Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 21 O Meio Terrestre II: Contaminação do solo e técnicas de remediação Profª Heloise G. Knapik 2º Semestre/ 2015
O Meio terrestre Processo de formação Mecanismos de transporte Problemas ambientais no solo
Processo de formação dos solos: Intemperismo: ações físicas, químicas e biológicas Ações físicas: Ações químicas: Ações biológicas: Erosão pela água e vento Variações bruscas de temperatura Congelamento da água em fissuras Reações ácido-base (chuva ácida, rochas calcárias) Ataque pela água proporcionando reações Reações de diferentes compostos Decomposição Liberação de enzimas Movimentação e aeração das camadas de solo
Qual a importância ambiental com relação ao processo de formação dos solos?
Processo de formação do solo Ciclo hidrológico e regime dos cursos d água em uma região solos mais ou menos permeáveis capacidade de infiltração Natureza agrícola manejo do solo maior ou menor potencial de ocorrência de erosão & uso de produtos químicos Potencial para exploração de minérios Capacidade de suportar cargas ou de transformar-se em material de construção
Transporte de poluentes em solos Importante e necessário para: Aperfeiçoamento do projeto de disposição de resíduos Diagnóstico da contaminação Projeto de remediação de áreas contaminadas Avaliação do monitoramento das obras realizadas
Poluição do Solo Consiste na deposição, disposição, descarga, infiltração, acumulação, injeção ou aterramento no solo de substâncias ou produtos poluentes, em estado sólido, líquido e gasoso
Poluição do Solo Processos erosivos do solo Poluição do solo rural (adubos/ fertilizantes) Salinização Contaminação por resíduos sólidos rejeitos de mineração, lodos de ETA e ETE, resíduos da construção civil
Lodos de estação de tratamento de água (ETA) Tratamento de água: remoção das impurezas para tornar a água potável e palatável
Etapas Tratamento Convencional de Água Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Tratamento do lodo Fluoretação Correção de ph Alcalinizante Flúor Água final
Características do lodo de ETAs Lodos de ETAs podem variar em função de: Qualidade da água bruta Técnica utilizada para tratar a água De como ocorre o processo de coagulação Da quantidade e dos tipos de produtos químicos utilizados durante o tratamento da água Dos locais onde foram gerados (decantador, floculador, filtros, etc) Do intervalo de limpeza dos decantadores e dos filtros 11
Características do lodo de ETAs Composição básica: Microrganismos Sólidos orgânicos e inorgânicos Sólidos do próprio coagulante e de outros produtos químicos utilizados para o tratamento As características químicas e físicas do lodo estão relacionadas com as características da água do manancial, com os produtos químicos utilizados e com o modo como a coagulação ocorre. As propriedades químicas do lodo podem influenciar nas físicas. 12
Características do lodo de ETAs Potencial tóxico depende de: Teor de metais presentes (Alumínio, cobre, chumbo, níquel, etc) Reações sofridas durante o processo Forma e tempo de retenção Características do curso d água Composição e impureza dos coagulantes e outros produtos químicos utilizados 13
Desidratação do lodo de ETAs A função de desidratar o lodo de ETAs é importante para: Redução dos custos de transporte e disposição final (menor volume) Facilidade para o manuseio do lodo desidratado quando comparado com ele ainda com alto teor de umidade Espessamento Desidratação
Desidratação do lodo de ETAs Formas de desidratação do lodo de ETAs: Desidratação Natural Leitos de Secagem Desidratação Mecânica Filtros Prensa de Esteira Centrífugas Filtro Prensa Parafuso Filtros Prensa de Placas
Disposição do lodo de ETAs Disposição função do teor de sólidos presente: Aterros sanitários (teor de sólidos > 30%) Disposição controlada em certos tipos de solos Co-disposição com biossólidos gerados em estações de tratamento de esgotos Incineração dos resíduos Lançamento em rede coletora de esgotos Aplicações industriais diversas, tais como fabricação de tijolos ou outros materiais de construção 16
Lodos de estação de tratamento de esgotos (ETE) Tratamento de esgotos: remoção do conteúdo orgânico e estabilização do material
Características do lodo de ETEs Lodo gerado em ETAs Presença de produtos químicos Lodo gerado em ETEs Gerado a partir de processos biológicos Composição básica do lodo da ETE depende de: Do efluente que será tratado Da técnica utilizada para tratar o esgoto Da eficiência obtida durante o tratamento 18
