A drenagem ácida de minas e o uso de barreiras capilares na interface depósito de resíduos-atmosfera Laura De Simone Borma Curso de Engenharia Ambiental, Universidade Federal do Tocantins, Palmas, Tocantins RESUMO: Os sistemas de coberturas secas têm sido uma prática internacional relativamente comum na cobertura de depósitos de resíduos de minas potencialmente geradores de acidez, quando do fechamento e reabilitação de áreas degradadas pela mineração. Os objetivos principais das coberturas secas são minimizar a entrada de oxigênio e água para dentro de depósitos ricos em sulfetos metálicos, cuja oxidação é o principal responsável pela formação da drenagem ácida de minas. O presente trabalho descreve os princípios básicos envolvidos na geração de acidez e no projeto de coberturas secas compostas por barreiras capilares. O assunto é abordado sob o ponto de vista da utilização dessas coberturas nos depósitos de resíduos de minas, porém com perspectivas de uso também nos aterros de resíduos sólidos urbanos. PALAVRAS-CHAVE: drenagem ácida de minas, coberturas secas, barreiras capilares, resíduos sólidos. 1 INTRODUÇÃO A drenagem ácida de minas é considerada um dos problemas ambientais mais sérios a serem enfrentados pela indústria mínero-metalúrgica. Ela ocorre quando sulfetos metálicos (sulfetos de ferro, cobre, zinco, etc.) entram em contato com o oxigênio e a água, oxidando-se e dando origem a um percolado ácido, normalmente contendo grandes quantidades de sulfatos e metais pesados, denominado drenagem ácida de minas. Esse percolado, ao migrar do interior da pilha para o solo, apresenta elevado potencial de contaminação dos cursos d’água superficiais e subterrâneos. Dois aspectos assumem grande importância quando da avaliação dos impactos na qualidade da água causados pela geração de drenagem ácida: 1) o fato de que o impacto não fica restrito à área minerada, influenciando, através da contaminação dos cursos d’água superficiais e subterrâneos, áreas circunvizinhas ao empreendimento e 2) a reação química envolvida no processo é lenta, o que implica que o fenômeno pode ocorrer durante anos, mesmo depois de esgotado o depósito mineral. Alia-se a esses o fato da acidez inviabilizar o uso da água para fins recreativos, agrícolas e de consumo. A formação da drenagem ácida de minas é fator preocupante em vários países, em especial no Canadá, Estados Unidos, Austrália e países europeus com tradição em atividades mineiras. No Brasil, devido à história relativamente recente da mineração, existem hoje alguns problemas pontuais de drenagem ácida, tais como as minerações de urânio de Poços de Caldas, a mineração de cobre em Carajás e as minerações de carvão em Santa Catarina e Rio Grande do Sul. No entanto, a medida que as minerações avançam para as camadas mais profundas do solo, a tendência é explorar camadas mais ricas em sulfetos, cujos estéreis e rejeitos são potenciais geradores de acidez. Como forma de solução e mitigação do problema, a Austrália direcionou suas pesquisas para os processos de formação da drenagem ácida, ou seja, os condicionantes geoquímicos, a velocidade segundo a qual o processo ocorre, formas alternativas de disposição de resíduos e alternativas de neutralização da acidez. No Canadá, devido possivelmente ao grande número de depósitos em minas abandonadas, grande ênfase tem sido dada às alternativas de controle e mitigação do problema em depósitos existentes, através do uso de coberturas cujo papel principal é inibir o processo de geração da acidez através do controle do fluxo de oxigênio e água na interface aterro-atmosfera. Dentre as formas de cobertura possíveis destacam-se as coberturas secas, cujas pesquisas foram desenvolvidas principalmente por profissionais da área de geotecnia ambiental. As premissas científicas básicas por traz do seu desempenho é o baixo coeficiente de difusão do oxigênio na água e a capacidade de retenção de umidade na condição não saturada dos materiais da cobertura, aspectos chave no controle da entrada de oxigênio e água para dentro do depósito. O presente trabalho enfoca a questão da drenagem ácida de minas para ilustrar como a geotecnia ambiental pode contribuir para o controle do problema, a partir do conhecimento dos processos geoquímicos que se processam no interior do resíduo e das características requeridas da cobertura para controle desses processos. Apresenta-se também a possível extrapolação dos princípios de funcionamento das coberturas secas na mineração para as coberturas de depósitos de resíduos sólidos urbanos. 