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Tipo: Dissertação
Título: Filtros de solo, laterita e calcário para remoção de arsênio em águas de drenagem ácida
Título(s) alternativo(s): Soil materials, laterite and limestone filters for arsenic remotion from acid drainage water
Autor(es): Veloso, Renato Welmer
Primeiro Orientador: Mello, Jaime Wilson Vargas de
Primeiro coorientador: Abrahão, Walter Antônio Pereira
Segundo coorientador: Dias, Luiz Eduardo
Primeiro avaliador: Soares, Evaldo Rodrigues
Segundo avaliador: Silva, Juscimar da
Abstract: A exposição dos sulfetos ao ar atmosférico promove a sua oxidação, o que pode resultar na acidificação de águas de drenagem e a mobilização de metais pesados e de metalóides. A mobilização de arsênio (As) pode ser um sério problema decorrente de atividades antropogênicas, na presença de minerais sulfetados, como a arsenopirita (FeAsS). O uso de britas de calcário é uma prática bastante utilizada para neutralizar a drenagem ácida. Neste processo ocorre a limitação da mobilização de metais por precipitação, co-precipitação e adsorção em óxidos de Fe recentemente precipitados. O presente trabalho avaliou a eficiência de filtros de brita calcária na remoção de As; e a neutralização da drenagem ácida, em condições de campo. Também foi avaliada a estabilidade do As em sedimentos próximos a área de exploração de ouro, por meio análises químicas de extrações seqüenciais. Paralelamente, foi avaliada a eficiência de protótipos de filtros horizontais contendo materiais de solo em conjunto com filtros de brita calcária na neutralização da acidez e remoção de As de solução ácida, em laboratório. Em condições de campo, foram coletadas amostras de água e de sedimentos em córregos de áreas próximas a mineralização de ouro. As amostras de água foram coletadas nos períodos chuvoso e seco, ao passo que os sedimentos foram coletados apenas no período chuvoso. Foram determinados pH, Eh, condutividade elétrica (CE), oxigênio dissolvido e temperatura das amostras de água, imediatamente após a coleta e em laboratório foram determinadas as concentrações de As . Nos sedimentos foram determinados a textura, a densidade de partícula, o pH em água, a acidez potencial, o As-remanescente, o carbono orgânico (CO), os teores de As, Al, Ca, Mg e P extraídos por Mehlich-3, extrações seqüenciais de As, e os teores totais de As e Fe. Para avaliação dos protótipos, em laboratório, foram aplicadas soluções ácidas com aproximadamente 58 mg.L-1 de As através de módulos de PVC preenchidos com laterita (LAT), com Latossolo Vermelho-Amarelo (SOLO), com uma mistura do SOLO e um resíduo orgânico, na proporção 3:1 (SOLO+RO), e com brita calcária (BRITA). Foram realizados 12 ciclos de filtração, totalizando uma aplicação de 6,2; 67,2; 99,7; 20,2; 10,1 g de As, Fe, S, Mg e Ca por filtro, respectivamente. Foram monitorados o tempo de residência da solução nos filtros e os valores de pH, CE, acidez e teores de As, Fe, S, Mg e Ca nas soluções de entrada e saída dos filtros. Em condições de campo, as concentrações de As nas águas foram baixas, com exceção de dois pontos que apresentaram valores acima de 100 ug L-¹. Não se observou um comportamento consistente do As nas águas em relação às épocas de coleta, mas houve uma tendência de diminuição nas concentrações de As no período seco. De modo geral,o teor de As nos sedimentos apresentou certa relação com o teor de matéria orgânica. Verificou-se que os sedimentos e os filtros de brita calcária desempenham importante função no controle da mobilidade do As em cursos d água afetados por drenagem ácida. Nos sedimentos, o As está associado a frações mais estáveis, em média 58 % do total ligado a óxidos de Fe e à fração residual, de mobilidade praticamente nula. Em laboratório, os protótipos dos filtros de brita calcária retiveram aproximadamente 26 e 23 % do As e Fe aplicados, respectivamente. Não houve remoção significativa de sulfatos ou alteração significativa do pH nas soluções filtradas para todos os protótipos de filtros. No entanto, foram observados níveis significativos de neutralização da acidez total na solução filtrada, diretamente relacionados com os tempos de residência. Os protótipos com SOLO+RO apresentaram os maiores tempos de residência. O uso de filtros contendo solo associados a filtros de brita calcária promoveu retenções de até 2,6 e 2,45 vezes mais As e Fe, respectivamente, em relação aos filtros de brita apenas. O protótipo de composição LAT/BRITA/SOLO apresentou maior capacidade de remoção, cerca de 70 % do As aplicado, e maior taxa de remoção de As, cerca de 1,2 mg min-¹. No entanto, o tempo de residência dos protótipos com materiais de solo foi acentuadamente superior aos de brita calcária, o que pode ser uma desvantagem para seu emprego. Não obstante, o uso de materiais de solo em conjunto com brita calcária pode ser uma estratégia importante nos períodos de chuva para aumentar a segurança do sistema de remoção do As e neutralização da acidez das águas de drenagem.
