DIAGNÓSTICO DA CONTAMINAÇÃO POR METAIS PESADOS EM

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1 DIAGNÓSTICO DA CONTAMINAÇÃO POR METAIS PESADOS EM SANTO AMARO BA STUDY OF THE CASE OF HEAVY METAL CONTAMINATION IN SANTO AMARO - BA SANDRO LEMOS MACHADO Engenheiro Civil, Doutor em Geotecnia Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia LAELSON DOURADO RIBEIRO Engenheiro de Minas, Mestre em Hidrometalurgia Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia ASHER KIPERSTOK Engenheiro Químico, Doutor em Tecnologias Limpas Professor da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia MARCO ANTÔNIO BARSOTELLI BOTELHO Geólogo, Pós-Doutor em Geofísica Professor do Inst. de Geociências da Universidade Federal da Bahia MIRIAM DE FÁTIMA CARVALHO Engenheira Civil, Doutora em Geotecnia Professora da Universidade Católica do Salvador Recebido: 14/10/03 Aceito: 25/03/04 RESUMO Trata-se do estudo da contaminação por metais pesados na cidade de Santo Amaro-BA. São apresentados resultados de testes geoquímicos, geotécnicos e geofísicos utilizados para o diagnóstico do problema, assim como as perspectivas futuras para sua remediação. Foram obtidas concentrações de chumbo de até ppm, para as amostras superficiais de solo, as quais decrescem rapidamente com a profundidade devido à baixa permeabilidade do solo local. Para a água subterrânea, foram obtidos valores de concentração de chumbo em torno de 200 ppb, acima do limite máximo estabelecido para a água potável (50 ppb). O volume de escória disposto sob a pavimentação das ruas e em quintais de casas e escolas foi de aproximadamente m 3, enquanto que para a área próxima à fábrica estimou-se um volume de m 3.. PALAVRAS-CHAVE: Diagnóstico ambiental, recuperação de áreas degradadas, técnicas de remediação. ABSTRACT This paper studies the case of contamination by heavy metal in Santo Amaro -BA, Brazil. Results of geochemical, geotechnical and geophysical tests performed are shown. A diagnosis of the problem is presented as well as a set of possible actions to mitigate the area. Lead concentrations as high as ppm were found for superficial soil samples. Due to the soil low permeability, contamination level decreases sharply with depth. Water samples presented lead concentrations around 200 ppb, above the maximum allowed for drinking water according to Brazilian law (50 ppb) m 3 of industrial debris were estimated to be disposed under roads, houses and schools back yards. The volume of debris in the ancient Brazilian copper company area was estimated in m 3. KEYWORDS: Environmental diagnostic, contaminated sites remediation, remediation techniques. INTRODUÇÃO O projeto PURIFICA - Proposta para remediação de áreas degradadas pela atividade extrativa de chumbo em Santo Amaro da Purificação, foi desenvolvido nestes últimos três anos tendo a UFBA como unidade executora e a participação de diversas unidades co-executoras como o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento, CEPED-BA, a Universidade de São Paulo, USP e o Centro de Recursos Ambientais, CRA-BA. O projeto teve como objetivo geral obter informações técnicas e de engenharia para auxiliar na proposição de medidas para a remediação das áreas afetadas pela extração metalúrgica do chumbo em Santo Amaro da Purificação, através da participação de uma equipe constituída por engenheiros e especialistas em engenharia ambiental e da participação de especialistas de áreas afins. Foram desenvolvidos diversos estudos na área urbana da cidade e na área do entorno da antiga Companhia Brasileira de Cobre, COBRAC, enfocando-se o grau de contaminação no solo e na água superficial e de sub-superfície, a caracterização do material fonte da contaminação (escória de chumbo) e a caracteriza- engenharia sanitária e ambiental 140

2 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA ção das condições hidrogeológicas do local. Na área urbana foi ainda realizada uma extensa campanha de investigação, composta de entrevistas com os moradores, execução de sondagens a trado e utilização de métodos geofísicos (radar de penetração do solo) para identificação da ocorrência de escória sob a pavimentação das ruas da cidade. A integração com a comunidade se deu em diferentes frentes, como através da realização de um seminário específico sobre o problema, com a participação do Poder Executivo Municipal, da sociedade local e da promotoria da cidade, distribuição de panfletos educativos, etc. Além da realização de um diagnóstico sobre a contaminação por metais pesados em diversos compartimentos ambientais e análise de possíveis rotas de contaminação, diversas medidas foram propostas para a mitigação do problema. Dentre elas podem-se citar: a) elaboração de um plano de remediação para a área urbana, com a definição das áreas prioritárias para intervenção, estimativa da quantidade de escória disposta na cidade, plano de ação e previsão de custos; b) elaboração de um plano de encapsulamento provisório da escória na área da fábrica e c) elaboração de um estudo visando ao reaproveitamento da escória de chumbo. Neste caso, trata-se de uma proposta que integra diversas ações a serem tomadas na área urbana e no entorno da fábrica e que busca utilizar o ácido clorídrico, um rejeito do pólo Petroquímico de Camaçari, no reprocessamento da escória. O trabalho experimental realizado consistiu em quatro tipos de levantamento de dados: a) Investigações geotécnicas diretas e indiretas para levantamento das condições de contorno do problema b) coleta de amostras de água e solo para o diagnóstico da contaminação de campo c) realização de ensaios de laboratório para obtenção de parâmetros que possibilitassem uma melhor compreensão do problema e a execução de prognósticos e d) realização de testes de bancada visando ao estudo da possibilidade de reprocessamento da escória, com a retirada de seus metais pesados para a fabricação de placas metálicas. O PROBLEMA O caso da contaminação por metais pesados na cidade de Santo Amaro da Purificação, no Recôncavo Baiano, começou em 1956 quando a COBRAC foi instalada na cidade. A companhia foi fechada em 1993, sendo que o período de operação mais intenso da fábrica se deu a partir de Desde o seu fechamento, a companhia tem mudado o seu nome diversas vezes, tendo já adquirido as marcas Plumbum, Grupo Trevo e TREVISAN. Durante os seus 32 anos de operação, o principal objetivo da companhia foi a produção de chumbo, usando para isto o material extraído da jazida de Boquira-BA. Já no final de seu período de operação e após a exaustão da mina de Boquira, passou-se a importar minério do Peru, o que impulsionou o fechamento da fábrica. A escória resultante do processo de beneficiamento do chumbo foi utilizada ou disposta de diversas formas durante o período de operação da fábrica. Entre as décadas de 1960 e 1970, por exemplo, a escória de chumbo, por ser um material granular e de boa capacidade de suporte, foi utilizada para pavimentação das ruas do centro da cidade. Este exemplo foi seguido por diversos moradores, que utilizaram a escória nos quintais de suas casas, pátios de escolas, etc. Quando não utilizada, a escória foi disposta sem que nenhuma medida fosse tomada de forma a diminuir a disponibilidade de seus metais pesados para o meio ambiente. A Figura 1 ilustra a localização da cidade de Santo Amaro e da área do entorno da Fábrica da COBRAC. ESTUDOS ANTERIORES Os primeiros estudos sobre o caso foram realizados na Baía de Todos os Santos, enfocando a presença de chumbo e cádmio nos sedimentos e em frutos do mar (Tavares, 1978 e 1990). Uma vez confirmados altos níveis de contaminação nestes meios, diversas pesquisas complementares foram realizadas com a população local, animais e plantas (Carvalho et al., 1984, 1985, 1989 e 2001; Tavares et al., 1989 e Silvany-Neto et al., 1985). Em 1980, 96% das crianças residindo a menos de 900 metros da chaminé da companhia apresentaram níveis de chumbo e cádmio no sangue acima do limite de toxicidade. Notou-se também que o nível de metais no sangue da população crescia de maneira quase que proporcional com a proximidade da chaminé da fábrica. Em 1985, após algumas ações terem sido tomadas pelas autoridades do setor ambiental, um novo estudo foi realizado, mostrando um decréscimo nos níveis de contaminação, apesar de muito altos valores de chumbo e cádmio ainda serem encontrados (89% da população apresentaram valores de chumbo e cádmio acima do normal). Um estudo realizado em 1995 no rebanho bovino da cidade mostrou que 5,6% do gado apresentavam alterações cromossomáticas, valor este extremamente alto quando comparado com aqueles obtidos na área de controle (0,3%). O nível médio de chumbo no sangue do gado foi de 24,4 mg/dl, contra 1,74 mg/dl encontrado no grupo de controle. Em 1998, um novo estudo foi realizado em crianças com até 5 anos de idade, mostrando que 31,9% destas ainda apresentavam níveis de contaminação de chumbo no sangue acima de 20 mg/dl, apesar destas terem nascido somente após o fechamento da fábrica. Amostras de frutas em locais com presença de escória possuem altos valores de concentração de chumbo, conforme relatado em diversos trabalhos na literatura específica sobre o caso. Além disto, as crianças, pela perversão do hábito alimentar conhecida como geofagia, acabam ingerindo escória diretamente do solo ou rebocos de paredes. Dados da USEPA (1998) e Porter (1989), mostram que a maioria das crianças ingere por volta de 100mg de solo/dia, enquanto que 5% da população infantil ingerem mais que 200mg de solo/dia. Uma evidência da influência da geofagia na contaminação infantil é dada por Carvalho et al. (2001), onde mostra-se que crianças que residiam em casas com escória visível no seu entorno apresentavam nível médio de Pb mais elevados (18,7 mg/dl de chumbo no sangue) do que aquelas sem este tipo de exposição à escória (15,5 mg/dl). De acordo com Anjos (1998) e (2001), testes pioneiros realizados em amostras de água superficial coletadas a jusante do principal empilhamento de escória apresentaram concentrações de chumbo e cádmio cerca de 260 e 84 vezes maior que os valores máximos permitidos para a água potável. Os resultados obtidos de amostras de água coletadas a montante do barramento demonstraram ser os valores de concentração de chumbo e cádmio próximos dos valores máximos estabelecidos para a água potável, caracterizando-se, assim, a capacidade da água dissolver os metais pesados contidos na escória. Foram encontrados valores de concentração de chumbo no solo superficial engenharia sanitária e ambiental 141

