2.1. Levantamento do Histórico da Cia Mercantil e Industrial Ingá

24 2 Metodologia Inicialmente foi levantado o histórico da Cia Mercantil e Industrial Ingá, desde o período de produção, até a falência, o período posterior, de abandono e as diversas tentativas de solucionar o problema, até o início das atividades das equipes da PUC- Rio e COPPE. Considerou-se ainda dados de trabalhos desenvolvidos na região ao longo das últimas décadas, com o objetivo de conhecer informações geradas anteriormente sobre a área e sua contaminação. Estas possibilitaram a elaboração de uma estratégia de estudo e forneceram dados para comparação e avaliação dos novos resultados. Desde 2004 a Equipe da PUC-Rio vem realizando levantamentos de campos, como levantamentos topográficos, geológico e geotécnico, execução sondagens, instalação de piezômetros, poços de monitoramento, medição de permeabilidade e coleta de amostras de solo e água superficial e subterrânea. Em 2007, as Equipes da PUC-Rio e COPPE deram início a remediação emergencial da área, bem como a caracterização geotécnica e ambiental, visando o desenvolvimento de proposta de solução que transformasse este passivo em um ativo ambiental, uma área recuperada, que deixasse de ser fonte de contaminação e abrigasse uma nova atividade, com os adequados dispositivos de controle ambiental. A caracterização ambiental realizada pela PUC-Rio, abrangeu ainda a amostragem dos materiais abandonados na área da antiga indústria, produtos químicos, águas de processo, solo contaminado e dos rejeitos e efluentes industriais. Estas amostras foram analisadas quimicamente por absorção atômica e fluorescência, possibilitando a identificação dos resíduos, dos compostos neles presentes e de possíveis fontes de contaminação ativa. Considerando que os resíduos sólidos dispostos de maneira inadequada podem passar por um processo de solubilização através de águas pluviais, que infiltram e percolam, gerando a contaminação do solo e água subterrânea, avaliou-se a contaminação nestes compartimentos. A segunda etapa envolveu a caracterização subterrânea, através da execução de sondagens ao longo de toda a área, possibilitando a identificação das camadas estratigráficas pela coleta de amostras de solo. Foram instalados poços de

25 monitoramento, que possibilitaram ainda, a coleta de amostras de água subterrânea, bem como a determinação da permeabilidade média, in situ, em cada porção da área. Esta dissertação deu continuidade aos trabalhos da PUC-Rio, uma vez que desenvolveu a análise química das amostras de solo, obtidas durante as sondagens, e compilou as informações geradas anteriormente de forma a gerar um modelo conceitual da área que possibilite trabalhos futuros. As informações de campo obtidas pelas Equipes da PUC-Rio e COPPE foram organizadas e a partir dos levantamentos topográficos, geológicos, geotécnicos e dos perfis de sondagem, foi gerado um modelo estratigráfico do local, utilizando o software RockWorks. 2.1. Levantamento do Histórico da Cia Mercantil e Industrial Ingá Conhecer o histórico da Cia Mercantil e Industrial Ingá é extremamente importante para um trabalho de caracterização. Somente através do conhecimento dos fluxogramas de produção é possível entender quais produtos eram gerados ali, quais insumos entravam no processo, e quais os resíduos e efluentes eram descartados. Somente através do histórico da indústria e sua produção é possível entender os momentos vividos pela empresa, que levaram ao cenário conhecido atualmente. Estas informações indicam o que se deve esperar encontrar nos estudos de cada porção da área. Para conhecer o histórico da indústria foram utilizados dados do Levantamento do Passivo Ambiental da Cia. Mercantil Ingá, de 2004, Estudo de Remediação Ambiental da Companhia Industrial Ingá Itaguaí RJ PUC-RIO, de 2005 e Projeto de Remedição Emergencial e Investigação Ambiental realizados em 2007 e 2008. 2.2. Levantamento de Trabalhos Anteriores Durante esta etapa foram pesquisados e analisados estudos anteriores desenvolvidos na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá, e sua região, buscando identificar informações pré-existentes que auxiliassem na elaboração de uma metodologia de trabalho. Conhecendo características da área de estudo, identificam-se quais informações ainda não foram levantadas e quais as que precisam ser revisadas, possibilitando um conhecimento mais aprofundado, bem como a avaliação de resultados através da comparação.

