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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2019.tde-20122018-155711
Documento
Autor
Nome completo
Jéssica Pelinsom Marques
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Rodrigues, Valéria Guimarães Silvestre (Presidente)
Silva, Eduardo Anselmo Ferreira da
Vieira, Eny Maria
Título em português
Estudo de misturas de solo residual de Eldorado Paulista (SP) com turfa visando retenção de metais potencialmente tóxicos
Palavras-chave em português
Adsorção
Barreiras selantes
Cádmio
Caracterização geológica e geotécnica
Chumbo
Ensaio de equilíbrio em lote
Resíduos de mineração
Vale do Ribeira
Resumo em português
Na região do Vale do Ribeira, os resíduos provenientes do beneficiamento e fundição do minério de chumbo (Pb) foram lançados por décadas no rio Ribeira de Iguape ou depositados diretamente na superfície do solo, sem qualquer proteção, constituindo fontes de contaminação do solo e das águas por metais potencialmente tóxicos. O uso do solo local na construção de barreira selante para impermeabilização e retenção dos contaminantes representa uma alternativa para o controle desse tipo de contaminação. Por isso é importante estudar os solos da região, sua capacidade de retenção de metais potencialmente tóxicos, e alternativas de baixo custo para melhorar suas propriedades físicas e químicas. A adição de matéria orgânica é um caminho para aumentar a retenção de cátions. Assim, a presente pesquisa visou verificar se um solo residual proveniente de Eldorado Paulista, no Vale do Ribeira, apresenta características favoráveis para o emprego como barreira selante na disposição de resíduos de mineração desta região; bem como analisar a melhoria da sua capacidade de adsorção de Pb e cádmio (Cd), quando misturado com turfa, um material orgânico com elevada capacidade de retenção de metais e de baixo custo, em proporções de 10 e 20% (m/m). Foram realizados ensaios de caracterização para determinação das propriedades físicas, químicas e mineralógicas do solo. Para avaliação da capacidade de adsorção de Pb e Cd pelo solo e pelas misturas solo-turfa, foram realizados ensaios de equilíbrio em lote. O solo estudado é um solo residual argiloso, cuja fração argilosa é predominantemente composta por caulinita. Ele apresenta alguns pontos favoráveis para que seja utilizado como barreira selante na retenção de cátions metálicos, como granulometria predominantemente fina (54,5% de argila), índice de plasticidade adequado (25,1%), meio oxidante (Eh = +333 mV), predomínio de cargas negativas na superfície dos coloides (ΔpH = -0,9 e PESN = 3,6) e baixa condutividade hidráulica quando compactado (na ordem de 10-9 m/s). Por outro lado, algumas características são menos interessantes para a retenção de metais, como baixa capacidade de troca catiônica (41,4 mmolc/dm3), baixo teor de matéria orgânica (9 g/kg) e pH ácido (4,6). A adição de turfa em proporções de 10 e 20% (m/m) ao solo aumentou o teor de matéria orgânica em 4,3 vezes e 6,4 vezes, respectivamente. A CTC também aumentou, variando de 41,4 mmolc/dm3 para o solo a 101,7 mmolc/dm3 para a mistura com 10% de turfa, e ainda a 143,1 mmolc/dm3 para a mistura com 20% de turfa. Não foram observadas mudanças de pH. Observou-se também a melhoria da capacidade de adsorção de Pb e Cd. O solo residual natural apresentou eficiência de remoção de Pb de 54% a 100% para concentrações iniciais de 22 a 232 mg/L deste metal. A mistura com maior teor de turfa (20%) removeu 95,3% a 100% do Pb para concentrações iniciais de 31 a 267 mg/L. O coeficiente de distribuição Kd aumentou de 4,57 cm3/g (para o solo natural) até 58,57 cm3/g (para a mistura com 20% de turfa). O Kf aumentou de 75,75 a 508,86 cm3/g e o KL aumentou de 0,0276 a 0,4118 cm3/g, devido a adição de turfa em 20%. Em relação ao Cd, o solo natural apresentou eficiência de remoção de 30,5 a 72,1% para concentrações iniciais de 17 a 170 mg/L. A mistura com 20% de turfa aumentou a eficiência de 54,9 a 88,9% para concentrações iniciais de 20 a 150 mg/L de Cd. O coeficiente Kd foi de 1,56 cm3/g para o solo natural a 6,42 cm3/g para a mistura com maior proporção de turfa. O Kf foi de 30,06 a 63,88 cm3/g, e o KL foi de 0,0301 a 0,0483 cm3/g. Concluiu-se que a adição de turfa ao solo nas proporções de 10 e 20% contribuiu para a melhoria das propriedades associadas a retenção de cátions metálicos e favoreceu a melhor adsorção de Pb e Cd.