2 DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS – ASPECTOS TEÓRICOS A drenagem ácida de minas (DAM) tem origem quando estéreis e rejeitos da mineração contendo sulfetos metálicos entram em contato com o oxigênio gasoso e a água de chuva, dando origem a um percolado ácido, geralmente enriquecido com metais pesados e grandes quantidades de sulfato. Os sulfetos metálicos geralmente encontrados nos depósitos de mineração são os sulfetos de Fe (pirita, pirrotita) os sulfetos de cobre, de zinco, etc. A equação estequiométrica apresentada em (1) descreve o processo global de geração de acidez da pirita (FeS2), sem considerar as etapas intermediárias e o tempo envolvido no processo. FeS2 + 15 7 O2 + H 2O = Fe(OH )3 + 2 SO42 − + 4 H + 4 2 (1) Na realidade, a reação de oxidação da pirita acontece em vários passos de acordo com as variações que vão ocorrendo no meio durante o processo e em função do tipo de agente oxidante, i) oxidação abiótica pelo O2; ii) oxidação abiótica pelo Fe(III) e iii) oxidação catalisada pelas bactérias. As reações que representam os passos do processo são expressas por quatro equações principais: • oxidação da pirita pelo oxigênio atmosférico 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ • oxidação do Fe2+ a Fe3+ (catalisada por bactérias) 2Fe2+ + O2 + 2H+ = 2Fe3+ + H2O • precipitação do Fe(OH)3 (para pH > 3,0) Fe3+ + 3H2O + O2 = Fe(OH)3 + 3H+ • oxidação da pirita pelo Fe3+ (para pH < 3,0) FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O = 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ A importância de cada uma dessas reações na velocidade da reação de oxidação e no processo de formação de acidez é discutida em detalhes em Singer & Stumm (1970), Stumm & Morgan (1981), Apello e Postma (1994). A reação de oxidação da pirita, assim como de outros sulfetos metálicos, é uma reação de superfície, e sua velocidade depende, entre outros fatores, da concentração de oxigênio na superfície da partícula oxidante. A água de chuva, ao atravessar os depósitos com sulfetos oxidados, lixivia os produtos da reação dando origem à DAM, um percolado ácido, com valores de pH extremamente baixos, da ordem de 2,0 ou 3,0 ou ainda menores. A ocorrência de reações químicas com outros constituintes dentro do depósito, tais como os metais pesados, pode incrementar o efeito deletério da drenagem ácida de minas sobre os corpos d´água superficiais e subterrâneos. Como os metais pesados são substâncias altamente solúveis em meio ácido (Borma, 1998; Borma et al., 2003a), quando a drenagem ácida percola aterros contendo metais pesados, ela é “enriquecida” com esses elementos. Por outro lado, a acidez formada pelas reações de oxidação dos sulfetos pode ser neutralizada por meio de reações com outros constituintes presentes no depósito tais como a dissolução dos carbonatos e dos aluminosilicatos. As reações com os carbonatos são de cinética rápida e, dependendo da concentração de sulfetos, têm o potencial de consumir rapidamente os materiais carbonáticos. As reações de decomposição dos aluminosilicatos são mais lentas e menos eficientes no abaixamento do pH do que as reações com os carbonatos. Em geral, essas reações têm o poder de ratardar o aparecimento da DAM, mas não de neutralizá-la por completo (Hutchinson & Ellison, 1991). A cinética química que determina a velocidade segundo a qual a acidez é produzida depende de vários fatores. Para melhor caracterizá-los Ritchie (1994a) introduziu os termos “velocidade intrínseca de oxidação” (IOR – intrinsic oxidation rate) e “velocidade global de oxidação” (GOR – global oxidation rate). A velocidade intrínseca de oxidação refere-se à velocidade segundo a qual a partícula sulfetada oxida-se quando não há restrição de oxigênio na sua superfície (Borma, 2003). Nessas situações, fatores tais como pH, temperatura, concentração de íon férrico, presença de bactérias, diâmetro da partícula, superfície específica, etc. são os fatores condicionantes da velocidade do processo. A interferência de cada um desses fatores é descrita em Ritchie (1994). A velocidade global de oxidação refere-se à velocidade segundo a qual o oxigênio penetra para o interior da pilha de estéril ou do depósito de resíduos, função dos mecanismos