Avaliação da Toxicidade e Comportamento Geoquímico do ... ?· Avaliação da toxicidade dos solos…

Download Avaliação da Toxicidade e Comportamento Geoquímico do ... ?· Avaliação da toxicidade dos solos…

Post on 08-Feb-2019

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| 2135 </p> <p>Artigo </p> <p>Avaliao da Toxicidade e Comportamento Geoqumico do </p> <p>Chumbo em Solos Contaminados de Santo Amaro da </p> <p>Purificao (BA) aps Atenuao por Fsforo </p> <p>Santos, M. C. B.; Kede, M. L. F. M.; Moreira, J. C.; Mavropoulos, E.; Rossi, </p> <p>A. M.; Bertolino, L. C.; Prez, D. V.; Santelli, R. E.;* Bielschowsky, C.; </p> <p>Soares, R. </p> <p>Rev. Virtual Quim., 2017, 9 (5), 2135-2150. Data de publicao na Web: 30 de outubro de 2017 </p> <p>http://rvq.sbq.org.br </p> <p>Evaluation of the Toxicity and Geochemical Behavior of Lead in Contaminated Soils </p> <p>of Santo Amaro da Purificao (BA) after Phosphorus Attenuation </p> <p>Abstract: Many areas which have been contaminated by heavy metals have been recently </p> <p>discovered in Brazil and represent a risk to the environment. This study aims to assess the </p> <p>behavior of lead remediation by two sources of phosphate in a contaminated site of Santo </p> <p>Amaro County, State of Bahia (Brazil). There, the contamination resulted from the production </p> <p>of dregs after three decades of operation of a mining company. The soils were remediated </p> <p>with the application of KH2PO4 and phosphate rock. After 120 days, the results confirm the </p> <p>effectiveness of phosphate in the remediation of the contaminated soils, particularly of </p> <p>KH2PO4. </p> <p>Keywords: Soil remediation; lead pollution; lead bioavailability. </p> <p>Resumo </p> <p>A cidade de Santo Amaro da Purificao (BA) foi contaminada por mais de 30 anos com </p> <p>escrias de uma fundio de Pb. O objetivo deste estudo foi o de avaliar o grau de </p> <p>contaminao por chumbo em solos coletados prximos metalrgica, assim como avaliar a </p> <p>toxicidade proporcionada por chumbo nestes solos e identificar a distribuio geoqumica do </p> <p>Pb nestes solos antes e aps o tratamento com diferentes fontes de fsforo. Os solos foram </p> <p>remediados com a aplicao de KH2PO4 e rocha fosfatada. Aps 120 dias de experimento, os </p> <p>resultados confirmam a eficcia do sal KH2PO4 como atenuante da ecotoxicidade do Pb e a </p> <p>migrao deste metal de fraes lbeis para fraes geoqumicas mais recalcitrantes do solo. </p> <p>Palavras-chave: Remediao do solo; poluio por chumbo; biodisponibilidade de chumbo. </p> <p>* Universidade Federal do Rio de Janeiro, Departamento de Qumica Analtica, Av. Athos da </p> <p>Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia, Bloco A, CEP 21941-909, Cidade Universitria, Ilha </p> <p>do Fundo, Rio de Janeiro-RJ, Brasil. </p> <p> santelli@iq.ufrj.br </p> <p>DOI: 10.21577/1984-6835.20170127 </p> <p>http://rvq.sbq.org.br/mailto:santelli@iq.ufrj.brhttp://dx.doi.org/10.21577/1984-6835.20170127</p> <p>Volume 9, Nmero 5 </p> <p> Revista Virtual de Qumica </p> <p>ISSN 1984-6835 </p> <p>Setembro-Outubro 2017 </p> <p>2136 Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| </p> <p>Avaliao da Toxicidade e Comportamento Geoqumico do </p> <p>Chumbo em Solos Contaminados de Santo Amaro da </p> <p>Purificao (BA) aps Atenuao