Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2009. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-02-21T15:42:36Z No. of bitstreams: 1 2009_JaquelineCarmoFerreira.pdf: 21294301 bytes, checksum: a64fd056055e1e5ca296af20667d2268 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2011-02-23T12:58:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_JaquelineCarmoFerreira.pdf: 21294301 bytes, checksum: a64fd056055e1e5ca296af20667d2268 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-23T12:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_JaquelineCarmoFerreira.pdf: 21294301 bytes, checksum: a64fd056055e1e5ca296af20667d2268 (MD5) / A Companhia Vale extrai grande quantidade do minério de ferro que produz no Brasil, na mina de Carajás, Pará. No fim do processo de extração e deposição do minério nos pátios de armazenamento, o minério de ferro apresenta elevados valores de umidade o que aumenta os custos do transporte. No pátio de armazenamento, antes do transporte, o minério é depositado em pilhas com precárias condições de drenagem da base. Assim, a redução da umidade do minério nesta fase, ou durante o transporte para o porto de exportação pode gerar economias significativas, com importantes implicações econômicas. Este trabalho apresenta resultados de estudos laboratoriais para avaliar a utilização de geossintéticos como sistemas drenantes para reduzir o teor de umidade do minério. Geotêxteis não tecidos e geocompostos para drenagem foram testados em combinação com o minério de ferro. Parte do programa de ensaios de laboratório consistiu em ensaios de razão entre gradientes sob pressão, para investigar a compatibilidade entre os materiais geossintéticos filtrantes e o minério. Foram realizados testes especiais utilizando o equipamento de razão entre gradientes, onde diferentes valores de sucção foram aplicados com o auxílio de uma bomba de vácuo, com a intenção de se analisar a redução do teor de umidade do minério. Foram aplicadas tensões normais de até 2000 kPa, alguns ensaios com aplicação direta da carga total e alguns com estágios de 500 kPa. Os resultados obtidos demonstraram o potencial para a utilização de geossintéticos em sistemas de drenagem para reduzir a umidade contida. O uso combinado de geossintéticos e sucção foi capaz de reduzir a umidade do minério em até 50%. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Vale Mining Company extracts a large amount of the iron production in Brazil from its mining plant at Carajás, in the state of Pará, Brazil. At the end of the extraction process and deposition inside the plant facilities, the mass of ore presents large values of moisture content that increases transportation costs. In the mining plant, prior to transportation, the ore is deposited in piles with poor drainage conditions at the base. Thus, reductions of ore moisture content at this stage or during transportation to the harbour for exportation can yield to significant savings, with substantial economical implications. This paper presents results of laboratory studies to assess the use of geosynthetics drainage systems to reduce ore moisture content. Nonwoven geotextiles and geocomposites for drainage were tested in combination with ore products with varying particle sizes. Part of the laboratory testing programme consisted of gradient ratio tests under pressure to investigate the compatibility between geotextile filter and ore. Special tests using the gradient ratio apparatus where varying values of suction were applied to the drainage layer were also carried out to investigate reductions on ore moisture content. Normal stresses up to 2000 kPa were applied to the ore-geotextile systems tested. The results obtained showed the potential for the use of geosynthetics drainage systems to reduce ore moisture content. The combined use of geotextile and suction was able to reduce ore moisture content by over 50%.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by giuliana silveira (giulianagphoto@gmail.com) on 2016-05-10T19:33:15Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CoberturaSecasEscória.pdf: 5414344 bytes, checksum: da91f38e5c19fe6b93fdc3db0c24e40c (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-05-11T20:09:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CoberturaSecasEscória.pdf: 5414344 bytes, checksum: da91f38e5c19fe6b93fdc3db0c24e40c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-11T20:09:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_CoberturaSecasEscória.pdf: 5414344 bytes, checksum: da91f38e5c19fe6b93fdc3db0c24e40c (MD5) Previous issue date: 2011 / A extração de minerais como ouro, carvão, níquel, urânio, cobre, assim como execução de obras civis de grande porte, pode provocar sérios danos ambientais, caso ocorra a exposição de minerais sulfetados à atmosfera. Esses materiais na presença de oxigênio reagem e se inicia a Drenagem Ácida de Rocha (DAR). Se devidamente prevista e planejada, a DAR pode ser prevenida e controlada por métodos de tratamento passivos. O método passivo proposto nesse trabalho é uma Cobertura Seca com caráter reativo e com função de bloquear o fluxo de oxigênio. O caráter reativo do sistema foi obtido utilizando Escória de Aciaria que é um resíduo da indústria Siderúrgica. Esse material libera, por um longo período de tempo, um lixiviado que contém altas taxas de alcalinidade e alta concentração de cálcio. Os ensaios de caracterização geoquímica realizados nesse trabalho foram: Difração de Raio-X, Composição química pela Digestão Total, Ensaio de Adsorção do Azul de Metileno e determinação do pH, ΔpH e Condutividade Elétrica. Diferentes proporções de escória de aciaria e material sulfetado foram testadas em um ensaio de lixiviação no qual estudou-se a melhor concentração de Escória de Aciaria na neutralização da DAR. Além disso, os ensaios de caracterização geotécnica foram: Granulometria, Limites de Atterberg e Peso Específico dos Grãos. Outros ensaios mais complexos foram realizados para o estudo do fluxo em meio não-saturado que são: Adensamento, Permeabilidade Saturada e Ensaio de Sucção pelo método do Papel-Filtro. Finalmente, o fluxo em meio não-saturado foi analisado numericamente com auxílio computacional do software Vadose/w. Essa análise permitiu definir a disposição das camadas, avaliar a eficiência relacionada ao bloqueio dos fluxos e dimensionar suas espessuras. A solução encontrada é uma barreira ao ingresso de oxigênio que, ao mesmo