3 Machado, S. L. et al. Figura 1 - Localização da cidade de Santo Amaro e da área do entorno da antiga Fábrica da COBRAC de até ppm, com valores de concentração de cádmio de até 120 ppm, na área do entorno da fábrica. Estes valores estão acima dos limites máximos adotados em diversos países para intervenção em áreas industriais Atualmente, os riscos de contaminação por via aérea estão mais reduzidos na área urbana, pois quase todos os pontos de lançamento da escória de chumbo na cidade encontram-se recobertos com paralelepípedo ou cobertura asfáltica. A impermeabilização promovida por esse tipo de cobertura diminui a infiltração das águas das chuvas no solo, reduzindo a lixiviação da escória depositada e o espalhamento e arraste de partículas de poluentes pelo vento. Contudo, este material é, de tempos em tempos, trazido à tona por serviços de reparos na rede de água e esgoto, instalação de dutos, etc, reativando diversas rotas de contaminação, como por via aérea ou por geofagia. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Transporte de contaminantes em subsuperfície A gravidade de um determinado cenário de contaminação irá depender de alguns fatores básicos. Primeiro, é preciso que haja a disponibilização do contaminante para o meio ambiente. Havenddo a disponibilização do contaminante, é interessante que se conheçam os possíveis caminhos a serem percorridos pelo mesmo, a intensidade e o espraiamento da contaminação. Desempenham um papel fundamental na busca de respostas para estas questões as condições hidrogeológicas, as características das camadas de solo e as condições geotécnicas do local, assim como as características do próprio contaminante. Havendo a possibilidade do contaminante se propagar, é necessário que se identifiquem as possíveis formas de exposição da população ao contaminante (existência de poços para o consumo de água, ingestão de alimentos contaminados, aspiração de poeira, geofagia, etc.). O transporte de poluentes em subsuperfície é função do regime de fluxo local (advecção do contaminante) e das diversas reações e fenômenos que ocorrem com o poluente na fase fluida e entre o poluente e o solo (adsorção, precipitação, difusão molecular, dispersão mecânica, etc.). A retenção de metais pesados pelo solo é muito influenciada pela interação dos seus componentes naturais com os elementos do poluente. Essa interação pode ser devida a vários processos físico-químicos, e, entre eles, a adsorção e desorção são os mais significativos (Elbachá, 1989). A adsorção referese à adesão de íons ou moléculas do fluí- engenharia sanitária e ambiental 142

4 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA do na superfície das partículas do solo. Denominam-se isotermas as funções que correlacionam valores de concentração no solo com valores de concentração na solução que faz parte do transporte de contaminantes. Para o caso de baixas concentrações, o processo de adsorção pode ser modelado como sendo linear e reversível. Assim, a massa de contaminante removida da solução pelo solo, S, é proporcional à concentração de equilíbrio do soluto na solução, C (ML -3 ), conforme apresentado na Equação 1. Nesta equação, K d (M -1 L 3 ) é o Coeficiente de partição ou distribuição água/solo. S K d C (1) Para altas concentrações, a adsorsão é não-linear e relações mais complexas entre as concentrações na fase sólida e no soluto têm sido idealizadas. Os modelos mais utilizados para descrever o comportamento de adsorção do solo são os de Langmuir e Freundlich, sendo dados pelas Equações 2 e 3, respectivamente. S S K d c n (3) Na isoterma de Langmuir, S m corresponde ao máximo de contaminante que o solo pode absorver; b é um parâmetro relacionado com o poder de absorção do solo para baixas concentrações de soluto. Na isoterma de Freundlich, n é um parâmetro de ajuste da isoterma. A adsorsão da massa docontaminante da solução para a fase sólida do meio poroso causa uma diminuição na velocidade do avanço da frente de contaminação, a qual é avaliada através do fator de retardo, R, dado pela Equação 4. A função de retardo é um índice quantitativo da mobilidade do soluto. Valores de retardo elevado indicam uma redução maior da mobilidade do contaminante. R 1 S m b c 1 b c (2) d n K d (4) onde: R é o fator de retardo; ρ d (ML -3 ) é a massa específica seca do solo; n é a sua porosidade e K d é o coeficiente de distribuição água/solo. Além da adsorção, o transporte de metais pesados no meio poroso é influenciado por outros processos físicos e químicos. Os primeiros se referem à movimentação física do contaminante através do espaço poroso e envolvem os fenômenos de advecção e de dispersão hidrodinâmica. A advecção é o movimento de translação do soluto ao longo do fluxo de água, sem que haja movimento relativo entre as moléculas do soluto e da solução aquosa. A dispersão hidrodinâmica é o conjunto de processos que atuam no espalhamento do soluto na água, compreendendo esta a dispersão mecânica e a difusão molecular. Para que a advecção do contaminante em uma determinada área seja levada em conta, é necessário que se conheçam as curvas características de sucção e de condutividade hidráulica do solo. A curva característica de sucção tem grande importância no estudo do transporte de contaminantes na zona vadosa, servindo inclusive para estimativa da curva de condutividade hidráulica, K(θ) (LT -1 ), do solo. Essa é geralmente definida como a relação entre o conteúdo volumétrico de água (θ) e a sucção matricial (u a -u w ) de um solo, sendo que a sua representação gráfica é geralmente realizada colocando-se a sucção em uma escala logarítmica (gráfico semi-log). Diferentes modelos empíricos são encontrados na literatura para descrever o comportamento da curva característica de sucção, como aqueles propostos por van Genuchten (1980) e Fredlund & Xing (1994), dentre outros. Neste trabalho, utilizou-se a Equação 5, proposta por Van Genuchten (1980) para representar a curva característica de sucção do solo. r 1 m (5) onde θ r e θ s são as umidades volumétricas residual e de saturação, respectivamente; ψ m é o potencial mátrico; α, n e m são constantes empíricas. Usando uma simplificação de que m=1-1/n e a partir do modelo de Mualem para previsão de K(θ), van Genuchten (1980) propõe a Equação 6 para previsão da função de condutividade hidráulica: l K K 1 1 o s r r s r n m 1 m m 2 (6) (7) ω é denominado de saturação efetiva do solo, K o (LT -1 ) é a condutividade hidráulica do solo saturado (permeabilidade) e l é um parâmetro empírico que foi estimado por Mualem (1976) como sendo aproximadamente igual a 0,5 para a maioria dos solos. Segundo Delgado (2001), a dispersão mecânica é o processo de mistura do contaminante decorrente da sua velocidade de percolação. A mistura ocorre nos canais e nos poros individuais do solo por eles interligados. Nestes espaços, as moléculas do contaminante viajam com velocidades diferentes em pontos diferentes dos canais. Isto se deve ao atrito exercido sobre o fluido pela rugosidade das paredes dos poros e aos diferentes tamanhos dos poros por onde as moléculas da solução passam. No processo de difusão molecular, as moléculas e os íons em solução se deslocam sob a influência de gradientes de concentração, de acordo com a primeira lei de Fick, de forma independente da velocidade do fluido. Pode-se concluir então, que para a ocorrência do processo de difusão, não há a necessidade da existência de fluxo ou de gradientes hidráulicos, sendo que o transporte de contaminantes cessa somente quando os gradientes de concentração se tornam nulos. Os coeficientes de difusão e dispersão mecânica num meio poroso podem ser representados pelas Equações 8 e 9, respectivamente. D m D e w (8) D v D m (9) onde: D e (L 2 T -1 ) = coeficiente de difusão molecular efetivo (difusão em água); D m (L 2 T -1 ) = coeficiente de difusão molecular das espécies iônicas em solo; w = fator de tortuosidade, 1; α (L) = dispersividade mecânica. A modelagem da mobilidade do contaminante em subsuperfície é realizada através da resolução da equação geral do transporte de solutos em meios porosos, respeitando-se os princípios de conservação da massa, energia e quantidade de movimento. Esta resolução é feita de forma numérica, ou, para os casos mais simples, de forma analítica. Rifai et al (1956), Ebach e White (1958), Ogata e Banks (1961), Ogata (1970) apresentam diversos exemplos de soluções analíticas para o caso de transporte de contaminantes pelo solo. engenharia sanitária e ambiental 143

