CONFINED DISPOSAL AS A
SOLUTION FOR DREDGING IN
CONTAMINATED SEDIMENTS
Julio Cesar Wasserman
Departamento de Análise
Geo-Ambiental – UFF
[email protected]
1
Pollutant Dynamics
soils




Cycling
Mobility
Availability for the
organisms
Speciation and
Fractionation
sediments
Water
Atmosphere
2
Heavy metal contamination paths
Sewage Sludge
disposal and solid
residues in the soil
Atmosphere: particulate and gaseous
Terrestrial systems:
soils/groundwaters
Leaching/erosion
Agricultural Techniques
Continental waters
Particulate/dissolved and sediments
Dry and humid deposition
Effluent leaking
Avaporation/aeolic spray
Incineration
melting
Exaustion
River flow
Estuaries: Particulate/Dissolved
and sediments
Effluent disposal
mixing
Oceans: particulate/dissolved
and sediments
3
(Adapted from Goldberg, 1976)
Compartments
Sediment
×
Dissolved in the
interstitial water
Dissolved in the water
Suspended
particulate matter
Metal
Dissolved
phase
×
Suspended
particulate matter
Gaseous
undissolved
4
Especiation and Fractionation of de
Metals
Metallic Species
Dissolved phase
Ionized metals in the solution
Ionic complexes
Inorganic ionic pairs
Organic complexess
Chelates
Heavy weight organic molecules bound metals
Coloids
Metals adsorbed to coloids
Particulate phase and sediments
Precipated metals and associated to mineral particles
adsorbed, oxy-hydróxides, sulfides, lattice
Particulate organic matter associated metals
Metals associated to organismes
Examples
Fe3+, Cu2+, Hg+1, Hg+2
AsO43-, UO2+2
HgCl-1, CuOH+1, CdCl+1
Me-Hg+1, MetallicTiols
Me-Lecitine
Me-humic/fulvic acids
FeOOH, Mn+4 Oxyhydroxides
Me-FeOOH, Me-Mn+4OOH
ZnSiO3, CuCo3, HgS, FeS,
PbS, oxy-hydroxi
precipitated, Me-clays, etc.
Metals associated to
precipitated organic matter
Metals in the phytoplancton
5
Methods
Polarography
Chromatography
Dissolved phase
Separations
Cryogeny
Distillation
Partial extraction
Particulate phase /
sediment
Sequential extraction
Speciation
6
Sequential Extraction
2 g de sedimento
Mg Cl2 (1 M)
pH 7
Ac NaO (1 M)
pH 5
Na2S2O4
(0,3 M)
HNO3 (0,02 M)
+ H2O2 (30%)
Aqua Regia
+ HF (1:3)
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
7
AVS/SEM Model
Sulfetos metálicos
MnS(s)
FeS(s)
ZnS(s)
CdS(s)
CuS(s)
Cu2S(s)
PbS(s)
NiS(s)
Kps
13,5
18,1
24,7
27,0
36,1
48,5
27,5
19,0
8
AVS/SEM Model
Fe S
Fe S
Ni
Cd
Pb
Cu
Fe S
Fe S
Fe S
Fe S
Fe S
Zn
Fe
Cd S
Ni
S
Pb S
Cu S
Fe S
Fe
Zn S
Fe S
9
Impactos dos metais nos seres
vivos



Intoxicação aguda
Intoxicação crônica
Biomagnificação e
cadeia trófica
10
Transferência de contaminantes
Atmosphere
Emmissions
Effluents
Levels of concentration of pollutants
SOIL
Water
Algae
Terrestrial
Environment
Aquatic
Environment
Environment
Primary
trophic
Level
Higher
Trophic
Levels
11
Metais e as dragagens
Ambiente oxidante
Meoxi
(Fe2O3)
Mered
(Fe+2)
Meoxi
(Fe2O3)
Mered
(Fe_S)
Meoxi
(Fe2O3)
Mered
(Fe+2)
Mered
(Fe-S)
Meoxi
(Fe2O3)
Mered
(Fe+2)
Ambiente redutor
12
Resolução CONAMA nº 344,
de 25 de março de 2004

