Alvarenga, Paula1,2*, Ferreira, Cláudia1, Mourinha, Clarisse1, Palma, Patrícia1,3
1Dep. de Tecnologias e Ciências Aplicadas, Escola Superior Agrária, Instituto Politécnico de Beja, *paula.alvarenga@ipbeja.pt 2LEAF – Centro de Investigação em Agronomia, Alimentos, Ambiente e Paisagem, Instituto Superior de Agronomia, Univ. de Lisboa 3CIMA - Centro de Investigação Marinha e Ambiental, Edifício 7, Piso 1, Univ. do Algarve, Campus Universitário de Gambelas, 8005-139, Faro
Resumo
Foi objectivo deste estudo avaliar a possibilidade de utilização de lamas obtidas no tratamento de água para consumo humano, da Estação de Tratamento de Águas (ETA) do Roxo (Baixo Alentejo), na correcção orgânica de um solo degradado por actividades mineiras, proveniente da Mina de Aljustrel (Faixa Piritosa Ibérica). As lamas em questão possuem um pH de 6,7 e um teor em matéria orgânica (MO) de 575 g kg-1 na matéria seca (MS), o que as torna inte-
ressantes para aplicação no solo degradado, uma vez que poderão contribuir para a melhoria das suas características nutricionais e para a redução da disponibilidade dos metais. Foi possível verificar isso num ensaio de incubação com diferentes doses de lama (6, 12, 24, 48 e 96 ton MS/ha), com e sem aplicação de um correctivo mineral alcalinizante (CaCO3 11 ton/ha). A lama da ETA, aplicada na dose mais elevada (96 ton/ha) provocou um aumentou do teor em MO
do solo para o dobro e uma diminuição da sua salinidade. O aumento do pH do solo foi mais acentuado com a aplica- ção conjunta de CaCO3 (pH 5,34), o que permitiu diminuir muito acentuadamente o teor em metais disponíveis (os
teores em Cu e Zn extraíveis por CaCl2 0,01 M diminuíram de 111,4 para 0,2 mg/kg MS e de 712,0 para 8,1 mg/kg MS,
respectivamente). Face aos resultados obtidos, foi delineado um ensaio de fitoestabilização assistida desses solos, utilizando Agrostis tenuis.
Palavras-chave: solo de mina, metais, estação de tratamento de águas para consumo humano (ETA), lamas residu- ais, fitoestabilização assistida.
Abstract
The aim of this study was to evaluate the use of drinking-water treatment sludges, from the Roxo drinking-water treat- ment plant (Alentejo – Portugal), in the organic amendment of a soil affected by mining activities (Aljustrel mine, Iberian Pyrite Belt). The sludge has a pH of 6.7 and an organic matter (OM) content of 575 g kg-1 dry matter (DM), which makes
it interesting for the remediation of mine degraded soils, as it may improve their nutritional characteristics and reduce the available metal fraction. An incubation assay, with different doses of sludge (6, 12, 24, 48 and 96 ton DM/ha), with and without lime application (CaCO3 11 ton DM/ha), was done. The application of the highest dose of sludge (96 ton
DM/ha), caused a two-fold increase in the soil OM content and a decrease in its salinity. The increase in the soil pH was more pronounced with the simultaneous application of CaCO3 (pH 5.34), which allowed a concomitant decrease in the
bioavailable metal fraction (effective-bioavailable Cu and Zn content, extractable by 0.01 M CaCl2, decreased from
111.4 to 0.2 mg/kg DM and from 712.0 to 8.1 mg/kg DM, respectively). Given the results, an assisted-phytostabilization experiment for this soil was outlined, using Agrostis tenuis.
