Muitos locais de mineração de carvão estão próximos a centros urbanos, coexistindo, nestas regiões, a drenagem ácida de minas (DAM) e os esgotos domésticos, sendo que, ambos os efluentes afetam a qualidade da água dos corpos receptores se ali lançados sem o devido tratamento. A drenagem ácida de minas afeta a qualidade da água baixando o pH, aumentando a acidez e acrescendo quantidades indesejáveis de ferro, manganês, alumínio, sulfatos e outros metais enquanto que o esgoto doméstico caracteriza-se pela presença de alcalinidade, matéria orgânica e microrganismos potencialmente patogênicos. Estudos anteriores demonstraram que a DAM pode ser utilizada como agente coagulante no tratamento físico-químico dos esgotos e, baseado nisto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o tratamento combinado da DAM com o esgoto doméstico de modo que também ocorra a redução dos metais e acidez presentes na DAM. O processo baseia-se no fato de que a alcalinidade do esgoto pode, pelo menos em parte, neutralizar a acidez da DAM, proporcionando uma economia no consumo de reagentes para a correção do pH. Com a elevação do pH, o ferro e o alumínio presentes na DAM sofrem hidrólise e coagulam na forma de hidróxidos dos referidos metais, separando-se da fase líquida na forma de um precipitado gelatinoso que carrea consigo os sólidos suspensos presentes no esgoto constituídos, principalmente, de matéria orgânica e microrganismos patogênicos, fósforo e nitrogênio. Assim, a metodologia do presente trabalho consistiu em realizar o tratamento em laboratório de ambos os efluentes considerando diferentes proporções de mistura. Nas condições empregadas no presente trabalho, obteve-se um efeito coagulante ótimo, em pH próximo a 7,0, para a proporção DAM:esgoto de 1:2, correspondendo a concentrações de Fe e Al acima de 80 mg/L na mistura. Para estas condições a redução de carga orgânica, nutrientes, metais e microrganismos foi elevada. A remoção de carga orgânica em termos de DQO foi 67%, a redução de nitrogênio foi de 40%, a redução de fósforo foi de 90% e a remoção de bactérias do grupo coliforme comparável aos processos convencionais de tratamento de esgoto sanitário. Dos metais presentes na DAM, o Fe e Al sofreram reduções de 99% e o Zn de 95%. O Mn, reduziu apenas 13 % na faixa de pH 7,0 utilizada no trabalho, sendo necessário tratamento adicional para atingir os limites de emissão previstos em legislação.A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que a mistura dos fluxos é uma alternativa para o tratamento combinado dos efluentes DAM e esgoto doméstico, onde coexistam em proporções e características físico-químicas definidas neste trabalho. / Many coal mining places are close to inhabited concentrations, where there are the acid mine drainage (AMD) and domestic sewage and both effluent affect the quality of water bodies if released without proper treatment. The AMD affects water´s quality decreasing pH, increasing acidity and the concentration of undesirable metals such as iron, manganese, aluminum, sulphates and other metals while the domestic sewage is characterized by the presence of alkalinity, organic matter and microorganisms, with possible presence of pathogenic. Previous studies have shown that the AMD can be used as an coagulant agent on physico-chemical treatment of sewage and, based on this, the aim of this work was to study the combined treatment of AMD and domestic sewage so that also occur metals and acidity reduction present in the AMD. The process is based on the fact that the sewage´s alkalinity could neutralize part of the AMD acidity, providing an economy in reagents for pH correction. At the same time, the pH increasing provides that the iron and aluminium present in the AMD, became hydrolyzed in the form of hydroxides of these metals, and provide a coagulation effect separating themselves from the liquid phase like as gelatinous precipitate which carry on suspended solids present in domestic sewage constituted mainly of pathogenic micro-organisms and organic matter, nitrogen and phosphorus. Thus, the methodology of the present work consisted of laboratory experiments considering different proportions of mixtures. Over the conditions employed in this work, the best coagulant effect was obtained with pH value around 7,0 and effluent proportion of 1:2 (DAM:sewage) corresponding to concentrations of Fe and Al above 80 mg/L in the mixture. For these conditions the organic load reduction, nutrients, metals and microorganisms was high. Removal of organic load in terms of COD was 67%, the reduction of nitrogen was 40%, phosphorus was 90% and the removal of bacteria of coliform bacteria group comparable to conventional processes for the treatment of sewage. The metals present in the AMD also was removed; the Fe and Al cut of 99% each and the Zn cut of 95%. The Mn, reduced only 13% in the range of pH 7.0 used at work, and additional treatment is needed to achieve the emission limits laid down in legislation for this metal. It was concluded that the combined treatment of AMD and sewage can be an alternative to reduce the pollutants load in sanitary effluents. From the results obtained, it can be concluded that the mixture flows is an alternative to the combined treatment of domestic sewage and DAM effluents, where they could coexist in the proportions and physico-chemical properties defined in this work.

