Eng. Ambiental 5 - Solos, Notas de estudo de Engenharia Ambiental

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Recurso Solo

1. Estrutura e dinâmica da litosfera

Litosfera : compreende a crosta terrestre e uma camada rochosa inferior rígida, com espessura total de cerca de 100 km. A crosta é composta pelo solo (material fragmentado) e rochas (material consolidado), a crosta continental é bem mais espessa (20 a 70 km) do que a crosta oceânica (6 km). Manto : aprox. 2900 km de espessura. É composto de material magmático (rico em silicatos) em estado sólido, porém com movimentos lentos de circulação (na escala geológica de tempo)

Núcleo : constitue-se provavelmente de ferro

• Núcleo exterior (3470 km): estado líquido (cujos movimentos causam o
• Núcleo interior (1200 km): estado sólido

Composição elementar da crosta terrestre:

% massa % volume

magnetismo terrestre)

elemento símbolo Oxigênio O 46,6 93, Silício Si 27,7 0, Alumínio Al 8,1 0, Ferro Fe 5,0 0, Cálcio Ca 3,6 1, Sódio Na 2,8 1, Potássio K 2,6 1, Magnésio Mg 2,1 0, Demais 1,5 --

omposição em massa de alguns elementos: Hidrogênio (0,22%), enxofre (1050 ppm), fósforo (

inerais: os diversos elementos químicos ocorrem na forma de materiais de estrutura e composição

C

ppm), carbono (200 ppm) nitrogênio, (20 ppm ).

M

CICLO SEDIMENTAR : os minerais e as rochas sofrem um processo de transformação de natureza cíclica: os materiais da superfície terrestre, incluindo os sedimentos, material vulcânico, e rochas antigas de diversos tipos, são erodidos e transportados para as bacias sedimentares, onde se acumulam. No processo de litificação esse material se transforma nas rochas sedimentares, as quais, nas camadas mais profundas, podem ser transformadas em metamórficas por meio de aquecimento e deformação. A profundidades ainda maiores, essas rochas podem fundir-se e formar o magma félsico, enquanto que em outros pontos o magma pode ser originado do material constituinte do manto (magma máfico). Movimentos de ascenção trazem à superfície as diversas rochas formadas no interior, bem como o material magmático. Este, por estar em estado de fusão, tem alta mobilidade e atinge a superfície rapidamente, causando a atividade vulcânica.

Vulcão

Sedimentos

Rochas sedimentares

litificação

fusão do manto, formação do magma máfico

fusão

aquecimento, deformação

intrusão, resfriamento intrusão, resfriamento

Rochas metamórficas magma félsico

Rochas ígneas

Rochas ígneas

Rochas metamórficas (contato)

levantamento

levantamento

levantamento

Erosão

Intemperismo: O intemperismo, ou alteração, é a transformação parcial ou total das rochas e de seus respectivos minerais, sedimentos, depósito ou solo, ao entrar em contato com a atmosfera, por aflorar ou estar muito perto da superfície. O processo é condicionado pela natureza do material, pelas condições climatológicas e pela atividade biológica. O intemperismo é considerado como processo inicial na formação do solo.

Segundo BRAGA et.al****. (2002), a formação dos solos é o resultado da ação combinada de cinco fatores: clima (pluviosidade, umidade, temperatura, etc. ), natureza dos organismos (vegetação, microorganismos decompositores, animais), material de origem, relevo e idade.

Intemperismo físico (mecânico): modificação no tamanho ou forma da rocha, sem alteração de sua composição química. Agentes do intemperismo físico:

◊ Ação da gravidade (quedas) ◊ ação da água e gelo (exemplo: a água retida na rocha, ao congelar, aumenta de volume e pode provocar fraturas) ◊ Abrasão durante o transporte pelos ventos, águas, e geleiras (ex.: arredondamento dos cantos)

Intemperismo químico: alteração na composição da rocha, por meio de processos químicos:

◊ Oxidação: (reação com o oxigênio formando óxidos) ◊ Hidrólise: (reação com água formando hidróxidos, hidratos...) ◊ Carbonatação: (reação com o CO 2 formando carbonatos) ◊ Intemperismo biológico: contempla aquelas transformações efetivadas pelos seres vivos e pelos produtos que liberam: ◊ a pressão do crescimento das raízes vegetais; ◊ excrementos ácidos de animais.

