedimentos, visando avaliar o grau de contaminação dos metais;
3.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1REVISÃO BIBLIOGRÁFICA TEÓRICO-CONCEITUAL
3.1.1 Radionuclídeos
Segundo Tauhata et al. (2014), as radiações são causadas por processos de ajustes ocorrentes no núcleo ou nas camadas eletrônicas, ou pela interação de outras radiações ou partículas com o núcleo ou com o átomo. Um nuclídeo (nome dado a um átomo caracterizado por um número atômico e um número de massa) é estável (não emite partículas ou radiações) quando; a) a razão entre o número de prótons e nêutrons é tal que os nêutrons contrabalancem as forças repulsivas entre os prótons; b) os núcleons (representados por prótons e nêutrons) não se encontrem excitados (com energias superiores a do estado fundamental).
Existem dois tipos de transições (entre diferentes níveis de energia do núcleo) que são diferenciadas somente pelos níveis ou subníveis em que ocorrem. Nas transições nucleares, quando excitados, os núcleons são deslocados para níveis energéticos mais elevados e no restabelecimento do equilíbrio eles emitem a energia absorvida sob a forma de radiação gama. Além das radiações gama (que são fótons, ou radiações eletromagnéticas de alta energia), os núcleos instáveis também podem emitir partículas, alcançando assim razões nêutron/próton (N/Z) mais estáveis. Tais radiações podem ser: a) alfa: dois prótons e dois nêutrons (um núcleo de hélio) são emitidos; b) beta: um elétron é emitido pelo núcleo, resultante da transformação de um nêutron em um próton; c) emissão de pósitron: quando um próton se transforma num nêutron para o núcleo atingir uma razão N/Z mais estável. Raios-X podem resultar destas transições quando um elétron da coroa eletrônica é capturado pelo núcleo (também para se obter uma razão N/Z mais estável). Destaca-se que devido à alta magnitude das forças atuantes dentro do núcleo atômico (forças fortes), as radiações nucleares são altamente energéticas quando comparadas com as radiações emitidas pelas camadas eletrônicas (TAUHATA et al., 2014).
No processo de captura rápida de nêutrons durante o processo do big-bang ou da explosão de uma supernova, a maioria dos núcleos dos elementos químicos sintetizados eram instáveis. Em um curto intervalo de tempo muitos se tornaram estáveis ao emitir radiações, por terem a meia-vida muito pequena. Os nuclídeos de meia-vida muito longa (da ordem de bilhões de anos) em conjunto com os estáveis, compuseram os corpos cósmicos e a crosta terrestre por mecanismos de acumulação gradual. Elementos como o 40K, 235U, 238U e 232Th contribuem, conjuntamente com os radionuclídeos originados pelo decaimento dos três últimos e os cosmogênicos (que são continuamente gerados pelo bombardeio das radiações cósmicas), para a ocorrência da radioatividade natural na crosta terrestre.
Existem somente três séries ou famílias radioativas naturais, conhecidas: a série do urânio, a série do actínio e a série do tório. Todas terminam em isótopos estáveis do chumbo (Figura 1 e Figura 2).
Figura 1 – Séries radioativas naturais
Figura 2 – Desintegração radioativa do 238U (Completa)
Fonte: Disponível em: <http://www.feiradeciencias.com.br/sala23/23_MA05.asp>. Acesso em: 09/04/2016.
A radiação liberada por um radionuclídeo (sob forma de partículas alfa e beta ou energia – raios gama) é classificada como radiação ionizante, pois é capaz de arrancar de elétrons de átomos do meio atravessado, ionizando-os e tornando-os eletricamente carregados. O efeito das radiações ionizantes em um indivíduo (ou, de uma maneira geral, em um alvo da radiação) depende de alguns fatores tais como: da taxa de exposição, da dose absorvida e da forma da exposição. Entretanto, qualquer dose absorvida, inclusive doses provenientes de radiação natural, pode dar origem a câncer ou doenças correlacionadas (via alterações no DNA), bem como matar células (CARDOSO, 2007).
Grande importância é dada ao nuclídeo 235U (isótopo natural do urânio), também chamado de combustível nuclear, por poder substituir o óleo ou o carvão, para gerar calor nas usinas nucleares. Segundo INB (2015), as reservas mundiais de urânio se distribuem entre Austrália, Cazaquistão, Rússia e África do Sul. O Brasil é a sétima maior reserva geológica de urânio do mundo, com cerca de 309.000 toneladas de U3O8 nos estados da Bahia, Ceará, Paraná e Minas Gerais.
Quadro 1 – Principais impactos ambientais negativos da mineração de urânio
Tipo de poluição Causa Descrição
Poluição Atmosférica conjunto com o gás radônio Poeira radioativa em
São gerados no beneficiamento do urânio,
nas etapas de extração mineral, britagem e gerenciamento de estéreis
e rejeitos. Principal exemplo: 230Th.
Poluição Hídrica
Vazamento de material radioativo das áreas de beneficiamento mineral
A percolação das águas contaminadas por materiais radioativos pode
gerar a contaminação das bacias hidrográficas nas
áreas de influencia do empreendimento. Exs.:
210Pb e 210Po.
