MECANISMO DE ATENUAÇÃO NATURAL DE METAIS EM SOLOS

MECANISMO DE ATENUAÇÃO NATURAL DE METAIS EM SOLOS
DE ANTIGAS ÁREAS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS
URBANOS
Evanisa F. R. Q. Melo - [email protected]
Eduardo P. Korf - [email protected]
Antônio Thomé - [email protected]
Pedro A. V. Escosteguy - [email protected]
Graziele S. B. Zanchetta - [email protected]
Universidade de Passo Fundo, Faculdade de Engenharia e Arquitetura
Campus I, km 171, BR 285, Bairro São José
CEP – 99001-970 - Passo Fundo – RS
Resumo: A crescente contaminação de solos, pelos resíduos sólidos produzidos diariamente nas
cidades, ascende a necessidade de estudos adequados que elaborem diagnósticos capazes de
determinar a atenuação desses contaminantes no solo. Neste trabalho, o foco de pesquisa foi a
capacidade de atenuação de metais tóxicos em solos característicos de dois antigos lixões. Para tal
avaliação adotou-se o ensaio de coluna, que é capaz de reproduzir a percolação de um contaminante
através do solo. Os ensaios investigaram a capacidade natural de retenção pelo solo de diversos
metais normalmente presentes nestas áreas: Cromo, Zinco, Cobre, Manganês, Cádmio e Chumbo. Foi
submetido à percolação pelo solo um lixiviado artificial com concentrações de metais inseridas.
Foram realizados dois ensaios para cada área de estudo. Os resultados confirmaram a capacidade de
atenuação do solo do local, sendo que os metais estudados apresentaram significativa retenção no
solo.
Palavras-chave: Resíduos sólidos, Atenuação, Ensaio de coluna.
MECHANISM OF NATURAL METALS ATTENUATION IN SOILS OF
ANCIENT AREAS OF DISPOSAL OF URBAN SOLID WASTE
Abstract: The crescent soils contamination by urban solid waste denotes the necessity for adequate
studies to elaborate solution to determine the soils attenuation capacity. This paper has as objective
the investigation of the natural toxic metals attenuation capacity in two soils from two different sites of
disposal of urban solid waste. Columns test was carried out for simulates the flux of contaminant by
soil. The metals analyzed in this work were: Cr, Zn, Cu, Mn, Cd and Pb. It was used an artificial
leaching containing these metals. Two tests was carried out for each soil. The results confirmed the
natural metals attenuation capacity for both soils from different sites.
Keywords: Solid waste, Attenuation, Columns test.
1
INTRODUÇÃO
Os resíduos sólidos gerados nas cidades têm sido responsáveis por causar poluições e impactos
ambientais muitas vezes irreversíveis. Hoje, muitos locais de disposição ainda são irregulares, os
lixões, onde não é encontrada qualquer ação no sentido de evitar as contaminações dos solos e águas
subterrâneas. A forma mais sujeita de contaminação pode ocorrer através do lixiviado resultante da
decomposição, que traz consigo compostos tóxicos em solução, como os metais. (SERAFIM, 2003)
Uma alternativa que é aplicada para sanar o problema é os aterros sanitários. Nestes locais a
contaminação do solo, do ar e das águas é evitada, os efluentes gerados são tratados e existem
barreiras capazes de retardar o deslocamento de frentes de contaminações.
Estando o poluente em contato direto com uma solução e a camada de solo, existem vários
processos que regem o seu transporte sub-superficial. O seu deslocamento ocorrerá por diversas
formas, onde irá haver a interação com o solo por fenômenos físicos, químicos e biológicos. A Figura
1 relaciona os processos de transporte de contaminantes, segundo Knop (2005):
Migração de contaminantes pelo solo
Processos Físicos
Advecção
Dispersão hidrodinâmica
Dispersão mecânica
Difusão molecular
Processos Bio-físico-químicos
Retardamento ou Aceleração
Adsorção/Dessorção
Precipitação/dissolução
Troca iônica, Óxido-redução
Co-solvência
Complexação, Ionização
Sorção biológica
Filtração
Degradação ou decaimento
Óxido-redução
Hidrólise
Metabolização
Volatilização
Figura 1 - Mecanismos de transporte de contaminantes [Adaptado de Knop (2005)]
Esses processos naturais de transporte de contaminantes pelo solo, ou seja, os mecanismos de
atenuação natural, são responsáveis por causar o retardamento e a degradação de frentes de
contaminação. Diversos estudos têm demonstrado que os processos bio-físico-químicos de atenuação
limitam bastante o transporte dos contaminantes e, portanto reduzem a extensão de contaminações.