Zonas (horizontes) característicos do solo : o solo não é um corpo uniforme; apresenta ao contrário, uma marcada anisotropia em sentido vertical manifestada em forma de camadas ou horizontes. O estudo destas características não pode referir-se, portanto, à totalidade do solo, entretanto terão que levar em consideração a existência destes horizontes. São determinados atendendo aos seguintes aspectos:

• Diferenças de coloração.
• Propriedades morfológicas: textura, estrutura, elementos grossos, outras;
• Propriedades associadas: grau de compacidade, plasticidade, friabilidade, dureza, outros.

Alguns autores delimitam a existência de vários outros horizontes intermediários.

Classificação das partículas do solo pelo tamanho:

Faixa de tamanho (mm) Denominação

256 matacão (“boulder”) 64 a 256 calhau (“cobble”) 4 a 64 seixo (“pebble”) 2 a 4 grânulo (“granule”) 1/16 a 2 areia (“sand”) 1/256 a 1/16 silte (“silt”) < 1/256 argila (“clay”)

Sistema Brasileiro de Classificação de Solos – Embrapa (1999)

Alissolos: Solos constituídos por material mineral caracterizados pela diferença de argila em atividade. Cambissolos: Pouco profundos ou rasos; ausência de argila acumulada. São moderadamente

◊ Mineração; ◊ Deposição de resíduos sólidos urbanos ou industriais; ◊ Deposição (infiltração) de efluentes líquidos urbanos ou industriais ◊ Acidentes ambientais (vazamentos, derramamentos, etc);

Indiretas:

◊ Contaminação proveniente da atmosfera (*POLUENTES ATMOSFÉRICOS) ◊ Contaminação proveniente das águas (ex.: salinização do solo pela irrigação)

• Os processos de obtenção de energia e a atividade industrial são duas das principais causas de poluição atmosférica, liberando produtos residuais do processo de combustão: CO 2 , CO, SO 2 , NOX, O 3 , metais pesados, elementos radiativos, partículas, outros.

Estes produtos retornam aos ecossistemas terrestres por meio de deposição seca ou úmida. A vegetação pode interceptar a emissão. Uma vez no solo, os poluentes podem ser absorvidos ou nele circularem, sendo finalmente absorvidos pelas plantas ou transferidos para as águas subterrâneas. As conseqüências mais diretas da incorporação ao solo destes compostos são a acidificação e a salinização.

Determinadas atividades industriais trazem consigo a liberação, para a atmosfera, de substâncias específicas contaminantes do solo:

a) As indústrias metalúrgicas, siderúrgicas e minerais liberam uma grande quantidade de metais. Estas substâncias não voláteis podem ser depositadas no solo em sua forma elementar ou em compostos de sais e óxidos. Uma vez no solo, os metais formam complexos com a matéria orgânica, ficando sua mobilidade limitada. Não obstante, em função da natureza da fração orgânica do solo, também pode ser favorecido o processo inverso, ficando, assim, os metais solubilizados. Por exemplo, os ácidos húmicos geram complexos insolúveis estáveis, enquanto que os ácidos fúlvicos formam complexos solúveis.

b) A mineração a céu aberto origina uma alteração total do solo, que perde a capacidade como recurso agrícola e de manter toda atividade biótica. É então facilmente erosivo, afetando o relevo e a paisagem. Os resíduos decorrentes desta atividade se convertem em potenciais elementos de contaminação de solos e águas.

c) Os materiais plásticos produzidos pelas indústrias químicas se caracterizam por serem pouco biodegradáveis e de toxicidade desconhecida. Os produtos de sua combustão incompleta geram compostos de alta toxicidade. O solo dificilmente consegue eliminar este tipo de composto, facilitando, além disso, sua transferência.

d) Outras atividades industriais são pontualmente emissoras de um determinado agente contaminante do solo: O enxofre (SO2, H 2 S, R-SH), o flúor, metais voláteis (Hg, Cd), etc.