186 Introdução
Após a intensa actividade extractiva ocorri- da na Faixa Piritosa Ibérica (FPI) até mea- dos do século XX, a maioria das minas fo- ram encerradas sem qualquer tipo de pla- neamento ou implementação de programas de minimização dos impactos ambientais [1]. Como resultado deste tipo de explora- ção, existem na área diferentes tipos de escombreiras, algumas de grande volume e extensão, com elevadas concentrações de metais/metalóides, baixa capacidade de retenção de água, pH ácido e baixo teor em matéria orgânica e nutrientes. Por outro lado, a contínua oxidação dos sulfuretos existentes em algumas destas escombrei- ras, e a consequente geração de efluentes mineiros de drenagem ácida, representa um risco acrescido pela potencial dissolução de fases sólidas e libertação de elementos químicos que podem levar à contaminação de águas, sedimentos e solos [2]. Por este motivo, os solos nas imediações das explo- rações mineiras poderão conter teores anormalmente elevados de elementos po- tencialmente tóxicos, carecendo de uma intervenção que permita a sua remediação. Existem diferentes estratégias para a reabili- tação de solos afectados por actividades mineiras. Nos últimos anos, tem sido explo- rada a possibilidade da redução do risco nas áreas contaminadas, controlando a exposição aos contaminantes, utilizando técnicas de estabilização in situ. A fitoestabi- lização assistida, que consiste na conjuga- ção da imobilização in-situ dos elementos potencialmente tóxicos, por incorporação de correctivos orgânicos e/ou inorgânicos, e subsequente revegetação desses solos, enquadra-se neste último grupo de técnicas, sendo considerada uma estratégia realista, “amiga” do ambiente e economicamente viável, especialmente para vastas áreas industriais, como áreas mineiras abandona- das [3].
Por outro lado, a produção de resíduos or- gânicos tem aumentado muito nos últimos anos, sendo necessário encontrar um desti- no final adequado, que passe pela sua valo- rização em alternativa à sua simples depo- sição em aterro sanitário. Uma possibilidade é a sua utilização na correcção orgânica de solos, o que permitiria contribuir para: (i) o aumento do teor em C orgânico nos solos,
(ii) a reciclagem dos nutrientes neles exis- tentes; e (iii) a melhoria da estrutura desses solos. As lamas residuais produzidas em estações de tratamento de água para con- sumo humano (ETA), são, na sua grande maioria, enviadas para aterro. Porém, as suas características químicas podem fazer delas materiais importantes a ser conside- rados na correcção orgânica de solos [4]. Neste enquadramento, foram objectivos deste trabalho: (i) efectuar a caracterização química das lamas produzidas na ETA do Roxo (Baixo Alentejo) de forma a dar cum- primento ao Dec.-Lei n.º 276/2009 de 2 de Outubro [5] e, dessa forma, avaliar a possi- bilidade da sua valorização agrícola; (ii) efectuar um ensaio de incubação com solo contaminado e lamas, de modo a avaliar quais as doses de lamas a usar e a neces- sidade de correcção mineral alcalinizante; e (iii) preparar um ensaio de fitoestabilização de solos degradados por actividades minei- ras, utilizando os resultados do ensaio de incubação.
Material e métodos
A lama utilizada foi recolhida na ETA do Roxo, a qual efectua o tratamento da água que abastece os Concelhos de Beja e de Aljustrel. A água tratada é captada na Bar- ragem do Roxo, situada próxima de Ervidel, concelho de Aljustrel (Baixo Alentejo), na Ribeira do Roxo, afluente do Rio Sado. A água é sujeita a um tratamento sequencial por decantação, filtração e desinfecção. As lamas geradas são resultantes da lavagem dos filtros e do processo de decantação, sendo desidratadas mecanicamente e, normalmente, encaminhadas para aterro. Foi efectuada a sua caracterização de acor- do com o Decreto-Lei n.º 276/2009, de 2 de Outubro (Quadro 1). A lama da ETA possui um teor em MO elevado (575 g kg-1 na ma-
téria seca, MS) que lhe confere interesse fertilizante. O teor em elementos potencial- mente tóxicos (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb e Zn) e em microrganismos patogénicos (Escheri-
chia coli e Salmonella spp) estão abaixo dos
valores-limite estabelecidos por lei. No caso do teor em contaminantes orgânicos (LAS - alquilo benzenossulfonatos lineares; NPE - nonilfenóis e nonilfenóis etoxilados; PAH - hidrocarbonetos policíclicos aromáticos;
PCB - compostos bifenilos policlorados; PCDD/F - policlorodibenzodioxinas e fura- nos), as concentrações em PAHs e em PCBs apresentam valores acima dos valo- res-limite preconizados pelo Dec.-Lei n.º 276/2009 de 2 de Outubro (Quadro 1), o que permite concluir que a sua aplicação ao solo agrícola está restringida, sugerindo a sua utilização em projectos de recuperação de solos degradados (e.g. fitoestabilização de solos de áreas mineiras).
