A drenagem acida de minas (DAM) gerada durante a mineração do carvão decorre em dano ambiental significativo nos ecossistemas associados à mesma. Atualmente, para resolver esta situação, sistemas ativos de tratamento, valendo-se de processos de neutralização/precipitação/sedimentação, têm sido implementados. Esses sistemas proporcionam bons resultados no tratamento da água, principalmente na correção do pH e na remoção de ferro e alumínio. No entanto, por vezes são parcialmente eficientes na remoção de manganês e sulfato. Métodos passivos de tratamento têm sido empregados como alternativa aos ativos. Destes destacam-se os banhados construídos (ou "constructed wetlands") os quais podem operar isoladamente ou associados a sistemas ativos e/ou demais sistemas passivos. Os banhados construídos, mediante mecanismos físicos e químicos controlados por meio de critérios construtivos, têm sido capazes de remover ferro, alumínio e o íon sulfato e mesmo manganês ou outros metais. Tendo-se que a DAM é um grave problema ambiental que afeta a região carbonífera do sul de Santa Catarina objetivou-se, através do presente estudo, verificar o potencial de tratamento da DAM por meio de banhados construídos enquanto etapa complementar ao processo ativo de tratamento instalado na Mina Verdinho de propriedade da empresa Carbonífera Criciúma SA. Avaliou-se o desempenho de lagoa de polimento (tratamento secundário) instalada após o tratamento ativo. Em escala piloto, observou-se o efeito do sistema construtivo (aeróbico ou anaeróbico seguido de aeróbico - misto) e do tempo de detenção (1, 10 e 20 dias) sobre parâmetros de qualidade do efluente durante o período inicial (start up) do sistema para analise da viabilidade da implantação de banhados construídos. Os parâmetros analisados foram: pH, potencial redox, oxigênio dissolvido, teor de ferro, manganês e sulfatos e demanda química de oxigênio. Os resultados demonstraram que, nas condições do experimento, o sistema mais conveniente mostrou ser a lagoa de polimento ora empregada, pois acrescentou oxigênio dissolvido e equalizou o efluente final. Em termos dos banhados construídos o sistema misto com tempo de detenção de 10 dias mostrou ser o mais adequado ao remover 21% do sulfato. / Acid mine drainage (AMD), generated during coal mining, causes a significant environmental damage over ecosystems associated. Nowadays, in order to solve this issue, active treatment systems based on neutralization/ precipitation/ sedimentation have been implemented. These systems provide favorable results on water treatment, especially over pH adjustment and iron and aluminium removal. However, are partially effective on manganese and sulfates removal. Passive treatment systems have been used as an alternative to active treatment systems. Among them, constructed wetlands stand out operating independently or associated to active and/or other passive treatment systems. Constructed wetlands, through physical and chemical mechanisms controlled by constructive criteria, have been able to remove iron, aluminium as well as sulphate ion and sometimes manganese and even other metals. According that AMD is a serious environmental hazard that affects the south coal production region of Santa Catarina it has been the objective of the present study verify the potential treatment of AMD by constructed wetlands as a complementary step of an active treatment system installed at Verdinho Mine witch belongs to Carbonifera Criciúma SA. It has been evaluated the performance of the polishing pond (secondary treatment) installed right after an active treatment plant. At pilot scale, it has been observed the effect of the constructive system (aerobic or anaerobic followed by aerobic - composed) and the detention time (1, 10 and 20 days) over some effluent parameters during the start up period of the implemented experiment in order to analyze the viability of installing constructed wetlands. The analyzed parameters were: pH, redox potential, dissolved oxygen, concentrations of iron, manganese and sulphate and chemical oxygen demand. Results demonstrated that, under experiment conditions, the most convenient system has proven to be the polishing pond in use since it increased the dissolved oxygen concentration and equalized the effluent. In terms of constructed wetlands the composed treatment system with 10 days of detention time has shown being the most convenient since it has removed 21% of sulphate concentration. Key-words: constructed wetland, acid mine drainage (AMD), mining, coal.

Este trabalho analisa a situação tecnológica do tratamento ativo de Drenagens Ácidas de Minas (DAM´s) de carvão de SC, e apresenta estudos de tratamento ativo de DAM´s na região de Criciúma-SC pelo processo NFSL-Neutralização-Floculação e Sedimentação Lamelar. Os estudos piloto (1 m³.h-¹) de neutralização com cal, floculação dos precipitados coloidais e sedimentação lamelar, com tubos inclinados em 55°, foram realizados com as DAM´s provenientes de uma boca de mina de carvão extinta (São Simão, SS-16 - 20-200 m³.h-¹) e de uma bacia de descarte de efluentes (~12.000 m³) do lavador de carvão da carbonífera COMIN e Cia Ltda (região nordeste de Criciúma). O tratamento ativo inclui etapas de neutralização da acidez das DAM´s, precipitação dos íons metálicos e conseqüente remoção dos principais íons alvo: Fe+³, Al+³ e Mn+². Na floculação foram aplicados dois reatores hidráulicos em série; o primeiro para a dispersão do polímero e geração dos flocos (Floculador Serpentinado-FS), operando com uma gradiente de velocidade (G) maior que 1.800 s-¹ (tempo de residência inferior a 6 s) e o segundo para aumentar o tamanho dos flocos, o Reator Gerador de Flocos-RGF, G ~ 1.000 s-¹. Foram realizados estudos de laboratório de parâmetros químicos e de design do sedimentador lamelar (SL) visando avaliar o efeito do ângulo de inclinação das lamelas (40, 50 e 60°) na separação sólido-líquido de flocos de hidróxidos de ferro gerados a partir da neutralização de uma solução sintética de FeC3.6H2O. Ainda, esses estudos de bancada permitiram avaliar a capacidade de neutralização (das duas DAM´s) de dois tipos de cal calcíticas comerciais e também medir a eficiência de floculação usando diferentes polímeros comerciais. Os resultados mostraram que o consumo de cal (similar com os dois agentes alcalinizantes) para neutralizar (pH 9) a DAM-SS-16 foi da ordem de 250 mg.L-¹ e de 9.300 mg.L-¹ no caso da DAM-COMIN. Foi estudada a relação entre o consumo de cal e a acidez da DAM-COMIN e foi possível determinar uma relação linear (R² = 0,999) que serve de parâmetro importante para comparação de custos operacionais no tratamento de DAM´s, já que é o insumo de maior valor. A remoção dos flocos de precipitados coloidais (Fe(OH)3) não foi eficiente para o ângulo de inclinação das lamelas em 40° devido ao arraste dos flocos para a corrente de água tratada (overflow). Entretanto, a remoção dos flocos em lamelas de inclinação 50 e 60° foi eficiente devido à melhor formação e deposição dos flocos na superfície das lamelas e, portanto promove uma maior fluidez na componente horizontal. Os estudos piloto (DAM-SS-16) foram realizados em um período de 6 meses para avaliar, entre outros o efeito do pH na remoção dos íons principalmente o íon manganês (quatro meses na DAM-COMIN). A remoção desse íon, nas condições operacionais ótimas foi da ordem de 85% em pH 7 (ficando sempre próximo dos limites de emissão do CONAMA no efluente tratado) mas foi quase completa (> 99%), para valores do pH do meio > 9. Esses resultados eram esperados pela não precipitação do hidróxido de manganês a valores de pH < 9. Por outro lado, os íons sulfato são precipitados na forma de CaSO4 (entre outras espécies hidratadas) que são sais semi-solúveis e, portanto, a remoção deste ânion fica limitada pelo equilibro em concentrações da ordem de 1800-2000 mg.L-¹, não atingindo os valores de 250 mg.L-¹ estabelecidos por alguns órgãos nacionais (CONAMA 