Branca Arthur Delmonte CARACTERIZAÇÃO GEOAMBIENTAL DA CIA MERCANTIL E INDUSTRIAL INGÁ. Elaboração de um Modelo Conceitual. Dissertação de Mestrado

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1 Branca Arthur Delmonte CARACTERIZAÇÃO GEOAMBIENTAL DA CIA MERCANTIL E INDUSTRIAL INGÁ Elaboração de um Modelo Conceitual Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil Orientador: Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Jr. Co-orientador: Prof. Antônio Roberto Martins Barboza de Oliveira Rio de Janeiro Setembro de 2010

2 Branca Arthur Delmonte Caracterização Geoambiental da Cia Mercantil e Industrial Ingá Elaboração de um Modelo Conceitual Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio como requisito para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Jr. Orientador Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio Prof. Antonio Roberto Martins Barboza de Oliveira Co-Orientador Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio José Tavares Araruna Jr. Membro da Banca Departamento de Engenharia Civil PUC-Rio Maria Cláudia Barbosa Membro da Banca Programa de Engenharia Civil COPPE-UFRJ José Eugênio Leal Coordenador Setorial do Centro Técnico Científico PUC-Rio Rio de Janeiro, 14 de setembro de 2010

3 Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, da autora e do orientador Branca Arthur Delmonte Graduou-se em Engenharia Ambiental na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). Ficha Catalográfica Delmonte, Branca Arthur Caracterização geoambiental da Cia Mercantil e Industrial Ingá : elaboração de um modelo conceitual / Branca Arthur Delmonte ; orientadores: Eurípedes do Amaral Vargas Jr., Antônio Roberto Martins Barboza de Oliveira f. : il. (color.) ; 30 cm Dissertação (mestrado)-pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Inclui bibliografia 1. Engenharia civil Teses. 2. Caracterização geoambiental. 3. RockWorks. 4. Modelo estratigráfico. 5. Mapa potenciométrico. 6. Mapas de pluma de contaminação. 7. Modelo conceitual. I. Vargas Júnior, Eurípedes A.. II. Oliveira, Antônio Roberto Martins Barboza de. III. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. IV. Título. CDD: 624

4 Dedico este trabalho as pessoas que estiveram comigo em todos os momentos,que marcam minha vida, que fazem de mim o que sou hoje.

5 Agradecimentos Agradeço à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) pela concessão da bolsa de estudos que viabilizou o desenvolvimento do trabalho. Durante este longo processo, há tantas pessoas que merecem a minha mais sincera gratidão, seja porque me incentivaram, ou porque me ajudaram, acreditaram em mim ou simplesmente porque me aguentaram. Seguindo uma ordem cronológica, preciso agradecer a minha família que além de ser a responsável pela minha existência, me ensinaram a viver. Em seguida, agradeço ao professor Antonio Roberto, que desde o primeiro período de aulas, ainda na graduação acreditou no meu potencial, e me possibilitou a participação no Projeto de Remediação Emergencial da Cia Mercantil e Industrial Ingá, me incentivando a ingressar no mestrado. Agradeço aos professores marcantes na minha trajetória, tanto da graduação quanto da pós, que sempre passaram conhecimento garantindo a minha formação e possibilitaram meu desenvolvimento. Agradeço a todas as pessoas envolvidas nos processos de coletas e desenvolvimento dos dados, Belleti que esteve em todas as etapas, os funcionários do departamento e todo o pessoal dos diversos laboratórios onde trabalhei ao longo deste período. Devo ainda neste espaço agradecer aos amigos que acompanharam de perto ou de longe, que vibraram de felicidade ou que me apoiaram quando estive desesperada ao longo deste período. E agradeço ao Carlos que esteve ao meu lado neste último ano.

6 Resumo Delmonte, Branca Arthur; Vargas, Eurípedes do Amaral; De Oliveira, Antônio Roberto Martins Barboza. Caracterização Geoambiental da Cia Mercantil e Industrial Ingá Elaboração de um Modelo Conceitual. Rio de Janeiro, p. Dissertação de Mestrado Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. O desenvolvimento industrial desordenado do ultimo século, acarretou problemas de contaminação de solos e águas subterrâneas, uma das maiores questões ambientais da atualidade. Assim sendo, estudos como a caracterização geoambiental e remediação ambiental ganharam grande importância na área de geotecnia ambiental, no desenvolvimento de técnicas mais avançadas e eficientes. A Cia. Mercantil e Industrial Ingá, responsável por grande parte da produção de zinco brasileiro entre os anos 60 e 90, foi apontada nos últimos anos como um dos maiores passivos ambientais do Estado do Rio de Janeiro, após ter decretado falência. A área foi abandonada, com insumos e resíduos armazenados de forma inadequada, acarretando assim a contaminação ambiental de solo e águas superficiais e subterrâneas, junto ao Saco de Engenho na Baía de Sepetiba, município de Itaguaí. O presente trabalho apresenta a caracterização da geoambiental da contaminação do solo e águas superficiais e subterrâneas, na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá. Os estudos foram divididos em duas etapas distintas, de campo e processamento das informações. A etapa de campo compreendeu levantamentos topográficos, hidrogeológicos, geotécnicos e análises químicas. A caracterização foi avaliada sobre dois aspectos, sendo o primeiro superficial e o segundo subterrâneo. O processamento de dados, desenvolvido com base nas informações de campo, possibilitou através do programa RockWorks, a elaboração de um modelo estratigráfico, um mapa potenciométrico e mapas com as plumas de contaminação de zinco e cádmio no solo e águas subterrâneas na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá. Com base no material gerado nas etapas anteriores foi proposto um modelo conceitual para representação da área, possibilitando o desenvolvimento de estudos novos estudos e projetos para a área, para a transformação do passivo ambiental em ativo, possibilitando a instalação de uma nova atividade. Palavras-chave Caracterização geoambiental; rockworks; modelo estratigráfico; mapa potenciométrico; mapas de pluma de contaminação; modelo conceitual.