Sulfides exposition to atmosphere promotes its oxidation resulting in acid drainage and mobilization of heavy metals and metalloids in water. Arsenic (As) mobilization can be a serious problem due to anthropogenic activities in the presence of sulfide minerals such as arsenopyrite (FeAsS). The use of limestone gravel is a common practice to neutralize the acid drainage. In this process, mobilization of metals and metaloids is decreased by precipitation, co-precipitation or adsorption onto recently precipitated Fe oxides. In this work, the efficiency of limestone filters for As remotion from water and neutralization of acid drainage was evaluated under field conditions. Arsenic stability in sediments next to a gold exploitation area was evaluated by sequential extraction chemical analyzes. The efficiency of horizontal filters prototypes, containing soil materials combined with limestone, for acidity neutralization and As remotion from acid solutions, was also evaluated in laboratory. Water and sediment samples were collected from creeks in area close to a gold mineralization. Water samples were collected during wet and dry seasons, while sediments were collected only during the wet season. Measurements of pH, Eh, electric conductivity (EC), dissolved oxygen and temperature were registered immediately after water sampling and As concentrations were determined in laboratory. In sediment samples, it was determined texture, particle density, remaining As, organic carbon (OC); As, Al, Ca, Mg and P contents extracted by Mehlich-3, pH in water, potential acidity, As sequential extractions and total contents of As and Fe. In order to evaluate the prototypes, in laboratory, acid solutionswith approximately 58 mg L-1 As were applied throughout PVC modules filled with Laterite (LAT), an Oxisoil (SOLO), a 3:1 mixture of SOLO and organic waste (SOLO+RO), and with limestone gravel (BRITA). Twelve filtration cycles, totalizing applications of 6.2, 67.21, 99.74, 20.22, 10.13 g As, Fe, S, Mg and Ca per filter, respectively, were performed. The residence time of the solution in the filters, as well as pH, CE, acidity and As, Fe, S, Mg and Ca contents in the input and output solutions were monitored. In the field, contents of As in water samples were low, except in two points which presented values above 100 ug L-1. There was not a consistent behavior for As in water samples respective to the collection time, but it could be observed a trend to decrease As concentrations during dry season. In general, As content in sediments was related to the organic matter content. It was observed that sediments and limestone filters play an important role in As mobility in water streams affected by acid drainage. Arsenic was mainly associated to stable fractions of the sediments, with a mean of 58% of the As linked to Fe oxides and residual fractions, which present practically null mobility. In the laboratory, prototypes of limestone gravel filters removed approximately 26 and 23% of the As and Fe applied, respectively. There was no significant sulfate removing or pH alteration in the filtered solutions for all prototypes. However, significant levels of the total acidity neutralization were observed, directly related to the residence time. Prototypes with SOLO+RO presented the highest residence times. The use of soil containing filters associated to limestone filters removed 2.6 and 2.45 times the As and Fe, respectively, removed by the limestone filter. The prototype LAT/BRITA/SOLO presented highest As removal capacity, around 70% of the applied As, and the highest As removal rate, by 1.2 mg min-¹, among soil containing filters. However, the residence time was higher to the filters containing soil materials than to the limestone filters. This can be a disadvantage to the use of soil filters. Notwithstanding, the use of soil materials combined with limestone can be an important strategy to increase the safety of the systems for As removal and acid drainage neutralization during rainy season.
Palavras-chave: Brita de calcário
Adsorção
Sedimentos Laterita
Limestone gravel
Adsorption
Laterite sediment
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,
Programa: Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas
Citação: VELOSO, Renato Welmer. Soil materials, laterite and limestone filters for arsenic remotion from acid drainage water. 2009. 61 f. Dissertação (Mestrado em Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2009.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/5432
Data do documento: 7-Dez-2009
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