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Title: Avaliação de resíduos de estações de tratamento de água em reservatório : distribuição e mobilidade de metais em sedimentos adjacentes
Authors: Almeida, Aline Mansur
metadata.dc.contributor.advisor: Wasserman, Julio Cesar Faria de Alvim
metadata.dc.contributor.members: Pérez, Daniel Vidal
Moreira, Josino Costa
Wasserman, Maria Angélica Vergara
Bernedo, Alfredo Victor Bellido
Machado, Wilson Thadeu Valle
Issue Date: 2-Feb-2017
Abstract: As estações de tratamento de água (ETA) são projetadas para fornecer água continuamente, de maneira a atender a critérios de potabilidade. No entanto, além da água tratada e potável, essas estações são igualmente produtoras de resíduo, o material em suspensão decantado da água, reconhecido como resíduo de Estações de Tratamento de Água, ou resíduo de ETA. O descarte direto de resíduos de ETA em corpos d`água deve ser evitado, considerando que a essas descargas podem comprometer a qualidade da água, podendo gerar efeitos crônicos na comunidade aquática O Reservatório de Juturnaíba, considerado o segundo maior reservatório de água do estado do Rio de Janeiro, foi o repositório final dos resíduos produzidos por duas Estações de Tratamento de Água por cerca de 30 anos. Estes resíduos foram descartados nas margens do reservatório, podendo comprometer a qualidade da água e do sedimento do reservatório. Este estudo teve como objetivo avaliar se a disposição de resíduos de ETAs nas margens do reservatório causou contaminação no ambiente, através do estudo sobre mobilidade de metais (Al, Fe, Mn, Zn, Cr, Cu e Ni) entre os compartimentos: resíduos de ETAs, sedimentos superficiais e água do reservatório. Foram realizadas análises quantitativas e qualitativas dos resíduos de ETAs, bem como uma avaliação diagnóstica dos sedimentos superficiais adjacentes as áreas de descarte de resíduos. Através de modelos digitais de terreno construídos no software Surfer® e por equações matemáticas usando dados declarados pela empresa, foi possível calcular os volumes de resíduos presentes nas margens do reservatório, totalizando em cerca de 60.370 e 62.479 toneladas de resíduos em cada pilha de resíduo. Método de extrações de metais foram aplicados, para elucidar o teor pseudo-total (USEPA 3051A) e as frações geoquímicas dos metais (extração sequencial - BCR) nos resíduos de ETAs e nos sedimentos adjacentes a área de descarte. O fracionamento geoquímico de metais mostrou que existe uma a variação espacial entre os sedimentos localizadas próximos e distantes das áreas de descarte de resíduos. Os sedimentos localizados distantes da área de descarte não mostraram anomalias nas concentrações de metais, estando os metais Al, Fe, Zn e Cr associados predominantemente à fração residual (F4). O fracionamento do Al apresentou ser um bom traçador da presença de resíduos de ETA em sedimentos, já que apenas nos sedimentos localizados próximos aos resíduos, esse metal esteve predominantemente associado às frações prontamente mobilizáveis (F1+F2+F3) do sedimento, com elevadas concentrações na fração ácido-solúvel (F1). Assim, através do modelo de atenuação das concentrações pseudo-totais de Al no sedimento, aliado as avaliações de fracionamento geoquímico desse metal no sedimento, foi possível delimitar a área de abrangência da contaminação do sedimento, provenientes da dispersão espacial dos resíduos de ETAs. Experimentos usando microcosmos foram realizados para avaliar a dessorção de metais entre resíduo de ETA e a água do Reservatório, sob diferentes condições físico-químicas. Esses experimentos mostraram que o contato direto do resíduo com a água propicia a liberação de Al, Fe e Mn, e que a acidificação e o incremento de ácido húmico dissolvido na água favorece a dessorção do Al do resíduo. Conclui-se que a contaminação do sedimento por resíduos de ETAs está restrita a pequenas áreas localizadas próximas aos descarte de resíduo. No entanto, devido a proporção de Al associada as frações prontamente mobilizáveis do resíduo, a presença de resíduos de ETAs em contato direto com a água do reservatório, funciona como uma fonte pontual de Al para o ambiente.
metadata.dc.description.abstractother: Water treatment plants (WTP) are conceived to continuously produce clean water, responding to defined criteria of portability. However, besides treated and potable water, water treatment plants produce sludge resulting from decantation of the suspended matter that are disposed in the environment. The discharge of the water treatment residue into aquatic ecosystems may cause negative environmental impact on the natural water quality and chronic effects in the aquatic community. Juturnaíba Lake is an important water reservoir in Rio de Janeiro. For about 30 years, the residue generated by two Water Treatment Plants, were systematically discarded in two restricted areas in the Juturnaíba Reservoir edges. In direct contact with water, this residues may have been spread throughout the reservoir, affecting water and sediment quality. The aim of this study was to access the contamination of the Juturnaíba Reservoir, by evaluating the mobility of the metals (Al, Fe, Mn, Zn, Cr, Cu e Ni), between sludge, sediment, and water spatial and geochemical distribution of metals, mainly the Al, in the superficial sediments. Quantitative and qualitative analysis were performed, as a diagnostic evaluation of surface sediments adjacent waste disposal areas. The calculated mass of the residues piles are similar and respectively 60.3170 e 62.479. The residue mass was calculated based on the model terrain digital model and mathematical equations, which provided the following measures 60.370 e 62.479 tons in each piles of residue. Pseudo-total metal in sediment was assessed after aqua regia inverted digestion, with microwave assistance (EPA 3051A). The BCR sequential extraction procedure was applied, and geochemical fractions of Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Cr e Ni were determined. The geochemical fractionation of metals showed that there is a spatial variation between near and far located sediments of residue disposal areas. In distant located sediments of the waste disposal area, the highest percentages Al, Zn, Fe and Cr was found in the residual fractions (F4), meaning that these metals were strongly bound to the sediments. Fractionation Al showed to be a good marker for the presence of ETA waste sludge, since only in the sediments located near the waste sludge, had aluminum predominantly associated with the mobile fractions (F1 + F2 + F3), with high concentrations in the acid-soluble fraction (F1). Through the model of attenuation of Al pseudo-total concentration in the sediment and along the geochemical fractionation assessments of Al in the sediments, it was possible to delimit the area of extent of sediment contamination, from the spatial dispersion of water treatment residue. Experiments using microcosms were performed to evaluate the desorption of metals from the residue and water reservoir under different physicochemical conditions. These experiments showed that the direct contact of the residue with water, promotes the release of Al, Fe and Mn, and that the acidification and the increase of humic acid dissolved in the water favor the desorption of Al present in the residue. The results show that the residue affected the sediment quality, although this contamination does not spread uniformly through the reservoir. It was concluded that the sediment contamination by water treatment residue is restricted to small areas located close to residue disposal. However, because the proportion of the Al associated with the mobility fractions, the presence of such residues in direct contact with the reservoir water,acts as a source of Al to the environment.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/2867
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