tempo, permite o fluxo de água da chuva para tratamento do rejeito sulfetado. ________________________________________________________________________________ / ABSTRACT : The extraction of gold, coal, nickel, uranium, copper and large constructions may cause serious environmental damage, in case of exposure of sulfide minerals to the atmosphere. These materials react in the presence of oxygen and produce Acid Rock Drainage (ARD). If properly planned and scheduled, the ARD can be prevented and controlled by methods such as passive treatments. The passive method proposed in this paper is a Reactive Dry Cover that has still the function of blocking the oxygen flow. The reactive nature of the system was achieved using steel slag that is a waste of the Steel Industry. This material releases for a long period a leachate that contains high levels of alkalinity and high calcium concentration. The geochemical characterization tests were X-ray diffraction, Chemical Composition by Total Digestion, Absorption Test of Methylene Blue and determination of pH, ΔpH and Electrical Conductivity. Different proportions of steel slag and sulfide material were studied in a leaching test to search the optimal concentration of steel slag that neutralizes the ARD. In addition, the geotechnical characterization tests were Particle Size, Atterberg Limits and Specific Gravity of Grains. Other more complex tests were conducted to study the flow in the vadose-zone as follow: Soil Consolidation, Saturated Permeability and Suction Test by the method of Filter Paper. Finally, the non-saturated flow was numerically analyzed with the computer aid of the software Vadose / w. This analysis allowed how to define the arrangement of layers, to evaluate their flow blocking efficiency and calculate their thicknesses. The solution founded is an oxygen barrier that, at the same time, allows the flow of rain water to treat the sulfide waste.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-01-07T19:10:04Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_BalançoHídricoBota-fora.pdf: 3791534 bytes, checksum: fefa9c9dad7d133c8836f4b7b94a3592 (MD5) / Rejected by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br), reason: Só é para colocar open access nos documentos anteriores a 2006. Nos demais é para colocar a licença assinada pelo autor. on 2016-01-13T15:51:57Z (GMT) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2016-01-13T16:33:20Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_BalançoHídricoBota-fora.pdf: 3791534 bytes, checksum: fefa9c9dad7d133c8836f4b7b94a3592 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-01-13T16:52:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_BalançoHídricoBota-fora.pdf: 3791534 bytes, checksum: fefa9c9dad7d133c8836f4b7b94a3592 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T16:52:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_BalançoHídricoBota-fora.pdf: 3791534 bytes, checksum: fefa9c9dad7d133c8836f4b7b94a3592 (MD5) Previous issue date: 2005 / A Mina Osamu Utsumi, localizada no município de Caldas/MG, é pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil (INB), de onde extraiu-se urânio desde 1982 até 1996. A exploração da mina teve início em 1977, com o decapeamento do material sotoposto à jazida de urânio. Os resíduos gerados a partir deste processo eram, por decisões de planejamento, dispostos em locais denominados bota-foras, lançados segundo o método ponta de aterro, sem nenhuma selagem de base. Segundo maior depósito de estéreis da INB, o bota-fora BF4 representa o foco de estudo deste trabalho. Constituindo um dos grandes responsáveis para o volume total dos efluentes ácidos que são tratados pela INB, os contribuintes hídricos para a geração de drenagem ácida (DAM) em sua região de abrangência são ainda desconhecidos. Sendo a DAM um problema de origem hídrica, e considerando o grande número de informações meteorológicas disponibilizado pelo Laboratório de Controle Ambiental da INB (LCA/INB), o presente trabalho teve como objetivo principal a obtenção do balanço hídrico na região do bota-fora BF4. Seus resultados serviriam, em princípio, como um instrumento preliminar de investigação dos principais componentes hídricos causadores da DAM no local, além de fornecer subsídios técnicos para futuras intervenções remediadoras. Registros históricos de precipitação, velocidade dos ventos, temperatura, umidade etc, juntamente com dados de vazão dos efluentes ácidos do BF4 foram utilizados neste balanço hídrico. A evapotranspiração foi obtida com a utilização do modelo matemático proposto por Penman. Além disso, algumas hipóteses foram consideradas e assumidas nos cálculos. Os resultados obtidos indicaram a chuva como o principal contribuinte para a formação da DAM no BF4, o que concorda com medidas que visem a redução da infiltração neste bota-fora. ___________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The Osamu Utsumi Mine, Caldas MG, Brazil, is one of the Industrias Nucleares do Brasil (INB) nuclear facilities and produced uranium from 1982 to 1996. Mine overburden had been created since 1977, when uranium production begun. These wastes were dumped mainly, in river valleys without any liner. The second largest waste rock pile in the site, BF4 was the focus of this Dissertation. BF4 contributes intensively for the acid mine drainage (AMD) generated and treated in this mine complex. However the water contributors for the AMD generation in BF4 watershed remain undetermined. As AMD is mainly a water problem and considering the generous amount of available data at this site produced by the INB Environmental Control Laboratory (LCA), this research focused on the determination of the water balance at the BF4 waste pile. The results of this water balance were intended as an indication of the main hydric contributors for AMD generation at this site, which would collaborate with the decisionmaking process for future remediation measures. Historical weather data such as precipitation, wind velocities, temperature, humidity etc, along with the flux rate of AMD at the base of BF4 were applied in the water balance. Evapotranspiration was determined using the Peanman Equation. Besides, some other hypotheses were inferred and assumed. The results indicated that the rain is the main water contributor to the AMD generation at the BF4, which corroborates remediation measures that take into account reducing infiltration at this waste pile.

