Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre. / Estudou-se a adsorção dos íons de ferro e manganês presentes em drenagem ácida de mineração (DAM) no Sul Catarinense, utilizando-se zeólitas do tipo 4A. As zeólitas foram obtidas a partir de um caulim comercial passando por uma reação hidrotermal. Para a realização dos estudos cinéticos foram coletadas amostras de DAM na mina A na cidade de Criciúma no estado de Santa Catarina. A remoção dos metais foi investigada variando a massa de zeólita e o tempo, com volume de DAM de 1,2 L, com concentração inicial de ferro e manganês de 100,49 mg/L e 4,54 mg/L. As massas de zeólita utilizadas foram de 5, 10, 15, 20 e 30 g. A concentração final dos íons de metais pesados na fase aquosa foi determinada usando Espectroscopia de Absorção Atômica. Os testes de absorção atômica ocorreram nos intervalos de tempo de: 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 180, 360, 720 e 1440 min. O tempo de contato ideal para a remoção do ferro e do manganês foi de 60 min para as massas de 15, 20 e 30 g de zeólita. A análise dos resultados cinéticos evidencia que a zeólita 4A é eficiente na adsorção dos íons de ferro e manganês presentes na DAM. A modelagem que melhor descreve o comportamento da adsorção com relação aos metais estudados são as curvas de Langmuir. / In this work, it was studied the adsorption of iron and manganese present in acid mining drainage (AMD) in Southern of Santa Catarina, using type 4A - zeolite. The zeolites were obtained from a commercial kaolin through a hydrothermal reaction. To perform the kinetic studies, samples of DAM in the mine in the town of Criciúma in the state of Santa Catarina. The removal of metals was investigated by varying the mass of zeolite and time with a volume of 1.2 L of AMD, and initial concentration of iron and manganese 100.49 mg/L and 4.54 mg/L, respectively. The used zeolite masses were 5, 10, 15, 20 and 30 g. The final concentration of heavy metal ions in the aqueous phase was determined by atomic absorption spectroscopy. The tests occurred in atomic absorption times of 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70,180, 360, 720 and 1440 min. The optimum contact time for removing iron and manganese was 60 min to the zeolite masses 15, 20 and 30 g. The results showed that the kinetic Type 4A - zeolite is efficient in adsorption of iron and manganese, present in AMD. The model that best describes the behavior of adsorption with respect to the metals studied was Langmuir curves.

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, para obtenção do título de Doutora em Ciências da Saúde. / In Brazil, coalmine exploration is concentrated in the southern states of Santa Catarina and Rio Grande do Sul. Mechanization of coal mining began around 1940, and since then, it has caused physical, chemical and biological changes in ecosystems. The use of these areas for grazing and for growing food, including home gardens should be made with caution, because the deleterious effects on human health caused by the presence of toxic elements in the substrate and its consequent biomagnification have not been properly assessed. Many elements present in coal byproducts as well as coal tailings are rich in potentially toxic and genotoxic metals, which ultimately lead to profound changes in cells, tissues, populations, and ecosystems. The aim of this study was to assess the damage to biomolecules of mice subjected to eating vegetables cultivated in an experimental garden located in a coal-mining recovery area, which will allow for an indirect analysis of the risks to human health. The research included the following vegetables: Lactuca sativa (lettuce), Beta vulgaris (beetroot), Brassica oleracea L. var. Italica Plenck (broccoli), and Brassica oleracea L. var. Acephala D.C. (cabbage). Adult male Swiss mice were used for this study. The mice were administered with concentrated juice of the vegetable leaves by gavage. The animals were divided into 15 groups and subjected to two different treatments: Acute treatment (9 groups): a single-dose administration of vegetable juice and control with blood collections at 3h, 6h and 24h. Long-term treatment (6 groups): continuous administration of vegetable juice for 30 days, and control with blood collections after 2, 5, 10, and 30 days. Mice submitted to the different treatments had