105 5 Caracterização Hidrogeológica A área da Cia Mercantil e Industrial Ingá, caracterizada por abrigar atividade de produção de zinco, entre 1962 e 1998, chegou a representar 30% do mercado nacional, decretando falência dois anos mais tarde. Na época de sua instalação, ainda não havia a preocupação com os impactos ambientais. Não existia legislação de licenciamento ambiental, que atualmente determina a viabilidade de determinada atividade em um local específico. Esta leva em consideração as características de projeto, das instalações, das técnicas construtivas, do terreno que irá abrigar o empreendimento, bem como de suas cercanias, analisando os possíveis impactos diretos e indiretos e as medidas mitigadoras propostas, determinando assim a possibilidade de implantação da atividade. A área que abrigava a antiga indústria de zinco, possui características que inviabilizariam sua implantação, da maneira como ocorreu, considerando a legislação atual, em função das técnicas construtivas e de operação. O mangue, que na época foi parcialmente aterrado com uma mistura do rejeito do processo industrial e aterro, localizado na porção leste do terreno, está ligado ao Saco de Engenho, que representa uma importante ligação da rede hídrica superficial da bacia com a baía de Sepetiba, tornando-se assim um grande canal de transporte de contaminantes provenientes da produção, para o mar. Uma vez que na época não havia o devido controle, a atividade foi instalada e como pode ser claramente constatado, através de uma análise superficial da área, houve uma grande degradação da área, com contaminação por diferentes compostos em diferentes compartimentos, principalmente considerando o processo de extração do zinco, apresentado no item 3.3 Processo Industrial, que utilizava diversos insumos pesados, mal manejados que acabaram no solo e águas subterrâneas. A fim de se determinar os níveis de contaminação da área foi realizada uma série de estudos, abrangendo coletas de amostras superficiais, como apresentado no item 4.4 Contaminação Superficial, onde observou-se altas concentrações de zinco e uma presença marcante do cádmio, altamente nocivo a saúde humana.
106 5.1. Modelagem Estratigráfica Vem crescendo nos últimos anos, em resposta as demandas tecnológicas e estimulada pelo incremento da capacidade gráfica computacional, a modelagem numérica tridimensional de corpos geológicos. A modelagem geológica permite que a partir de informações pontuais, como boletins de sondagem, sobre a estratigrafia da área de estudo, obtenha-se através do método do inverso da distancia, uma aproximação da configuração das camadas geológicas. Através da modelagem estratigráficas espera-se obter uma aproximação satisfatória das camadas e suas características, que possibilite posteriormente outras avaliações, como a modelagem de fluxo subterrâneo. Utilizando os dados das sondagens realizadas em campo, localização e as camadas estratigráficas, como entrada no programa RockWorks, foi possível elaborar um modelo tridimensional e seus perfis estratigráficos, além de um mapas de situação e potenciométrico. Foram inseridas no programa RockWorks, informações de 92 sondagens realizadas em todo o entorno da Bacia de Rejeitos, como apresentado na Figura 5.1, que contém ainda os pontos de topografia da Pilha de Rejeitos. Planta Industrial Pilha Figura 5.1: Modelo de superfície da área Cia. Mercantil e Industrial Ingá
Figura 5.2: Modelo de superfície da área Cia. Mercantil e Industrial Ingá em escala de cor sobreposto a imagem de satélite 107
108 Através do modelo altimétrico apresentado nas Figuras 5.1 e 5.2, pode-se observar que a grande pilha de rejeitos proveniente do processamento de minério de zinco, constitui a porção mais alta do terreno, e o mangue a mais baixa, ao lado do Saco de Engenho. Através dos dados de sondagem, é possível gerar o modelo estratigráfico da área, apresentados nas Figuras 5.3 e 5.4. Pilha a Pilha Canal Sul b Figura 5.3: Modelo estratigráfico da Cia Mercantil e Industrial Ingá
109 Analisando as camadas separadamente, é possível observar a predominância de argila mole, solo argilo silte arenoso e areno argilo siltoso, que tem características parecidas. a b c
110 d e f Figura 5.4: Camadas estratigráficas. a Pilha; b Aterro; c Argila Mole; d Argilo silte arenoso; e Areno argilo siltoso; f residual. Também foram elaborados cortes de perfis, com a finalidade de analisar na parte interna do modelo a disposição e o comportamento das camadas estratigráficas.