7 Abstract Delmonte, Branca Arthur; Vargas, Eurípedes do Amaral (advisor); De Oliveira, Antônio Roberto Martins Barboza (advisor). Geo-Environmental Characterization of Cia Mercantil e Industrial Ingá Elaboração de um Modelo Conceitual. Rio de Janeiro, p. MSc. Dissertation Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. The last century disordered industrial development, led to problems of soils and groundwater contamination, making it one of the biggest environmental issues. Studies such as environmental characterization and remediation gained great importance in environmental geotechnics area, on developing more advanced and efficient technics. Cia Mercantil e Industrial Inga, responsible for much of Brazilian zinc production between 60 and 90, after having decreed bankruptcy, was in recent years identified as one of the largest environmental liabilities of the State of Rio de Janeiro. The area was deserted, with improperly stored inputs and waste, causing soil, surface water and groundwater contamination near the Saco de Engenho in Baía de Sepetiba, city of Itaguaí. This work presents the geo-environmental characterization of soil, surface and groundwater contamination in the Cia Mercantil e Industrial Inga area. The studies were divided into two distinct phases. The first stage consisted in field surveys, hydrogeological, geotechnical and chemical analysis. The characterization was evaluated on two aspects, surface and underground. The second stage consisted in data processing, developed based on the field information, through the program RockWorks, developing stratigraphic model, potentiometric map and zinc and cadmium contamination plumes in soil and groundwater of Cia Mercantil e Industrial Inga area. Based on the material generated before, a conceptual model to represent the area, have being proposed, enabling the development of new studies and research projects for the area, to transform environmental liabilities into assets, allowing the installation of a new activity. Keywords Geoenvironmental characterization; rockworks; stratigraphy model; potenciometric map; plume contamination map; conceptual model.

8 Sumário 1 Introdução Objetivos Aspectos Legais 17 2 Metodologia Levantamento do Histórico da Cia Mercantil e Industrial Ingá Levantamento de Trabalhos Anteriores Análises Químicas do Solo Modelagem Estratigráfica RockWorks Camadas Estratigráficas Modelo Conceitual 36 3 Cia Mercantil e Industrial Ingá Localização Histórico Processo Industrial Insumos Processos Áreas de Apoio a Produção Resíduos Industriais do Processo Diques de Rejeito Riscos de Rotinas e Acidentes 53 4 Estudos Anteriores Levantamento Topográfico Precipitação Corpos Hídricos Contaminação Superficial Geologia 87

9 4.6. Caracterização Subterrânea Sondagens Poços de Monitoramento Propriedades das Camadas Hidroestratigráficas Águas Subterrâneas Cargas Piezométricas Análises Químicas Caracterização Hidrogeológica Modelagem Estratigráfica Análises Químicas Solo Potenciometria Plumas de Contaminação Modelo Conceitual Conclusões Referências Bibliográficas 135

10 Lista de Figuras Figura 2.1: Liner após a amostragem 26 Figura 2.2: Perfil estratigráfico montado a partir dos liners coletados 26 Figura 2.3: Processamento das amostras. a Destorroamento e peneriamento; b armazenamento 29 Figura 2.4: Processo de solubilização, lixiviação, filtragem e concentração das amostras. a e b - Primeira etapa da solubilização, amostra de solo com água destilada em repouso por 7 dias; c - Amostras de solo com ácido, em recipiente vedado dispostas para agitação em banho-maria, por 18 horas; d - Filtração das amostras solubilizadas; e - Concentração dos solubilizados e lixiviados em chapa 32 Figura 2.5: Exemplificação do gridding. a Vista superior da localização das sondagens; b - Grid disposto sobre os pontos de controle. 34 Figura 3.1: Localização da área de estudo. a Área de estudo em relação ao Brasil e ao estado do Rio de Janeiro; b Área de estudo em relação a Ilha da Madeira e ao Porto de Sepetiba; c Imagem com foco na área de estudo 39 Figura 3.2: Sequência histórica de imagens de satélite (Google Earth) 42 Figura 4.1: Vista aérea da área da Cia. Mercantil e Industrial Ingá (imagem de satélite 2007). 56 Figura 4.2: a - Levantamento topográfico da Cia. Mercantil e Industrial Ingá.; b Imagem de satélite da área de estudo. 57 Figura 4.3: Localização das estações pluviométricas 58 Figura 4.4: Comparação dos dados das estações pluviométricas 59 Figura 4.5: Mapa das Regiões Hidrográficas do Rio de Janeiro (Fonte: Comitê da Bacia Hidrográfica do Guandu) 60 Figura 4.6: Identificação dos corpos hídricos 62 Figura 4.7: Área da Ingá com foco na área de estocagem de minério 63 Figura 4.8: Fotos do galpão de estocagem de minério. a e b - Vista do antigo depósito de minério 63 Figura 4.9: Área da Ingá com foco na área de produção 64