A Drenagem ácida de minas (DAM), do ponto de vista ecológico, influencia os ambientes aquáticos provocando condições de stress para a maioria dos organismos. O baixo valor de pH (geralmente < 3,0), altas quantidades de sulfatos e íons metálicos dissolvidos diminuem a diversidade biológica. Esses locais podem ser caracterizados como ecossistemas simples, dominados por organismos acidofílicos e ácido tolerantes. Assim, o objetivo do presente trabalho foi identificar as comunidades de algas encontradas em ecossistemas impactados pela DAM na região carbonífera do Estado de Santa Catarina, Brasil. Observou-se 12 córregos, dois quais 6 com presença de algas e 6 com ausência de algas. As amostragens foram realizadas em julho/2009, outubro/2009, dezembro/2009 e abril/2010, de forma a abranger as quatro estações do ano. Verificouse que os ambientes aquáticos atingidos pela DAM abrigam pouca diversidade de espécies. A comunidade de algas foi representada por 5 táxons e a identificação realizou-se somente até o nível de gênero. Os gêneros encontrados foram: Microspora, Mougeotia, Eunotia, Frustulia e Euglena. Os gêneros de maior distribuição foram a Microspora, estando presente em 6 locais de amostragem e o gênero Eunotia, presente em 4 locais de amostragem. O gênero em maior abundância e quantidade de biomassa foi a Microspora. O crescimento das algas foi dependente de vários fatores, entre os quais características químicas da água e o período de amostrado. Observou-se que as algas acidofílicas cresceram em corpos d´água na faixa de pH entre 3,2 e 4,1, sendo que nos locais com pH inferior a 2,8 ou superior a 4,2 não ocorreu o crescimento de algas. O gênero Microspora esteve presente em águas com níveis variados de metais e sulfato. Já o gênero Frustulia somente se desenvolveu em corpos d´água com baixos níveis de ferro e sulfato. Por sua vez, o gênero Euglena só foi bem sucedido em locais onde os teores de sulfatos e ferro foram elevados. Sendo assim, as algas encontradas neste estudo apresentam a capacidade de bioindicadoras da qualidade do local. Em relação aos períodos amostrados, a diversidade e abundância de algas foram maiores no inverno. As comunidades perifíticas são capazes de acumular elementos metálicos em sua biomassa. A análise da biomassa perifítica indica que o material contém uma elevada concentração de elementos inorgânicos, bioacumulados do ambiente de crescimento. / The acid mine drainage (AMD), from the ecological point of view, affects the aquatic environments causing stress to most organisms. The low pH values (usually <3.0), high concentration of sulfates and dissolved metal ions reduce the biological diversity. These systems can be characterized as simple ecosystems, dominated by acidophilic and acid tolerant organisms. The objective of this study was to identify communities of algae found in ecosystems impacted by AMD in the coal region of Santa Catarina, Brazil. It was observed 12 streams, 6 of which with the presence of algae and 6 with the absence of algae. Samples were collected in July/2009, October/2009, December/2009 and April/2010 in order to cover all four seasons. It was found that aquatic environments affected by DAM refuge low species diversity. The algal community was represented by 5 taxa and the identification was made only to the genus level. The species identified were: Microspora, Mougeotia, Eunotia, Frustulia and Euglena. The genus of the largest distribution was Microspora, present in 6 sampling sites and Eunotia, present in 4 sampling sites. The genus in greater abundance and amount of biomass was the Microspora. The algal growth was dependent of several factors, including water chemistry and the period of sampling. It was observed that acidophilic algae grown in water with the pH range between 3.2 and 4.1, and in places with a pH below 2.8 or above 4.2 there was no algae growth. The genus Microspora was present in waters with different levels of metals and sulfate. But the genus Frustulia only was increased in water with low levels of iron and sulfate. On the other hand, the genus Euglena has only been successful in places where the levels of sulfates and iron were high. Therefore, the algae found in this study have the ability to bioindicators of the water quality. Concerning the periods sampled, diversity and abundance of algae were higher in winter. Periphyton communities are able to accumulate metallic elements in their biomass. The analysis of periphytic biomass indicates that the material contains a high concentration of inorganic elements, bioaccumulated of the growth environment.

Efluentes contaminados por lixiviados de resíduos sólidos urbanos (LRSU), proveniente de aterros sanitários, ou a drenagem ácida de minas (DAM), originados pela oxidação da pirita em rejeitos de carvão, são problemas atuais em termos de impacto ambiental, especialmente na região do Município de Butiá, no Estado do Rio Grande do Sul. O tratamento destes efluentes, via de regra, é bastante oneroso, mas necessário, uma vez que a liberação in natura destas fontes poluidoras pode ser responsável pela degradação severa do ambiente. Em geral, metodologias convencionais de tratamento (como a precipitação/sedimentação, no caso da DAM, e processos biológicos, no caso do LRSU) mostram-se economicamente custosas ou tecnicamente deficientes. Frente a este desafio, esta pesquisa baseou-se na avaliação do tratamento conjunto de DAM e LRSU, via homogeneização, a fim de diminuir custos tradicionais decorrentes. O processo consiste no aproveitamento da alcalinidade do LRSU para neutralizar a acidez da DAM. Ao mesmo tempo, o ferro e o alumínio presentes na DAM permitem a coagulação dos sólidos suspensos, removendo uma significativa carga de poluentes. Resultados obtidos em laboratório no tratamento inicial destes efluentes permitiram uma significativa redução de carga orgânica, nutrientes, metais pesados e bactérias do grupo coliforme. O efluente final apresentou redução na carga lançada de 100% para sólidos suspensos, 36% para DBO, 56% para DQO, 11% para N, 72% para Fe, 73% para Al e 9% para Mn, atenuando suas características iniciais em consonância a alguns padrões de emissão de efluentes líquidos estabelecidos para o Estado do Rio Grande do Sul (Resolução número 128/2006 do CONSEMA). / Municipal landfills wastewaters (MLW) and acid mine drainages (AMD) from coal mines are environmental issues faced, in special case at the city of Butia, in Rio Grande do Sul State. The treatment of such effluents is necessary to avoid undesirable environmental degradation. The conventional treatment techniques (e.g. chemical neutralization for DAM and biological processes for municipal landfills wastewaters) are costly and sometimes inefficient. This work considered a new alternative based in the combined treatment of MLW and AMD. The alkalinity of MLW can neutralize the acidity of the AMD while the iron and aluminum present in the AMD allow the coagulations of the suspended solids of the MLW, reducing considerably the amount of pollutants. The initial results obtained at laboratory scale allowed the reduction of organic load, nutrients, heavy metals and bacteria. The final effluent showed reduction at the charge reaching 100% to solids in suspension, 36% to BOD, 56% to COD, 11% to N, 72% to Fe, 73% to Al e 9% to Mn, without addiction of coagulations polymers, and improving its characteristics considering the emission standards established in the Rio Grande do Sul State, Brazil (Resolution number 128/2006 from CONSEMA).

