Efeito da aplicação de biochar e zeólitos na imobilização de metais pesados em solos e na biodisponibilidade de nutrientes em azevém (Lolium multiflorum, L.)
Thesis
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
O presente trabalho busca, a partir de métodos práticos, encontrar alternativas com soluções pertinentes aos impactos ambientais de larga escala, relacionados com a recuperação de solos contaminados por metais pesados e a problemática da gestão de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em Portugal. Para isso recorreu-se à aplicação ao solo de condicionadores naturais, como o mineral zeólitos e os desenvolvidos através da pirólise de uma matéria-prima orgânica na ausência de oxigênio, conhecidos como biochar. Ambos os condicionadores apresentam características físico-químicas que podem melhorar significativamente as propriedades do solo, com destaque para a imobilização de metais pesados, contaminantes oriundos de atividades industriais ou da adubação desadequada com aditivos orgânicos provenientes da compostagem dos RSU e compostos fertilizantes inorgânicos. Devido à sua alta porosidade e densidade de carga elétrica, esses condicionadores são capazes de adsorver e liberar lenta e constantemente nutrientes essenciais para as plantas sem que haja impactos negativos no ecossistema. Neste trabalho foram desenvolvidos dois ensaios: o primeiro, um ensaio de lixiviação em tubos verticais com solo, ao qual foram adicionados condicionadores, composto de RSU, nutrientes e uma solução de metais pesados (MP). A quantidade de MP aplicada foi cerca de cinco vezes superior à permitida pelo Decreto-Lei 103/2015 vigente no país, quer os adicionados no composto de RSU quer os adicionados na forma de solução. Este primeiro ensaio teve o objetivo de avaliar o potencial de imobilização e retenção de nutrientes e metais pesados pelos condicionadores ao longo do tempo. O outro foi um ensaio biológico em vasos, com os mesmos tratamentos aplicados nos tubos de lixiviação, usando uma gramínea como planta teste, o azevém (Lolium multifllorum Lam.). O objetivo foi avaliar a absorção de nutrientes e metais pesados, acumulados na biomassa vegetal produzida, com o intuito de quantificar o potencial de toxicidade de corretivos orgânicos oriundos da valorização orgânica dos RSU e o papel do biochar e zeólitos na dinâmica da biodisponibilidade de nutrientes e imobilização desses metais. Foram realizados dois cortes na biomassa aérea e analisada os parâmetros de qualidade do solo após os cortes. Como resultados principais notou-se, no ensaio de lixiviação que a adição de RSU aumentou a liberação dos elementos potássio, sódio, cálcio, magnésio ferro, cobre, manganês, níquel e chumbo. Os zeólitos estiveram associados à maior disponibilidade dos elementos potássio, sódio, cálcio e magnésio, com especial destaque para o potássio. A presença de RSU mascarou o efeito dos zeólitos e biochar na imobilização dos metais pesados. No ensaio sem RSU verificou-se um efeito significativo destes condicionadores na redução da quantidade lixiviada de metais pesados. A adição de RSU ao solo melhorou o estado da sua fertilidade, nos parâmetros avaliados. Sem a presença de RSU verificou-se um efeito positivo da presença de biochar e zeólitos na imobilização de metais pesados, deixando também o solo em melhores condições. No entanto, parece haver mecanismos diferenciados dos dois tipos de condicionadores nos fenômenos de retenção/liberação de metais já que, de uma maneira geral, o biochar apresentou maior capacidade de imobilização de níquel e cádmio, e os zeólitos contribuíram para a imobilização de chumbo no solo. No ensaio biológico constatou-se o elevado valor fertilizante do composto de RSU, já que as maiores produções de biomassa estiveram associadas aos tratamentos com este composto. A presença de zeólitos disponibilizou maior quantidade de nutrientes. A adição de biochar e zeólitos ao solo imobilizou metais pesados adicionados na forma de solução.
The present research seeks, from practical methods, to find alternatives with reasonable solutions to large-scale environmental impacts, related to recovery of soils contaminated by heavy metals and the problematic management of Municipal Solid Waste (MSW) in Portugal. For this purpose, natural conditioners were applied to the soil, such as the mineral zeolites and those developed through the pyrolysis of an organic raw material in the absence of oxygen, known as biochar. Both conditioners present physical-chemical characteristics that can significantly improve soil properties, with emphasis on the immobilization of heavy metals, contaminants from industrial activities or from inappropriate fertilization with organic additives from the composting of MSW and inorganic fertilizer compounds. Due their high porosity and electrical charge density, these conditioners are capable of adsorbing and releasing slowly and constantly essential nutrients to plants without negative impacts on the ecosystem. In this work, two tests were developed: the first, a leaching test in vertical tubes with soil, conditioners, MSW compost, nutrients, and a heavy metal (HM) solution were added. The amount of HM applied was about five times higher than allowed by the Decreto-Lei 103/2015 in force in the country, even for those added in the MSW compost and those added in solution form. This first trial aimed to evaluate the potential immobilization and retention of nutrients and heavy metals by the conditioners over time. The other was a biological pot experiment, with the same treatments applied in the leaching tubes, using a ryegrass as test plant (Lolium multifllorum Lam.). The goal was to evaluate the uptake of nutrients and heavy metals, accumulated in the plant biomass produced, in order to quantify the potential toxicity of fertilizers from the organic valorization of MSW and the presence of biochar and zeolites in the availability of nutrients and heavy metals immobilization dynamics. Two cuts were made in the aerial biomass and the soil quality parameters were analyzed after the cuts. The main results of the leaching test showed that the addition of MSW increased the release of potassium, sodium, calcium, magnesium, iron, copper, manganese, nickel, and lead. The zeolites were related to higher availability of the elements potassium, sodium, calcium, and magnesium, with special emphasis on potassium. The presence of MSW masked the effect of zeolites and biochar in the immobilization of heavy metals. In the test without MSW, there was a significant effect of these conditioners in reducing the leached amount of heavy metals. The addition of MSW to the soil improved its fertility status in the parameters evaluated. Without the presence of MSW there was a positive effect of the presence of biochar and zeolites in the immobilization of heavy metals, also giving the soil a better condition. However, it seems that there are different mechanisms for the two types of conditioners in terms of retention/release of metals, in general, biochar showed a greater capacity to immobilize nickel and cadmium, and zeolites contributed to the immobilization of lead in the soil. In the biological test, the high fertilizing power of the MSW compost was verified, as the highest biomass productions were associated with the treatments with this compost. The presence of zeolites made more nutrients available. The addition of biochar and zeolites to the soil immobilized heavy metals added in solution form.