por Fsforo </p> <p>Maria Carla B. Santos,a Maria Luiza F. M. Kede,</p> <p>b Josino C. Moreira,</p> <p>c Elena </p> <p>Mavropoulos,d Alexandre M. Rossi,</p> <p>d Luiz Carlos Bertolino,</p> <p>e Daniel V. </p> <p>Perez,f Ricardo E. Santelli,</p> <p>g,* Cau Bielschowsky,</p> <p>h Ricardo Soares</p> <p>h </p> <p>a Universidade Federal Fluminense, Instituto de Cincias da Sociedade e Desenvolvimento </p> <p>Regional, Departamento de Geografia, Rua Jos do Patrocnio 59, CEP 28010-385, Campos dos </p> <p>Goytacazes-RJ, Brasil. </p> <p>b Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Formao de Professores, </p> <p>Departamento de Geografia, Dr. Francisco Portela, 1470, CEP 24435-005, So Gonalo-RJ, </p> <p>Brasil. </p> <p>c Fundao Oswaldo Cruz, Escola Nacional de Sade Pblica, Centro de Estudos da Sade do </p> <p>Trabalhador e Ecologia Humana, Rua Leopoldo Bulhes 1480, CEP 21041-210, Rio de Janeiro-</p> <p>RJ, Brasil. </p> <p>d Centro Brasileiro de Pesquisas Fsicas, Departamento de Fsica Aplicada, Rua Dr. Xavier Sigaud </p> <p>150, CEP 22290-180, Rio de Janeiro-RJ, Brasil. </p> <p>e Centro de Tecnologia Mineral, Av. Pedro Calmon 900, CEP 21941-908, Rio de Janeiro-RJ, </p> <p>Brasil. </p> <p>f Embrapa Solos Rua Jardim Botnico, 1024, CEP 22460-000, Rio de Janeiro-RJ, Brasil. </p> <p>g Universidade Federal do Rio de Janeiro, Departamento de Qumica Analtica, Av. Athos da </p> <p>Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia, Bloco A, CEP 21941-909, Cidade Universitria, Ilha </p> <p>do Fundo, Rio de Janeiro-RJ - Brasil. </p> <p>hInstituto Estadual do Ambiente, Avenida Venezuela 110, CEP 20.081-312, Rio de Janeiro-RJ, </p> <p>Brasil. </p> <p>* santelli@iq.ufrj.br </p> <p>Recebido em 30 de outubro de 2017. Aceito para publicao em 30 de outubro de 2017 </p> <p>1. Introduo </p> <p>2. Material e Mtodos </p> <p>2.1. Descrio da rea de estudo </p> <p>2.2. Amostragem </p> <p>2.3. Experimento com fosfatos </p> <p>2.4. TCLP ( Toxicity Characteristic Leaching Procedure ) </p> <p>2.5. Fracionamento geoqumico das amostras </p> <p>mailto:santelli@iq.ufrj.br</p> <p>Santos, M. C. B. et al. </p> <p>Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| 2137 </p> <p>2.6. Mtodos estatsticos </p> <p>3. Resultados e Discusso </p> <p>3.1. Caracterizao das amostras de solos </p> <p>3.2. Avaliao da acidez dos solos aps Adio de Fosfatos </p> <p>3.3. Avaliao da toxicidade dos solos aps atenuao por fosfatos </p> <p>3.4. Comportamento geoqumico do chumbo aps remediao por fosfatos </p> <p>4. Concluses </p> <p>1. Introduo </p> <p>A gesto inadequada de efluentes e </p> <p>resduos slidos oriundos de atividades </p> <p>industriais mnero-metalrgicas podem </p> <p>proporcionar significativos impactos </p> <p>negativos a diferentes compartimentos </p> <p>ambientais (biota, ar, solo, sedimentos, guas </p> <p>superficiais e subterrneas) e sade </p> <p>humana.1-5</p> <p> Indubitavelmente, inmeros so </p> <p>os casos relatados no Brasil e no mundo a </p> <p>respeito dos danos causados pela existncia </p> <p>de passivos ambientais gerados durante a </p> <p>operao ou aps o encerramento de </p> <p>atividades industriais de refino e metalurgia </p> <p>de minrios.4-7</p> <p>Em 1960 foi instalada em Santo Amaro da </p> <p>Purificao (BA) a Companhia Brasileira de </p> <p>Chumbo (COBRAC), empresa metalrgica