Título em inglês
Assessment of mixtures of residual soil from Eldorado Paulista (SP) with peat for retention of potentially toxic metals
Palavras-chave em inglês
Adsorption
Batch equilibrium test
Cadmium
Geological and geotechnical characterization
Lead
Mine waste
Ribeira Valley
Sealant barriers
Resumo em inglês
In the Ribeira Valley region, in Brazil, mining waste originated from lead ore beneficiation and smelting was launched for decades in the Ribeira de Iguape river or deposited directly on the soil surface near this river, without any protection. This created sources of soil and water contamination by potentially toxic metals. The use of local soil for construction of sealant barriers aiming to waterproof and retain the contaminants represents an alternative to control this type of contamination. It is important to study the region soils, their capacity of retention of potentially toxic metals, and low cost alternatives to improve their physical and chemical properties. The addition of organic matter to the soil is an alternative to increase cation retention. Therefore, the purpose of this research was to verify if a residual soil collected in the Eldorado Paulista municipality, in the Ribeira Valley, presents suitable characteristics to be used as a sealant barrier for mining waste disposal; and to assess the improvement of its adsorption capacity of lead and cadmium, when mixed with peat (an organic material with high metal retention capacity, and low cost), in proportions of 10 and 20% (w/w). Characterization tests were carried out to determine the physical, chemical and mineralogical properties of the soil. For the evaluation of the adsorption capacity of lead and cadmium by the soil and soil-peat mixtures, batch equilibrium tests were performed. The studied soil is a clayey residual soil. Its clayey fraction is predominantly composed of kaolinite. It presents some favorable characteristics to be used as a sealant barrier for retention of metallic cations, such as: predominance of fines (54.5% clay), suitable plasticity index (25.1%), oxidizing medium (Eh = +333 mV), predominance of negative charges on the surface of the colloidal particles (ΔpH = -0.9 and PZSE = 3.6) and low hydraulic conductivity when compacted, which reached the order of 10-9 m/s. However, some soil properties are less suitable for metal retention, such as low cation exchange capacity (41.4 mmolc/dm3), low organic matter content (9 g/kg) and low pH (4.6). The addition of peat to the soil in proportions of 10 and 20% (w/w) increased the organic matter content by 4.3 times and 6.4 times, respectively. CTC also increased. It ranged from 41.4 mmolc/dm3 (natural soil) to 107.7 mmolc/dm3 (mixture with 10% peat) and to 143.1 mmolc/dm3 (mixture with 20% of peat). No changes in pH were observed. It was also noticed the improvement of the adsorption capacity of lead and cadmium. The lead removal efficiency of the natural residual soil was from 54% to 100% at initial concentrations from 22 to 232 mg/L of this metal. The mixture with higher peat content (20%) removed 95.3% to 100% of the lead at initial concentrations from 31 to 267 mg/L. The distribution coefficient Kd increased from 4.57 cm3/g (for the natural soil) to 58.57 cm3/g (for the mixture with 20% of peat). The Kf increased from 75.75 to 508.86 cm3/g and the KL increased from 0.0276 to 0.4118 cm3/g, due to the addition of peat in 20%. With regard to cadmium, the natural soil removed 30.5 to 72.1% of this metal for initial concentrations of 17 to 170 mg/L. The mixture with 20% of peat increased the Cd removal efficiency to 54.9 to 88.9% at initial concentrations from 20 to 150 mg/L. Kd was 1.56 cm3/g for the natural soil and increased to 6.42 cm3/g for the mixture with the highest content of peat. Kf increased from 30.06 to 63.88 cm3/g, and the KL increased from 0.0301 to 0.0483 cm3/g. It was concluded that the addition of peat to the soil in proportions of 10 and 20% caused improvement of properties related with metalic cation retention and favored Pb and Cd adsorption.
 
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Data de Publicação
2019-01-03
 
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