11

Julio Cesar WassermanJulio Cesar WassermanDepartamento de Análise Departamento de Análise

Geo-Ambiental – UFFGeo-Ambiental – UFFgeowass@vm.uff.br

CONFINED DISPOSAL AS A CONFINED DISPOSAL AS A SOLUTION FOR DREDGING IN SOLUTION FOR DREDGING IN CONTAMINATED SEDIMENTSCONTAMINATED SEDIMENTS

22

Pollutant DynamicsPollutant Dynamics

CyclingCycling MobilityMobility Availability for the Availability for the

organismsorganisms Speciation and Speciation and

FractionationFractionation

soils

sediments

Water

Atmosphere

33

Heavy metal contamination paths Heavy metal contamination paths

Atmosphere: particulate and gaseous

Terrestrial systems: soils/groundwaters

Continental watersParticulate/dissolved and sediments

Estuaries: Particulate/Dissolvedand sediments

IncinerationmeltingExaustion

Oceans: particulate/dissolvedand sediments

Sewage Sludge disposal and solid residues in the soil

Effluent leaking

Effluent disposal

Dry an

d h

um

id

dep

ositio

nA

vapo

ration

/aeolic sp

ray

Leaching/erosion Agricultural Techniques

River flow

mixing

(Adapted from Goldberg, 1976)

44

Metal

Dissolved in the interstitial water

Dissolved in the water

Suspended particulate matter

Dissolved phase ×

Sediment ×

Suspended particulate matter

Gaseous undissolved

CompartmentsCompartments

55

Especiation and Fractionation of de Especiation and Fractionation of de MetalsMetals

Metallic Species Examples

Dissolved phase Ionized metals in the solution Fe3+, Cu2+, Hg+1, Hg+2 Ionic complexes AsO4

3-, UO2+2

Inorganic ionic pairs HgCl-1, CuOH+1, CdCl+1 Organic complexess Me-Hg+1, MetallicTiols Chelates Me-Lecitine Heavy weight organic molecules bound metals Me-humic/fulvic acids Coloids FeOOH, Mn+4 Oxy-

hydroxides Metals adsorbed to coloids Me-FeOOH, Me-Mn+4OOH

Particulate phase and sediments Precipated metals and associated to mineral particles adsorbed, oxy-hydróxides, sulfides, lattice

ZnSiO3, CuCo3, HgS, FeS, PbS, oxy-hydroxi precipitated, Me-clays, etc.

Particulate organic matter associated metals Metals associated to precipitated organic matter

Metals associated to organismes Metals in the phytoplancton

66

MethodsMethods

Polarography

Separations

Particulate phase / sediment

Dissolved phase

Partial extraction

Speciation

Chromatography

Cryogeny

Distillation

Sequential extraction

77

Sequential ExtractionSequential Extraction

Mg Cl2 (1 M)pH 7

Mg Cl2 (1 M)pH 7

Análise dos metais no sobrenadante por espectrometria de absorção atômica de chama ou forno de grafite (FAAS ou GFAAS)

FASES: Trocável Carbonatos Oxidável Redutível Residual

Ac NaO (1 M)pH 5

Na2S2O4

(0,3 M)HNO3 (0,02 M) + H2O2 (30%)

Aqua Regia + HF (1:3)

2 g de sedimento

88

AVS/SEM ModelAVS/SEM ModelSulfetos metálicos Kps MnS(s) 13,5 FeS(s) 18,1 ZnS(s) 24,7 CdS(s) 27,0 CuS(s) 36,1 Cu2S(s) 48,5 PbS(s) 27,5 NiS(s) 19,0

99

AVS/SEM ModelAVS/SEM Model

Pb

NiCd

CuZn

Fe S

Fe S

Fe S

Fe S

Fe S

Pb

NiCd

CuZn

FeS

S

SS

SFe S

Fe S

Fe S

Fe SFe

1010

Impactos dos metais nos seres Impactos dos metais nos seres vivosvivos

Intoxicação agudaIntoxicação aguda Intoxicação crônicaIntoxicação crônica Biomagnificação e Biomagnificação e

cadeia tróficacadeia trófica

1111

Transferência de contaminantesTransferência de contaminantes

1212

Metais e as dragagensMetais e as dragagens

Mered(Fe+2) Mered

(Fe-S)

Mered(Fe+2) Mered

(Fe+2)Mered(Fe_S)

Meoxi(Fe2O3)Meoxi

(Fe2O3)Meoxi

(Fe2O3)

Meoxi(Fe2O3)

Ambiente oxidante

Ambiente redutor

1313

Resolução CONAMA nº 344, Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004de 25 de março de 2004

Estabelece as diretrizes gerais e os Estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos mínimos para a procedimentos mínimos para a avaliação do material a ser dragado avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras, e em águas jurisdicionais brasileiras, e dá outras providências.dá outras providências.

