Capacidade de Atenuação do Solo de Fundo da Lagoa de Estabilização de Lixiviado do Aterro Sanitário do Município de Carazinho - RS

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1 Capacidade de Atenuação do Solo de Fundo da Lagoa de Estabilização de Lixiviado do Aterro Sanitário do Município de Carazinho - RS Eduardo Pavan Korf, Giovanni Fiorese, Antonio Thomé Programa de Pós-Graduação em Engenharia (Infra-estrutura e Meio Ambiente). Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, Brasil Anderson Fonini, Karla Heineck, Nilo Cesar Consoli Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre Brasil RESUMO: Com a degradação de solos pelo impacto causado por lixiviado de aterros sanitários surge a necessidade de dados técnicos capazes de determinar o comportamento desses contaminantes com o solo. Deste modo, o objetivo do trabalho foi avaliar a capacidade de atenuação de contaminantes do lixiviado em um solo de fundo de uma lagoa de estabilização de um aterro sanitário localizado no município de Carazinho RS. Para tal avaliação adotou-se o ensaio de coluna, que simula a lixiviação do poluente pelo solo. Os ensaios realizados investigaram a remediação natural dos metais Alumínio, Cromo, Zinco, Cobre, Manganês e Ferro presentes no chorume. Foram realizados três ensaios utilizando chorume com composição química encontrada em campo e outros três enriquecidos por metais. Os resultados confirmaram a validação da metodologia utilizada, sendo que o contaminante estudado apresentou retenção após uma percolação significativa pelo solo. PALAVRAS CHAVE: Lixiviado, Metais, Ensaio de coluna. 1. INTRODUÇÃO A crescente contaminação de solos por lixiviado de aterro sanitários levanta preocupações e evidência a necessidade de estudos adequados que elaborem diagnósticos capazes de determinar parâmetros de atenuação e transporte desses contaminantes no solo. Nesses locais, enormes impactos de agressão ambiental podem ser visualizados, principalmente no que diz respeito à contaminação de águas subterrâneas, a qual pode, de forma direta e indireta, causar problemas à saúde humana. Deste modo, o principal objetivo deste estudo consiste na avaliação da atenuação de metais presentes no lixiviado por um solo compactado, de fundo de uma lagoa de estabilização em um aterro sanitário localizado no município de Carazinho - RS. A atenuação natural é um processo de estudo que vem atualmente ganhando enorme aceitação. Interpretada como uma remediação natural é uma estratégia de gerenciamento de áreas contaminadas que se baseia em mecanismos naturais para controle da frente contaminação. Esse processo natural refere-se, segundo Corseuil e Marins (1997), a processos físicos, químicos e biológicos que passam a facilitar a degradação natural. Diversos estudos têm demonstrado que os processos naturais de atenuação limitam bastante o deslocamento dos contaminantes e, portanto, reduzem a extensão da contaminação. Deste modo, esse processo como um todo constitui-se uma forma de minimizar os riscos causados, monitorando-se o deslocamento da pluma de contaminação e assegurando-se que os pontos receptores não sejam contaminados. (Corseuil e Marins 1997) Para que se possa evidenciar que os processos naturais de remediação constituem-se a forma mais adequada de descontaminação é necessário que se faça um estudo complexo, abrangendo a determinação da magnitude e extensão da contaminação e demonstrando que a pluma de contaminação não irá migrar para

