Avaliação da eficiência de uma zona alagadiça (wetland) no controle da poluição por metais pesados.. por José Ângelo Sebastião Araujo dos Anjos - Versão HTML

ATENÇÃO: Esta é apenas uma visualização em HTML e alguns elementos como links e números de página podem estar incorretos.
Faça o download do livro em PDF, ePub, Kindle para obter uma versão completa.

(Taboa) ..........................................................................................

10

4.2

Medidor de qualidade HORIBA....................................................

19

4.3

Zona alagadiça utilizada como controle do sedimento .................

23

4.4

Agitadores com Bekee contendo os tubos de ensaio com a solução

da fase redutível.............................................................................

31

4.5

Balão de 50mL com as soluções das amostras sendo completada

com água deionizada .....................................................................

31

6.1

No centro da foto, de cor escura, pode-se observar o barramento da

escória contaminada por chumbo e cádmio ..................................

145

6.2

Barramento da escória com sinalizações em vermelho indicando

área a ser trabalhada ......................................................................

156

6.3

Indicação do rebaixamento do morro e construção do dique........

223

8.1

Escória depositada no entorno da Plumbum e que deveria ter sido

removida........................................................................................

224

8.2

Apresenta solo contaminado (feição avermelhada com resíduo da

escória) ..........................................................................................

224

8.3

(Abaixo) Apresentando processo erosivo redescobrindo a escória

224

8.4

Suergência das águas provenientes da tubulação (noroeste da foto)

que passa abaixo da ferrovia e são oriundas da pluviometria e águas

acumuladas a montante da escória ................................................

230

8.5

O rompimento do talude nas proximidades da zona alagadiça

alcançou grande área e (em detalhe) expôs a escória que deveria

encontrar-se recoberta pelo solo....................................................

230

xviii

Foto

Pág.

8.6

O rompimento do talude nas proximidades da zona alagadiça

alcançou grande área e (em detalhe) expôs a escória que deveria

encontrar-se recoberta pelo solo....................................................

230

xix

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANA

Agência Nacional das Águas

ANM

Atenuação Natural Monitorada

ATSDR

Agency for Toxic Substances and Disease Registry

BCR

Community Bureau of Reference

BTS

Baía de Todos os Santos

CARACAS Concerted Action on Risk Assessment for Contaminated Sites in the European Union

CEPED

Centro de Pesquisa e Desenvolvimento do Estado da Bahia

CEPRAM

Conselho Estadual de Proteção Ambiental

CERCLA

Comprehensive Environmental Response, Compensation and Liability Act

CETESB

Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental

CLARINET Contaminated Land Rehabilitation Network for Environmental Technologies in Europe

COBRAC

Companhia Brasileira de Chumbo

CONAMA

Conselho Nacional do Meio Ambiente

CRA

Centro de Recursos Ambientais

CTC

Capacidade de Troca Catiônica

DBO

Demanda Bioquímica de Oxigênio

DHS

Despoluição Hídrica do Solo

DNPM

Departamento Nacional da Produção Mineral

Eh Potencial

redox

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

EPA

Environmental Protection Agency

FAAS

Espectrometria de Absorção Atômica por Chama

FAPESP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

FUNASA

Fundação Nacional de Saúde

FWS

Fish and Widlife Service

GTZ

Deutsche Gesellschaff für Technische Zusammenarbeit Gmbh

IBAMA

Instituto Brasileiro de Meio Ambiente

ICP-OES

Emissão Atômica por Plasma Induzido

INMET

Instituto Nacional de Meteorologia

LCT

Laboratório de Caracterização Tecnológica

MMA

Ministério do Meio Ambiente

MO Matéria

Orgânica

NBR Norma

Brasileira

NICOLE

Network for Industry Contaminated in Europe

NRC

National Reserch Council

OD Oxigênio

Dissolvido

OMS

Organização Mundial de Saúde

pε -log

{e-}definição da intensidade redox

PACHEH

Pan American Center for Human Ecology and Health

xx

PD Potencialmente

Disponível

PEER

Projeto de Estudos Ecológicos do Recôncavo

PMI

Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo

PRAD

Plano de Recuperação de Áreas Degradadas

RACE

Risk Abatement Center for Center and Eastern Europe

SEMA

Secretaria Especial do Meio Ambiente

UFBA

Universidade Federal da Bahia

USEPA

United States Environmental Protection Agency

USP

Universidade de São Paulo

WHO

World Health Organization

XRF

X-Ray Flourescence

xxi

Capítulo 1 - Introdução

1

CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO

As áreas contaminadas1 por resíduos industriais constituem-se em um dos graves problemas sócio-ambientais do mundo moderno. Isto se deve, principalmente, à falta ou às dificuldades na aplicação de políticas específicas para essas áreas, possibilitando a contaminação do solo e das águas e, conseqüentemente, a disponibilidade de metais tóxicos ou compostos orgânicos na cadeia alimentar, gerando riscos ecológicos e para a saúde humana.

As políticas de gestão para sítios contaminados formalizadas pela maioria dos

países desenvolvidos estabelecem entre suas abordagens dominantes a ação corretiva, ou seja, o desenvolvimento de medidas de remediação de forma planejada e sistematizada após a identificação e diagnóstico do problema.

Entretanto, nos países considerados em desenvolvimento, entre eles o Brasil, a abordagem dominante à questão dos sítios contaminados ainda é a negligência2. Esta

forma de abordagem caracteriza-se pelo não reconhecimento do problema e está

vinculada, principalmente, às prioridades adotadas pelas jurisdições envolvidas.

A recuperação dessas áreas degradadas tem sido uma das principais

preocupações nos países industrializados, sobretudo nessas últimas décadas. Este fato é decorrente da conscientização e pressão das comunidades no sentido de alcançar melhor qualidade de vida, do levantamento do passivo ambiental para privatização de empresas estatais ou transações entre empresas privadas, das dificuldades de avaliação econômica na incorporação de conglomerados e do avanço das pesquisas científicas sobre a 1 Segundo o Manual de Gerenciamento de Áreas Contaminadas (CETESB 1999), áreas contaminadas (Acs) são sítios “onde há comprovadamente poluição causada por quaisquer substância ou resíduos que nela tenham sido depositados, acumulados, armazenados, enterrados ou infiltrados, e que determina impactos negativos sobre os bens a proteger, que são: a saúde e bem-estar da população; a fauna e flora; a qualidade do solo, das águas e do ar; interesses de proteção à natureza/paisagem; o ordenamento territorial e planejamento regional e urbano; e segurança e ordem publica”.

2 “A negligência é uma resposta característica de jurisdições onde ainda não há um reconhecimento público do problema. Este pode ser do conhecimento de um grupo restrito de especialistas, mas não tem repercussão junto à opinião publica ou não é visto como importante pelos níveis administrativos decisórios ou pela elite política. Sob a alegação de não causar inquietude junto à população, o problema pode mesmo vir a ser camuflado, ratificando o fato de que não ter política explícita é uma forma de política pública, às avessas.” SANCHEZ (2001).

Capítulo 1 - Introdução

2

disponibilidade e bioacumulação dos metais tóxicos e compostos orgânicos na cadeia alimentar.

Diante deste quadro, alguns instrumentos de gestão vêm sendo empregados nas

políticas corretivas de solos contaminados. Entre estas políticas destaca-se o programa de Gerenciamento de Áreas contaminadas, desenvolvido pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), representando o Governo do Estado de São Paulo em convênio com a Deutsche Gesellschaft fur Technische Zusammenarbeit Gmbh (GTZ)3. Este programa já desenvolveu, como instrumento de gestão, a primeira etapa do Manual de Gerenciamento de Áreas Contaminadas (CETESB 1999), a proposta para o Protocolo analítico de preparação de amostras de solos para determinação de metais (QUINÁGLIA 2001) e os Valores orientativos para solos e águas subterrâneas no

Estado de São Paulo (CETESB 2001).

Em desacordo com estas iniciativas, o Governo do Estado da Bahia não

desenvolve nenhum programa específico para gestão de Áreas Contaminadas, nem

mesmo, quando se refere a áreas abandonadas.

Todavia, a Universidade Federal da Bahia, desde a década de 1970, vem

promovendo um dos maiores levantamentos epidemiológicos dos efeitos do chumbo e cádmio nas populações circunvizinhas à metalurgia de chumbo da Plumbum Mineração e Metalurgia Ltda em Santo Amaro da Purificação, instalada em 1960 e abandonada em 1993. Essas pesquisas constataram não só um grande passivo ambiental atribuído à empresa, como também a falta de compromisso dos setores públicos e privados com os

bens a proteger4, depois que a contaminação foi diagnosticada e amplamente divulgada pelos meios de comunicação.

Diante da constatação da contaminação nas populações pesquisadas e da

existência de diversas rotas de exposição, o autor realizou uma primeira pesquisa sobre a contaminação dos solos e das águas superficiais e subterrâneas no sítio da Plumbum, 3 GTZ significa Sociedade de Cooperação Técnica do governo da Alemanha e tem como objetivo promover a cooperação técnica em projetos específicos dentro do tema Áreas Contaminadas e capacitar a CETESB para atuar no gerenciamento dessas áreas.