Conseqüências da poluição do solo:

◊ Diminuição do rendimento qualitativo e quantitativo dos produtos cultivados, comportando um risco para a saúde dos consumidores ao entrarem determinados elementos na cadeia trófica. ◊ Diminuição qualitativa e quantitativa do crescimento normal dos microrganismos do solo, implicando no aumento da fragilidade do sistema. ◊ Perda do poder de depuração natural por mecanismos normais de regeneração biológica, após superada a capacidade de aceitação do solo. São afetados o ciclo biogeoquímico e a respectiva função de filtro biológico. ◊ Os espaços contaminados apresentam problemas de salubridade para as mais diversas atividades humanas. ◊ Poluição da atmosfera por transferência de substâncias por volatilização. ◊ Contaminação das águas superficiais e freáticas por processos de transferência, alcançando concentrações superiores às aceitáveis. ◊ Perda de áreas disponíveis para ocupação urbana

Erosão: é o processo permanente de transporte e deposição (sedimentação) em outros locais das partículas constituintes do solo. Os agentes da erosão são: água corrente, vento, geleira

Resultados da erosão: (a) formação dos sistemas de drenagem fluvial (leitos dos rios, vales e encostas das montanhas), onde predomina o arraste de material; (b) formação de bacias sedimentares (fundos de vales e dos oceanos, onde predomina a sedimentação de partículas). A erosão provoca também a seleção de materiais: durante o transporte, as partículas de mesmo tamanho e densidade tendem a serem transportadas pela mesma distância, e acumulam-se no mesmo local.

Aspectos hidrológicos da contaminação: a água é o meio de transporte e disseminação de poluentes depositados no solo. Velocidade de propagação e grau de contaminação em cada local depende das características hidrodinâmicas dos aquíferos e da natureza química do poluente

Através de modelos matemáticos é possível possível simular os processos de contaminação do solo e aquíferos subterrâneos

3. Resíduos Sólidos

Definição:

"São os restos das atividades humanas, considerados pelos geradores como inúteis, indesejáveis ou descartáveis. Normalmente, apresentam-se sob estado sólido, semi-sólido ou semi-líquido". (IPT/CEMPRE,1995).

"Todo e qualquer resíduo resultante das atividades diárias do homem na sociedade. Estes resíduos são, basicamente, sobras de alimentos, papéis, papelões, plásticos, trapos, couros, madeiras, latas, vidros, lamas, gases, vapores, poeiras, sabões, detergentes, e outras substâncias descartadas de forma consciente" (PROSAB,1999).

"Resíduos nos estados sólidos e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia disponível". NBR nº 10.004, da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT.

Algumas causas responsáveis pela enorme da produção de resíduos:

• Revolução Industrial X rápido crescimento demográfico.
• A alta concentração da população em centros urbanos.
• O descontrolado aumento das necessidades energéticas e de materiais elaborados pelo homem, provocando um maior índice de desperdícios.
• A utilização de materiais e produtos pouco duráveis, ou, inclusive, não reutilizáveis.

Classificação:

Formas mais usuais de classificação:

1 - Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente:

Classificação de acordo com a NBR 10.004 da ABNT:

Classe I ou perigosos

“São aqueles que, em função de suas características intrínsecas de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade ou patogenicidade, apresentam riscos à saúde pública através do aumento da mortalidade ou da morbidade, ou ainda provocam efeitos adversos ao meio ambiente quando manuseados ou dispostos de forma inadequada.”