5 Machado, S. L. et al. No que concerne ao caso da contaminação por metais pesados em Santo Amaro, um fator positivo refere-se ao solo local. Trata-se de um solo residual de folhelho, de alto potencial expansivo, denominado popularmente de Massapê. A sua fração argila apresenta geralmente grandes percentagens de argilo-minerais do tipo 2:1, sendo este encontrado em extensas áreas do Nordeste Brasileiro. Dada a sua importância regional, diversos ensaios geotécnicos têm sido realizados nestas formações, sendo os trabalhos de Menezes (1978), Presa (1986 e 1996) referências fundamentais para quem trata com estes solos. De uma forma geral, estas formações apresentam valores de permeabilidade muito baixos, da ordem de 10-8 cm/s. Os limites de consistência variam em muito de formação para formação, de modo que são encontrados valores de limite de liquidez, W L, maiores do que 100% e valores de Índice de Plasticidade, IP, maiores do que 40%. Estas características particulares do Massapê dificultam a percolação da água, reduzindo o avanço da frente de contaminação por advecção. Por outro lado, a alta atividade destes solos faz com que eles apresentem uma elevada capacidade de retenção dos poluentes. (elevados valores de K d ) Técnicas de investigação Quando da investigação de áreas contaminadas, o uso combinado de técnicas geotécnicas e geofísicas tem sido uma opção cada vez mais adotada. Por outro lado, a utilização do radar de penetração no solo (GPR Ground Penetrating Radar) como método de investigação geofísica vem ocupando posição de destaque entre os métodos geofísicos de investigação rasa. O método consiste na emissão contínua de pulsos eletromagnéticos (espectros com freqüências variando entre 10 e 2500MHz) e recepção dos sinais refletidos nas estruturas ou interfaces em sub superfície. Os sinais são emitidos e recebidos através de antenas denominadas de transmissora e receptora dispostas na superfície do solo. As mudanças nas propriedades elétricas do solo fazem com que parte do sinal seja refletido e parte refratado. As ondas refletidas em diferentes interfaces são então percebidas pela antena receptora. A energia refletida é registrada em função do tempo de percurso, sendo amplificada, digitalizada e gravada em um microcomputador portátil para posterior processamento. O resultado final é uma imagem de alta resolução, que permite identificar as diversas interfaces presentes no local. A utilização do GPR, contudo, está condicionada à profundidade de penetração do sinal no solo, que é função das propriedades elétricas dos terrenos (condutividade ou resistividade elétrica). Em situações de baixa condutividade, o sinal de radar pode atingir profundidades superiores a 20 metros. Por outro lado, solos argilosos, normalmente bons condutores, podem reduzir a penetração do sinal de radar a profundidades inferiores a 1 metro. Outro fator importante é a resolução dos sinais, sendo esta dependente da freqüência das ondas eletromagnéticas. Ondas de comprimentos menores possibilitam uma melhor resolução nos sinais. Maiores detalhes sobre o método podem ser encontrados em Davis& Annan (1989). Outra técnica não destrutiva que vem sendo bastante utilizada para as finalidades geotécnicas é a da eletroresistividade, que consiste em estabelecer a curva de variação da resistividade elétrica de um terreno com a profundidade, através de medidas na superfície realizadas com a ajuda de um dispositivo composto de quatro eletrodos. A resistividade elétrica é uma das propriedades dos solos e rochas de maior leque de variação, indo de valores tão pequenos quanto 10-5 ohm.m, para o caso dos minerais metálicos, até valores da ordem de 10 7 ohm.m,, para o caso de solos arenosos completamente secos. Argilas saturadas apresentam valores de resistividade inferiores a 20 ohm.m (Souza et al., 1998). Dois são os métodos de execução mais usuais na técnica de eletroresistividade: o caminhamento elétrico e a sondagem elétrica vertical. A sondagem elétrica vertical consiste em se medir na superfície do terreno a resistividade elétrica do solo através de dois pares de eletrodos, um de recepção e um de emissão. Na execução do ensaio, normalmente os eletrodos de emissão são afastados simetricamente, em um mesmo alinhamento, dos eletrodos de recepção, que permanecem fixos no centro do arranjo. A resistividade obtida em campo é normalmente denominada de resistividade aparente, pois representa uma média de todo o volume de solo investigado. Somente após a inversão dos dados é que se obtém a real resistividade de cada camada de solo, no momento da realização do ensaio. Técnicas de reprocessamento e/ou incorporação da escória Conforme será visto adiante, estudos de caracterização química da escória realizados pelo projeto PURIFICA, indicaram a presença de concentrações relativamente elevadas de metais pesados, especialmente zinco e chumbo. Este fato, em conjunto com o elevado montante de escória encontrado em campo, motivou a busca de uma tecnologia para o reprocessamento da mesma, visando a extrair seus metais pesados e reduzir os riscos ambientais. Além disso, o reprocessamento permitiria agregar valor a escória, gerando recursos para custear, pelo menos em parte, as atividades de mitigação necessárias para a área. Exemplos do uso de técnicas de hidrometalurgia para a extração de metais e/ou o rebeneficiamento de resíduos são apresentados por Raghavan et. al. (2000), Mansur et al. (2002), dentre outros. MATERIAL E MÉTODOS Diagnóstico ambiental A campanha de investigação de campo foi iniciada pela realização de diversas sondagens a trado na zona urbana e na área do entorno da antiga fábrica. As sondagens foram realizadas com profundidades variando entre 3 e 6 metros para a área próximo a PLUMBUM e com profundidades de até 2 metros, para o caso da zona urbana e tiveram como objetivo principal estudar a penetração vertical da contaminação por metais pesados no solo. As amostras de solo obtidas das sondagens a trado foram cadastradas e armazenadas em sacos plásticos, sendo levadas para a realização de ensaios de espectrofotogrametria de absorção atômica, de modo a se calcular as concentrações de zinco, cádmio e chumbo. Os furos de sondagem a trado executados na área próxima a fábrica foram posteriormente utilizados para a instalação de poços de amostragem de água sub-superficial. Realizadas as primeiras análises, percebeu-se que os níveis de contaminação por metais pesados no solo decresciam rapidamente com a profundidade, de modo que uma nova campanha de investigação de campo foi realizada, priorizando-se agora a coleta de amostras superficiais, com profundidades variando em torno de 30 cm. Devido ao fato da escória de chumbo se encontrar espalhada por praticamen- engenharia sanitária e ambiental 144