de transporte de oxigênio: por meio do oxigênio dissolvido na água de chuva, por advecção e/ou por difusão. Para efeito de ilustração, apresenta-se na Tabela 1 as taxas de fluxo de oxigênio para os diferentes tipos de mecanismos acima descritos (Ritchie, 1994a). Uma vez que a concentração de oxigênio dissolvido na água é de 8,26 mg O2/L, para uma temperatura de 25oC, a quantidade de O2 introduzida pela água de chuva é muito pequena, sendo esse mecanismo de menor importância na maioria das situações. O fluxo advectivo, decorrente da ação do vento, é duas ordens de grandeza maior que o fluxo difusivo (Tabela 1). No entanto, ele é menos considerado nos estudos de formação de drenagem ácida do que o fluxo difusivo pelo fato de que um gradiente de temperatura pode persistir em uma pilha em uma escala de anos ao passo que o gradiente de pressão originado pela ação do vento pode se dissipar em questão de horas. Devido ao elevado consumo de oxigênio dentro do depósito de material reativo, há formação contínua de um gradiente de concentração de oxigênio dentro e fora do depósito, fazendo com que a difusão seja o mecanismo de transporte de O2 mais significativo na maioria das situações de disposição de rejeitos ricos em sulfetos de Fe. Tabela 1 – Mecanismos de transporte de oxigênio e respectivas taxas de fluxo (modificado de Ritchie, 1994a) Mecanismo de transporte Taxa de fluxo Dissolvido na água de chuva 1,3 x 10-10 Kg m-2 s-1 4,3 x 10-7 Kg m-2 s-1 Difusão 2,0 x 10-5 Kg m-2 s-1 Advecção 2.1 Difusão do O2 como mecanismo controlador da velocidade de oxidação O fluxo difusivo de O2 gasoso que atravessa a superfície de um depósito de resíduos é expresso pela 1a. Lei de Fick: F ( t ) = −θ a De onde: F (t) θa De C (t) z δC ( t ) δz (2) = fluxo de massa de O2 [ML-2T-1] = porosidade ao ar [L3/L3] = coeficiente de difusão efetivo [L2T-1] = concentração a um tempo t [ML-3] = profundidade do solo A Tabela 2 apresenta alguns valores típicos de coeficiente de difusão. Observa-se que, em função da elevada porosidade, as pilhas de rejeito apresentam coeficiente de difusão com apenas 1 ordem de grandeza mais elevados que o ar puro. Comparando-se os valores apresentados na Tabela 2, observa-se que o coeficiente de difusão do oxigênio no ar é 4 ordens de grandeza maior que o coeficiente de difusão na água. Foi com base nessa premissa que algumas pesquisas para efeito de minimização da drenagem ácida de minas em pilhas de estéril e nos depósitos de rejeitos se desenvolveram. Através de ensaios de difusão em solos pouco reativos (ou seja, com poucas substâncias capazes de consumir O2), Yanful (1993) observou que há um decréscimo no coeficiente de difusão com o aumento do grau de saturação da amostra, com os maiores decréscimos ocorrendo entre os limites de saturação de 85 95% (Figura 1). Figura 1 – Coeficiente de difusão do oxigênio x grau de saturação (adaptado de Yanful, 1993). Tabela 2 - Exemplos de coeficientes de difusão do O2 (Borma, 1998) Meio coef. de difusão do O2 (m2/s) o ar (25 C) 1,8 x 10-5 o água (25 C) 2,2 x 10-9 solo silto arenoso (S = 85 - 95%) usado para cobertura de 8,0 x 10-8 rejeito de mineração em Heath Steele Mines, Canadá solos naturais com elevado teor de umidade natural 1,2 - 1,75 x 10-7 pilha de rejeito típica 5,0 x 10-6 Isso ocorre porque, tendo a água uma capacidade máxima de armazenamento de O2 para determinadas condições de temperatura e pressão, ela bloqueia a passagem do O2 gasoso pelos poros do solo, diminuindo a difusão do gás para dentro da massa. Essa constatação conduziu à afirmação, amplamente aceita no meio técnico-científico, de que uma das formas mais eficientes para controle do processo de geração da drenagem ácida de minas é através da construção de uma camada de água em cima do depósito reativo. Referência Elberling et al. (1994) Yanful (1993) Papendick & Runkles (1965) Ritchie (1994b) de coberturas que minimizem a infiltração da água de chuva, seja através da incorporação de sistemas de coleta e tratamento da drenagem. Em climas áridos, particularmente em áreas onde a precipitação média anual é menor que 250 mm e a velocidade de evaporação é elevada, a reação de oxidação pode ocorrer, mas formação de percolado ácido é bastante limitada, não implicando em maiores problemas. 