INFLUÊNCIA DO PH NO COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO DE CÁDMIO EM SOLO ARGILOSO DE PASSO FUNDO - RS

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1 INFLUÊNCIA DO PH NO COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO DE CÁDMIO EM SOLO ARGILOSO DE PASSO FUNDO - RS Rafael de Souza Tímbola Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Passo Fundo rafaeltimbola@hotmail.com Silvia L. Scopel Acadêmica do curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Passo Fundo sil_larisse@yahoo.com.br Vinícius Honse Didó Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental na Universidade de Passo Fundo vini_dido@hotmail.com Guilherme Schmidt Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Passo Fundo gui.ismiti@gmail.com Eduardo Pavan Korf Professor Mestre do curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Passo Fundo eduardokorf@upf.br Pedro D. M. Prietto Professor Doutor do curso de Engenharia Civil da Universidade de Passo Fundo pdmp@upf.br Antonio Thomé Professor Doutor do curso de Engenharia Civil da Universidade de Passo Fundo thome@upf.br Resumo. Estudos capazes de entender o comportamento de poluentes metálicos no solo, se fazem necessários, pois auxiliam no processo de tomada de decisão em relação ao gerenciamento e controle da propagação em sub-superfície. O objetivo do trabalho foi analisar a influência do ph na adsorção do metal Cádmio em um Latossolo residual argiloso de Passo Fundo RS. Ensaios de batelada foram realizados de acordo com a norma D4646 (ASTM, 2008). Foram preparadas soluções contaminantes do metal dissolvido em solução monoespécie com concentrações 0, 2, 4, 6, 8, e 10 mg.l -1 para seis faixas de ph: 1; 1,5; 3; 4,5; 6,0; 6,5. Após o ensaio, foram determinadas as isotermas de adsorção, bem como o coeficiente de distribuição K d. Conclui-se que o acréscimo de ph da solução contaminante acarretou no aumento do valor do parâmetro, sendo mais significativo entre ph 3 e 6,5. Palavras-chave: Ensaio de batelada. Transporte de contaminante. Determinação de parâmetros. 1. INTRODUÇÃO Os metais estão presentes no meio ambiente naturalmente, participando de um ciclo bioquímico desde a formação do planeta. Porém, com o rápido desenvolvimento das atividades industriais, agrícolas e crescimento populacional, vê-se um aumento significativo de resíduos gerados, sendo esses, muitas vezes descartados no solo através de técnicas inadequadas de disposição, derramamentos ou vazamentos acidentais.

