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Fabrício Abella Lopes

Drenagem ácida de minas de carvão concentradas: Possibilidade de aplicação como

insumo no tratamento de águas residuárias (Coagulante e Reação de Fenton)

Introdução

As reservas de carvão no Brasil

são de aproximadamente 32 bilhões

de toneladas, mas somente 2% estão

sendo extraídas.

O beneficiamento do carvão

brasileiro gera um grande volume de

rejeito, da ordem de 50% a 70%.

O problema da geração de DAM

(drenagem ácida de minas) ocorre na

mineração de carvão no sul do país,

em especial em SC e RS.

Introdução

Mineração Beneficiamento

Produção de energia

Rejeitos de carvão

Geração de DAM Tratamento

Produção de carvão

As reações químicas que resultam na formação da

DAM envolvem sulfetos metálicos (Pirita - FeS2) que

se oxidam na presença de ar e água.

- Baixo pH;

- Aumento da dureza;

- [Fe+2, Fe+3, Mn, Al];

- Sulfatos;

- Eventualmente metais pesados.

Introdução

+ O2 + H2O DAM

Coagulantes (Menezes e Scheneider, 2007)

Pigmentos (Silva et al., 2011)

Possible Uses of Pyrite Introdução

Sulfato ferroso (Vigâncio, 2009)

Tecnologias

emergentes

DAM

Magnetita (Silva et al., 2009)

Introdução

Matéria orgânica;

Microrganismos;

N e P;

Leve alcalinidade;

Possíveis compostos recalcitrantes.

Esgotos domésticos

Introdução

Reação de Fenton (POA)

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + .OH + OH-

Fe2+ + .OH Fe3+ + OH-

Fortemente dependente do pH (~3,5);

Potencial de oxidação elevado (2,8 V);

DAM rica em Fe+3 e Al+3 - (Coagulante)

DAM rica em Fe+2 - (Insumo para a Reação de Fenton)

DAM

Compostos

recalcitrantes

Matéria

Orgânica

Objetivos

Caracterizar uma DAM concentrada;

Avaliar o seu potencial como agente coagulante

e/ou insumo para a reação de Fenton no

tratamento de águas residuárias do Campus do

Vale da UFRGS, em Porto Alegre-RS.

Materiais e Métodos

Efluentes - DAM

A amostra foi obtida em uma unidade experimental de

prevenção da DAM pelo método de coberturas secas de

rejeitos de carvão da Mina Verdinho (Forquilhinha-SC).

Carbonífera Criciúma S.A.

Materiais e Métodos

Efluentes – Esgoto sanitário

A ERQA é responsável pelo tratamento de aproximadamente

60% do esgoto sanitário do Campus do Vale, via RSB. A

escolha deste efluente foi baseada nas condições precárias

que se encontra a Barragem Mãe D’água.

Materiais e Métodos

Barragem Mãe D’água

Materiais e Métodos

Coagulação Caracterização

da DAM

Reação de

Fenton

1L esgoto, 15ml DAM 1L esgoto, 15ml DAM

1 hora

Ajuste de pH = 8,7-9,0

Ajuste de pH = 3,5

1 hora

Coagulação

Separação do clarificado

em cone Imhoff

Ajuste de pH = 8,7-9,0

3 horas 0,25 mL H2O2 35% (m/v)

Coagulação

Separação do clarificado

em cone Imhoff

Procedimento experimental

Secagem do lodo e

análises físico-químicas e

biológicas

Fe+2 > Fe+3

Resultados e Discussão

Características da DAM

Tabela 1

Fe+2 > Fe+3

[Fe] = 264 mg/L

[Fe+Al] = 287 mg/L

Resultados e Discussão

Características do esgoto bruto e

tratado biologicamente (RSB)

Tabela 2 (n = 9)

Resultados e Discussão

Características esgoto tratado

através da coagulação com DAM

Tabela 3 (n = 9)