357/05). A poliacrilamida catiônica (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) foi o floculante mais eficiente na floculação dos precipitados coloidais em ambos efluentes e o polímero aniônico Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) apresentou similar eficiência na DAM-COMIN provavelmente devido às elevadas concentrações de cátions metálicos contidos no efluente (> 3.000 mg.L-¹). Os estudos piloto mostraram ainda que o tempo de sedimentação não foi um parâmetro influente no arraste dos flocos na saída de água clarificada do SL e a qualidade da água tratada manteve-se elevada durante os 80 minutos de operação (4 vezes o tempo de residência do tanque). Foi realizado um estudo da influência da razão entre a velocidade de sedimentação dos flocos (Vs), gerados pelos reatores hidráulicos em série, e a taxa de aplicação superficial (ou velocidade de escoamento superficial, Ve) do tanque de sedimentação, no arraste de flocos no interior dos tubos inclinados Os resultados mostraram que uma razão mínima crítica de 4,5 Vs/Ve foi necessária para obter uma eficiente clarificação; ou seja, valor equivalente a uma taxa de aplicação superficial crítica do tanque igual a 5,5 m³.m-².h-¹. Para valores maiores dessa razão a remoção dos íons foi ineficiente (< 25% para Mn+²). Em função da qualidade dos dados e a estabilidade da planta piloto foram estimados os custos operacionais para o tratamento de ambas as DAM´s: 0,5 R$.m-³ no caso da DAM-SS-16 e 3,45 R$.m-³ no tratamento da DAM-COMIN. Este último valor pode ser reduzido após introduzir uma diluição da DAM-COMIN, com a própria água tratada, porém operando a menores taxas de aplicação. É estimada uma redução dos gastos diários de operação em aproximadamente 3,5 vezes (1,00 R$.m-³). Os resultados desse trabalho revelam que o processo NFSL apresenta-se como uma alternativa eficiente e economicamente viável ao tratamento de DAM de minas de carvão e confirma as expectativas desta alternativa na região sul do Brasil. As principais vantagens do processo NFSL são as reduzidas áreas ocupadas pelos reatores de floculação, junto com uma rápida separação sólido-líquido. A qualidade das águas tratadas pelo processo apresenta-se adequada aos limites de emissão determinados pelas resoluções nacionais (CONAMA 357/05) e estaduais (CONSEMA 128/06), podendo ainda ser aplicada em atividades urbanas e industriais de uso não nobre (lavagem de pátios e ruas, irrigação de canteiros, combate a incêndios etc.) como ser reciclada na usina de beneficiamento de carvão ou rejeito de carvão. / This work examines the technological situation of the active treatment of Coal Acid Mine drainage (DAM's) from SC and RS, and also presents studies of DAM´s active treatment in the region of the Criciúma-SC by the NFSL process: Neutralization-Flocculation and Lamella Settling. The pilot studies (1 m³.h-¹) with stages of neutralization with lime, flocculation of the colloidal precipitates and lamellar settling, with tubes inclined at 55 °, were performed (6 months) in the DAM's from a extinct coal mine (São Simão , SS-16 - 20-200 m³.h-¹) and from a disposal basin of wasted coal washing effluents (four months at COMIN Cia Ltda - Northeast Criciúma). This active staged treatment includes the neutralization of the acidity, precipitation of metal ions and subsequent removal of the main target ions Fe+³, Al+³ and Mn+². Two reactors in series were applied at the flocculation stage: the first for a rapid dispersion of the polymer and generation of flocs (Serpentina Floculator-SF, operating with a velocity gradient (G) > 1800 s-¹) and a second to increase the size of flocs formed, the Flocs Generator Reactor-FGR, (G) ~ 1000 s-¹. Studies were conducted in laboratory to evaluate chemical parameters and the effect inclination angle (40, 50 and 60 °) of the lamellae on the separation efficiency of the iron hydroxides flocs generated from the neutralization of a synthetic solution (FeCl3.6H2O). The laboratory studies comprised the neutralization capacity (in both DAM's) of two commercial hydrated limes and the measurements of the efficiency of flocculation using various commercial polymers. The results showed that the consumption of lime (similar with the two alkalizing agents) to neutralize (pH 9) the acid effluent SS-16, was the order of 250 mg.L-¹ and 9300 mg.L-¹ in the case of DAM -COMIN. More, the relationship between the lime and the acidity in DAM-COMIN was determined and a linear relationship (R² = 0.999) was obtained. This served as an important parameter for calculating the operating costs between the two different DAM's. The removal of colloidal precipitates flocs (Fe(OH)3) was not efficient for the 40 ° inclination angle of the lamella due to the drag of the flocs toward the treated water (overflow). However, an efficient removal of flocs was observed for the 50 and 60° inclination angles, this because of the rapid formation of flocs onto the plates surface and a better flocs drainage in the horizontal axis. The pilot studies were conducted in a period of 10 months to assess, among others, the effect of pH on removal of ions, mainly manganese. The removal of this ion was the order of 85% at pH 7 (always exceeding the emission standards limits in the treated effluent - CONAMA) but was almost complete (> 99%) at pH values > 9. These results were expected because of the incipient formation of manganese hydroxide at pH values < 9. The sulfate ions removal it is limited by the solubility of de CaSO4 and hydrates species, at 1800-2000 mg.L-¹ sulfate ions, this explains low removal values down to about 250 mg.L-¹. The cationic polyacrylamide (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) was the most effective flocculant for the colloidal precipitates flocculation in both effluents and the anionic polymer Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) showed similar efficiency in the DAMCOMIN, due to high concentrations of metal ions in the effluent (> 3000 mg.L-¹). The pilot studies showed that the settling time was not an important parameter in the drag of flocs towards the treated water outlet. Thus, the quality of the treated water by NFSL remained high during the 80 min of operation (four residence time of the tank). Also, the drag of the flocs inside the inclined tubes was found to be dependent on the ratio between the flocs settling rate (Vs) and the superficial load rate (or flow loading capacity, Ve) of the settling tank. The results showed that a minimum critical ratio of 4.5 Vs/Ve was necessary for efficient water clarity, this being equivalent to a critical superficial loading rate equals to 5.5 m³.m-².h-¹. Higher values than this ratio were deleterious for the ions removal (<25% for Mn+²). Following the quality of data obtained and stability of the pilot plant the operating costs for the treatment of both DAM's were calculated, yielding R$ 0.5 m-³ in the case of DAM-SS-16 and R$ 3.45 m-³ for the treatment of DAM-COMIN. However, if dilution of the feed acid rate is practiced, by employing the same treated water, and working at lower loading capacities, a reduction of the order of 3.5 times (R$ 1.00 by m³) can be reached. Results obtained in this study proved that the NFSL process is as an efficient and economically viable alternative for the treatment of DAM-coal mining and confirms the expectations for the application of this process in Southern Brazil. Main advantages of NFLS process are the small foot print areas required (equipments) and the rapid solid-liquid separation observed in the LS. The quality of treated water appears to be suitable and within the emission standards limits determined by National (CONAMA 357/05) and State (CONSEMA 128/06) regulations. Because of this, the treated water may be reused in urban and industrial activities such as washing of courtyards and streets, irrigation and a dust depressant or can be recycled to the same coal beneficiation plants (including tailings).