1414

Resolução CONAMA nº 344, Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004de 25 de março de 2004

Convenção sobre Prevenção da Poluição Convenção sobre Prevenção da Poluição Marinha por Alijamento de Resíduos e Marinha por Alijamento de Resíduos e Outras Matérias (Convenção de Londres - Outras Matérias (Convenção de Londres - LC/72)LC/72)

...... as partes contratantes adotarão, as partes contratantes adotarão, segundo suas possibilidades científicas, segundo suas possibilidades científicas, técnicas e econômicas, medidas eficazes, técnicas e econômicas, medidas eficazes, individual e coletivamente, para impedir a individual e coletivamente, para impedir a contaminação do mar causado pelo contaminação do mar causado pelo alijamento de resíduosalijamento de resíduos

1515

Resolução CONAMA nº 344, Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004de 25 de março de 2004

...são definidos critérios de ...são definidos critérios de qualidade, a partir de dois níveis, qualidade, a partir de dois níveis, conforme procedimentos conforme procedimentos estabelecidos no Anexo desta estabelecidos no Anexo desta Resolução:Resolução:• I - nível 1: limiar abaixo do qual prevê-se I - nível 1: limiar abaixo do qual prevê-se

baixa probabilidade de efeitos adversos baixa probabilidade de efeitos adversos à biota.à biota.

• II - nível 2: limiar acima do qual prevê-se II - nível 2: limiar acima do qual prevê-se um provável efeito adverso à biotaum provável efeito adverso à biota

1616

Resolução CONAMA nº 344, Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004de 25 de março de 2004

1717

Sediment Quality CriteriaSediment Quality Criteria

1818

1919

Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004 o material cuja concentração de qualquer dos o material cuja concentração de qualquer dos

poluentes exceda o nível 2 somente poderá ser poluentes exceda o nível 2 somente poderá ser disposto mediante previa comprovação técnico-disposto mediante previa comprovação técnico-cientifica e monitoramento do processo e da área de cientifica e monitoramento do processo e da área de disposição, de modo que a biota desta área não sofra disposição, de modo que a biota desta área não sofra efeitos adversos superiores àqueles esperados para o efeitos adversos superiores àqueles esperados para o nível 1, não sendo aceitas técnicas que considerem, nível 1, não sendo aceitas técnicas que considerem, como princípio de disposição, a diluição ou a difusão como princípio de disposição, a diluição ou a difusão dos sedimentos do material dragadodos sedimentos do material dragado

o material cuja concentração de mercúrio, cádmio, o material cuja concentração de mercúrio, cádmio, chumbo ou arsênio, ou de PAHs do Grupo A estiver chumbo ou arsênio, ou de PAHs do Grupo A estiver entre os níveis 1 e 2, ou se a somatória das entre os níveis 1 e 2, ou se a somatória das concentrações de todos os PAHs estiver acima do concentrações de todos os PAHs estiver acima do valor correspondente a soma de PAHs, deverá ser valor correspondente a soma de PAHs, deverá ser submetido a ensaios ecotoxicológicos, entre outros submetido a ensaios ecotoxicológicos, entre outros testes que venham a ser exigidos pelo órgão testes que venham a ser exigidos pelo órgão ambiental competente ou propostos pelo ambiental competente ou propostos pelo empreendedor, de modo a enquadrá-lo nos critérios empreendedor, de modo a enquadrá-lo nos critérios previstos nos incisos I e II deste artigo.previstos nos incisos I e II deste artigo.

2020

Confined Disposal Facility ?Confined Disposal Facility ? The solution for the The solution for the disposal of contaminated disposal of contaminated dredging residues ?dredging residues ?