6 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA te toda a área investigada, algumas amostras tiveram de ser coletadas em profundidades maiores, de modo a se assegurar que somente amostras de solo estavam sendo obtidas. A Figura 2 ilustra a campanha de investigação de campo realizada na área do entorno da fábrica. Investigações geotécnicas tradicionais e geofísicas foram executadas tanto na área urbana como na área da fábrica da COBRAC visando a identificação e quantificação da escória depositada nestas regiões. Na zona urbana, optou-se, inicialmente, por se fazer uma pesquisa de campo, baseada em entrevista com os moradores, com o intuito de obter informações acerca da utilização da escória como agregado na produção de argamassa de reboco ou piso, aterro superficial e rodoviário, preenchimento de valas, etc. Da pesquisa de campo preliminar realizada, definiu-se os pontos ou ruas prioritários para uma investigação mais detalhada, envolvendo o uso de sondagens a trado e da técnica de GPR. As sondagens a trado realizadas na zona urbana foram de profundidades não superiores a 2 metros e visaram a certificação das informações obtidas com os moradores da cidade e retirada de amostras de solo e escória para estudos em laboratório. Foram realizadas ao todo 38 seções de radar na cidade, tanto em ruas onde a presença de escória havia sido constatada previamente pelas sondagens a trado, quanto em ruas onde a ocorrência de escória abaixo da pavimentação era pouco provável. Em todos os ensaios realizados na zona urbana utilizou-se uma antena de alta freqüência, 1 Ghz, sendo que a profundidade investigada não superou, em nenhuma das seções, um metro. Para a região da área da fábrica, além dos ensaios já citados anteriormente foram executados, também, ensaios de eletro-resistividade. No caso dos ensaios de GPR, a antena de radar utilizada foi a de 200 Mhz, em uma tentativa de se obter uma maior profundidade de penetração do sinal. Ensaios geotécnicos de laboratório e modelagem numérica do transporte de poluentes Amostras indeformadas, coletadas nas proximidades da área da fábrica, foram submetidas a ensaios de caracterização geotécnica, ensaios para obtenção da Figura 2 - Campanha de investigação realizada na área do entorno da fábrica curva característica de sucção e ensaios em colunas. Para realização dos ensaios em colunas, utilizou-se um equipamento composto de três unidades básicas: sistema de ar comprimido para a injeção de soluções, reservatórios para as soluções influentes e células de percolação. A Figura 3 apresenta uma vista geral do equipamento utilizado, o qual é uma adaptação do modelo proposto por Leite (2000). Soluções influentes de nitrato de chumbo Pb(NO 3 ) 2, com concentrações nominais de chumbo de 200, 400, 900 e 1400 ppm foram utilizadas para percolação, em pares, das colunas 1 e 2, 5 e 6, 3 e 4 e 7 e 8, respectivamente. Inicialmente, os corpos de prova indeformados foram saturados através da percolação de água destilada e deaerada sob pressão por cerca de uma semana, a fim de que se atingisse a condição de fluxo estacionário, considerada como indicativa da saturação da amostra. Após a saturação, retirou-se a água dos reservatórios e abasteceu-se estes com solução de nitrato de chumbo com as concentrações especificadas anteriormente, aplicando-se, em seguida, cargas hidráulicas entre 7m e 14m de coluna d água, em cada célula de percolação. Estabeleceu-se uma taxa de coleta de solução efluente em função da concentração e do que se esperava obter em termos de atenuação do contaminante. Dessa forma, para valores mais altos de concentração, esperava-se uma saturação da capacidade de absorção do solo mais rápida e, portanto, as coletas foram menos espaçadas no tempo. As amostras de efluentes foram analisadas por meio da técnica de absorção atômica. Quando necessário, as amostras coletadas eram reservadas em recipientes de polietileno e guardadas na geladeira a 5 C, a fim de reduzir a tendência de precipitação e outras reações químicas. Os ensaios para obtenção das curvas características de sucção e de condutividade hidráulica do solo foram realizados em equipamento desenvolvido por Machado e Dourado (2001). Trata-se de um equipamento onde uma grande pressão de ar de topo é aplicada inicialmente à amostra, que inicia um processo de drenagem. A drenagem é interrompida em estágios, medindo-se os valores de pressão de água na base do corpo de prova, até que uma condição estacionária seja obtida. Anota-se também a quantidade de água expulsa da amostra. A sucção em cada estágio é obtida pela diferença entre os valores de equilíbrio das pressões de ar e água, de acordo com a técnica de translação de eixos de HILF. Os valores de umidade do corpo de prova para cada valor de sucção são obtidos após o final do ensaio, utilizando-se os valores das quantidades de água expelida em cada etapa. Os resultados obtidos dos ensaios geotécnicos de laboratório realizados foram utilizados para a realização de algumas simulações numéricas simplificadas, com intuito de se verificar a compatibilidade entre os resultados previstos a partir engenharia sanitária e ambiental 145

7 Machado, S. L. et al. dos aplicativos utilizados e a situação de campo e de se fazer prognósticos do estado de contaminação da área. Foram utilizados os aplicativos Seep/W e Ctran/W, ambos da Geo-Slope International. O primeiro aplicativo utiliza a técnica de discretização do contínuo dos elementos finitos para a resolução de problemas de fluxo no solo, enquanto que o segundo aplicativo importa os dados gerados pelo primeiro e utiliza a técnica das diferenças finitas para integração, no tempo, do problema do transporte de contaminantes, incorporando à parcela de advecção gerada pelo Seep/w a influência de fenômenos como dispersão mecânica, difusão molecular, mecanismos de atenuação pelo solo, etc. A Figura 4 apresenta a malha de elementos finitos utilizada para a realização das simulações numéricas, com as condições de contorno adotadas para o problema. A localização da seção discretizada na Figura 4, na área do entorno da fábrica, encontra-se indicada na Figura 2 próxima ao poço SP03. A escolha desta seção se deveu ao fato da mesma constituir uma das mais graves situações encontradas na área, onde a água percolando pelo barramento de escória retira e transporta grande quantidade de chumbo. Reprocessamento da escória de chumbo Testes de bancada foram realizados para a verificação da viabilidade de se utilizar o HCl, atualmente um resíduo produzido por algumas empresas do Pólo Petroquímico de Camaçari, como agente extrator dos metais pesados da escória de chumbo. Para a realização dos testes de bancada, a escória coletada na área da fábrica foi conduzida ao CEPED, onde foi lixiviada, sob diversas condições de controle, pelo HCl. Para a realização dos testes de bancada, inicialmente a escória foi submetida a um processo de separação expedito de impurezas (solo, escórias de ferro provenientes da linha férrea, etc.) e moída até atingir dimensões inferiores a 100 mesh, sendo em seguida passada num repartidor giratório de amostra, para obtenção de amostras representativas. Vários testes foram realizados buscando definir as proporções ótimas da quantidade e concentração de ácido clorídrico na lixiviação das amostras bem como o tempo ótimo de lixiviação. Foram realizadas ao todo 11 séries de ensaios (séries A a K), sendo que a série Figura 3 -Vista geral do equipamento construído para execução dos ensaios em colunas Figura 4 - Malha de elementos finitos e condições de contorno utilizadas para a resolução/simulação do problema de fluxo de água no solo K foi aquela que apresentou os melhores resultados. Para o caso da série de ensaio C, uma das primeiras a ser realizada, utilizou-se HCl com concentração de 4 molar, 500 g de solo e 2500 g de solução ácida. Neste caso, foram realizados diversos ensaios de caracterização da escória, antes e após o seu reprocessamento. Foram utilizadas técnicas termoanalíticas (TG/DTG), de fluorescência de raios X (FRX) e difração de raios X (DRX). Os testes de fluorescência de raios X (FRX) foram realizados de forma semi-quantitativa sem padrões, de Flúor a Urânio. A série de testes K teve como um dos seus objetivos a definição do número de lixiviações necessárias para o reproces- samento da escória e a definição de um tempo ótimo de residência da escória em planta. Neste caso, foram utilizados 800 gramas de sólidos para 25 litros de solução ácida com uma concentração de 1,5% de HCl. Foram coletadas amostras de solução para a determinação dos teores de Fe, Zn e Pb, para intervalos de tempo específicos. RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES Diagnóstico ambiental A Tabela 1 apresenta um resumo das propriedades geotécnicas médias para o solo da área da fábrica. Como pode ser engenharia sanitária e ambiental 146

