MECANISMO DE ATENUAÇÃO NATURAL DE METAIS EM SOLOS DE ANTIGAS ÁREAS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Evanisa F. R. Q. Melo - evanisa@upf.br Eduardo P. Korf - eduardokorf@gmail.com Antônio Thomé - thome@upf.br Pedro A. V. Escosteguy - escosteguy@upf.br Graziele S. B. Zanchetta - consensu@consensuambiental.com.br Universidade de Passo Fundo, Faculdade de Engenharia e Arquitetura Campus I, km 171, BR 285, Bairro São José CEP 99001-970 - Passo Fundo RS Resumo: A crescente contaminação de solos, pelos resíduos sólidos produzidos diariamente nas cidades, ascende a necessidade de estudos adequados que elaborem diagnósticos capazes de determinar a atenuação desses contaminantes no solo. Neste trabalho, o foco de pesquisa foi a capacidade de atenuação de metais tóxicos em solos característicos de dois antigos lixões. Para tal avaliação adotou-se o ensaio de coluna, que é capaz de reproduzir a percolação de um contaminante através do solo. Os ensaios investigaram a capacidade natural de retenção pelo solo de diversos metais normalmente presentes nestas áreas: Cromo, Zinco, Cobre, Manganês, Cádmio e Chumbo. Foi submetido à percolação pelo solo um lixiviado artificial com concentrações de metais inseridas. Foram realizados dois ensaios para cada área de estudo. Os resultados confirmaram a capacidade de atenuação do solo do local, sendo que os metais estudados apresentaram significativa retenção no solo. Palavras-chave: Resíduos sólidos, Atenuação, Ensaio de coluna. MECHANISM OF NATURAL METALS ATTENUATION IN SOILS OF ANCIENT AREAS OF DISPOSAL OF URBAN SOLID WASTE Abstract: The crescent soils contamination by urban solid waste denotes the necessity for adequate studies to elaborate solution to determine the soils attenuation capacity. This paper has as objective the investigation of the natural toxic metals attenuation capacity in two soils from two different sites of disposal of urban solid waste. Columns test was carried out for simulates the flux of contaminant by soil. The metals analyzed in this work were: Cr, Zn, Cu, Mn, Cd and Pb. It was used an artificial leaching containing these metals. Two tests was carried out for each soil. The results confirmed the natural metals attenuation capacity for both soils from different sites. Keywords: Solid waste, Attenuation, Columns test. 1 INTRODUÇÃO Os resíduos sólidos gerados nas cidades têm sido responsáveis por causar poluições e impactos ambientais muitas vezes irreversíveis. Hoje, muitos locais de disposição ainda são irregulares, os lixões, onde não é encontrada qualquer ação no sentido de evitar as contaminações dos solos e águas
subterrâneas. A forma mais sujeita de contaminação pode ocorrer através do lixiviado resultante da decomposição, que traz consigo compostos tóxicos em solução, como os metais. (SERAFIM, 2003) Uma alternativa que é aplicada para sanar o problema é os aterros sanitários. Nestes locais a contaminação do solo, do ar e das águas é evitada, os efluentes gerados são tratados e existem barreiras capazes de retardar o deslocamento de frentes de contaminações. Estando o poluente em contato direto com uma solução e a camada de solo, existem vários processos que regem o seu transporte sub-superficial. O seu deslocamento ocorrerá por diversas formas, onde irá haver a interação com o solo por fenômenos físicos, químicos e biológicos. A Figura 1 relaciona os processos de transporte de contaminantes, segundo Knop (2005): Migração de contaminantes pelo solo Processos Físicos Processos Bio-físico-químicos Advecção Dispersão hidrodinâmica Dispersão mecânica Difusão molecular Retardamento ou Aceleração Adsorção/Dessorção Precipitação/dissolução Troca iônica, Óxido-redução Co-solvência Complexação, Ionização Sorção biológica Filtração Degradação ou decaimento Óxido-redução Hidrólise Metabolização Volatilização Figura 1 - Mecanismos de transporte de contaminantes [Adaptado de Knop (2005)] Esses processos naturais de transporte de contaminantes pelo solo, ou seja, os mecanismos de atenuação natural, são responsáveis por causar o retardamento e a degradação de frentes de contaminação. Diversos estudos têm demonstrado que os processos bio-físico-químicos de atenuação limitam bastante o transporte dos contaminantes e, portanto reduzem a extensão de contaminações. (CORSEUIL e MARINS, 1997) O principal objetivo do trabalho consistiu na verificação da capacidade de atenuação de metais em solos de antigas áreas de disposição de resíduos sólidos urbanos de Passo Fundo e Lagoa Vermelha. 