Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3099.pdf: 1181332 bytes, checksum: 0e764381b5a5ad7c9c39efee07212b53 (MD5) Previous issue date: 2010-05-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / As the agronomic importance of the provision of agricultural sewage sludge, and its growing concerning environmental point of view, in this work decomposition procedures of soil samples subjected to the addition of sewage sludge were evaluated for total content determination of Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn; the contents of the aforementioned elements present in two tropical soils, Typic Eutrorthox and Typic Haplorthox, collected through 11 years of experiment were determined and compared, in order to evaluate the accumulation and dynamic of these analytes; the availability of Ba, Cr, Cu, Ni and Zn in the soils subjected to the addition of sewage sludge after 11 consecutive years were evaluated by means of sequential extraction, and a methodology for determining the availability of elements potentially toxic in soils subjected to the addition of sewage sludge from the assessment of humic fractions, fulvic acid 1, fulvic acid 2, humic acid and humin + mineral obtained during the chemical fractionation of soil organic matter was proposed. The use of reversed aqua regia, H2O2, predigestion and agitation after the addition of HF presented above of 90% of recovery for Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn and the complete dissolution of silicate compounds for the tropical evaluated soils. The addition of sludge resulted in significant increase of total contents of Cr, Cu, Ni and Zn to Typic Eutrorthox and Ba, Cu and Zn to Typic Haplorthox. Availability studies presented significant amount of Cr, Cu, Ni and Zn bounded to the Mn and Fe oxides and residual fractions, indicating the low availability of these elements in the evaluated soils. The chemical fractionation of soil organic matter obtained results confirm the high concentration of potentially toxic elements in the oxides in the Typic Eutrorthox soil and in the humic acid in the Typic Haplorthox soil. Although the sewage sludge added to soil increase the levels of potentially toxic elements, these are present in the most stable fractions of soil. In other words, less available or less mobile. / Visto à importância agronômica da disposição agrícola do lodo de esgoto e à crescente preocupação do ponto de vista ambiental desta prática, neste trabalho foram avaliados procedimentos de decomposição de amostras de solo submetidas à adição de lodo de esgoto visando à determinação dos teores totais de Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn; determinados e comparados os teores totais dos elementos citados anteriormente para os solos Latossolo Vermelho eutroférrico e Latossolo Vermelho distrófico, coletados ao longo dos 11 anos, a fim de se avaliar o acúmulo e a dinâmica dos elementos nos solos; por meio de extração sequencial, foi estudada a disponibilidade do Ba, Cr, Cu, Ni e Zn para os dois solos submetidos à adição de lodo de esgoto. Além disso, foi proposta uma metodologia para a determinação da disponibilidade de elementos potencialmente tóxicos em solos submetidos à adição de lodo de esgoto a partir da avaliação das frações húmicas, ácido fúlvico 1, ácido fúlvico 2, ácido húmico e humina + minerais, obtidas durante o fracionamento químico da matéria orgânica do solo. O emprego de água régia invertida, H2O2, pré-digestões e agitação após a adição de HF forneceu teores de recuperação acima de 90% para Ba, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn e a completa dissolução dos compostos silicatados presentes nos solos. A adição do lodo ao solo durante 11 anos consecutivos resultou em aumento significativo dos teores totais de Cr, Cu, Ni e Zn para o Latossolo Vermelho eutroférrico e de Ba, Cu e Zn para o Latossolo Vermelho distrófico. Estudos de disponibilidade mostraram concentrações significativas de Cr, Cu, Ni e Zn ligados às frações óxidos de Mn e Fe e à fração residual, indicando baixa disponibilidade destes elementos nos solos Latossolo Vermelho eutroférrico e Latossolo Vermelho distrófico. Os resultados obtidos a partir do fracionamento químico da matéria orgânica do solo confirmam a alta concentração de elementos potencialmente tóxicos presentes nos óxidos no Latossolo Vermelho eutroférrico e no ácido húmico no Latossolo Vermelho distrófico. Apesar do lodo de esgoto adicionado ao solo elevar os teores de elementos potencialmente tóxicos, esses encontram-se nas frações mais estáveis do solo, ou seja, menos disponíveis ou menos móveis.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-02-02T17:29:36Z No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL.AlineMansur.04092016.pdf: 3671406 bytes, checksum: 0deab42bbd5b80baf1c0a321d755a707 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-02T17:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL.AlineMansur.04092016.pdf: 3671406 bytes, checksum: 0deab42bbd5b80baf1c0a321d755a707 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fundação de Amparo à pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / As estações de tratamento de água (ETA) são projetadas para fornecer água continuamente, de maneira a atender a critérios de potabilidade. No entanto, além da água tratada e potável, essas estações são igualmente produtoras de resíduo, o material em suspensão decantado da água, reconhecido como resíduo de Estações de Tratamento de Água, ou resíduo de ETA. O descarte direto de resíduos de ETA em corpos d`água deve ser evitado, considerando que a essas descargas podem comprometer a qualidade da água, podendo gerar efeitos crônicos na comunidade aquática O Reservatório de Juturnaíba, considerado o segundo maior reservatório de água do estado do Rio de Janeiro, foi o repositório final dos resíduos produzidos por duas Estações de Tratamento de Água por cerca de 30 anos. Estes resíduos foram descartados nas margens do reservatório, podendo comprometer a qualidade da água e do sedimento do reservatório. Este estudo teve como objetivo avaliar se a disposição de resíduos de ETAs nas margens do reservatório causou contaminação no ambiente, através do estudo sobre mobilidade de metais (Al, Fe, Mn, Zn, Cr, Cu e