4 Segundo a Política Nacional do Meio Ambiente (Lei 6.938/81), são considerados bens a proteger: a saúde e a bem-estar da população; a fauna e a flora; a qualidade do solo, das águas e do ar; os interesses de Capítulo 1 - Introdução

3

com o intuito de identificar os níveis de contaminação e avaliar as formas de migração dos contaminantes (ANJOS 1998).

Essa pesquisa seguiu recomendações do Manual de Gerenciamento de Áreas

Contaminadas (CETESB 1999). Na primeira etapa,5 buscou-se levantar as características dos meios físico e antrópico do sítio, o histórico do empreendimento, a identificação e avaliação das áreas potencialmente contaminadas e a investigação confirmatória da contaminação, por meio da identificação das fontes, vias e mecanismos de

transformação e transferência dos poluentes no sistema solo-água do sítio da Plumbum.

O desenvolvimento destas etapas deu suporte para a proposição de estratégias corretivas e priorização de ações junto aos poderes públicos e a comunidade.

Esses estudos anteriores constataram que as maiores concentrações de metais

pesados encontram-se acumulados em uma zona alagadiça6 ou wetland, a jusante do barramento de escória contaminada por chumbo e cádmio produzida pela Plumbum

durante os seus 33 anos de operação.

As wetlands são denominadas “rins” do ciclo das águas globais, porque sempre causam melhoria na qualidade da água. Resumidamente, constituem-se em áreas de baixa declividade cobertas com água temporária ou intermitente, que podem se

desenvolver de forma natural ou construída pelo homem. Atualmente, são intensamente utilizadas no mundo todo como técnica de controle da poluição de resíduos domésticos e industriais.

A zona alagadiça diagnosticada teve sua origem a partir de um aterro para

canalização de águas pluviais do empreendimento e se desenvolveu como uma wetland7

com extensão em torno de 90m.

proteção à natureza/paisagem; a ordenação territorial e planejamento regional e urbano: e a segurança e ordem pública.

5De acordo com o fluxograma de Gerenciamento de Áreas Contaminadas está etapa esta correlacionada ao processo de Identificação de Áreas Contaminadas, que estabelece etapas intercaladas de priorizações, cadastros, classificação e avaliação preliminar dos contaminantes.

6Todas as áreas conceituadas como áreas molhadas, úmidas, alagadiça, pântano, brejos, charcos, manguezais, entre outros foram englobadas como wetlands em 1956 pelo U.S. Fish and Wildlife Service do Governo Americano. (TINER 1999).

7 As wetlands podem ser naturais ou construídas, as principais diferenças entre elas são que nas construídas, pode-se escolher as espécies vegetais, a composição do solo, existe o efetivo controle do que entra e sai do sistema (projeto hidrológico) e, a depender do tamanho, podem ser instaladas, em praticamente todas as áreas urbanas ou rurais.

Capítulo 1 - Introdução

4

Nesta área constatou-se as seguintes características: pH básico; textura do solo argiloso a muito argiloso, presença de argila do tipo montmorilonítica, alta capacidade de troca catiônica, elevada percentagem de matéria orgânica, concentrações de metais nas camadas superficiais do solo de até 8.200 µg/g de Pb e 117 µg/g de Cd e vegetação predominante de Typha sp. (ANJOS 1998).

A avaliação preliminar destes resultados demonstra que, possivelmente, os

processos geoquímicos de precipitação, sorção e complexação estão sendo eficazes na retenção do chumbo e cádmio nesta wetland.

Neste trabalho a pesquisa foi realizada com o intuito de estudar a retenção dos contaminantes nesta wetland. Para avaliar a eficiência da wetland da Plumbum como medida de controle da poluição, foi planejado um levantamento semanal de parâmetros de controle com a duração de um ano. Neste levantamento foram quantificados e

avaliados parâmetros físico-químicos para as águas pluviais e águas superficiais da zona alagadiça, além de serem analisadas as concentrações dos metais pesados que entram e saem do sistema úmido. Junto a este levantamento foi realizada análise química, por extração seqüencial, nos sedimentos da zona alagadiça com o intuito de determinar as concentrações de metais potencialmente disponíveis para o sistema.

Durante a execução da pesquisa houve uma modificação significativa das

condições físicas da área, uma vez que, atendendo a uma determinação judicial, a empresa recobriu o barramento de escória com solo e, nesse processo, aterrou parte da wetland.

Desta forma, a pesquisa teve que ser reformulada, para avaliar a eficiência da wetland da Plumbum e, também, os efeitos do recobrimento da escória. Em sua reformulação o trabalho teve três fases distintas: a primeira, antes do recobrimento, teve como objetivo avaliar a zona alagadiça como técnica de controle da contaminação proveniente da escória; a segunda etapa, que foi realizada durante a execução do projeto de recobrimento, avaliou o projeto técnico de contenção aplicado pela Plumbum, sua execução e interferência no sistema da wetland; a terceira etapa, desenvolvida após o recobrimento, teve como objetivo avaliar a eficiência do projeto desenvolvido pela Plumbum, tendo como controle as pesquisas desenvolvidas na primeira fase.

Capítulo 2 – Objetivo

5

CAPÍTULO 2: OBJETIVOS

Esta pesquisa tem por objetivo geral avaliar um sistema compreendido por um

barramento de resíduo tóxico (escória) e uma zona alagadiça ( wetland), pesquisando a atual capacidade de retenção ou remoção e o potencial de disponibilidade dos metais Chumbo (Pb), Cádmio (Cd), Zinco (Zn), Cobre (Cu), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Níquel (Ni), Alumínio (Al), Manganês (Mn), Ferro (Fe), Magnésio (Mg) e Cálcio (Ca) na área alagada, utilizando parâmetros de suporte e análises químicas para a escória

contaminada, as águas pluviais e superficiais, além do sedimento da wetland. Quanto aos objetivos específicos, são os seguintes:

a) investigar a influência do pH das águas da chuva no sistema composto pelo

barramento de escória e a zona alagadiça;

b) investigar os metais contidos na fonte de contaminação representados pela

escória;

c) investigar a distribuição temporal e espacial das concentrações dos metais contidos nas águas superficiais que entram e saem da wetland;

d) avaliar a eficiência da zona alagadiça na retenção dos metais, tendo como

referência os padrões de efluentes líquidos aplicados pela Resolução Conama

20/86;

e) avaliar os atuais níveis de retenção e potencial disponibilidade dos metais contidos no sedimento da wetland, especificamente, nas fases trocáveis do solo, nas fases associadas a carbonatos, óxidos de Fe e Mn, na matéria

orgânica e na fração residual do sedimento (análise química por extração

seqüêncial);

f) aplicar os resultados das análises por extração seqüencial como ferramenta de planejamento para proposição da remediação do sítio da Plumbum;

g) avaliar o projeto técnico de recobrimento da escória realizado pela Plumbum, sua execução e sua eficiência como medida de controle da poluição;

Capítulo 2 – Objetivo

6

h) avaliar a wetland da Plumbum como técnica de controle da poluição das águas superficiais proveniente dos lixiviados e/ou solubilizados da escória;

i) propor projeto de remediação alternativo para o sítio da Plumbum; e

j) instruir o Ministério Público e a Comissão de Meio Ambiente da Câmara de

Deputados nas ações pertinentes e a Prefeitura de Santo Amaro da

Purificação em ações de controle da poluição e promoção do bem estar e da

saúde pública.

index-32_1.jpg

Capítulo 3 – Modelo hipotético

7

CAPÍTULO 3: MODELO HIPOTÉTICO

A figura 3.1 representa um modelo conceitual hipotético de uma wetland como sistema retentor de metais, modificado do fenômeno global de circulação da água entre a superfície terrestre e a atmosfera – ciclo hidrológico -, e dos modelos de transferência de metais dentro da wetland, como discutidos por MITSCH e GOSSELINK (1993), KADLEC e KNIGHT (1996), KADLEC (1998) e WOOD e SHELLEY (1999).

Figura 3.1 – Ciclo hidrológico (modificado de Rebouças 1999) e detalhe dos componentes hidrológicos para wetlands construídas, com base em KADLEC e KNIGHT (1996).

index-33_1.png

Capítulo 3 – Modelo hipotético

8

Modelos matemáticos de transferência de metais foram desenvolvidos a partir de wetlands construídas, predominantemente para tratamento de efluentes domésticos, de acordo com os estudos desenvolvidos para balanço de massa, tendo como premissas a qualificação e quantificação dos elementos tóxicos na entrada do sistema, os processos envolvendo os ciclos biogeoquímicos que ocorrem dentro do wetland e a qualificação e quantificação das espécies químicas na saída do sistema.