2121

Confined Disposal FacilitiesConfined Disposal Facilities

Driscoll et al. ( 2002)

Water Line

In-place Sediment

Dredged Material

Effluent

Dike Wall

Cap

KEY:

In-place Soil

Upland CDF CAD Pit No Action Island/NS CDF

Water Line

In-place Sediment

Dredged MaterialDredged Material

EffluentEffluent

Dike Wall

CapCap

KEY:

In-place Soil

Upland CDFUpland CDF CAD PitCAD PitCAD Pit No ActionNo Action Island/NS CDFIsland/NS CDF

Confined Disposal Facilities- CDF

2222

Disposal Disposal environmentsenvironments

Inland disposal facilityInland disposal facility

Island disposal facilityIsland disposal facility

Subaquatic disposal facilitySubaquatic disposal facility

2323Minamata BayMinamata Bay

2424

RegionRegion CountryCountry CapacityCapacity

(m(m33))DateDate CapsCaps ContamiContami

nantnant

BostonBoston USAUSA 800,000 800,000

1997-1997-20002000

Clean sandClean sand MultipleMultiple

Hong KongHong Kong ChinaChina 22 Mio22 Mio 1992-1992-20012001

Sand and mudSand and mud MultipleMultiple

RostockRostock GermanyGermany 248,000 248,000 2001/ 2001/ 20022002

nonenone HM, PCBHM, PCB

Providence Providence HarbourHarbour

USAUSA 900,000 900,000 2003/ 2003/ 20042004

Uncontaminated Uncontaminated sedimentsediment

MultipleMultiple

SandefjordSandefjord NorwayNorway 55,000 55,000 20042004 Geotextiles and Geotextiles and sand capsand cap

CasesCases

2525

Terminal Marítimo da CSA Terminal Marítimo da CSA • Contaminação por Zn e Cd da Companhia Contaminação por Zn e Cd da Companhia

Ingá Metais – Metalurgia de Zn com Ingá Metais – Metalurgia de Zn com formação de passivo.formação de passivo.

• Concentrações chegam a 4000 µgZn gConcentrações chegam a 4000 µgZn g-1-1 e e

até 8 µgZn gaté 8 µgZn g-1-1 • Camada contaminada pode chegar a 1 Camada contaminada pode chegar a 1

metrometro• Abaixo da camada, enorme jazida de areia Abaixo da camada, enorme jazida de areia

para a construção de aterro na área da para a construção de aterro na área da indústriaindústria

• Material contaminado = 900.000 mMaterial contaminado = 900.000 m33

• Material a ser dragado = 22.000.000 mMaterial a ser dragado = 22.000.000 m33

2626

Terminal Marítimo da CSA Terminal Marítimo da CSA

600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000

7445000

7450000

7455000

7460000

7465000

7470000

7475000

1234

5

6

8 910

14

1819

20

21

2223

24

25

30

31

32

33

34

3637

39

41

42

43 44

45

46

47

484950

51

52 5354

555657 58

5961

62

64

65

Ilha da Marambaia

Sepetiba

Santa Cruz

ItacuruçáIlha da

Madeira

Restinga da Marambaia

O C EAN O ATLÂN TIC O

CSA

0m 10000m 20000m 30000m 40000m

2727

Terminal Marítimo da CSA Terminal Marítimo da CSA

619000 620000 621000 622000 623000 624000 625000 626000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

9091709

25093309

4109

55095707

590961076505

2828

Terminal Marítimo da CSA Terminal Marítimo da CSA

600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000

7445000

7450000

7455000

7460000

7465000

7470000

7475000

Ilha da Maram baia

Sepetiba

Santa Cruz

ItacuruçáIlha da

Madeira

Restinga da Maram baia

O C EAN O ATLÂN TIC O

CSA

0m 10000m 20000m 30000m 40000m

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

CdCd

2929

Terminal Marítimo da CSATerminal Marítimo da CSA

600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000

7445000

7450000

7455000

7460000

7465000

7470000

7475000

Ilha da Marambaia

Sepetiba

Santa Cruz

ItacuruçáIlha da

Madeira

Restinga da Marambaia

O CEANO ATLÂNTICO

CSA

0m 10000m 20000m 30000m 40000m

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

480

520

560

600

ZnZn

3030

Impactos:Impactos: RessuspensãoRessuspensão

• Área a ser dragada – draga Área a ser dragada – draga hopperhopper

• Disposição no CDFDisposição no CDF• Redissolução de metaisRedissolução de metais• Consumo de oxigênioConsumo de oxigênio• Difusão de nutrientesDifusão de nutrientes