8 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA visto, o solo tem quase 100% de material passando na peneira #200, com uma média de 63% de fração de argila. Foram obtidos altos valores para os limites de liquidez, W L, e de plasticidade, W P : W L = 78,7% e W P = 27,7%. Um valor de Índice de plasticidade médio, IP, de 51%, foi obtido, sendo o solo classificado pela SUCS como CH (argila de alta plasticidade). A atividade desse solo foi avaliada por meio da formulação de Skempton, onde obteve-se um valor de atividade da ordem 0,80. A composição química média obtida para a escória, usando a técnica de fluorescência de raios X apresentou cerca de 32,5% de SiO 2; 4,19% de Al 2 O 3 ; 5,02% de MgO; 0,74 de SO 3 ; 18,90% de CaO; 1,10% de MnO; 7,68% de ZnO; 3,78% de PbO; 24,4% de Fe 2 O 3 e 1,69% de outros. Estes valores são coerentes com resultados anteriores obtidos por Santos (1995) e Anjos (1997), os quais apontaram para valores de SiO 2 (20 a 25%), FeO (28 a 35%), CaO (15 a 20%), Pb (1 a 3%), Zn (8 a 12%), S (1 a 3%) e Cd (25 mg/l). As Tabelas 2 e 3 ilustram um resumo dos resultados dos ensaios de lixiviação e solubilização realizados em amostras coletadas ao logo de dois furos de sondagem, SP33 e SP34, executados no barramento de escória (ver Figura 2). Conforme se pode observar da Tabela 2, em apenas duas amostras a concentração de chumbo no extrato lixiviado ficou abaixo do máximo permitido pela NBR Os resultados dos ensaios de solubilização foram menos restritivos no que diz respeito ao elemento chumbo. No entanto, alguns resultados obtidos para o cádmio, chumbo, manganês e selênio ficaram acima do máximo permitido pela NBR As Figuras 5 a 7 apresentam a distribuição vertical das concentrações de chumbo, cádmio e zinco obtidas de furos de sondagem a trado executados próximos à fábrica (SP02 e SP05, vide Figura 2) e na zona urbana da cidade (SP22). Os resultados apresentados nestas figuras devem ser analisados levando-se em conta que as substâncias inorgânicas de interesse ambiental (neste caso, Zn, Cd e Pb), ocorrem naturalmente no solo, sendo que valores de referência podem ser estabelecidos em função das suas concentrações naturais, levando-se em consideração a variação das propriedades do solo. De uma forma geral, segundo Singh & Steinnes (1994), os metais presentes no solo são derivados tanto do intempeintemperismo, que age sobre o material parental, como de fontes externas naturais (erupção vulcânica) ou antrópicas (indústrias, agricultura). Em alguns países, como a Holanda, uma opção utilizada para calcular os valores de referência de metais no solo, é o critério de que a concentração natural de metais pode ser estimada pela sua correlação com algumas propriedades físicas e químicas que influenciam as condições micro-ambientais e são determinantes na adsorção de metais, como as quantidades de matéria orgânica e de fração argila, o ph, a CTC (capacidade de troca catiônica), etc. (Matos, 1995). Segundo Chaney (1984) e Reagan & Silbergeld (1984), pode-se assumir valores de concentração de chumbo no solo da ordem de 30 ppm como de ocorrência natural. CETESB (2001) apresenta resultados de uma ampla pesquisa realizada em solos de diversas localidades do interior de São Paulo, para a definição de valores de concentração de referência de metais. Para o caso do chumbo, os valores obtidos variaram de menos de 5 mg/l até um máximo de 23,5 mg/l, com uma mediana de 9,8 mg/l. Para o caso do cádmio, todos os valores encontrados ficaram abaixo do limite de detecção do equipamento (0,50 mg/l). Quando o elemento considerado foi o zinco, os valores obtidos variaram entre 1,5 mg/l e 200 mg/l, com uma mediana de 30,6 mg/l. Conforme se pode observar na Figura 5, o furo SP02 apresenta um perfil de solo constituído basicamente por Massapê. Para as camadas mais superficiais, pode-se observar altos valores de concentrações para o chumbo, cádmio e zinco (1900, 270 e 20 mg/l, respectivamente), os quais reduzem mais de 10 vezes a partir da profundidade de 1,0m. Devese notar ainda que para profundidades superiores a 1,5 metros, os valores de concentração de chumbo no solo são menores ou iguais a 30 mg/l, podendo ser considerados como de referência, principalmente se levarmos em conta o caráter altamente argiloso do material e sua alta Tabela 1 - Caracterização geotécnica do solo Argila (%) Silte (%) Areia(%) γ s (κν/m 3 ) ,5 W L (%) W P (%) e γd (kn/m 3 ) 78,7 27,7 0,92 13,5 capacidade de troca catiônica. Da mesma forma, os valores de concentração obtidos para o zinco, para profundidades superiores a 1,5 metros, se situam em torno de 80 mg/l, enquanto que os valores de concentração obtidos para o cádmio ficam em torno de 0,4 mg/l. A Figura 6 apresenta resultados obtidos para o furo de sondagem SP05, executado próximo às margens do rio Subaé, composto basicamente por uma camada de areia aluvionar. Nesta figura, em decorrência do tipo de solo encontrado, pode-se observar que os valores de concentração obtidos são bem mais baixos e não apresentam, para o caso do chumbo, uma tendência clara de decréscimo com a profundidade. A Figura 7 apresenta os resultados obtidos para o furo de sondagem SP22, executado na zona urbana da cidade (rua Rui Barbosa, indicada na Figura 1). Como se pode observar, os valores de concentrações obtidos são similares aos já apresentados na Figura 5. Com dados obtidos das amostras de solo superficiais, foi possível gerar gráficos representativos das plumas de contaminação superficiais para o cádmio, zinco e chumbo na área do entorno da fábrica. A Figura 8 apresenta os resultados obtidos para o chumbo. Nesta figura, para uma melhor visualização, os contornos da pluma foram traçados limitando o maior valor de concentração em 1000 ppm (O valor máximo de concentração de chumbo obtido foi de cerca de ppm, encontrado a jusante do barramento de escória). Os valores máximos de concentração de cádmio obtidos foram de cerca de 200 ppm, enquanto que para o zinco foram obtidos valores de até ppm. As amostras de água subterrânea coletadas apresentaram altas concentrações de chumbo, com valores acima do valor máximo permitido para a água potável (10 ppb). Os valores de concentração obtidos para o zinco se apresentaram, em sua grande maioria, inferiores ao limite máximo estabelecido pelo Ministério da Saúde, portaria n o 1469 de Os valores de concentração de cádmio na água ficaram abaixo do limite de detecção (5 ppb). engenharia sanitária e ambiental 147