111 a b Figura 5.5: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas
112 a b Figura 5.6: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas
113 a b Figura 5.7: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas
114 a b Figura 5.8: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas
115 a b Figura 5.9: Vista dos perfis estratigráficos. a Localização do cortes; b Cortes das camadas estratigráficas Analisando as informações contidas nos perfis estratigráficos do modelo, é possível observar que informações observadas em campo, estão bem representadas no modelo. A camada de rejeito, no modelo denominada pilha, representada em
116 vermelho, concentra-se na parte central, referente ao local de depósito, e no fundo da bacia de contenção dos efluentes líquidos, na forma de sedimentos. Outra informação que pode ser obtida através da análise do modelo, refere-se a camada de aterro, bastante estreita de aproximadamente 1 m, ficando um pouco mais espessa a oeste da área, na região dos prédios administrativos. As camadas de argila mole, solo argilo silte arenoso e areno argilo siltoso, estão distribuídas por toda a área, sendo que a primeira, característica da área do Saco de Engenho, apresenta uma espessura média constante de 3 a 4 m. 5.2. Análises Químicas Solo As amostras de solo foram analisadas segundo a NBR 10.004 e classificadas de acordo com a Tabela 5.1, com o objetivo de identificar se este material funciona como fonte de contaminação liberando Zinco e Cádmio para o aqüífero e finalmente avaliar a necessidade de impermeabilização da camada. A Tabela 5.2 apresenta as concentrações de zinco e cádmio, solubilizados e lixiviados encontrados através do método de PIXE, nas amostras de solo coletadas na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá. Estes resultados foram comparados aos indicados pela NBR 10.004, em seus Anexos F e G, que seguem apresentados na Tabela 5.4, e permitem a Classificação do material de acordo com as classes de resíduos sólidos. Tabela 5.1: Padrões NBR 10.004 Anexos F e G Elemento Solubilizado Lixiviado mg/l mg/l Cd 0,005 0,5 Zn 5 - Tabela 5.2: zinco e cádmio solubilizado e lixiviado Poço Amostra Solubilizado Solubilizado Lixiviado Lixiviado mg CD/l mg ZN/l mg CD/l mg ZN/l PO-01 1 0,006 11,65 0,000 5,54 PO-01 3 0,013 15,05 0,005 12,58 PO-01 5 0,029 24,67 0,004 11,23 PO-01 7 0,106 12,59 0,001 1,25 PO-01 9 0,060 17,65 0,007 3,09 PO-01 11 0,057 19,04 0,017 20,31 PO-01 13 0,041 11,80 0,019 217,80 PO-01 15 0,000 12,44 0,005 6,01
117 Poço Amostra Solubilizado Solubilizado Lixiviado Lixiviado mg CD/l mg ZN/l mg CD/l mg ZN/l PO-01 17 0,013 64,62 0,005 18,18 PO-02 19 0,000 3,36 0,002 1,18 PO-02 21 0,016 12,35 0,010 74,84 PO-02 23 0,023 14,33 0,004 37,08 PO-02 25 0,000 0,49 0,008 13,24 PO-02 27 0,007 41,40 0,007 26,11 PO-03 29 0,015 48,52 0,000 25,87 PO-03 31 0,014 45,90 0,000 1,47 PO-03 33 0,014 8,41 0,002 2,95 PO-03 35 0,011 30,70 0,000 7,91 PO-04 37 0,020 11,85 0,005 1,27 PO-04 39 0,003 11,43 0,007 6,59 PO-04 41 0,015 1,97 0,018 3,44 PO-05 43 0,011 12,00 0,000 6,91 PO-05 45 0,035 8,92 0,002 1,13 PO-05 47 0,046 164,37 0,000 1,13 PO-06 49 0,010 67,07 0,000 1,43 PO-07 51 0,016 264,10 0,000 11,93 PO-07 53 0,008 73,01 0,000 2,16 PO-07 55 0,005 11,21 0,000 1,55 