A drenagem acida de minas (DAM) gerada durante a mineração do carvão decorre em dano ambiental significativo nos ecossistemas associados à mesma. Atualmente, para resolver esta situação, sistemas ativos de tratamento, valendo-se de processos de neutralização/precipitação/sedimentação, têm sido implementados. Esses sistemas proporcionam bons resultados no tratamento da água, principalmente na correção do pH e na remoção de ferro e alumínio. No entanto, por vezes são parcialmente eficientes na remoção de manganês e sulfato. Métodos passivos de tratamento têm sido empregados como alternativa aos ativos. Destes destacam-se os banhados construídos (ou "constructed wetlands") os quais podem operar isoladamente ou associados a sistemas ativos e/ou demais sistemas passivos. Os banhados construídos, mediante mecanismos físicos e químicos controlados por meio de critérios construtivos, têm sido capazes de remover ferro, alumínio e o íon sulfato e mesmo manganês ou outros metais. Tendo-se que a DAM é um grave problema ambiental que afeta a região carbonífera do sul de Santa Catarina objetivou-se, através do presente estudo, verificar o potencial de tratamento da DAM por meio de banhados construídos enquanto etapa complementar ao processo ativo de tratamento instalado na Mina Verdinho de propriedade da empresa Carbonífera Criciúma SA. Avaliou-se o desempenho de lagoa de polimento (tratamento secundário) instalada após o tratamento ativo. Em escala piloto, observou-se o efeito do sistema construtivo (aeróbico ou anaeróbico seguido de aeróbico - misto) e do tempo de detenção (1, 10 e 20 dias) sobre parâmetros de qualidade do efluente durante o período inicial (start up) do sistema para analise da viabilidade da implantação de banhados construídos. Os parâmetros analisados foram: pH, potencial redox, oxigênio dissolvido, teor de ferro, manganês e sulfatos e demanda química de oxigênio. Os resultados demonstraram que, nas condições do experimento, o sistema mais conveniente mostrou ser a lagoa de polimento ora empregada, pois acrescentou oxigênio dissolvido e equalizou o efluente final. Em termos dos banhados construídos o sistema misto com tempo de detenção de 10 dias mostrou ser o mais adequado ao remover 21% do sulfato. / Acid mine drainage (AMD), generated during coal mining, causes a significant environmental damage over ecosystems associated. Nowadays, in order to solve this issue, active treatment systems based on neutralization/ precipitation/ sedimentation have been implemented. These systems provide favorable results on water treatment, especially over pH adjustment and iron and aluminium removal. However, are partially effective on manganese and sulfates removal. Passive treatment systems have been used as an alternative to active treatment systems. Among them, constructed wetlands stand out operating independently or associated to active and/or other passive treatment systems. Constructed wetlands, through physical and chemical mechanisms controlled by constructive criteria, have been able to remove iron, aluminium as well as sulphate ion and sometimes manganese and even other metals. According that AMD is a serious environmental hazard that affects the south coal production region of Santa Catarina it has been the objective of the present study verify the potential treatment of AMD by constructed wetlands as a complementary step of an active treatment system installed at Verdinho Mine witch belongs to Carbonifera Criciúma SA. It has been evaluated the performance of the polishing pond (secondary treatment) installed right after an active treatment plant. At pilot scale, it has been observed the effect of the constructive system (aerobic or anaerobic followed by aerobic - composed) and the detention time (1, 10 and 20 days) over some effluent parameters during the start up period of the implemented experiment in order to analyze the viability of installing constructed wetlands. The analyzed parameters were: pH, redox potential, dissolved oxygen, concentrations of iron, manganese and sulphate and chemical oxygen demand. Results demonstrated that, under experiment conditions, the most convenient system has proven to be the polishing pond in use since it increased the dissolved oxygen concentration and equalized the effluent. In terms of constructed wetlands the composed treatment system with 10 days of detention time has shown being the most convenient since it has removed 21% of sulphate concentration. Key-words: constructed wetland, acid mine drainage (AMD), mining, coal.

Este trabalho analisa a situação tecnológica do tratamento ativo de Drenagens Ácidas de Minas (DAM´s) de carvão de SC, e apresenta estudos de tratamento ativo de DAM´s na região de Criciúma-SC pelo processo NFSL-Neutralização-Floculação e Sedimentação Lamelar. Os estudos piloto (1 m³.h-¹) de neutralização com cal, floculação dos precipitados coloidais e sedimentação lamelar, com tubos inclinados em 55°, foram realizados com as DAM´s provenientes de uma boca de mina de carvão extinta (São Simão, SS-16 - 20-200 m³.h-¹) e de uma bacia de descarte de efluentes (~12.000 m³) do lavador de carvão da carbonífera COMIN e Cia Ltda (região nordeste de Criciúma). O tratamento ativo inclui etapas de neutralização da acidez das DAM´s, precipitação dos íons metálicos e conseqüente remoção dos principais íons alvo: Fe+³, Al+³ e Mn+². Na floculação foram aplicados dois reatores hidráulicos em série; o primeiro para a dispersão do polímero e geração dos flocos (Floculador Serpentinado-FS), operando com uma gradiente de velocidade (G) maior que 1.800 s-¹ (tempo de residência inferior a 6 s) e o segundo para aumentar o tamanho dos flocos, o Reator Gerador de Flocos-RGF, G ~ 1.000 s-¹. Foram realizados estudos de laboratório de parâmetros químicos e de design do sedimentador lamelar (SL) visando avaliar o efeito do ângulo de inclinação das lamelas (40, 50 e 60°) na separação sólido-líquido de flocos de hidróxidos de ferro gerados a partir da neutralização de uma solução sintética de FeC3.6H2O. Ainda, esses estudos de bancada permitiram avaliar a capacidade de neutralização (das duas DAM´s) de dois tipos de cal calcíticas comerciais e também medir a eficiência de floculação usando diferentes polímeros comerciais. Os resultados mostraram que o consumo de cal (similar com os dois agentes alcalinizantes) para neutralizar (pH 9) a DAM-SS-16 foi da ordem de 250 mg.L-¹ e de 9.300 mg.L-¹ no caso da DAM-COMIN. Foi estudada a relação entre o consumo de cal e a acidez da DAM-COMIN e foi possível determinar uma relação linear (R² = 0,999) que serve de parâmetro importante para comparação de custos operacionais no tratamento de DAM´s, já que é o insumo de maior valor. A remoção dos flocos de precipitados coloidais (Fe(OH)3) não foi eficiente para o ângulo de inclinação das lamelas em 40° devido ao arraste dos flocos para a corrente de água tratada (overflow). Entretanto, a remoção dos flocos em lamelas de inclinação 50 e 60° foi eficiente devido à melhor formação e deposição dos flocos na superfície das lamelas e, portanto promove uma maior fluidez na componente horizontal. Os estudos piloto (DAM-SS-16) foram realizados em um período de 6 meses para avaliar, entre outros o efeito do pH na remoção dos íons principalmente o íon manganês (quatro meses na DAM-COMIN). A remoção desse íon, nas condições operacionais ótimas foi da ordem de 85% em pH 7 (ficando sempre próximo dos limites de emissão do CONAMA no efluente tratado) mas foi quase completa (> 99%), para valores do pH do meio > 9. Esses resultados eram esperados pela não precipitação do hidróxido de manganês a valores de pH < 9. Por outro lado, os íons sulfato são precipitados na forma de CaSO4 (entre outras espécies hidratadas) que são sais semi-solúveis e, portanto, a remoção deste ânion fica limitada pelo equilibro em concentrações da ordem de 1800-2000 mg.L-¹, não atingindo os valores de 250 mg.L-¹ estabelecidos por alguns órgãos nacionais (CONAMA 