Classe III ou não-inertes

“São os resíduos que podem apresentar características de combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade, com possibilidade de acarretar riscos à saúde ou ao meio ambiente, não se enquadrando nas classificações de resíduos Classe I - Perigosos ou Casse III – Inertes.”

Classe III ou inertes

“São aqueles que, por suas características intrínsecas, não oferecem riscos à saúde e ao meio ambiente, e que, quando amostrados de forma representativa, segundo a norma NBR 10.007, e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, a temperatura ambiente, conforme teste de solubilização segundo a norma NBR 10.006, não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água, conforme listagem nº 8 (Anexo H da NBR 10.004), excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor. “

2 - Quanto à origem

1- Lixo doméstico ou residencial; 2- Lixo comercial; 3- Lixo público; 4- Lixo domiciliar especial: entulho de obras, pilhas e baterias, lâmpadas fluorescentes e pneus; 5- lixo de fontes especiais: lixo industrial, lixo radioativo, lixo de portos, aeroportos e terminais rodoferroviários, lixo agrícola, resíduos de serviços de saúde.

Características:

Físicas: NBR 10. ◊ Geração per capita ◊ Composição gravimétrica ◊ Peso específico aparente ◊ Teor de umidade ◊ Compressividade ◊ Químicas: ◊ Poder calorífico ◊ Potencial hidrogeniônico (pH) ◊ Composição química ◊ Relação carbono/nitrogênio (C:N) ◊ Bológicas: ◊ População microbriana ◊ Vetores (organismos patogênicos)

Fatores intervenientes: características sociais, culturais, econômicas, geográficas, climáticas.

Composição gravimétrica do lixo de alguns países (%) Composto Brasil Alemanha Holanda EUA

Mat. orgânica 65,00 61,20 50,30 35,

Vidro 3,00 10,40 14,50 8,

Metal 4,00 3,80 6,70 8,

Plástico 3,00 5,80 6,00 6,

Papel 25,00 18,80 22,50 41, Fonte: IBAM – 2001

Faixas mais utilizadas da geração per capita

♦ relação carbono nitrogênio (C/N) ♦ Teor em halogênios (Cl, F, Br) ♦ Teor em celulose ♦ pH ♦ Coeficiente de condutividade térmica ♦ Teor de substâncias tóxicas diversas (metais pesados, organoclorados, etc) Amostra representativa do lixo bruto (1000 a 2000 kg)

Análise granolumétrica (Peneiras)

fração fina (0 a 8 mm)

fração média (8 a 40 mm)

fração grossa (40 a 120 mm)

não peneiráveis (> 120 mm)

Pesagem de cada fração e determinação da proporção de cada uma

Separação e pesagem conforme o tipo de material

Grupo I: podem ser incinerados ou compostados Grupo II: somente podem ser incinerados Grupo III: não podem ser compostados nem incinerados Redução de tamanho (trituração, moagem) até 8 mm e mistura das frações

Retirada de pré-amostras (25 litros)

Restos Retirada de amostras para laboratório

Classificação dos materiais:

Grupo I: incineráveis e compostáveis: lixo orgânico de cozinha, restos vegetais, papéis, papelões finos, palha, texteis, ossos

Grupo II: só incineráveis: madeira, papelões grossos, couros, borrachas, plásticos Grupo III: nem incineráveis nem compostáveis (inertes): metais, vidros, porcelanas, solo, pedras, tijolos, etc.

Art.30 da Constituição Federal: “Cabe à administração municipal a responsabilidade pela gestão dos

serviços de interesse local, como a coleta e o destino final de todos os resíduos sólidos gerados no Município.“

RESPONSABILIDADE PELO GERENCIAMENTO DE CADA TIPO DE RESÍDUO SÓLIDO Tipos de resíduos sólidos Responsável Domiciliar Prefeitura

Comercial Prefeitura Público Prefeitura Serviços de Saúde (hospitais, farmácias, consultórios etc.) Gerador Postos, aeroportos e terminais rodoviários e ferroviários Gerador Industrial Gerador Agrícola Gerador Entulho Gerador Fonte: IPT/CEMPRE (1995).