Minerais sulfetados expostos às condições atmosféricas podem ocasionar impactos. O rejeito da atividade mineradora, metais reduzidos, em contato com o oxigênio e água, resulta na liberação de prótons, íons sulfato e metais no meio aquoso, processo acelerado por bactérias. Ao meio formado dá-se o nome de Drenagem Ácida de Minas (DAM). A biorremediação vem sendo investigada para o tratamento deste efluente. Bactérias redutoras de sulfato possibilitam simultaneamente elevação de pH, remoção de sulfato e consequentemente de metais por precipitação na forma de sulfetos metálicos. Publicações anteriores revelam bons resultados, entretanto poucas investigaram simultaneamente a geração de alcalinidade, redução de sulfato, oxidação de etanol e remoção de metais em condições que gradativamente se aproximam das condições reais da DAM. Este projeto investigou o processo de precipitação dos metais ferro, zinco e cobre por sulfeto gerado a partir de um reator biológico em batelada para redução de sulfato de drenagem ácida de minas tendo como doador de elétrons o etanol. O trabalho foi dividido em duas etapas sendo que a primeira possuía variação do pH e a segunda na concentração de metais. Foi observado que independente do pH inicial, ocorreu geração de alcalinidade, sendo o pH final observado em todos os ciclos entre 6 e 7. O abaixamento do pH inicial esteve relacionado diretamente às melhores taxas de remoção de sulfato, sendo as remoções alcançadas de 39, 44 e 52%, para o pH inicial de 6, 5 e 4, respectivamente. A remoção de sulfato também melhorou conforme se aumentou a concentração de metais. Enquanto havia apenas ferro a remoção de sulfato foi de 57% em média, com ferro e zinco de 61% e com ferro, zinco e cobre a remoção chegou a 82% em média. Em todas as condições a remoção de DQO foi alta, com no mínimo 91% de média e chegando a 100%. As remoções de metais chegaram a 92% em média para ferro, 99% para zinco e em 100% para cobre. O parâmetro cinético (k) variou de acordo com os distintos valores de remoção de sulfato. Na fase inicial onde houve adaptação do inóculo, o ajuste cinético de ordem 1 não representou bem o comportamento do reator refletindo uma instabilidade nessa fase da operação (0,14±0,15) h-1. A partir do decaimento do pH inicial, o ajuste cinético de ordem 1 representou bem o comportamento dos dados e o parâmetro k aumenta consideravelmente sendo que quando todos os metais já haviam sido adicionados foi obtido o maior valor (0,44±0,04) h-1. Quanto ao ferro, os parâmetros cinéticos obtidos indicaram que o valor do k foi menor quando a precipitação do ferro concorria com a presença de zinco e cobre. A avaliação do sulfato nesta configuração de reator biológico permitiu estabelecer condições favoráveis de operação e mostrou que sistemas sulfetogênicos respondem melhor em baixos pHs e na presença de alguns metais, conforme as condições da DAM sintética se aproxima das reais. Essa condição é essencial quando se objetiva a utilização de sistemas sulfetogênicos para biorremediação de drenagem ácida de minas. / Sulfide minerals exposed to atmospheric conditions may cause impacts. The tailings from mining activity, reduced metals in contact with oxygen and water result in the release of protons, sulfate ions and metals in aqueous environment, a process accelerated by microorganisms. The designation for this effluent is Acid Mine Drainage (AMD). Bioremediation has been investigated for the treatment of this effluent. Sulfate-reducing bacteria enable simultaneous pH elevation, sulfate removal and consequently metals removal by precipitation as metal sulfides. Previous published researches reveal satisfying results, although few have investigated simultaneously the generation of alkalinity, sulfate reduction, oxidation of ethanol and removal of metals in conditions that gradually approach the real conditions of DAM. This research investigated the process of precipitation of the metals iron, zinc and copper by sulfide generated from a biological batch reactor for sulfate reduction of acid mine drainage, having the ethanol as electron donor. The study was divided into two stages, the first of which had variation in pH and the second, in the concentration of metals. It was observed that regardless of the initial pH, alkalinity generation has occurred and the final pH observed in all cycles remained between 6 and 7. The decline of the initial pH was directly related to the best sulfate removal rates and the achieved removals 39, 44 and 52%, for the initial pH of 6, 5 and 4, respectively. The sulfate removal was also improved as increased the concentration of metals. While there was only iron, sulfate removal was 57% on average; with iron and zinc, it was 61%; and with iron, zinc and copper removal reached 82% on average. In all conditions the COD removal was high, with at least 91% average and reaching 100%. The removals of metals reached 92% on average for iron, 99% for zinc and 100% for copper. The kinetic parameter (k) varied according to different values ??of the sulfate removal. In the initial phase, in which there was adaption of the inoculum, it did not represent well the behavior of the reactor, reflecting instability in this phase of the operation (0.14 ± 0.15) h-1. As the initial pH decays, the kinetic adjustment of order 1 represents well the behavior of the data and the parameter k increases considerably; plus, when all the metals had been added, the highest value was obtained (0.44 ± 0.04) h-1. As for the iron, the kinetic parameters obtained indicated that the value of k was reduced when the precipitation of iron competed with the presence of zinc and copper. The evaluation of sulfate in this configuration of biological reactor allowed us to establish favorable conditions of operation and showed that sulfetogenic systems respond better at low pHs and in the presence of certain metals, as the conditions of the synthetic DMA approach the actual ones. This condition is essential when one aims to use sulfetogenic systems for bioremediation of acid mine drainage.