Características do lodo de ETEs Composição básica de lodo de ETEs: Metais pesados Poluentes orgânicos variados Microrganismos patogênicos
Lodos de estação de tratamento de esgotos (ETE) Adensamento: remoção da umidade (remoção de volume) Adensamento por gravidade Flotação Centrífuga Filtro prensa de esteiras Estabilização: remoção da matéria orgânica (redução de sólidos voláteis) Condicionamento: preparação para a desidratação (principalmente mecânica) Digestão anaeróbia Digestão aeróbia Tratamento térmico Estabilização química Condicionamento químico Condicionamento térmico
Lodos de estação de tratamento de esgotos (ETE) Desaguamento: remoção de umidade (redução de volume) Leitos de secagem Lagoas de lodo Filtros prensa, centrífuga Filtros a vácuo, secagem térmica Higienização: remoção de organismos patogênicos Adição de cal Tratamento térmico Compostagem Oxidação úmida, solarização, etc. Disposição final: destinação final dos subprodutos Reciclagem agrícola, aterro sanitário Recuperação de áreas degradadas Landfarming (disposição no solo) Uso não agrícola (lajotas, combustível)
Aspectos sanitários do solo O solo como atenuador da poluição Aterros sanitários Tratamento de esgotos por disposição no solo Destino dos efluentes de fossa séptica
Resíduos da construção civil Todos e quaisquer resíduos originados das atividades de construção novas obras, reformas, demolições e limpeza de terrenos Solos Materiais cerâmicos (rochas, argamassas, cimento, tijolos, telhas, gesso, vidro) Materiais metálicos (aço, ferro, etc) Materiais orgânicos (madeira, tintas, papel, restos vegetais)
Resíduos da construção civil Fonte: http://www.jcnet.com.br/geral/2013/11/entulho-da-construcao-civil-passa-a-ter-destino-obrigatorio.html
Resíduos da construção civil Proporção variável em função da origem Em termos mundiais: resíduos da construção civil representam de 13 a 67% dos resíduos sólidos urbanos Situação brasileira: resíduos da construção civil representam de 41 a 70 % dos resíduos sólidos urbanos Geração per capita brasileira: 500 kg/(hab.ano)
Resíduos da construção civil São resíduos inertes (NBR 10.004) problemas são os grandes volumes gerados e a disposição irregular. CONAMA 307 (2002) não é permitida a disposição em aterros sanitários Em geral aterros privados ou depósitos irregulares (terrenos baldios, margens de rios, etc).
Resíduos da construção civil Cerca de 80% dos resíduos da construção civil é passível de ser reciclado Geração de novos agregados a partir de material cerâmico Base para pavimentação a partir de solos e materiais cerâmicos Aproveitamento da fração metálica como sucata
Resíduos da construção civil Processo de reciclagem desses resíduos envolve: Concentração separação dos componentes Cominuição redução do tamanho por britagem ou moagem Peneiramento seleção granulométrica Auxiliares transporte, secagem e homogeneização
Resíduos da construção civil Problema ambiental com relação à reciclagem: Presença de tintas, óleos, solventes, asfalto, amianto, metais, sais (obras em áreas marinhas) e outros poluentes
Tipos de poluentes no solo
Natural Fontes de poluição no solo Erosão natural Atividades vulcânicas Áreas com elementos inorgânicos (principalmente metais) ou com irradiação natural Antropogênica Urbanização e ocupação do solo Atividades agropastoris (agricultura e pecuária) Atividades de mineração Armazenamento de produtos e resíduos Lançamento de águas residuárias (esgotos sanitários e efluentes industriais) Disposição de resíduos sólidos
Poluição do solo e sedimentos Sedimentos de rios e lagos podem apresentar diferentes tipos de contaminantes: atuam como fontes de recontaminação da água que flui sobre os mesmos.
Recuperação de áreas degradadas: Recuperação é a reversão de uma condição degradada (física, química ou biológica) para uma condição não degradada ou estável
Recuperação de áreas degradadas: Recuperação da estabilidade física quando há processos erosivos intensos Recuperação da estabilidade química reduzir a carga poluente
Recuperação de áreas degradadas: Recuperação: processo de manejo do solo no qual são criadas condições para que uma área perturbada ou mesmo natural seja adequada para novos usos. Reabilitação: forma de recuperação do solo em que uma área perturbada é adequada a um uso determinado e novo ou àquele de antes da perturbação, segundo um projeto Restauração: consiste na recuperação da área para usos semelhantes ou idênticos àqueles que se processavam antes da exploração.
