CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E MINERALÓGICA DO SOLO DO ATERRO
SANITÁRIO DO JOCKEY CLUB (DF) E A INFLUÊNCIA DA MATÉRIA
ORGÂNICA E pH NO COMPORTAMENTO DOS ELEMENTOS
Farias, Wisley Moreira
Instituto de Química, Universidade de Brasília
Boaventura, Geraldo Resende
Departamento de Geoquímica e Recursos Hídricos, Instituto de Geociências, UnB
Cardoso, Fabrício Bueno de Fonseca
Departamento de Engenharia Civil, Facudade de Tecnologia, UnB
Martins, Éder de Souza
EMBRAPA-Cerrados
Guimarães, Edi Mendes
Departamento de Mineralogia e Petrologia, Instituto de Geociências, UnB
RESUMO: O aterro sanitário do Jockey Club apresenta solo da classe Latossolo Vermelho-Escuro de textura argilosa, com espessura variando entre 4 a 20 metros. Este trabalho apresenta as características químicas e mineralógicas dos horizontes superficiais de um perfil de solo de uma área preservada do aterro, mostrando a relação entre pH e matéria orgânica do solo e a influência desta nos processos de mobilidade e retenção de vários elementos.
1. INTRODUÇÃO
O aterro do Jockey Club é uma área de 174 hectares e apresenta um Latossolo Vermelho-Escuro de textura argilosa, com espessura variando entre 4 a 20 metros. Está em operação há quase 30 anos e atualmente recebe cerca de 1400 ton/dia de resíduos de origem doméstica, industrial e hospitalar de praticamente todo o DF. A disposição do lixo é realizada em trincheiras de 4 a 5 metros de profundidade que são cobertas pelo próprio solo escavado.
Boaventura et al. (1995) ao estudar possíveis contaminações do solo e águas subterrâneas no Parque Nacional de Brasília, área próxima ao aterro sanitário, constata concentrações normais dos elementos Be, Ba, Cu, Zn, Cd, Y, Ti, P, Sr, Zr, V, Cr, Mo, Co, Ni, La, Pb, e Hg, e elevadas para Fe, Al, Mg, Ca, Na e K, estas devido à mineralogia da região, mas salienta o aumento na concentração destes elementos em áreas próximas às células antigas, possibilitando um processo de contaminação desenvolvido pelo aterro.
Santos (1996) demonstra pela análise dos percolados, concentrações elevadas para os elementos Cd, Fe, Mn, Ni e P, concentrações baixas para Cu, Cr, Zn, Al, Si, Mg e Ca, além de concentrações muito baixas para Ge, La,
Mo, Ce, Y, Sr, Ti, V, Co, Ba, Be, e Zr, quando comparados com limites permitidos para água potável. No entanto estes elementos têm sua carga de contaminação atenuada pelo solo, ressaltando para este processo a possível contribuição das características físicas, químicas e biológicas do solo. A análise de águas subterrâneas e superficiais nas adjacências do aterro sanitário realizadas por Araújo (1996), mostra que os melhores indicadores de contaminação são a amônia e o cloreto.
Os processos de retenção e mobilidade de elementos no solo estão intimamente correlacionados a fatores físico-químicos como pH e potenciais de oxi-redução (Eh), ligados a mecanismos de troca catiônica, adsorção, precipitação e dissolução.
O tipo de fase mineral encontrada no solo tem influência sob os processos de retenção e mobilidade, principalmente em valores baixos de pH, onde minerais com estruturas do tipo 1:1, como a caulinita, apresentam pequena adsorção, enquanto os minerais 2:1 (grupo das esmectitas) tendem adsorver mais, ou seja, possuem uma maior capacidade de troca catiônica. O elemento químico envolvido também influencia no processo de troca. Tendo em vista que os mecanismos de interação de
troca solo/elementos são dependentes do pH, pode-se confirmar que a retenção de metais é, em geral, maior de acordo com o aumento de pH (Yong & Phadungchewit, 1993).