2 METODOLOGIA 2.1 Locais de estudo Lixão Invernadinha A área de estudo, em Passo Fundo, é um antigo local de disposição de resíduos sólidos urbanos do município. Esta área, conhecida como Invernadinha, serviu da década de 70 até o ano de 1991 como local de disposição de resíduos urbanos. A coleta de amostra de solo foi realizada em três pontos amostrais: uma área de disposição recente de resíduos (ponto 1), uma área de disposição antiga de resíduos sólidos (ponto 2) e um solo original em um talude (ponto 3). A Figura 2 apresenta visão da área no ano de 2006 e a Figura 3 uma planta com os pontos de coleta de amostra:
Figura 2 - Vista da área de disposição de resíduos no lixão Invernadinha, Passo Fundo, RS Ponto 3 Solo natural Ponto 2 Ponto 1 Rod. BR - 285 Figura 3 Planta do lixão Invernadinha indicando os pontos de amostragem Lixão Rincão do engenho Este local constitui uma antiga área de disposição de resíduos sólidos urbanos que se encontra em fase de monitoramento e recuperação, do município de Lagoa Vermelha. A coleta de amostra de solo foi realizada em dois pontos amostrais: um local com solo original e um solo de fundo à área de disposição de resíduos sólidos. Para o solo de fundo o procedimento de coleta do material envolveu o auxílio de retroescavadeira para remoção das camadas e o material foi extraído de forma indeformada à aproximadamente 2 metros de profundidade. A Figura 4 apresenta uma vista do antigo lixão no ano de 2006 e a Figura 5 os pontos de coleta de amostra: Figura 4 - Vista da área de disposição de resíduos no lixão Rincão do engenho, Lagoa Vermelha, RS
Figura 5 Pontos de Amostragem: Solo Original (à esquerda) e Lixão (à direita) 2.2 Caracterização do solo Foram realizados ensaios de caracterização e classificação geotécnica. A condutividade hidráulica dos solos foi determinada nos ensaios de coluna com carga constante. A classificação pedológica foi determinada segundo Streck (2002). Além disso, foi realizada caracterização da concentração de metais presentes, seguindo o método 3050B proposto por U. S Environmental Protection Agency - EPA (2006) e os resultados foram comparados com os valores orientadores da CETESB (2005). 2.3 Ensaios de coluna Para avaliação da capacidade de atenuação natural, adotou-se o ensaio de coluna de acordo com ASTM (1995), que, por meio de um equipamento de colunas, reproduz o transporte de um poluente pelo solo. A Figura 6 permite visualizar o equipamento de coluna em laboratório: Contaminante Coleta de Aplicação de pressão confinante ao corpo de prova Fluxo ascendente Corpo de Prova Figura 6 - Equipamento de coluna O ensaio é executado em duas etapas, sendo a primeira de saturação do solo com água e a segunda da percolação do contaminante e geração de um líquido percolado (Figura 6). Dois ensaios foram realizados para cada área de estudo. Um lixiviado artificial foi elaborado, em laboratório, onde foram inseridas concentrações pré-estabelecidas de um dado contaminante, neste caso, metais tóxicos. Os metais estudados foram: Cobre, Cromo, Manganês e Zinco, Cádmio e Chumbo. Extrapolou-se o valor máximo permitido para águas subterrâneas, estabelecido na portaria n.518/2004 do ministério da saúde (BRASIL, 2004). Os valores inseridos estão apresentados na Tabela 1:
Tabela 1 - Valores inseridos no lixiviado Metal Portaria 518/2004 (mg/l) Extrapolação Concentração inserida (mg/l) Cádmio 0,005 10 0,05 Chumbo 0,01 10 0,10 Cobre 2 10 20 Cromo 0,05 10 0,5 Manganês 0,1 10 1 Zinco 5 2 10 Corpos de prova de 5 cm de diâmetros e 10 cm de altura foram moldados com ajuste de umidade e densidade equivalente a campo, utilizando o solo coletado do lixão Invernadinha, na área original não contaminada por resíduos. Em virtude de não haver possibilidade de coleta em profundidade optou-se em ensaiar o material original. Para o caso do lixão Rincão do engenho as amostras extraídas tiveram presença de resíduos inertes (plásticos) e alto grau de umidade, não permitindo a moldagem indeformada. A moldagem de corpos de prova com 5 cm de diâmetro e 5 cm de altura foi realizada em laboratório com ajuste de umidade e densidade de campo. As análises dos metais presentes nas amostras de percolado, após a realização de cada ensaio, foram efetuadas nos laboratórios de águas e análise de solos da Universidade de Passo Fundo. O método de análise foi através de espectrofotometria de absorção atômica. Os parâmetros observados foram à atenuação natural dos metais presentes no contaminante em estudo, em termos de concentração final obtida no líquido percolado. As concentrações finais do líquido percolado foram medidas ao longo de volumes de poros ou vazios percolados pelos corpos de prova ensaiados. 3 RESULTADOS Para os solos de ambas as áreas de estudos a classificação geotécnica obtida com base em ensaios de caracterização indicou serem A-7-5 e MH, de acordo com o sistema rodoviário de classificação e com o sistema unificado respectivamente. São solos siltosos e de alta compressibilidade. Uma exceção ocorreu na área de disposição recente do lixão Invernadinha onde se observou a classificação A-7-6 e CH, indicando um solo argiloso e de alta compressibilidade. No lixão Invernadinha os solos são classificados como Latossolos Vermelhos distróficos típicos e no lixão Rincão do Engenho os solos são classificados como Latossolos Brunos alumínicos câmbicos, pela classificação pedológica. Estes solos possuem boa drenagem, são muito intemperizados e classificados como profundos a muito profundos, apresentando transição gradual entre os horizontes. As Tabelas 2 e 3 representam os resultados de análise de alguns metais ambientalmente disponíveis nas amostras de solo coletadas no lixão Invernadinha e Rincão do engenho, respectivamente. Estão inseridos valores orientadores conforme CETESB (2005). Para os dois locais, observa-se que as concentrações de cobre e zinco se apresentaram acima dos valores orientadores, o que indica contaminação. Tabela 2 - Concentração de metais presentes no solo do lixão Invernadinha Zinco Cobre Manganês Ferro mg/kg Ponto 1 62,78 47,90 437,22 28432,32 Ponto 2 192,5 108,42 1113,62 36469,02 Ponto 3 42,10 44,34 423,87 33758,97 CETESB 60 35 - -
Tabela 3 - Concentração de metais presentes no solo do lixão Rincão do engenho Solo de Fundo Solo Original CETESB 1 2 3 Horiz. A Horiz. C mg/kg Zinco 158,75 136,07 157,72 179,34 118,24 60 Cobre 167,04 130,29 76,38 249,04 247,26 35 Manganês 3.576,77 2.489,29 343,77 2.844,67 3.018,22 - Ferro 85.820,4 85.303,6 31.959 88.184,8 93.564,8 - Chumbo 4,20 1,40 ND * ND ND 17 Cádmio 0,40 0,00 ND ND ND <0,5 Cromo 14,10 3,40 ND ND ND 40 * ND = Não detectado pelo método. 3.1 Lixão Invernadinha: Ensaios de coluna As Tabelas 4 e 5 apresentam os resultados observados após a realização de dois ensaios de coluna, utilizando o solo da área original (Ponto 3). No segundo ensaio, submeteu-se a uma quantidade maior de vazios percolados. A condutividade hidráulica (k) para o solo ensaiado variou de 10-7 a 10-8 m/s. Tabela 4 - Resultados observados no Ensaio 1 Ensaio 1 Cr Zn Cu Mn Vpercolado C o (mg/l) * 0,5 10 20 1 Vvazios Leitura do C ** (mg/l) 1 0 0,28 0 0,1 1,04 2 0 0,18 0 0,11 2,04 3 0 0,16 0 0,12 3,10 4 0 0,22 0,04 0,13 4,10 5 0 0,28 0,01 0,14 5,09 * C O = Concentração de metal inserida no lixiviado artificial. ** C = Concentração obtida nas leituras de percolado. Tabela 5 - Resultados observados no Ensaio 2 Ensaio 2 Cr Zn Cu Mn Vpercolado C o (mg/l) 0,5 10 20 1 Vvazios Leitura do C (mg/l) 1 0 0,15 0 0,02 1,06 2 0 0,17 0 0,08 5,5 3 0 0,31 0 0,21 9,3 4 0 0,59 0 0,89 12,4 5 0 1,66 0 1,13 16,43 A Figura 7 apresenta o comportamento do Manganês (Mn) ao longo dos vazios percolados pela solução de lixiviado para os ensaios realizados. A curva de transporte foi construída apenas para este metal, pois para os outros elementos não se atingiu a relação C/Co = 1, ou seja, a saturação no solo. Na relação C/C o, C é a concentração nas leituras de percolado e C o é a concentração inserida no lixiviado artificial.