2.2 Balanço hídrico em uma pilha de estéril O esquema típico do balanço hídrico em uma pilha de estéril é apresentado na Figura 2. A água de chuva que não evapora nem escoa superficialmente, mas infiltra e percola através da pilha de estéril constitui-se no principal veículo de formação e transporte da acidez gerada. Em climas úmidos, a percolação da água de chuva é um aspecto importante e deve ser devidamente considerada nos projetos de controle e tratamento da DAM, seja através da adoção Figura 2 – Balanço hídrico em uma pilha de estéril 3 ALTERNATIVAS PARA CONTROLE DA DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS A idéia de que a manutenção de camada de água acima das pilhas de estéril ou dos resíduos é capaz de minimizar a geração da DAM pelo bloqueio da passagem de oxigênio conduziu ao agrupamento das alternativas de minimização em duas grandes categorias: as coberturas úmidas (wet covers) e as coberturas secas (dry covers). As coberturas úmidas consistem no alagamento da área do depósito e, devido aos custos e dificuldade de execução, são viáveis somente em locais onde o nível do lençol freático possa ser restabelecido ou elevado de forma a submergir os rejeitos geradores de acidez. A utilização de lagos naturais não é recomendável pois essa alternativa, em geral, torna a água ácida, comprometendo seriamente o ecossistema lacustre e a área de entorno. O aproveitamento de cavas antigas e bacias de rejeito pode ser interessante pelo fato de já haverem estruturas construídas para retenção de sólidos e água. No entanto, essas estruturas devem ser reavaliadas sob o ponto de vista da retenção de água e de contaminantes, a curto e longo prazos. Para esse tipo de disposição é necessário um estudo do impacto geoquímico desses resíduos sobre a água, bem como o estudo da atividade biológica e a mobilização potencial dos contaminantes neste sistema. Nas minas subterrâneas, onde as cavas de mina se constituem em grandes trajetórias preferenciais de fluxo de oxigênio e água, a indicação é de alagamento como melhor alternativa de controle. As coberturas secas consistem em sistemas de camadas de solo e/ou materiais alternativos que visam limitar, simultaneamente, a entrada de oxigênio e água para dentro do depósito reativo. Tendo em vista que, conforme exposto anteriormente, o coeficiente de difusão do oxigênio na água é da ordem de 4 ordens de grandeza menor que o coeficiente de difusão do oxigênio no ar, maior será a eficiência da cobertura quanto maior o grau de saturação que puder ser mantido ao longo do tempo (Yanful, 1993; Yanful et al., 1993) e outros. Devido à necessidade de um bom desempenho desse sistema em prolongados períodos de tempo, inclusive nos períodos mais secos do ano, com maior tendência à evaporação, as coberturas secas não podem ser projetadas como um simples sistema de isolamento entre o resíduo e o meio ambiente que o circunda, mas como um sistema dinâmico capaz de interagir com o meio ambiente de entorno, principalmente no sentido de contrabalançar as forçantes atmosféricas sazonais, anuais e de longo prazo, tais como precipitação e evaporação. Nesse sentido, as barreiras capilares têm se mostrado como alternativas promissoras para sistemas de cobertura. Esses sistemas serão discutidos em maior detalhe no item 4. É importante ressaltar que, mesmo que um sistema de cobertura (seca ou úmida) venha a atuar satisfatoriamente no controle de minimização da DAM, ela não prescinde da necessidade de uma estação de tratamento da drenagem ácida. Isso ocorre porque existe um intervalo de tempo, às vezes da ordem de anos, no qual a acidez acumulada dentro depósito antes do seu fechamento é liberada através da drenagem. Os sistemas de tratamento têm por objetivo, em linhas gerais, controlar o pH e o teor de metais pesados do efluente gerado. 4 COBERTURAS SECAS 4.1 Barreiras capilares As coberturas secas, ou coberturas de solo são uma alternativa para os casos onde os aspectos topográficos, hidrogeológicos ou econômicos tornam inviável a inundação. O seu custo pode apresentar-se vantajoso nos locais aonde ocorrem, a curta distância, solos e/ou materiais alternativos com as características necessárias. Embora as coberturas secas sejam constituídas, na maioria das vezes, por camadas de solos de diferentes propriedades, o termo “cobertura de solo” não é o mais apropriado, uma vez que para sua execução podem ser utilizados outros tipos de materiais, tais como os geossintéticos ou resíduos resultantes de outras atividades, desde que apresentem