A drenagem ácida de minas (DAM) é formada quando certos minerais sulfetados são expostos a condições de oxidação. A DAM é normalmente associada com a mineração de carvão, principalmente de depósitos de rejeitos de carvão, que possuem alta concentração de pirita (FeS2). A neutralização da DAM usando materiais alcalinos, como calcário e escórias de aciaria é uma das técnicas utilizadas para remediação deste problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho da escória de aciaria elétrica do forno-panela na neutralização da DAM em leitos de percolação em comparação com calcário, material tradicionalmente empregado para tal fim. A metodologia de trabalho consistiu na construção de dois sistemas em escala de laboratório, um leito em canal aberto e um reator de leito empacotado. Estudos foram conduzidos para avaliar a capacidade de neutralização e a qualidade do efluente tratado, considerando os seguintes parâmetros: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, dureza, sulfatos, condutividade e efeitos toxicológicos para microcrustáceos e peixes. Adicionalmente, foram conduzidos estudos de caracterização da escória antes e após aplicação na neutralização da DAM, visando sua futura destinação. O uso de reator de leito empacotado para tratamento da DAM obteve melhores resultados do que o sistema de canal aberto. O reator evita a percolação do efluente por caminhos preferenciais, aumentando a relação volume tratado/volume de leito. Os ensaios realizados com a escória do forno-panela no reator de leito empacotado demonstraram que esse material apresenta uma alta basicidade, permitindo equalização do efluente de saída para que seja descartado na faixa neutra de pH com a remoção dos metais, enquanto com calcário a remoção dos metais foi parcial, ficando o Fe e Mn com valores acima do permitido pela legislação para o descartes de efluentes. Em ambos os casos, o efluente tratado não apresentou toxicidade. Um dos problemas identificados, para ambos os materiais, foi o recobrimento das partículas pelos hidróxidos metálicos na superfície dos materiais, que reduziu a vida útil dos sistemas e o volume de efluente tratado. O ensaio de expansibilidade demonstra que a escória do forno-panela, na sua forma original, apresenta característica expansiva. Após a neutralização do efluente, a escória apresentou expansão menor que o limite estabelecido na norma ASTM C1260, o que poderia viabilizar sua utilização como agregado na construção civil. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que o uso de escórias do forno-panela para neutralização de DAM é uma solução, no sentido de melhorar a qualidade da água em depósitos de rejeitos de carvão, possibilitando um destino para a escória de aciaria elétrica após o tratamento da DAM. / The acid mine drainage (AMD) is formed when certain sulfide minerals are exposed to oxidizing conditions. The AMD is commonly associated with coal mining, especially in coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentration. The neutralization of AMD using alkaline materials, like limestone and steel slag is one of the useful remediation techniques. The aim of this work was to study the performance of an electric steel slag of a ladle furnace in the neutralization of the AMD in a percolation bed in a comparative way with limestone, material normaly used for this purpose. The methodology of this work is based in the set up of two systems at labotatory scale, one with open channel bed and the other with bed packed reactor. The studies were directed in order to evaluate the neutralization capacity and the quality of the treated effluent, considering the following parameters: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, hardness, sulphate, conductivity, and toxicological efects to microcrustacean and fish. Addicionaly, some studies was carried out to caracterize the slag before and after application in the neutralization of the AMD, looking for a future destination. The use of the packed bed reactor for the AMD treatment showed better results than the open channels. The reactor avoids the percolation of the effluent to preferential ways, increasing the volume treated/volume of the bed ratio. The tests carried out with slag of the ladle furnace in the packed bed reactor proves that this material have great basicity allowing the equalization of the effluent output to be discharged in a neutral pH degree with metals removal, while with limestone the metals upstake is partial, remainig Fe and Mn with values above than the allowed by the legislation to effluent discharge. In both cases, the efluent didn’t show toxicity. One of the identified problems to both materials was the metalic hidroxid recovering in the surface, reducing the useful life of the system and the volume of treated effluent. The expansibility tests showed that the ladle furnace slag in the original form have expansive characterists. After the neutralization of the effluent, the slag expansion remains below of the standard border ASTM C1260, and could be possible the use as an aggregate in the civil construction. The results showed in this work allows the conclusion that the use of the ladle furnace slag for neutralization of the AMD is a possible solution to improve the water quality in coal waste deposits.