2 regiões de risco potencial. No entanto, se tudo isso não evitar o deslocamento da pluma até o local de risco, algumas tecnologias que acelerem a degradação de contaminantes deverão ser aplicadas. (Corseuil e Marins 1997) Com relação ao comportamento de contaminantes, existem alguns principais mecanismos de transporte através de meio poroso que estão associados a processos físicos e bioquímicos. Os processos em geral, envolvem os fenômenos de advecção, dispersão e atenuação, e estão também relacionados às interações químicas que podem ocorrer entre o solo e o poluente. A Figura 1 relaciona tais processos: Figura 1. Mecanismo de transporte de contaminantes (Knop 2005) A contaminação de águas subterrâneas pelos diversos tipos de poluentes, atualmente, vem despertando grandes preocupações. Uma forma constante de poluição constitui os resíduos urbanos gerados diariamente pelas cidades. Na engenharia um método adequado e aplicado para minimizar esse problema é a construção de aterros sanitários. Esses locais são adequadamente planejados e projetados com o fim de evitar contaminação do solo, águas superficiais e subterrâneas. Com a disposição de resíduos no aterro, ocorre a geração de gases e de um efluente pela degradação dos resíduos, o chorume. Segundo Serafim (2003), ele pode ser gerado por três formas, pela umidade natural do lixo, pela água de constituição da matéria orgânica durante o processo de decomposição e pelas bactérias existentes, que expelem enzimas que dissolvem a matéria orgânica formando o líquido. Ele, ainda, pode ser amplamente majorado pelas infiltrações de águas provenientes de precipitações. O principal impacto do chorume está relacionado com seu contato com águas superficiais ou subterrâneas, onde pode trazer uma alta demanda bioquímica de oxigênio (DBO), alto valor de demanda química de oxigênio (DQO) e diversos compostos potencialmente tóxicos, entre eles os metais pesados. Deste modo, convém mencionar que o chorume é agressivo e precisa de tratamento. O tratamento de chorume em aterros sanitários, que passa a ser uma medida necessária, consiste na aplicação de métodos convencionais como, por exemplo, as lagoas de tratamento. (Serafim 2003) Apesar dessas tecnologias enfatizadas representarem métodos seguros e adequados para sanar o problema, muitos locais de disposição de resíduos ainda são irregulares, os lixões. Nesses locais, o efluente mencionado, sem qualquer controle, passa a ser um agente de contaminação subterrânea. Também, quando a simples compactação do solo é determinada para impermeabilização do solo, essa poluição não está livre de ocorrer. Desta maneira, surgem legislações que estabelecem alguns critérios e limites máximos que podem estar presentes em corpos d água. A Tabela 1 mostra alguns parâmetros para metais em águas, de acordo com a portaria n. 518 do Ministério da Saúde (2004), e dados estabelecidos pela Cetesb (2005) especificamente para águas subterrâneas, em que acima do qual passam a existir riscos potenciais: Tabela 1. Limite máximo permitido para alguns metais estudados METAL Portaria n.518 (2004) Cetesb (2005) Alumínio 0,2mg/l 0,2mg/l Cobre 2mg/l 2mg/l Cromo 0,05mg/l 0,05mg/l Ferro 0,3mg/l 0,3mg/l Manganês 0,1mg/l 0,4mg/l Zinco 5mg/l 5mg/l

3 2. METODOLOGIA Para o desenvolvimento do projeto, seguiu-se um roteiro de estudos conforme descrito na Figura 2: Coleta e preparação de amostra de solo PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Caracterização do solo Moldagem de corpo de prova Nas amostras foram realizados ensaios de caracterização geotécnica como limite de liquidez e plasticidade, peso específico real dos grãos, análise granulométrica e, por fim, as amostras foram classificadas pelo sistema HRB e pela classificação unificada de solo. Para avaliação da capacidade de atenuação natural, adotou-se o ensaio de coluna (ASTM D ), que, por meio de um equipamento de colunas, simula a lixiviação de um poluente pelo solo. As Figuras 4 e 5 apresentam o equipamento de coluna utilizado neste trabalho: Preparação experimental Coleta de contaminante Caracterização CONECTOR TUBO LEITURA PRESSÃO Realização de ensaios de coluna Análise de Percolado ENTRADA EFLUENTE CONECTOR TUBULAÇÃO NIPLE TUBULAÇÃO NYLON SAÍDA EFLUENTE PERCOLADO NIPLE Análise dos resultados e estabelecimentos de conclusões MANGUEIRA P/ NÍVEL O-RING ENTRADA PRESSÃO HASTE METÁLICA 8mm TERMINAL BORBOLETA Figura 2. Roteiro seguido para a realização dos estudos de estudos A TRANSDUTOR PRESSÃO B C A coleta de amostra de solo foi realizada em uma jazida localizada ao lado de uma lagoa de tratamento de lixiviado do aterro sanitário localizado na cidade de Carazinho-RS, a qual foi utilizada inicialmente para composição da camada de compactação junto ao fundo da lagoa. Esta camada é composta de 1m de argila compactada. Para determinação das propriedades geotécnicas da camada compactada do fundo da lagoa foi necessário drenar a mesma e foram retiradas três amostras. Foram determinadas a densidade natural do solo em campo e a umidade natural. A área de estudo pode ser visualizada na Figura 3. TORNEIRA COMUM 1/4" NIPLE INOX TORNEIRA INOX 1/4" TORNEIRA INOX 1/4" NIPLE INOX Figura 4. Representação esquemática do equipamento de colunas (Alvez 2005) Figura 5. Representação do equipamento de coluna em laboratório Figura 3. Vista do aterro sanitário e das lagoas de estabilização Com as amostras deformadas foram moldados corpos de prova de 5 cm de diâmetro e 5 cm de altura, com ajuste de umidade e densidade equivalente a campo. O lixiviado foi coletado diretamente do tanque de equalização antes da entrada nas lagoas, acondicionado em bolsas térmicas e enviadas para análise das características físico-