Em algumas minerações onde ocorre a presença de minerais sulfetados, na forma de pirita, pode ocorrer drenagem ácida de mina (DAM), constituindo um dos principais problemas de impacto ambiental. Para evitar que a DAM comprometa os compartimentos aquíferos e atinja as imediações às minerações, realiza-se um tratamento que consiste na sua neutralização com uma suspensão de cal hidratada. Os contaminantes que se encontravam solúveis na DAM são precipitados permanecendo na fase sólida. O trabalho ora apresentado visa à recuperação de urânio e de terras raras presentes em um destes precipitados que é constituído de diuranato de cálcio (DUCA), em referência ao composto de urânio presente e hidróxidos metálicos em uma matriz de sulfato de cálcio. Este material apresenta teor de aproximadamente 0,25% de octóxido de triurânio (U3O8) e 2,5% de óxidos de terras raras (TR2O3). A recuperação de urânio e de terras raras contidos no precipitado foi realizada através de um processo hidrometalúrgico, envolvendo etapas de lixiviação sulfúrica, extração por solvente e precipitação. Da massa de DUCA estocada na cava da mina é prevista uma recuperação de aproximadamente 12 toneladas/ano de U3O8, na forma de concentrado, diuranato de amônio (NH4U2O7), e 120 toneladas/ano de TR2O3 na forma de concentrado de hidróxido de terras raras (TR(OH)3). Resultados de ensaios de lixiviação com ácido sulfúrico apresentaram solubilização de 96% para urânio e 90% para terras raras. Na extração de urânio da lixívia obtida usou-se Alamina 336® e para as terras raras a Alamina Primene JMT®, para a re-extração de urânio e de terras raras usou-se soluções de cloreto de sódio e solução do ácido clorídrico, respectivamente. Obteve-se um rendimento de 99,7% e de 99,9%, nas etapas de extração e de re-extração de urânio da lixívia respectivamente. O rendimento de precipitação de urânio foi de 99,9%. Na extração de terras raras conseguiu-se rendimento de 99,9% para o Ce, 99,7% para o La e 92,0% para o Nd. Os precipitados de urânio e de terras raras obtidos apresentaram respectivamente purezas de 85,7% de U3O8 e 57,75 % de TR. O trabalho dará suporte para as decisões das Indústrias Nucleares Brasileiras (INB) na atividade de remediação ambiental da cava da mina. / In some mines, where sulfide minerals can occur in form of pyrite, acid mine drainage may occur (AMD), as it constitutes one of the main environmental impact problems. To prevent the AMD to compromise aquifers compartments and reach the mine surroundings, a treatment consisting in its neutralization with the use of a hydrated lime suspension is conducted. Contaminants that were soluble in the AMD are precipitated, remaining through their solid phase. The work here presented aims at the recovery of uranium and rare earths found in one of these precipitates, which consists of calcium diuranate (DUCA, in reference to the uranium compound) and metal hydroxides in a calcium sulfate matrix. This material contains approximately 0.25% of triuranium octoxide (U3O8) and 2.5% of rare earth oxides (TR2O3). The recovery of uranium and rare earths contained in the precipitate was performed through a hydrometallurgical process involving steps of sulfuric leaching, solvent extraction and precipitation. From the stored DUCA mass, a recovery of approximately 12 tons/year of U3O8 in the form of concentrate, ammonium diuranate (NH4U2O7) and 120 tons/year of TR2O3 in the concentrate form of rare earths hydroxide (TR(OH)3) is expected. Test results of leaching with sulfuric acid presented solubilization of 96% for uranium and 90% for rare earths. Alamina 336 was used for uranium extraction from lixiviation and Alamina Primene for the rare earths. For re-extraction of uranium and rare earths, solutions of sodium chloride and hydrochloric acid were used respectively. A percentage yield of 99.7% and 99.9% was obtained in the steps of uranium extraction and re-extraction from lixiviation, respectively. The precipitation yield of uranium was 99.9%. On the extraction of rare earths a yield percentage of 99.9% was obtained for Ce, 99.7% for La and 92.0% for Nd. The obtained uranium and rare earths precipitates presented purities of 85.7% (U3O8) and 57.53% (TR), respectively. This work will serve as support to the decisions made by the Brazilian Nuclear Industries (INB) over the environmental remediation activities of the mine open pit.