A mineração de carvão gera grandes volumes de rejeitos que podem ser responsáveis por graves danos ambientais. A oxidação da pirita (FeS2), na presença de ar e água, promove a formação da drenagem ácida de mina (DAM), uma solução aquosa fortemente ácida e rica em sulfato e ferro (nas formas Fe²+ e Fe³+), além de outros metais associados. Atualmente, poucos estudos têm considerado a possibilidade da produção de materiais de valor econômico agregado a partir da água de percolação em rejeitos de carvão. Neste trabalho, o objetivo foi o desenvolvimento de uma rota hidrometalúrgica para a produção de sulfato ferroso (FeSO4). O trabalho experimental consistiu inicialmente na coleta de amostra de rejeitos de carvão rico em pirita e a sua caracterização. Realizou-se, em laboratório, a lixiviação do material em colunas de percolação em ambiente oxidante, adequado para proporcionar a oxidação da pirita em meio aquoso. A recirculação da lixívia permitiu a obtenção de um extrato rico em ferro. A seguir, procedeu-se a conversão do Fe³+ em Fe²+ para obtenção do sulfato ferroso, utilizandose radiação ultravioleta. O lixiviado, rico em Fe+², foi evaporado para cristalização do sulfato ferroso e purificado com álcool etílico. Os cristais foram caracterizados por análise química elementar, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A recuperação de Fe na forma melanterita (FeSO4.7H2O) em relação ao Fe pirítico existente na coluna (0,30 kg de Fe pirítico por kg de rejeito de carvão) variou de 7,5 a 9,0 %. Os resultados demonstraram que é possível produzir sulfato ferroso n-hidratado tendo como matéria-prima o rejeito rico em pirita resultante da mineração de carvão mineral. / The coal mining generates large volumes of tailings that may be responsible for serious environmental damages. The oxidation of pyrite (FeS2), in the presence of air and water, promotes the formation of acid mine drainage (AMD), an aqueous and highly acid solution rich in sulfate and iron (in the form Fe³+ and Fe²+), along with other associated metals. Currently, few studies have considered the possibility of production of materials with agregated economic value from the percolation of water in coal mining tailings. In this study, the objective was the development of a hydrometallurgical route for its production. The experimental work consisted initially in the collection of samples of coal waste rich in pyrite and its characterization. In the laboratory was performed the leaching of the material in percolation collums in an oxidizing environment, appropriate to provide the pyrite oxidation in aqueous medium. The recirculation of liquor allowed to obtain an extract rich in the iron. Then, the conversion of Fe³+ to Fe²+ for obtaining ferrous sulfate was performed using ultraviolet irradiation. The leached liquor, rich in Fe+², was evaporated for ferrous sulphate crystallization and purified with ethanol. The ferrous sulphate crystals were characterized by x ray diffraction and scanning electron microscopy. The recovery of Fe in the form melanterite (FeSO4.7H2O ) on pyrite Fe existing in the column (0,30 kg of Fe per kg of pyrite tailings and coal) ranged from 7,5 to 9,0 %. The results demonstrated that it is possible to produce nhydrated iron sulfate having as a raw material the waste rich in pyrite produced from the coal mining.

A mineração de carvão gera milhões de toneladas de rejeitos, contendo pirita (FeS2). A oxidação da pirita, na presença de ar e água, dá origem a um importante problema ambiental comum em regiões de mineração de carvão, a geração de drenagem ácida de mina (DAM). A oxidação da pirita em presença de água promove a formação de H2SO4 (ácido sulfúrico) o que promove a liberação de ferro nas formas de Fe+2 e Fe+3 , sulfatos e uma série de outros metais como Al, Mn e Zn. Esse problema ocorre de forma bastante intensa na região carbonífera do sul do Brasil em especial nos Estados de Santa Catarina e Paraná. A DAM produzida pelos rejeitos da mineração de carvão necessita passar por um processo de tratamento visando diminuir a acidez e a carga de metais despejada no meio, de forma a atender as exigências ambientais. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a produção de um coagulante, o sulfato férrico, a partir dos seguintes materiais: (a) lodo férrico obtido por precipitação seletiva da DAM; (b) rejeito obtido pela jigagem do carvão da Camada Barro Branco, Santa Catarina; e (c) concentrado de pirita obtido pelo rebeneficiamento do rejeito de carvão da Mina do Cambuí, Paraná. A metodologia para a produção do coagulante a partir do lodo consistiu na inicialmente na precipitação seletiva do ferro em pH 3,8, lavagem do precipitado, adição de ácido sulfúrico e evaporação para obtenção de uma solução com concentração de Fe3+ de até aproximadamente 12%. A metodologia para a obtenção do coagulante a partir da pirita presente no rejeito de carvão ou no concentrado de pirita consistiu na percolação de água sob condições oxidantes para a produção de uma lixívia rica em sulfato férrico. A lixívia também foi evaporada para obtenção de uma solução de sulfato férrico com concentrações de Fe3+ de até aproximadamente 12%. A qualidade do coagulante produzido foi avaliada em termos da concentração de Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Cu e sulfatos. Os resultados demonstram que todos os materiais estudados apresentaram potencial de produção do coagulante. Entre os contaminantes encontrados, destacam-se os elementos alumínio, cálcio, manganês e zinco. Entretanto, quanto maior o teor de enxofre da amostra, maior o rendimento e maior pureza do produto. Concluiu-se que o beneficiamento do rejeito de carvão para a concentração da pirita permite a obtenção de sulfato férrico de melhor qualidade. Os coagulantes produzidos foram utilizados no tratamento do esgoto do Campus do Vale da UFRGS e de água de abastecimento da região de Porto Alegre. As idéias de valorização dos rejeitos da mineração de carvão estão em sintonia com os princípios da atualidade no que diz respeito ao desenvolvimento sustentável e aos programas de valoração de resíduos e produção mais limpa. / The coal mining generates millions of tonnes of tailings containing pyrite (FeS2). The oxidation of pyrite in the presence of air and water, gives rise to an important environmental problem common in areas of coal mining, the generation of acid mine drainage (AMD). The oxidation of pyrite in the presence of water promotes the formation of H2SO4 (sulfuric acid) which promotes the release of iron in the form of Fe +2 and Fe +3, sulphates and a host of other metals such as Al, Mn and Zn. This problem occurs quite intense in the coal in southern Brazil in particular in the states of Santa Catarina and Parana. The DAM produced by coal waste mining need to go through a treatment process in order to decrease the acidity and metal load discharged into the environment, in order to meet environmental requirements. The objective of this work was to study the production of a coagulant, ferric sulfate, with the following materials: (a) ferric sludge obtained by selective precipitation of DAM (b) obtained by reject coal concentration of the Layer Barro Branco, Santa Catarina, and (c) pyrite concentrate obtained by concentration of the tailings coal mine of Cambuí, Paraná. The methodology for the production of coagulant from sludge was the first in the selective precipitation of iron in pH 3.8, washing the precipitate with sulfuric acid and evaporation to obtain a solution with Fe 3 + concentration of approximately 12% with Fe2O3. The methodology for obtaining the coagulant from the pyrite present in coal or reject the pyrite concentrate was the percolation of water under oxidizing conditions to produce a liquor rich in ferric sulphate. Leach was also evaporated to obtain a solution of ferric sulphate with concentrations of Fe3 + up to approximately 12%. The quality of the coagulant was evaluated in terms of concentration of Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Cu and sulfates. The results show that all the materials studied showed potential for production of the coagulant. Among the contaminants found, highlight the elements aluminum, calcium, manganese and zinc. However, the higher the sulfur content of the sample, the higher the yield and higher purity of the product. It was concluded that the processing of the waste coal to the concentration of pyrite to obtain ferric sulphate better. Coagulants produced were used in the treatment of sewage Campus do Vale UFRGS and water supply in the region of Porto Alegre. Ideas for use of tailings from coal mining are in line with the principles of the present time regarding the development and evaluation programs for waste and cleaner production.