de </p> <p>capital franco-brasileiro pertencente ao </p> <p>grupo francs Penarroya Oxide. A COBRAC </p> <p>beneficiava por processos piro-metalrgicos </p> <p>o minrio de chumbo concentrado (PbS Galena) por flotao da Mina Boquira </p> <p>localizada na cidade de Boquira (BA) a cerca </p> <p>de 700 km de distncia de Santo Amaro da </p> <p>Purificao (Figura 1), embora tenha </p> <p>adquirido tambm ocasionalmente minrio </p> <p>concentrado de chumbo do Canad.6,8</p> <p> Em </p> <p>1988 a COBRAC passou a fazer parte do </p> <p>Grupo Trevo tornando-se uma empresa </p> <p>totalmente brasileira e alterando o seu nome </p> <p>para Plumbum Minerao e Metalurgia </p> <p>Ltda .8 Finalmente, em 1993 a Plumbum </p> <p>encerrou suas atividades deixando como </p> <p>passivo ambiental aproximadamente 490 mil </p> <p>toneladas de escria (de forno de reduo; </p> <p>de tratamento das crostas cuprferas e anti-</p> <p>monferas) dispostas sob solos sem </p> <p>impermeabilizao de base e expostas s </p> <p>intempries.6,8</p> <p>Aps 33 anos de operao e gesto </p> <p>inadequada do passivo ambiental (escria) </p> <p>pela Plumbum muitos estudos alertaram que </p> <p>um grande nmero de pessoas que viviam </p> <p>prximas metalrgica foram afetadas </p> <p>significativamente por elementos </p> <p>potencialmente txicos, especialmente o Pb </p> <p>e o Cd. Consequentemente, pesquisas </p> <p>epidemiolgicas demostraram concentraes </p> <p>elevadas de Pb no sangue de crianas </p> <p>nascidas aps o encerramento das atividades </p> <p>da metalrgica e que viviam prximas </p> <p>fbrica.6,9-11</p> <p>O uso de escria da Plumbum para </p> <p>implantao de aterros, ruas e estradas, </p> <p>assim como para a construo de casas </p> <p>contribuiu para elevar a extenso da </p> <p>contaminao e potencializar o impacto </p> <p>sade humana de uma grande parcela da </p> <p>populao de Santo Amaro da Purificao. </p> <p>Alm disso, foi evidenciada alta </p> <p>contaminao por chumbo em solos e guas </p> <p>subterrneas em localidades prximas </p> <p>fbrica, bem como em guas superficiais e </p> <p>sedimentos do Rio Suba.6,8-11 </p> <p> Santos, M. C. B. et al. </p> <p>2138 Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| </p> <p>Figura 1. Localizao geogrfica da cidade de Santo Amaro da Purificao (BA)6 </p> <p>O caso de contaminao em Santo Amaro </p> <p>da Purificao se torna extremamente </p> <p>emblemtico, pois o chumbo considerado o </p> <p>segundo elemento qumico mais perigoso, </p> <p>toxicologicamente, na lista de substncias </p> <p>prioritrias da Agncia de Registro de </p> <p>Substncias Txicas e Controle de Doenas </p> <p>dos Estados Unidos da Amrica (Agency for </p> <p>Toxic Substances and Disease Registry ATSDR).</p> <p>12 Trata-se de um metal de ocorrncia </p> <p>natural nos solos, normalmente associado a </p> <p>outros elementos como zinco, cobre, prata e </p> <p>ouro.13</p> <p> No sendo degradvel, o chumbo </p> <p>pode se acumular em diferentes </p> <p>compartimentos ambientais e nos </p> <p>organismos vivos, resultando em diferentes </p> <p>problemas como a reduo no crescimento </p> <p>vegetal e at mesmo a extino da </p> <p>vegetao, a contaminao das guas </p> <p>superficiais e dos aquferos. Alm disso, o </p> <p>chumbo pode afetar o sistema nervoso </p> <p>central e atuar como causador de diversos </p> <p>impactos sade humana, tais como: </p> <p>anemia, irritao gstrica, disfunes renais, </p> <p>do fgado e do corao, assim como acarretar </p> <p>em danos ao crebro e retardamento mental </p> <p>especialmente entre crianas.8,14,15</p> <p>Nas ltimas dcadas foram conduzidos </p> <p>diversos estudos cientficos na tentativa de </p> <p>desenvolver e aplicar mtodos para remediar </p> <p>os efeitos da contaminao por metais, assim </p> <p>como minimizar, imobilizar ou eliminar a </p> <p>toxicidade dos resduos que contm estes </p> <p>elementos qumicos. Estes estudos </p> <p>mostraram que o fsforo tem um elevado </p> <p>potencial para remediar os efeitos da </p> <p>contaminao por chumbo, dada sua </p> <p>capacidade de reduzir a disponibilidade deste </p> <p>metal no solo pela sua imobilizao por </p> <p>precipitao ou adsoro ao fosfato.9-11,16-23</p> <p>Diferentes fontes de fsforo tm sido </p> <p>estudados com o objetivo de reduzir a </p> <p>biodisponibilidade de metais em solos, </p> <p>incluindo o cido fosfrico (H3PO4), o sal </p> <p>dihidrogenofosfato de potssio (KH2PO4), </p> <p>Santos, M. C. B. et al. </p> <p>Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| 2139 </p> <p>hidrxiapatita, fertilizantes fosfatados e </p> <p>fosfatos naturais, tais como rochas fosfatadas </p> <p>e farinha de ossos.9,11,24 </p> <p>Tal fato se d pela </p> <p>presena de minerais do grupo apatita que </p> <p>reagem com o chumbo formando fases mais </p> <p>estveis, como a piromorfita. Para a </p> <p>imobilizao do Pb, os mecanismos sugeridos </p> <p>so Ca10(PO4)6X2 (X = Cl, F, OH), onde a </p> <p>dissoluo da rocha seguida pela </p> <p>precipitao da Hidrxiapatita e fosfato de </p> <p>chumbo (PbHA) formando minerais estveis </p> <p>semelhantes piromorfitas (Pb10(PO4)6(X): </p> <p>fluorpiromorfita, hidroxipiromorfita e </p> <p>cloropiromorfita.9-11,25 </p> <p>Atualmente, so muito utilizados </p> <p>extratores cidos simples para avaliar a </p> <p>ecotoxicidade e mobilidade de poluentes </p> <p>metlicos em resduos e solos.9-11,26</p> <p> Alm </p> <p>disso, h algumas dcadas tem-se utilizado o </p> <p>fracionamento geoqumico dos metais para </p> <p>que, uma vez compreendida a forma com </p> <p>que o metal est associado ao solo ou ao </p> <p>resduo, possa servir de auxlio na </p> <p>compreenso da mobilidade dos poluentes, </p> <p>bem como a sua biodisponibilidade e </p> <p>toxicidade s plantas e demais seres </p> <p>vivos.10,11,27,28</p> <p> Os esquemas de fracionamento </p> <p>geoqumico so largamente utilizados e so </p> <p>consideradas ferramentas essenciais para o </p> <p>estabelecimento de modelos preditivos da </p> <p>maneira com que os metais esto associados </p> <p>s diferentes fraes geoqumicas de solos, </p> <p>sedimentos e resduos.9-11,27,29 </p> <p>A distribuio </p> <p>de metais em diferentes fraes obtidas por </p> <p>procedimentos de extrao seqencial </p> <p>oferece um indcio das suas </p> <p>biodisponibilidades, que por sua vez </p> <p>permitem avaliar o risco de suas presenas </p> <p>nos ecossistemas terrestres e aquticos.27-31</p> <p>Em face do exposto anteriormente, este </p> <p>estudo tem como objetivo geral avaliar a </p> <p>eficcia do uso de fontes de fsforo na </p> <p>imobilizao e inertizao de Pb em um </p> <p>cambissolo e um vertissolo de Santo Amaro </p> <p>da Purificao (BA) localizados prximo </p> <p>rea da Plumbum. Alm disso, possui os </p> <p>seguintes objetivos especficos: (1)avaliar a </p> <p>mobilidade e toxicidade do Pb, antes e aps </p> <p>tratamento com fostafos, aps mais de 33 </p> <p>anos de contaminao por escria mnero-</p> <p>metalrgica e, (2)identificar o perfil de </p> <p>distribuio do Pb entre as diferentes fraes </p> <p>geoqumicas destes solos antes e aps </p> <p>tratamento com fosfatos. </p> <p>2. Material e Mtodos </p> <p>2.1. Descrio da rea de estudo </p> <p>O municpio de Santo Amaro da </p> <p>Purificao est localizado na Regio </p> <p>Metropolitana de Salvador do Estado da </p> <p>Bahia (1232'49"S e 3842'438"O). De acordo </p> <p>com a classificao de Kppen, apresenta um </p> <p>clima tropical (Af), com pluviosidade </p> <p>significativa ao longo do ano, mesmo nos </p> <p>meses mais secos a temperatura mdia anual </p> <p> de 24,7 C e a pluviosidade mdia de </p> <p>1713 mm. Os solos encontrados na rea da </p> <p>Plumbum so Cambissolos e Vertissolos </p> <p>originrios de folhelhos esverdeados </p> <p>intercalados com calcrios do Grupo Santo </p> <p>Amaro. Estes solos so caracterizados como </p> <p>solos argilosos a muito argilosos com alto </p> <p>contedo de argila do grupo montmorilonita, </p> <p>que apresenta caractersticas de contrao e </p> <p>expanso em funo do seu contedo de </p> <p>umidade; so de moderadamente drenados a </p> <p>mal drenados, assim como possuidores de </p> <p>baixa permeabilidade.8 </p> <p>2.2. Amostragem </p> <p>As amostras de solo foram coletadas no </p> <p>entorno das instalaes da Plumbum em dois </p> <p>pontos distintos (P1 e P2) e quatro </p> <p>profundidades: 0-10 cm, 10-20 cm, 20-40 cm </p> <p>e 40-60 cm (Figura 2). As amostras de solo </p> <p>foram secas em estufa com circulao de ar </p> <p>forada, temperatura de 45C, </p> <p>destorroadas e tamisadas em peneira de 2,0 </p> <p>mm, recolhendo-se as fraes de solo no </p> <p>retidas na peneira, que correspondem terra </p> <p>fina seca ao ar (TFSA). Ento, essas amostras </p> <p>foram maceradas at a obteno de uma </p> <p>textura homognea e fina. As amostras so </p> <p> Santos, M. C. B. et al. </p> <p>2140 Rev. Virtual Quim. |Vol 9| |No. 5| |2135-2150| </p> <p>classificadas como Cambissolo (P1) e </p> <p>Vertissolo (P2). </p> <p>Os parmetros de fertilidade destes solos </p> <p>(carbono orgnico total - COT, capacidade de </p> <p>troca catinica - CTC, concentrao de Fe2O3 </p> <p>e pH) foram determinados segundo </p> <p>metodologia EMBRAPA.32</p> <p> Alm disso, foram </p> <p>determinadas as concentraes pseudo-</p> <p>totais para chumbo nesses solos conforme o </p> <p>preconizado pelo mtodo US EPA 3051-A.26</p> <p>Figura 2. Localizao dos pontos de Amostragem de solos: P1 (Cambissolo) e P2 (Vertissolo)6 </p> <p>2.3. Experimento com fosfatos </p> <p>No total, 24 recipientes de policloreto de </p> <p>vinila (PVC) com volume de 230 mL foram </p> <p>preenchidos com 20 gramas de amostras de </p> <p>solo. A mesma quantidade de solo foi </p> <p>utilizada para as amostras dos Pontos P1 e </p> <p>P2, assim como em cada uma das quatro </p> <p>profundidades amostradas. </p> <p>Os tratamentos foram realizados em </p> <p>triplicata e baseados na adio de duas </p> <p>fontes diferentes de fosfato, como segue: </p> <p>uma amostra-controle cont...</p>