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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2018.tde-05122017-094900
Documento
Autor
Nome completo
Mariana Consiglio Kasemodel
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Rodrigues, Valéria Guimarães Silvestre (Presidente)
Berton, Ronaldo Severiano
Boscov, Maria Eugênia Gimenez
Oliveira, Marcos Antonio de
Silva, Eduardo Anselmo Ferreira da
Título em português
Avaliação integrada da contaminação por metais potencialmente tóxicos em área de disposição de resíduo de mineração de chumbo - Adrianópolis (PR)
Palavras-chave em português
Biodisponibilidade
Caracterização geotécnica
Escória
Extração sequencial
Fator de risco ecológico
Índice de geoacumulação
RNAr 16S
Vale do Ribeira
Resumo em português
Na região do Vale do Ribeira, os resíduos de mineração foram dispostos diretamente sobre o solo, nas proximidades da empresa responsável pelo beneficiamento e fundição do minério de chumbo (Pb) (próximo à Vila Operária – município de Adrianópolis-PR). A escória de fundição enriquecida em metais potencialmente tóxicos (MPT), primeiramente foi disposta na forma de pilha. Em 2006, parte desta escória foi transferida para um aterro de resíduo sólido localizado a 50 m do antigo depósito e parte continuou no antigo local de disposição. As escórias que continuaram no antigo local foram espalhadas e cobertas com um solo residual. Esta cobertura não foi realizada de forma adequada, sendo que em algumas porções da área é possível ver as escórias, estando estas em contato direto com os animais (principalmente, ovinos e bovinos). Visando avaliar a influência da disposição das escórias na contaminação do solo de superfície e basal, foram coletadas amostras em distintas profundidades e em duas linhas de caminhamento principais (NS e EW) na área da antiga disposição. Nestas amostras foram realizadas caracterizações geotécnicas, geoquímicas e microbiológicas. Os ensaios realizados foram: granulometria conjunta, limites de Atterberg, capacidade de troca catiônica (CTC) e superfície específica (SE), matéria orgânica (MO), potencial hidrogeniônico (pH), potencial redox (Eh), condutividade elétrica (CE), delta pH (ΔpH), microscopia eletrônica de varredura com espectrômetro de energia dispersiva acoplado (MEV/EDS), mineralogia por difração de raios-x (DRX), fluorescência de raios-x (FRX), determinação da concentração pseudo-total (absorção atômica – AA; espectrometria de emissão atômica - ICP/AES), solubilização, lixiviação, extração sequencial, avaliação da comunidade microbiana por RCP-EEGD (ou PCR-DGGE) e sequenciamento do gene RNAr 16S via ILLUMINA. A avaliação da contaminação foi realizada considerando índice de geoacumulação (Igeo ), fator de enriquecimento (FE ou EF), Código de Avaliação de Risco (CAR ou RAC) e potencial de risco ecológico (Eir). O pH em H2O observado no depósito foi de 6,5 a 7,6, indicando que o meio é ligeiramente ácido. Já o Eh foi considerado oxidante. A CE foi especialmente elevada nas amostras superficiais (0-20 cm) e nos perfis coletados na linha de caminhamento EW. A CTC média foi de 14,3 cmolc/kg, sendo esta característica da caulinita. Quanto ao teor de matéria orgânica observou-se variação de 0,3 a 5,4 g/kg, sendo o valor médio de 2,14 g/kg. A base do depósito possui média de 68% de finos e índice de plasticidade de 2 a 35%. Para a base do depósito (de 60 a 100 cm) observou-se concentrações pseudo-totais de MPT bem inferiores ao topo. Em relação ao solo superficial observou-se elevada concentração pseudo-total, principalmente de Pb (média de 6.268,85 mg/kg) e Zn (média de 20.261,50 mg/kg). As concentrações de Cd observadas foram acima dos valores de background da área (média de 12,19 mg/kg). A concentração de MPT nas amostras coletadas na linha de caminhamento EW foram superiores às de NS, estando mais elevadas naquelas mais próximas à antiga empresa de beneficiamento. A partir dos ensaios de solubilização, lixiviação e extração sequencial, notou-se que o Pb e o Cd estão mais prontamente solúveis. Verificou-se para o Cd menor concentração pseudo-total, quando comparado com o Pb e Zn, todavia, observou-se para esse metal maior índice de geoacumulação, maior risco ecológico e maior mobilidade. A ordem obtida para os MPT, de acordo com o risco potencial, utilizando as frações mais móveis foi Cd > Pb ≈ Zn. Obteve-se maior diversidade e riqueza bacteriana nas amostras com maior concentração pseudo-total de metais, maior Igeo e maior Eir . Nas amostras superficiais foram identificadas bactérias tolerantes a presença de MPT, como Rhodoplanes, Kaistobacter, Sphingomonas, Flavobacterium, Cellvibrio, Rheinhermera e Pseudomonas. Assim, conclui-se que a porção superficial do perfil e mais próxima a empresa que beneficiou o minério está mais contaminada e com maior risco que a basal. A partir desses resultados pode-se inferir que a integração de conhecimentos é fundamental na avaliação da contaminação em áreas de mineração.