A mineração do carvão fóssil gera grandes volumes de rejeitos que podem ser responsáveis por graves danos ambientais, entre os quais a Drenagem Ácida de Minas (DAM) decorrente da oxidação da pirita (FeS2) na presença de água e ar. Este percolado apresenta um baixo pH, rico em íons sulfato e ferro, bem como outros metais solúveis, como alumínio, manganês e zinco. Atualmente, o tratamento mais utilizado para este efluente é a precipitação/neutralização. Contudo, este processo muitas vezes é ineficiente para a remoção de manganês. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi realizar o tratamento da Drenagem Ácida de Minas, visando à remoção de metais, com foco especial na remoção do íon manganês, utilizando as etapas de precipitação e, após, a troca iônica com zeólitas sintetizadas a partir de cinzas leves de carvão. A metodologia deste trabalho compreendeu duas etapas: 1°) síntese da zeólita NaP1, a partir de cinzas leves de carvão de Candiota por processo hidrotérmico e sua caracterização, 2°) caracterização da DAM, seguido de tratamento por precipitação/neutralização, e por troca iônica - zeólitas. O estudo foi aplicado para uma DAM proveniente da região carbonífera de Santa Catarina. Os resultados dos testes de caracterização do produto da síntese demonstraram a formação da zéolita NaP1, com CTC de 2,3 meq g-1. A DAM apresentou resultados típicos, com pH baixo, elevadas concentrações de Fe e sulfato e valores de manganês de 45,15 mg L-1. Os resultados do tratamento inicial mostraram que o tratamento do efluente por precipitação/neutralização, em pH 6,0, com Ca(OH)2, promove a remoção total de Al, Fe e Zn, contudo a concentração de manganês ainda fica em 28,24 mg L-1. No tratamento por troca iônica, utilizou-se a zeólita NaP1 para a remoção do manganês restante no efluente. O tempo de contato foi de 30 min, a razão S/L de 10 g L-1. O emprego da zeólita promoveu a remoção total do manganês da DAM. O mecanismo de remoção de Mn2+ ocorre por troca iônica na faixa de pH neutra e por precipitação superficial em valores de pH acima de 8,5. Em condições de laboratório, o custo do tratamento com zeólitas foi o dobro do tratamento por precipitação/neutralização. O tratamento com a utilização de zeólitas, seria uma alternativa visando a diminuição do consumo de cal hidratada com elevação do pH e remoção do Mn residual. / The mining of fossil coal generates large volumes of waste that may be responsible for serious environmental damage, including the acid mine drainage (AMD) resulting from oxidation of pyrite (FeS2) in the presence of water and air. This percolated has a low pH, rich in sulphate ions and iron as well as other soluble metals such as aluminum, manganese and zinc. Nowadays the most common treatment for this wastewater, is precipitation/neutralization. However, this process is inefficient for the removal of manganese. Thus the general aim this study was the treatment of acid mine drainage, aiming the removing metals, with special focus on removal of manganese ion, using the steps of precipitation and after the ion exchange with synthesized zeolites from fly ash coal. The methodology of this work included two steps: 1°) synthesis zeolite NAP1 from fly ash coal of Candiota by hydrothermal process and their characterization, 2°) characterization of AMD treatment followed by precipitation/neutralization and ion exchange-zeolite. The study was applied for a AMD from the coalfield of Santa Catarina. The results of the characterization tests of the synthesis product showed the formation of the zeolite NaP1, CEC from 2.3 meq g-1. The AMD showed typical results with low pH, high concentration of Fe and sulfate and manganese values 45.15 mg L-1. The results of the initial treatment from precipitation/neutralization showed that treatment of effluent by precipitation/neutralization at pH 6.0 with Ca(OH)2 promotes complete removal of Al, Fe e Zn, however the concentration is still in the manganese 28.24mg L-1. In the treatment by ion exchange, the zeolite NaP1 was used for the remaining manganese removal in wastewater. The contact time was 30 min, the ratio S/L 10 g L-1. The use of zeolite promoted the complete removal of manganese from AMD. The manganese removal by ion exchange mechanism occurs in the neutral range and surface precipitation in values above 8.5. In laboratory conditions, the cost of treatment with zeolite was double treatment by precipitation/neutralization. The treatment with use of zeolite would be an alternative aiming to decrease consumption of hydrated lime with increased pH and removing the residual Mn.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia de Fungos, Algas e Plantas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-24T03:22:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348303.pdf: 2581424 bytes, checksum: 41d1ea73e4e0de00224b7f9acfc30005 (MD5) Previous issue date: 2017 / Dentre os principais processos oriundos da atividade extrativista de minério de carvão, a produção de Drenagem Ácida de Minas (DAM) é um dos principais fenômenos responsáveis por grande parte da degradação dos recursos hídricos e do solo. Além da elevada concentração de metais e pH entre 2 e 4, os ambientes contaminados por DAM são caracterizados como oligotróficos, tornando-se favoráveis para o crescimento de um pequeno grupo de organismos adaptados a locais extremos. Organismos presentes em locais contaminados por DAM podem ser denominados acidófilos ou ácido-tolerantes, por exemplo, comunidades de algas. O desenvolvimento dessas comunidades em ambientes contaminados por DAM e seu potencial de bioacumulação de metais pesados levam ao interesse no estudo da aplicação de algas no processo de biorremediação. Dentre as espécies de algas isoladas de águas contaminadas por DAM na região de Sideropólis (SC), foi identificada a microalga filamentosa do gênero Ulothrix. O presente trabalho avaliou a tolerância e o potencial de bioacumulação relacionados a três metais pesados por parte de Ulothrix sp LAFIC 