(CORSEUIL e MARINS, 1997)
O principal objetivo do trabalho consistiu na verificação da capacidade de atenuação de metais
em solos de antigas áreas de disposição de resíduos sólidos urbanos de Passo Fundo e Lagoa
Vermelha.
2
METODOLOGIA
2.1
Locais de estudo
Lixão Invernadinha
A área de estudo, em Passo Fundo, é um antigo local de disposição de resíduos sólidos urbanos
do município. Esta área, conhecida como Invernadinha, serviu da década de 70 até o ano de 1991
como local de disposição de resíduos urbanos.
A coleta de amostra de solo foi realizada em três pontos amostrais: uma área de disposição
recente de resíduos (ponto 1), uma área de disposição antiga de resíduos sólidos (ponto 2) e um solo
original em um talude (ponto 3). A Figura 2 apresenta visão da área no ano de 2006 e a Figura 3 uma
planta com os pontos de coleta de amostra:
Figura 2 - Vista da área de disposição de resíduos no lixão Invernadinha, Passo Fundo, RS
Ponto 3 – Solo natural
Ponto 2
Ponto 1
Rod. B
R - 28
5
Figura 3 – Planta do lixão Invernadinha indicando os pontos de amostragem
Lixão Rincão do engenho
Este local constitui uma antiga área de disposição de resíduos sólidos urbanos que se encontra
em fase de monitoramento e recuperação, do município de Lagoa Vermelha.
A coleta de amostra de solo foi realizada em dois pontos amostrais: um local com solo original e
um solo de fundo à área de disposição de resíduos sólidos. Para o solo de fundo o procedimento de
coleta do material envolveu o auxílio de retroescavadeira para remoção das camadas e o material foi
extraído de forma indeformada à aproximadamente 2 metros de profundidade.
A Figura 4 apresenta uma vista do antigo lixão no ano de 2006 e a Figura 5 os pontos de coleta de
amostra:
Figura 4 - Vista da área de disposição de resíduos no lixão Rincão do engenho, Lagoa Vermelha, RS
Figura 5 – Pontos de Amostragem: Solo Original (à esquerda) e Lixão (à direita)
2.2
Caracterização do solo
Foram realizados ensaios de caracterização e classificação geotécnica. A condutividade hidráulica
dos solos foi determinada nos ensaios de coluna com carga constante. A classificação pedológica foi
determinada segundo Streck (2002). Além disso, foi realizada caracterização da concentração de
metais presentes, seguindo o método 3050B proposto por U. S Environmental Protection Agency EPA (2006) e os resultados foram comparados com os valores orientadores da CETESB (2005).
2.3
Ensaios de coluna
Para avaliação da capacidade de atenuação natural, adotou-se o ensaio de coluna de acordo com
ASTM (1995), que, por meio de um equipamento de colunas, reproduz o transporte de um poluente
pelo solo. A Figura 6 permite visualizar o equipamento de coluna em laboratório:
Contaminante
Coleta de
Percolado
Aplicação de
pressão
confinante ao
corpo de prova
Fluxo ascendente
Corpo de Prova
Figura 6 - Equipamento de coluna
O ensaio é executado em duas etapas, sendo a primeira de saturação do solo com água e a
segunda da percolação do contaminante e geração de um líquido percolado (Figura 6). Dois ensaios
foram realizados para cada área de estudo. Um lixiviado artificial foi elaborado, em laboratório, onde
foram inseridas concentrações pré-estabelecidas de um dado contaminante, neste caso, metais tóxicos.