As atividades mineiras apresentam grande importância econômica e social, porém acarretam diversos problemas ambientais, sendo um dos mais severos a Drenagem Ácida de Mina (DAM). A DAM provém da oxidação de minerais sulfetados, principalmente a pirita, que quando são expostos à água e oxigênio geram um efluente com elevada acidez, altos teores de sulfato e metais pesados. Os métodos químicos empregados para o tratamento da DAM apresentam elevado custo operacional, o que torna o tratamento biológico anaeróbio uma alternativa tecnicamente viável para seu tratamento. Esse processo consiste na redução de sulfato para sulfeto de hidrogênio, acarretando no aumento do pH e precipitação dos metais pesados. Para que essa redução ocorra as bactérias redutoras de sulfato (BRS), necessitam de uma fonte de carbono que pode ser substratos simples, como etanol e hidrogênio. Porém, compostos complexos podem ser hidrolisados e fermentados por outras bactérias antes de sua utilização. Um dos compostos com potencial para esse fim é o soro de leite. O soro de leite pode ser comercializado como alimento pra animais e fertilizantes, no entanto, parte desse subproduto se perde no efluente das indústrias de laticínios. No presente estudo foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) para tratamento da DAM utilizando soro de leite como fonte de carbono, simulando um efluente real. Operando em um total de 300 dias, a relação DQO/SO42- e o TDH empregados foram de 1,0 e 24 horas, respectivamente. O reator operou por 139 dias com a condição inicial de operação para concentração de 500 mg.l-1 de sulfato e DQO, sendo obtida eficiência média de remoção de DQO de (84±7) % e de sulfato de (38±14) %. Na segunda fase de operação, que ocorreu ao longo de 91 dias, as concentrações foram aumentadas para 1000 mg.l-1, sendo os resultados obtidos de (74±5) % de remoção de DQO e (74±9) % de sulfato. Com um novo aumento da concentração, a eficiência do sistema diminuiu, na nova condição 1500 mg.l-1 de sulfato e DQO foram inseridos no sistema, sendo operada ao longo de 53 dias foi obtido uma eficiência de remoção de (68±4) % e (63±7) % de DQO e sulfato, respectivamente. O aumento das concentrações de DQO e SO42- proporcionou melhores taxas de remoção, de acordo com o ajuste cinético, de ambos os compostos. Com adição dos metais, 100 mg.l-1 de Fe2+; 20 mg.l-1 de Zn2+; 5 mg.l-1 de Cu2+, o reator voltou a responder positivamente, essa condição foi operada por 15 dias, e atingiu-se (79±7) % e (71±2) % de remoção de DQO e sulfato, respectivamente, com remoção de Fe, Cu e Zn de 99%. / Mining activities have great economic and social importance, but lead to many environmental problems, one of the most severe the Acid Mine Drainage (AMD). The AMD comes from the oxidation of sulphide minerals, particularly pyrite, which when exposed to water and oxygen generate an effluent with high acidity, high sulfate levels and heavy metals. The chemical methods employed for the treatment of AMD have high operational costs, which makes the anaerobic biological treatment an alternative technically feasible of treatment. This process consists of sulfate reduction to hydrogen sulphide, resulting in an increase of pH and precipitation of heavy metals. For this occurs the reduced sulfate reducing bacteria (SRB), require a carbon source which may be simple substrates, such as ethanol and hydrogen. However, complex compounds can be hydrolyzed and fermented by other bacteria before their use. One of the compounds with potential for this purpose is the cheese whey. The cheese whey can be marketed as food for animals and fertilizers, however, part of this by-product is lost in the effluent from the dairy industries. In the present study, an UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) was used for the treatment of AMD using cheese whey as carbon source, simulating a real effluent. Operating in a total of 300 days, the ratio COD/SO42- and HRT applied were 1 and 24 hours, respectively. The reactor operated by 139 days with the initial operating condition for concentration of 500 mg.l-1 sulfate and COD, being obtained average efficiency of COD removal (84±7) % and sulfate removal (38±14) %. In the second phase of operation, which occurred over 91 days, the concentrations were increased to 1000 mg.l-1, and the results were (74±5) % of COD and (9 ± 74) % of sulfate removal. A further increase in concentration, decreased system efficiency, in new condition 1500 mg l-1 sulfate and COD were entered into the system, being operated over 53 days. It was obtained a removal efficiency of (68±4) % and (63±7)% of COD and sulfate, respectively. The increase in COD and SO42- concentrations gave better removal rates, according to the kinetic adjustment, of both compounds. With addition of the metals, Fe2+ 100 mg.l-1; 20 mg.l-1 Zn2+; 5 mg.l-1 Cu2+, the reactor answered positively. This condition was run for 15 days and was reached (79±7)% and (71±2)% removal of COD and sulfate respectively, with Fe removal, Cu and Zn of about 99%.