PO-08 57 0,030 687,26 0,000 1,92 PO-08 59 0,030 14,01 0,014 4,22 PO-09 61 0,003 24,07 0,001 6,33 PO-09 63 0,077 12,29 0,001 1,43 PO-09 65 0,000 2,19 0,001 1,44 PO-10 67 0,000 27,50 0,004 1,28 PO-10 69 0,000 22,47 0,003 1,03 PO-11 71 0,071 25,39 0,001 1,52 PO-11 73 0,008 1,89 0,002 1,57 PO-12 75 0,020 2,00 - - PO-12 77 0,012 2,52 - - PO-12 79 0,014 2,44 0,001 1,57 PO-13 81 - - 0,007 1,36 PO-13 83 0,000 30,51 0,005 19,99 PO-14 85 0,005 2,11 0,002 1,67 PO-14 87 - - 0,004 1,24 PO-15 89 - - 0,000 1,39 PO-15 91 0,014 2,26 0,008 1,24 PO-16 93 0,000 0,00 0,000 1,39 PO-16 95 0,014 2,59 0,000 1,15 PO-17 97 0,039 125,03 0,014 1,43 PO-17 99 0,015 8,39 0,000 1,46 PO-17 101 0,040 114,19 0,001 1,10 PO-17 103 0,000 77,17 0,000 1,23 PO-17 105 0,000 168,57 0,004 1,59 PO-18 107 0,000 6,57 0,003 1,01 PO-18 109 0,002 2,64 0,003 1,19 PO-18 111 0,003 2,60 0,002 1,02 PO-19 113 0,003 3,20 0,000 1,38 PO-19 115 0,006 1,04 0,002 1,33 PO-19 117 0,000 2,52 0,003 1,79
118 Poço Amostra Solubilizado Solubilizado Lixiviado Lixiviado mg CD/l mg ZN/l mg CD/l mg ZN/l PO-20 119 0,000 0,68 0,003 1,45 PO-20 121 0,002 3,48 0,001 1,34 De acordo com os resultados apresentados na Tabela 5.2, as amostras de solo coletadas na área de Cia Mercantil e Industrial Ingá, não podem ser caracterizadas como Classe I Resíduo Perigoso, uma vez que todos os resultados das análises de lixiviação (NBR 10.005), apresentaram valores abaixo do limite máximo, da Tabela 5.1. Foram portanto, definidas como Classe II A Resíduo Não Inerte, com exceção das amostras 19, 25 (PO-02), 65 (PO-09), 85 (PO-14), 93 (PO-16), 109, 111 (PO-18), 113, 117 (PO-19), 119 e 121 (PO-20), que enquadram-se na Classe II B Resíduo Inerte, e as amostras 81, 87 e 89, que não puderam ser analisadas para o parâmetro de solubilidade de Zinco e Cádmio. A relação entre as concentrações em solução e adsorvidas é dada pelo coeficiente de distribuição sólido-solução (K d ), obtido através de bacht test, permitindo assim o calculo do concentração de determinados elementos no solo. Segundo Soares (2004), embora um pouco simplista, este índice é utilizado por vários modelos químicos e permite estimativas da quantidade de metal dissolvida na solução do solo e previsão de sua mobilidade, assim como o potencial de perda por lixiviação e absorção pelas plantas. Os valores de K d tem dependência direta com atributos do solo como o ph, teor e tipo de materiais de argila, teor de matéria orgânica, natureza do contaminante, entre outros, sendo adotados pelos órgãos ambientais valores padrões. Para o cálculo das concentrações de Zinco e Cádmio nas amostras de solo da Cia Mercantil e Industrial Ingá, foi adotado o valor de 137 l/kg, proposto pela CETESB, utilizando como referência o estudo de coeficiente de distribuição de metais pesados em solos do estado de São Paulo de Soares (2004). A Tabela 5.4 apresenta as concentrações no solo, de zinco e cádmio, que foram comparados aos valores orientadores da Resolução CONAMA nº 420/2009, da Tabela 5.3, classificados da seguinte maneira: Valor de Investigação - VI É a concentração de determinada substância no solo ou na água subterrânea acima da qual existem riscos potenciais, diretos ou indiretos, à saúde humana, considerando um cenário de exposição padronizado.