9 Machado, S. L. et al. Tabela 2 - Resultados das análises químicas dos extratos lixiviados Teste de Lixiviação - NBR Parâmetros Limite máx. NBR SP 33 SP 34 (mg/l) 1-2 m 3-4 m 6-7 m 1-2 m 3-4 m 6-7 m Arsênio 5,0 < 0,3 < 0,3 0,35 < 0,3 < 0,3 < 0,3 Bário 100,0 9,40 32,30 55,20 4,11 3,12 4,97 Cádmio 0,5 0,18 0,29 0,072 0,11 0,13 0,50 Chumbo 5,0 13,00 2,02 8,68 9,94 2,84 13,60 Cromo 5,0 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Mercúrio 0,1 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Prata 5,0 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Selênio 1,0 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Sílicio - 120,00 69,00 118,00 120,00 80,20 119,00 Titânio - < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 Fluoretos 150,0 4,01 1,58 1,25 3,04 2,17 0,66 Sólidos suspensos (%) 96,3 96,3 94,1 95,6 96,4 95,1 ph inicial 8,81 9,29 8,61 6,96 8,3 8,92 ph final 5,04 5,73 5,12 5,08 5,61 5,1 Volume de ácido acético (ml) Tempo de lixiviação (h) Volume (ml) engenharia sanitária e ambiental 148

10 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA Tabela 3 - Resultados das análises químicas realizadas nos extratos solubilizados Teste de Solubilização - NBR Parâmetros Limite máx. NBR SP 33 SP 34 (mg/l) 1-2 m 3-4 m 6-7 m 1-2 m 3-4 m 6-7 m Alumínio 0,2 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Arsênio 0,05 0,0130 0,0190 0,0220 0,0076 0,0320 0,0100 Bário 1,0 0,250 0,370 0,830 0,120 0,160 0,240 Cádmio 0,005 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,0094 < 0,005 < 0,005 Chumbo 0,05 < 0,05 0,061 < 0,05 0,140 0,072 < 0,05 Cianeto 0,1 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Cloretos 250,0 0,560 0,800 0,750 0,690 0,920 1,650 Cobre 1,0 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Cromo 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Dureza Total 500,0 46,3 43,0 49,0 232,0 183,0 67,0 Ferro 0,3 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Fluoretos 1,5 0,840 0,330 0,320 1,010 0,620 0,260 Manganês 0,1 < 0,05 < 0,05 < 0,05 0,140 < 0,05 < 0,05 Mercúrio 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001 Nitrog. Nitrato 10,0 < 8 < 8 < 8 < 8 < 8 < 8 Prata 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Selênio 0,01 0,0410 0,0021 0,0120 0,0092 0,0280 0,0022 Silício - 2,470 2,820 2,670 1,820 2,520 3,180 Sódio 200,0 4,650 6,080 1,420 4,540 6,700 8,960 Sulfatos 400,0 24,3 22,7 31,4 306,0 232,0 50,6 Surfactantes 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Titânio - < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 < 2 Zinco 5,0 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,400 < 0,1 < 0,1 engenharia sanitária e ambiental 149

11 Machado, S. L. et al. Figura 5 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP02, com seu respectivo perfil geotécnico Figura 6 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP05, com perfil geotécnico Figura 7 - Concentração de chumbo, cádmio, zinco obtidos para o furo SP22 engenharia sanitária e ambiental 150

12 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA É interessante notar que altos valores de concentração de chumbo na água são obtidos mesmo para os poços situados relativamente distantes da principal zona de disposição de escória (ver SP08). Isto vem a confirmar o caráter disperso da contaminação nos arredores da COBRAC, apontado no relatório final do projeto Purifica e que teve como prováveis causas o lançamento de particulados na época de funcionamento da fábrica e a disposição de escória, em menores quantidades, por toda a área. A Tabela 4 apresenta um resumo dos resultados médios obtidos para as amostras de água subterrânea analisadas. De uma forma geral, os dados geotécnicos e geofísicos apresentaram resultados coerentes. Os dados provenientes das seções de GPR levantadas em campo, para o caso da área do entorno da fábrica da COBRAC, tiveram pouca Figura 8 - Plumas de chumbo a jusante do barramento principal de escória utilizade, pois a profundidade de penetração do radar no solo foi limitada pela sua alta condutividade. De posse de todos os dados da investigação realizada, foi possível traçar diversos perfis geotécnicos associados, retratando as condições geotécnicas locais. A Figura 9 mostra um perfil associado típico obtido (ver Figura 2). Conforme se pode observar, é predominante a ocorrência da camada de Massapê no entorno da fábrica da COBRAC, aparecendo, também, em função da proximidade com o rio Subaé, camadas intercaladas de sedimento aluvionar arenoso. O volume de escória levantado para a área do entorno da fábrica foi estimado em torno de m 3. Figura 9 - Perfil associado típico obtido para a área da fábrica Na área urbana, os resultados das sondagens a trado e das seções de GPR foram usados para investigação da ocorrência de escória sob a pavimentação e quantificação do volume de escória disposto. Tabela 4 - Concentrações de Zn, Cd e Pb em amostras de água subterrânea Poço Concentrações (ppb) (01/06/2001) Concentrações (ppb) (27/07/2002) Concentrações (ppb) (19/09/2002) Chumbo Zinco Cádmio Chumbo Zinco Cádmio Chumbo Zinco Cádmio SP03 159,5 45 < 5ppb SP < 10 ppb < 5ppb SP < 5ppb < 5ppb < 5ppb SP < 10 ppb < 5ppb SP ,3 < 5ppb ,5 < 5ppb < 5ppb SP08 181,5 42,75 < 5ppb ,5 < 5ppb < 5ppb engenharia sanitária e ambiental 151

13 Machado, S. L. et al. Neste caso, os resultados obtidos com a técnica do radar foram bastante satisfatórios, sendo possível se detectar, de forma razoável, a interface entre a escória e o solo de Massapê. Acredita-se que a boa reflexão obtida na interface escória/ Massapê deve-se em boa parte a grande diferença na resistividade dos dois materiais (entre 200 ohm.m e 1200 ohm.m, para o caso da escória úmida e seca, respectivamente e de cerca de 5 ohm.m para o caso da camada de Massapê). Na Figura 10 é apresentada uma seção transversal de radar levantada na rua Rui Barbosa, situada próxima à fábrica da COBRAC (ver Figura 1). Para cada seção em que a presença de escória foi detectada sob a pavimentação, calculouse a sua área e espessura média. Assim, a partir das análises dos dados obtidos em todas as seções, pôde-se identificar as ruas de intervenção prioritária e estimar o volume de escória disposto na zona urbana. Estes dados foram de grande valia na elaboração de um plano de ações para a zona urbana, envolvendo a remoção da escória dos pontos críticos apontados e o transporte e armazenamento da mesma em condições seguras até que as atividades de reprocessamento propostas sejam implementadas. Ensaios geotécnicos de laboratório e modelagem numérica do transporte de poluentes A Figura 11 apresenta a isoterma obtida para o solo a partir dos ensaios de coluna realizados. Nesta figura, os dados experimentais obtidos se encontram ajustados pela isoterma de Langmuir. Devido ao caráter altamente reativo do solo testado, decorridos mais de seis meses de ensaio, a solução efluente apresentava valores de concentração de chumbo praticamente nulos (ou seja, C/Co 0), inviabilizando o traçado das curvas de chegada do poluente. Optou-se então por finalizar os ensaios, encerrando-se a coleta de amostras de solução efluente e fatiando-se os corpos de prova em amostras de 1,0 a 1,5cm de espessura, as quais foram analisadas com o objetivo de verificar a concentração de chumbo ao longo do corpo de prova. Desta forma, neste caso analisou-se as concentrações de chumbo no solo e não na solução lixiviante, como é corriqueiro. No ajuste apresentado na Figura 11, o valor de S m obtido foi de aproximadamente S m = ppm. Isto implica Figura 10 - Radagrama original obtido para uma seção localizada na rua Rui Barbosa, executada na área urbana de Santo Amaro, próximo à fábrica da COBRAC Figura 11 - Isoterma obtida para o solo de Massapê em um valor máximo de absorção de chumbo pelo solo de aproximadamente 1,3%, considerado como bastante elevado. O valor de S m obtido está de acordo com os máximos valores de concentração obtidos para as amostras superficiais de solo. Para o parâmetro b da Equação 2, o valor obtido foi de b = 0,00173 l/mg. Considerando-se os valores de S m e b obtidos e uma concentração de chumbo de 100 ppm na solução, por exemplo, prevê-se uma concentração de ppm de chumbo no solo, o que indica um valor de coeficiente de particionamento de K d = 19,51. Adotando-se um valor de porosidade média para o solo de n = 0,51 e uma densidade seca média de r = 1,35 g/cm 3, chega-se a um valor de coeficiente de retardo de R = 52,7 (Equação 4), que reflete sua elevada capacidade de atenuação natural. A parcela do coeficiente de dispersão hidrodinâmica, D, dada pelo coeficiente de difusão molecular efetivo, ou D e, foi obtida a partir de valores da literatura (Lide, 1998). Adotou-se um valor de D e = 9,45 x 10-6 cm 2 /s, em conjunto com um valor de w = 0,08, o que conduziu a um valor de coeficiente de difusão molecular no solo de Dm = 7,56 x 10-7 cm 2 /s. A variação das concentrações de chumbo ao longo das colunas serviram também para estimativa da dispersividade engenharia sanitária e ambiental 152