Título em inglês
Integrated assessment of contamination by potentially toxic metals in a waste disposal area of lead mining - Adrianópolis
Palavras-chave em inglês
Bioavailability
Ecological risk factor
Geoacumulation index
Geotechnical characterization
Ribeira Valley
RNAr 16S
Sequential extraction
Slag
Resumo em inglês
In the Ribeira Valley region, mining wastes were placed directly on the soil near the company responsible for the processing and smelting of lead ore (Pb) (near of the Vila Operária – Adrianópolis-PR). The slag enriched in potentially toxic metals (PTM) was initially deposited in piles. In 2006 part of the slag was moved to a solid waste landfill located 50 m from the old deposit and part remained at the former disposal site. The slag that remained in the old deposit were spread out evenly and covered with a residual soil. This coverage was not performed adequately, and in some areas of the deposit the slag is on the soil surface, being in direct contact with animals (mainly sheep and cattle). In order to assess the contamination of slag disposal on soil, samples were collected at various depths and in two main transverse lines (NS and EW) in the area of the old deposit. Geotechnical, geochemical and microbiological characterization were performed in these samples. The assays carried out were: granulometry, Atterberg limits, cation exchange capacity (CEC) and specific surface (SS), organic matter (OM) content, hydrogenation potential (pH), redox potential (Eh), electrical conductivity (EC), delta pH (ΔpH), scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectrometer (SEM/EDS), mineralogy using X-ray diffraction (XRD), x-ray fluorescence (XRF), determination of pseudo-total concentration (atomic absorption - AA; inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy - ICP/AES), solubilization, leaching, sequential extraction, microbial community evaluation by PCR-DGGE and sequencing of the 16S RNAr gene via ILLUMINA. The evaluation of the contamination was conducted using the geoaccumulation index (Igeo), enrichment factor (EF), Risk Assessment Code (RAC) and potential ecological risk (Eir). The mean pH in H2O observed in the deposit varied from 6.5 to 7.6 (slightly acid) and Eh was considered oxidant. EC was especially high in the surficial samples (0-20 cm) and in the profiles collected in the EW transverse line. The medium CEC was 14.3 cmolc/kg, characteristic of kaolinite. The organic matter content varied from 0.3 to 5.4 g/kg, with a mean value of 2.14 g/kg. The base of the deposit is constituted with a medium of 68% of fines and plasticity index of 2-35%. It was observed that the base of the deposit (60 to 100 cm) has a considerably lower pseudo-total concentration of PTM when compared to the topsoil. In the surficial soil it was observed high pseudo-total concentration, mainly Pb (mean of 6,268.85 mg/kg) and Zn (mean of 20,261.50 mg/kg). The Cd concentrations were above the background values of the area (mean of 12.19 mg/kg). The PTM concentration in samples collected in the EW transverse line were higher than those of NS, being specially higher in the samples closer to the former beneficiation company. According to the results obtained from the solubilization, leaching and sequential extraction assays, it was noted that Pb and Cd are more readily soluble. A lower pseudo-total concentration was observed for Cd, when compared to Pb and Zn, however, a higher geoaccumulation index, greater ecological risk and greater mobility was observed for this metal. The order for PTM, according to the potential risk, using the more mobile fractions was Cd > Pb ≈ Zn. Greater diversity and bacterial richness were obtained in the samples with higher pseudo-total concentration of metals, higher Igeo and greater Eir. In the surficial samples, bacteria tolerant to the presence of PTM, such as Rhodoplanes, Kaistobacter, Sphingomonas, Flavobacterium, Cellvibrio, Rheinhermera and Pseudomonas were identified. Thus, it is concluded that the surface portion of the profile closer to the former smelting company is more contaminated and with greater risk than the basal portion. From the results it can be inferred that the integration of knowledge is fundamental in the evaluation of the contamination in mining areas.
 
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Data de Publicação
2018-03-27
 
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