010. Foram realizados experimentos utilizando diferentes concentrações de Zn, Mn e Ni (individualmente e em combinações) no desempenho fisiológico da alga. Também foi testado o potencial de Ulothrix sp. LAFIC 010 para bioacumulação desses metais quando mantida em efluente proveniente de local contaminado por DAM. Os resultados mostraram que somente os cultivos submetidos às concentrações acima de 0,27 mM de Zn apresentaram queda na taxa de crescimento e danos aos processos fisiológicos. Para Mn e Ni não houve diferenças significativas entre os tratamentos, mesmo com o aumento de 8 vezes nas concentrações destes metais no meio. Nos cultivos em que os metais foram combinados, somente os tratamentos submetidos às concentrações mais altas de Zn apresentaram danos de crescimento, independente da presença dos demais metais. Nos ensaios de combinações dos metais realizados neste trabalho, foi observado que Mn e Ni, mesmo em altas concentrações, não diminuíram o efeito tóxico de Zn. Isso porque possivelmente os íons de Zn podem apresentar maior afinidade pelos sítios de ligação da alga do que os íons de Mn e Ni. Nos experimentos dos metais separados e em combinações foi observado desarranjo dos cloroplastos nos tratamentos com altas concentrações de Zn. Também foi indicado acúmulo de Mn na parede celular e Ni no vacúolo. Foi constatado crescimento de Ulothrix sp. LAFIC 010 em percentual de 5.89 por dia durante 14 dias de cultivo em DAM. A baixa remoção de metais Zn, Mn e Ni atrelada à biomassa de Ulothrix sp. LAFIC 010 cultivada em DAM pode ter sido em virtude da alta concentração de prótons no meio, os quais supostamente competem pelos mesmos sítios de ligação que os metais estudados. Sugere-se que a distribuição desta alga em meio contaminado não é afetada pela concentração de Ni e Mn, ao menos no pH avaliado. Vale ressaltar que as concentrações dos metais usadas neste trabalho foram maiores do que as encontradas em ambientes contaminados por DAM e que, mesmo em concentrações elevadas, a alga Ulothrix sp. LAFIC 010 exibiu crescimento. Conclui-se que Ulothrix sp. LAFIC 010 tolera e cresce em condições com concentrações de metais maiores do que as reportadas até então para ambientes contaminados por DAM. Entretanto, não foi possível associar a remoção de metais pesados do ambiente à presença das algas, de modo que testes adicionais são necessários para comprovar o potencial de Ulothrix sp. LAFIC 010 para biorremediação de efluente contaminado por DAM.<br> / Abstract : Among the main processes arising from the extractive activity of coal ore, the production of Acid Mine Drainage (AMD) is one of the main phenomena responsible for much of the degradation of water and soil resources. In addition to the high concentration of metals and a pH between 2 and 4, environments contaminated by AMD are characterized as oligotrophic, becoming favorable for the growth of a small group of organisms adapted to extreme conditions. Organisms present in sites contaminated by AMD may be referred to as acidophilic or acid tolerant, where algae communities are a common example. The development of these communities in environments contaminated with AMD and their potential for bioaccumulation of heavy metals leads to interest in the study of algae as an application in the bioremediation process. Among the species of algae isolated with water contaminated by AMD in the region of Sideropólis (SC), a filamentous microalga from the genus Ulothrix was identified. The present study evaluated the tolerance and bioaccumulation potential related to three heavy metals by Ulothrix sp. LAFIC 010. Experiments were performed using different concentrations of Zn, Mn and Ni (individually and in combination) on the physiological performance of the alga. The potential of Ulothrix sp. LAFIC 010 to bioaccumulate these metals when maintained in effluent from a contaminated site by AMD was also evaluated. The results indicated that only the cultures subjected to concentrations above 0.27 mM Zn showed a decrease in growth rate and damage to physiological processes. For Mn and Ni, there were no significant differences between the treatments, even with the 8-fold increase in the concentrations of these metals in the medium. In the cultures with the three metals combination, only the treatments with the highest concentrations of Zn presented reduced growth, regardless of the presence of the other metals. In the tests of combinations of metals performed in this study, it was observed that Mn and Ni, even in high concentrations, did not decrease the toxic effect of Zn. This is because Zn ions may have a higher affinity for algal binding sites than Mn and Ni ions. Chloroplast damaged was observed in treatments with high concentrations of Zn. Mn accumulation was also observed in the cell wall and Ni in the vacuole. The growth rate of Ulothrix sp. LAFIC 010 was verified to be 5.89% (of total biomass) per day during a period of 14 days of being cultured in AMD. The low removal of the metals Zn, Mn and Ni coupled with the low biomass of Ulothrix sp. LAFIC 010 cultivated in AMD may have been due to the high concentration of protons in the medium, which may compete for the same binding site as the metals studied. It is suggested that the distribution of this alga in contaminated medium is not affected by the concentration of Ni and Mn, at least in the evaluated pH. It is worth mentioning that the concentrations of the metals used in this study were higher than those found in environments contaminated with AMD, however even in such high concentrations, the alga Ulothrix sp. LAFIC 010 achieved growth. We conclude that Ulothrix sp. LAFIC 010 tolerates and grows under conditions with higher metal concentrations than previously reported for AMD contaminated environments. However, it was not possible to associate the presence of Ulothrix sp. LAFIC 010 to the heavy metal removal, and additional experiments are required to ensure the potential for bioremediation of effluents contaminated by AMD.