26 Existem diversos estudos nesta área e os dados aplicáveis foram organizados e utilizados ao longo deste trabalho visando a elaboração do modelo conceitual da área. 2.3. Análises Químicas do Solo Durante os levantamentos de campo realizados pela PUC-Rio, em 2008, foram realizadas sondagens, com amostragem do subsolo utilizando um amostrador liner, de 0,60 m de comprimento, como apresentado na Figura 2.1, onde a amostra fica retida. O amostrador possui uma ponta (sapata) biselada, que auxilia a cravação. Este procedimento possibilitou não só uma avaliação do perfil estratigráfico, Figura 2.2, como também a obtenção de amostras de solo de cada camada, para determinação da contaminação, em função das suas características. Figura 2.1: Liner após a amostragem Figura 2.2: Perfil estratigráfico montado a partir dos liners coletados Uma vez elaborados os perfis geológicos, os amostradores foram serrados a cada mudança de camada hidroestratigráfica e a amostra em seu interior foi

27 encaminhada para análise química, visando avaliar o perfil da contaminação em profundidade para cada sondagem. As análises químicas do solo foram desenvolvidas no Laboratório de Caracterização de Aerossóis, da Professora Kenya Dias da Cunha, localizado no Instituto de Radioproteção e Dosimetria. Foram analisadas 61 amostras de solo coletadas em profundidade nas sondagens realizadas na área, ou seja, foi selecionada uma amostra de cada camada estratigráfica das sondagens, como apresentado na Tabela 2.1, possibilitando uma análise do comportamento da contaminação em relação as propriedades do solo. Tabela 2.1: Amostras de solo Amostra Poço Profundidade Referencia Coordenadas UTM X Y Z 1 PO-01 sup.1 1 620217,806 7465086,709 3,421 3 PO-01 sup.1 2 620217,806 7465086,709 3,601 5 PO-01 sup.1 3 620217,806 7465086,709 3,751 7 PO-01 sup.2 1 620217,806 7465086,709 3,421 9 PO-01 sup.2 2 620217,806 7465086,709 3,491 11 PO-01 sup.2 3 620217,806 7465086,709 3,801 13 PO-01 1 1 620217,806 7465086,709 2,421 15 PO-01 2 1 620217,806 7465086,709 1,921 17 PO-01 3 1 620217,806 7465086,709 0,421 19 PO-02 sup 1 620205,511 7465112,780 3,529 21 PO-02 sup 2 620205,511 7465112,780 3,729 23 PO-02 sup 3 620205,511 7465112,780 3,949 25 PO-02 1 1 620205,511 7465112,780 2,529 27 PO-02 3 1 620205,511 7465112,780 0,529 29 PO-03 1 1 620248,344 7465068,261 2,049 31 PO-03 1 2 620248,344 7465068,261 2,139 33 PO-03 2 1 620248,344 7465068,261 1,049 35 PO-03 3 1 620248,344 7465068,261 0,049 37 PO-04 1 1 620564,349 7465688,206-0,026 39 PO-04 1 2 620564,349 7465688,206 0,264 41 PO-04 3 1 620564,349 7465688,206-2,026 43 PO-05 1 1 620560,617 7465725,386 0,271 45 PO-05 2 1 620560,617 7465725,386-0,729 47 PO-05 2 2 620560,617 7465725,386-0,569 49 PO-06 3 1 620550,323 7465528,032-0,984 51 PO-07 3 1 620541,759 7465516,281 0,119 53 PO-07 3 2 620541,759 7465516,281 0,219 55 PO-07 4 1 620541,759 7465516,281-0,881 57 PO-08 2 1 620556,443 7465510,986-0,746 59 PO-08 3 1 620556,443 7465510,986-1,746 61 PO-09 2 1 620555,392 7465449,779-0,933 63 PO-09 3 1 620555,392 7465449,779-1,933 65 PO-09 4 1 620555,392 7465449,779-2,933 67 PO-10 1 1 620558,656 7465356,823-0,85 69 PO-10 3 1 620558,656 7465356,823-2,85 71 PO-11 1 1 620561,857 7465274,915-0,794