119 Tabela 5.3: Valores orientadores* CONAMA nº 420 de 2009 Elemento Investigação Industrial Água Subterrânea mg/kg µg/l Ba 750 700 Cd 20 5 Fe - 2450 Mn - 400 Ni 130 20 Pb 900 10 Zn 2000 1050 * O valor orientador de Intervenção Industrial é a concentração de determinada substância no solo ou na água subterrânea acima da qual existem riscos potenciais, diretos ou indiretos, à saúde humana, considerado um cenário de exposição genérico, sendo o cenário aplicável a área o industrial. Tabela 5.4: zinco e cádmio no solo Poço Amostra Concentração mg CD/kg solo mg ZN/kg solo Poço Amostra Concentração mg CD/kg solo mg ZN/kg solo PO-01 1 1,32 1596,63 PO-09 63 17,08 1683,51 PO-01 3 2,90 2062,11 PO-09 65 0,00 299,88 PO-01 5 6,44 3380,33 PO-10 67 0,00 3768,02 PO-01 7 23,68 1724,34 PO-10 69 0,00 3078,68 PO-01 9 13,37 2417,84 PO-11 71 15,78 3478,01 PO-01 11 12,74 2608,04 PO-11 73 1,79 259,12 PO-01 13 9,15 1617,12 PO-12 75 4,36 274,17 PO-01 15 0,00 1704,09 PO-12 77 2,58 345,20 PO-01 17 2,87 8853,49 PO-12 79 3,15 334,96 PO-02 19 0,00 460,12 PO-13 81 - - PO-02 21 3,59 1692,50 PO-13 83 0,00 4180,41 PO-02 23 5,10 1963,11 PO-14 85 1,03 289,69 PO-02 25 0,06 67,48 PO-14 87 - - PO-02 27 1,49 5672,42 PO-15 89 - - PO-03 29 3,32 6647,29 PO-15 91 3,05 310,21 PO-03 31 3,15 6288,61 PO-16 93 0,00 0,00 PO-03 33 3,13 1152,17 PO-16 95 3,23 354,81 PO-03 35 2,49 4205,96 PO-17 97 8,64 17128,60 PO-04 37 4,40 1623,27 PO-17 99 3,41 1149,69 PO-04 39 0,75 1565,39 PO-17 101 9,00 15644,46 PO-04 41 3,27 269,37 PO-17 103 0,00 10572,15 PO-05 43 2,38 1643,99 PO-17 105 0,00 23094,16 PO-05 45 7,69 1222,03 PO-18 107 0,00 900,60 PO-05 47 10,22 22519,30 PO-18 109 0,53 361,93 PO-06 49 2,33 9187,93 PO-18 111 0,76 356,88 PO-07 51 3,55 36181,14 PO-19 113 0,58 438,43 PO-07 53 1,88 10003,05 PO-19 115 1,36 142,58 PO-07 55 1,20 1535,97 PO-19 117 0,00 344,95 PO-08 57 6,62 94154,92 PO-20 119 0,00 93,61 PO-08 59 6,60 1918,71 PO-20 121 0,42 477,18 PO-09 61 0,70 3297,26
120 Como pode ser observado nos resultados apresentados na Tabela 5.4, apenas o poços de monitoramento PO-01, apresentou contaminação por cádmio acima do valor de intervenção, enquanto que apenas os PO-04, PO-12, PO-14, PO-15, PO-16, PO- 18, PO-19 e PO-20 não apresentaram contaminação por Zinco acima do limite de intervenção. Os poços PO-05, PO-07, PO-08 e PO-17 localizados próximo ao mangue e ao canal norte, em pontos onde houve algum tipo de ruptura no dique, de acordo com observações durante as sondagens, facilitando o fluxo da bacia de efluentes, apresentaram as maiores concentrações de zinco. 5.3. Potenciometria Com base nas informações de nível d água apresentadas nos boletins de sondagens e com o auxílio da ferramenta de elaboração de mapa potenciométrico do programa RockWorks, foi desenvolvido o mapa apresentado na Figura 5.10. No mapa, as cores quentes representam os níveis potenciométricos mais elevados, enquanto os mais baixos são representados pelas cores frias, sendo o nível mais baixo representado pelo roxo. A direção de drenagem subterrânea indica um fluxo em direção ao quadrante norte-leste com tendência a leste, em direção ao e Saco do Engenho. Durante os estudos desenvolvidos na área da Cia Mercantil e Industrial Ingá, diversos levantamentos de dados relacionados ao comportamento das águas subterrâneas, bem como os seus níveis de contaminação por conseqüência do uso dos insumos utilizados na produção de zinco, sem as devidas precauções ambientais.