357/05). A poliacrilamida catiônica (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) foi o floculante mais eficiente na floculação dos precipitados coloidais em ambos efluentes e o polímero aniônico Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) apresentou similar eficiência na DAM-COMIN provavelmente devido às elevadas concentrações de cátions metálicos contidos no efluente (> 3.000 mg.L-¹). Os estudos piloto mostraram ainda que o tempo de sedimentação não foi um parâmetro influente no arraste dos flocos na saída de água clarificada do SL e a qualidade da água tratada manteve-se elevada durante os 80 minutos de operação (4 vezes o tempo de residência do tanque). Foi realizado um estudo da influência da razão entre a velocidade de sedimentação dos flocos (Vs), gerados pelos reatores hidráulicos em série, e a taxa de aplicação superficial (ou velocidade de escoamento superficial, Ve) do tanque de sedimentação, no arraste de flocos no interior dos tubos inclinados Os resultados mostraram que uma razão mínima crítica de 4,5 Vs/Ve foi necessária para obter uma eficiente clarificação; ou seja, valor equivalente a uma taxa de aplicação superficial crítica do tanque igual a 5,5 m³.m-².h-¹. Para valores maiores dessa razão a remoção dos íons foi ineficiente (< 25% para Mn+²). Em função da qualidade dos dados e a estabilidade da planta piloto foram estimados os custos operacionais para o tratamento de ambas as DAM´s: 0,5 R$.m-³ no caso da DAM-SS-16 e 3,45 R$.m-³ no tratamento da DAM-COMIN. Este último valor pode ser reduzido após introduzir uma diluição da DAM-COMIN, com a própria água tratada, porém operando a menores taxas de aplicação. É estimada uma redução dos gastos diários de operação em aproximadamente 3,5 vezes (1,00 R$.m-³). Os resultados desse trabalho revelam que o processo NFSL apresenta-se como uma alternativa eficiente e economicamente viável ao tratamento de DAM de minas de carvão e confirma as expectativas desta alternativa na região sul do Brasil. As principais vantagens do processo NFSL são as reduzidas áreas ocupadas pelos reatores de floculação, junto com uma rápida separação sólido-líquido. A qualidade das águas tratadas pelo processo apresenta-se adequada aos limites de emissão determinados pelas resoluções nacionais (CONAMA 357/05) e estaduais (CONSEMA 128/06), podendo ainda ser aplicada em atividades urbanas e industriais de uso não nobre (lavagem de pátios e ruas, irrigação de canteiros, combate a incêndios etc.) como ser reciclada na usina de beneficiamento de carvão ou rejeito de carvão. / This work examines the technological situation of the active treatment of Coal Acid Mine drainage (DAM's) from SC and RS, and also presents studies of DAM´s active treatment in the region of the Criciúma-SC by the NFSL process: Neutralization-Flocculation and Lamella Settling. The pilot studies (1 m³.h-¹) with stages of neutralization with lime, flocculation of the colloidal precipitates and lamellar settling, with tubes inclined at 55 °, were performed (6 months) in the DAM's from a extinct coal mine (São Simão , SS-16 - 20-200 m³.h-¹) and from a disposal basin of wasted coal washing effluents (four months at COMIN Cia Ltda - Northeast Criciúma). This active staged treatment includes the neutralization of the acidity, precipitation of metal ions and subsequent removal of the main target ions Fe+³, Al+³ and Mn+². Two reactors in series were applied at the flocculation stage: the first for a rapid dispersion of the polymer and generation of flocs (Serpentina Floculator-SF, operating with a velocity gradient (G) > 1800 s-¹) and a second to increase the size of flocs formed, the Flocs Generator Reactor-FGR, (G) ~ 1000 s-¹. Studies were conducted in laboratory to evaluate chemical parameters and the effect inclination angle (40, 50 and 60 °) of the lamellae on the separation efficiency of the iron hydroxides flocs generated from the neutralization of a synthetic solution (FeCl3.6H2O). The laboratory studies comprised the neutralization capacity (in both DAM's) of two commercial hydrated limes and the measurements of the efficiency of flocculation using various commercial polymers. The results showed that the consumption of lime (similar with the two alkalizing agents) to neutralize (pH 9) the acid effluent SS-16, was the order of 250 mg.L-¹ and 9300 mg.L-¹ in the case of DAM -COMIN. More, the relationship between the lime and the acidity in DAM-COMIN was determined and a linear relationship (R² = 0.999) was obtained. This served as an important parameter for calculating the operating costs between the two different DAM's. The removal of colloidal precipitates flocs (Fe(OH)3) was not efficient for the 40 ° inclination angle of the lamella due to the drag of the flocs toward the treated water (overflow). However, an efficient removal of flocs was observed for the 50 and 60° inclination angles, this because of the rapid formation of flocs onto the plates surface and a better flocs drainage in the horizontal axis. The pilot studies were conducted in a period of 10 months to assess, among others, the effect of pH on removal of ions, mainly manganese. The removal of this ion was the order of 85% at pH 7 (always exceeding the emission standards limits in the treated effluent - CONAMA) but was almost complete (> 99%) at pH values > 9. These results were expected because of the incipient formation of manganese hydroxide at pH values < 9. The sulfate ions removal it is limited by the solubility of de CaSO4 and hydrates species, at 1800-2000 mg.L-¹ sulfate ions, this explains low removal values down to about 250 mg.L-¹. The cationic polyacrylamide (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) was the most effective flocculant for the colloidal precipitates flocculation in both effluents and the anionic polymer Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) showed similar efficiency in the DAMCOMIN, due to high concentrations of metal ions in the effluent (> 3000 mg.L-¹). The pilot studies showed that the settling time was not an important parameter in the drag of flocs towards the treated water outlet. Thus, the quality of the treated water by NFSL remained high during the 80 min of operation (four residence time of the tank). Also, the drag of the flocs inside the inclined tubes was found to be dependent on the ratio between the flocs settling rate (Vs) and the superficial load rate (or flow loading capacity, Ve) of the settling tank. The results showed that a minimum critical ratio of 4.5 Vs/Ve was necessary for efficient water clarity, this being equivalent to a critical superficial loading rate equals to 5.5 m³.m-².h-¹. Higher values than this ratio were deleterious for the ions removal (<25% for Mn+²). Following the quality of data obtained and stability of the pilot plant the operating costs for the treatment of both DAM's were calculated, yielding R$ 0.5 m-³ in the case of DAM-SS-16 and R$ 3.45 m-³ for the treatment of DAM-COMIN. However, if dilution of the feed acid rate is practiced, by employing the same treated water, and working at lower loading capacities, a reduction of the order of 3.5 times (R$ 1.00 by m³) can be reached. Results obtained in this study proved that the NFSL process is as an efficient and economically viable alternative for the treatment of DAM-coal mining and confirms the expectations for the application of this process in Southern Brazil. Main advantages of NFLS process are the small foot print areas required (equipments) and the rapid solid-liquid separation observed in the LS. The quality of treated water appears to be suitable and within the emission standards limits determined by National (CONAMA 357/05) and State (CONSEMA 128/06) regulations. Because of this, the treated water may be reused in urban and industrial activities such as washing of courtyards and streets, irrigation and a dust depressant or can be recycled to the same coal beneficiation plants (including tailings).