Na região sul do Brasil, muito aterros sanitários encontram-se próximos a áreas de mineração de carvão, cujos rejeitos são ricos no mineral pirita (FeS2). Este trabalho teve como objetivo estudar o tratamento de lixiviado de aterro sanitário com coagulantes férricos e ferrosos produzidos a partir da oxidação da pirita em meio aquoso. O lixiviado de aterro sanitário foi coletado no Aterro do Município de Campo Bom no Vale do Rio dos Sinos – RS. Pesquisou-se o efeito da dosagem do coagulante e avaliou-se comparativamente o desempenho com coagulantes comerciais produzidos a partir da dissolução de sucata ferrosa em ácido sulfúrico. Os resultados obtidos demostraram que os coagulantes férricos são eficiente no tratamento por coagulação dos lixiviados em dosagens superiores a 1 g/L. Verificou-se também que os coagulantes ferrosos podem ser aplicados no tratamento do chorume pelo processo Fenton (H2O2/Fe). Foram realizados ensaios considerando diferentes misturas de chorume e DAM, com e sem a adição de H2O2. O efeito de coagulação, em ambos os casos, melhorou as características do efluente em termos de carga orgânica, metais pesados e nutrientes. Porém, quando foi adicionado o H2O2 (Reação de Fenton), o efluente final apresentou melhores resultados em relação a cor, COT (Carbono Orgânico Total), nutrientes e, principalmente, em termos de bactérias do grupo coliforme. Os resultados demonstraram que a drenagem ácida de minas, especialmente as mais concentradas e ricas em Fe+2, podem ser empregadas a baixo custo como fonte de ferro para a Reação de Fenton. Desta maneira, surgem novas tecnologias para o tratamento primário de chorume com o uso de coagulante férricos e ferrosos produzidos a partir da oxidação da pirita presente em rejeitos de carvão. / In southern Brazil, most landfills are close to coal mining areas, whose tailings are rich in the mineral pyrite (FeS2). This work aimed at studying the treatment of landfill leachate with ferrous and ferric coagulants produced from the oxidation of pyrite in aqueous media. The landfill leachate was collected in the landfill of the city of Campo Bom in the region of Vale do Rio dos Sinos – RS, Brazil. The effect of the dosage of coagulant was evaluated and compared performance with commercial coagulants produced from the dissolution of ferrous scrap in sulfuric acid was researched for this paper. The results showed that ferric coagulants are effective in the treatment of leachate by coagulation at dosages greater than 1g / L. It was also found that the ferrous coagulants can be applied in the treatment of leachate by Fenton process (H2O2/Fe). Researches have been performed considering different mixtures of manure and AMD (Acid Mine Drainages), with and without the addition of H2O2. The coagulation effect in both cases, improved the characteristics of the effluent in terms of organic load, heavy metals and nutrients. However, when H2O2 (Fenton reaction) was added, the wastewater showed better results for color, TOC (Total Organic Carbon), nutrients, and especially in terms of coliform bacteria. The results showed that acid mine drainage, especially the most concentrated and rich in Fe +2, can be employed at low cost as a source of iron for the Fenton reaction. Thus, there are new technologies for the primary treatment of manure with the use of ferrous and ferric coagulant produced from the oxidation of pyrite present in coal tailings.