28 Amostra Poço Profundidade Referencia Coordenadas UTM X Y Z 73 PO-11 2 1 620561,857 7465274,915-1,794 75 PO-12 1 1 620532,510 7465213,158 0,866 77 PO-12 2 1 620532,510 7465213,158-0,134 79 PO-12 3 1 620532,510 7465213,158-1,134 81 PO-13 1 1 620450,427 7465180,153 0,588 83 PO-13 2 1 620450,427 7465180,153-0,412 85 PO-14 2 1 620471,680 7465736,764 0,265 87 PO-14 4 1 620471,680 7465736,764-1,735 89 PO-15 3 1 620402,490 7465706,264-0,915 91 PO-15 4 1 620402,490 7465706,264-1,915 93 PO-16 3 1 620309,213 7465706,361-0,438 95 PO-16 4 1 620309,213 7465706,361-1,438 97 PO-17 2 1 620231,346 7465720,124-0,369 99 PO-17 2 2 620231,346 7465720,124-0,169 101 PO-17 3 1 620231,346 7465720,124-1,369 103 PO-17 4 1 620231,346 7465720,124-1,769 105 PO-17 5 1 620231,346 7465720,124-3,369 107 PO-18 2 1 620140,450 7465741,542-0,111 109 PO-18 2 2 620140,450 7465741,542 0,039 111 PO-18 4 1 620140,450 7465741,542-2,111 113 PO-19 sup 1 620411,462 7465075,342 2,137 115 PO-19 1 1 620411,462 7465075,342 1,137 117 PO-19 4 1 620411,462 7465075,342-1,863 119 PO-20 1 1 620331,420 7465049,089 1,245 121 PO-20 3 1 620331,420 7465049,089-0,755 Procedimentos Inicialmente as amostras foram pesadas e então encaminhadas a estufa a 100 C, por 24 horas, a fim de secá-las. Após ser retirada da estufa as amostras foram pesadas novamente, possibilitando a determinação de sua umidade natural, apresentada na Tabela 2.2. Tabela 2.2: Umidade das amostras de solo Amostra Poço Massa Umidade Massa Amostra Poço P. Úmido P. Seco (%) P. Úmido P. Seco Umidade (%) 1 PO-01 39,478 35,702 10,58 63 PO-09 35,485 17,305 105,06 3 PO-01 44,091 38,869 13,43 65 PO-09 39,875 20,905 90,74 5 PO-01 42,338 38,993 8,58 67 PO-10 37,098 22,804 62,68 7 PO-01 40,303 31,811 26,70 69 PO-10 54,033 48,562 11,27 9 PO-01 27,75 22,453 23,59 71 PO-11 27,361 17,604 55,42 11 PO-01 42,61 35,523 19,95 73 PO-11 62,52 54,625 14,45 13 PO-01 51,077 46,982 8,72 75 PO-12 69,27 47,9 44,61 15 PO-01 53,046 45,077 17,68 77 PO-12 31,167 22,195 40,42 17 PO-01 45,53 32,525 39,98 79 PO-12 56,012 48,881 14,59 19 PO-02 45,819 42,844 6,94 81 PO-13 40,629 33,202 22,37 21 PO-02 45,481 42,332 7,44 83 PO-13 67,601 54,328 24,43 23 PO-02 52,394 47,821 9,56 85 PO-14 48,622 40,114 21,21 25 PO-02 63,283 52,775 19,91 87 PO-14 34,679 19,775 75,37