Poluição do solo
Incorreta disposição de rejeitos resultantes do beneficiamento do urânio ou
vazamento de material radioativo
Com o fechamento de uma mina, a contaminação radioativa ambiental pode
permanecer, devido à meia-vida do 238U ser
muito longa. Exs.: 230Th e 226Ra.
Fonte: CHAREYRON, 2008 apud SILVA, 2015.
Destaca-se que o diagnóstico ambiental de áreas impactadas por atividade de mineração de urânio deve atentar principalmente aos perigos para a saúde da população envolvida.
3.1.2 Geoquímica dos radionuclídeos
Compreender a geoquímica dos radionuclídeos é fundamental para estudar a distribuição e migração dos mesmos nos diferentes compartimentos do meio ambiente. Apresenta-se a seguir uma breve descrição dos radionuclídeos de maior relevância para a presente dissertação. Estes subitens foram baseados nos trabalhos de Reimann e Caritat (1998); Abdelouas (2006) e Carvalho Filho (2014).
3.1.2.1Urânio
O minério de urânio é constituído dos seguintes óxidos do elemento: UO2, UO3 e
U3O8. Destaca-se que em uma amostra de urânio geralmente encontra-se (em média),
Dentre as características geoquímicas, os principais minerais característicos deste elemento são: uraninita/pechblenda (UO2); brannerita ((U, Ca, Ce)(Ti,Fe)2O6) e
carnotita (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O). Possui alta mobilidade ambiental em condições
oxidantes, condições ácidas e alcalinas a neutras. Na natureza o urânio prevalece nos estados de oxidação U6+ e U4+. Em condições oxidantes o U6+ estabelece-se como íon uranila UO22+, que é solúvel em água e em condições redutoras o U4+ precipita como
UO2 que é extremamente insolúvel. Em áreas de extração, esporadicamente, a atividade
de microrganismos (bactérias anaeróbicas) na presença de ambientes redutores onde as bactérias promovem a redução do U6+ para U4+, pode acarretar a precipitação da uraninita (UO2), altamente insolúvel.
3.1.2.2Rádio
O rádio contêm vinte e cinco isótopos dos quais quatro são encontrados na natureza (223Ra, 224Ra, 226Ra e o 228Ra), sendo o 226Ra o mais comum e o mais estável. Desintegra-se com uma meia vida de 1620 anos, produzindo uma emanação gasosa de hélio e de radônio (Figura 2).
O mineral característico do rádio é a radiobarita ((Ba,Ra)SO4). É altamente
radiotóxico e quimiotóxico, com características carcinogênicas. Destaca-se que rejeitos provenientes do beneficiamento do urânio possuem, geralmente, todo o conteúdo de
226Ra inicialmente presente no minério. Nestas condições o rádio encontra-se sorvido e
coprecipitado com oxihidróxidos de ferro e manganês, gipso (Ca(SO4).H2O) e barita
(Ba(SO4)).
3.1.2.3Chumbo
O chumbo geralmente não é encontrado no seu estado elementar, sendo o mineral mais comum, o sulfeto, denominado de galena (86,6% de Pb). Pode ser encontrado em vários minerais de urânio e de tório, já que certos isótopos do chumbo são provenientes das desintegrações radioativas dos radionuclídeos das séries.
A galena (PbS), anglesita (PbSO4), cerussita (PbCO3), minium (Pb3O4) são os
atmosfera, e precipitado na superfície da terra, o que leva a uma alta capacidade de transporte e redistribuição, como em detonações nas atividades de lavra.
3.1.2.4Tório
O tório é encontrado em quantidades pequenas na maioria das rochas e solos e ocorre em diversos minerais, tais como o mineral tório-fosfato e monazita ((Ce,La,Nd,Th)(PO4,SiO4)), que contém até 12% de óxido de tório. Trata-se de um
elemento litófilo.
Vinte e cinco radioisótopos são provenientes do mesmo, sendo os mais abundantes: o 232Th (meia-vida - 14,05 bilhões de anos), 230Th (meia-vida – 75.380 anos), 229Th (meia-vida de 7.340 anos), e 228Th (meia-vida de 1,92 anos).
3.1.3 Aspectos gerais dos sedimentos fluviais
3.1.3.1Conceitos e importância ambiental
Segundo Carvalho (2008), o termo sedimento se refere à partícula derivada da rocha/solo, ou de materiais biológicos que pode ser transportada por um fluido ou vento do lugar de origem aos rios e locais de deposição.
Os efeitos dos sedimentos sobre o meio ambiente estão associados à erosão, transporte e depósito dos mesmos. Dentre os benefícios associados aos sedimentos estão: atuarem como redutores de outros poluentes, servirem como meio no qual ocorrem às reações químicas e como condutores de microrganismos ou matéria orgânica para a flora fluvial, fornecerem matéria fértil natural aos sistemas em geral (CARVALHO, 2008).