as propriedades necessárias à minimização da formação da drenagem ácida de minas. As barreiras capilares são um tipo de cobertura capaz de minimizar, simultaneamente, a entrada de oxigênio e água para dentro do material reativo. Devido à sua configuração relativamente simples, elas têm-se apresentado como alternativa promissora no fechamento de depósitos de rejeito e pilhas de estéril, sendo seu comportamento em campo e laboratório extensivamente estudados ao longo das últimas décadas (Nicholson et al., 1989; Yanful, 1993; Swanson et al, 1995; O’Kane, 1996, 2002; entre outros). Atualmente essa alternativa tem sido adotada na cobertura de aterros de resíduos sólidos urbanos, em especial em climas áridos e semi-áridos (Nyhan et al., 1990; Ward e Gee, 1997 e Khire et al., 1999). O projeto de uma barreira capilar baseia-se nas propriedades hidráulicas de solos não saturados e é fortemente condicionado pelas condições climáticas. Na sua forma mais simples, uma barreira capilar é construída por meio da colocação de uma camada de material fino sobrejacente a uma camada de material granular. Se ambos os materiais estiverem na condição não saturada, a água de chuva que infiltra através da cobertura tende a permanecer na camada de material fino. Isso ocorre porque o efeito de capilaridade é inversamente proporcional ao tamanho dos poros: quanto mais fino o material, maior a tensão superficial e maior o efeito de sucção de água. No entanto, se a infiltração for muito elevada, a camada fina tende a se saturar com o tempo, perdendo o potencial de sucção e permitindo o fluxo de água para a camada arenosa, e dessa para o interior do resíduo. Stortmont et al. (1996) afirmam que as barreiras capilares são eficientes quando os efeitos combinados de evaporação, transpiração e desvio lateral de fluxo excedem a infiltração proveniente da precipitação. Deste modo, a camada fina é mantida suficientemente seca para que a migração de água para a camada granular seja impedida. Uma alternativa à barreira capilar simples constitui-se na barreira capilar dupla, a qual é constituída por camadas de areia localizadas acima e abaixo da camada argilosa (Figura 3). A camada de areia superior exerce duas funções importantes: na época seca ela impede que a água armazenada na camada argilosa migre, por capilaridade, para as camadas de topo, minimizando assim os efeitos de perda de umidade por secagem e evaporação. Na época de chuva, essa camada funciona como um dreno, conduzindo lateralmente a água que infiltra na cobertura e prevenindo, dessa forma, a saturação da camada argilosa. Esse efeito pode ser maximizado através da inclinação da superfície, que favorece o escoamento lateral. Segundo O´Kane (2002), uma camada de material fino colocada entre duas camadas de material granular pode resultar em uma barreira capilar tanto para a migração ascendente como para a migração descendente de umidade a partir da camada “sandwich”. O resultado é a existência de uma camada, dentro do sistema de cobertura, que mantém-se próxima à saturação, controlando a difusão de oxigênio para dentro do resíduo. Sobre a barreira capilar adicionam-se ainda outras camadas de que têm por finalidade proteger a barreira capilar e permitir o suporte da vegetação. É importante ter em mente que uma cobertura seca deve ter seu desempenho garantido ao longo de muitas décadas. Nas situações em que ela passa a exibir fissuras e trincas em decorrência das intempéries (erosão, degradação das propriedades do solo, perda de vegetação) e de fatores biológicos (raízes muito profundas, buracos de animais, etc.) a eficiência do sistema ao longo do tempo pode vir a ser seriamente prejudicada. Esses aspectos devem ser levados em conta quando da execução do projeto de cobertura e da seleção dos materiais que comporão as camadas de proteção. Os fatores que controlam a viabilidade técnica e econômica de um sistema de cobertura para um dado local incluem, minimamente i) as condições climáticas do local, ii) a disponibilidade dos materiais de cobertura e a distância das áreas de empréstimo, iii) as propriedades e condições dos materiais de cobertura e dos resíduos, iv) topografia do terreno, v) evolução do solo e do resíduo e vi) vegetação. Suporte da vegetação Material granular Material argiloso Material granular Resíduo sólido Figura 3 – Sistema de cobertura composto por uma barreira capilar dupla