29 Amostra Poço Massa Umidade Massa Amostra Poço P. Úmido P. Seco (%) P. Úmido P. Seco Umidade (%) 27 PO-02 57,303 46,333 23,68 89 PO-15 64,865 51,602 25,70 29 PO-03 54,12 46,374 16,70 91 PO-15 41,858 31,679 32,13 31 PO-03 47,073 35,47 32,71 93 PO-16 48,664 38,488 26,44 33 PO-03 43,891 31,673 38,58 95 PO-16 44,641 36,465 22,42 35 PO-03 46,713 32,904 41,97 97 PO-17 32,957 15,874 107,62 37 PO-04 28,594 11,383 151,20 99 PO-17 44,587 30,284 47,23 39 PO-04 37,95 28,237 34,40 101 PO-17 39,975 21,751 83,78 41 PO-04 38,591 18,82 105,05 103 PO-17 44,071 34,754 26,81 43 PO-05 45,32 36,945 22,67 105 PO-17 65,867 52,6 25,22 45 PO-05 27,095 12,925 109,63 107 PO-18 44,87 20,611 117,70 47 PO-05 44,592 26,915 65,68 109 PO-18 58,247 45,706 27,44 49 PO-06 32,947 27,654 19,14 111 PO-18 57,922 45,373 27,66 51 PO-07 20,904 10,725 94,91 113 PO-19 73,815 66,919 10,30 53 PO-07 47,379 38,798 22,12 115 PO-19 58,754 46,491 26,38 55 PO-07 36,62 21,037 74,07 117 PO-19 57,648 43,046 33,92 57 PO-08 38,795 14,047 176,18 119 PO-20 70,955 62,765 13,05 59 PO-08 30,484 24,346 25,21 121 PO-20 42,694 24,843 71,86 61 PO-09 43,435 34,514 25,85 Em seguida, as amostras passaram por um processo de destorroamento e posteriormente foram passadas em peneira com 0,4 µm, obtendo-se apenas a fração mais fina do solo. As amostras então foram armazenadas em pequenos potes, com boa vedação, como apresentado na Figura 2.1, para posterior processamento das análises. a b Figura 2.3: Processamento das amostras. a Destorroamento e peneriamento; b armazenamento

30 Com as amostras devidamente processadas, foram executados os procedimentos de Caracterização de Resíduos, segundo as normas NBR-10.004 Resíduos sólidos Classificação, que classifica os resíduos sólidos quanto aos seus riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública, para que estes resíduos possam ter manuseio e destinação adequados, com o auxílio dos procedimentos das NBR-10.005 Lixiviação de resíduos Procedimento e NBR-10.006 Solubilização de resíduos Procedimento. As amostragens subterrâneas fornecem amostras pequenas, portanto, foram feitas adequações das massas, mantendo as proporções apresentadas pelas normas. Obtenção de Solubilizado - Passar a amostra na peneira, de maneira a deixar a amostra homogênea; - Colocar 2,5 g (base seca) em um recipiente; - Adicionar 10 ml de água destilada; - Cobrir o frasco com PVC e deixar em repouso por 7 dias, em até 25ºC; - Filtrar em (0,45 µm); - A amostra de solubilizado é obtida. Obtenção de Lixiviado - Determinações Preliminares: - Passar a amostra na peneira, de maneira a deixar a amostra homogênea; - Determinação da Solução de Extração: - Adicionar 1 g da amostra solo a 19,3 ml de água deionizada, cobrindo com vidro de relógio e agitar por 5 min; Se o ph 5 usar solução de Extração nº 1; Se o ph > 5 adicionar 3,5 ml de HCl 1 N e aquece a 50ºC por 10 min. Esperar esfriar: Se o ph 5 usar solução de Extração nº 1; Se o ph > 5 usar solução de Extração nº 2. Solução de Extração nº 1-5,7 ml de ácido acético; - 64,3 ml de NaOH; - Água deionizada para completar 1l.

31 O ph da amostra deve ser igual a 4,93 ± 0,05. Solução de Extração nº 2-5,7 ml de ácido acético; - Água deionizada para completar 1l. O ph da amostra deve ser igual a 2,88 ± 0,05. Todas as amostras da Cia Mercantil e Industrial Ingá tiveram ph 5. - Lixiviação de Não Voláteis - 1 g de amostra de solo homogeneizada na peneira; - Adicionar a solução de extração adequada, na proporção de 1:20; - Fechar o frasco, agitar por 18 ± 2 horas a 25ºC; - Filtrar a amostra (filtro 0,6 a 0,8 µm); Obs: Para metais os filtros devem ser lavados com HNO 3 1 N; - A amostra de lixiviado é obtida. Após a obtenção dos extratos filtrados, as amostras foram aquecidas e concentradas em chapa até chegarem a um volume de 1,5 ou 5 ml, das quais foram retiradas alíquotas de 2 µl, para a fabricação dos alvos que serão lidos do acelerador de partículas. a

