MOBILIDADE DE METAIS PESADOS DE ATERRO SANITÁRIO EM COLUNAS DE LIXIVIAÇÃO
Alessandra Silva Freire1, Patrick dos Santos Silva1, Paulo Marinho de Oliveira2, Felizardo Adenilson Rocha2, Joseane Oliveira da Silva2, Marcus Luciano Souza de F. Bandeira2, Flávia Mariani Barros3, Cristiano Tagliaferre3, Luciano Vieira Barreto4; 5Micael de Souza Fraga 1
Estudantes do Curso Técnico em Biocombustíveis do IFBA, 2Professores do Instituto Federal da Bahia,
felizardoar@hotmail.com, 3Professores da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia,
mariamariani@yahoo.com.br, 4Engenheiro Ambiental, 5Estudante do curso de Engenharia Ambiental da UESB
RESUMO
O movimento dos metais pesados no solo tem sido objeto de numerosas pesquisas. Neste trabalho objetivou-se determinar os fatores de retardamento, o coeficiente disperso-difusivo e a curva de efluente dos íons cobre e zinco em colunas de solo saturado, provenientes de chorume de aterro sanitário, comparando os coeficientes obtidos em colunas de solo deformadas e indeformadas. O experimento foi montado em laboratório, empregando colunas de PVC rígido de 75 mm de diâmetro interno e 15 cm de altura. As parcelas experimentais foram compostas de seis colunas de solo, sendo três preenchidas com amostra deformada e três com as amostras indeformadas, coletadas na profundidade de 1,5 m. Os resultados da simulação com o modelo DISP, por meio dos valores de fator de retardamento indicaram maior retenção no solo do íon cádmio, seguido pelo íon manganês e ferro, respectivamente, para as condições de solo analisadas.
Palavras-chave: fluidos miscíveis, metais pesados, parâmetros de transporte
INTRODUÇÃO
Os resíduos sólidos urbanos são uma importante fonte de poluição e impactos ambientais, pois em muitos locais sua disposição ainda é feita nos lixões, de forma irregular. Nos lixões, não é observada qualquer ação para evitar as contaminações dos solos e águas subterrâneas. Os principais problemas provocados por este meio de disposição são: proliferação de vetores de doenças, geração de maus odores e poluição do solo e das águas subterrânea e superficial, pela infiltração do lixiviado resultante dos processos de decomposição dos resíduos sólidos urbanos.
O lixiviado pode apresentar quantidades significativas de metais tóxicos, dentre os quais citam-se Al, Ni, Cd, Pb, Cr, Cu, Zn, Mn e Fe. Os metais tóxicos, de um modo geral, podem desencadear problemas de toxicidade aos organismos que estiverem expostos, como plantas, animais e seres humanos, devido ao fato que os mesmos podem ser inseridos na cadeia alimentar e causar biomagnificação, devido à sua mobilidade nos diferentes compartimentos ambientais (Oga, 1996).
Os sintomas dos danos provocados pelo manganês no sistema nervoso central podem ser subclínicos (distúrbios do sono, dores musculares, excitabilidade mental e movimentos desajeitados); início da fase clínica (transtorno da marcha, dificuldade na fala, reflexos exagerados e tremor); e clínicos (Who, 1999).
superficiais e subterrâneas. Esses poluentes são de naturezas diversas podendo-se destacar os metais pesados Manganês, ferro e cádmio.
Diante do exposto, o objetivo do trabalho foi determinar os fatores de retardamento, o coeficiente disperso-difusivo e a curva de efluente dos íons ferro, manganês e cádmio provenientes de chorume de aterro sanitário, em colunas de solo saturado, comparando os resultados obtidos para colunas de solo deformadas e indeformadas.
METODOLOGIA
A pesquisa foi realizada no laboratório de Química do Instituto Federal da Bahia, campus de Porto Seguro-Ba, localizado no Extremo Sul da Bahia entre as coordenadas geográficas de 16° 27’ 00” de latitude sul e de 39° 03’ 54” de longitude oeste de Greenwich.
Na condução do experimento, amostras de solo (classificado como Argissolo, textura argilosa) deformadas e indeformadas do aterro sanitário do município de Porto Seguro foram coletadas na profundidade de 1,50 m, em triplicatas, de forma a comparar a mobilidade dos íons ferro, manganês e cádmio nessas condições experimentais. Para avaliar a lixiviação dos metais pesados nas duas condições experimentais, o preenchimento das colunas com solo, o preparo e a saturação das mesmas seguiram os procedimentos estabelecidos por Azevedo et al. (1996) e Oliveira (2001). A densidade do solo em ambos os tratamentos (colunas) foi de 1,32 g/cm3.