A figura 3.2 ilustra uma proposta de modelo de fluxo hídrico e transferência de metais na wetland do sítio da Plumbum. Este modelo baseia-se nas condições naturais apresentadas pelo sistema e, por se tratar de um sistema sem projeto hidráulico capaz de dimensionar o volume e a vazão dos efluentes não foi possível efetuar para um balanço de massa, pratica comum nas wetlands construídas.

Figura 3.2 -Modelo de fluxo hídrico proposto para a wetland da Plumbum Na verdade, a wetland da Plumbum é artificial, mas não foi projetada para ser uma wetland, e muito menos para ter função de retenção de metais ou tratamento de efluentes. Trata-se de uma área alagada devido a um aterro de ferrovia, o qual foi dotado de uma tubulação de descarga. Trata-se, portanto, de uma wetland involuntariamente

index-34_1.png

Capítulo 3 – Modelo hipotético

9

construída que, fortuitamente, contribui para evitar a poluição do rio Subaé e seu estuário.

O modelo conceitual hipotético sugerido para o sítio da Plumbum (Figura 3.3)

tem como fonte natural de energia a precipitação (águas pluviais), responsável pelos processos de lixiviação e/ou solubilização dos metais na fonte de contaminação (barragem de escória). A via de transporte dos contaminantes é a água superficial, responsável pelos processos de lixiviação e/ou solubilização dos metais contidos na escória e pelos processos de precipitação, sorção, complexação e oxi-redução dos metais no solo hidromórfico da wetland.

Figura 3.3 – Modelo conceitual hipotético para o sistema do barramento de escória e da wetland da Plumbum

Vale a pena salientar que os processos de retenção dos metais na wetland

envolvem também a vegetação e os microorganismos. Estes parâmetros, entretanto, não farão parte desta pesquisa, tendo em vista sua complexidade e por estarem fora da abordagem metodológica proposta para o desenvolvimento deste trabalho.

index-35_1.jpg

Capítulo 4 – Materiais e métodos

10

CAPITULO 4: MATERIAIS E MÉTODOS

A metodologia desenvolvida para esta pesquisa visa estudar os efeitos

produzidos pela precipitação pluviométrica em um sistema composto por um barramento de escória contendo metais pesados e uma pequena zona alagadiça desenvolvida à jusante do barramento (Foto 4.1).

As intervenções efetuadas pela Plumbum durante o desenvolvimento da

pesquisa, realizando o recobrimento da escória, tiveram como conseqüência o aterro do ponto fixo de surgência através do qual era feito o monitoramento das águas lixiviadas da escória (P1). Este fato condicionou a reformulação do plano de pesquisa tendo em vista a necessidade de uma compatibilização dos levantamentos antes, durante e depois do recobrimento da escória.

Foto 4.1Wetland da Plumbum com predomínio da vegetação Typha sp. (taboa).

Para avaliar as especificidades dessa área foram realizadas os seguintes

levantamentos de campo:

Capítulo 4 – Materiais e métodos

11

• mapeamento topográfico (em escala 1:3000);

• levantamento pluviométrico;

• levantamento de parâmetros físico-químicos das águas superficiais;

• amostragem das águas superficiais da zona alagadiça para análise de metais, e

• amostragem do sedimento da wetland e solo do seu entorno.

Para as águas da chuva foram medidos o pH e a pluviometria semanal, enquanto

na zona alagadiça da Plumbum foi amostrada semanalmente a água superficial para analises químicas quantitativas dos seguintes metais: Alumínio (Al), Chumbo (Pb), Cádmio (Cd), Cálcio (Ca), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Cromo (Cr), Ferro (Fe), Magnésio (Mg), Manganês (Mn), Níquel (Ni) e Zinco (Zn).

Com o intuito de avaliar a mobilidade dos metais nas águas superficiais da zona alagadiça foram medidas, semanalmente durante o período de um ano, as seguintes variáveis físico-químicas: potencial hidrogeniônico (pH), potencial de oxi-redução (Eh), oxigênio dissolvido (OD), temperatura e condutividade.

Quanto aos sedimentos da wetland e solo do seu entorno, foram realizadas análises químicas por extração seqüencial, com o objetivo de avaliar a potencial disponibilidade dos metais Pb, Cd, Cu e Zn nas diversas fases geoquímicas do

sedimento.

O método de pesquisa contemplado para a área se caracteriza como uma

abordagem de caráter eminentemente quantitativo8.

O planejamento da pesquisa no sítio da Plumbum envolve procedimentos

específicos aplicados em metodologias para gerenciamento de sítios contaminados por resíduos industriais, diferentemente do que foi desenvolvido por MARKER et al.

(1994), POMPÉIA (1994), SÁNCHEZ (1995), CETESB (1996), GLOEDEN et al.

(1997), LEITE et al. (1997) e SÍGOLO (1997). Estes autores abordam apenas as principais etapas de planos para gerenciamento de sítios.

8 Segundo VARGAS (1985) apud BERTO e NAKANO (1998), a ciência moderna tem usado a combinação do método hipotético-dedutivo proposto por Galileu para designação da pesquisa quantitativa.

Dentro deste enfoque, a pesquisa quantitativa tem como características a coleta sistemática de dados, a criatividade, a percepção da relevância dos dados coletados, a atualização sistemática e o acréscimo de novas idéias e teorias (GHAURI et al. 1995 apud BERTO e NAKANO 1998).

Capítulo 4 – Materiais e métodos

12

Todavia, pesquisas realizadas por BERNARDES JUNIOR (1995), CUNHA

(1997), ANJOS (1998), GLOEDEN (1999) e SILVA (2001) em sítios contaminados,

apresentam metodologias com detalhamento de etapas e suas priorizações. Estes estudos demonstram que, mesmo em razão das inúmeras variáveis encontradas nos diferentes sítios contaminados (diferentes produtos químicos, fontes de contaminação e aspectos físicos, geoquímicos e biológicos), os diversos procedimentos para identificar, priorizar, investigar e avaliar são geralmente pré-estabelecidos.

Estes conjuntos de medidas e procedimentos seqüenciados específicos são

amplamente abordados em CETESB (1999 e 2001) e SCHIANETZ (1999), e tem como

objetivo identificar e avaliar os impactos registrados nos sítios contaminados, além de orientar e propor medidas corretivas para a recuperação da área e seu uso adequado.

Dentro deste propósito, as seguintes atividades foram consideradas essenciais

para nortear a pesquisa: levantamento bibliográfico; planejamento das atividades de levantamento de campo; seleção dos pontos para medidas “in situ” de parâmetros de qualidade de água da wetland e da amostragem para análise de metais; seleção e amostragem do sedimento e solo; implantação do pluviômetro para amostragem das águas de chuva na área próxima ao sítio estudado; escolha de métodos de análises químicas para determinação das concentrações dos metais e a utilização de método estatístico para auxiliar na interpretação dos resultados obtidos. Nesta pesquisa, os dados de campo e laboratório serão tratados de forma distinta.

4.1 Metodologia

A proposta inicial para avaliação do sistema compreendido pelo barramento da

escória e da wetland da Plumbum teve como objetivo principal analisar a correlação entre o pH e o volume das águas pluviais com as concentrações de metais lixiviados e/ou solubilizados da escória. Esta pesquisa foi concebida para ser desenvolvida em dois pontos fixos, entrada (P1) e saída (P2) da zona alagadiça, em um ciclo hidrológico anual, com início programado para janeiro de 2001.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

13

Entretanto, a proposta inicial teve que ser modificada em função do cumprimento às determinações contidas nos autos da Ação Civil Pública n° 302/97 do Juízo de Direito Civil da Comarca de Santo Amaro da Purificação, no Estado da Bahia. Esta Ação Civil foi iniciada pelo Ministério Público Estadual como pedido de antecipação de tutela e determinou “o encapsulamento superficial do vale da escória, ou seja, o encapsulamento hidráulico obedecendo as exigências do controle da poluição do solo e das águas constantes nas Normas NBR-1183 e 1264” (NETO 2001).

As obras propostas pelo Ministério Público foram iniciadas em abril de 2001, por intermédio da Empresa Morsa Engenharia Ltda. Todavia, com o andamento dos

trabalhos foi constatado que não se tratava de um encapsulamento, e sim de um

recobrimento superficial fora dos procedimentos estabelecidos pelas normas supra citadas.

O recobrimento do barramento de escória causou o aterro do ponto fixo de

surgência das águas lixiviadas da escória (P1), tornando imperativo a mudança da metodologia, que previa o levantamento de parâmetros de suporte e análise química de metais pelo período de um ano.

Diante das novas condições do meio físico foram revistos os procedimentos para o desenvolvimento metodológico da pesquisa cujas metas passaram a ser: (i) o

levantamento dos metais e parâmetros de suporte na wetland da Plumbum com o intuito de avaliar a migração dos metais para o rio Subaé; e (ii) a análise do projeto de recobrimento como técnica de remediação da área contaminada.