A fase orgânica do solo é responsável tanto pela mobilidade quanto pela retenção de elementos constituintes do solo, onde sua presença normalmente influencia fatores físico-químicos, como pH, dissolução e adsorção. A fração húmica da matéria orgânica evoluída pode ser dividida em: ácido húmico (fração solúvel em bases), ácido fúlvico (fração solúvel em água), e humina (parte inerte e insolúvel). Deste modo, nota-se que os elementos quando complexados por ácido fúlvico são percolados no perfil, enquanto que os elementos complexados por humina e ácido húmico ficam na forma de precipitado sob a superfície de argilo-minerais ou formam complexos com estes. Os compostos da fração húmica do solo são definidos como substâncias amorfas coloidais polidispersas, de cor amarela a marrom-preto, com peso molecular relativamente alto (Felbeck Jr., 1965; Tan, 1993).
Este trabalho tem por objetivo a caracterização mineralógica e química dos horizontes superficiais de um solo preservado na região do aterro sanitário do Jockey Club -DF, além de avaliar a relação entre pH e carbono total (matéria orgânica) do solo e a influência desta nos processos de retenção e mobilidade de vários elementos químicos, uma vez que a área está sujeita uma alta carga de contaminantes.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Neste trabalho avaliou-se um perfil de Latossolo Vermelho-Escuro preservado de contaminação na área do aterro sanitário do Jockey Club de Brasília - DF. A amostragem do perfil foi realizada de 0,5 em 0,5 metro de profundidade até o nível de 3,5 metros. A caracterização das amostras foi dividida em duas etapas distintas: mineralogia e química. Para a caracterização mineralógica, a técnica utilizada foi a difratometria de raios-X, a partir de lâminas de alumínio com fundo vazado prensadas com lâminas de vidro pela técnica de back-loading, diminuindo a orientação
preferencial. O aparelho utilizado para a aquisição de dados foi um difratômetro de raios-X da Rigaku, modelo Geigerflex D/MAX-2A/C, com tubo de cobre, voltagem de 40 kV e corrente 20 mA. As condições de varredura foram de 2 a 100o 2θ com velocidade de 4o/min. A qualificação e semi-quantificação a partir dos difratogramas realizaram-se no programa Jade for Windows 3.0. Nesta etapa a análise foi realizada, além de amostras naturais, também em distintas frações granulométricas dos materiais estudados (argila, silte e areia), utilizando a metodologia desenvolvida por Farias et al. (1999) para a separação granulométrica.
A caracterização química dos horizontes estudados iniciou-se pela análise química total. Os constituintes maiores do solo Si, Ti, Al, Fe, Mg e Ca foram determinados a partir do ataque total por fusão alcalina com NaOH e fator de diluição de 10.000 em água destilada. Os elementos traço Sr, La, V, Y, Ni, Cu, Cr, Mn, Ba, Co, Zn, P, Na e K sofreram digestão ácida com HF, HNO3, HClO4, HCl concentrados em aquecimento de 200 a 250ºC e posterior diluição em água destilada, empregando fator de diluição de 100. As determinações foram realizadas por Espectometria de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP/EAS), marca Spectro, modelo Spectroflame FVM03. Os elementos Na e K foram determinados por Espectofotometria de chama em Absorção Atômica (AAS). A determinação do carbono total realizou-se através do Forno Detector de Carbono, marca Leco, modelo CR 12, em temperatura de 2500ºC, calibração da balança com peso de 1g e calibração do carbono com carbonato de cálcio.
A fase solúvel em água foi feita a partir de 2 g de solo previamente secado e passado em peneira de 0,180 mm (peneira ASTM 80), posteriormente adicionado a 100 ml de água destilada em filtro Mille-Q ultra puro com agitação em agitador magnético por 4 horas. Em seguida filtrou-se os produtos em vácuo com papel filtro de abertura de 0,45 µm. A operação finalizou-se com adição de algumas gotas de HCl 10% com pH 3,0 a 3,5. A estocagem ocorreu em frascos de polietileno para a determinação por ICP/AES. O pH das
amostras foi determinado em solução com KCl.
3 RESULTADOS
A mineralogia das amostras naturais do perfil estudado é apresentada na Tabela 1, enquanto para as frações areia, silte e argila estão nas Tabelas 2, 3 e 4, respectivamente.
A análise de química total para os elementos maiores sob a forma de óxidos apresenta-se na Tabela 5, juntamente com os valores de carbono total e pH dos distintos horizontes do perfil estudado. Na Tabela 6 estão os resultados da análise de elementos traço em amostra total. A fase solúvel em água é apresentada na Tabela 7.