Dentre os efeitos maléficos dos sedimentos ao meio ambiente pode-se citar que quando os sólidos em suspensão podem afetar desfavoravelmente os peixes. Isto ocorre pela redução da taxa de crescimento causada pelo impedimento do desenvolvimento de ovos e larvas. Além disso, podem influenciar nos movimentos migratórios por reduzir a quantidade de alimento disponível. Outros impactos causados nos ecossistema pelos sedimentos são: influencia na turbidez da água (reduzindo a penetração de luz na água e prejudicando a cadeia primária e os alimentos para os peixes) e na absorção de calor pelo material particulado (diminuindo a mistura vertical) e na dispersão de oxigênio dissolvido e de nutrientes na camada profunda. Também podem ser poluentes e atuar como portadores de outros poluentes (nutrientes químicos, inseticidas, herbicidas, metais) (CARVALHO, 2008).
3.1.3.2Transporte de sedimentos fluviais
Neste contexto, as cargas sólidas são definidas da seguinte forma (SUBCOMMITTEE ON SEDIMENTATION, 1963 apud CARVALHO, 2008):
Carga sólida de arrasto: Consistem em partículas de sedimento que rolam ou
escorregam longitudinalmente no curso d‟água, onde as mesmas sempre se
encontram em contato com o leito;
Carga sólida saltante: cujas partículas pulam no decorrer do curso d‟água por efeito de correnteza ou pelo impacto com outra partícula;
Carga sólida em suspensão: composta por partículas que são suportadas pelas componentes verticais das velocidades do fluxo turbulento e carreadas pelas componentes horizontais.
Segundo Carvalho (2008), a distribuição de sedimentos nos cursos d‟água varia
conforme a descarga dos mesmos no leito. Quando há uma grande quantidade de carga
sólida, haverá a formação dos depósitos pela “agradação” dos mesmos no leito do rio. Verticalmente, as partículas mais grossas do sedimento em suspensão (areias) apresentam uma variação de tamanho crescente da superfície para o leito. Já as partículas finas (silte e argila) possuem distribuição uniforme na vertical.
O fenômeno de transporte de sedimentos também causa influências na distribuição
longitudinal do curso d‟água. Nas cabeceiras há predominância de sedimentos maiores
(pedras, pedregulhos e seixos), sendo que há o fracionamento dos mesmos na medida em que são transportados. A jusante do curso mais material fino é produzido e depositado nas margens sobre forma de lama. A foz é composta principalmente por sedimentos finos (argila ou silte) (CARVALHO, 2008).
Figura 3 – Relação entre bacia hidrográfica e transporte de sedimentos.
Fonte: CARVALHO, 2008.
Uma bacia hidrográfica com vegetação preservada produz sedimento fino conforme o tipo de solo. Já uma bacia com pouca cobertura vegetal com extensas áreas agriculturáveis produz muito sedimento grosso (CARVALHO, 2008).
3.1.4 Avaliação da qualidade dos sedimentos
Os sedimentos possuem grande importância ambiental pela capacidade de armazenar materiais pouco solúveis e desta forma, torná-los disponíveis para a assimilação de ecossistemas. O lançamento de altas cargas de substâncias tóxicas em corpos hídricos tem contribuído para afetar a qualidade dos sedimentos e, consequentemente potencializar a estocagem de substâncias que podem levar a contaminação da base da cadeia alimentar (RULE, 1986 apud GUIMARÃES, 2007).
Substâncias químicas são liberadas no ambiente por meios naturais ou antrópicas causando acumulação de partículas dissolvidas, coloidais, suspensas ou de maior tamanho (que tendem a se depositar no fundo de ecossistemas aquáticos). A acumulação
destas partículas pode originar “reservatórios” de substâncias químicas, que, no longo prazo, tornam-se causadores de danos toxicológicos a organismos que vivam ou tenham contato direto com estes sedimentos. Para tanto, torna-se fundamental a compreensão das relações entre concentrações de certos elementos e substancias químicas em sedimentos e a ocorrência dos possíveis efeitos biológicos adversos (CCME, 2005).
A avaliação da qualidade dos sedimentos de uma bacia hidrográfica pode basear-se em variáveis físicas, químicas, hidrobiológicas e toxicológicas (CETESB, 2008).
As variáveis físicas, segundo a CETESB (2008), incluem a distribuição granulométrica, a quantidade dos resíduos (principalmente voláteis) e o teor de umidade das amostras. Uma amostra com grande quantidade de finos (representada por silte, argila e areia fina) aumenta a probabilidade da detecção dos contaminantes visados na avaliação da qualidade do sedimento em uma determinada bacia hidrográfica ou corpo hídrico. A análise granulométrica também permite verificar o aspecto temporal de tal contaminação (origem atual ou remota). Os parâmetros químicos se baseiam na avaliação da qualidade das águas de estudo.
A variável hidrobiológica se baseia na comunidade bentônica, ou seja, no conjunto de organismos que vive todo ou parte de seu ciclo de vida no substrato de fundo de ambientes aquáticos (CETESB, 2008).
Já a variável toxicológica fundamenta-se nas deformidades ou anomalias morfológicas, em geral de caráter teratogênico, que podem indicar a presença de contaminantes inorgânicos (metais) ou orgânicos no ambiente aquático. Há também a utilização de ensaios ecotoxicológicos que consistem na determinação de efeitos tóxicos causados por um ou por uma mistura de agentes químicos, sendo tais efeitos detectados por respostas fisiológicas de organismos aquáticos (CETESB, 2008).