their liver analyzed using Pixe, cortex, liver, and bone marrow for DNA damage analysis. The results of soil analysis showed significantly higher levels of Mg, P, S, Ca, and Zn derived from the coal-mining recovery area when compared to organic soil. Analysis of the vegetable leaves (lettuce, beetroot, broccoli and cabbage) revealed that the levels of Mg, Si, P, S, K, Ca, Fe, Cu and Zn, were significantly higher in the mining area than in the organic soil. The liver of animals exposed to acute treatment showed increased levels of Mg, Si, S and Ca, in the group that ingested the vegetable juice from the mining area than their counterparts. The liver of animals with long-term exposure to lettuce and cabbage juice from the mining area showed increased levels of Si, P, K, Fe, Cu, and Zn when compared to those fed with vegetables grown in organic soil. Increased levels of thiobarbituric acid were observed in the liver of mice that had a long-term administration juice of lettuce and cabbage grown in organic soil. Acute and long-term administration of vegetable juice cultivated in the mining area resulted in DNA damage in blood cells, cortex and liver of the animals. The results of our study allowed us to conclude that the consumption of vegetables grown in mining areas has a genotoxic potential, which can generate a considerable risk to human health. / No Brasil, a exploração e o processamento do carvão estão concentrados nos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul. A lavra mecanizada do carvão teve início por volta de 1940 e desde então tem provocado alterações físicas, químicas e biológicas nos ecossistemas. A utilização destas áreas como pastagens e para o cultivo de alimentos, inclusive hortas domésticas, deve ser feita com cautela, pois os efeitos deletérios à saúde humana, causados pela presença de elementos tóxicos no substrato, e sua consequente biomagnificação ainda não foram devidamente avaliados. Muitos elementos presentes no rejeito do carvão são ricos em metais potencialmente tóxicos e genotóxicos, o que acaba por levar a mudanças profundas nas células, tecidos, populações e ecossistemas. O estudo objetivou avaliar os danos a biomoléculas de camundongos submetidos à ingestão de hortaliças cultivadas em horta experimental, construída numa área de mineração, analisando de forma indireta os riscos à saúde humana. A pesquisa contemplou as seguintes hortaliças: Lactuca sativa - alface, Beta vulgaris - beterraba, Brassica oleracea L. var. Italica Plenck - brócolis e Brassica oleracea L. var. Acephala D.C.- couve. Utilizou-se para este estudo camundongos Swiss adultos machos, e a exposição dos animais às hortaliças aconteceu por meio de gavagem do suco das folhas. Os animais foram divididos em 15 grupos com dois tratamentos diferentes: Tratamento agudo (09 grupos): uma única administração dos sucos das hortaliças e controle com coletas de sangue em 3h, 6h e 24h. Tratamento crônico (06 grupos): administração contínua por 30 dias dos sucos das hortaliças, e controle com coleta de sangue em 2, 5, 10 e 30 dias. Nos dois tratamentos foram analisados elementos químicos no fígado utilizando Pixe, e também foi coletado células sanguíneas, córtex, fígado e medula óssea para análise de Dano em DNA. Os resultados da análise do solo mostraram níveis significativamente superiores de Mg, P, S, Ca e Zn no solo oriundo da área de mineração quando comparado ao solo orgânico. Nas folhas das hortaliças (alface, beterraba, brócolis e couve) obtivemos níveis significativamente diferentes de Mg, Si, P, S, K, Ca, Fe, Cu, Zn, entre o solo orgânico e o oriundo da área minerada. O fígado dos animais expostos ao tratamento agudo apresentou níveis de Mg, Si, S e Ca, aumentado no grupo que ingeriu o suco de hortaliças proveniente do solo da mina. Na exposição crônica ao suco de alface e couve foram encontrados níveis de Si, P, K, Fe, Cu e Zn aumentados no fígado dos animais que ingeriram suco de hortaliças oriundas do solo da mina quando comparado ao grupo orgânico. O tratamento agudo e crônico de camundongos com suco de hortaliças cultivadas em área da mineração resultou em danos no DNA, nas células sanguíneas, córtex e fígado. Através dos nossos resultados podemos concluir que o consumo de hortaliças cultivadas sobre área de minerada apresenta potencial genotóxico, podendo gerar um risco considerável à saúde humana.