A caracterização química do solo foi feita no Laboratório de Solos da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), conforme Tabela 1.
Tabela 1. Atributos químicos do solo amostrado
mg/dm3 cmolc/dcm3 de solo g/dm
3
mg/dm3
pH P K+ Ca2+ Mg2+ Al3+ H+ SB t T M.O. Fe+2 Cu+ Mn+2 Zn+
5.1 1 0,02 0,5 0,4 0,6 2,0 0,9 1,5 3,5 4 5,0 0,1 0,05 0,05
SB= soma de bases trocáveis; t= CTC efetiva; T= CTC a pH 7,0; M.O.= matéria orgânica;
O experimento foi montado em colunas de PVC rígido de 75 mm de diâmetro interno e 15 cm de altura. Os tratamentos consistiram de seis colunas de solo, sendo três preenchidas com amostra deformada e três com as amostras indeformadas (Rocha et al.; 2008).
O efluente aplicado sobre era proveniente da lagoa de estabilização do aterro sanitário de Porto Seguro-Ba, com dois anos de maturação. A caracterização do efluente analisado no Laboratório de qualidade de água da Comissão Executiva do Plano da Lavoura Cacaueira (CEPLAC) é apresentada na Tabela 2 abaixo.
Tabela 2. Caracterização química do chorume de aterro sanitário utilizado
Característica Chorume de aterro sanitário
pH 8,3 Ca (mg L-1) 252,50 Mg (mg L-1) 445,50 K (mg L-1) 1480,00 Na (mg L-1) 1416,57 RAS do efluente 75,83 P (mg L-1) 0,32 N-Total (mg L-1) 569,80 Fe (mg L-1) 4,65 Cu (mg L-1) 0,06 Zn (mg L-1) 0,29 Mn (mg L-1) 0,39 Ni (mg L-1) 0,54 Cd (mg L-1) 0,008
Sólidos dissolvidos totais (mg L-1) 9523,80
Os testes foram iniciados interligando-se cada uma das seis colunas de solo a respectivos frascos de Mariotte contendo o chorume bruto e, após passar aproximadamente quatro volumes de poros da água do efluente recolheu-se continuamente 20 alíquotas de 0,12 volumes de poros do efluente, as quais foram acondicionadas em recipientes plásticos, com tampa, e congeladas para análises posteriores. Conhecendo-se as concentrações de zinco e cobre do efluente (C), calculou-se as concentrações relativas (C/C0) para cada íon, sendo C0 a concentração dos íons no chorume. O volume de poros (Vp) existentes no interior da coluna, em cada camada de solo.
Para descrever o transporte dos íons estudados, empregou-se o modelo que considera a transferência de soluto por difusão e dispersão (Kirkham & Powers, 1972).
Com base nos dados de número de volume de poros e nos valores de concentração relativa simulou-se o coeficiente de dispersão-difusão, o fator de retardamento e ajustou-se a curva de efluente do zinco e cobre, empregando o modelo computacional DISP 1.1 (Borges Júnior & Ferreira, 2006).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As características obtidas durante os ensaios de deslocamento miscível, utilizando chorume de aterro sanitário, em colunas de solo montadas em laboratório estão apresentadas na Tabela 3..
Tabela 3. Parâmetros de transporte médios empregados na simulação com o modelo DISP durante os ensaios de deslocamento miscível.
Características Valor (1)
Densidade do solo (g cm-3) 1,32
Porosidade (cm3 cm-3) 0,47
Velocidade de avanço média (cm h-1) – amostra deformada 37,80
Velocidade de avanço média (cm h-1) – amostra indeformada 39,91
Fluxo médio (cm h-1) – amostra deformada 17,76
Fluxo médio (cm h-1) – amostra indeformada 16,41
(1)
Média de três repetições
Com base nos resultados da simulação empregando o modelo DISP, observou-se que o valor do coeficiente dispersivo-difusivo (D) do íon cádmio apresentou extremamente altos, indicando que a geometria irregular do meio poroso intra e intercamadas de solo e à concentração variável do soluto durante a lixiviação influenciou a mobilidade deste íon (Tabela 4).