Pedreira Paulo Leminski/ Opera de Arame Pedreira Municipal e usina de asfalto. Ano: 1990
Etapas do gerenciamento de áreas contaminadas: Definição da região de interesse Identificação de áreas potencialmente contaminadas Avaliação preliminar Investigação confirmatória Investigação para a remediação Projeto de remediação Operação de remediação Monitoramento
Remediação de solos contaminados: Retenção ou imobilização Mobilização Destruição Tecnologias in situ Tecnologias ex situ Tratamento no local Remoção do material para tratamento
Remediação de solos contaminados: Técnicas de retenção in situ Cobertura do local contaminado (p. ex. com argila, muros de baixa permeabilidade) Técnicas de retenção ex situ Colocação do solo escavado em um aterro especial
Remediação de solos contaminados: Técnicas de imobilização Solidificação e estabilização (p. ex. para resíduos inorgânicos) Vitrificação Objetiva-se diminuir tanto a solubilidade, como a mobilidade dos contaminantes
Remediação de solos contaminados: Técnicas de mobilização in situ Lavagem do solo e extração dos vapores contaminantes do mesmo (p. ex. substâncias com alta volatilidade e insolúveis em água gasolina) Extração de vapor do solo (extração em poços a vácuo ou através de aquecimento) Dessorção térmica (aquecimento para provocar a volatilização dos compostos orgânicos voláteis)
Remediação de solos contaminados:
Remediação de solos contaminados: Técnicas de mobilização in situ Lavagem do solo e extração dos líquidos injetados (água para compostos hidrossolúveis; EDTA para metais; surfactantes e biosurfactantes detergentes, para compostos hidrofóbicos ou hidrofílicos)
Remediação de solos contaminados:
Remediação de solos contaminados: Incineração Biorremediação Técnicas de destruição Eliminação dos contaminantes perigosos por via reações químicas ou bioquímicas
Técnicas de destruição - Incineração Temperatura na ordem de 870 a 1200 ºC Volatilizar e queimar na presença de oxigênio compostos halogenados e outros orgânicos refratários Limitações: cinzas contaminadas com metais pesados Formação de compostos tóxicos na combustão
Técnicas de destruição - Biorremediação Uso de microrganismos para degradar resíduos ambientais Usada para a remediação de depósitos de lixo e solos contaminados com compostos orgânicos semivoláteis (PAHs)
Técnicas de destruição - Biorremediação Condições para o funcionamento: Os resíduos devem ser biodegradáveis e estar presentes sob uma forma física acessível para os microrganismos Os microrganismos apropriados devem estar disponíveis As condições ambientais (ph, temperatura, nível de oxigênio) devem ser adequadas
Técnicas de destruição - Biorremediação Exemplos: Degradação de hidrocarbonetos aromáticos por microrganismos do solo quando a terra está contaminada por gasolina ou petróleo.
Técnicas de destruição - Biorremediação Exemplo: navio-tanque Exxon Valdez Derramamento de óleo no navio-tanque Exxon Valdez no Alasca em 1989 adição de fertilizantes contendo nitrogênio ao longo de 100 km de costa para estimular o crescimento dos microrganismos capazes de degradar os hidrocarbonetos.
Fitorremediação Uso de vegetação para a descontaminação in situ de solos e sedimentos Eliminação de metais pesados e poluentes orgânicos Vantagens: custo relativamente baixo, benefícios estéticos e natureza não-invasiva
Fitorremediação Mecanismos principais: Ingestão direta dos contaminantes e acumulação no tecido da planta (fitoextração) Liberação no solo de oxigênio e substâncias bioquímicas, como enzimas que estimulam a biodegração dos poluentes (fitodegradação) Intensificação da degradação por fungos e micróbios localizados na interface raiz-solo (fitoestimulação) Volatilização dos contaminantes através das folhas mercúrio (fitovolatilização) Imobilização dos contaminantes nas raízes do solo (fitoestabilização)
Fitorremediação
Fitorremediação Em geral, plantas com alta capacidade de acumular metais apresentam crescimento lento A planta deverá ser cortada antes de sua maturidade (evitando a morte e liberação dos compostos absorvidos) O material poderá ser incinerado, sendo posteriormente as cinzas tratadas com referência aos metais pesados acumulados