Quadro 1 – Caracterização química e de higienização das
lamas da ETA do Roxo (valores médios ± desvio-padrão, n=3). (*) Dec.- Lei nº N.º 276/2009.
Lama Valor Limite (*) Matéria seca (%) 19,0 ± 0,2 - pH 6,7 ± 0,0 - CE (mS/cm) 916 ± 15 - MO (g/kg MS) 575 ± 1 - Ca (g/kg MS) 295,0 ± 5,5 - Mg (g/kg MS) 6,2 ± 0,1 - Cd (mg/kg MS) 1,8 ± 0,1 4 Cr (mg/kg MS) <6,67 300 Cu (mg/kg MS) 20,4 ± 0,4 200 Hg (mg/kg MS) 0,05 ± 0,00 16 Ni (mg/kg MS) 18,2 ± 0,5 110 Pb (mg/kg MS) 2,7 ± 1,2 450 Zn (mg/kg MS) 28,9 ± 0,8 450 LAS (mg/kg MS) 26 5000 NPE (mg/kg MS) <0,05 450 PCB (mg/kg MS) <7,8 0,8 PAH (mg/kg MS) 18 6 PCDD/F (ng TE/kg MS) 8,7 ± 3,0 100
Escherichia coli (UFC/g) < 1 x 10 < 1000
Salmonella spp
(presente/ausente/50 g) Ausente Ausente (50 g)
O solo utilizado neste estudo foi recolhido na Mina de Aljustrel (FPI): possui uma reac- ção ácida (pH 3,05), uma condutividade eléctrica elevada (CE 3,65 mS/cm), baixo teor em MO (5,3 g/kgMS), e um teor eleva- do em Cu, Pb e Zn totais (296,9 mg/kg; 381,7 mg/kg e 1232,0 mg/kg, na MS, res- pectivamente).
Foi efectuado em ensaio preliminar de incu- bação, com aplicação de diferentes doses de lama de ETA ao solo afectado por activida- des mineiras (6, 12, 24, 48 e 96 ton MS/ha), com e sem aplicação de um correctivo mine- ral alcalinizante (CaCO3 11 ton/ha) de modo
a poder escolher as doses adequadas a uma estratégia de fitoestabilização assistida des- ses solos. A incubação do solo com os cor- rectivos foi feita durante um mês, a 60% da capacidade de retenção de água do solo,
tendo-se avaliado o efeito no pH, CE, teor em MO, e teores em elementos potencial- mente tóxicos: totais e extraíveis (efectiva- mente disponíveis, ED, por extracção com CaCl2 0,01 M, e potencialmente disponíveis,
PD, por extracção com NH4CH3COO 0,5 M,
CH3COOH 0,5 M e EDTA 0,02 M, pH 4,7).
Com os resultados obtidos, foram seleccio- nadas as condições adequadas para um ensaio de fitoestabilização desse solo.
Resultados e discussão
O Quadro 2 apresenta o impacto da aplica- ção de lamas de ETA, e de um correctivo mineral alcalinizante, em algumas das pro- priedades do solo.
Quadro 2 – Resultados dos ensaios de incubação do solo
de mina com a lama de ETA e o correctivo mineral alcali- nizante (valores médios, n=3).