Os metais estudados foram: Cobre, Cromo, Manganês e Zinco, Cádmio e Chumbo. Extrapolou-se o
valor máximo permitido para águas subterrâneas, estabelecido na portaria n.518/2004 do ministério da
saúde (BRASIL, 2004). Os valores inseridos estão apresentados na Tabela 1:
Tabela 1 - Valores inseridos no lixiviado
Metal
Cádmio
Chumbo
Cobre
Cromo
Manganês
Zinco
Portaria 518/2004 (mg/L) Extrapolação
0,005
10
0,01
10
2
10
0,05
10
0,1
10
5
2
Concentração inserida (mg/L)
0,05
0,10
20
0,5
1
10
Corpos de prova de 5 cm de diâmetros e 10 cm de altura foram moldados com ajuste de umidade
e densidade equivalente a campo, utilizando o solo coletado do lixão Invernadinha, na área original
não contaminada por resíduos. Em virtude de não haver possibilidade de coleta em profundidade
optou-se em ensaiar o material original.
Para o caso do lixão Rincão do engenho as amostras extraídas tiveram presença de resíduos
inertes (plásticos) e alto grau de umidade, não permitindo a moldagem indeformada. A moldagem de
corpos de prova com 5 cm de diâmetro e 5 cm de altura foi realizada em laboratório com ajuste de
umidade e densidade de campo.
As análises dos metais presentes nas amostras de percolado, após a realização de cada ensaio,
foram efetuadas nos laboratórios de águas e análise de solos da Universidade de Passo Fundo. O
método de análise foi através de espectrofotometria de absorção atômica. Os parâmetros observados
foram à atenuação natural dos metais presentes no contaminante em estudo, em termos de
concentração final obtida no líquido percolado. As concentrações finais do líquido percolado foram
medidas ao longo de volumes de poros ou vazios percolados pelos corpos de prova ensaiados.
3
RESULTADOS
Para os solos de ambas as áreas de estudos a classificação geotécnica obtida com base em ensaios
de caracterização indicou serem A-7-5 e MH, de acordo com o sistema rodoviário de classificação e
com o sistema unificado respectivamente. São solos siltosos e de alta compressibilidade. Uma exceção
ocorreu na área de disposição recente do lixão Invernadinha onde se observou a classificação A-7-6 e
CH, indicando um solo argiloso e de alta compressibilidade.
No lixão Invernadinha os solos são classificados como Latossolos Vermelhos distróficos típicos e
no lixão Rincão do Engenho os solos são classificados como Latossolos Brunos alumínicos câmbicos,
pela classificação pedológica. Estes solos possuem boa drenagem, são muito intemperizados e
classificados como profundos a muito profundos, apresentando transição gradual entre os horizontes.
As Tabelas 2 e 3 representam os resultados de análise de alguns metais ambientalmente
disponíveis nas amostras de solo coletadas no lixão Invernadinha e Rincão do engenho,
respectivamente. Estão inseridos valores orientadores conforme CETESB (2005). Para os dois locais,
observa-se que as concentrações de cobre e zinco se apresentaram acima dos valores orientadores, o
que indica contaminação.
Tabela 2 - Concentração de metais presentes no solo do lixão Invernadinha
Ponto 1
Ponto 2
Ponto 3
CETESB
Zinco
Cobre
62,78
192,5
42,10
60
47,90
108,42
44,34
35
Manganês
mg/kg
437,22
1113,62
423,87
-
Ferro
28432,32
36469,02
33758,97
-
Tabela 3 - Concentração de metais presentes no solo do lixão Rincão do engenho
Zinco
Cobre
Manganês
Ferro
Chumbo
Cádmio
Cromo
*
1
Solo de Fundo
2
3
Solo Original
158,75
167,04
3.576,77
85.820,4
4,20
0,40
14,10
136,07
130,29
2.489,29
85.303,6
1,40
0,00
3,40
157,72
76,38
343,77
31.959
ND*
ND
ND
Horiz. A
mg/kg
179,34
249,04
2.844,67
88.184,8
ND
ND
ND
CETESB
Horiz. C
118,24
247,26
3.018,22
93.564,8
ND
ND
ND
60
35
17
<0,5
40
ND = Não detectado pelo método.