Ni) entre os compartimentos: resíduos de ETAs, sedimentos superficiais e água do reservatório. Foram realizadas análises quantitativas e qualitativas dos resíduos de ETAs, bem como uma avaliação diagnóstica dos sedimentos superficiais adjacentes as áreas de descarte de resíduos. Através de modelos digitais de terreno construídos no software Surfer® e por equações matemáticas usando dados declarados pela empresa, foi possível calcular os volumes de resíduos presentes nas margens do reservatório, totalizando em cerca de 60.370 e 62.479 toneladas de resíduos em cada pilha de resíduo. Método de extrações de metais foram aplicados, para elucidar o teor pseudo-total (USEPA 3051A) e as frações geoquímicas dos metais (extração sequencial - BCR) nos resíduos de ETAs e nos sedimentos adjacentes a área de descarte. O fracionamento geoquímico de metais mostrou que existe uma a variação espacial entre os sedimentos localizadas próximos e distantes das áreas de descarte de resíduos. Os sedimentos localizados distantes da área de descarte não mostraram anomalias nas concentrações de metais, estando os metais Al, Fe, Zn e Cr associados predominantemente à fração residual (F4). O fracionamento do Al apresentou ser um bom traçador da presença de resíduos de ETA em sedimentos, já que apenas nos sedimentos localizados próximos aos resíduos, esse metal esteve predominantemente associado às frações prontamente mobilizáveis (F1+F2+F3) do sedimento, com elevadas concentrações na fração ácido-solúvel (F1). Assim, através do modelo de atenuação das concentrações pseudo-totais de Al no sedimento, aliado as avaliações de fracionamento geoquímico desse metal no sedimento, foi possível delimitar a área de abrangência da contaminação do sedimento, provenientes da dispersão espacial dos resíduos de ETAs. Experimentos usando microcosmos foram realizados para avaliar a dessorção de metais entre resíduo de ETA e a água do Reservatório, sob diferentes condições físico-químicas. Esses experimentos mostraram que o contato direto do resíduo com a água propicia a liberação de Al, Fe e Mn, e que a acidificação e o incremento de ácido húmico dissolvido na água favorece a dessorção do Al do resíduo. Conclui-se que a contaminação do sedimento por resíduos de ETAs está restrita a pequenas áreas localizadas próximas aos descarte de resíduo. No entanto, devido a proporção de Al associada as frações prontamente mobilizáveis do resíduo, a presença de resíduos de ETAs em contato direto com a água do reservatório, funciona como uma fonte pontual de Al para o ambiente. / Water treatment plants (WTP) are conceived to continuously produce clean water, responding to defined criteria of portability. However, besides treated and potable water, water treatment plants produce sludge resulting from decantation of the suspended matter that are disposed in the environment. The discharge of the water treatment residue into aquatic ecosystems may cause negative environmental impact on the natural water quality and chronic effects in the aquatic community. Juturnaíba Lake is an important water reservoir in Rio de Janeiro. For about 30 years, the residue generated by two Water Treatment Plants, were systematically discarded in two restricted areas in the Juturnaíba Reservoir edges. In direct contact with water, this residues may have been spread throughout the reservoir, affecting water and sediment quality. The aim of this study was to access the contamination of the Juturnaíba Reservoir, by evaluating the mobility of the metals (Al, Fe, Mn, Zn, Cr, Cu e Ni), between sludge, sediment, and water spatial and geochemical distribution of metals, mainly the Al, in the superficial sediments. Quantitative and qualitative analysis were performed, as a diagnostic evaluation of surface sediments adjacent waste disposal areas. The calculated mass of the residues piles are similar and respectively 60.3170 e 62.479. The residue mass was calculated based on the model terrain digital model and mathematical equations, which provided the following measures 60.370 e 62.479 tons in each piles of residue. Pseudo-total metal in sediment was assessed after aqua regia inverted digestion, with microwave assistance (EPA 3051A). The BCR sequential extraction procedure was applied, and geochemical fractions of Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Cr e Ni were determined. The geochemical fractionation of metals showed that there is a spatial variation between near and far located sediments of residue disposal areas. In distant located sediments of the waste disposal area, the highest percentages Al, Zn, Fe and Cr was found in the residual fractions (F4), meaning that these metals were strongly bound to the sediments. Fractionation Al showed to be a good marker for the presence of ETA waste sludge, since only in the sediments located near the waste sludge, had aluminum predominantly associated with the mobile fractions (F1 + F2 + F3), with high concentrations in the acid-soluble fraction (F1). Through the model of attenuation of Al pseudo-total concentration in the sediment and along the geochemical fractionation assessments of Al in the sediments, it was possible to delimit the area of extent of sediment contamination, from the spatial dispersion of water treatment residue. Experiments using microcosms were performed to evaluate the desorption of metals from the residue and water reservoir under different physicochemical conditions. These experiments showed that the direct contact of the residue with water, promotes the release of Al, Fe and Mn, and that the acidification and the increase of humic acid dissolved in the water favor the desorption of Al present in the residue. The results show that the residue affected the sediment quality, although this contamination does not spread uniformly through the reservoir. It was concluded that the sediment contamination by water treatment residue is restricted to small areas located close to residue disposal. However, because the proportion of the Al associated with the mobility fractions, the presence of such residues in direct contact with the reservoir water,acts as a source of Al to the environment.

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. / 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.