A drenagem ácida de minas (DAM) é um grave problema ambiental proveniente das indústrias de mineração, pois possui altas cargas de sulfato, elementos tóxicos e metais pesados, que podem provocar doenças nos seres humanos ou causar a morte de vidas aquáticas. Sua geração acontece quando minerais sulfetados, principalmente a pirita (FeS2), são oxidados na presença de água, oxigênio e bactérias, levando a produção de íons H+. A fim de contornar as desvantagens de custo e baixa remoção de sulfato do tratamento convencional, estudos têm sido conduzidos com diferentes configurações de reatores anaeróbios para o tratamento biológico através da utilização das bactérias redutoras de sulfato (BRS). Estas convertem o sulfato presente na água, junto com uma fonte de carbono (doador de elétron), produzindo H2S, que é utilizado para a precipitação dos sulfetos metálicos insolúveis, além de, naturalmente, aumentar o pH para próximo de neutro devido a produção de . O reator utilizado no presente trabalho foi um reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) com capacidade total de 10 l, sendo montado com 4,5 de volume útil líquido e 4,5 de biomassa granular proveniente de um reator metanogênico. Etanol foi utilizado como fonte única de carbono e energia, na relação DQO/SO42- de 1,0. Os parâmetros de avaliação da operação do reator foram a carga volumétrica de sulfato (CVS), tempo de detenção hidráulica (TDH) e adição de metais. Os resultados obtidos indicaram um aumento da remoção média de sulfato de (48±13) % para o (77±8) % quando o TDH foi mudado para 16h e a CVS subiu para 0,75 g l-1 d-1. Com a redução do TDH para 12h (CVS de 3,00 g l-1 d-1), a remoção de sulfato atingiu (80±9) %. A remoção de metais cujas concentrações eram 100 mg l-1 de Fe2+, 20 mg l-1 de Zn2+ e 5 mg l-1 de Cu2+, estiveram acima de 96% em todas as condições avaliadas. Para os 533 dias de operação, o pH efluente médio esteve entre (6,3±0,6), e a remoção média de DQO foi de (85±8) %. A análise de parâmetros cinéticos de remoção de sulfato se mostraram bastantes satisfatórios, com um kap no valor de (2,8±0,6) h-1 para o TDH de 16h e CVS de 0,75 g l-1 e adição de Fe, Zn e Cu, e melhor (1622,0±267,8) mg l-1 h-1 quando a carga de sulfato foi de 1500 mg l-1 e TDH de 16h com adição de Fe, Zn e Cu simultaneamente. / Acid mine drainage (AMD) is a serious environmental problem from mining industries, because they have high loads sulfate, toxic elements and heavy metals that can cause disease in humans or cause death of aquatic life. Your generation occurs when sulphide minerals, mainly pyrite (FeS2), are oxidized in the presence of water, oxygen and bacteria, producing H+ ions. In order to get around the disadvantages of cost and low sulfate removal of the conventional treatment, studies have been made with different configurations of reactors for anaerobic biological treatment using the sulphate reducing bacteria (BRS). These convert the sulfate presente in the water, together with a carbon source (electron donor), producing H2S which is used for the precipitation of insoluble metals sulfides, in addition, naturally increase the pH to around neutral due to production . The reactor used in this work was a UASB (upflow anaerobic sludge blanket) with total capacity of 10 liters and was set up with 4.5 liters of liquid volume and 4.5 liters of granular biomass from a methanogenic reactor. Ethanol was used as a unique source of carbon and energy in the ratio COD/SO42- used of 1.0. The evaluation parameters of reactor operation were the volumetric sulfate loading (VSL), hydraulic retention time (HRT) and metals addition. The results indicate an increased mean removal sulfate of (48±13) % to (77±8) % when the HRT was changed to 16 h and CVS increased to 0,75 g l-1 d-1. By reducing the HRT to 12 h (VSL 3,00 g l-1 d-1), the sulfate removal reached (80±9) %. The removal of metals whose concentrations were 100 mg l-1 Fe2+, 20 mg l-1 Zn2+ and 5 mg l-1 Cu2+, were above 96% in all conditions evaluated. In 533 days of operation, the effluent pH was between (6.3±0.6), and the COD removal was (85±8) %. The analysis of the kinetic parameters sulfate removal proved quite satisfactory with a value of kap (2.8±0.6) h-1 for the HRT of 16h and VSL of 0,75 g l-1 d-1 with addition of Fe, Zn and Cu, and the best was (1622.0±267.8) mg l-1 h-1 when sulfate load was 1500 mg l-1 and HRT of 16 h with Fe, Zn and Cu added simultaneously.