32 b c d e 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 Preparados, os alvos foram encaminhados ao Laboratório de física da PUC-Rio, para serem analisados no acelerador de partículas Van de Graaff, através do método PIXE (PARTICLE INDUCED X RAY EMISSION), capaz de determinar elementos de interesse em níveis de ppm, ppb e até mesmo sub-ppb, sendo uma importante ferramenta de pesquisa para a determinação de elementos no meio ambiente.

33 2.4. Modelagem Estratigráfica Ao longo do período de operação da Cia Mercantil e Industrial Ingá, e posteriormente na etapa de caracterização e remediação emergencial da área, foram realizadas campanhas de sondagens, que possibilitam através de uma análise a interpretação das camadas estratigráficas. Os dados obtidos na execução de 71 sondagens desenvolvidas pela NATRON em 1985 e Soloteste Engenharia em 2007/2008, ao longo do dique da bacia de rejeitos e dentro da pilha, deram origem a boletins de sondagem, sendo possível identificar camadas estratigráficas representativas e propor simplificações, viabilizando a elaboração de um modelo da área, utilizando o programa RockWorks. 2.4.1. RockWorks O programa desenvolvido por Rockware Inc é usado pelas área de mineração, petróleo e meio ambiente, para a visualização do subsolo, gerenciamento de dados de sondagens e poços, bem como a criação de modelos de sólidos e análise volumétrica. A modelagem computacional fornece um meio para a representação de uma área, com base nas informações coletadas em campo e compiladas no programa. A elaboração do modelo se inicia pelo desenvolvimento de um banco de dados que inclui os resultados analíticos de diversas propriedades físicas e químicas do solo em função da profundidade. Uma vez criado o banco de dados, são geradas visualizações, como cortes transversais, diagrama de cercas e diagramas de blocos, possibilitando a verificação da validade produto elaborado. Estas análises baseiam-se na criação de modelos de blocos imaginários em que um site é subdividido em uma série de células tridimensionais chamadas de voxel volumétrico (elemento). Os valores destes elementos são estimados em função da sua proximidade do ponto de sondagem. Quando se utiliza um software de computador é importante ter senso crítico, utilizar técnicas de refinamento e verificação do modelo. Os algoritmos ou métodos usados para criar os modelos volumétricos tem limitações que podem ser aceitáveis, dependendo do estudo de caso. A melhor maneira de verificar o modelo é comparar as "fatias" através dos modelos com os logs de sondagem que mostram os dados originais. O modelo estratigráfico representa múltiplos modelos de superfície, organizados, um sobre o outro, gerados através da interpolação dos contatos definidos pelas sondagens, usando o método de gridding, que consiste na criação de um arranjo de

34 espaçamento regular, utilizando como base em um espaçamento irregular ou pontos (x,y,z) dispersos, como apresentado na Figura 2.5, possibilitando assim, o conhecimento aproximado do comportamento da estratigrafia em um determinado ponto, sem a necessidade da execução de sondagem, usando a extrapolação computacional. a b Figura 2.5: Exemplificação do gridding. a Vista superior da localização das sondagens; b - Grid disposto sobre os pontos de controle. A interpolação é desenvolvida pela extrapolação dos contatos das camadas das diversas sondagens, assim sendo, quanto maior o número de sondagens, dados de entrada, maior a precisão do modelo, e mais próximo da realidade ele estará. O RockWorks possibilita a escolha de uma série de métodos numéricos ou algoritmos para a elaboração do modelo, sendo possível ainda ajustar a densidade do grid. Para o modelo elaborado neste projeto foi escolhido o método do inverso da distância. 2.4.2. Camadas Estratigráficas Levando-se em consideração o material gerado através das campanhas de sondagem realizadas na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá, foi possível identificar camadas estratigráficas representativas. Foram feitas algumas entradas no programa, utilizando diferentes configurações, desde utilizar os dados brutos, fazer simplificações das camadas predominantes, até finalmente encontrar uma representação adequada da área de estudo. Neste caso foi adotado o método algoritmo do inverso da distância, que estabelece que quanto menor for a distância entre o ponto conhecido e o predito, maior será seu peso.