14 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA Figura 12 - Valores de concentração de chumbo no solo previstos e btidos em campo. Tempos decorridos de 40 e 80 anos mecânica do solo, obtendo-se um valor médio de a = 1000 cm, já considerandose o efeito escala campo/laboratório. Para a curva característica de sucção e de condutividade hidráulica do solo, dadas pelas Equações 5 e 6, obtiveram-se os seguintes valores médios: θ s =0,525; θ r =0,21; k = 1,44x10-8 cm/seg; α=0,025; n=0,94 e m=0,35. A Figura 12 apresenta as curvas de distribuição da concentração de chumbo no solo com a profundidade, para o caso do furo SP03. São apresentados os dados experimentais obtidos de amostras de solo coletadas e os dados previstos pelo Ctran/w, utilizando-se uma concentração de chumbo na água influente de 100 ppm. Para o caso das simulações numéricas realizadas, adotou-se 50 ppm como a concentração de chumbo natural do solo. O tempo decorrido desde o início do processo de contaminação da área foi suposto em 40 anos. Conforme se pode observar, existe uma boa concordância entre os valores experimentais e previstos. Decorridos mais de 40 anos, esperase que o processo de migração do chumbo esteja restrito a uma profundidade inferior a 70 centímetros. Reprocessamento da escória de chumbo A Tabela 5 apresenta os resultados da caracterização da escória através de ensaios de FRX, antes e depois da realização da série de testes C. Neste caso, deve-se levar em conta que a massa de escória após a realização da lixiviação foi de apenas 33% da massa de escória inicialmente utilizada no ensaio. Ainda na Tabela 5 pode-se notar que a lixiviação ácida foi capaz de remover cerca de 63% do chumbo e cerca de 76% do zinco presente originalmente na escória. Após a realização de diversas séries de testes, o tempo de lixiviação por ácido clorídrico foi reduzido para cerca de 5 minutos e a eficiência do processo de lixiviação foi elevada para cerca de 90% para o caso do zinco e para cerca de 99% para o caso do chumbo. Para o caso dos testes de bancada da série K, duas lixiviações sucessivas foram realizadas na escória. CONCLUSÕES Neste artigo, foram apresentados alguns resultados obtidos a partir do projeto de pesquisa Purifica, que tratou do problema de contaminação por metais pesados em Santo Amaro da Purificação- BA. As principais conclusões a que se pôde chegar com o desenvolvimento do trabalho são listadas a seguir: a) Trabalhos mais recentes na área de química ambiental e de saúde coletiva apontam para o fato de que altos níveis de contaminação humana e animal são ainda obtidos na área, indicando a presença de rotas remanescentes de contaminação. b) Devido à natureza argilosa do solo local, algumas rotas de contaminação, como o transporte em subsuperfície dos poluentes, tem baixa probabilidade de ocorrer. No entanto, valores muito altos de concentração de chumbo e cádmio foram encontrados para o solo superficial, o que torna mais provável outras rotas de contaminação, como a poeira, ingestão de carne e leite proveniente de animais que pastam nas áreas contaminadas, bem como, a ingestão de solo por crianças (geofagia). c) O uso conjunto de técnicas geofísicas e geotécnicas se mostrou bastante promissor na investigação de áreas contaminadas. A natureza não intrusiva dos métodos geofísicos permite que as investigações geotécnicas posteriores sejam feitas com maior critério, com menor risco de ocorrência de problemas de contaminação cruzada. Além disto, o uso do GPR em áreas urbanas se mostrou bastante satisfatório, diminuindo em muito a necessidade de execução de sondagens diretas e agilizando a obtenção dos resultados. d) O volume de escória disposto nas ruas da cidade é suposto ser da ordem de m 3, enquanto que para a área do entorno da fábrica estima-se um volume em torno de m 3. e) Os valores de concentração de chumbo obtidos para a água de subsuperfície (cerca de 350 ppb) estão acima dos limites de potabilidade estabelecidos pelo Ministério da Saúde (50 ppb). Acredita-se que, não fosse a natureza do solo local, que atua como uma barreira natural à propagação dos poluentes, estes valores seriam bem maiores f) O ácido clorídrico, um rejeito do processo produtivo do Pólo Petroquímico de Camaçari, é indicado para lixiviação da escória de chumbo. Nos testes de bancada realizados, conseguiu-se retirar mais de 90% do chumbo e do zinco existentes no material. A solução lixiviante pode ter os seus principais metais retirados de maneira seletiva, através de técnicas de hidrometalurgia (uso de extração por solvente). Após a retirada dos metais, a técnica de eletrólise pode ser utilizada para a produção de chapas metálicas de alto teor de pureza. Acredita-se que o reprocessamento seja a solução mais atrativa ambiental e economicamente, pois esta elimina o foco da poluição. Os resíduos provenientes do reprocessamento deverão ser utilizados como incorporação para a fabricação de blocos e telhas, em conjunto com o solo superficial contaminado. Estudos estão sendo desenvolvidos para avaliação do potencial de encapsulamento dos metais pesados nos blocos e telhas cerâmicos. engenharia sanitária e ambiental 153