A drenagem acida de minas (DAM) gerada durante a mineração do carvão decorre em dano ambiental significativo nos ecossistemas associados à mesma. Atualmente, para resolver esta situação, sistemas ativos de tratamento, valendo-se de processos de neutralização/precipitação/sedimentação, têm sido implementados. Esses sistemas proporcionam bons resultados no tratamento da água, principalmente na correção do pH e na remoção de ferro e alumínio. No entanto, por vezes são parcialmente eficientes na remoção de manganês e sulfato. Métodos passivos de tratamento têm sido empregados como alternativa aos ativos. Destes destacam-se os banhados construídos (ou "constructed wetlands") os quais podem operar isoladamente ou associados a sistemas ativos e/ou demais sistemas passivos. Os banhados construídos, mediante mecanismos físicos e químicos controlados por meio de critérios construtivos, têm sido capazes de remover ferro, alumínio e o íon sulfato e mesmo manganês ou outros metais. Tendo-se que a DAM é um grave problema ambiental que afeta a região carbonífera do sul de Santa Catarina objetivou-se, através do presente estudo, verificar o potencial de tratamento da DAM por meio de banhados construídos enquanto etapa complementar ao processo ativo de tratamento instalado na Mina Verdinho de propriedade da empresa Carbonífera Criciúma SA. Avaliou-se o desempenho de lagoa de polimento (tratamento secundário) instalada após o tratamento ativo. Em escala piloto, observou-se o efeito do sistema construtivo (aeróbico ou anaeróbico seguido de aeróbico - misto) e do tempo de detenção (1, 10 e 20 dias) sobre parâmetros de qualidade do efluente durante o período inicial (start up) do sistema para analise da viabilidade da implantação de banhados construídos. Os parâmetros analisados foram: pH, potencial redox, oxigênio dissolvido, teor de ferro, manganês e sulfatos e demanda química de oxigênio. Os resultados demonstraram que, nas condições do experimento, o sistema mais conveniente mostrou ser a lagoa de polimento ora empregada, pois acrescentou oxigênio dissolvido e equalizou o efluente final. Em termos dos banhados construídos o sistema misto com tempo de detenção de 10 dias mostrou ser o mais adequado ao remover 21% do sulfato. / Acid mine drainage (AMD), generated during coal mining, causes a significant environmental damage over ecosystems associated. Nowadays, in order to solve this issue, active treatment systems based on neutralization/ precipitation/ sedimentation have been implemented. These systems provide favorable results on water treatment, especially over pH adjustment and iron and aluminium removal. However, are partially effective on manganese and sulfates removal. Passive treatment systems have been used as an alternative to active treatment systems. Among them, constructed wetlands stand out operating independently or associated to active and/or other passive treatment systems. Constructed wetlands, through physical and chemical mechanisms controlled by constructive criteria, have been able to remove iron, aluminium as well as sulphate ion and sometimes manganese and even other metals. According that AMD is a serious environmental hazard that affects the south coal production region of Santa Catarina it has been the objective of the present study verify the potential treatment of AMD by constructed wetlands as a complementary step of an active treatment system installed at Verdinho Mine witch belongs to Carbonifera Criciúma SA. It has been evaluated the performance of the polishing pond (secondary treatment) installed right after an active treatment plant. At pilot scale, it has been observed the effect of the constructive system (aerobic or anaerobic followed by aerobic - composed) and the detention time (1, 10 and 20 days) over some effluent parameters during the start up period of the implemented experiment in order to analyze the viability of installing constructed wetlands. The analyzed parameters were: pH, redox potential, dissolved oxygen, concentrations of iron, manganese and sulphate and chemical oxygen demand. Results demonstrated that, under experiment conditions, the most convenient system has proven to be the polishing pond in use since it increased the dissolved oxygen concentration and equalized the effluent. In terms of constructed wetlands the composed treatment system with 10 days of detention time has shown being the most convenient since it has removed 21% of sulphate concentration. Key-words: constructed wetland, acid mine drainage (AMD), mining, coal.

Este trabalho analisa a situação tecnológica do tratamento ativo de Drenagens Ácidas de Minas (DAM´s) de carvão de SC, e apresenta estudos de tratamento ativo de DAM´s na região de Criciúma-SC pelo processo NFSL-Neutralização-Floculação e Sedimentação Lamelar. Os estudos piloto (1 m³.h-¹) de neutralização com cal, floculação dos precipitados coloidais e sedimentação lamelar, com tubos inclinados em 55°, foram realizados com as DAM´s provenientes de uma boca de mina de carvão extinta (São Simão, SS-16 - 20-200 m³.h-¹) e de uma bacia de descarte de efluentes (~12.000 m³) do lavador de carvão da carbonífera COMIN e Cia Ltda (região nordeste de Criciúma). O tratamento ativo inclui etapas de neutralização da acidez das DAM´s, precipitação dos íons metálicos e conseqüente remoção dos principais íons alvo: Fe+³, Al+³ e Mn+². Na floculação foram aplicados dois reatores hidráulicos em série; o primeiro para a dispersão do polímero e geração dos flocos (Floculador Serpentinado-FS), operando com uma gradiente de velocidade (G) maior que 1.800 s-¹ (tempo de residência inferior a 6 s) e o segundo para aumentar o tamanho dos flocos, o Reator Gerador de Flocos-RGF, G ~ 1.000 s-¹. Foram realizados estudos de laboratório de parâmetros químicos e de design do sedimentador lamelar (SL) visando avaliar o efeito do ângulo de inclinação das lamelas (40, 50 e 60°) na separação sólido-líquido de flocos de hidróxidos de ferro gerados a partir da neutralização de uma solução sintética de FeC3.6H2O. Ainda, esses estudos de bancada permitiram avaliar a capacidade de neutralização (das duas DAM´s) de dois tipos de cal calcíticas comerciais e também medir a eficiência de floculação usando diferentes polímeros comerciais. Os resultados mostraram que o consumo de cal (similar com os dois agentes alcalinizantes) para neutralizar (pH 9) a DAM-SS-16 foi da ordem de 250 mg.L-¹ e de 9.300 mg.L-¹ no caso da DAM-COMIN. Foi estudada a relação entre o consumo de cal e a acidez da DAM-COMIN e foi possível determinar uma relação linear (R² = 0,999) que serve de parâmetro importante para comparação de custos operacionais no tratamento de DAM´s, já que é o insumo de maior valor. A remoção dos flocos de precipitados coloidais (Fe(OH)3) não foi eficiente para o ângulo de inclinação das lamelas em 40° devido ao arraste dos flocos para a corrente de água tratada (overflow). Entretanto, a remoção dos flocos em lamelas de inclinação 50 e 60° foi eficiente devido à melhor formação e deposição dos flocos na superfície das lamelas e, portanto promove uma maior fluidez na componente horizontal. Os estudos piloto (DAM-SS-16) foram realizados em um período de 6 meses para avaliar, entre outros o efeito do pH na remoção dos íons principalmente o íon manganês (quatro meses na DAM-COMIN). A remoção desse íon, nas condições operacionais ótimas foi da ordem de 85% em pH 7 (ficando sempre próximo dos limites de emissão do CONAMA no efluente tratado) mas foi quase completa (> 99%), para valores do pH do meio > 9. Esses resultados eram esperados pela não precipitação do hidróxido de manganês a valores de pH < 9. Por outro lado, os íons sulfato são precipitados na forma de CaSO4 (entre outras espécies hidratadas) que são sais semi-solúveis e, portanto, a remoção deste ânion fica limitada pelo equilibro em concentrações da ordem de 1800-2000 mg.L-¹, não atingindo os valores de 250 mg.L-¹ estabelecidos por alguns órgãos nacionais (CONAMA 