Tabela 1. Mineralogia das amostras naturais do perfil de solo estudado. Mineral (%)
Amostra
(m) goethita rutilo anatásio illita caulinita hematita gibbsita quartzo
0,0 5,8 2,7 2,8 5,8 27,9 10,1 39,3 5,6 0,5 5,4 2,7 3,1 6,3 24,4 9,7 38,7 9,8 1,0 5,2 2,2 3,4 3,2 30,4 9,2 41,7 4,8 1,5 5,9 3,1 2,9 3,4 28,7 9,3 42,4 4,2 2,0 7,2 2,5 3,7 4,2 22,3 8,8 40,0 8,3 2,5 5,7 2,3 2,6 5,2 24,4 9,1 45,0 5,7 3,0 5,3 2,6 4,1 3,7 27,5 9,9 42,9 4,1 3,5 4,6 2,5 2,7 7,2 26,2 11,5 41,5 3,7
Tabela 2. Mineralogia da fração areia do perfil de solo estudado. Mineral (%) Amostra
(m) goethita rutilo anatásio illita caulinita hematita gibbsita quartzo
0,0 0 0 0 0 2,1 1,5 0 96,4 0,5 0 0 0 0 2,5 1,9 0 95,5 1,0 0 0 0 0 0 2,2 1,0 96,8 1,5 0 0 0 0 2,0 1,4 0 96,6 2,0 1,3 0,3 0,5 0 7,3 2,7 0 88,0 2,5 0 0 0,2 0 2,1 2,0 0 95,7 3,0 0,6 0 0 0 2,3 1,8 0 95,4 3,5 0 0 0 0 3,7 1,9 0 94,4
Tabela 3. Mineralogia da fração silte do perfil de solo estudado. Mineral (%) Amostra
(m) goethita rutilo anatásio illita caulinita hematita gibbsita quartzo
0,0 5,7 2,1 4,1 5,9 31,5 9,2 38,6 2,9 0,5 4,5 3,6 4,3 3,8 28,6 9,7 38,1 7,3 1,0 5,0 2,5 3,7 0,8 31,5 9,1 43,2 4,2 1,5 6,4 3,0 4,3 8,1 25,5 9,4 39,3 4,1 2,0 7,5 3,1 4,0 7,5 24,8 7,6 41,2 4,3 2,5 7,4 2,6 3,7 7,0 23,1 8,8 43,9 3,5 3,0 5,5 3,0 2,0 7,6 23,6 11,4 40,0 6,8 3,5 4,2 2,6 3,6 3,4 27,6 11,5 44,6 2,4
Tabela 4. Mineralogia da fração argila do perfil de solo estudado. Mineral (%) Amostra
(m) goethita rutilo anatásio illita caulinita hematita gibbsita quartzo
0,0 4,0 2,3 1,6 9,6 36,2 8,7 35,8 1,8 0,5 4,8 1,3 2,9 6,5 35,0 10,0 38,8 0,8 1,0 5,3 1,7 3,5 0 39,0 10,2 39,7 0,6 1,5 5,1 1,3 1,4 3,7 36,3 9,7 41,7 0,9 2,0 7,9 1,5 1,8 5,7 25,7 6,7 48,9 1,8 2,5 4,4 1,7 2,6 6,0 29,7 9,3 45,7 0,8 3,0 5,9 1,3 1,9 8,9 28,7 8,4 43,1 1,8 3,5 3,9 1,8 3,2 7,3 31,0 10,1 40,6 2,2
Tabela 5. Análise química para elementos maiores na forma de óxido, valores de carbono total e pH no perfil de solo estudado.
Amostra (m) SiO2 (%) TiO2 (%) Al2O3 (%) Fe2O3 (%) MgO (%) CaO (%) K2O (%) Na2O (%) C (%) pH 0,0 19,15 1,68 35,68 12,22 0,50 0,16 0,02 0,04 2,60 4,11 0,5 22,08 1,79 34,58 11,17 0,12 0,34 0,02 0,04 1,41 4,70 1,0 20,10 1,82 37,36 13,05 0,92 0,18 0,02 0,04 1,22 5,11 1,5 21,06 1,89 36,56 11,78 0,10 0,16 0,02 0,03 1,46 4,80 2,0 20,45 2,06 38,33 12,25 0,11 0,23 0,02 0,04 1,00 6,02 2,5 19,95 2,02 38,28 12,97 0,10 0,28 0,02 0,04 0,88 6,23 3,0 19,07 2,02 38,25 12,16 0,12 0,27 0,02 0,04 0,69 6,43 3,5 18,71 1,72 35,08 10,95 0,12 0,29 0,02 0,04 0,68 6,34 Tabela 6. Análise química para elementos traço no perfil de solo estudado.