A primeira etapa (os levantamentos anteriores ao recobrimento da escória) foi

desenvolvida nos primeiros cinco meses da pesquisa, até que o ponto P1 fosse aterrado, e teve como objetivo avaliar a remoção e a disponibilidade dos metais da wetland da Plumbum como indicadores da contaminação.

A segunda etapa, desenvolvida durante a execução do recobrimento, foi realizada nos meses de junho e julho de 2001 e teve como objetivo avaliar a instalação do projeto de recobrimento e sua interferência no comportamento dos metais na zona alagadiça da Plumbum.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

14

A terceira etapa, desenvolvida após o projeto de recobrimento da escória, foi

realizada de agosto a dezembro de 2001 e teve como objetivo avaliar a eficiência do recobrimento da escória e o monitoramento dos metais da zona alagadiça para o rio Subaé.

4.1.1 – Pesquisa de campo

A pesquisa de campo foi realizada utilizando procedimentos normalizados para

os seguintes levantamentos: localização e amostragem na estação das águas pluviais; locação dos pontos de coleta das águas superficiais, sua freqüência e amostragem; e a localização e amostragem do sedimento da zona alagadiça e do solo.

4.1.1.1 – Mapa topográfico

Foi confeccionado um mapa topográfico na escala 1:100 da área que compreende

as instalações da Plumbum e seu entorno imediato. Este levantamento foi realizado pelo

Projeto Purifica1 com o objetivo de obter uma carta topográfica compatível com o detalhamento da pesquisa (Figura 4.1). Este mapa original, em formato AUTOCAD, foi modificado e adaptado para a escala 1:3000 neste trabalho.

4.1.1.2 – Levantamento das águas pluviais

As águas pluviais se comportam como agente essencial nas funções

desenvolvidas pelas wetlands, podendo influenciar a quantidade da água durante as estações do ano e especialmente, controlar a migração ou retenção dos metais no sistema.

1 O Projeto Purifica ou Proposta para remediação de áreas degradadas pela atividade extrativa do chumbo em Santo Amaro da Purificação foi um projeto desenvolvido pelas Escolas Politécnicas da UFBA e USP, dando continuidade as pesquisas desenvolvidas por ANJOS (1998). O projeto foi realizado com recursos da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) no valor de R$ 259.000,00. Além da USP, participaram como unidades co-executoras o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento (CEPED) e o Centro de Recursos Ambientais (CRA).

Capítulo 4 – Materiais e métodos

16

Desta forma, os valores de pH e o volume de águas pluviais levantados durante

um ano serviram como base para a avaliação das mudanças ocorridas entre a primeira e a terceira etapa da pesquisa. Estes valores permitiram também a correlação das concentrações de metais analisados, na entrada e na saída da zona alagadiça.

• Localização e instalação da estação de amostragem.

A escolha do local para instalação da estação de amostragem das águas pluviais priorizou: (i) a proximidade com o sítio estudado; (ii) a implantação da base em uma área desmatada; e (iii) a segurança do pluviômetro, em razão das instalações da Plumbum se encontrarem abandonadas e sujeitas a roubo.

A estação de amostragem é composta por um pluviômetro tipo MI-028. O

pluviômetro foi instalado no dia 27 de dezembro de 2000 para que a primeira

amostragem de 03 de janeiro de 2001 acontecesse depois de uma semana de coleta da água da chuva. Esta estação apresenta as seguintes especificações, contidas no Quadro 4.1:

Quadro 4.1 – ESPECIFICAÇÃO DO PLUVIÔMETRO TIPO MI-028

Material

Inox 304 N° 26

Rabinet

Latão 378”

Braçadeira

Alumínio

Soldas

A ponto/estanho

Área de captação

400 cm2

Diâmetro da boca

225,7 mm

Altura

630 mm

Capacidade de milímetros de chuva

200 mm

Peso

3 Kg

Proveta calibrada

Vidro Pyrex

Capacidade da proveta

25 mm

Divisão da escala da proveta

0, 2 mm

Capítulo 4 – Materiais e métodos

17

• Freqüência e coleta das amostras.

A freqüência da amostragem das águas pluviais foi semanal, às quartas-feiras

pela manhã, durante todo o ano de 2001, e se realizou por meio de uma proveta

calibrada de vidro Pyrex. A proveta foi lavada com água deionizada antes e depois da coleta da amostra.

• Medida do parâmetro físico-químico e volume das águas pluviais

A análise do pH, parâmetro físico-químico não conservativo9, foi realizada “in situ” por meio de um medidor de qualidade de água portátil, marca U 10 da HORIBA e a calibragem do equipamento foi realizada por meio da solução padrão especifica para o parâmetro físico-químico amostrado.

4.1.1.3 – Levantamento das águas superficiais na zona alagadiça

O levantamento das águas superficiais da zona alagadiça foi realizado para as

determinações dos parâmetros físico-químicos (coleta de dados in situ) e dos metais pesados e de suporte para análises químicas quantitativas, em estações de localização rigorosamente controlada.

• Localização das estações de amostragens

Na primeira etapa, antes do recobrimento, o levantamento foi feito nos pontos de surgência das águas do barramento da escória (ponto P-01) e na saída da wetland (entrada da tubulação da zona de aterro) (ponto P-02), (Figura 4.2). Na segunda etapa (durante o recobrimento da escória) foram coletadas amostras somente no ponto P-02.

Finalmente, na terceira etapa (depois do recobrimento da escória) a amostragem foi 9 Os parâmetros físico-químicos não conservativos “são aqueles que, temporariamente, podem variar de forma rápida e significativa tais como pH, Eh e temperatura” (MESTRINHO 1997).

Capítulo 4 – Materiais e métodos

18

realizada no ponto P-02 e em um terceiro ponto denominado P-03 localizado na

confluência da drenagem da Plumbum com o rio Subaé.

Figura 4.2 – Localização dos pontos de amostragem das águas superficiais

index-44_1.jpg

Capítulo 4 – Materiais e métodos

19

• Freqüência, coleta e preservação das amostras

A amostragem, tanto para levantamento in situ dos parâmetros de suporte quanto para as análises químicas dos metais foram realizadas semanalmente durante o ano de 2001. A amostragem dos parâmetros de suporte nas águas superficiais foi realizada por meio de copo coletor plástico pertencente ao medidor de qualidade de água (Foto 4.2).

Para este procedimento não foi necessária a preservação das amostras, em virtude das medidas serem efetuadas “in situ” .

Para as análises químicas foram realizadas coletas em frascos de vidro de 1000

ml, tendo as amostras sido preservadas em 1% de acido nítrico concentrado.

Foto 4.2 – Medidor de qualidade HORIBA

Capítulo 4 – Materiais e métodos

20

• Levantamento de parâmetros físico-químicos das águas superficiais.

As análises dos parâmetros de suporte, potencial hidrogeniônico (pH),

temperatura, condutividade, oxigênio dissolvido e potencial de oxi-redução (Eh) foram realizadas in situ por meio de um medidor de qualidade de água, modelo U 10 da HORIBA. Para controlar a qualidade dos dados levantados foi realizado mensalmente um levantamento dos mesmos parâmetros de suporte utilizando outro medidor de

qualidade de água, o 230A da ANALYSER.

A calibragem dos equipamentos foi realizada por meio de soluções-padrão

adquiridas da empresa representante de cada equipamento.

Foram realizadas 22 amostragens semanais na primeira etapa, correspondente

aos dados obtidos antes do recobrimento da escória efetuada, 8 amostragens semanais durante o recobrimento do barramento da escória e 22 amostragens semanais na terceira etapa.

• Levantamento das águas superficiais para análise de metais

A amostragem das águas superficiais para analise química total dos metais

contemplou a mesma estratégia estabelecida para o levantamento dos parâmetros físico-químicos. Durante 52 semanas, as amostras de águas superficiais para analise química de metais foram coletadas após as medidas realizadas para os parâmetros físico-químicos.

Os pontos de coleta foram os mesmos do levantamento dos parâmetros físico-

químicos e a coleta das águas superficiais destinou-se à determinação dos teores dos metais Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Mg, Zn, Mn, Co, Cr, Ni e Pb por analises químicas

quantitativas. A amostragem foi realizada de acordo com os procedimentos do Guia de coleta e preservação de amostra de água (CETESB 1988).

As amostras foram coletadas em frascos de polietileno, com volume de 1 litro,

preservadas com 5 ml de HNO3 concentrado por litro e mantidas a uma temperatura de 04 °C.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

21

4.1.1.4 – Levantamento do sedimento da zona alagadiça e solo do entorno

• Localização da amostragem

A amostragem do sedimento e solo foi realizada em sete pontos distintos: cinco amostras de sedimento dentro da zona alagadiça (AW - 01; 02; 03; 04 e 05), uma amostra de solo (AW – 06) na margem direita da wetland (Figura 4.3), além de uma amostra de sedimento oriunda do ponto de controle, situada em uma outra zona

alagadiça (AW – 00) localizada a norte do sitio da Plumbum, a margem direita da estrada para o distrito da Pedra (16 km) e montante do rio Subaé (Foto 4.3). Este ponto de controle esta fora da influência da drenagem que atinge a escória.