A amostragem de materiais de drenagem para avaliação da qualidade de sedimentos pode consistir principalmente na coleta de (CPRM, 2003):
Sedimento ativo de corrente: composto por material coletado no leito ativo das drenagens (frações silte e argila);
Água: proveniente de drenagens, lagos e lagoas, poços e fontes é coletada para avaliações geoquímicas;
Overbank: material coletado nos terraços de drenagens de baixa ordem (área de drenagem com menos de 1.000 km2), colhidas de forma composta em diversos pontos de uma drenagem.
3.1.5 Índices de qualidade de sedimentos
3.1.5.1Igeo (Índice de geoacumulação)
O Índice de Geoacumulação (Igeo) foi introduzido por Muller e Suess (1979) e é largamente empregado nos estudos de avaliação de contaminação de metais pesados em sedimentos aquáticos. O Igeo é definido pela seguinte expressão (Equação 1):
[ ( ⁄ )] (1)
Onde Cn é a concentração (mg/kg) de determinado elemento numa fração granulométrica determinada; Bn é o valor (mg/kg) de background do elemento nessa mesma fração, podendo ser calculado ou adotado da literatura, onde usualmente se emprega a concentração média do elemento determinada em folhelhos (valor usualmente encontrado na crosta terrestre); o fator 1,5 da equação é usado para compensar possíveis variações dos dados de background devido a efeitos geogênicos.
2009). Independente do método escolhido torna-se indispensável à diferenciação das fontes de poluição por elementos-traço das fontes naturais desses elementos.
Destaca-se que terraços aluviais, ou seja, locais constituídos por material aluvionar mais antigo e em nível mais alto do que o atual da planície aluvionar (CPRM, 2016) prevalecem como ótimos locais de amostragem para BG. Tais pontos servem como testemunho de um período da evolução desta planície e logo, podem ser usados como referência em estudos ambientais.
Visando avaliar o grau de contaminação dos metais em questão o Igeo é um índice que procura comparar concentrações atuais de um determinado metal com valor de background, supostamente livre da ação antrópica. Com base no valor do Igeo foram definidas sete (7) classes de qualidade dos sedimentos (FÖRSTENER et al., 1993), conforme se apresenta no Quadro 2, sendo que a passagem de uma classe para outra significa dobrar o valor da concentração do elemento.
Quadro 2 - Classes do índice de geoacumulação – Igeo
Igeo Classe
Igeo Qualidade do sedimento
>5 6 Extremamente contaminado
>4 – 5 5 Muito contaminado a extremamente contaminado >3 – 4 4 Muito contaminado
>2 – 3 3 Moderadamente contaminado a muito contaminado >1 – 2 2 Moderadamente contaminado
>0 – 1 1 Não contaminado a moderadamente contaminado <0 0 Não contaminado
Fonte: FÖRSTENER et al., 1993.
3.1.5.2Fator de enriquecimento – FE
(BAPTISTA NETO et al., 2006). Essas normalizações resultam num fator de enriquecimento do metal em análise.
O conceito de Fator de Enriquecimento (FE) de um metal foi estabelecido por Birch (2003), adotando o ferro como normalizante e definindo a seguinte expressão (Equação 2):
( ⁄ ) ( ⁄ ) (2)
Onde: Me amostra = concentração do metal no sedimento amostrado;
El amostra = concentração do elemento normalizante no sedimento amostrado; Me folhelho = concentração do metal no folhelho de referência;
El folhelho = concentração do elemento normalizante no folhelho de referência.
Birch (2003) normalizou as concentrações do metal encontradas no sedimento em análise em função da concentração do Fe e do metal em um folhelho de referência ou padrão (KRAUSKOPF & BIRD, 1995). Podem-se utilizar outras referências, como por exemplo, o valor médio do metal na crosta (GONZÁLES-MACIAS et al., 2006) e o valor de background do metal e do normalizante na área de estudo (BAPTISTA NETO et al., 2006). Nesse último caso, deve-se ter certeza que os valores empregados como background tenham sido obtidos em sedimentos sem contribuição antropogênica.
Vários elementos tidos como conservativos já foram empregados em normalizações, como por exemplo: alumínio (BALLS et al., 1997; HUANG AND LIN, 2003; BAPTISTA NETO et al., 2006); lítio (ALOUPI & ANGELIDIS, 2001; SOTO-JIMÉNES & PÁEZ-OSUMA, 2001); césio (ACKEMAN, 1980) e ferro (BAPTISTA NETO et al., 2006).
Quadro 3 - Grau de enriquecimento em função do valor do FE
FE Grau de enriquecimento
<1 não há enriquecimento
1-3 pouco enriquecido
3-5 moderadamente enriquecido
5-10 enriquecimento moderadamente
severo
10-25 enriquecimento severo
25-50 enriquecimento muito severo
>50 enriquecimento extremamente severo
Fonte: CHEN et al., 2007.
3.1.6 Legislação pertinente
No Brasil não há uma legislação específica com valores orientadores para a qualidade dos sedimentos fluviais. Essa ausência pode ser em parte resolvida ao se adotar a Resolução CONAMA nº 454 (CONAMA, 2012), que dentre outras considerações, estabelece os valores orientadores para materiais a serem dragados em águas jurisdicionais brasileiras. Esses valores são idênticos àqueles sugeridos pelo Canadian Council of Minister of the Environment (CCME, 2002; CCME, 2005).