A procura por soluções que levem à remoção de sulfato em águas de drenagem ácida de mina (DAM) utilizando reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais (ASBR) é uma necessidade que demanda pesquisa e desenvolvimento. A atividade mineradora, embora extremamente necessária, apresenta um viés fortemente negativo, decorrente da elevada quantidade de rejeito gerado no seu processo. O problema é potencializado quando o minério tratado é sulfetado e o seu rejeito, em contato com oxigênio e água, acarreta a formação de uma água residuária denominada drenagem ácida de mina (DAM), caracterizada por elevada acidez (baixo pH) e presença de metais e sulfato dissolvidos. Este processo é acelerado por bactérias existentes no próprio ambiente. Neste trabalho foi utilizada técnica de biorremediação para o tratamento da DAM na qual as bactérias redutoras de sulfato (BRS) através de seu metabolismo dissimilatório geram alcalinidade, aumentando o pH do meio, removem sulfato e precipitam metais existentes na solução através do sulfeto gerado no processo. Utilizou-se reator ASBR, operando com relação entre a demanda química de oxigênio (DQO) e SO42- igual a 1,0 e usando etanol como fonte de carbono e doador de elétrons. Ao longo de mais de 200 dias de operação do reator ASBR, foi avaliada sua adaptação bem como a operação com concentração inicial de 1,0 e 1,5 g.L-1 e adição de Fe2+, Zn2+ e Cu2+, com ciclos de operação de 24 e 48 horas. O pH inicial foi mantido em 4,0 ao longo de toda a operação. As faixas de variação dos valores médios obtidos para os parâmetros analisados foram as seguintes: pH saída – 6,5 a 7,4; remoção SO42- - 43 a 65 %; remoção de DQO – 66 a 90 %; concentração sulfeto – 3,7 a 56,6 mg.L-1 e as remoções de Fe2+, Zn2+ e Cu2+ acima de 99 %. / The search for solutions to achieve sulfate removal from acid mine drainage (AMD) using anaerobic stirred batch reactor (ASBR) demands research and development. The mining industry, although extremely necessary to the human development, has a strongly negative characteristic due to the high quantity of residues generated in its process. The problem is emphasized when the processed ore is sulfide base and its residue, in contact with oxygen and water, produces a wastewater named acid mine drainage (AMD), characterized by high acidity (low pH) and the presence of dissolved heavy metals and sulfate. This process is catalyzed by bacteria existing in the environment. In this work was used a bioremediation technology to treat the AMD where the sulfate reducing bacteria (SRB) through their own dissimilatory metabolism are able to generate alkalinity, increasing the environmental pH, remove sulfate and settle existing metals in the solution due to the reaction with the sulfide generated in the process. In this work was used an ASBR operating with COD/SO42- ratio equal to 1.0 and using ethanol as source of carbon and electron donor. Along more than 200 days of the ASBR operation, aspects such as adaptation and operation adding Fe2+, Zn2+ and Cu2+ were evaluated operating with cycles of 24 and 48 hours. The initial pH was kept around 4.0 along all the experiment. The average value ranges achieved were: pH effluent – 6.5 to 7.4; SO42- removal - 43 to 65 %; DQO removal – 66 to 90%; sulfide concentration – 3.7 to 56.6 mg.L-1 and removal of Fe2+, Zn2+ and Cu2+ were higher than 99 %.

O presente trabalho consistiu em avaliar diferentes estratégias de operação de um reator UASB no tratamento de drenagem ácida de mina - DAM sintética. Foram testados dois reatores idênticos, sendo a operação deles diferenciada pela fonte de carbono, sendo etanol – RE e lactato – RL. As variações realizadas foram no pH afluente, alterando de 3,0 (fase I), para 3,5 (fase II) e 4,0 (fase III) e na relação DQO/Sulfato, sendo 2,0 nas três fases inicias e reduzida por meio da DQO para 1,5 (fase IV) e 0,8 (fase V). Para RE a variação de pH não ocasionou variações significativas, sendo os valores médios das fases I, II e III: pH efluente 5,03, remoções de DQO 34% e de sulfato 88%, produções de sulfeto 122 mg/L, de alcalinidade 101 mg/L, ácido acético 127,7 mg/L e de H2S 1,5 mmol/L. Já a redução de DQO causou uma menor atividade das BRS em RE, sendo que a remoção média de sulfato foi de 87% (fase III) para 58% (fase V), produção de sulfeto de 119 para 55 mg/L, de alcalinidade 105 para 38 mg/L, de ácido acético de 116 para 73 mg/L e H2S de 1,2 E-03 para 4,1 E-04 mol/L. A remoção de DQO, no entanto, apresentou um aumento de 29 para 48%, indicando que o consumo de etanol passou a ser realizado por um outro grupo que não as BRS. Como o sistema era tamponado pelo ácido acético, não houve variações significativas no pH efluente nas ultimas fases. Para RL as alterações tiveram efeito positivo ou indiferente estatisticamente, sendo que na fase I não havia atividade das BRS devido a prevalência da forma de ácido lático em pH muito ácido. As alterações para as demais fases (II, III, IV e V), tiveram, respectivamente, as seguintes respostas médias: pH: 4,6, 6,44, 7,15 e 7,66; remoção de DQO: 19, 33, 46 e 54%; remoção de sulfato: 58, 70, 90 e 84%; produção de sulfeto: 67, 87, 127 e 124 ug/L; produção de alcalinidade: 101, 266, 287 e 225 mg/L; ácido acético: 55,7, 129,8,137,7 e 34,1 mg/L. As concentrações de H2S sofrem influência do pH na determinação em sua fase de concentração, sendo medidas: 9,0E-04, 6,7E-03, 9,2E-04 e 8,9E-04, sendo que o “pulso”verificado na fase III foi devido ao pH. / This work