A Drenagem Ácida de Minas (DAM) é um dos maiores problemas ambientais que enfrenta a mineração e extração de sulfetos metálicos e carvão mineral a nível mundial. Essas águas, oriundas da oxidação de minerais sulfetados presentes na matéria inorgânica (principalmente pirita), contêm altos teores de íons sulfato, metais pesados e acidez. A Região Carbonífera de Criciúma/SC, por exemplo, encontra-se atingida pelas drenagens ácidas e enfrenta problemas de escassez e poluição dos seus recursos hídricos e do solo. O presente trabalho tem por objetivo analisar as alternativas de tratamento ativo de DAM’s no estado de Santa Catarina, em especial a flotação como processo de separação sólido-líquido dos precipitados gerados na neutralização e floculação. Ainda, o estudo visa apresentar e discutir os critérios de qualidade da água sugeridos no Brasil e aqueles exigidos pelos principais países que adotam o reúso. O trabalho compara estes critérios às características de uma DAM tratada pelo processo NF-FADAT (neutralização, floculação e flotação por ar dissolvido de alta taxa), apontando as possibilidades de reúso para a água tratada, de acordo com a legislação vigente. Os estudos em escala piloto (1 m3h-1) foram realizados com um efluente ácido (pH = 3,0±0,5) de uma mina extinta (vazão de 30-200 m3h-1), a pH’s 7 e 9, na estação de tratamento de efluentes SS-16 (São-Simão em Criciúma), para remoção de metais (Fe, Al e Mn) na forma de hidróxidos. Foram realizados ainda estudos em pH 12, como alternativa para precipitação e remoção de íons sulfato (SO4 -2) na forma de etringita (3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O). As concentrações finais médias dos metais Fe, Mn e Al no tratamento a pH 9 foram 0,2, 0,7 e 2,9 mgL-1, respectivamente. Estes valores atendem a padrões como os da EPA (agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) para irrigação por um período de até 20 anos, mas no Brasil ainda não existe legislação a respeito. O custo operacional (aproximado) do tratamento a pH 7 e 9 foi bastante semelhante, sendo, respectivamente, R$m-3 0,86 e 0,88. Estes valores são muito vantajosos quando comparados à tarifa cobrada pela CASAN - Companhia Catarinense de Águas e Saneamento para a água tratada, que no caso de SC custa R$m-3 5,10. O tratamento a pH 12 apresentou uma elevada eficiência, com concentração final de SO4 -2 em torno de 150 mgL-1, valor que atende aos padrões de potabilidade da água, dados pela Portaria MS 518/2004. O custo do tratamento a pH 12 (R$m-3 6,40) não considera o possível reaproveitamento da etringita gerada no processo como, por exemplo, em indústrias cerâmicas, o que poderia reduzir esse custo. Devido a uma maior eficiência na remoção de Mn em relação ao pH 7, a melhor relação custo/benefício foi obtida com o tratamento a pH 9. Neste pH, a qualidade final da DAM após o tratamento atende à padrões para reúso estabelecidos em diretrizes aplicadas no Brasil, como a NBR 13.969 e por órgãos como a Agência Nacional das Águas (ANA), a Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) e Environmental Protection Agency of United States (EPA). Os resultados comprovaram a eficiência da técnica estudada para o tratamento futuro da DAM-SS16, pois a qualidade da água tratada apresenta bom potencial para reúso na comunidade local ou municipal em diversos fins não-potáveis, urbanos e industriais, como irrigação (de jardins, canteiros de ruas e avenidas, parques e praças, pomares e pastagens), chafarizes e espelhos d’água, lavagem de pisos e calçadas, descarga em sanitários ou construção civil (preparação de concreto, abatimento de poeiras). Entretanto, a prática do reúso é dificultada no Brasil em função de que ainda não existe uma legislação específica visando regular o setor, proteger o meio ambiente e a saúde da população. / Acid Mine Drainage (AMD) is one of the biggest environmental problems faced by metallic sulfides and coal mining and extraction industries worldwide. These water streams come from inorganic matter sulfide minerals (especially pyrite) oxidation and are rich in sulfate ions, heavy metals and acidity. The coalfield of Criciúma/SC, for example, suffers the effects of acid drainage, facing problems like water and soil scarcity and pollution. This work aims to analyze the AMD active treatment alternatives in Santa Catarina, especially the use of flotation as a solid-liquid separation process for the precipitated solids produced during neutralization and flocculation. This study also presents and discusses the water quality criteria suggested in Brazil and those required by the main countries worldwide that adopted water reuse. This work compares these criteria to the characteristics of an AMD treated by the NF-FADAT process (neutralization, flocculation and high-rate dissolved air flotation), pointing the possibilities of the treated water reuse, according to the current laws. The pilot studies (1 m3h-1) were carried out with an acid effluent (pH 3.0 ± 0.5) from an extinct mine (flow rate 30-200 m3h-1), at pH 7 and 9, at the effluent treatment station SS-16 (São Simão at Criciúma), to remove metals (Fe, Al and Mn) as hydroxides. Studies at pH 12 were also carried out, considering it as an alternative to sulphate ions (SO4 -2) precipitation and removal, forming etringite (3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O). The Fe, Mn and Al final average concentrations at pH 9 were 0.2, 0.7 and 2.9 mgL-1, respectively. These results are in agreement with standards such as the EPA’s (United States Environmental Protection Agency) for irrigation for a 20 years period, but in Brazil there is no such kind of law. The treatment operational costs (approximately), at pH 7 and 9, were very similar, respectively R$m-3 0.86 and 0.88. These results are advantageous when compared to the CASAN’s (Company for Water and Sanitation of SC) fee for water treatment, which is R$m-3 5.10. Treatment at pH 12 presented a high efficiency, with a SO4 -2 final concentration around 150 mgL-1, which meets drinking water standards given by the Health Ministry’s Order 518/2004. The cost of such treatment (R$m-3 6.40) doesn’t take into account the possibility of reusing the etringite generated during the process, such as in ceramic industries, which could lead to its reduction. The best cost-benefit relation was reached with the treatment at pH 9 due to a higher efficiency in removing Mn if compared to pH 7. At pH 9, the AMD final quality after treatment meets the standards for reuse established in Brazil, as the NBR 13.969 and the ones from organizations such as ANA, SABESP and EPA. Results confirmed the efficiency of the studied method for future treatment of the AMD-SS16, because the treated water presented a high potential for reuse at local or municipal community for several urban and industrial, non-drinking uses, such as irrigation (of gardens, parks and squares, orchards and pastures), fountains, washing floors and sidewalks, disposal flush, or civil construction (concrete preparation, dust abatement). However, the practice of water reuse is not growing in Brazil, because there is no specific legislation regulating the sector to protect the environment and people’s health.