3.1
Lixão Invernadinha: Ensaios de coluna
As Tabelas 4 e 5 apresentam os resultados observados após a realização de dois ensaios de
coluna, utilizando o solo da área original (Ponto 3). No segundo ensaio, submeteu-se a uma quantidade
maior de vazios percolados. A condutividade hidráulica (k) para o solo ensaiado variou de 10-7 a 10-8
m/s.
Tabela 4 - Resultados observados no Ensaio 1
Ensaio 1
1
2
3
4
5
Leitura do
Percolado
C** (mg/L)
Co (mg/L)
*
Cr
*
Zn
Cu
Mn
0,5
10
20
1
Vpercolado
Vvazios
0
0
0
0
0
0,28
0,18
0,16
0,22
0,28
0
0
0
0,04
0,01
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
1,04
2,04
3,10
4,10
5,09
CO = Concentração de metal inserida no lixiviado artificial. **C = Concentração obtida nas leituras de percolado.
Tabela 5 - Resultados observados no Ensaio 2
Cr
Zn
Cu
Mn
Co (mg/L)
0,5
10
20
1
Vpercolado
Vvazios
0
0
0
0
0
0,15
0,17
0,31
0,59
1,66
0
0
0
0
0
0,02
0,08
0,21
0,89
1,13
1,06
5,5
9,3
12,4
16,43
Leitura do
Percolado
C (mg/L)
Ensaio 2
1
2
3
4
5
A Figura 7 apresenta o comportamento do Manganês (Mn) ao longo dos vazios percolados pela
solução de lixiviado para os ensaios realizados. A curva de transporte foi construída apenas para este
metal, pois para os outros elementos não se atingiu a relação C/Co = 1, ou seja, a saturação no solo. Na
relação C/Co, C é a concentração nas leituras de percolado e Co é a concentração inserida no lixiviado
artificial.
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
Ensaio 2
Ensaio 1
0,4
0,2
0
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
Vperc/Vv
Figura 7 - Comportamento do Manganês nos ensaios
3.2
Lixão Rincão do engenho: Ensaios de coluna
As Tabelas 6 e 7 apresentam os resultados do ensaio de coluna, observados para a área de
disposição irregular de lagoa vermelha, utilizando como material o solo coletado de fundo à camada
de resíduos. A condutividade hidráulica (k) variou de 10-8 a 10-9 m/s.
Tabela 6 - Resultados observados no Ensaio 1
Ensaio 1
Leitura do
Percolado
C (mg/L)
Co (mg/L)
**
1
2
3
4
5
Cr
Zn
Cu
Mn
Cd
Pb
0,5
10
20
1
0,05
0,1
Vpercolado
Vvazios
0,14
0,05
0,05
0,03
0,02
0,986
2,00
3,00
3,97
5,06
0,085
0,081
0,047
0,05
0,052
0,35
0,4
0,37
0,36
0,35
0,07
0,09
0,07
0,07
0,07
0,31
0,23
0,17
0,2
1,17
*
ND
ND
ND
ND
ND
*
ND= não detectado pelo método. **CO = Concentração de metal inserida no lixiviado artificial. ***C = Concentração obtida nas leituras de
percolado.
Tabela 7 - Resultados observados no Ensaio 2
Leitura do
Percolado
C (mg/L)
Ensaio 2
Lixiviado Co
(mg/L)
1
2
3
4
5
Cr
Zn
Cu
Mn
0,5
10
20
1
0
0
0
0
0
0,75
0,25
0,07
0,1
0,11
0,83
0,37
0,08
0,03
0,11
0,49
0,24
0,11
0,23
0,24
Cd
Pb
**
0,1
Vpercolado
Vvazios
ND*
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
0,74
1,44
1,94
3,13
3,91
0,1
*
Não detectado pelo método. **Concentração extrapolada em 20 vezes em relação à portaria 518/04 em função do limite de detecção da
análise nas leituras de percolado.