A drenagem ácida proveniente de atividades mineiras ocorre em diferentes áreas da Bacia Carbonífera de Santa Catarina. As atividades de mineração de carvão deixaram um legado de mais de 6.700 ha de áreas afetadas em superfície, 15.000 ha de áreas de mineração subterrânea, mais de 800 aberturas de mina e 2.000 km de rios contaminados, que são distribuídos em três bacias hidrográficas. Acidificação do meio ambiente, perda de capacidade de uso do solo e toxicidade ao meio foram os impactos evidenciados e constatados em todas as áreas como sendo os principais riscos ambientais em áreas de passivo pela mineração de carvão. Para identificar quais são as áreas críticas em relação aos impactos identificados, foi definida uma equação de susceptibilidade aos riscos potenciais aplicando-se a metodologia AHP - Analytic Hierarchy Process de acordo com a hierarquia dos indicadores ambientais das áreas, obtendo matrizes cruzadas, com as quais as equações de susceptibilidade foram elaboradas. Os pesos de acordo com as caracteristicas dos resultados serviram para reclassificar os indicadores ambientais e assim a aplicação das equações. Após obtenção da equação e sua aplicação os resultados apontaram que as nove áreas estudadas estão enquadradas em alta e crítica suscetibilidade a risco, logo a metodologia AHP serve para a administração dos riscos em área de passivo ambiental, servindo para avaliação de risco e outras informações para determinar as opções e tomar decisões sobre como reduzir e eliminar riscos. Desta forma, a aplicação do AHP incorpora uma metodologia consistente no processo de escolha de áreas prioritárias para a recuperação ambiental. / Acid drainage from mining activities occurs in different areas of the Santa Catarina Carboniferous Basin. Coal mining activities have left a legacy of more than 6,700 ha of affected surface areas, 15,000 ha of underground mining areas, more than 800 mine openings and 2,000 km of contaminated rivers, which are distributed in three river basins. Acidification of the environment, loss of land use capacity and toxicity to the environment were the evidenced and verified impacts in all areas as the main environmental risks in areas of liabilities for coal mining. In order to identify the critical areas in relation to the identified impacts, a potential risk susceptibility equation was defined by applying the AHP - Analytic Hierarchy Process according to the hierarchy of the environmental indicators of the areas, obtaining cross-matrices, with which the susceptibility equations were elaborated. The weights according to the characteristics of the results served to reclassify the environmental indicators and thus the application of the equations. After obtaining the equation and its application the results indicated that the nine areas studied are framed in high and critical susceptibility to risk, so the AHP methodology is used to manage the risks in the area of environmental liabilities, serving for risk assessment and other information for determine options and make decisions about how to reduce and eliminate risks. In this way, the application of the AHP incorporates a consistent methodology in the process of choosing priority areas for environmental recovery.

Na região sul do Brasil existe enormes reservas de carvão, bem mineral que exerce um papel fundamental na segurança energética do país. O setor carbonífero tem buscado progredir em relação ao seu comprometimento com o meio ambiente, reduzindo os impactos das atividades de lavra e beneficiamento. Entretanto, pouca atenção vem sendo dada às oportunidades existentes em relação ao aproveitamento dos rejeitos gerados. Estima-se que, na mineração de carvão em Santa Catarina, 60 a 70% do minério ROM beneficiado são descartados em módulos de rejeitos como um material sem valor comercial. O resultado é o comprometimento de áreas e a geração da drenagem ácida de minas (DAM), efluente que precisa ser tratado. Assim, a presente tese teve como objetivo avaliar técnicas e alternativas tecnológicas visando o aproveitamento integral ou parcial dos resíduos gerados na mineração de carvão. Estudos de caracterização de um típico módulo de rejeitos, bem como dos materiais que são dispostos no módulo de rejeitos, foram realizados. Avaliaram-se processos de beneficiamento gravimétrico para a separação do rejeito em três produtos: (i) uma fração contendo matéria carbonosa; (ii) uma fração de materiais inertes com baixo teor de enxofre; e (ii) um concentrado de pirita. Para a caracterização tecnológica dos materiais foram realizados ensaios de classificação de tamanho de partícula, ensaios de afunda-flutua, análise imediata, análise elementar bem como estudos petrográficos e mineralógicos. Análises ambientais também foram conduzidas, os quais seguiram os procedimentos da NBR 10.004, métodos estáticos de contabilização de ácidos e bases e testes cinéticos de predição da geração de acidez. Os resultados obtidos mostraram que, através do comprometimento das partes interessadas e de uma abordagem sistêmica e integrada do beneficiamento, é possível recuperar material energético e pirita; reduzindo ou eliminando a massa de rejeitos disposta. Também é possível minimizar os danos ambientais e os custos relacionados com a geração de DAM. A presente proposta vem