Capítulo 6. Manejo da água e erosão do solo
7.2 Propriedades do solo que afetam a dinâmica de contaminantes presentes em resíduos
CONTAMINANTES PRESENTES EM RESÍDUOS UTILIZADOS NA AGRICULTURA
A fase sólida mineral e orgânica do solo controla a disponibilidade, mobilidade e o efeito tóxico de contaminantes na solução do solo pelo mecanismo de adsorção/dessorção (Figura 7.1). Os solos mais argilosos possuem maior quantidade de sítios reativos capazes de adsorver elementos químicos e/ou moléculas (solutos). A natureza dos minerais presentes na fração argila também condiciona a capacidade do solo em adsorver os solutos que são adicionados via resíduos. Os argilominerais do tipo 2:1 (esmectita e vermiculita) possuem alta capacidade de troca de cátions e geram carga negativa independentemente da condição de pH do solo. Este tipo de argilomineral também pode reter moléculas orgânicas (pesticidas, medicamentos), no seu espaço entre-camadas, além de contribuir para a adsorção de
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CAPÍTULO 7. CONTAMINAÇÃO DA ÁGUA E DO SOLO POR RESÍDUOS UTILIZADOS NA AGRICULTURAgrandes quantidades de metais pesados e cátions básicos (Ca, Mg, K e Na). Os óxidos de ferro e alumínio possuem ponto de carga zero mais alto, gerando cargas predominantemente positivas em condições de baixo pH (<8,0). A goethita e a hematita possuem certa seletividade na adsorção de metais, seguindo a seguinte ordem de preferência: Cu>Pb>Cd>Co>Ni>Mn (SPARKS, 2003). Já a caulinita, embora presente em grande quantidade nos solos brasileiros, possui capacidade de troca de cátions muito baixa (cerca de 5,0 cmolc kg-1) e tem menor
importância na dinâmica de contaminantes no solo.
Os solos com textura mais fina, ou seja, com maiores teores de argila promovem maior acúmulo de matéria orgânica do solo pela maior proteção físico-química da fração orgânica pela fração mineral. Por isso, solos arenosos possuem uma capacidade limitada de acumular carbono. A matéria orgânica, por sua vez, é um dos componentes do solo com maior densidade de cargas elétricas. Estima-se que a matéria orgânica contribua, em média, com 30‒70% da capacidade de troca de cátions do solo (ESSINGTON, 2003). A partir de valores de pH acima de 3,0, os grupos funcionais oxigenados (carboxilas, enóis, fenóis) da matéria orgânica começam a deprotonar, gerando carga elétrica negativa. Nessas cargas, podem ser adsorvidos cátions e moléculas orgânicas, carregadas pelas atrações eletrostáticas, também conhecidos como complexos de esfera externa. A energia de ligação desses complexos é dependente das características dos grupos funcionais e do elemento em questão, notadamente, sua valência e raio iônico hidratado. Os complexos de esfera externa estão sujeitos a um equilíbrio estequiométrico rápido, em que há reversibilidade da reação.
A matéria orgânica do solo pode também reter moléculas orgânicas apolares neutras por atrações moleculares como a força de van der Waals, dipolo-dipolo ou dipolo-induzido. Além disso, pode complexar metais pesados, formando complexos mono, bi, tri, tetra, penta e hexadentadas (quelação), com ligações químicas com caráter covalente de alta energia. Esse tipo de ligação forma complexos estáveis, não solúveis e menos reversíveis, o que diminui o potencial tóxico e poluente desses elementos.
Portanto a composição da fase sólida do solo determina a capacidade de o solo receber determinado contaminante. É importante enfatizar que o solo possui capacidade finita na adsorção de solutos e, à medida que aumentamos a quantidade de resíduos adicionados, há uma diminuição na energia de ligação dos contaminantes com o solo, ou seja, aumenta
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a sua biodisponibilidade e seu potencial efeito tóxico e contaminante. Para conhecer a capacidade máxima de retenção de contaminantes no solo, é comum realizar experimentos em laboratório, tais como as isotermas de adsorção. Já a biodisponibilidade e o potencial efeito tóxico dos contaminantes, presentes na água e no solo, são comumente avaliados, utilizando-se fracionamentos químicos sequenciais com diferentes extratores químicos.
A solução do solo constitui a sua fase líquida ou aquosa, cuja composição é influenciada por fluxos de matéria e energia com suas adjacências e pelo campo gravitacional da terra (SPOSITO, 2008). Não é uma entidade distinta, mas segue o contínuo de fases que exibem indistintas interfaces em nível molecular. Nessa solução ocorre a maior parte das reações químicas que controlam a biodisponibilidade de contaminantes de importância agrícola e ambiental, tais como hidratação-hidrólise, ácido-base, oxidação-redução e complexação. A solução do solo atua, ainda, como mediadora de reações que controlam a retenção de substâncias pela fase sólida do solo, como precipitação-dissolução, adsorção-dessorção e troca iônica. São essas as reações que determinam o comportamento de nutrientes e contaminantes na água e no solo em ambientes agrícolas.
Na solução do solo, há uma grande quantidade de cátions, ânions e moléculas orgânicas, sendo que as suas concentrações e atividades dependem de três principais propriedades físico-químicas que são a força iônica, o potencial redox e o pH (concentração de H+). Além
de ter efeito direto na forma em que o elemento ou molécula se encontra na solução do solo, o pH também modifica a superfície sólida do solo e determina a reatividade de seus grupos funcionais. Com isso, pode-se aumentar ou diminuir as cargas elétricas positivas e negativas presentes, em componentes com cargas pH dependentes, tais como óxidos, bordas de argilominerais e matéria orgânica. Os óxidos de ferro, por exemplo, apresentam carga elétrica líquida positiva, em condições de pH<8-9, enquanto no pH>8-9 possuem carga elétrica líquida negativa (Equação 1).
0,5 0,5
2 2
Fe OH OH Fe OH H O
─ ─ Equação 1
ou seja, a mudança de pH pode favorecer ou desfavorecer a adsorção de determinado contaminante, de acordo com a sua natureza iônica (catiônica ou aniônica) e de acordo com o grupo funcional de superfície existente no solo.
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CAPÍTULO 7. CONTAMINAÇÃO DA ÁGUA E DO SOLO POR RESÍDUOS UTILIZADOS NA AGRICULTURA7.3 CONTAMINANTES PRESENTES NOS RESÍDUOS UTILIZADOS NA