Estabelece as diretrizes gerais e os
procedimentos mínimos para a
avaliação do material a ser dragado
em águas jurisdicionais brasileiras, e
dá outras providências.
13
Resolução CONAMA nº 344,
de 25 de março de 2004


Convenção sobre Prevenção da Poluição
Marinha por Alijamento de Resíduos e
Outras Matérias (Convenção de Londres LC/72)
... as partes contratantes adotarão,
segundo suas possibilidades científicas,
técnicas e econômicas, medidas eficazes,
individual e coletivamente, para impedir a
contaminação do mar causado pelo
alijamento de resíduos
14
Resolução CONAMA nº 344,
de 25 de março de 2004

...são definidos critérios de
qualidade, a partir de dois níveis,
conforme procedimentos
estabelecidos no Anexo desta
Resolução:
• I - nível 1: limiar abaixo do qual prevêse baixa probabilidade de efeitos
adversos à biota.
• II - nível 2: limiar acima do qual prevêse um provável efeito adverso à biota
15
Resolução CONAMA nº 344,
de 25 de março de 2004
16
Sediment Quality Criteria
17
18
Resolução CONAMA nº 344, de 25 de março de 2004


o material cuja concentração de qualquer dos
poluentes exceda o nível 2 somente poderá ser
disposto mediante previa comprovação técnicocientifica e monitoramento do processo e da área de
disposição, de modo que a biota desta área não sofra
efeitos adversos superiores àqueles esperados para o
nível 1, não sendo aceitas técnicas que considerem,
como princípio de disposição, a diluição ou a difusão
dos sedimentos do material dragado
o material cuja concentração de mercúrio, cádmio,
chumbo ou arsênio, ou de PAHs do Grupo A estiver
entre os níveis 1 e 2, ou se a somatória das
concentrações de todos os PAHs estiver acima do
valor correspondente a soma de PAHs, deverá ser
submetido a ensaios ecotoxicológicos, entre outros
testes que venham a ser exigidos pelo órgão
ambiental competente ou propostos pelo
empreendedor, de modo a enquadrá-lo nos critérios
previstos nos incisos I e II deste artigo.
19
Confined Disposal Facility ?
The solution for the
disposal of contaminated
dredging residues ?
20
Confined Disposal Facilities
Confined Disposal Facilities- CDF
Upland CDF
CAD Pit
No Action
Island/NS CDF
Water Line
In-place Soil
KEY:
Dredged Material
Effluent
In-place Sediment
Dike Wall
Cap
Driscoll et al. ( 2002)
21
Disposal
environments
Inland disposal facility
Island disposal facility
Subaquatic disposal facility
22
Minamata Bay
23
Cases
Region
Country
Capacity Date
(m3)
Boston
USA
800,000
1997- Clean sand
2000
Multiple
Hong Kong China
22 Mio
1992- Sand and mud
2001
Multiple
Rostock
248,000
2001/ none
2002
HM,
PCB
Providence USA
Harbour
900,000
2003/ Uncontaminated Multiple
2004 sediment
Sandefjord Norway
55,000
2004
Germany
Caps
Contami
nant
Geotextiles and
sand cap
24
Terminal Marítimo da CSA
• Contaminação por Zn e Cd da Companhia
Ingá Metais – Metalurgia de Zn com
formação de passivo.
• Concentrações chegam a 4000 µgZn g-1 e
até 8 µgZn g-1
• Camada contaminada pode chegar a 1
metro
• Abaixo da camada, enorme jazida de areia
para a construção de aterro na área da
indústria
• Material contaminado = 900.000 m3
• Material a ser dragado = 22.000.000 m3
25
Terminal Marítimo da CSA
7475000
Santa Cruz
7470000
Itacuruçá
7465000
32 1
4
14
5
7460000
24
21
8
10
9
Ilha da
Madeira
37
36 39
62
30
34
31 33
18
7450000
A
CS
23
22
6
7455000
25
20
64
41
65
42
32
43
19
Ilha da Marambaia
Sepetiba
48
4950
47
46 51
45
5556
54
61
52 53
44
57 58
59
Restinga da Marambaia
OCEANO ATLÂNTICO
7445000
600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000
26
0m
10000m
20000m
30000m
40000m
Terminal Marítimo da CSA
7464000
7463000
7462000
909
1709
2509
3309
4109
5707
5509 61076505
5909
7461000
7460000
619000
620000
621000
622000
623000
624000
625000
626000
27
Terminal Marítimo da CSA
7.5
7475000
7
6.5
6
Santa Cruz
7470000
Itacuruçá
Ilha da
Madeira
5.5
CS
7465000
5
A
4.5
Sepetiba
7460000
4
3.5
3
7455000
2.5
2
Restinga da Marambaia
7450000
1.5
Ilha da Marambaia
OCEANO ATLÂNTICO
0.5
7445000
600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000
0m
Cd
1
10000m
20000m
30000m
0
40000m
28
Terminal Marítimo da CSA
600
560
7475000
520
480
Santa Cruz
7470000
Itacuruçá
Ilha da
Madeira
7465000
440
A
CS
400
360
Sepetiba
320
7460000
280
240
7455000
200
Restinga da Marambaia
160
7450000
Ilha da Marambaia
OCEANO ATLÂNTICO
120
80
7445000
600000 605000 610000 615000 620000 625000 630000 635000 640000 645000 650000
0m
Zn
10000m
20000m
30000m
40
40000m
29
Impactos:

Ressuspensão
• Área a ser dragada – draga
hopper
• Disposição no CDF
• Redissolução de metais
• Consumo de oxigênio
• Difusão de nutrientes
30
Modelo de impacto da dragagem

Simulações
• Comparação com limites CONAMA 357
• Comparação com aportes continentais

Premissas:
• 100% do material é ressuspendido
• Apenas a fração móvel é considerada
contaminante (AVS/SEM e seqüencial)
31
Limites do CONAMA 357/2005
Aportes
continentais
Coluna d’água afetada pela dragagem
Dragagem
Sedimento
Material Dragado
32
Comparação com limites
CONAMA 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}
33
Parâmetros da dragagem (informados pelo operador)
Parâmetro
Volume da capa contaminada úmida (m3)
Estimativa
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)
Peso de sedimento dragado (seco) em toneladas dia-1
Número de dias de dragagem (para 24 horas dia-1)
48.000
8141
171
34
Porcentagem de metais associados a frações móveis do
sedimento
Descrição
Porcentagem de Cd móvel (extração sequencial)1
Estimativas
70
Porcentagem de Zn móvel (extração sequencial)1
Porcentagem de Pb móvel (extração sequencial)2
Porcentagem de Hg móvel (extração sequencial)3
Porcentagem de Cd móvel (AVS/SEM)4
Porcentagem de Zn móvel (AVS/SEM)4
Porcentagem de Pb móvel (AVS/SEM)4
Porcentagem de Hg móvel (AVS/SEM)4
50
55
10
55
60
65
90
1Pestana,
1989; 2Souza et al, 1986; 3Marins et al., 1999; 4Machado et al., 2004 (valor de
zinco confirmado para a área)
35
Volume afetado pela dragagem
Parâmetro
Raio estimado da área afetada pela dragagem (m)*
Profundidade média da área afetada pela dragagem
(m) – Determinada na carta náutica
Superfície da área afetada pela dragagem (m2)
Volume afetado pela dragagem (m3)
Estimativa
2.000
5
12.566.371
62.831.853
* Valor baseado em modelos apresentados na literatura – estabelecem área de 5 km
36
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
37
Monitoramento do material particulado para evitar a dispersão de
contaminantes
Parâmetro
Valor
Profundidade média em raio de 1 km do ponto de dragagem (m)
Superfície da área afetada pela ressuspensão (m2)
Volume afetado pela dragagem (m3)
Peso de sedimento dragado (seco) em kg dia-1
5
3.141.593
15.707.963
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)
*Valor máximo da diferença entre os pontos a 1km da dragagem e os pontos
de referência (a 3 km da dragagem)
77
38
0.25000
(mg L-1)
0.20000
0.15000
0.10000
0.05000
0.00000
Cd
Zn
Pb
Hg
Extração sequencial
Aporte à coluna d'água para 5 dias
Cd
Zn
Pb
Hg
SEM
CONAMA Classe 1
CONAMA Classe 2
39
Monitoramento durante a dragagem
40
Monitoramento durante a dragagem
41
Monitoramento durante a dragagem
42
Monitoramento durante a dragagem