ao encontro de novos conceitos na mineração, como a “produção mais limpa” e a busca de “rejeito zero”. / Coal plays a key role in the Brazil energy security and in southern Brazil there are extensive reserves of this mineral. The coal industry has been engaged in relation to its commitment to the environment by reducing the impacts on mining and processing activities. However, very little emphasis has been placed on opportunities related to use or recycling of downstream waste. It is estimated that approximately 60 to 70% of the run-of-mine (ROM) coal extracted from underground mines in the coal Basin of Santa Catarina, Brazil, is discarded as waste in dump deposits. These waste discards contain sulphide minerals, particularly pyrite, which oxidize and give rise to acid mine drainage (AMD) with the well known environmental impacts and economic costs. Thus, this thesis aimed to evaluate alternative technologies and techniques focused on a full recovery of downstream wastes generated in coal mining activities. Characterization of a typical coal dump deposit was performed. Gravimetric beneficiation was carried out for the separation of waste into three products: (i) a fraction containing carbonaceous rocks; (ii) a fraction of inert materials with low sulfur content; and (iii) a pyrite concentrate. Technological characterization was conducted in terms of particle size distribution, sink-and-float tests, proximate and ultimate analysis, petrographic and mineralogical studies. Environmental analysis were conducted by NRB 10004 (waste classification) and static and kinetic acid prediction methods. The results obtained demonstrate that by the involvement of stakeholders and by a systemic and integrated approach to processing, it is possible to recover energetic material and pyrite; reducing or eliminating dump deposits. It can also minimize environmental damage and costs associated with the generation of DAM. This approach is in line with the new concepts in mining, such as "cleaner production" and the searching for a "zero waste mining".

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Clistenes_Antonio_ Guadagnin.pdf: 3737271 bytes, checksum: 5e2194ab22da6167c91bffa9afe9a538 (MD5) Previous issue date: 2002-12-13 / The knowledgement of the water infiltration capacity and its relation to soil physical properties is of utmost importance to evaluate the soil degradation in mining areas and to propose alternatives to minimize its effects and keep a good soil and water quality. In order to extract the coal, thick layers of soil and rocks are removed, bringing a series of visual, topographic and physiographic disturbances. The reclamation of these areas, usually made with very large and heavy equipment, involves the replacement of the layers previously removed, composed of different geological materials, and the covering with a layer of topsoil, removed from pre-mined areas. This composes a man constructed soil (minesoil), which normally presents characteristics that are very different from the original soil, that makes the revegetation difficult, favoring, consequently, its degradation. In order to evaluate the variation of the water infiltration rate two different types of minesoils (SC1 and SC2) were selected and compared to a native soil located nearby, classified as an alfisol. The water infiltration rate was Evaluated along 117 m transect at 3.0 m intervals, during an average 7,5 h period, until constant measurement, using PVC cylinders with 0.1425 m internal xii diameter and 0.25 m height, inserted 0.05 m into the soil. The measurements were done using a graduated ruler fixed in the internal walls of the cylinder interior after the establishment of a hydraulic head of 0.09 m, maintained constant along the time. After the analysis of the results it was concluded that: (a) the minesoils water infiltration rate is low to medium and higher than the reference native soil, which is very low; (b) the variation of the water infiltration rate along the transect in the minesoils is very high, with extreme values ranging from very low to very high in the recently reclaimed soil (SC1) and from low to high in the older minesoil (SC2), while the variation in the native soil is lower and more homogeneous; (c) the low macroporosity did not allow to establish a direct relation between its magnitude and the water infiltration rate; (d) the spatial variability parameters of the water infiltration rate indicate a week spatial dependence, with a trend of the minesoils showing a periodic fluctuation of the semivariance values along the transect. / O conhecimento da capacidade de infiltração de água e sua relação com atributos físicos é de fundamental importância para avaliar a degradação física do solo existente nas áreas de mineração e proporcionar alternativas para minimizar seus efeitos visando recuperar a qualidade do solo e da água. Para a extração de carvão mineral a céu aberto são removidas espessas camadas de solo e rochas, o que acarreta uma série de perturbações visuais, fisiográficas e topográficas. A recomposição dessas áreas, normalmente executada com máquinas de grande porte, envolve a recolocação das camadas anteriormente removidas, constituídas de diferentes materiais geológicos, e sobre estes é colocada uma camada denominada