15 Machado, S. L. et al. Tabela 5 - Caracterização da amostra de escória por fluorescência de raios X, após lixiviação por HCl Composto % obtida (antes) % obtida (depois) % extraída p/lixiviação MgO 5,02 1,02 93,29 Al 2 O 3 4,19 1,49 88,26 SiO 2 32,50 44,00 55,32 P 2 O 5 0,24 0,13 82,13 SO 3 0,74 5,99 Aumento Cl K 2 O 0,36 0,15 86,25 CaO 18,90 3,90 93,19 TiO 2 0,42 0,66 48,14 CrO 3 0,09 0,03 89,00 MnO 1,10 0,39 88,30 Fe 2 O 3 24,40 20,30 72,55 Co 3 O 4 0,04-100,00 NiO CuO 0,04 0,19 Aumento ZnO 7,68 5,58 76,02 As 2 O 3 0,06 0,51 Aumento Rb 2 O 0,01-100,00 SrO 0,19 0,01 98,26 ZrO 2 0,02 0,07 Aumento Nb 2 O MoO 3-0,02 - SnO 2-0,06 - Sb 2 O 3-0,21 - BaO 0,13-100,00 PbO 3,78 4,22 63,16 ThO 2 0,04-100,00 U 3 O 8 0,01-100,00 O reprocessamento da escória tem a capacidade de centralizar o destino dos resíduos gerados a partir dos planos de remediação propostos para a área urbana e para a área do entorno da fábrica, gerando inclusive parte dos recursos necessários para as atividades de recuperação a partir da comercialização de chapas metálicas de alto teor de pureza. O processo de remediação proposto para a área, assim como detalhes da tecnologia empregada no reprocessamento da escória serão objetos de um outro artigo técnico. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FINEP pelo apoio financeiro para o desenvolvimento desta pesquisa, às entidades co-executoras e à Prefeitura Municipal de Santo Amaro. REFERÊNCIAS ANJOS, J. A. S. A. Estratégias para remediação de uma fonte poluidora: estudo de caso da Plumbum - Mineração e Metalurgia ltda., Santo Amaro da Purificação-BA. Projeto de Pesquisa para Mestrado. EP/USP, São Paulo-SP ANJOS, J. A. S. A. Estratégias de remediação para um local contaminado Estudo de caso. Dissertação de Mestrado DEM/EP/USP. São Paulo-SP, Brazil ANJOS, J. A. S. A. Cobrac, Plumbum, Trevisan Estudo do passivo ambiental. Seminário sobre contaminação por metais pesados em Santo Amaro da Purificação-BA: Santo Amaro da Purificação- BA, Brazil. p CARVALHO, F. M; et. al. Chumbo e cádmio no cabelo de crianças de Santo Amaro da Purificação-BA. Ciência e cultura, v. 41 n. 7. p CARVALHO, F. M; et. al. A persistência de altos níveis de chumbo no sangue de crianças de 1 a cinco anos de idade em Santo Amaro da Purificação. In: SEMINÁRIO SOBRE CONTA- MINAÇÃO POR METAIS PESADOS EM SANTO AMARO DA PURIFICAÇÃO-BA: Santo Amaro da Purificação-BA, Brazil. p CARVALHO, F. M; et al. Lead poisoning among children from Santo Amaro, Brazil. Bull. Pan. Amer. Health Ornganiz., V. 19 p CARVALHO, F. M; et. al. Lead and cadmium concentration in the hair of fishermen from the Subaé river basin, Brazil. Environ. Res. V. 33 p CETESB - Companhia de Tecnologia ecnologia de Saneamento Ambiental. Relatório de estabelecimento de Valores Orientadores para Solos e Águas Subterrâneas no Estado de São Paulo. São Paulo-SP CHANEY, R. L. The potential of heavy metal exposure from urban garden and soils. In: SYMPOSIUM ON HEAVY METALS IN URBAN GARDENS engenharia sanitária e ambiental 154

16 Contaminação por metais pesados em Santo Amaro - BA DAVIS, J.L. and ANNAN, A.P. Ground Penetrating radar for high resolution mapping of soil and rock stratigraphy. Geophys. Prospect v. 37 p DELGADO, C. C. W. Mecanismos de Transporte de Metais Pesados. In: SEMINÁRIO-CONTAMINA- ÇÃO DE METAIS PESADOS EM SANTO AMARO DA PURIFICAÇÃO, Santo Amaro da Purificação-BA EBACH, E. A. e WHITE, R. R., Mixing of Fluids Flowing Through Beds of Packed Solids. Amer. Inst. Chem. Eng. J., v. 4, n ELBACHÁ, A. T. Estudo da influência de alguns parâmetros no transporte de massa em solos argilosos. Dissertação de Mestrado. PUC/RJ, Rio de Janeiro-RJ FREDLUND, D. G. & XING, A. Equations for the soil-water characteristic curve. Can. Geotech. J. v. 31: p GEO SLOPE INTERNATIONAL. Ctran/W for finite difference contaminant transport analysis User Guide. Version 4.2, Geo-Slope International, Calgary, Alberta, Canada GEO SLOPE INTERNATIONAL. Seep/W for finite element flow analysis User Guide. Version 4.2, Geo-Slope International, Calgary, Alberta, Canada LEITE, J. C. Estudos laboratoriais de percolação em colunas de misturas de solos lateríticos compactadas: equipamentos e ensaios. Tese de Doutorado. EESC/USP, São Carlos-SP LIDE, D. R. Handbook of chemistry and Physics. 78 th ed MACHADO, S. L. e DOURADO, K. A. Novas técnicas para obtenção da curva característica de sucção do solo. In: 4 O SIMPÓSIO BRA- SILEIRO DE SOLOS NÃO SATURADOS. Porto Alegre-RS MANSUR, M. B.; SLATER, M. J. E BISCAIA Jr. E. C. Kinetic analysis of the reactive liquid liquid test system ZnSO 4 /D2EHPA/n-heptane. Hydrometallurgy v. 63 p MATOS, A.T. Fatores de retardamento e coeficientes de dispersão-difusão dos metais zinco, cádmio, cobre e chumbo em solos do município de Viçosa-MG. Tese de Doutorado - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG MENEZES, M. S.S Sugestão de procedimento para avaliar a estabilidade de talude em solos residuais de matriz sedimentar. I SIMREMSEF, v. 1 p Salvador-BA MUALEM, Y. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porus media. Water resources Research. v. 12, n.3, p OGATA, A., Theory of Dispersion in a Granular Medium, U. S. Geological Survey, Prof. Paper OGATA, A., e BANKS, R. B., A Solution of the Diferential Equation of Longitudinal Dispersion in Porous Media, U. S. Geological Survey, Prof. paper 411-A PORTER, J.W. U.S. EPA Office of Solid Waste and Emergency Response, memorandum to regional administrator, Region 1 X, regarding interim final guidance on soil ingestion rate PRESA, E. P. Os solos expansivos do recôncavo Baiano e os problemas associados à construção de rodovias. 30 a RAPv, ABPv, v. 4 p Salvador-BA PRESA, E. P. Propriedades Geotécnicas das argilas expansivas do recôncavo Baiano. In: VIII COBRAMSEF v. 8 p Porto Alegre-RS RAGHAVAN, R.; MOHANAN, P. K. And SWAMKAR, S. R. Hydrometallurgical processing of lead-bearing materials for the recovery of lead and silver as lead concentrate and lead metal. Hydrometallurgy v. 58 p REAGAN, P. L. and SILBERGELD, E. K. Establishing a health based standard for lead in residential soils. Trace substances in environmental health RIFAI, H. S.; et. al. Biodegradation Modeling at a Jet Fuel Spill Site. ASCE J. Environmental Engr. Div. v. 114 p SANTOS, J. F. Parecer Técnico sobre a Análise da Situação do Enquadramento da Escória e Disposição Final, CRA/SEPLANTEC, Salvador, (Parecer no: 055/95 -SFA) SILVANY NETO, A. M.; et. al. Determinação da intoxicação social por chumbo nas crianças de Santo Amaro. Ciência e cultura, v. 37, n. 10, p SINGH, B. R. and STEINNES, E. Soil and water contamination by heavy metals. Advances in soil science: soil process and water quality. USA. p SOUZA, L.A.P SILVA, R.F. e LIOMASSA, W.S. Métodos de investigação. Geologia de Engenharia. ABGE. São Paulo-SP. p TAVARES, T. M. Análise ambiental em relatório técnico integrado. EDUFBA, Salvador-BA, Brazil TAVARES, T. M. Efeito das emissões de chumbo e cádmio em Santo Amaro da purificação. Tese de Doutoramento, IQ/USP, São Paulo-SP, Brazil TAVARES, T. M.; et. al. Lead in hair of children exposed to gross enviromental, pollution. Int. Journal Analithical chem., v. 36, p U.S.E.P.A. (United States Environmental Protection Agency) Exposure Factors Handbook. Washington DC: Office of Health and Environmental Assessment, VAN GENUCHTEN, M. T. A closed form equations for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal v. 44, p Endereço para correspondência: Sandro Lemos Machado Universidade Federal da Bahia-UFBA Rua Castro Neves, 22 A - Matatu Salvador - BA Telefax: (71) engenharia sanitária e ambiental 155

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