consisted in an evaluation of an UASB reactor treating synthetic acid mine drainage by different operation strategies. Two identical reactors were tested, wherein their operation were differentiated by the carbon source, using ethanol – RE and lactate – RL. The variations were: affluent pH, varying from 3.0 (phase I), to 3.5 (phase II) and 4.0 (phase III) and in the COD/Sulfate ratio, being 2.0 in the three initials phases and reduced by COD variation to 1.5 (phase IV) and 0.8 (phase V). For RE pH changes didn’t cause big variations, wherein the average values of phases I, II and III are: effluent pH 5.03, COD removal 34%, sulfate removal 88%, production of sulfide 122 mg/L, alkalinity 101 mg/L, acetic acid 127.7 mg/L and H2S 1.5 E-03 mol/L. The COD reduction caused a lower SRB activity in RE, which average removal went from 87% (phase III) to 58% (phase V), production of sulfide from 119 to 55 mg/L, alkalinity from 105 to 38 mg/L, acetic acid from 116 to 73 mg/L and H2S from 1.2 E-03 to 4.1 E-04 mol/L. The COD removal, however, present a increase from 29 to 48%, indicating that another group, other than SRB, started to consumption ethanol. There was no significant variation of effluent pH on last phases because the system was buffered by acetic acid. For RL the modifications had a positive or neutral, statistically speaking, impact, since on phase I there was no SRB activity due prevalence of the lactic acid in very acid pH. The modifications to the other phases (II, III, IV and V), had, respectively, the following averages results: pH: 4.6, 6.44, 7.15 and 7.66; COD removal: 19, 33, 46 and 54%; sulfate removal: 58, 70, 90 and 84%; sulfide: 67, 87, 127 and 124 ug/L; alkalinity: 101, 266, 287 e 225 mg/L; acetic acid: 55.7, 129.8, 127.7 and 34.1 mg/L. The H2S concentrations are influenced by pH on the concentration form phase, being: 9.0 E-04, 6.7 E-03 and 8.9 E-04, in which the “pulse” observed in phase III was due to pH. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

A atividade minerária, além de influenciar de maneira positiva no desenvolvimento econômico e social do país, apresenta um dos principais passivos ambientais: as águas residuárias ricas em sulfato. Mais conhecidas como Drenagem Ácida de Minas, DAM, essas águas residuárias são oriundas na maioria das vezes, da mineração de carvão e metais pesados, onde os minerais de sulfetos são oxidados de maneira natural a sulfato tendo como principais características o baixo pH e elevadas concentrações de metais. Diversos são os tratamentos para a DAM, sendo eles físico-químicos e biológicos. Os métodos físico-químicos consistem na neutralização e precipitação dos metais pesados, apresentando elevado custo operacional. Já os métodos biológicos são uma excelente alternativa para o tratamento e remediação da DAM, pois através de reatores anaeróbios, promovem a redução do sulfato e a recuperação dos metais. Nesse estudo, foi utilizado um reator anaeróbio horizontal de leito fixo, RAHLF, para a biorremediação da DAM sintética, tendo seu interior preenchido com espuma de poliuretano para imobilização da biomassa e o etanol como fonte de carbono, relação entre a Demanda Química de Oxigênio e Sulfato, DQO/SO42- de 1 e Tempo de Detenção Hidráulica, TDH, de 24 e 36 horas. Ao longo do experimento variou-se as condições da alimentação, com relação a concentração de DQO e SO42-, TDH, bem como adição de metais. As análises de pH, SO42-, sulfeto, DQO e metais, foram muito satisfatórias em relação ao desempenho do reator para todas as fases de operação. Aumentando-se o TDH de 24 para 36 horas, observou-se que os valores na eficiência de remoção, foram significativos quando comparados com as fases anteriores. Dessa maneira, o estudo mostrou-se eficiente para o tratamento da DAM sintética em um RAHLF, alcançando elevados valores de remoção. / The mining activity, beyond positively influence the economic and social development of the country presents a major environmental liabilities: wastewater rich in sulfate. Better known as Acid Mine Drainage, AMD, these wastewaters are from most of the time, mining of coal and heavy metals where the mineral sulfides are oxidized naturally sulphate and the main features low pH and high concentrations metals. There are several treatments for AMD, being physical, chemical and biological. Physicochemical methods consist of neutralization and precipitation of heavy metals, with high operating costs. Already biological methods are an excellent alternative for the treatment and remediation of AMD, because through anaerobic reactors, promote the reduction of sulfate and the recovery of metals. In this study, a horizontal anaerobic fixed bed reactor was used, HABR, for the bioremediation of synthetic AMD, having its interior filled with polyurethane foam for immobilization of biomass and ethanol as carbon source, relationship between the chemical oxygen demand, and sulfate, COD/SO42- and hydraulic retention time, TDH, 24 and 36 hours. Throughout this experiment was varied conditions with respect to concentration of COD and SO42-, HRT and filler metals. The pH, SO42-, sulfide, COD and metals, were very satisfactory in relation to the reactor performance for all operating phases. Increasing the HRT of 24 to 36 hours, it was observed that the removal efficiency values were significant compared with the previous stages. Thus, the study demonstrated its effectiveness for treating AMD in a synthetic HABR, achieving high removal values.