Resultados e Discussão

Resultados obtidos através da

Reação de Fenton (POA)

Tabela 4 (n = 9)

Resultados e Discussão

Reação de

Fenton

Tratado por

coagulação Esgoto

bruto

Resultados e Discussão

DAM Esgoto

bruto

Tratado por

coagulação

Reação de

Fenton

Conclusões

A DAM especialmente as mais concentradas e ricas em Fe

podem ser empregadas para o tratamento de águas

residuárias;

Os cátions Fe+3 e Al+3 promoveram a coagulção dos

sólidos suspensos, reduzindo significativamente a carga

poluidora;

A DAM quando rica em Fe+2 pode ser aplicada como

insumo para a Reação de Fenton apresentanto forte poder

de desinfectante.

Estudos futuros

Estudos complementares para otimização da

concentração de reagentes;

Análise dos efeitos da concentração residual de

H2O2 em bioindicadores da qualidade da água

(peixes, microcrustácios e algas).

Bibliografia

AWWA-APHA-WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Eaton, A.D.; Clesceri, L.S.; Rice, E.W.; Greenberg, A.E. (editores)

21th Edition. Washington: American Public Health Association, 2005.

Daniel D. E., Koerner, R. M, Cover Systems. In: Geotechnical Practice for Waste Disposal. Chapman & Hall (editores), London, 1993.

De Luca, S. J; Marques, D. M; Monteggia, L. O. Eficiência operacional de reator seqüencial em batelada. Campus do Vale/IPH/UFRGS. Anais do XVII

Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, V. 2, Tomo I, p. 440, Natal, Brasil, 1993.

De Luca, S. Medidas corretivas e preventivas de impactos da mineração de carvão. In: Carvão Mineral II. UFRGS (editora), Porto Alegre, Brasil, 1991.

Fenton, H. J. H. Oxidation of tartaric acid in presence of iron. Journal of Chemical Society 65, p. 899–910, 1894.

Kontopoulos, A. Acid mine drainage control. In: Effluent treatment in the mining industry. Castro, S.H.; Vergara, F.; Sánchez, M.A (editores). University

of Concepciòn, España, 1998.

Magena, S. J., Application of a life cicly impact assessment framework to elevaluate and compare environmental performaces whith economic values of

supplied coal products. Journal of Cleaner Production, 14, p.1071-1084, 2004.

Menezes, J. C. S. S..; Schneider, I. A. H. Produção de um coagulante a base de ferro (Fe2(SO4)3) a partir de rejeito de mineração de carvão (pirita). In

XXII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia, 2007, Anais... Ouro Preto: CD ROM, 2007.

Silva, A. R., Vigâncio, M. N., Arce, S. I., Schneider, I. A. H. Produção de magnetita a partir da drenagem ácida de minas. In XXIII ENCONTRO

NACIONAL DE MINÉRIOS E METALURGIA EXTRATIVA, 2., 2009, Gramado. Anais... Gramado: EMTMME, 2009, p. 179- 185.

Soares, A.B., Ubaldo, M.O., Souza, V.P., Soares, P.S.M., Barbosa, M.C., Mendonça, M.G. Design of a dry cover pilot test for acid mine drainage

abatement in Southern Brazil. In: Materials Characterization and Numerical Modeling. Mine Water and Environment, 28:3, p. 219-231, 2009.

Vigâncio, M. N. Produção de sulfato ferroso a partir de rejeitos de carvão. 2009. 70 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em

Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGE3M), UFRGS, Porto Alegre, 2009.

Von Sperling, M. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos, 1. ABES (editora), Minas Gerais, 240p, 1995.

Wei, X.; Viadeiro, Jr, R. C, Synthesis of magnetite nanoparticles with ferric iron recovered from acid mine drainage: Inplications for Environmental

Engineering. Collois and Surfaces, A, Physicochem. Eng, Aspects, 294, p. 280-286, 2007.

Agradecimentos