3131

Modelo de impacto da dragagemModelo de impacto da dragagem

SimulaçõesSimulações• Comparação com limites CONAMA 357Comparação com limites CONAMA 357• Comparação com aportes continentaisComparação com aportes continentais

Premissas:Premissas:• 100% do material é ressuspendido100% do material é ressuspendido• Apenas a fração móvel é considerada Apenas a fração móvel é considerada

contaminante (AVS/SEM e seqüencial)contaminante (AVS/SEM e seqüencial)

3232

Material Dragado

Coluna d’água afetada pela dragagem

Limites do CONAMA 357/2005

Sedimento

DragagemDragagem

Aportes continentais

3333

Comparação com limites Comparação com limites CONAMA 357/2005CONAMA 357/2005

Concentrações de metais medidas nos sedimentos da área a ser dragada (dados da Tasqa para 80 amostras de

sedimento superficial da área a ser dragada).

Elementos Média de todas amostras

(superfície)

Concentração de Cd (mg kg-1) 1,14

Concentração de Zn (mg kg-1) 181,34

Concentração de Pb (mg kg-1) 11,31

Concentração de Hg (mg kg-1)* 0,17

* O limite de detecção da Tasqa é muito alto para detectar as concentrações de mercúrio os dados são de {Marins, 1998 #1662}

3434

Parâmetros da dragagem (informados pelo operador)

Parâmetro Estimativa

Volume da capa contaminada úmida (m3) 1.640.000

% de umidade do sedimento 47

Densidade do sedimento úmido 1.6

Densidade do sedimento seco 0,848

Volume a ser dragado material úmido (m3 dia-1) 9.600

Volume a ser dragado material úmido + água (m3 dia-1) 48.000

Peso de sedimento dragado (seco) em toneladas dia-1 8141

Número de dias de dragagem (para 24 horas dia-1) 171

3535

Porcentagem de metais associados a frações móveis do sedimento

DescriçãoDescrição Estimativas

Porcentagem de Cd móvel (extração sequencial)1 70

Porcentagem de Zn móvel (extração sequencial)1 50

Porcentagem de Pb móvel (extração sequencial)2 55

Porcentagem de Hg móvel (extração sequencial)3 10

Porcentagem de Cd móvel (AVS/SEM)4 55

Porcentagem de Zn móvel (AVS/SEM)4 60

Porcentagem de Pb móvel (AVS/SEM)4 65

Porcentagem de Hg móvel (AVS/SEM)4 90

1Pestana, 1989; 2Souza et al, 1986; 3Marins et al., 1999; 4Machado et al., 2004 (valor de zinco confirmado para a área)

3636

Volume afetado pela dragagem

ParâmetroParâmetro Estimativa

Raio estimado da área afetada pela dragagem (m)* 2.000

Profundidade média da área afetada pela dragagem (m) – Determinada na carta náutica 5

Superfície da área afetada pela dragagem (m2) 12.566.371

Volume afetado pela dragagem (m3) 62.831.853

* Valor baseado em modelos apresentados na literatura – estabelecem área de 5 km

3737

Concentração potencial máxima de metais lançados para a coluna d’água pela operação de dragagem (comparação com os limites da CONAMA 357/2005, águas salobras.