Os resultados destacam o significativo retardamento do contaminante de estudo, ao longo de uma
alta quantidade de poros percolados. As concentrações nas leituras do percolado apresentaram valores
mínimos em relação à inserida e o comportamento de atenuação do solo foi confirmado para ambas as
áreas. Mediante análise de metais realizada, verifica-se que, apesar de haver no solo uma certa
concentração, a atenuação de metais ainda persiste.
A capacidade de atenuação do manganês é cessada para ambas as áreas, pois foi atingida a
relação C/Co = 1. Para o material do lixão Invernadinha essa relação foi atingida com a percolação de
cerca de 16,5 volumes de vazios, o que significa que, a partir disso não ocorre mais retenção do metal.
Para o solo do lixão Rincão do engenho a atenuação foi cessada com cerca de 5 volumes de vazios
percolados, indicando uma capacidade menor, sendo isto explicado pela utilização do material de
fundo do aterro que apresenta maior contaminação que o solo natural do lixão Invernadinha. Essa
rápida saturação do manganês pelos solos é explicada pela alta concentração presente conforme
visualizado nas Tabelas 2 e 3, em que o mesmo se apresenta como segundo metal com maior
concentração nos solos de ambas as áreas.
4
CONCLUSÕES
Para a maioria dos metais, não foi possível atingir o limite máximo de atenuação dos solos ao
longo de uma quantidade significativa de volume de lixiviado percolado. Apenas para o manganês o
limite de atenuação foi atingido para o solo original do lixão Invernadinha e para o solo de fundo do
lixão Rincão do engenho. A atenuação de metais nestes materiais é relevante, sendo mais significativa
para o solo original do lixão Invernadinha que apresenta menor contaminação por metais.
5
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao apoio fornecido pelo CNPq pelo financiamento de bolsa de pesquisa ao
primeiro (processo 800896), e segundo autor (processo 30320020057) e a FAPERGS (projeto
PRONEX-FAPERGS 0408410) pelo apoio financeiro concedido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Method for leaching solid material in a Column Apparatus. Philadelphia, 1995.
BRASIL, Ministério da Saúde. Portaria nº 518, de 25 de março de 2004. Estabelece procedimentos e
responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu
padrão de potabilidade, e dá outras providências. Diário Oficial da república federativa do Brasil.
Brasília, DF, nº 59, 26 de março de 2004. Seção 1, p 266.
CETESB, Companhia De Tecnologia Em Saneamento Ambiental, Decisão de diretoria nº 195-2005E. Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/relatorios/tabela_valores_2005.pdf>. Acesso em
28. junho. 2006.
CORSEUIL, H.X. MARINS, M. D. M. Contaminação de águas subterrâneas por derramamentos
de gasolina: o problema é grave? 1997. Disponível em:
<http://www.remas.ufsc.br/donwload/publicacao_08.pdf>. Acesso em: 18. Junho. 2006
KNOP, A.;. CONSOLI, N. C. Transporte de contaminantes em solos: Processos físicos do
transporte.In: Seminário De Engenharia Geotécnica Do Rio Grande Do Sul, 3., 2005. Passo Fundo.
Anais... Passo Fundo: ABMS/PPGENG, 2005. CD ROM.
STRECK, E. V. Solos do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: EMATER, 2002, 107 p.
SERAFIM, A. F. et. al. Chorume, Impactos ambientais e possibilidades de tratamento. 2003.
Disponível em:<http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/relatorios/tabela_valores_2005.pdf>. Acesso em:
28. junho. 2006
U.S. Environmental Protection Agency – EPA. Method 3050B. 1996. Disponível em:
<http://www.epa.gov/epaoswer/hazwaste/test/pdfs/3050b.pdf>. Acesso em 25. Ago. 2007.