11 Figura 4.10: Galpão da planta de produção com foco na área de lixiviação 65 Figura 4.11: Fotos da coleta nas dornas de lixiviação 66 Figura 4.12: Galpão da planta de produção com foco na área de purificação 67 Figura 4.13: Fotos da coleta nas dornas de purificação 68 Figura 4.14: Galpão da eletrólise na área de produção 69 Figura 4.15: Foto da coleta na área de estocagem da solução neutra 70 Figura 4.16: Galpão da planta de produção com foco na área de estocagem da solução neutra 70 Figura 4.17: Foto da coleta na eletrólise do zinco 71 Figura 4.18: Foto da coleta nos fornos de fundição 72 Figura 4.19: Foto da coleta na bacia de água industrial 73 Figura 4.20: Localização das bacias de água industrial e de acumulação de resíduos 74 Figura 4.21: Foto da coleta na bacia de detenção de resíduos (C-150) 74 Figura 4.22: Localização da bacia de detenção 75 Figura 4.23: Foto da coleta na bacia de detenção 76 Figura 4.24: Localização da bacia pulmão 77 Figura 4.25: Foto da coleta na bacia pulmão 77 Figura 4.26: Localização da pilha de rejeitos 78 Figura 4.27: Foto da coleta na pilha de rejeitos 79 Figura 4.28: Localização da bacia de rejeitos do C Figura 4.29: Foto da bacia do C Figura 4.30: Localização do mangue, em relação a planta industrial 82 Figura 4.31: Fotos da coleta na pilha de rejeitos 83 Figura 4.32: Imagem com representação do canal norte (11/04/2009) 84 Figura 4.33: Foto da coleta do canal norte 85 Figura 4.34: Imagem com representação do canal sul 85 Figura 4.35: Localização da Lagoa das Marrecas 86 Figura 4.36: Foto da coleta na Lagoa das Marrecas 86 Figura 4.38: a e b Execução das sondagens pela Soloteste Engenharia na pilha de rejeitos 93 Figura 4.39: Localização das sondagens 94 Figura 4.40: Representação das sondagens no RockWorks 94 Figura 4.41: Representação das sondagens no RockWorks, vista de

12 SW-NE 95 Figura 4.42: Representação das sondagens no RockWorks, vista de NE-SW 95 Figura 4.44: Localização dos piezômetros (georeferenciados) na planta do local - COPPE 103 Figura 5.1: Modelo de superfície da área Cia. Mercantil e Industrial Ingá 106 Figura 5.3: Modelo estratigráfico da Cia Mercantil e Industrial Ingá 108 Figura 5.4: Camadas estratigráficas. a Pilha; b Aterro; c Argila Mole; d Argilo silte arenoso; e Areno argilo siltoso; f residual. 110 Figura 5.5: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas 111 Figura 5.6: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas 112 Figura 5.7: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas 113 Figura 5.8: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas 114 Figura 5.9: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas 115 Figura 5.10: Mapa potenciométrico 121

13 Lista de Tabelas Tabela 2.1: Amostras de solo 27 Tabela 2.2: Umidade das amostras de solo 28 Tabela 4.1: Precipitações médias mensais das estações próximas a área de estudo. 58 Tabela 4.3: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.4: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.5: Resultados das análises de absorção atômica, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.6: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.7: Resultados das análises de absorção atômica, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.8: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.9: Resultados das análises de absorção atômica, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.10: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.11: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.12: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.14: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.15: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/

14 Tabela 4.16: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.17: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.18: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.19: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.20: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.21: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.22: Resultados das análises de fluorescência, comparados com os valores orientadores indicados pelo CONAMA 420/ Tabela 4.23: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.24: Resultados das análises de absorção atômica, 420/ Tabela 4.28: Leituras dos piezômetros h é a profundidade do nível d água em relação à boca do tubo, em metros. 103 Tabela 4.29: Valores orientadores* CONAMA nº 420 de Tabela 4.30: Concentração de Zinco e Cádmio na água subterrânea 104 Tabela 5.2: Concentração de zinco e cádmio solubilizado e lixiviado 116 Tabela 5.4: Concentração de zinco e cádmio no solo 119