amos-tra (m) Sr (µg/g) La (µg/g) V (µg/g) Y (µg/g) Ni (µg/g) Cu (µg/g) Cr (µg/g) Mn (µg/g) Ba (µg/g) Co (µg/g) Zn (µg/g) P (µg/g ) 0,0 0,13 0,08 1,76 0,08 0,27 0,16 1,19 0,97 0,25 0,21 0,43 2,51 0,5 0,10 0,08 1,91 0,08 0,29 0,16 1,31 1,01 0,25 0,20 0,42 2,37 1,0 0,10 0,07 1,87 0,08 0,27 0,16 1,24 0,99 0,23 0,23 0,39 2,36 1,5 0,10 0,07 1,79 0,08 0,27 0,16 1,20 0,94 0,23 0,20 0,39 2,23 2,0 0,09 0,07 1,98 0,08 0,30 0,16 1,31 0,93 0,23 0,22 0,41 2,12 2,5 0,10 0,07 2,03 0,08 0,30 0,17 1,32 1,04 0,23 0,23 0,40 2,05 3,0 0,11 0,07 2,07 0,08 0,30 0,17 1,31 1,14 0,26 0,23 0,46 1,99 3,5 0,10 0,07 2,00 0,08 0,29 0,17 1,28 1,18 0,24 0,23 0,46 1,91 4. DISCUSSÃO
A análise mineralógica do perfil apresenta quartzo, goethita, rutilo, anatásio, illita, caulinita, hematita e gibbsita, sendo os três últimos minerais predominantes, como mostra a Tabela 1. Deve-se ressaltar que o perfil apresenta-se bastante homogêneo em relação à mineralogia.
Os dados de química total confirmam tal homogeneidade, visto que os teores dos elementos maiores variam muito pouco no perfil (Tabela 5). Os elementos traço
apresentam também comportamento semelhante (Tabela 6).
Apesar da homogeneidade química e mineralógica em todo o perfil, os valores de pH são mais ácidos no topo e aumentam em direção a base (Tabela 5). Esta variação está de acordo com os resultados de carbono total que demonstram uma redução de matéria orgânica do topo para a base do perfil (Tabela 5). A Figura 1 demonstra a relação em função da profundidade do perfil entre pH e carbono total, mostrando a correlação inversa. Tal fato pode ser explicado pela matéria orgânica
evoluída como um fator de controle do pH, uma vez que os compostos húmicos possuem funções orgânicas que influenciam o caráter ácido, pois quando há formação de complexo com íon metálico, ocorre a liberação de H+ para o meio, aumentando o pH do solo (Schnitzer & Hansen, 1970; Stevenson, 1976 a, b). 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 profundidade (m) pH % C
Figura 1. Relação entre pH e carbono total em função da profundidade do perfil.
Este fenômeno é de fundamental importância nos processos de retenção e mobilidade de cátions solúveis nos solos, uma vez que o pH igual ou abaixo de 4,0 favorece a mobilidade, enquanto que em pH maiores a tendência é favorecer a retenção. Os resultados
encontrados no presente estudo indicam que o pH do solo é controlado pela matéria orgânica (Figura 1), uma vez que os outros componentes do solo apresentam uma grande homogeneidade ao longo do perfil. Pode-se sugerir, também, que a matéria orgânica é o principal fator que controla a mobilidade dos elementos.
A matéria orgânica evoluída, devido a ação microbiana, contém além de outros compostos, o ácido fúlvico, que forma quelatos juntamente com elementos que estão na suspensão coloidal (solo/água), favorecendo a percolação no perfil destes elementos devido a solubilidade destes quelatos em água (Tan, 1978). Como já foi descrito, a medida que se aprofunda neste perfil, ocorre um aumento do pH, o que favorece uma maior retenção de elementos no solo. Como os horizontes mais profundos do solo em estudo é pobre em matéria orgânica, sua influência em relação aos elementos deve diminuir. Mesmo em baixas concentrações, a matéria orgânica do solo pode ser ainda um fator importante no comportamento dos elementos, devido às suas características de elevadas superfície específica e carga superficial.