• Freqüência, coleta e preservação da amostra

A amostragem de sedimento e solo foi realizada em uma única etapa e a coleta

seguiu os procedimentos do Manual de Áreas Contaminadas (CETESB 1999).

Com o objetivo de evitar a contaminação das amostras, optou-se pela estratégia de realizar a amostragem no período no qual a quantidade de água superficial nos sedimentos era muito baixa.

Desta forma, os seguintes procedimentos foram considerados na elaboração do

plano de amostragem.

1. Distribuição dos pontos de amostragem

Este procedimento teve como objetivo promover um levantamento de dados

simples e representativos da área avaliada, considerando o custo de investigação, além de estimar a distribuição dos contaminantes presentes no sedimento e solo da área investigada.

Por meio da avaliação dos dados pré-existentes verificou-se que a distribuição da contaminação na área esta concentrada em determinados pontos, optando-se por uma malha com distribuição direcionada dos pontos de amostragem.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

22

Figura 4.3 – Pontos de amostragem dos sedimentos e solo

index-48_1.jpg

Capítulo 4 – Materiais e métodos

23

Foto 4.3 – Zona alagadiça utilizada como controle dos metais do sedimento

2. Número de pontos amostrados

Considerando a pequena extensão da zona úmida (90m de comprimento com

largura maior de 18m), optou-se por 5 pontos dispostos em duas seções cruzadas.

3. Profundidade e quantidade e volume da amostragem

As amostras de solo e sedimentos foram coletadas a 10 cm de profundidade,

homogeneizadas e distribuídas em duplicatas com volume em torno de 1kg.

4. Tipo do amostrador e coleta da amostra

Trado de caneco para solos argilosos e amostras armazenadas e preservadas em

saco plásticos de polietileno.

5. Procedimentos de amostragem

Limpar a área a ser amostrada; realizar a tradagem; dispor a amostra em bandeja de plástico; homogeneizar e acondicionar amostra em sacos plásticos e; proceder a descontaminação dos equipamentos antes da próxima amostragem com água deionizada.

6. Identificação da amostra

Cada saco plástico foi identificado com o número da amostra.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

24

4.1.2 – Análises de laboratório

As pesquisas de laboratório foram realizadas nas seguintes instituições:

• o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento do Estado da Bahia (CEPED) efetuou

as análises quantitativas para as águas superficiais e a leitura das soluções para análise seqüencial do solo e sedimento (Método TESSIER et al. 1979) ;

• o Laboratório de Geoquímica do Instituto de Geociências da Universidade

Federal da Bahia realizou os procedimentos para preparação das amostras e

separação das soluções para extração seqüencial do solo e sedimento;

• o Laboratório de Caracterização Tecnológica do Departamento de Engenharia de Minas e Petróleo realizou análise semiquantitativa da percentagem dos óxidos

presentes na escória por Fluorescência de Raio-X, e

• os Laboratórios de Solo e de Química Inorgânica, respectivamente, dos

Departamentos de Engenharia de Estrutura e Fundações da Escola Politécnica e

de Química da Universidade de São Paulo iniciaram as análises por extração

seqüencial dos solos e sedimentos, utilizando os novos procedimentos

normalizados pelo Community Bureau of Reference (BCR).

4.1.2.1 – Procedimento analítico para a escória

A escória produzida pela Plumbum é um resíduo tóxico perigoso (ANJOS e

SÁNCHEZ 1997 e ANJOS 1998) e, por mais de três décadas foi depositada no solo do município de Santo Amaro da Purificação sem nenhuma medida de controle ambiental.

Para esta pesquisa foram coletadas amostras em dois furos no centro do

barramento de escória realizados pelo projeto Purifica Os furos foram de sete metros e as seguintes amostras foram analisadas para determinação dos óxidos: Furo 33, amostras AM02 – Prof. 1,00 a 1,99m; AM03 – Prof. 3,00 a 3,99m; e AM06 – Prof. 6,00 a 6,99m; e o Furo 34, amostra AM02 – Prof. 1,00 a 1,99m; AM04 – Prof. 3,00 a 3,99m; e AM07

– Prof 6,00 a 6,99m.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

25

O Laboratório de Caracterização Tecnológica – LCT do Departamento de

Engenharia de Minas e de Petróleo da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, realizou a preparação e a análise da escória, por Fluorescência de Raio-X.

Os procedimentos para confecção da pastilha e posterior leitura no Raio-X,

segundo o LCT são apresentados no Figura 4.4:

PULVERIZAÇÃO DA AMOSTRA A SEÇO

(massa > 10g)

COMPOSIÇÃO DA AMOSTRA

10g da amostra + 1g de cimento WAX

HOMOGENEIZADOR RETSCH

1min

PRENSA HERZOG

20 t / 15seg

PASTILHA

LEITURA (MAGIX-PRO)

Fonte: LCT

Figura 4.4 – Procedimentos para confecção da pastilha e leitura no Raio –X.

4.1.2.2 – Procedimento analítico para águas superficiais

As análises foram realizadas pelo CEPED, utilizando o método analítico de

Espectrometria de Absorção Atômica por Chama (FAAS) e Emissão Atômica por

Plasma Induzido (ICP-OES), atendendo os procedimentos do Standard Methods for the Capítulo 4 – Materiais e métodos

26

Examination of Water and Wasterwater, 20th Edition, 1998. O esquema do procedimento é apresentado no Figura 4.5.

AMOSTRA (125 mL)

2,5 mL de HCK 50% (v/v)

0,5 mL de HNO3 50% (v/v)

PRÉ-CONCENTRAÇÃO

(Evaporação em forno de microondas)

Completar volume (25 mL)

LEITURA (ICP-OES)

Fonte: BANDEIRA (2002)

Figura 4.5 – Procedimentos analíticos para leitura das concentrações dos metais Foram utilizados o Espectrômetro Optima 3000 DV e o Perkin-Elmer (ICP) nas

seguintes condições:

• posição da tocha/leitura – Axial

• nebulizador - GemCone High Solids

• câmara de expansão – Ciclônica

• detetor – Estado Sólido Segmentado (SCD)

• ótica – Echelle (purgado com nitrogênio)

• faixa de cobertura – 167nm e 782nm

Todas as amostras analisadas para metal total foram validadas por meio da

metodologia que utilizou o ítrio como padrão interno para correção das interferências da matriz. Estas correções foram decorrentes da otimização dos parâmetros, tais como potência do plasma e vazão do nebulizador (BANDEIRA 2002)

Capítulo 4 – Materiais e métodos

27

Os resultados das amostras foram obtidos por meio da media de triplicatas e os limites de detecção instrumental (mg/L) do ICP-OES utilizados nas análises químicas foram os seguintes: Alumínio 0,024; Cádmio 0,00024; Chumbo 0,0072; Cobalto 0,0024; Cobre 0,0019; Cromo 0,00076; Ferro 0,0013; Magnésio 0,0084; Níquel 0,0029; e Zinco 0,00062.

4.1.2.3 - Procedimentos analíticos para sedimento e solo

A preparação e análise de amostras de solo e sedimentos para determinação de

metais foram executados conforme os procedimentos estabelecidos por LAYBAUER

(1995), MOZETO (1997), CETESB (1999), OLIVEIRA (2000) e QUINÁGILA (2001).

Após a coleta e preservação das amostras realizadas na fase de campo foram

desenvolvidas as seguintes etapas para quantificação analítica (Figura 4.6).

SECAGEM E DESAGREGAÇÃO (1)

HOMOGENEIZAÇÃO E QUARTEAMENTO (2)

MOAGEM E PENEIRAMENTO (3)

CONSERVAÇÃO E PESAGEM (4)

EXTRAÇÃO SEQÜENCIAL (5)

Figura 4.6 – Etapas para preparação e quantificação analítica das amostras A secagem de 1kg de sedimento de cada amostra foi realizada em estufa a 40°C,

posteriormente o material foi desagregado, sendo retirados restos de raízes e

pedregulhos que não fazem parte do sedimento (1).

Capítulo 4 – Materiais e métodos

28

Em seguida, a amostra foi homogeneizada em caixas plásticas desinfetadas e

quarteada com espátula previamente descontaminada. Foram acondicionadas amostras duplicatas em sacos de poliestileno, devidamente identificados (2).

A moagem da porção quarteada foi realizada em gral de ágata e o maceramento

da amostra foi realizado sem força excessiva, com o cuidado de não alterar o tamanho original da partícula. Terminada a moagem, a amostra foi passada em peneiras de aço inox com malha menor que 0,063 mm (3).

A porção da amostra com tamanho menor que 0,063 mm foi acondicionada em

recipiente plástico identificado e colocada no dessecador, até a pesagem em balanças com precisão de 0,1 mg (4).

Para iniciar a análise por extração seqüencial as amostras foram colocadas nos tubos da centrifugadora e para cada etapa foram colocados os reagentes estabelecidos na análise (5).