Apesar de a barreira capilar apresentar-se, teoricamente, como um tipo de cobertura mais adequado para a minimização simultânea da entrada de oxigênio e água para dentro do resíduo, em algumas situações de fluxo de água subterrânea (ver item 5) podem não justificar a adoção de um sistema mais complexo e mais oneroso. Nesses casos, alternativas a esses sistemas podem e devem ser adotadas. A utilização de resíduos orgânicos capazes de consumir oxigênio, tais como serragem, madeira e resíduos da indústria de papel celulose pode ser interessante nessa situação, pois tem a vantagem adicional de fornecer um substrato mais propício ao desenvolvimento da vegetação. Sempre que possível, deve-se procurar aproveitar materiais alternativos na própria mina (p.e. rejeitos e resíduos já oxidados) ou em locais próximos (p.e. cinzas provenientes da queima de carvão, Borma et al., 2003b; Ubaldo, 2005). 5 FORMAS DE DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS DE MINAS Dois tipos básicos de resíduos são gerados nas atividades mineiras: os estéreis e os rejeitos. Os estéreis consistem em materiais de cobertura, camadas intermediárias ou circundantes ao mineral de interesse, extraídos fisicamente através do uso de explosivos ou escavadeiras. Em geral são materiais de granulometria bastante variada, tendendo a uma grande quantidade de material grosseiro, sendo normalmente dispostos sob a forma de pilhas de estéril (Foto 1). Os rejeitos são resultantes do processo de beneficiamento do minério e passam por transformações físicas e químicas (moagem, lavagem, peneiramento, separação gravimétrica, flotação e lixiviação, etc.) antes de serem depositados. Devido ao processo de separação, os rejeitos são mais homogêneos em termos granulométricos. Os rejeitos de granulometria mais grosseira são depositados sob a forma de pilhas de estéril enquanto os rejeitos de granulometria mais fina são geralmente dispostos em barragens de rejeitos (Foto 2). Sob o ponto de vista de geração da drenagem ácida de minas, as pilhas de estéreis, devido à grande mistura com solos inertes, podem conter menor concentração de sulfetos. No entanto, as condições físicas de disposição desses materiais – baixo teor de umidade e elevada porosidade – facilitam a entrada de oxigênio e água, “otimizando” o processo de geração de acidez (Figura 4). Os rejeitos em geral apresentam maiores concentrações de sulfetos, porém quando dispostos em barragens de rejeitos, possuem nível d’água elevado (Figura 5) e baixa permeabilidade ao oxigênio, gerando acidez em taxas bem mais lentas que as pilhas de estéril. Em geral, o período crítico de geração de drenagem ácida numa bacia de rejeitos freqüentemente ocorre após o fechamento, quando os rejeitos são drenados, permitindo a entrada de oxigênio. Existe ainda a situação onde os rejeitos mais grosseiros, porém com elevado teor de sulfetos são depositados sob a forma de pilhas, como é o caso que ocorre nas minerações de carvão de Santa Catarina, produzindo elevadas concentrações de acidez em tempo relativamente curto. Cabe colocar que os esquemas de cobertura anteriormente apresentados não consideram outras fontes de entrada de água para o depósito de resíduos, tais como os fluxos preferenciais e a elevação do nível d’água. Resíduos grosseiros são frequentemente dispostos em vales ou em taludes naturais, os quais são, invariavelmente, os caminhos preferenciais de escoamento superficial da água de chuva. Os rejeitos dispostos sobre essas trajetórias estarão submetidos a um fluxo sazonal de água, independente da performance da cobertura. Dessa forma, o desempenho de um sistema de cobertura deve ser avaliado através da utilização de uma filosofia de projeto que integra o resíduo no meio em que ele foi disposto. Esse enfoque contrasta com o enfoque de que o resíduo deve ser completamente isolado do meio de forma a prevenir por completo a produção e liberação dos produtos de oxidação dos sulfetos. Figura 4 – Drenagem ácida em pilha de estéril Foto 2 – Bacia de rejeito de carvão (SC) Figura 5 – Drenagem ácida em bacia de rejeito (SC) 5.1 As práticas de coberturas: dos depósitos de mineração aos aterros de resíduos sólidos urbanos Foto 1 – Pilhas de estéril de minas de carvão (RS) No âmbito das questões ambientais, o tema disposição de aterros de resíduos sólidos (industriais e urbanos), assim como os rejeitos e estéreis da mineração têm sido