As Diretrizes para Avaliação da Qualidade de Sedimentos (Sediment Quality Guidelines - SQG) fornecem valores cientificamente validados para a observação de efeitos biológicos adversos em sistemas aquáticos. O objetivo é avaliar se a exposição a concentrações de determinados elementos ou substâncias químicas podem causar qualquer dano biológico adverso ao organismo envolvido (CCME, 2001).
Quadro 4 – Valores orientados para sedimentos das principais legislações mundiais NORMA ENTIDADE/ANO VALORES ORIENTADOS (mg/kg)
Guidelines for the pollutional classification of Great Lakes Harbor
sediments
United States Environmental Protection Agency/
1977
Metais Não
poluído Moderadamente poluído poluído Muito
Arsênio <3 3-8 >8
Cádmio * * >6
Chumbo <40 40-60 >60
Cobre <25 25-50 >50
Cromo <25 25-75 >75
Zinco <90 90-200 >200
Níquel <20 20-50 >50
Ferro 17000 17000-25000 25000
Manganês <300 300-500 >500
Bário <20 20-60 >60
Guidelines for the protection and management of aquatic sediment quality in Ontario
Ontario Ministry of the Environment and
Energy/1993
Metais LEL3 SEL4
Arsênio 6 33
Cádmio 0,6 10
Chumbo 31 250
Cobre 16 110
Cromo 26 110
Mercúrio 0,2 2
Zinco 120 820
Níquel 16 75
Ferro (%) 2 4
Manganês 460 1100
Canadian Sediment Quality Guidelines for the Protection of
Aquatic Life
Canadian Council of Ministers of the Environment/ 2002
Metais TEL1 PEL2
Arsênio 5,9 17
Cádmio 0,6 3,5
Chumbo 35 91,3
Cobre 35,7 197
Cromo 37,3 90
Mercúrio 0,17 0,486
Zinco 123 315
Resolução CONAMA nº 454
(que revogou as Resoluções nº 344 de 2004 e nº 421 de
2010)
Conselho Nacional do Meio Ambiente/2012
Metais Nível 15 Nível 26
Arsênio 5,9 17
Cádmio 0,6 3,5
Chumbo 35 91,3
Cobre 35,7 197
Cromo 37,3 90
Mercúrio 0,17 0,486
Níquel 18 35,9
Zinco 123 315
Obs.: 1TEL = Threshold Effect Level (Concentração abaixo da qual raramente são esperados
efeitos adversos a organismos); 2PEL = Probable Effect Level (Concentração acima da qual é
frequentemente esperado efeito deletério à biota); 3Lowest Effect Level (Nível de contaminação
de sedimentos que pode ser tolerado pela maioria dos organismos bentônicos); 4Severe Effect
Level (Nível de contaminação de sedimentos que pode causar distúrbios para a maioria dos organismos bentônicos); 5Nível 1 (Limiar abaixo do qual ha menor probabilidade de efeitos
adversos à biota);6Nível 2 (limiar acima do qual há maior probabilidade de efeitos adversos à
biota).
Fonte: EPA, 1977; OMEE, 1993; CCME, 2002; CONAMA, 2012.
Quadro 5 – Classe de qualidade dos sedimentos segundo CETESB (2010)
Qualidade Concentração
Ótima Inferior a TEL.
Boa Faixa entre TEL e a concentração correspondente a 50% da distância entre TEL
e PEL, somado a TEL.
Regular Faixa superior a 50% da distância entre TEL e PEL, somado a TEL e inferior a PEL. Ruim Faixa entre PEL e a concentração
correspondente a 1,5 x de seu próprio valor Péssima Acima de 1,5 x PEL.
Fonte: CETESB, 2010.
Figura 4 – Representação dos possíveis enquadramentos na avaliação de qualidade dos sedimentos, segundo CETESB (2010)
Fonte: <http://www.cetesb.sp.gov.br/userfiles/file/agua/aguas-superficiais/aguas-interiores/documentos/indices/10.pdf>.
Acesso em: 17/04/2015.
Segundo Kuhlmann et al. (2007) apud CETESB (2010) biologicamente, somente um contaminante em concentração elevada é suficiente para causar dano a uma população.
3.1.7 Metodologia de remediação/mitigação de sedimentos contaminados
Como não há legislação pertinente no país, a remediação/mitigação de sedimentos pode basear-se no Guia Técnico para Remediação de Sedimentos Contaminados (Contaminated Sediment Remediation Guidance for Hazardous Waste Sites), elaborado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos da América do Norte – EUA (EPA, 2005). Mulligan et al. (2010) também abordam sobre técnicas de remediação sustentáveis para sedimentos contaminados.
Quadro 6 – Metodologias de remediação de sedimentos em áreas contaminadas
Metodologia de remediação remediação Tipo de Forma de atuação
Vedação ou capeamento In situ
Monitoramento da construção e instalação da tecnologia de vedação ou capeamento dos
sedimentos.
Monitoramento da recuperação
natural In situ
Utiliza de processos que ocorrem naturalmente para conter, destruir ou reduzir
a biodisponibilidade ou toxicidade de contaminantes no sedimento. Envolve processos físicos, químicos e biológicos.