Figura 5.10: Mapa potenciométrico 121
122 5.4. Plumas de Contaminação Nesta etapa, foram elaboradas com o auxílio do programa RockWorks, as plumas de contaminação, considerando o mapeamento subsuperficial da concentração de Cádmio e Zinco em solo e águas subterrâneas, sem considerar características específicas de cada camada estratigráfica e de fluxo, apesar de suas influencias serem visíveis através de uma análise crítica dos modelos. Segundo Elbachá (1989), as principais influencias no transporte de contaminantes no solo, estão relacionadas as seguintes variáveis: - Solo - tipo de solo, mineralogia, distribuição granulométrica, estrutura do solo, capacidade de troca iônica, tipo de íons adsorvidos e tipo e teor de matéria orgânica presente; - Contaminantes - tipo e concentração, densidade, viscosidade, ph, polaridade, solubilidade, demanda bioquímica de oxigênio e demanda química de oxigênio do contaminante e outras substâncias presentes; - Meio - condições hidrogeológicas, condições aeróbicas/anaeróbias, temperatura, microorganismos presentes, potencial de óxido-redução. Os metais são cátions que, em sua maioria apresentam mobilidade razoavelmente limitada no solo e na água subterrânea por causa da troca catiônica e da sorção na superfície dos grãos minerais (Fetter, 1993). Segundo Dougy e Volk (1983), são móveis na água subterrânea se a relação Eh-pH é tal, que os íons solúveis existam e o solo tenha baixa capacidade de troca catiônica. As condições que promovem a mobilidade incluem a acidificação, solos arenosos com baixa quantidade de matéria orgânica e a ausência de argila. Demuelenaere, através de análise geoquímica observou que nos metais Cd e Zn os mecanismos de interação mais importantes são os fenômenos de adsorção e troca catiônica. Com base nas informações das sondagens e nos resultados das análises químicas, foram elaboradas no programa RockWorks, representações das plumas de contaminação de Zinco e Cádmio, considerando isoconcentração, em solo e águas subterrâneas. Foi utilizado o algoritmo do inverso da distância, através do qual gerouse uma malha de pontos exportados em dxf, possibilitando a elaboração dos mapas apresentados a seguir na Figuras 5.11, 5.12, 5.13 e 5.14.
Figura 5.11: Pluma de contaminação de cádmio em águas subterrâneas 123
Figura 5.12: Pluma de contaminação de zinco em águas subterrâneas 124
Figura 5.13: Pluma de contaminação de cádmio no solo 125
Figura 5.14: Pluma de contaminação de zinco no solo 126
127 Como pode ser observado na Figura 5.11 as maiores concentrações de Cádmio localizam-se na área entre o dique e o mangue, seguindo as expectativas em função do sentido do fluxo de águas subterrâneas e no canal norte, no poço de monitoramento PO-17, onde durante as sondagens foi identificado uma ruptura no dique. Nos pontos próximos da área da eletrólise de ferro, também há uma alta concentração de cádmio, devido a proximidade da planta industrial. A Figura 5.12, mostra o mesmo processo para zinco, no dique próximo ao mangue e próximo ao canal norte no ponto de ruptura. No solo, como pode ser visto na Figura 5.13, o cádmio apresenta suas maiores concentrações no dique, próximo ao mangue e à planta industrial. As concentrações de zinco são bastante elevadas em toda a área da Cia Mercantil e Industrial Ingá, no entanto as maiores concentrações estão no meio do dique, no mangue do Saco do Engenho, como apresentado na Figura 5.14.