357/05). A poliacrilamida catiônica (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) foi o floculante mais eficiente na floculação dos precipitados coloidais em ambos efluentes e o polímero aniônico Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) apresentou similar eficiência na DAM-COMIN provavelmente devido às elevadas concentrações de cátions metálicos contidos no efluente (> 3.000 mg.L-¹). Os estudos piloto mostraram ainda que o tempo de sedimentação não foi um parâmetro influente no arraste dos flocos na saída de água clarificada do SL e a qualidade da água tratada manteve-se elevada durante os 80 minutos de operação (4 vezes o tempo de residência do tanque). Foi realizado um estudo da influência da razão entre a velocidade de sedimentação dos flocos (Vs), gerados pelos reatores hidráulicos em série, e a taxa de aplicação superficial (ou velocidade de escoamento superficial, Ve) do tanque de sedimentação, no arraste de flocos no interior dos tubos inclinados Os resultados mostraram que uma razão mínima crítica de 4,5 Vs/Ve foi necessária para obter uma eficiente clarificação; ou seja, valor equivalente a uma taxa de aplicação superficial crítica do tanque igual a 5,5 m³.m-².h-¹. Para valores maiores dessa razão a remoção dos íons foi ineficiente (< 25% para Mn+²). Em função da qualidade dos dados e a estabilidade da planta piloto foram estimados os custos operacionais para o tratamento de ambas as DAM´s: 0,5 R$.m-³ no caso da DAM-SS-16 e 3,45 R$.m-³ no tratamento da DAM-COMIN. Este último valor pode ser reduzido após introduzir uma diluição da DAM-COMIN, com a própria água tratada, porém operando a menores taxas de aplicação. É estimada uma redução dos gastos diários de operação em aproximadamente 3,5 vezes (1,00 R$.m-³). Os resultados desse trabalho revelam que o processo NFSL apresenta-se como uma alternativa eficiente e economicamente viável ao tratamento de DAM de minas de carvão e confirma as expectativas desta alternativa na região sul do Brasil. As principais vantagens do processo NFSL são as reduzidas áreas ocupadas pelos reatores de floculação, junto com uma rápida separação sólido-líquido. A qualidade das águas tratadas pelo processo apresenta-se adequada aos limites de emissão determinados pelas resoluções nacionais (CONAMA 357/05) e estaduais (CONSEMA 128/06), podendo ainda ser aplicada em atividades urbanas e industriais de uso não nobre (lavagem de pátios e ruas, irrigação de canteiros, combate a incêndios etc.) como ser reciclada na usina de beneficiamento de carvão ou rejeito de carvão. / This work examines the technological situation of the active treatment of Coal Acid Mine drainage (DAM's) from SC and RS, and also presents studies of DAM´s active treatment in the region of the Criciúma-SC by the NFSL process: Neutralization-Flocculation and Lamella Settling. The pilot studies (1 m³.h-¹) with stages of neutralization with lime, flocculation of the colloidal precipitates and lamellar settling, with tubes inclined at 55 °, were performed (6 months) in the DAM's from a extinct coal mine (São Simão , SS-16 - 20-200 m³.h-¹) and from a disposal basin of wasted coal washing effluents (four months at COMIN Cia Ltda - Northeast Criciúma). This active staged treatment includes the neutralization of the acidity, precipitation of metal ions and subsequent removal of the main target ions Fe+³, Al+³ and Mn+². Two reactors in series were applied at the flocculation stage: the first for a rapid dispersion of the polymer and generation of flocs (Serpentina Floculator-SF, operating with a velocity gradient (G) > 1800 s-¹) and a second to increase the size of flocs formed, the Flocs Generator Reactor-FGR, (G) ~ 1000 s-¹. Studies were conducted in laboratory to evaluate chemical parameters and the effect inclination angle (40, 50 and 60 °) of the lamellae on the separation efficiency of the iron hydroxides flocs generated from the neutralization of a synthetic solution (FeCl3.6H2O). The laboratory studies comprised the neutralization capacity (in both DAM's) of two commercial hydrated limes and the measurements of the efficiency of flocculation using various commercial polymers. The results showed that the consumption of lime (similar with the two alkalizing agents) to neutralize (pH 9) the acid effluent SS-16, was the order of 250 mg.L-¹ and 9300 mg.L-¹ in the case of DAM -COMIN. More, the relationship between the lime and the acidity in DAM-COMIN was determined and a linear relationship (R² = 0.999) was obtained. This served as an important parameter for calculating the operating costs between the two different DAM's. The removal of colloidal precipitates flocs (Fe(OH)3) was not efficient for the 40 ° inclination angle of the lamella due to the drag of the flocs toward the treated water (overflow). However, an efficient removal of flocs was observed for the 50 and 60° inclination angles, this because of the rapid formation of flocs onto the plates surface and a better flocs drainage in the horizontal axis. The pilot studies were conducted in a period of 10 months to assess, among others, the effect of pH on removal of ions, mainly manganese. The removal of this ion was the order of 85% at pH 7 (always exceeding the emission standards limits in the treated effluent - CONAMA) but was almost complete (> 99%) at pH values > 9. These results were expected because of the incipient formation of manganese hydroxide at pH values < 9. The sulfate ions removal it is limited by the solubility of de CaSO4 and hydrates species, at 1800-2000 mg.L-¹ sulfate ions, this explains low removal values down to about 250 mg.L-¹. The cationic polyacrylamide (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) was the most effective flocculant for the colloidal precipitates flocculation in both effluents and the anionic polymer Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) showed similar efficiency in the DAMCOMIN, due to high concentrations of metal ions in the effluent (> 3000 mg.L-¹). The pilot studies showed that the settling time was not an important parameter in the drag of flocs towards the treated water outlet. Thus, the quality of the treated water by NFSL remained high during the 80 min of operation (four residence time of the tank). Also, the drag of the flocs inside the inclined tubes was found to be dependent on the ratio between the flocs settling rate (Vs) and the superficial load rate (or flow loading capacity, Ve) of the settling tank. The results showed that a minimum critical ratio of 4.5 Vs/Ve was necessary for efficient water clarity, this being equivalent to a critical superficial loading rate equals to 5.5 m³.m-².h-¹. Higher values than this ratio were deleterious for the ions removal (<25% for Mn+²). Following the quality of data obtained and stability of the pilot plant the operating costs for the treatment of both DAM's were calculated, yielding R$ 0.5 m-³ in the case of DAM-SS-16 and R$ 3.45 m-³ for the treatment of DAM-COMIN. However, if dilution of the feed acid rate is practiced, by employing the same treated water, and working at lower loading capacities, a reduction of the order of 3.5 times (R$ 1.00 by m³) can be reached. Results obtained in this study proved that the NFSL process is as an efficient and economically viable alternative for the treatment of DAM-coal mining and confirms the expectations for the application of this process in Southern Brazil. Main advantages of NFLS process are the small foot print areas required (equipments) and the rapid solid-liquid separation observed in the LS. The quality of treated water appears to be suitable and within the emission standards limits determined by National (CONAMA 357/05) and State (CONSEMA 128/06) regulations. Because of this, the treated water may be reused in urban and industrial activities such as washing of courtyards and streets, irrigation and a dust depressant or can be recycled to the same coal beneficiation plants (including tailings).