Análise por extração seqüencial em uma amostra de solo e seis amostras de

sedimentos da wetland foi realizado no Laboratório de Geoquímica do Instituto de Geociências da UFBa. Esta análise teve como objetivo avaliar a quantidade de metais pesados potencialmente disponíveis no sedimento e solo contaminado da Plumbum.

O procedimento adotado para a extração seqüencial dos metais na wetland da Plumbum teve como referência métodos que utilizaram amostras de sedimentos, tais como TESSIER et al. (1979), modificados no Brasil, por JORDÃO et al. (1990), NASCIMENTO et al. (1997), LACERDA et al. (1998) e OLIVEIRA (2000)1.

Os métodos de fracionamento citados fornecem informações a respeito das

frações químicas e da proporção do metal que é solubilizado por um reagente específico.

As frações principais são as seguintes (Quadro 4.2): fração trocável, referente a metais fracamente adsorvidos às argilas, à matéria orgânica e aos óxidos de ferro e manganês; fração solúvel em ácido dos metais ligados à carbonatos; fração reduzível dos metais ligados a óxidos de ferro e manganês; fração oxidável dos metais ligados à matéria orgânica e sulfetos; e fração residual da matriz mineralógica.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

29

As soluções obtidas nas fases trocáveis, carbonática, redutível, oxidável e

residual do sedimento e solo foram enviadas ao CEPED, quando foram analisadas as concentrações de chumbo, cádmio, zinco e cobre pelo método de Espectrometria de Absorção Atômica em Chama.

Na etapa inicial da extração seqüencial, a fase trocável, será liberada da

superfície dos sólidos todos os metais fracamente adsorvidos2 nos argilo-minerais, óxidos hidratados de manganês e ferro e ácidos húmicos (NASCIMENTO 1997), além dos metais encontrados nas águas intersticiais, principalmente dos sedimentos

(JAAGUMAGI 2002).

Nesta fase são utilizados diversos tipos de reagentes tais como: sais ácidos e bases fortes, por exemplo, KNO3 ou MgCL2; ou sais de bases fracas como os acetatos de amônia (NH4OAc) têm sido usados em diferentes análises.

A fase ligada aos carbonatos é facilmente solúvel por representar um grupo de

minerais com estrutura relativamente simples (KLAMT e MEURER 1999). Os metais

associados à fase carbonática são liberados por meio de ácidos, tais como o ácido acético ou o acetato de sódio (URE et al. 1993).

A fase redutora está correlacionada aos óxidos e hidróxidos de Fe e Mn. Segundo NASCIMENTO op cit. , estes óxidos são termodinamicamente instáveis sob condições anóxidas e são excelentes receptores de metais pesados. Nesta fase é importante que os reagentes utilizados para quebrar as ligações entre os metais e os óxidos também não ataquem os minerais silicatícos e as ligações entre os metais e a matéria orgânica (OLIVEIRA 2000).

Segundo URE op cit. , os principais tipos de reagentes utilizados para esta fase são: o cloreto de hidroxilamina NH2OH.HCl em ácido acético ou nítrico; oxilato de amônia; e mistura de ditionito de sódio, citrato de sódio e bicarboranato de sódio.

1 As análises por extração seqüencial utilizando a metodologia do BCR, desenvolvidas nas amostras de solo e sedimentos da zona alagadiça da Plumbum, não foram realizados em tempo para apresentação nesta tese.

2 A adsorção é um processo que envolve o acúmulo ou a concentração de substâncias na superfície ou na interface de sólidos ou líquidos, podendo ser distinguida em adsorção física, que envolve forças intermoleculares fracas, e adsorção química, envolvendo a formação de ligações químicas complexas (NEDER 1998)

Capítulo 4 – Materiais e métodos

30

Quadro 4.2 – PROCEDIMENTOS PARA EXTRAÇÃO SEQUENCIAL

Fração

Método

Trocável

20 mL acetato de amônio (1M), pH 7, agitação 2h,

temperatura ambiente, centrifugação

30min/3000RPM, solução em balão 50 mL.

Carbonatos

20 mL acetato de sódio (1M), pH 5, agitação 12 h,

temperatura ambiente, centrifugação

30min/3000RPM, solução balão de 100 mL.

Redutível

40 mL NH2OH.HCL (0,1M) + CH3COOH (25%),

pH 2, agitação 6h, aquecimento a 96 °C (Foto 4.4),

centrifugação 30min/3000RPM, solução em balão de

50 mL (Foto 4.5).

Oxidável

1a fase. 3mL HNO3 (0,02M) + 5 mL H2O2 (30%),

pH 2, aquecimento 85 °C, agitação ocasional por 2h.

2a fase. Inserir 3 mL H2O2 (30%), pH 2, aquecimento

85°C, agitação constante por 3h.

3a fase. Esfriar a solução, adicionar 5NH4OAc (3,2M)

em 20 mL de ácido nítrico, agitação constante a frio

por 30 min, solução em balão de 50 mL.

Residual

Decomposição tri-ácida

1a fase. 10 mL de HF+5mL de ácido nítrico ( secura)

2a fase. 5 mL de ácido fluorídrico + 5mL ácido nítrico

+ 5 mL de ácido perclorico (leva a secura)

3a fase. 5 mL de ácido fluorídrico + 5 mL de ácido

nítrico + 2 mL de ácido perclorico (leva a secura)

4a fase. Dissolver os sais com solução de ácido

clorídrico (10 mL) a (6M)

Fonte: Modificado de TESSIER et al. (1979)

index-56_1.jpg

index-56_2.jpg

Capítulo 4 – Materiais e métodos

31

Foto 4.4 – Agitadores com Beker contendo os tubos de ensaio com a solução da fase redutível

Foto 4.5 – Balão de 50 mL com as soluções das amostras sendo completado com água deonizada.

Capítulo 4 – Materiais e métodos

32

A fase oxidável está ligada à matéria orgânica e aos sulfetos e os procedimentos adotados priorizam condições oxidantes para degradação da matéria orgânica e dos sulfetos associados baseados em água oxigenada (H202). Entretanto, segundo URE et al.

(1993), nenhum método aplicado parece satisfatório para separação desta fase.

A fase residual corresponde à análise dos metais na sua estrutura mineral, esta fase caracteriza-se pela não disponibilidade dos metais. Para liberar os metais são utilizadas soluções tri-ácidas, com ácidos fluorídrico, nítrico e perclórico.

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

33

CAPITULO 5: REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

5.1 O que são Wetlands (zonas alagadiças ou úmidas) ?

Segundo TINER (1999), wetland é um termo genérico utilizado para definir um universo de hábitats úmidos, que são conhecidos sob diversas denominações, como banhados, pântanos, brejos, zonas alagadiças, charcos, manguezais e áreas similares, estando sujeitos a inundações periódicas ou permanentes, que mantêm o solo

suficientemente saturado para o estabelecimento de plantas macrofitas1 e o

desenvolvimento de solos hidromórficos2. Estas condições influenciam no controle de toda a biota (plantas, animais e microorganismos) aliado às especificidades de diferentes regimes hidrológicos, clima e geomorfologia (KADLEC e KNIGHT 1996).

A importância sócio-econômica das wetlands vem de tempos primórdios com a ocupação do delta dos rios Tigre e Eufrates. Esta área, considerada como berço da humanidade, encontra-se inserida em uma enorme e complexa wetland, que durante todos estes séculos tem sustentado milhares de famílias, em especial com sua produção agrícola.

Algumas wetlands estão entre os maiores sistemas naturais produtivos da terra e são de vital importância para a conservação da biodiversidade do planeta, entre as quais podem-se destacar os manguezais, que ocupam grande faixa do litoral brasileiro, os igarapés do rio Amazonas e o Pantanal Mato-grossense.

Essas wetlands apresentam denominações diferentes, em especial nos Estados Unidos e Canadá e, em função da sua variabilidade tipológica, são ali denominadas de salt marsh, freshwater marsh, tidal marsh, alkali marsh, fen, wet meadow, wet prairie, alkali meadow, shrub swamp, wooded swamp, bog, muskeg, wet tundra, pocosin, mire, pothole, playa, salina, salt flat, tidal flat, venal poll, bottomland hardwood swamp, river bottom, lowland, mangrove forest, e floodplain swamp (TINER op. cit. ).

1 Plantas que germinam na água ou no solo e estão sujeitas periodicamente a condições anaeróbicas devido ao excesso de umidade (TINER op. cit. ).

2 Solos hidromóficos são solos saturados, freqüentemente próximos à superfície, o que cria condições para o desenvolvimento da redução anaeróbica, que afete o crescimento de plantas e promova a fixação de hidrófitas (TINER op. cit).

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

34

A primeira definição de wetland foi publicada por Nathaniel Shaler no U. S.

Geological Survey de 1890, em um artigo denominado General Account of the Freshwater Morasses of the United States. Neste artigo, Shaler utiliza o termo swamp como solos inundados.