de terra vegetal , constituída do horizonte superficial do solo proveniente de áreas pré-mineradas. Esta composição é chamada de solo construído , apresentando normalmente características muito diferenciadas das do solo original, o que dificulta a revegetação, favorecendo, conseqüentemente, a sua degradação. Para avaliar a variação da taxa de infiltração de água foram selecionados dois tipos de solos contruídos .... x (SC1 e SC2), respectivamente com 2 e 6 anos de idade de construção, e um solo natural (SN), localizado próximo aos solos construídos, classificado como Argissolo Vermelho Eutrófico típico. Este trabalho foi realizado na área de mineração de carvão de Candiota-RS, pertencente à Companhia Riograndense de Mineração-CRM. A taxa de infiltração foi avaliada ao longo de uma transeção de 117 m a cada 3,0 m de distância, durante um período médio de 7,5 h, até leitura constante, utilizando cilindros de PVC com diâmetro interno de 0,1425 m e altura de 0,25 m, introduzido 0,05 m no solo. As leituras foram realizadas utilizando uma régua graduada afixada no interior do cilindro após se estabelecer uma carga hidráulica de 0,09 m, mantida aproximadamente constrante ao longo do tempo. Após análise dos resultados concluiu-se que: (a) a taxa básica de infiltração de água nos solos construídos é baixa a média e superior a do solo natural utilizado como referência, que é muito baixa; (b) a variação da taxa básica de infiltração de água ao longo da transeção nos solos construídos é muito alta, com valores extremos variando de muito baixo a muito alto no solo mais recente (SC1) e de baixo a alto no solo mais antigo (SC2); enquanto que a do solo natural é menor e mais homogênea; (c) a baixa macroporosidade não permitiu estabelecer uma relação direta entre sua magnitude e a taxa de infiltração; (d) os parâmetros de variabilidade espacial da taxa de infiltração de água indicam uma fraca dependência espacial, com uma tendência dos solos construídos mostrarem uma flutuação periódica da semivariância ao longo da transeção.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais. / The development of studies and projects for the recovery or restoration of aquatic environments is of fundamental importance to understanding the mechanisms of diffusion of pollutants such as toxic metals, providing the identification of sources of pollution and the degree of extension of these pollutants. This work aimed to evaluate the role of aquatic sediments in the diffusion of heavy metals originating from Acid Mine Drainage Coal (DAM) and propose techniques for treatment and disposal of the material extracted in the process of environmental recovery in the estuary of the River Basin Urussanga river, located in the southeast of the State of Santa Catarina. The option of studying Urussanga River Basin, is justified by the fact that , among other basins coalfield , the least studied and to be inserted between one of the most critical regions of Brazil. This aquatic ecosystem receives many effluents generated by Acid Mine Drainage (DAM) and this causes it to become an environment with high concentrations of heavy metals in water and sediment. The study of the mechanisms of diffusion and the results related to contamination of the basin provided select appropriate techniques for management of contaminated sediment, these techniques ranging from dredging, treatment to final disposal of this material. Thus, the provision of safe and adequate sediment after removal and treatment constitutes an important factor to be best solved dredging projects in water resources, environmental restoration or recovery of aquatic ecosystems . / No desenvolvimento de estudos e projetos voltados para a recuperação ou restauração de ambientes aquáticos, é de fundamental importância a compreensão dos mecanismos de difusão de poluentes, tais como os metais tóxicos, proporcionando a identificação de fontes pontuais de poluição e o grau de extensão desses poluentes. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar o papel dos sedimentos aquáticos na difusão de metais pesados oriundos da Drenagem Ácida de Mina de Carvão Mineral (DAM) e propor técnicas de tratamento e disposição do material extraído em processos de recuperação ambiental no estuário da Bacia Hidrográfica do Rio Urussanga, localizada no sudeste do Estado de Santa Catarina. A opção de estudar a Bacia Hidrográfica do Rio Urussanga, se justifica pelo fato de ser, dentre as demais bacias da região carbonífera, a menos estudada e por estar inserida entre umas das regiões mais críticas do Brasil. Este ecossistema aquático recebe muitos efluentes gerados pela Drenagem Ácida de Mina (DAM) e isto faz com que se torne um ambiente com elevadas concentrações de metais pesados na água e no sedimento. O estudo dos mecanismos de difusão e os resultados relacionados à contaminação da bacia proporcionaram selecionar técnicas adequadas de gerenciamento do sedimento contaminado, técnicas essas que vão desde a dragagem, o tratamento até a disposição final deste material. Desta forma, a disposição segura e adequada de sedimentos após sua remoção e tratamento constitui-se um importante fator a ser melhor equacionado em projetos de dragagem de recursos hídricos, recuperação ou restauração ambiental de ecossistemas aquáticos.