4 químicas no laboratório de controle de efluentes da universidade de Passo Fundo. O ensaio de coluna é executado em duas etapas, sendo a primeira de saturação com água e a segunda na percolação do contaminante e geração de um líquido percolado. Nos ensaios realizados utilizou-se 190kPa para pressão interna e 210 kpa para pressão externa. O gradiente teórico utilizado foi de 380. Mesmo o gradiente sendo elevado não se observou a ocorrência de ruptura hidráulica. A figura 6 apresenta a montagem do ensaio: Figura 6. Montagem do equipamento de coluna Na totalidade do projeto seis ensaios foram realizados, nos quais foi investigado a remediação natural de seis metais pesados, normalmente existentes no lixiviado, como Alumínio, Cromo, Cobre, Zinco, Manganês e Ferro. Num primeiro momento, três ensaios foram realizados com a concentração de contaminante característico do campo. A tabela 2 retrata as concentrações de metais presentes no lixiviado: Tabela 2. Concentrações de metais no lixiviado Ensaio Al Cr Zn Cu Mn Fe ,09 0 1, ,5 0 0,1 0 0,68 6, ,11 0,03 0,57 4, ,11 0 0,85 4, ,1 0 0,6 3, ,08 0 0,51 4,27 Nos outros três ensaios, a concentração dos metais Zinco, Cobre e Cromo foi enriquecida a um valor superior ao presente no lixiviado e propicio a causar contaminação em águas subterrâneas de acordo com Cetesb (2005). O zinco, como exceção, por falta de solução padrão em laboratório, foi enriquecido 0,5 vezes considerando a referência da legislação. A Tabela 3 apresenta os valores enriquecidos no contaminante para os últimos 3 ensaios. Tabela 3. Valores para enriquecimento do contaminante METAL Concentração Enriquecida Cobre 5,5 mg/l Cromo 2 mg/l Zinco 2,5 mg/l Os ensaios basearam-se na caracterização inicial do contaminante e do percolado produzido em termos de concentrações. A concentração final do percolado era obtida em função do tempo de ensaio, sendo que sempre foram realizadas, no mínimo, cinco leituras. Dentro deste período visualizou-se, também, a relação de poros percolados pelo volume de vazios do corpo de prova. As análises dos metais presentes nas cinco amostras de percolado, após a realização de cada ensaio de atenuação, foram efetuadas junto ao laboratório de águas e análise de solos, da Universidade de Passo Fundo. O método de análise foi através de absorção atômica e espectrofotômetro de massa. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados de limite de liquidez e plasticidade estão apresentados na tabela 4: Tabela 4. Resultados dos ensaios de caracterização Amostra Limite de Limite de Índice de liquidez (%) Plasticidade (%) Plasticidade (%) A análise granulométrica por sedimentação, com o uso de solução defloculante, indicou porcentagens variáveis, com predominância de argila como demonstrado na tabela 5: Tabela 5. Resultados da análise granulométrica Amostra Argila Silte Areia Fina Areia Média % 11.8% 28.3% 1.5% % 5% 67.6% 1.8% % 18.8% 20.6% 2.3%

5 A umidade natural calculada através de média de todas as amostras, foi de 20.7% e a densidade média do solo compactado a campo foi de 19,1 kn/m 3. Os corpos de prova para os ensaios de atenuação foram moldados nesta densidade e umidade. A tabela 6 apresenta as características físicas dos corpos de prova utilizados no ensaio: Tabela 6. Características físicas dos corpos de prova Ensaio Peso específico real (kn/m³) Peso específico moldado (kn/m³) Porosidade Índice de Vazios Volume de Vazios (cm³) 1 18,93 0,33 0,50 33, ,83 0,34 0,51 33, ,94 0,33 0,50 32,99 26,5 4 18,53 0,35 0,53 34, ,92 0,33 0,50 32, ,81 0,34 0,51 33,49 A partir dos resultados de caracterização, o solo obteve uma classificação rodoviária segundo sistema HBR de A-7-5 denotando um solo argiloso. Já segundo ao sistema unificado de classificação dos solos (SUCS), recebeu a classificação MH indicando como solo fino, siltoso e de alta compressibilidade. O coeficiente de permeabilidade médio e a velocidade de percolação são apresentados na tabela 7. O coeficiente de permeabilidade do processo de saturação para o ensaio não apresentou diferença significativa. Tabela 7. Coeficiente de permeabilidade para saturação e ensaio de coluna Ensaio Coef. De permeabilidade Velocidade de percolação (m/s) (m/s) 1 9, , , , , , , , , , , , Os resultados observados para os ensaios realizados estão representados nas tabelas 8, 9, 10, 11, 12 e 13: Tabela 8. Resultados observados no Ensaio 1 Tabela 9. Resultados observados no Ensaio 2 Tabela 10. Resultados observados no Ensaio 3 Tabela 11. Resultados observados no Ensaio 4 Tabela 12. Resultados observados no Ensaio 5