Em 1956, o U. S. Fish and Wildlife Service (FWS) publicou relatório

denominado Wetlands of the United States, their extent and value for waterfowl and other wildlife. Este estudo, conhecido nos meios do governo americano como “Circular 39”, teve como objetivo homogeneizar as diversas nomenclaturas conceituadas como áreas molhadas, úmidas ou alagadiças (MITSCH e GOSSELINK 1993 e TINER 1999).

LEFOR e KENNARD (1977) apud TINER ( op. cit. ), por meio de extensa amostragem de campo, realizaram a primeira revisão sobre a definição das wetlands.

Segundo os autores, um hidrogeólogo definiria uma wetland como uma área de flutuação do nível hidrostático, dependendo da freqüência e duração das inundações ou marés. Um especialista em solos o caracterizaria como um local que apresenta solos encharcados e, quando freqüentemente inundado, afeta a produção da colheita. Já um botânico enfatizaria a ocorrência de certas espécies de vegetação, suas comunidades e as condições de umidade que promovem sua colonização. Desta forma, concluem os

autores, as definições da wetland seriam diferentes quando baseadas nas diferentes áreas de formação ou interesse.

Todavia, até a década de 1990, o FWS, baseava a definição da wetland nas condições predominantemente biológicas. O FWS foi responsável durante o período de 1970 a 1980 pelas mais importantes pesquisas a respeito da vegetação, solos e hidrologia das zonas úmidas, criando metodologias para identificação das wetlands e critérios para regulamentar seu uso.

Neste ínterim, variadas definições de wetland foram sendo aplicadas para regulamentação de diferentes programas nos estados Americanos. Outros países, tais como Canadá, Austrália e Zâmbia, possuíam suas próprias definições desde a década de 1980.

Em 1998 cientistas representando agências de mais de 90 países interessadas na conservação das zonas úmidas estabeleceram uma definição muito ampla e denominada Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

35

Ramsar wetland definitions. Esta convenção internacional, além de estender os limites físicos para as zonas úmidas, reconheceu que esses ecossistemas podem conter outros hábitats como componentes vitais ao seu desenvolvimento.

A convenção de Ramsar 3 ou Convenção sobre Zonas Úmidas é um tratado intergovernamental, assinado em 1971 na Cidade de Ramsar, no Irã, que tem como objetivo promover e estimular a conservação e o uso racional de zonas úmidas em todo o mundo.

Segundo a Convenção de Ramsar, são consideradas zonas úmidas “toda extensão de pântanos, charcos e turfas ou superfícies cobertas de água, de regime natural ou artificial, permanentes ou temporárias, com água parada ou corrente, doce, salobra ou salgada. As áreas marinhas também são consideradas zonas úmidas, contanto que a profundidade da maré baixa não exceda a seis metros. Também ficou estabelecido que essas zonas úmidas podem compreender as regiões ribeirinhas ou costeiras adjacentes, assim com as ilhas ou extensões de áreas marinhas de uma profundidade superior aos seis metros em maré baixa. Como resultado desta Convenção, as zonas úmidas se

estendem a uma ampla variedade de ecossistemas aquáticos, incluindo rios, zonas costeiras/marinhas e zonas úmidas artificiais, tais como lagoas, açudes e represas”

(www.ramsar.org/).

O conceito de zonas úmidas da Convenção de Ramsar é eminentemente político e abrangente para preservação ambiental, tendo em vista que a introdução de zonas úmidas na Lista Ramsar representa novas possibilidades de negociação internacional, tais como aquelas voltadas para desenvolvimento de pesquisas, acesso a fontes

internacionais de financiamento e criação de cenários mais amplos para a cooperação intergovernamental.

Os países signatários da Convenção de Ramsar devem promover o uso

sustentável das zonas úmidas no seu território, desde quando sejam adotadas políticas e 3 A convenção de Ramsar foi estabelecida em 02/02/71. Trata de um acordo de natureza multilateral com abrangência global. Esta convenção também é denominada de “Convention on wetland ou Convention sur les zones humides ou Convención sobre los humedales”. O Brasil ratificou a convenção em 1993 e o Ministerio do Meio Ambiente estabeleceu o termo de “zonas úmidas” como o equivalente na língua portuguesa para definição de grandes ecossistemas naturais úmidos.

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

36

leis apropriadas, além de atividades de pesquisas destinadas à conscientização da população da importância dessas áreas.

O Brasil é, atualmente, o 4° país do mundo em superfícies na Lista Ramsar.

Possui sete Zonas Úmidas consideradas Sítios de Importância Internacional – Sítios Ramsar - equivalentes a 6.356.896 ha.

Segundo RICHARDSON (1996), o valor de uma wetland é uma estimativa

usualmente subjetiva. Isto se deve a sua importância para o ecossistema e suas funções ecológicas. Para este autor, as principais funções de uma wetland estão: a) no fluxo hidrológico como descarga e recarga de aqüíferos, regulando o armazenamento de água e controle climático regional; b) na produtividade biológica por meio da produção primária e secundária, armazenando e fixando carbono; c) no ciclo biogeoquímico por meio dos processos de transformação do nitrogênio, enxofre e fósforo e nos processos de denitrificação; d) na decomposição do carbono e liberação ou mineralização de

nitrogênio, enxofre e carbono; e) no habitat de vidas animais e comunidades; f) no controle de enchentes e sedimentos; g) no uso como sistema de tratamento de água, recreação e turismo; h) na capacidade de preservação da flora e da fauna; e i) na pesquisa histórica, cultural e arqueológica.

Todavia, as wetlands naturais ou construídas para controle da poluição das águas estão se tornando uma tecnologia global. Levantamentos realizados, recentemente, indicaram a existência de mais de 6.000 wetlands construídas para tratamento de resíduos domésticos na Europa e Reino Unido, enquanto na América do Norte já são mais de 1.000 wetlands controlando a poluição de resíduos industriais e domésticos. Por outro lado, no Brasil, África, Ásia e Austrália o número de wetlands construídas para tratamento de resíduos tem aumentado rapidamente (KNIGHT e KADLEC 2000).

Nesta pesquisa serão tratadas como wetlands todo sistema encharcado, as zonas úmidas, ou seja, todos os sistemas naturais que preencham as funções ecológicas estabelecidas por RICHARDSON op. cit. , a Convenção de Ramsar e o Ministério do Meio Ambiente (MMA). Enquanto, as wetlands construídas ou zonas alagadiças constituirão os sistemas construídos, naturais ou alterados, utilizados para controle da poluição das águas provenientes de resíduos industriais ou domésticos.

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

37

5.1.1 Wetlands construídas

A tecnologia de construção de ecossistemas wetlands teve início a partir do movimento ambientalista da década de 70, e teve como objetivo primordial a produção de habitats e desenvolvimento de técnica natural e barata para controle da qualidade da água (KADLEC e KNIGHT 1996).

A partir desse marco a construção das wetlands como ecossistemas artificiais, utilizando os princípios básicos oriundos das zonas úmidas, tem sido empregada como tecnologia alternativa no controle da poluição das águas. O reconhecimento desta tecnologia veio a partir da primeira conferência sobre a pesquisa e aplicação de plantas aquáticas para tratamento de água, em 1986, na Florida/USA (SALATI et al. 1998).

As pesquisas para a construção de wetlands obtiveram um salto qualitativo a partir de 1988, com a realização da conferência denominada Wetland Systems for Water Pollution Control, em Chattanooga/Tenesee/USA. Desde então, um número elevado de modelos para construção de wetlands têm sido testados no controle da poluição das águas. Posteriormente, esta conferência foi realizada em Cambridge/UK (1990),

Sydney/Austrália (1992), Guangzhou/China (1994), Águas de São Pedro/Brasil (1998) e Florida/EUA (2000).

O United States Environmental Protection Agency (USEPA) publicou em 1990

manual de projetos denominado Constructed Wetland and Aquatic Plant Systems for Municipal Wastewater Treatment (USEPA 1990). Este documento foi concebido por intermédio das pesquisas desenvolvidas no Max Planck Institute na Alemanha e tem como principais tecnologias para construção de wetland os Sistemas livres de águas superficiais com vegetação emergente e o Sistema livre de águas sub-superficiais com vegetação emergente (Figura 5.1).

Segundo USEPA (1990), as wetland s construídas têm as mesmas características positivas das zonas úmidas. Além disso, seus aspectos negativos são controlados, se tornando uma alternativa efetiva de baixo custo. Desta forma, as construções das wetland s para tratamento de efluentes líquidos podem ser edificadas em qualquer lugar

index-63_1.jpg

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

38

por meio de um projeto de controle hidráulico compatível e considerando as limitações geográficas das espécies vegetais.

Fonte: KNIGHT (1990) apud MITSCH e GOSSELINK (1993).

Figura 5.1– Tipos de wetlands usados para tratamento de resíduos: a) fluxo superficial; b) fluxo subsuperficial.