Abordagem híbrida In situ
Colocação de uma fina camada de areia ou outro material para melhorar a recuperação
via deposição natural.
Controle institucional In situ
Implantação de medidas institucionais tais como: controle de acesso a áreas contaminadas, advertências quanto ao consumo de alimentos potencialmente contaminados, restrições às atividades que
representem risco à saúde humana etc. Tratamentos locais In situ Capeamentos ou vedações reativas e adição de substâncias para biodegradação.
Dragagem ou escavação Ex-situ
Remoção de sedimentos contaminados a partir de uma massa de água em submersão
(dragagem) ou depois que a água foi desviada ou drenada (escavação). O transporte deve ser realizado para um local de tratamento e/ ou disposição. Há também a
possibilidade de tratamento da água para desidratação do sedimento antes da descarga
em corpos d´água apropriados. Fonte: Adapt. EPA, 2005 e MULLIGAN et al., 2010.
Destaca-se que frequentemente utiliza-se a combinação de mais de um tipo de metodologia para obtenção do efeito esperado (EPA, 2005).
Há também soluções citadas pela IAEA (2014) para tratamento químico e biológico dos sedimentos para extração de contaminantes, que englobam remediação eletroquímica, fitoestabilização e rizofiltração.
3.1.8 Drenagem ácida de minas (DAM)
metais dissolvidos e em ácido sulfúrico. A oxidação dos sulfetos e consequente acidificação das águas de drenagem das áreas de disposição de resíduos ocorrem de forma lenta. Processos microbiológicos (com bactérias acidófilas, como o Thiobacillus ferrooxidans) podem catalisar o processo principalmente quando o pH da água atinge valores inferiores a 3,5.
A DAM é caracterizada por um pH baixo, alta condutividade e altas concentrações de Al, Fe, Mn, entre outros metais e metalóides. Os minerais presentes nas rochas explotadas, o tipo e a quantidade do sulfeto oxidado condicionam os níveis de contaminação por metais e metalóides associados com a DAM, e são específicos de cada ambiente. Exemplos de substâncias sulfetadas e que podem gerar a drenagem ácida são a pirita (FeS2), arsenopirita (FeAsS), calcopirita (CuFeS2) e calcocita (Cu2S). Os
efluentes oriundos das drenagens ácidas possuem as seguintes características: elevada acidez e concentrações de sulfatos e metais; precipitação de óxidos-hidróxidos e carbonatos de diversos metais (CAMPANER e SILVA, 2009).
Na Figura 5 apresenta-se uma representação esquemática da geração da DAM numa barragem de rejeitos. A reação global e simplificada que exemplifica a geração da DAM devido à oxidação da pirita é mostrada na Equação 3 (BORMA & SOARES, 2001):
( ) (3)
Fonte: <http://www.geocaching.com/geocache/GC2YYQ5_lagoa-acida-mina-do-lousal>. Acesso em: 02/03/2015.
A percolação da DAM para o ambiente local e externo para as áreas minerárias pode ser responsável pela contaminação hídrica dos corpos d´água circundantes da região. A queda da qualidade das águas fluviais e subterrânea torna a água imprópria para o
desenvolvimento natural da flora e fauna aquáticas e inviabiliza qualquer captação destinada ao abastecimento doméstico.
Desta forma, o estudo da qualidade dos sedimentos em áreas sob a ação da DAM reveste-se de grande importância visto que com base na composição dos sedimentos, dentre outros aspectos, pode-se estimar qualitativamente a composição da DAM, pois a análise da interação sedimento-água ácida pode ser empregada como um traçador da migração da DAM. Em contrapartida, a presença de um ambiente redutor favorece a concentração de causando um incremento dos mesmos nos sedimentos, e consequentemente potencializando-os como fonte de contaminação (GUIMARÃES, 2007; CAMPANER e SILVA, 2009).
O principal passivo ambiental enfrentado pela UTM-Caldas, para seu fechamento é a drenagem ácida de mina (DAM), causada, basicamente, pela oxidação natural dos sulfetos metálicos (expostos na cava, pilha de estéreis e barragem de rejeitos) em presença de água e oxigênio. Como resultado, há formação de ácido sulfúrico, redução do pH e dissolução de metais pesados associados às matrizes rochosas com graves impactos ambientais. O Bota Fora-4 (BF-4), um dos depósitos de estéril da mina tem sido apontado como principal gerador da DAM na área.
3.1.9 Coeficiente de correlação de Pearson
O coeficiente de correlação de Pearson, introduzido por Karl Pearson em 1897, obteve origem devido ao trabalho conjunto de Karl Pearson e Francis Galton, conforme artigo citado por Stanton (2001). Trata-se de uma das principais formas de associação de dados em diferentes áreas da pesquisa científica. Sua fórmula é representada pela Equação 4 (FILHO & JÚNIOR, 2009):
√∑( ̅)∑( ̅)( ̅)∑( ̅)
(4)
Para Jupp (2006) o coeficiente de correlação é uma medida da associação entre duas variáveis numéricas, geralmente designadas por x e y. Silva et al. (2014) acrescentam que trata-se de uma medida de associação linear entre variáveis quantitativas. Por ser uma medida padronizada, não há alteração ao se modificar a unidade de medida das variáveis, sendo então adimensional.