6 Tabela 13. Resultados observados no Ensaio 6 quantidade que percolou, sem dúvida, seria atingida com um tempo muito maior. A saturação de metais de toda a camada de 1m de espessura levaria dezenas de anos. Com análise do Alumínio e do Cromo podese observar que praticamente não houve presença no percolado, mesmo no caso do enriquecimento de Cromo, nos três últimos ensaios, de acordo com as tabelas 11, 12 e 13. Os três primeiros ensaios, mostrados nas tabelas 8, 9 e 10, apresentaram uma quantidade de Zinco que foi liberada durante o processo de saturação, de provável origem do solo, não possibilitando uma visualização de atenuação. A retenção de zinco pôde ser melhor observada nos 3 últimos ensaios. Observou-se um forte declínio da concentração de 2,5mg/l, por exemplo, no ensaio 5, para 0,18mg/l na 4º leitura. O cobre no 3º e 4º ensaio, verificando-se as tabelas 10 e 11, o qual foi enriquecido, apresentou uma queda acentuada da concentração, a qual chegou a um valor zero já em primeira leitura realizada. Para o Manganês e Ferro também houve queda acentuada da concentração do percolado, com exceção do 4º ensaio (tabela 11) para o Manganês em que houve uma menor atenuação já no início. 4. CONCLUSÕES Nos ensaios de coluna, não foi possível atingir o limite máximo de atenuação do solo, pois a relação de volume percolado pelo volume de vazios foi baixa. Também não é possível, a partir destes ensaios, obter os parâmetros de retardardamento. No entanto, pode se dizer que o solo apresenta capacidade de atenuação dos metais, pois a concentração de metais retidos no solo foi muito alta. Em campo, devido ao gradiente hidráulico ser muito inferior ao utilizado em laboratório, a AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao apoio fornecido pelo CNPq, pelo financiamento de bolsa de pesquisa ao primeiro autor e a FAPERGS (projeto PRONEX-FAPERGS ) pelo apoio financeiro concedido. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6457: Amostras de solo - Preparação de ensaios de compactação e caracterização. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6459: Solo - Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6508: Grãos de solos que passam na peneira 4.8mm determinação de massa específica. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7180: Solo - Determinação do limite de Plasticidade. Rio de Janeiro, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7181: Solo - Análise Granulométrica. Rio de Janeiro, Alvez, Gislaine P. M. Capacidade de atenuação de solos de fundo da lagoa anaeróbia da ETE araucárias p. Dissertação (Mestrado em infra-estrutura e meio-ambiente) - Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, ASTM. D4874: Standard Test Method for leaching solid material in a Column Apparatus Azambuja, E.; Cancelier, D.B.; Nanni, A. S. Contaminação de solos por LNAPL: discussão sobre diagnósticos e remediação Disponível em: < >. Acesso em: 18. Junho Brasil, Ministério Da Saúde. Portaria nº 518, de 25 de março de Estabelece procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Diário Oficial da república federativa do Brasil, Brasília, DF, nº 59, 26 de março de Seção 1, p 266. Cetesb Companhia De Tecnologia Em Saneamento Ambiental. Decisão de diretoria nº E Disponível em: < alores_2005.pdf >. Acesso em 28. junho Corseuil, H.X. Marins, M. D. M. Contaminação de águas subterrâneas por derramamentos de gasolina: o

7 problema é grave? Disponível em: < pdf>. Acesso em: 18. Junho Delgado, C. W. C. Mecanismos de transporte de metais pesados. In: Congresso Nacional de Meio Ambiente, 2, 2000, Salvador. Mini Curso. Salvador. Fonini, Anderson et al. Avaliação da colmatação de solos de fundo de uma estação de tratamento de esgoto da região norte de Passo Fundo In: Seminário de Engenharia Geotécnica do Rio Grande do Sul, 3., 2005, Passo Fundo. Anais... Passo Fundo: ABMS/PPGENG, CD-ROM. Knop, A.; Consoli, N. C. Transporte de contaminantes em solos: Processos físicos do transporte. In: Seminário de Engenharia Geotécnica do Rio Grande do Sul, 3., 2005, Passo Fundo. Anais... Passo Fundo: ABMS/PPGENG, CD-ROM. Serafim, A. F. et. al. Chorume, Impactos ambientais e possibilidades de tratamento Disponível em: < alores_2005.pdf>. Acesso em: 28. junho