35 As investigações geotécnicas foram realizadas visando o conhecimento das camadas estratigráficas. Estas foram realizadas abrangendo a área de disposição de rejeitos e incluíram a execução de sondagens mecânicas por percussão, rotação e tradagens. Em função dos dados de sondagem, definiu-se 6 camadas estratigráficas principais, utilizadas inclusive na compatibilização das diferentes campanhas. Estas camadas são definidas a seguir: PILHA Rejeito Industrial Aterros industriais constituídos de resíduos procedentes do tratamento de minério para extração de zinco, de textura arenosa e coloração cinza escuroavermelhado, quando decorrente do antigo processo de desaguamento por filtro rotativo, e de coloração vermelha e textura predominante siltosa, quando decorrente do processo com filtro prensa. ATERRO Visando a utilização da área, aterros foram feitos, possibilitando a implantação da planta industrial, bom como seus acessórios, além da área de deposição de rejeitos. Esta camada não tem um material predominante definido, variando da época que foi executado. Apresenta coloração que varia do marrom claro ao escuro, passando a um amarelado até avermelhado. ARGILA MOLE Segundo o Relatório Final das Atividades Geotécnicas da COPPETEC, como esperado, em função da topografia do terreno, a área representa o trecho final de uma bacia de deposição sedimentar, com a presença de um estrato de argila orgânica mole a muito mole de espessura crescente em direção ao saco do Engenho e à Baía de Sepetiba, onde se localizam os remanescentes de manguezal. Solos orgânicos muito moles e moles, argilo-siltosos, às vezes arenosos, de coloração preta e cinza-escuro, contendo no horizonte superior raízes e folhas em decomposição. O horizonte inferior apresenta-se mais consistente e consideravelmente mais arenoso. Solos típicos de manguezais litorâneos.

36 ARGILO SILTE ARENOSO Sedimentos Finos Sedimentos de textura predominantemente argilo-siltosa ou silte-argilo-arenosa e areias argilosas, consistência de mole a rija e coloração cinza e amarela, por vezes amarronzada. ARENO ARGILO SILTOSO Sedimentos Grossos Sedimentos de textura predominantemente argilo-siltosa ou silte-argilo-arenosa e areias argilosas, consistência de mole a rija e coloração cinza e amarela, por vezes amarronzada. RESIDUAL Solos residuais, decomposição de rochas granito-gnáissicas, texturas arenosiltosas e silto-arenosas, por vezes argilosas, micáceas, de coloração marrom. 2.5. Modelo Conceitual A modelagem é uma ferramenta utilizada para representar a realidade, complexa, através de regras, em uma forma simplificada, que possibilite entender o comportamento do campo. Segundo Cougo (1997) Modelo é a representação abstrata e simplificada de um sistema real, com a qual se pode explicar ou testar o seu comportamento em seu todo ou em partes. A modelagem compreende uma série de etapas, dentre elas o estabelecimento da proposta do modelo; desenvolvimento de um modelo conceitual; seleção da equação governante ou código computacional; design do modelo; calibração; e análise crítica. As informações necessárias para o modelo de fluxo subterrâneo são: Características físicas; Características hidrogeológicas. Visando a elaboração do modelo conceitual da Cia Mercantil e Industrial Ingá foram levantados dados sobre a geologia, topografia, perfis estratigráficos, corpos hídricos, aqüífero, as bacias de contenção de efluentes e contaminação do solo e água subterrânea. No modelo conceitual as informações são organizadas e são estabelecidas regras e conceitos, que irão formular as condições de contorno para a modelagem. O protocolo do Modelo Conceitual segue os seguintes passos:

37 1. Proposta Entendimento da pluma de contaminação no solo e na água subterrânea. 2. Modelo Coneitual - Camadas hidroestratigráficas - Condições de Contorno - Balanço Hídrico - Parâmetros do Aqüífero