Sorção de metais pesados em resíduos orgânicos e biocarvões e sua aplicação na remediação de solo com teores anômalos Cd,Pb e Zn

Abstract

Solos contaminados com metais pesados podem transferir esses contaminantes para água, ar e cadeia alimentar, gerando danos ao ambiente e à saúde pública. Resíduos orgânicos e biocarvão são materiais promissores para estabilizar esses contaminantes in situ via adsorção, precipitação e/ou complexação. Contudo, apesar da possibilidade de atenuar a disponibilidade de metais pesados no solo, esses resíduos também podem, a depender de sua composição, do tipo de solo e do metal pesado, aumentar a mobilidade. Diante disso, este trabalho buscou avaliar o potencial de quatro resíduos orgânicos (Lodo de Esgoto - LE, Lodo Primário – LP e Secundário de Papel e Celulose – LS e Bagaço de Cana - BC) e seus respectivos biocarvões em reduzir a disponibilidade de Cd, Pb e Zn no solo. Para tanto, determinou-se a capacidade máxima de adsorção dos resíduos e biocarvões. Os resultados apontaram que o LE e o LS, bem como seus biocarvões foram os mais eficientes. Então, o desempenho desses biossorventes em reduzir a mobilidade e biodisponibilidade de metais pesados foi testado em casa de vegetação. Para isso, executou-se experimento em esquema fatorial 4 x 6, sendo quatro condicionadores e seis doses (0; 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 e 10 % m/m), com três repetições. A disponibilidade foi avaliada via monitoramento da concentração de metais em amostras da solução do solo ao longo do experimento e pela especiação dos metais em amostras do solo via extração sequencial. Para avaliar a biodisponibilidade, utilizou-se a espécie Canavalia ensiformes L. (feijão-de-porco), que ao final do cultivo teve o teor dos metais na parte aérea das plantas determinado. Os resultados apontaram que o LE e seu biocarvão, assim como o LS aumentaram a disponibilidade de metais no solo e, como consequência, houve maior transferência de metais para a parte aérea do feijão-de-porco, culminando em redução de massa produzida. O LS, além do aumento da disponibilidade, também promoveu dispersão no solo. Por outro lado, o biocarvão do LS não dispersou o solo e foi o mais eficiente em reduzir a mobilidade e disponibilidade de metais, o que reduziu a presença desses contaminantes na parte aérea e aumentou a produção de massa seca. Contudo, apesar do melhor desempenho do biocarvão do LS, o feijão-de-porco apresentou sintomas severos de toxicidade decorrente da alta concentração de Cd, Pb e Zn no solo, sugerindo que esse condicionador seja utilizado em solos com contaminação de leve a moderada.

Soils contaminated with heavy metals can transfer these contaminants to water, air, and food chain, causing damage to the environment and public health. Organic wastes and biochars are promising amendments to stabilize these contaminants in situ via adsorption, precipitation, and/or complexation. However, despite the possibility of attenuating the availability of heavy metals in the soil, these amendments can increase mobility depending on their composition, type of soil, and heavy metal. This work aimed to evaluate the potential of four organic wastes (Sewage Sludge - SS, Primary Sludge - PS and Secondary Sludge from pulp and paper mill industry - SeS, and Sugarcane Bagasse - SB) and their respective biochars in reducing the availability of Cd, Pb, and Zn. For that, the maximum adsorption capacity of the organic wastes and their biochars was determined. The results showed that the SS and SeS, as well as their biochars, were the most efficient. Therefore, the performance of these biosorbents in reducing the mobility and bioavailability of heavy metals was tested in greenhouse. The experiment was carried out in a 4 × 6 factorial scheme, with four replications and six doses (0, 1.0, 2.5, 5.0, 7.5, and 10 % m/m). Mobility was assessed by monitoring the concentration of metals in soil solution samples throughout the experiment, and by fractionating the metals in soil samples via sequential extraction. To evaluate the bioavailability, the specie Canavalia ensiformes L. (pork bean) was used, which, at harvest, the metals content in shoots, as well the mass produced were determined. The results pointed out the SS and its biochar, as well as the SeS increased the availability of metals in the soil and, consequently, there was a greater transfer of metals to the aerial part of the plant, culminating in reduction of dry mass produced. The SeS, besides increasing availability, also promoted soil dispersion. On the other hand, biochar from SeS did not disperse the soil and it was the most efficient amendment in reducing the mobility and availability of metals, which reduced the presence of metals in the aerial part and increased dry mass production. However, despite the better performance of SeS biochar, the plants showed severe toxicity symptoms due to the high concentration of Cd, Pb, and Zn in the soil. It suggests that this amendment is more suitable for lightly to moderately contaminated soils.