comumente tratados sob o ponto de vista de contaminação da água subterrânea. No entanto, um aspecto que tem se tornado muito comum nos últimos tempos é a contribuição desses aterros para o chamado efeito estufa. A mineração de carvão de Santa Catarina elevou à região à posição de área crítica em termos de poluição ambiental devido ao baixo pH das águas superficiais da região decorrentes da formação da DAM. Nessa região o maior problema de formação de acidez provém dos rejeitos (produtos da lavagem do carvão) de variadas granulometrias, dispostos em barragens de rejeito e em pilhas. Esses rejeitos tiveram sido historicamente dispostos sem controle sobre o solo, principalmente porque, apesar do sabido potencial de geração de acidez, não se tinha dimensões do passivo ambiental por eles produzido. Além do problema de geração de acidez e contaminação dos recursos hídricos, os rejeitos da mineração de carvão apresentam um problema ambiental adicional no que se refere à liberação de gases de efeito estufa. A baixa compactação do material das pilhas favorece a entrada de gases que, reagindo com o carbono do carvão, formam CO2 que é liberado para a atmosfera. Como essa reação é exotérmica, ou seja, libera calor, muitas vezes ocorre a combustão espontânea nesses depósitos (Foto 3). Uma compactação mais eficiente desses depósitos já minimizaria a entrada de gás e a reação com a matéria orgânica carbonácea, porém um controle mais eficiente da geração e emanação desse gás deveria passar pela adoção de um sistema de cobertura adequado ao controle da entrada de oxigênio gasoso. Foto 3 – Emissão de CO2 a partir de depósito de rejeito de carvão (SC) Apesar do conhecimento científicotecnológico apresentar evoluções acerca do projeto de coberturas, a pratica local corrente consiste na aplicação de camadas de cobertura de argila da ordem de 30cm, a qual tem por objetivo apenas não deixar aparente a superfície dos depósitos. Eventualmente, essa camada argilosa, devido ao fato de não estar compactada, exibe uma certa capacidade de retenção de umidade na época chuvosa, podendo exercer algum controle sobre a percolação de água de chuva. No entanto, para as condições de clima úmido da região, ela tende a ser ineficiente em termos de retenção do fluxo de oxigênio. As coberturas feitas nesses moldes, além de não atender aos requisitos básicos mínimos para controle da drenagem ácida de mina, ainda ficam sujeitas aos processos erosivos e aos escorregamentos. Em decorrência de uma ação civil pública que resultou na possibilidade de multas por danos ambientais da ordem de cem milhões de reais, algumas das empresas mineiras da Região Carbonífera de Santa Catarina têm se associado aos institutos de pesquisa e universidades no sentido de procurar alternativas para o problema que, devido ao fato de abranger vários municípios da região, é considerado de escala regional. Dentre as alternativas estudadas para mitigação e controle da drenagem ácida de minas encontra-se a construção de uma unidade piloto de cobertura seca em parceria da Mineração Criciúma com o CETEM/MCT (Centro de Tecnologia Mineral). Os passos para implantação dessa unidade piloto estão apresentados em Souza et al. (2003). Sistemas de cobertura final também são utilizados na maioria dos aterros de resíduos sólidos urbanos (RSU) por ocasião do encerramento das atividades. Para controle não somente da formação de chorume, mas também da contaminação do ar, sistemas de cobertura devem ser projetados quando do fechamento do aterro. A geração de chorume e de gases em aterros de resíduos sólidos urbanos provém principalmente da decomposição da matéria orgânica. Além dos problemas já amplamente divulgados no meio geotécnico acerca dos efeitos da geração e percolação do chorume sobre a contaminação do solo e qualidade da água superficial e subterrânea, a emissão de biogás tem efeitos diretos sobre a qualidade do ar. Em termos locais, os problemas ambientais advindos da emissão de gases vão desde o mau cheiro até possíveis doenças respiratórias e cancerígenas, passando pelos riscos de explosões e combustão involuntária dos resíduos. Em níveis globais, a emissão de biogás pode acelerar o efeito estufa e o aquecimento global, uma das ameaças mais contundentes à vida humana no nosso planeta nos próximos anos. O gás metano (CH4), devido ao seu elevado poder de retenção de calor (cerca de 21 vezes maior