A drenagem ácida de minas (DAM) é um importante problema ambiental na mineração de carvão. O tratamento convencional da DAM envolve a adição de reagentes alcalinos para aumentar o pH e precipitar os metais dissolvidos como hidróxidos. Embora o tratamento ativo seja eficiente, apresenta as desvantagens de um alto custo operacional e problemas relacionados com a disposição do lodo gerado. Uma possível maneira de minimizar esses problemas é com o tratamento da DAM de forma a recuperar os elementos metálicos na forma de produtos com valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o processo de precipitação seletiva para recuperar o ferro e/ou ferro + alumínio para a produção de coagulantes e pigmentos. A DAM foi coletada em canal próximo a um depósito de rejeitos de carvão no estado de Santa Catarina e caracterizada com relação a pH, vazão, sólidos totais, acidez, sulfatos e metais (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Ca, Ni, Cd, Pb e Cr). O ferro foi recuperado da DAM por precipitação seletiva em pH 3,6 ± 0,1 e ferro + alumínio em pH 5,1 ± 0,1. O precipitado obtido em pH 3,6 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico e dos pigmentos amarelo (goetita), vermelho (hematita) e preto (magnetita). O precipitado obtido em pH 5,1 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico-aluminoso. Ambos os coagulantes foram obtidos e caracterizados em termos de sua composição química e mostraram-se eficientes no tratamento de água para abastecimento público quanto aos parâmetros pH, S.S, turbidez, cor, condutividade, dureza, sulfatos e metais (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn). Os pigmentos produzidos foram caracterizados em função de suas propriedades granulométricas, termogravimétricas, químicas e colorimétricas, podendo ser aplicados na produção de tintas e concretos cromados. Pode-se concluir que pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico. A produção de reagentes e materiais com valor agregado a partir da DAM é tecnologicamente viável, podendo até tornar o tratamento de efluentes da mineração superavitário. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza o impacto ambiental e pode se tornar uma fonte de recursos alternativa dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil. / Acid mine drainage (AMD) is an important water pollution problem in coal production. The active treatment of AMD involves the addition of alkaline reagents to increase the pH and precipitate the dissolved metals as hydroxides. Although active treatment can provide effective remediation, it has the disadvantages of high operational costs and problems related to the disposal of the bulky sludge that is produced. One potential way to extend the use of natural resources is to recover potentially valuable products, such as some of the precipitated metals from the AMD. The aim of this work was to study the process of selective precipitation for the recovery or iron and/or iron + aluminum for the production of chemical coagulants and iron pigments. The AMD was collected from a drainage channel near a tailing deposit in Santa Catarina State (Brazil) and characterized. Iron was recovered from the AMD by a selective precipitation at pH 3.6 ± 0.1 and iron + aluminum at pH 5.1 ± 0.1. The precipitate obtained at pH 3.6 ± 0.1 was used for the production of the coagulant ferric sulfate and the pigments yellow (goethite), red (hematite) and black (magnetite). The precipitate obtained at pH 5.1 ± 0.1 was used for the production of an aluminum-iron sulfate coagulant. Both coagulants was characterized in terms of their chemical composition and showed to be efficient for water treatment. The pigments were characterized in terms of their particle size, thermal behavior, chemical composition and colorimetric properties. The pigments produces were successfully applied for the production of paints and colored concretes. It was possible to conclude that the process of selective precipitation reduced in about 80% the volume of sludge in AMD treatment plants, allowing producing valuable materials. The technology is feasible and can be economically profitable. The process reduces the material loss, minimizes environmental impacts, and should be considered as an economical activity by the Brazilian coal industry.

A drenagem ácida de minas (DAM) é um importante problema ambiental na mineração de carvão. O tratamento convencional da DAM envolve a adição de reagentes alcalinos para aumentar o pH e precipitar os metais dissolvidos como hidróxidos. Embora o tratamento ativo seja eficiente, apresenta as desvantagens de um alto custo operacional e problemas relacionados com a disposição do lodo gerado. Uma possível maneira de minimizar esses problemas é com o tratamento da DAM de forma a recuperar os elementos metálicos na forma de produtos com valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o processo de precipitação seletiva para recuperar o ferro e/ou ferro + alumínio para a produção de coagulantes e pigmentos. A DAM foi coletada em canal próximo a um depósito de rejeitos de carvão no estado de Santa Catarina e caracterizada com relação a pH, vazão, sólidos totais, acidez, sulfatos e metais (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Ca, Ni, Cd, Pb e Cr). O ferro foi recuperado da DAM por precipitação seletiva em pH 3,6 ± 0,1 e ferro + alumínio em pH 5,1 ± 0,1. O precipitado obtido em pH 3,6 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico e dos pigmentos amarelo (goetita), vermelho (hematita) e preto (magnetita). O precipitado obtido em pH 5,1 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico-aluminoso. Ambos os coagulantes foram obtidos e caracterizados em termos de sua composição química e mostraram-se eficientes no tratamento de água para abastecimento público quanto aos parâmetros pH, S.S, turbidez, cor, condutividade, dureza, sulfatos e metais (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn). Os pigmentos produzidos foram caracterizados em função de suas propriedades granulométricas, termogravimétricas, químicas e colorimétricas, podendo ser aplicados na produção de tintas e concretos cromados. Pode-se concluir que pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico. A produção de reagentes e materiais com valor agregado a partir da DAM é tecnologicamente viável, podendo até tornar o tratamento de efluentes da mineração superavitário. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza o impacto ambiental e pode se tornar uma fonte de recursos alternativa dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil. / Acid mine drainage (AMD) is an important water pollution problem in coal production. The active treatment of AMD involves the addition of alkaline reagents to increase the pH and precipitate the dissolved metals as hydroxides. Although active treatment can provide effective remediation, it has the disadvantages of high operational costs and problems related to the disposal of the bulky sludge that is produced. One potential way to extend the use of natural resources is to recover potentially valuable products, such as some of the precipitated metals from the AMD. The aim of this work was to study the process of selective precipitation for the recovery or iron and/or iron + aluminum for the production of chemical coagulants and iron pigments. The AMD was collected from a drainage channel near a tailing deposit in Santa Catarina State (Brazil) and characterized. Iron was recovered from the AMD by a selective precipitation at pH 3.6 ± 0.1 and iron + aluminum at pH 5.1 ± 0.1. The precipitate obtained at pH 3.6 ± 0.1 was used for the production of the coagulant ferric sulfate and the pigments yellow (goethite), red (hematite) and black (magnetite). The precipitate obtained at pH 5.1 ± 0.1 was used for the production of an aluminum-iron sulfate coagulant. Both coagulants was characterized in terms of their chemical composition and showed to be efficient for water treatment. The pigments were characterized in terms of their particle size, thermal behavior, chemical composition and colorimetric properties. The pigments produces were successfully applied for the production of paints and colored concretes. It was possible to conclude that the process of selective precipitation reduced in about 80% the volume of sludge in AMD treatment plants, allowing producing valuable materials. The technology is feasible and can be economically profitable. The process reduces the material loss, minimizes environmental impacts, and should be considered as an economical activity by the Brazilian coal industry.