Dentre as propriedades deste coeficiente pode-se citar, segundo Filho e Júnior (2009):
Varia entre -1 e 1, sendo que o sinal indica a direção da correlação que pode ser negativa ou positiva, e já o valor indica a magnitude. Desta forma, quanto mais perto de 1 mais forte é o nível de associação linear entre as variáveis;
Quanto mais perto de zero, menor é o nível de associação;
Uma correlação positiva indica que quando x aumenta, y também aumenta, ou seja, valores altos de x estão associados a valores altos de y;
Uma correlação negativa indica que quando x aumenta, y diminui, ou seja, valores altos de x então associados a valores baixos de y.
Para avaliação de qualidade de sedimentos pode-se citar alguns trabalhos onde utilizou-se o coeficiente de Pearson. Hortellani et al. (2008) estudou possíveis relações entre os teores dos metais encontrados nos sedimentos do Estuário Santos (São Paulo, Brasil). Utilizando-se um nível de significância p = 0,01 (ou seja, limite de 1% de probabilidade de erro). Estes autores observaram que os teores dos elementos Al, Fe e Co apresentaram uma significante correlação com os outros metais, sugerindo que esses elementos fazem parte da constituição natural dos sedimentos na área.
Silva (2015), também realizou a análise de correlação de Pearson para identificar fatores potenciais do controle de distribuição e mobilidade das espécies químicas nos sedimentos rio Barigüi na região metropolitana de Curitiba. As fortes correlações entre Fe, Mn e Ti, entre si e com outros metais indicaram uma associação na distribuição das espécies químicas desses sedimentos.
3.2REVISÃO BIBLIOGRÁFICA (HISTÓRICO E TRABALHOS ANTERIORES)
3.2.1 Dados históricos da UTM-Caldas
De acordo com dados históricos, em 1948, técnicos do DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral) detectaram radioatividade em minerais de zircônio no Planalto de Poços de Caldas. Desta forma, foi constatada a presença de urânio no caldasito, rocha rica em baddeleíta (ZrO2) e zircão (ZrSiO4), que ocorre no Planalto de
Poços de Caldas. Em 1959, a CNEN iniciou a construção de uma usina no município de Poços de Caldas, para a produção de concentrado de urânio a partir do tratamento físico-químico do caldasito. Entretanto, em 1961 as obras foram paralisadas em virtude de insuficiência de reservas e problemas no processo de tratamento (CARVALHO FILHO, 2014; GOLDER ASSOCIATES, 2012).
Em 1970, foi identificada uma anomalia que, com as pesquisas subsequentes, resultou na jazida de urânio do Campo do Cercado, no município de Caldas, dando origem ao Complexo Industrial de Poços de Caldas - CIPC, atual UTM-Caldas. Em 1974, houve o início da abertura da galeria de pesquisa e, três anos após, começaram os serviços de decapagem da cava da mina da jazida do Cercado, com remoção de cinco milhões de metros cúbicos de material. Somente em 1982, houve a inauguração oficial do CIPC, com produção comercial do concentrado de urânio e ácido sulfúrico concentrado (98,5%) no CIPC (CARVALHO FILHO, 2014).
Após este período, projetos de engenharia com intuito de diminuir os impactos ambientais negativos decorrentes do empreendimento foram acoplados ao projeto, tais como: o início do tratamento químico das águas marginais (geralmente ácidas) da mina, e lançamento da fração sólida tratada na bacia de rejeitos (1983); a construção da bacia de captação de efluentes do BF4 (Bota Fora 4, vide item 4.3), denominada de Bacia Nestor Figueiredo (BNF) (1989) e ampliação da capacidade da bacia de rejeitos com a elevação da altura do vertedouro da barragem (1995). Neste último ano, houve a paralisação definitiva das atividades de lavra e beneficiamento do minério de urânio do CIPC e, desta forma, não se lançou mais efluente industrial na bacia de rejeitos (CARVALHO FILHO, 2014).
bruto de tório, contendo urânio, resultante do beneficiamento de areia monazítica. Também houve inclusão de um minério de baixo teor de urânio armazenado no pátio de minérios do CIPC, para seu reaproveitamento (CARVALHO FILHO, 2014).
Em 1997, ocorreu a impermeabilização com argila do topo do BF4 e desvio do córrego da Consulta para fora da área do depósito. No próximo ano, cessou-se o lançamento da fração sólida do tratamento das águas marginais na bacia de rejeitos. Esse resíduo passou a ser depositado na cava da mina. A partir do ano 2000, houve a transferência do concentrado de monazita de Buena – RJ para o CIPC e a desmontagem e transferência da fábrica de ácido sulfúrico para outra empresa (CARVALHO FILHO, 2014).
Em 2002, o IBAMA encaminhou à INB, um termo de compromisso referente à UTM-Caldas para apresentação ao IBAMA do Plano de Recuperação de Áreas Degradadas – PRAD/UTM, no prazo de 24 (vinte e quatro) meses, contados do recebimento do Termo de Referência. Em 2005, a INB decide encerrar as atividades industriais visando o fechamento da UTM. Somente em 2010, os efluentes da BNF deixam de ser bombeados para a cava da mina e passam a ser conduzidos para a unidade de tratamento de águas ácidas. No próximo ano iniciou-se a impermeabilização da Bacia Nestor Figueiredo (BNF) (CARVALHO FILHO, 2014).