Nos países desenvolvidos, este valor geralmente é duas a quatro vezes maior (FIGUEIREDO, 1998). No Brasil, na década de 70, a produção de resíduos sólidos era de aproximadamente 0,72Kg/hab/dia, passando, na década de 90, para cerca de 1,2Kg/hab/dia (REVISTA BIO, 1997).

Características: composição, densidade, poder calorífico, umidade, outros.

Composição média dos resíduos produzidos no Brasil.

ITENS % PESO Matéria orgânica 52, Papel e papelão 24, Plásticos 2, Vidros 1, Metais ferrosos 1, Metais não- ferrosos 0, Trapos 0, Couro 0, Madeira 0, Outros 15, Total 100, Fonte: PEREIRA NETO (1992).

Gestão:

PROCESSO DE GESTÃO

diferentes dias da semana. As rotas devem ser planejadas de forma a maximizar o tempo efetivo de coleta: Tcoleta = 8 - (Tmobilização + n (Ttransfer + Tidaevolta) + Tpausas) Onde: Tmobilização: tempo de deslocamento da garagem ao setor no início do dia e de retorno à garagem no fim do dia n: número de viagens necessário para a coleta do lixo no setor Ttransfer: tempo para descarga no local de destino (inclusive pesagem, esvaziamento, etc) Tidaevolta: tempo de deslocamento entre o setor e o local de destino Tpausas: tempo de pausa e atrasos normais da equipe (café, etc) Estimativa do número diário de viagens de cada veículo (n)

n = 1,25 Ndomicilios × Wd / (Cv × Cd)

Ndomicilios: Numero de domicílios em cada rota de coleta Wd: Peso médio do lixo coletado em cada domicílio (kg) Cv: Capacidade do veículo (m3) Cd: Densidade do lixo compactado pelo veículo (kg/m3) 1,25: fator para compensar variações de eficiências A otimização das rotas é feita por meio de análise de alternativas, selecionando aquela que resultar no maior tempo efetivo de coleta possível. Por meio de regras heurísticas é possível pré-selecionar as alternativas a serem consideradas. Modelos em computador são úteis para comparação das alternativas.

Estações de transbordo: quando o local de destino final do lixo for muito distante dos locais de coleta, então pode ser necessário uma estação de transferência: os veículos de coleta transportam o lixo até a estação. Dali até o aterro final o lixo é transportado por outros caminhões, de de maior porte.

Segregação Segregação é o processo pelo qual o órgão ou empresa de coleta de lixo separa os materiais recicláveis de diversos tipos, presentes no lixo recolhido (seja o lixo recolhido em coleta seletiva ou em coleta convencional)

Operações e processos: diversos equipamentos e técnicas são necessárias para a segregação. Os mais comuns são:

◊ Silos de armazenagem ◊ Catação manual: separação de vidros, plásticos, etc ◊ Redução de tamanho (moinhos) ◊ Classificação (peneiras) ◊ Separação magnética de metais (ferro) ◊ Separação pneumática (aerodinâmica): remoção de vidro, pedras e outros materiais antes da compostagem ◊ Separação hidrodinâmica (em meio aquoso ou em meio denso) ◊ Separação de plástico e papel

lixo bruto

Descompactação

Peneira 40/80 mm

Moagem

Separação aerodinâmica

Separação hidrodinâmica

Separação em meio denso

Separação plástico / papel

seleção manual

< 40 mm (compostagem)

80 mm

papel, papelão

plástico

vidro

vidro

Ferro

Ferro

Ferro

Sep. Magnético

Sep. Magnético

Sep. Magnético

< 80 mm papel e plásticol

plástico

papel

material orgânico (compostagem)

metais não ferrosos Fluxograma do processamento (dentre várias possibilidades)