que o do CO2), é o segundo maior contribuinte para o aquecimento global, atrás apenas do CO2. Os tipos de cobertura mais utilizados nos aterros de resíduos sólidos urbanos no Brasil consistem, em geral, de uma camada homogênea de argila compactada com cerca de 50cm a 1m de espessura. Apesar da importância das coberturas para minimização de gases e da possibilidade de incentivos financeiros através do Protocolo de Quioto, poucas alternativas a esse sistema tradicional têm sido estudadas e documentadas até o momento. A adoção de barreiras capilares como alternativa de cobrimento dos aterros sanitários ainda não é uma prática corrente no Brasil, mas alguns trabalhos reportam a sua utilização em regiões e clima árido e semiárido. Considerando que as barreiras capilares se apóiam no baixo coeficiente de difusão do oxigênio na água como controle do fluxo de gás pela cobertura, o mesmo princípio poderia ser aplicado para o controle da saída de gases do aterro. No entanto, além das condicionantes climáticas, as características biogeoquímicas do aterro bem como a finalidade da cobertura devem ser bem compreendidas antes de se projetar uma cobertura final. Nas bibliografias citadas sobre o assunto, a umidade do resíduo figura como um dos principais fatores responsáveis pela formação de gases de aterro e, conforme exposto anteriormente, um dos objetivos da cobertura é minimizar a entrada de água para o interior do depósito. Dessa forma, se a cobertura tiver por objetivo apenas minimizar a geração e emissão de metano para a atmosfera, contribuindo para o controle do efeito estufa, as barreiras capilares podem figurar como uma alternativa promissora. Por outro lado, se o objetivo for o aproveitamento do metano após encerradas as atividades do depósito, a minimização da produção desse gás pode não ser um aspecto interessante. Se a cobertura projetada tiver potencial de limitar a entrada de água, a tendência é de que o aterro produza menos gases ao longo do tempo. Isso pode ser adequado para aterros que visam o controle da emissão de gases, mas não nas situações nas quais se visa o aproveitamento desse gás. Nesse sentido, é importante conhecer as características do resíduo, em especial da matéria orgânica, e seu potencial de degradação em função do teor de umidade. Também é importante identificar outros fatores que influenciam na produção do gás (pH, bactérias, nutrientes, etc.) e outras fontes de umidade para o aterro, tais como a elevação do nível d´água e/ou caminhos preferenciais de fluxo. É importante ter em mente que quando se trata de controlar o fluxo de gases, cuidados extremos devem ser tomados para a adequada drenagem desse gás, evitando assim a criação de bolsões de elevada pressão dentro do aterro, que representam riscos de explosão e instabilização da massa de resíduos. 6 CONCLUSÕES Mesmo com o avanço do conhecimento científico e tecnológico sobre o tema de coberturas de depósitos de resíduos as práticas correntes no Brasil, quer seja na mineração quer seja nos centros urbanos, ainda não se atentaram para a necessidade e viabilidade da utilização dessa tecnologia como alternativa para proteção e controle ambiental. Nesse cenário, a geotecnia ambiental pode encontrar um vasto campo de aplicação onde as propriedades geotécnicas do solo atuam como mediadoras dos fluxos de várias substâncias no interior do solo, e não somente da água. No entanto a adoção de um sistema de cobertura, assim como em outros campos de atuação da geotecnia ambiental, envolve, além dos conhecimentos clássicos da mecânica dos solos saturados e não saturados, um conhecimento claro e objetivo dos processos químicos, físico-químicos, geoquímicos e biogeoquímicos que se processam no interior do depósito a ser coberto. Igualmente importante é o conhecimento da interação da cobertura com a atmosfera (balanço hídrico) e com o aterro (infiltração). Dessa forma, a prática da interdisciplinaridade é essencial para o bom desempenho das obras de geotecnia ambiental. REFERÊNCIAS Apello C.A.J. & Postma, D. (1994), “Geochemistry, Groundwater and Pollution”. A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield, Netherlands Borma, L.S. (1998). Acidificação e liberação de metais pesados em sedimentos dragados ricos em sulfetos de Fe. Tese de doutorado. Programa de Enga. Civil. COPPE/UFRJ, 1998. Borma, L. S. 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