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

39

MITSCH e GOSSELINK (1993) apresentaram o resultado de várias pesquisas

para construção de wetland tendo como base o método ecotecnológico. Segundo os autores, o projeto para fluxo superficial e subsuperficial apropriado para wetland ou para séries de wetlands busca controlar a poluição na fonte, manter um hábitat de vida selvagem, maximizar a longevidade do ecossistema e ser eficiente com custos mínimos.

O sistema de fluxo superficial é geralmente pouco efetivo na remoção de

poluentes, enquanto o sistema de fluxo de subsuperficial tem sido freqüentemente usado na Europa para tratamento de efluentes líquidos domésticos, mas sua eficácia tem sido questionada no controle de outros poluentes. WEIDER et al. (1989) apud MITSCH e GOSSELINK ( op. cit. ) sugeriram que o fluxo subsuperficial pode ser direto em solo médio (método da zona da raiz) ou direto na areia.

Uma nova definição para wetland construído foi proposta por HAMMER (1992) apud KADKEC e KNIGHT (1996). HAMMER caracterizou as wetlands construídas como sistemas específicos para tratamento da qualidade da água e as zonas úmidas criadas como sistemas que objetivavam a reposição de hábitats, ou seja, a recuperação de áreas degradadas.

A construção destas wetlands nos Estados Unidos tem se desenvolvido nos mais diversos tipos de zona úmida (KADLEC e KNIGHT 1996) e faz parte da política

ambiental do governo americano não permitir novas perdas destes sistemas ou impor que, caso isto seja inevitável para a implantação de algum projeto, a perda seja compensada pela recuperação de uma área equivalente. Todavia, em função das

limitações impostas pelas regulamentações, o termo wetland construída se consolidou como única terminologia.

BRIX (1993) apresentou pesquisa com wetlands construídas baseadas em

macrófitas. Este trabalho aborda os principais constituintes (sólidos em suspensão, Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), nitrogênio, fósforo e patogênicos) e os seus mecanismos de remoção de resíduos.

Os modelos construtivos abordados por BRIX (1993) são classificados por

VYMAZAL (1998), de acordo com a forma de vida e domínio das macrófitas, e

apresentam as seguintes formas:

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

40

a) sistemas que utilizam macrófitas aquáticas flutuantes são construídos

normalmente em canais longos e estreitos com aproximadamente 0,70 m de

profundidade;

b) sistemas que utilizam macrófitas aquáticas emergentes podem ser ilustrados nas três seguintes formas:

b1) macrófitas emergentes com fluxo superficial: caracteriza-se pelo fluxo

superficial das águas com plantas emergentes;

b2) macrófitas emergentes com fluxo sub-superficial horizontal: caracteriza-se por apresentar fluxo horizontal em substrato formado por pedras e plantas emergentes; b3) macrófitas fixas submersas: caracteriza-se por apresentar fluxo vertical em uma camada de solo sobre brita no qual são cultivadas plantas emergentes;

c) sistema com macrófitas fixas submersas, onde a lamina d’água varia em torno de um metro e as macrófitas são cultivadas em um substrato com solo especial;

d) sistema DHS (Despoluição Hídrica com Solos): são wetlands construídas com solos denominados filtrantes, pois apresentam camadas superpostas de brita,

pedrisco e solo cultivado com arroz. Os solos filtrantes devem ter características especiais, isto é, alto coeficiente de condutividade hidráulica e alta capacidade de troca catiônica;

e) sistemas de wetlands combinadas são junções de diferentes formas de wetland s para resolução de casos que dependam da qualidade dos recursos hídricos, da área disponível, do interesse na utilização da biomassa produzida e do paisagismo.

BRIX (1998) adicionou ao sistema tradicional de construção de wetland o termo Green e propôs a seguinte discussão. O que é um sistema de tratamento limpo? Tendo em vista que as wetlands são consideradas sistemas de tecnologias baratas e limpas, enquanto os sistemas de altas tecnologias são apenas considerados limpos. Para comparar as diferentes alternativas, o autor considera os seguintes parâmetros: desempenho de tratamento em relação às normas dos efluentes; emissão de vários poluentes para a atmosfera; produção de resíduos; potencial de reciclagem e reuso; consumo de energia; uso de produtos químicos; área usada; e benefícios ambientais.

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

41

WETZEL (2001) propõe a construção de wetlands integradas ao ecossistema em razão da grande diversidade e heterogeneidade da flora e sua emergente distribuição. O

autor apresenta como implicações vantajosas para o projeto as seguintes conclusões: a) os organismos são independentes e integrados ao sistema; b) o processo de fotossíntese das macrófitas pode ser produzido pela matéria orgânica; e c) os wetlands naturais exportam grande quantidade de matéria orgânica na forma dissolvida.

As wetlands construídas estão sendo usadas regularmente para administrar efluentes de águas poluídas para tratamento primário, secundário e avançado de resíduos doméstico e industrial (KNIGHT e KADLEC op. cit. ), principalmente na Europa e Reino Unido como pequenas wetlands construídas para fluxos provenientes de resíduos domésticos.

5.1.2 Hidrologia das wetlands naturais ou construídas

Os estudos sobre a hidrologia das zonas úmidas demonstram que a diversidade

das condições físicas, químicas e biológicas tem determinado uma alta complexidade para o seu entendimento (RICHARDSON 1996).

A definição da hidrologia das wetlands naturais usadas para regulamentações e políticas federais nos Estados Unidos e estabelecida pela norma do National Research Council (NRC), tem causado muita confusão na sua aplicação (TINER 1999), em função de um grande número de fatores a serem observados.

Segundo WINTER e WOO (1990) apud TINER (1999), os fatores que

influenciam a hidrologia das zonas úmidas incluem a posição topográfica, os diferentes tipos de solos, a geologia da área, a precipitação, as relações com as profundidades das águas subterrâneas, o escoamento das águas superficiais e a ação da maré.

RICHARDSON (1996) admite que a função da hidrologia das wetlands naturais é determinada pelo tipo de zona úmida , posição topográfica (declividade, proximidade, largura, pequenos canais ou lagos), extensão da área e a sua interação com a água subterrânea. Enquanto KADLEC e KNIGHT (1996) compreendem que as definições de

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

42

termos hidrológicos são, na maioria das vezes, ambíguas e acrescentam que as condições hidrológicas também influenciam a biota por meio do tipo de solo e nutrientes.

Segundo MITSCH e GOSSELINK (1993), a hidrologia é a mais importante

variável para a construção de wetlands e determinante para o seu funcionamento. Os autores propõem, que caso as condições hidrológicas estejam bem definidas, os

processos químicos e biológicos se desenvolverão em conformidade. Os parâmetros usados para descrever as condições hidrológicas incluem a profundidade do sistema, o tempo de retenção da água no sistema e a base geomorfológica.

Pesquisas desenvolvidas em diferentes tipos de zonas úmidas nos Estados

Unidos que não sofrem efeitos de maré concluíram que a variação da profundidade das águas subterrâneas, durante o período de um ano, apresenta diferentes flutuações nos diversos tipos de zonas úmidas pesquisadas (TINER op. cit. ).

O desempenho das wetlands construídas é dependente do projeto hidráulico, aliado a outros fatores, tais como precipitação, infiltração, evapotranspiração, padrão de carga hidráulica e a profundidade da água. Estes parâmetros são importantes nos cálculos do balanço hídrico e expresso conforme a seguinte equação (KADLEC e

KNIGHT op. cit. ):

Qi – Qo + P – ET = [Dv/DT]

onde,

Qi = fluxo do influente do resíduo liquido (V/t)

Qo = fluxo do efluente do resíduo liquido (V/t)

P = precipitação (V/t)

ET = Evapotranspiração (V/t)

V = Volume da água, e

T = tempo

Capítulo 5 – Revisão bibliográfica

43

5.1.3 Vegetação das wetlands naturais ou construídas

Segundo KADLEC e KNIGHT (1996), devido à presença da água a diversidade

física e química presente nas zonas úmidas resulta na mais variada forma de vida, desde pequeníssimos vírus até árvores de grande porte.

A diversidade genética e a adaptação funcional permitem que organismos e

vegetações usem dos constituintes dos resíduos líquidos industriais ou domésticos para o seu crescimento e reprodução. Esses constituintes produzem transformações químicas, físicas e biológicas nos poluentes e modificam a qualidade da água.

As principais funções das plantas aquáticas para sistemas de tratamento foram

observadas por USEPA (1990). Para raízes e troncos na coluna d’água, as principais funções são o crescimento de bactérias na superfície da lâmina d’água e a sorção e filtração de sólidos, enquanto para troncos acima da superfície da água, as funções são a atenuação da luminosidade, a redução dos efeitos do vento na água e na transferência de gases para as partes submersas da vegetação.

As principais espécies comumente usadas no Hemisfério Norte no sistema de

tratamento de efluentes são as bulrush, cattail (Typha latifolia ou Typha augustifolia), comumente chamadas de taboa, a sedges e spatterdoc (MITSCH e GOSSELLILNK

1993 e SHUTES et al. 1993).