Para atender aos requisitos legais para o fechamento da mina, em 2012 foi apresentado o Plano de Recuperação de Áreas Degradadas (PRAD) da UTM-Caldas. Em maio, a INB divulgou o PRAD em audiência pública realizada em Poços de Caldas. Após analisar o PRAD, o IBAMA emitiu parecer solicitando à operadora a apresentação do projeto executivo assim como o estabelecimento de cronograma de implantação das atividades propostas no plano. Desta forma, em 2014 a INB, o IBAMA e a CNEN iniciam a elaboração de um memorando de entendimento conjunto, com o objetivo de se estabelecer um fórum oficial para discutir, orientar e recomendar ações com vistas à remediação ambiental e o descomissionamento da UTM-Caldas (CARVALHO FILHO, 2014).
3.2.2 Medidas de remediação contidas no Plano de Recuperação de Áreas Degradadas da UTM Caldas com influência na restauração da qualidade dos sedimentos
descomissionamento da UTM Caldas. O Quadro 7 a seguir apresenta as principais alternativas propostas para recuperação ambiental que influenciam na qualidade dos sedimentos na área de estudo.
Quadro 7 – Principais alternativas para recuperação ambiental da UTM Caldas
Alternativa Função
Eliminação do lago da cava por meio do preenchimento com estéril e/ou remoção do material dos depósitos de estéril e transferência
para a cava da mina
Redução das vazões de água contaminada proveniente das pilhas de estéreis.
Remoção total das pilhas de estéril Retornar para a cava todos os materiais com potencial poluente originados da fonte. Cobertura com solo do Depósito/Barragem de
Rejeitos
Submersão e/ou colocação de uma cobertura de solo para fechamento dos depósitos de rejeito radioativo e com potencial de drenagem ácida. Destaca-se ainda a proteção contra a emissão de
poeira e radiação ionizante. Cobertura com água com açudes em cascata do
Depósito/Barragem de Rejeitos
Colocação de uma cobertura de água sobre o depósito existente sem movimentação do material
emerso.
Fonte: GOLDER ASSOCIATES, 2012.
Destaca-se que com a implantação das alternativas busca-se minimizar ou eliminar a percolação de águas ácidas contaminadas provenientes das pilhas de estéreis bem como o impacto negativo sobre a qualidade das águas nos corpos receptores (GOLDER ASSOCIATES, 2012).
3.2.3 Qualidade das águas e dos sedimentos na área de estudo
Foram desenvolvidos vários trabalhos voltados para a avaliação da qualidade das águas nas imediações da mina de urânio de Caldas. Os trabalhos com esta abordagem, mas focados na qualidade dos sedimentos, são mais escassos quando comparados com os referentes às águas fluviais. Dentre os trabalhos mais recentes podem-se destacar os desenvolvidos por Tedeschi (2005), Oliveira (2011), Golder Associates (2012), Carvalho Filho (2014).
Tedeschi (2005) avaliou a dinâmica dos processos hidrológicos e hidrogeoquímicos do reservatório na mina Osamu Utsumi. O autor observou que a drenagem ácida gerada no BF-4 é o principal contribuinte para acidificação do reservatório que recebe as águas acidificadas em conjunto com a drenagem pluvial que infiltra ou escoa a área emersa a microbacia (Bacia hidrográfica do Consulta). Além disso, o fluxo de água subterrânea que sai da microbacia é igual ou superior ao fluxo de água subterrânea que entra na microbacia, o que sugere fugas de águas subterrâneas ácidas para outras bacias. Foram identificados nas águas ácidas do reservatório os seguintes elementos: Al, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, K, Li, Na, Mg, Mo, Mn, Ni, S, Sb, Sc, Si, Sr, Pb, V, Y, Zn e Zr. Oliveira (2011) realizou o cálculo do Índice de Qualidade das Águas (IQA) desenvolvido pela National Sanitation Foundation (NSF) dos Estados Unidos. Apesar de o índice não ser o mais aplicável para determinação de contaminações provenientes das atividades da UTM-Caldas, os resultados demonstraram um panorama das cargas de
efluentes domésticos lançados na área de estudo. O IQA “médio” foi obtido para
praticamente todos os pontos de amostragens (algumas das estações obtiveram altas concentrações de coliformes fecais, nitrato e fosfato). O Ribeirão Soberbo e sub-bacia
do Rio Taquari (Baixo) apresentaram pontos com IQA “bom”.
Golder Associates (2012) realizou a avaliação da qualidade dos sedimentos na área da INB, sendo as bacias hidrográficas do Consulta e Soberbo de maior relevância para este estudo. As avaliações concluíram que para a bacia hidrográfica do rio Consulta os seguintes parâmetros extrapolaram o limite TEL (OMEE, 1993): As, Cu, Mn e Pb, sendo que Cu e Mn atingiram níveis superiores ao PEL. Na bacia hidrográfica do Ribeirão Soberbo a única amostra de sedimentos coletada apresentou índices que sugerem que, o risco a biota deve ser observado.