Metais (procedimento de avaliação da mobilidade)

Mobilização de metal para a

coluna d’água (kg dia-1)

Aporte máximo à água para 5 dias

(mg L-1)

CONAMA 357/2005 Classe 1

(mg L-1)

CONAMA 357/2005 Classe 2

(mg L-1)

Cd (Extração seqüencial) 6,5 0,00052 0,005 0,04

Zn (Extração seqüencial) 738,1 0,05874 0,09 0,12

Pb (Extração seqüencial) 50,6 0,00403 0,01 0,21

Hg (Extração seqüencial) 0,1 0,000011 0,0002 0,0018

Cd (AVS/SEM) 5,1 0,00041 0,005 0,04

Zn (AVS/SEM) 885,8 0,07049 0,09 0,12

Pb (AVS/SEM) 59,8 0,00476 0,01 0,21

Hg (AVS/SEM) 1,2 0,00010 0,0002 0,0018

3838

Monitoramento do material particulado para evitar a dispersão de contaminantes

Parâmetro Valor

Profundidade média em raio de 1 km do ponto de dragagem (m) 5

Superfície da área afetada pela ressuspensão (m2) 3.141.593

Volume afetado pela dragagem (m3) 15.707.963

Peso de sedimento dragado (seco) em kg dia-1 8.140.800

Concentração de material particulado (mg L-1) – 100% de emissão 518

Concentração média de material particulado na baía de Sepetiba (mg L-1). Da literatura. 20

Ressuspensão máxima pela dragagem (% da massa de sedimento) – Informado pelo operador (CDF + draga) 11

Concentração de MES gerado pela dragagem (mg L-1)* 57*

Concentração máxima de MES a 1 km do ponto de dragagem (mg L-1) 77*Valor máximo da diferença entre os pontos a 1km da dragagem e os pontos de referência (a 3 km da dragagem)

3939

0.00000

0.05000

0.10000

0.15000

0.20000

0.25000

(mg

L-1

)

Cd Zn Pb Hg Cd Zn Pb Hg

Extração sequencial SEM

Aporte à coluna d'água para 5 dias CONAMA Classe 1 CONAMA Classe 2

4040

Monitoramento durante a dragagemMonitoramento durante a dragagem

4141

Monitoramento durante a dragagemMonitoramento durante a dragagem

4242

Monitoramento durante a dragagemMonitoramento durante a dragagem

4343

Monitoramento durante a dragagemMonitoramento durante a dragagem

4444

Estudo de Caso 2 Estudo de Caso 2 Porto do Sudeste - LLXPorto do Sudeste - LLX

4545

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

4646

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

4747

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

Concentração de cádmio (em mg kg-1) na camada de 0 a 50 cm. Não aparecem concentrações acima do limite da classe 1 da CONAMA 344/2004.

4848

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

Concentração de cádmio (em mg kg-1) na camada de 50 a 100 cm. A linha preta corresponde ao limite da classe 1 da CONAMA 344/2004.

4949

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

Concentração de cádmio (em mg kg-1) na camada de 100 a 150 cm. A linha preta corresponde ao limite da classe 1 da CONAMA 344/2004.

5050

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

Mapa da área de dragagem cujo material deve ser destinado ao CDF. Camada 0-50 cm

5151

613000 614000 615000 616000 617000 618000 619000 620000

7459000

7460000

7461000

7462000

7463000

7464000

7465000

Itacuruçá

Ilha de Itacuruçá

Ilha da M adeira

Porto do Sudeste

Baía de Sepetiba

0 500 1000 1500 2000

Mapa da área de dragagem cujo material deve ser destinado ao CDF. Camada 50-100 cm.

5252

Camada Volume (m3)

0-50 34.750

50-100 82.950

100-150 151.650

150-200 194.700

Profundidade (m) 11

Área total do CDF (m2) 46405

Capping 46.405

Total 510.455

5353

Ordem Easting Northing1 617076 74636502 617040 74636593 617015 74636774 616989 74637025 616984 74637286 616982 74637427 616985 74637698 617002 74637959 617016 746382010 617031 746384411 617040 746386212 617042 746388413 617044 746390514 617042 7463925

Camada 0 a 50 cm (a)

Ordem Easting Northing15 617031 746394716 617027 746396717 617016 746398918 617005 746400919 617000 746403420 616995 746406121 616987 746408822 616985 746411723 616989 746414824 617199 746409225 617076 7463650

5454

OBRIGADOOBRIGADO

Julio Cesar WassermanJulio Cesar Wasserman

Professor AssociadoProfessor Associado

Departamento de Análise Geo-AmbientalDepartamento de Análise Geo-Ambiental

Universidade Federal FluminenseUniversidade Federal Fluminense

Tel: 2629-5916Tel: 2629-5916

E-mail: E-mail: geowass@vm.uff.br