1,2 1 0,8 C/Co 0,6 Ensaio 2 Ensaio 1 0,4 0,2 0 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 Vperc/Vv Figura 7 - Comportamento do Manganês nos ensaios 3.2 Lixão Rincão do engenho: Ensaios de coluna As Tabelas 6 e 7 apresentam os resultados do ensaio de coluna, observados para a área de disposição irregular de lagoa vermelha, utilizando como material o solo coletado de fundo à camada de resíduos. A condutividade hidráulica (k) variou de 10-8 a 10-9 m/s. Tabela 6 - Resultados observados no Ensaio 1 Ensaio 1 Cr Zn Cu Mn Cd Pb Vpercolado C o (mg/l) ** 0,5 10 20 1 0,05 0,1 Vvazios Leitura do C (mg/l) 1 0,085 0,35 0,07 0,31 ND * 0,14 0,986 2 0,081 0,4 0,09 0,23 ND 0,05 2,00 3 0,047 0,37 0,07 0,17 ND 0,05 3,00 4 0,05 0,36 0,07 0,2 ND 0,03 3,97 5 0,052 0,35 0,07 1,17 ND 0,02 5,06 * ND= não detectado pelo método. ** C O = Concentração de metal inserida no lixiviado artificial. *** C = Concentração obtida nas leituras de percolado. Tabela 7 - Resultados observados no Ensaio 2 Ensaio 2 Cr Zn Cu Mn Cd Pb Lixiviado C o (mg/l) 1 0 0,75 0,83 0,49 ND * ND 0,74 2 0 0,25 0,37 0,24 ND ND 1,44 3 0 0,07 0,08 0,11 ND ND 1,94 4 0 0,1 0,03 0,23 ND ND 3,13 Leitura do C (mg/l) Vpercolado 0,5 10 20 1 0,1 ** 0,1 Vvazios 5 0 0,11 0,11 0,24 ND ND 3,91 * Não detectado pelo método. ** Concentração extrapolada em 20 vezes em relação à portaria 518/04 em função do limite de detecção da análise nas leituras de percolado. Os resultados destacam o significativo retardamento do contaminante de estudo, ao longo de uma alta quantidade de poros percolados. As concentrações nas leituras do percolado apresentaram valores mínimos em relação à inserida e o comportamento de atenuação do solo foi confirmado para ambas as áreas. Mediante análise de metais realizada, verifica-se que, apesar de haver no solo uma certa concentração, a atenuação de metais ainda persiste.
A capacidade de atenuação do manganês é cessada para ambas as áreas, pois foi atingida a relação C/C o = 1. Para o material do lixão Invernadinha essa relação foi atingida com a percolação de cerca de 16,5 volumes de vazios, o que significa que, a partir disso não ocorre mais retenção do metal. Para o solo do lixão Rincão do engenho a atenuação foi cessada com cerca de 5 volumes de vazios percolados, indicando uma capacidade menor, sendo isto explicado pela utilização do material de fundo do aterro que apresenta maior contaminação que o solo natural do lixão Invernadinha. Essa rápida saturação do manganês pelos solos é explicada pela alta concentração presente conforme visualizado nas Tabelas 2 e 3, em que o mesmo se apresenta como segundo metal com maior concentração nos solos de ambas as áreas. 4 CONCLUSÕES Para a maioria dos metais, não foi possível atingir o limite máximo de atenuação dos solos ao longo de uma quantidade significativa de volume de lixiviado percolado. Apenas para o manganês o limite de atenuação foi atingido para o solo original do lixão Invernadinha e para o solo de fundo do lixão Rincão do engenho. A atenuação de metais nestes materiais é relevante, sendo mais significativa para o solo original do lixão Invernadinha que apresenta menor contaminação por metais. 5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao apoio fornecido pelo CNPq pelo financiamento de bolsa de pesquisa ao primeiro (processo 800896), e segundo autor (processo 30320020057) e a FAPERGS (projeto PRONEX-FAPERGS 0408410) pelo apoio financeiro concedido. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM. D4874: Standard Test Method for leaching solid material in a Column Apparatus. Philadelphia, 1995. BRASIL, Ministério da Saúde. Portaria nº 518, de 25 de março de 2004. 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 2004. Seção 1, p 266. CETESB, Companhia De Tecnologia Em Saneamento Ambiental, Decisão de diretoria nº 195-2005- E. Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br/solo/relatorios/tabela_valores_2005.pdf>. Acesso em 28. junho. 2006. CORSEUIL, H.X. MARINS, M. D. M. Contaminação de águas subterrâneas por derramamentos de gasolina: o problema é grave? 1997. Disponível em: <http://www.remas.ufsc.br/donwload/publicacao_08.pdf>. Acesso em: 18. Junho. 2006 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, 2005. CD ROM. STRECK, E. V. Solos do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: EMATER, 2002, 107 p. SERAFIM, A. F. et. al. Chorume, Impactos ambientais e possibilidades de tratamento. 2003. Disponível em:<http://www.cetesb.sp.gov.br/solo/relatorios/tabela_valores_2005.pdf>. Acesso em: 28. junho. 2006 U.S. Environmental Protection Agency EPA. Method 3050B. 1996. Disponível em: <http://www.epa.gov/epaoswer/hazwaste/test/pdfs/3050b.pdf>. Acesso em 25. Ago. 2007.