Com base nos valores do fator de retardamento (R), existe uma crescente interação dos íons analisados com a fração coloidal dos solos, uma vez que a energia de adsorção aos sítios de troca no solo se deu na ordem: Cd++>Mn++>Fe++. Quando se compara amostras deformadas com indeformadas não se observa efeito da estrutura da amostra na mobilidade dos metais pesados no perfil do solo.
Tabela 4. Valores de coeficientes dispersivo-difusivo, fator de retardamento e soma de quadrado de resíduos para os íons cálcio, magnésio, potássio e sódio para o solo estudado
Características Amostras indeformadas Amostras deformadas
Mn++ Fe++ Cd+ Mn++ Fe++ Cd+
R 12,52 12,38 13,89 12,67 12,39 13,99
D 99,05 116,38 1675,91 107,47 87,89 1417,26
Rs 0,67 0,01 1,30 1,58 0,002 1,45
As curvas de efluente são ferramentas importantes ao se estudar o transporte de solutos no perfil do solo, durante uma lixiviação. Segundo Nielsen & Biggar (1962), apud FERREIRA (2006) o ponto de inflexão da curva de efluente correspondente a um volume de poros igual a 1 e à relação C/C0 = 0,5. Esta condição ocorre quando não houver adsorção nem dessorção do soluto pelo complexo sortivo do solo, condição essa favorecida por solos com características arenosas. Por outro lado, quando a relação C/C0 não se aproxima da unidade tão rapidamente, significa que está havendo retardamento do soluto. Esse retardamento pode ser devido a maior porcentagem de microporos, devido ao processo de adsorção do soluto, entupimentos de poros, entre outros.
Portanto, o número de volume de poros correspondente à concentração relativa 0,5 é uma primeira indicação, no sentido da existência ou não, de interações soluto-solo. Quando o valor correspondente a 0,5, a concentração relativa é 1,0 volume de poros e, o soluto não está interagindo com a fração coloidal do solo; por outro lado, quando o valor é maior que 1,0, isto é, a curva de efluente se apresenta deslocada para a direita, significa que, ao escoar através do perfil do solo, parte do soluto é adsorvida, resultando um fator de retardamento maior que a unidade.
Nas Figuras de 1 a 3 abaixo são apresentadas as curvas de efluente dos íons manganês, ferro e cádmio.
a) b)
Figuras 1a) e 1b). Curvas de efluente (número de volumes de poros em x e concentração relativa em y) para o íon manganês obtidas em colunas de solo com amostras deformadas (a) e indeformadas (b).
a) b)
a)
b)
Figuras 2a) e 2b). Curvas de efluente (número de volumes de poros em x e concentração relativa em y) para o íon cádmio obtidas em colunas de solo com amostras deformadas (a) e indeformadas (b).
CONCLUSÃO
Os valores de fator de retardamento indicaram maior retenção no solo do íon cádmio, seguido pelo íon manganês e ferro, respectivamente, para as condições de solo analisadas.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos à Pro-reitoria de Pesquisa e Pós-graduação do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA pelo apoio concedido para a realização do trabalho presente pesquisa.
REFERÊNCIAS
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FERREIRA, A.F.; GARCIA, G. O., MATOS, A.T.; RUIZ, H.A.; BORGES JÚNIOR, J. C. F. Transporte no solo de solutos presentes na água residuária de café Conilon. Acta Scientiarium Agronomy, v.28, n.1, p.29-35, 2006.
KIRKHAM, D.; POWERS, W.L. Advanced soil physics. New York: John Wiley & Sons, 1972. 534p.
OLIVEIRA, E. M. M. Fatores de retardamento e coeficientes de dispersão-difusão de fósforo, potássio e nitrogênio em cinco solos de Minas Gerais. Viçosa: 2001. 56p. Dissertação (Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas) - Universidade Federal de Viçosa.
ROCHA, F.A.; MARTINEZ, M.A.; CANTARUTTI, R.B.; SILVA, J.O. Modelo numérico do transporte de nitrogênio no solo. Parte II: Reações biológicas durante a lixiviação. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 12, p. 54-61, 2008.
VALOCCHI, A.J. Describing the transport of ion-exchanging contaminants using an effective Kd approach. Water Resources Research, Washington, v.20, p.499-503, 1984.
WHO - World Health Organization Environmental Health Criteria; Manganese and its
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