Lama
(ton/ha) (ton/ha) CaCO3 pH (mS/cm) CE
Matéria Orgânica (g/kg MS) 0 0 3,05 3,65 5,3 0 11 3,89 2,99 5,4 6 0 3,46 3,34 5,7 6 11 4,24 2,94 6,7 12 0 3,83 3,11 5,9 12 11 4,33 2,90 6,8 24 0 4,14 3,06 9,0 24 11 4,30 3,00 7,3 48 0 4,33 2,87 8,6 48 11 4,67 2,72 9,9 96 0 4,64 2,54 10,9 96 11 5,34 2,64 10,8
A lama da ETA, aplicada na dose mais ele- vada (96 ton/ha) foi capaz de aumentar o teor em MO do solo para o dobro. O efeito na salinidade do solo também foi benéfico, permitindo reduzir essa salinidade. O au- mento do pH do solo foi mais acentuado com a aplicação conjunta de CaCO3, o que
aponta para a necessidade da aplicação de um corretivo mineral alcalinizante em simul- tâneo com a lama, de modo a alcançar a desejada correcção da acidez do solo. Relativamente ao teor em elementos poten- cialmente tóxicos totais no solo (Cu, Pb e Zn), não houve uma variação significativa por aplicação dos correctivos (resultados não apresentados), mas, relativamente aos teores em Cu e Zn disponíves, essa varia- ção foi acentuada (Quadro 3). De facto, os
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teores em Cu e Zn extraíveis por CaCl2 0,01
M ou efectivamente disponíveis (ED), dimi- nuíram para valores muito baixos por apli- cação das doses mais elevada de lama + CaCO3.
Quadro 3 – Teores de metais efectivamente disponíveis
(ED), e potencialmente disponíveis (PD) obtidos nos ensaios de incubação do solo de mina com a lama de ETA e o correctivo mineral alcalinizante (valores médios, n=3).
Lama
(ton/ha) (ton/ha) CaCO3
Cu (mg/kg MS) (mg/kg MS) Zn ED PD ED PD 0 0 111,4 96,7 712,0 646,2 0 11 63,5 66,8 707,8 660,4 6 0 90,8 76,3 742,6 625,8 6 11 39,7 51,4 734,4 573,4 12 0 70,8 60,0 772,1 577,4 12 11 26,0 50,2 685,4 638,5 24 0 30,0 44,1 635,9 522,9 24 11 9,3 42,9 481,3 453,2 48 0 14,7 24,4 489,6 366,6 48 11 3,8 29,3 407,6 353,9 96 0 3,6 25,6 271,3 305,0 96 11 0,2 16,7 8,1 125,5
Os teores em Cu e Zn potencialmente dis- poníves (PD), também diminuíram conside- ravelmente na sequência da correcção do solo, o que permite concluir que, mesmo numa situação de modificação das proprie- dades do solo (e.g. acidificação ou aumento do teor em compostos orgânicos solúveis), o aumento da fracção disponível de Cu e Zn não será muito acentuada.
Após a análise dos resultados, foi delineada uma estratégia de fitoestabilização-assistida do solo, utilizando os mesmos correctivos, e
Agrostis tenuis, uma planta adequada à
revegetação deste tipo de solos.
Conclusões
Dos resultados podemos concluir que é interessante a aplicação de lamas residuais do tratamento de água para o consumo humano, produzidas na ETA do Roxo, na melhoria da qualidade dos solos provenien- tes da Mina de Aljustrel. O estudo irá pros- seguir de modo a permitir a avaliação da sua utilização numa estratégia de fitoestabi- lização do solo em questão com Agrostis
tenuis.
Agradecimentos
À Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), pelo financiamento através do Pro- jecto PTDC/AAC-AMB/119273/2010, co- financiado pelo FEDER.
Referências bibliográficas
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[2] Abreu, M.M., Batista, M.J., Magalhães, M.C.F., Matos, J.X. 2010. Acid Mine Drainage in the Portuguese Iberian Pyrite Belt, in: Mine Drainage and Related Problems Book, Robinson, B.C. (Ed.), Nova Science Publishers, New York, USA, pp. 51.
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[4] Ippolito, J.A., Barbarick, K.A., Elliot, H.A. 2011. Drinking water treatment residuals: a review of recent uses. J ENVIRON QUAL. 40, 1-12.
[5] Decreto-Lei nrº. 276/2009, de 2 de Outubro. Diário da República, 1ª Série, nrº 192-2.