43
Estudo de Caso 2
Porto do Sudeste - LLX
44
Ilha da Madeira
7465000
Itacuruçá
Porto do Sudeste
7464000
7463000
Ilha de
Itacuruçá
7462000
7461000
Baía de Sepetiba
7460000
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
45
Ilha da Madeira
7465000
Itacuruçá
Porto do Sudeste
7464000
7463000
Ilha de
Itacuruçá
7462000
7461000
Baía de Sepetiba
7460000
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
46
Ilha da Madeira
7465000
4
Itacuruçá
Porto do Sudeste
3.6
7464000
3.2
2.8
7463000
Ilha de
Itacuruçá
2.4
2
7462000
1.6
7461000
1.2
Baía de Sepetiba
0.8
7460000
0.4
0
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
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.
47
Ilha da Madeira
7465000
4
Itacuruçá
Porto do Sudeste
3.6
7464000
3.2
2.8
7463000
Ilha de
Itacuruçá
2.4
2
7462000
1.6
7461000
Baía de Sepetiba
1.2
0.8
7460000
0.4
0
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
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.
48
Ilha da Madeira
7465000
4
Itacuruçá
Porto do Sudeste
3.6
7464000
3.2
2.8
7463000
Ilha de
Itacuruçá
2.4
2
7462000
1.6
7461000
Baía de Sepetiba
1.2
0.8
7460000
0.4
0
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
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.
49
Ilha da Madeira
7465000
Itacuruçá
Porto do Sudeste
7464000
7463000
Ilha de
Itacuruçá
7462000
7461000
Baía de Sepetiba
7460000
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
1000
619000
Mapa da área de dragagem cujo material deve ser
destinado ao CDF. Camada 0-50 cm
1500
2000
620000
50
Ilha da Madeira
7465000
Itacuruçá
Porto do Sudeste
7464000
7463000
Ilha de
Itacuruçá
7462000
7461000
Baía de Sepetiba
7460000
7459000
0
613000
614000
615000
616000
617000
618000
500
619000
1000
1500
2000
620000
Mapa da área de dragagem cujo material deve ser destinado ao CDF.
Camada 50-100 cm.
51
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
52
Camada 0 a 50 cm (a)
Ordem
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Easting
617076
617040
617015
616989
616984
616982
616985
617002
617016
617031
617040
617042
617044
617042
Northing
7463650
7463659
7463677
7463702
7463728
7463742
7463769
7463795
7463820
7463844
7463862
7463884
7463905
7463925
Ordem
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Easting
617031
617027
617016
617005
617000
616995
616987
616985
616989
617199
617076
Northing
7463947
7463967
7463989
7464009
7464034
7464061
7464088
7464117
7464148
7464092
7463650
53
OBRIGADO
Julio Cesar Wasserman
Professor Associado
Departamento de Análise Geo-Ambiental
Universidade Federal Fluminense
Tel: 2629-5916
E-mail: [email protected]
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