Tabela 7. Análise química para a fase solúvel em água nas amostras de solo.
Amostra (m) Si (µg/g) Ti (µg/g) Al (µg/g) Fe (µg/g) Mg (µg/g) Ca (µg/g) Sr (µg/g) La (µg/g) V (µg/g) 0,0 1,63 0,03 13,82 3,10 0,12 0,37 0,04 0,03 0,02 0,5 2,28 0,02 49,29 4,44 0,10 0,31 0,02 0,03 0,06 1,0 2,12 0,02 19,56 1,79 0,07 0,53 0,02 0,02 0,06 1,5 1,12 0,01 17,47 2,48 0,08 0,40 0,01 0,00 0,04 2,0 1,54 0,01 9,63 0,80 0,21 0,77 0,01 0,00 0,07 2,5 4,52 0,03 49,14 3,13 0,09 0,75 0,01 0,00 0,13 3,0 4,28 0,04 55,40 3,64 0,12 0,75 0,00 0,00 0,15 3,5 3,54 0,02 38,80 2,79 0,06 0,49 0,00 0,00 0,10 Amostra (m) Y (µg/g) Ni (µg/g) Cu (µg/g) Cr (µg/g) Mn (µg/g) Ba (µg/g) Co (µg/g) Zn (µg/g) P (µg/g) 0,0 0,01 0,01 0,04 0,02 0,03 0,07 0,01 0,03 0,00 0,5 0,01 0,01 0,02 0,03 0,06 0,01 0,01 0,03 0,00 1,0 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,01 0,05 0,00 1,5 0,00 0,03 0,02 0,01 0,02 0,01 0,01 0,03 0,00 2,0 0,00 0,01 0,07 0,01 0,01 0,01 0,01 0,05 0,00 2,5 0,00 0,01 0,06 0,03 0,02 0,01 0,01 0,03 0,00 3,0 0,00 0,02 0,03 0,04 0,03 0,02 0,01 0,05 0,00 3,5 0,00 0,01 0,03 0,01 0,02 0,01 0,01 0,04 0,00
O estudo da fase solúvel em água neste trabalho teve por objetivo comprovar a presença de cátions solúveis no meio solo/água. Esta representa a fase dispersora de elementos que estão livres no meio ambiente, onde podem estar fracamente adsorvidos às superfícies dos argilo-minerais por interações das ligações de Van der Waals ou precipitados em uma forma pouco solúvel como os oxihidróxidos de Fe, Al e Mn. Deve-se ressaltar que, por exemplo, no período de chuva, os cátions solúveis no perfil podem apresentar a mobilidade acelerada.
Os resultados referentes a esta fase (Tabela 7), mostram que praticamente todos os elementos analisados apresentam frações importantes sob a forma de cátions solúveis. Entre os elementos maiores (Fe, Al, Si, Ti, Ca e Mg), que são ricos na análise química total (Tabela 5), todos apresentam valores bastante consideráveis, excetuando-se o Ti (Tabela 7), que deve estar totalmente sob a forma cristalina dos minerais rutilo e anatásio. Salienta-se que Fe3+, Si2+ e Al3+ são pouco solúveis numa extensa faixa de pH, enquanto o Ca 2+ e o Mg2+ por existirem como íons livres têm uma maior mobilidade. Os elementos traço apresentam uma solubilidade menor, porém também de modo expressivo, excetuando-se o Y e principalmente o P, onde este último é ausente sob a forma de cátion solúvel (Tabela 7). O P nesses solos, ocorre principalmente sob a forma de fosfatos de Al e Fe na superfície de hidróxidos de Al e Fe, além de complexos orgânicos estáveis, cujas formas apresentam baixa solubilidade.
5. CONCLUSÃO
A matéria orgânica dos horizontes superficiais do solo do aterro sanitário do Jockey Club - DF, apesar de encontrar-se em baixos teores, apresenta-se como uma fase de fundamental importância para a compreensão dos processos de mobilidade e retenção de cátions solúveis, uma vez que a sua quantidade é inversamente proporcional aos valores de pH. O perfil estudado apresenta valores de pH crescentes com a profundidade, correlacionados aos teores de matéria orgânica decrescentes. A matéria orgânica pode
constituir o fator mais importante no comportamento dos elementos ao longo do perfil de solo estudado, uma vez que os outros componentes do solo apresentam-se homogêneos.
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