A drenagem ácida de minas (DAM) é um importante problema ambiental na mineração de carvão. O tratamento convencional da DAM envolve a adição de reagentes alcalinos para aumentar o pH e precipitar os metais dissolvidos como hidróxidos. Embora o tratamento ativo seja eficiente, apresenta as desvantagens de um alto custo operacional e problemas relacionados com a disposição do lodo gerado. Uma possível maneira de minimizar esses problemas é com o tratamento da DAM de forma a recuperar os elementos metálicos na forma de produtos com valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o processo de precipitação seletiva para recuperar o ferro e/ou ferro + alumínio para a produção de coagulantes e pigmentos. A DAM foi coletada em canal próximo a um depósito de rejeitos de carvão no estado de Santa Catarina e caracterizada com relação a pH, vazão, sólidos totais, acidez, sulfatos e metais (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Ca, Ni, Cd, Pb e Cr). O ferro foi recuperado da DAM por precipitação seletiva em pH 3,6 ± 0,1 e ferro + alumínio em pH 5,1 ± 0,1. O precipitado obtido em pH 3,6 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico e dos pigmentos amarelo (goetita), vermelho (hematita) e preto (magnetita). O precipitado obtido em pH 5,1 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico-aluminoso. Ambos os coagulantes foram obtidos e caracterizados em termos de sua composição química e mostraram-se eficientes no tratamento de água para abastecimento público quanto aos parâmetros pH, S.S, turbidez, cor, condutividade, dureza, sulfatos e metais (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn). Os pigmentos produzidos foram caracterizados em função de suas propriedades granulométricas, termogravimétricas, químicas e colorimétricas, podendo ser aplicados na produção de tintas e concretos cromados. Pode-se concluir que pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico. A produção de reagentes e materiais com valor agregado a partir da DAM é tecnologicamente viável, podendo até tornar o tratamento de efluentes da mineração superavitário. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza o impacto ambiental e pode se tornar uma fonte de recursos alternativa dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil. / Acid mine drainage (AMD) is an important water pollution problem in coal production. The active treatment of AMD involves the addition of alkaline reagents to increase the pH and precipitate the dissolved metals as hydroxides. Although active treatment can provide effective remediation, it has the disadvantages of high operational costs and problems related to the disposal of the bulky sludge that is produced. One potential way to extend the use of natural resources is to recover potentially valuable products, such as some of the precipitated metals from the AMD. The aim of this work was to study the process of selective precipitation for the recovery or iron and/or iron + aluminum for the production of chemical coagulants and iron pigments. The AMD was collected from a drainage channel near a tailing deposit in Santa Catarina State (Brazil) and characterized. Iron was recovered from the AMD by a selective precipitation at pH 3.6 ± 0.1 and iron + aluminum at pH 5.1 ± 0.1. The precipitate obtained at pH 3.6 ± 0.1 was used for the production of the coagulant ferric sulfate and the pigments yellow (goethite), red (hematite) and black (magnetite). The precipitate obtained at pH 5.1 ± 0.1 was used for the production of an aluminum-iron sulfate coagulant. Both coagulants was characterized in terms of their chemical composition and showed to be efficient for water treatment. The pigments were characterized in terms of their particle size, thermal behavior, chemical composition and colorimetric properties. The pigments produces were successfully applied for the production of paints and colored concretes. It was possible to conclude that the process of selective precipitation reduced in about 80% the volume of sludge in AMD treatment plants, allowing producing valuable materials. The technology is feasible and can be economically profitable. The process reduces the material loss, minimizes environmental impacts, and should be considered as an economical activity by the Brazilian coal industry.

A drenagem ácida de minas (DAM) oriunda da mineração de carvão é caracterizada pelo baixo pH e pelas altas concentrações de metais. Em algumas situações, a concentração de ferro é muito alta, em níveis que podem ser usadas como fonte de reagentes para o tratamento de águas residuárias. A DAM pode ser usada como coagulante quando é rica em ferro na forma Fe3+ (e secundariamente em Al+3). A DAM também pode ser aplicada no tratamento de águas residuárias pela Reação de Fenton quando rica em ferro na forma Fe2+. Os objetivos deste trabalho foram a caracterização química de uma DAM-C (drenagem ácida de minas concentrada) proveniente de um módulo de rejeitos de carvão de Santa Catarina; Estudar a DAM-C para uso como insumo na coagulação dos sólidos suspensos em esgoto cloacal do Campus do Vale da UFRGS; Estudar a DAM-C para uso como insumo para a Reação de Fenton aplicado ao tratamento de esgoto cloacal e avaliar a qualidade da água tratada em termos de parâmetros físico-químicos e ecotoxicológicos. Os resultados demonstram que a DAM pode ser usada no tratamento de esgoto, pois o efluente apresentou uma concentração especialmente elevada de metais, com valores iguais a 17640 mg/L de Fe e 1534 mg/L de Al, razão pela qual foi denominada de drenagem ácida de minas concentrada. Os demais metais, tais como Mn, Cu, Zn, Ni, Cd, Ar, Cr, Pb, Ca, Mg, Na e K estavam presentes, porém em concentrações mais baixas. O processo de coagulação foi conduzido com o volume de 3 mL de DAM-C com as concentração de [Fe] = 264 mg/L e [Al3+] = 24 mg/L) e apresentou eficiências médias de redução nos seguintes parâmetros: sólidos suspensos (72%), coliformes termotolerantes (99%) e totais (99%), DQO (61%), DBO5 (63%), N (total Kjeldahl) (28%), P (97%) e sólidos sedimentáveis (50%). A Reação de Fenton foi conduzida com o mesmo volume DAM-C e concentração do processo de coagulação e 0,25 ml de H2O2 35% (m/v) e apresentou eficiências médias de redução nos seguintes parâmetros: sólidos suspensos (78%), coliformes termotolerantes (99,98%) e totais (99,98%), DQO (80%), DBO5 (80%), N (total Kjeldahl) (29%), P (98%) e sólidos sedimentáveis (50%). Os ensaios de toxicidade demonstraram que o esgoto bruto apresenta elevada toxidade aguda para o microcrustáceo Daphnia similis (FT = 32), para o peixe Pimephales promelas (FT = 8), e para a alga Pseudokirchneriella subcapitata (FT = 8). Dentre os tratamentos avaliados apenas o RSB conseguiu remover totalmente a toxicidade. A coagulação simples se mostrou ineficaz e a Reação de Fenton permitiu uma grande redução na toxicidade, desde que seja eliminada a presença de peróxido de hidrogênio residual. Esses dados são indicativos que o principal agente tóxico presente no esgoto é solúvel. / Acid mine drainage (AMD) from coal mining sites is characterized by low pH and high concentrations of metals. In some situations, the iron concentration is very high, at levels that could be used as a source reagent for wastewater treatment. The AMD can be used as coagulant when it is rich in iron in the form Fe+3 (and secondarily Al+3). The AMD can also be applied in wastewater treatment as Fenton´s Reaction when is rich in iron in the form Fe2+. The goals of this work were characterize AMD-C (acid mine drainage concentrated) obtained in the module of coal tailings of Santa Catarina; Study the AMD-C for use as input in coagulation of suspended solids in Campus do Vale-UFRGS’s sewage; Study the AMD-C for use as input to the Fenton’s reaction applied to treatment of sewer and evaluate the quality of treated water in terms of physico-chemical and ecotoxicological parameters. The results shows AMD-C can be used in sewage treatment, because the effluent presented a particularly high concentration of metals (17640 mg/L Fe and 1534 mg/L Al), why was called acid mine drainage of concentrated. The other metals, such as Mn, Cu, Zn, Ni, Cd, Cr, Pb, Ar, Ca, Mg, Na and K were present, but in lower concentrations. The coagulation process was conducted with 3 mL AMD-C with concentration (264 mg/L Fe and 24 mg/L Al3+) and average efficiencies presented in the following parameters: reducing suspended solids (72%), coliforms thermotolerant (99%) and total coliforms (99%), COD (61%), BOD5 (63%), N (total Kjeldahl) (28%), P (97%) and settleable solids (50%). The Fenton’s reaction was conducted with the same AMD-C volume and metals concentration used in coagulation process and was added 0.25 H2O2 35% (m/v) and average efficiencies presented in the following parameters: reducing suspended solids (78%), coliforms thermotolerant (99.98%) and totals coliforms (99.98%), COD (80%), BOD5 (80%), N (total Kjeldahl) (29%), P (98%), and settleable solids (50%). Toxicity tests have demonstrated that raw sewage has high acute toxicity for Daphnia similis crustacean (32 FT), Pimephales promelas fish (8 FT), and algae Pseudokirchneriella subcapitata (8 FT). Among the treatments evaluated only the SBR managed to totally remove toxicity. Simple coagualtion proved ineffective and the Fenton’s Reaction allowed a large reduction in toxicity, since it eliminated the presence of residual hydrogen peroxide. These data are indicative that the toxic agent present in the main sewer is soluble.