2 Essas atividades têm sido acompanhadas pela preocupação com a disseminação de elementos metálicos em níveis elevados, podendo comprometer a qualidade dos ecossistemas, saúde humana, contaminação do solo e da água (SOARES, 2004; YONG, 2001; WOWK E MELO 2005). Considerando os potenciais problemas causados pela contaminação de solos por resíduos ácidos contendo esses compostos metálicos, se faz necessário o estudo de alternativas viáveis do ponto de vista tecnológico, ambiental e econômico, capazes de garantir a mitigação do fluxo desses poluentes no subsolo. Como alternativa técnica e econômica, parâmetros numéricos têm sido utilizados para tomada de decisões direcionando estratégias de remediação ou de prevenção de áreas contaminadas. Segundo Soares (2004), a adsorção de metais é dependente de muitas propriedades do solo, e o estudo do destino destes elementos no ambiente requer determinações experimentais do coeficiente de distribuição (K d ), que é introduzido em vários modelos e permite estimativas da quantidade de metais dissolvido na solução do solo e sua mobilidade no tempo e espaço. A mobilidade de metais em solos é fortemente ligada ao extremo ácido de ph, o qual caracteriza sua maior mobilidade e favorece o fluxo de contaminantes devido ao aumento da dissolução de metais em solos (DANIEL, 1993; OLIVEIRA, 1998). Quando o contaminante está associado à fase sólida, não é de conhecimento se este foi adsorvido à superfície do sólido, absorvido na estrutura do sólido, precipitado na superfície do sólido ou fracionado na matéria orgânica. Um termo genérico usado para descrever a partição de constituintes da fase líquida para a fase sólida e que não leva em consideração o mecanismo de retenção, é referido como sorção (Oliveira et. al., 2010 apud Dias et al., 2001). Contudo, o objetivo deste trabalho foi analisar a adsorção do metal Cádmio (Cd) no solo residual de Passo Fundo - RS, através da determinação de K d sob diferentes faixas de ph. 2. METODOLOGIA 2.1. Materiais Solo de Estudo. O solo utilizado para este estudo foi coletado no campo experimental de Geotecnia da Universidade de Passo Fundo (UPF), localizado na cidade de Passo Fundo/RS, sul do Brasil. As coordenadas geográficas do local de coleta de solo foram: S 28º 13 35,7 ; W ,46 em uma altitude de 698 m. O solo de estudo é um material residual de basalto e pertence à província geológica do planalto rio-grandense, segundo a geologia do Rio Grande do Sul, e à bacia do Paraná segundo a geologia do Brasil (BERTORELLI & HARALYI, 1998), que recebeu derrames vulcânicos de basalto, no período mesozóico sobre um pacote de rochas sedimentares. Segundo Streck et. al., (2008) a classificação pedológica é de um Latossolo Vermelho distrófico húmico (unidade Passo Fundo). Estes solos são muito profundos, drenados e altamente intemperizados, apresentando uma seqüência de horizontes A- Bw-C, em que Bw é do tipo latossólico. Estes solos têm pouco incremento de argila com a profundidade e transição gradual entre os horizontes e por serem muito intemperizados têm predomínio de caulinita e óxidos de ferro, o que lhes proporciona baixa CTC (< 17 cmol.kg -1 ), acentuada acidez e baixo estoque de nutrientes. A coloração vermelha confere baixa saturação por bases (< 50 %) e elevado teor de Ferro (> 18 %), o que os caracteriza como distroférrico (STRECK et. al., 2008). A caracterização mineralógica foi relacionada à área superficial específica (ASE), a qual permite considerar a predominância do argilo-mineral caulinita. A ASE encontrada foi de 33,86 m².g -1 e permite caracterizar o solo como um material próximo

3 da faixa sugerida pelos autores Mitchell e Soga (2005) e Yong et. al. (1992), os quais indicam que solos com predominância de caulinita possuem ASE dentro faixa de 10 a 20 m 2.g -1 e Meurer (2006), o qual indica a ASE dentro da faixa de 7 m².g -1 a 30 m².g -1. A caracterização química e geotécnica quanto aos índices físicos e granulometria do horizonte B deste solo está apresentada na Tabela 1. Os resultados permitem verificar o baixo teor de matéria orgânica, o alto teor de argila e o ph ácido. Tabela 1: Caracterização geotécnica e química do Solo em estudo. Parâmetro Valor Argila (%) 67 Silte (%) 5 Areia (%) 28 Limite de Liquidez (%) 53 Limite de Plasticidade (%) 42 Índice de Plasticidade 11 Peso específico real dos grãos (kn.m - ³) 26,70 Umidade Natural (%) 34,62 Peso específico natural (kn.m - ³) 16,30 Índice de Vazios 1,19 Grau de Saturação (%) 75,70 Porosidade (%) 54 ph (H 2 O) 5,00 Matéria Orgânica (%) 0,80 CTC (cmolc.dm - ³) 12,50 Permeabilidade (m.s -1 ) ASE interna+externa (m 2.g -1 )* 1,39x ,86 *Área Superficial Específica. Solução contaminante. A solução contaminante contém o metal Cd dissolvido em água destilada formando uma solução monoespécie com ph variando de 1,0; 1,5; 3,0; 4,5; 6,0; 6,5. A concentração dos metais na solução contaminante variou 0, 2, 4, 6, 8 e 10 mg.l -1. Cada solução com ph diferente foi preparada considerando as 6 concentrações, totalizando então, 6 concentrações para cada ph ensaiado Métodos Preparo das amostras de solo. O solo foi extraído a campo através da técnica de amostragem por extração deformada no horizonte B, a 1,2 m de profundidade. Em laboratório o solo foi peneirado em malha 2 mm e seco até constância de massa. O Quadro 1 apresenta o programa experimental dos ensaios. Quadro 1: Combinações ensaiadas. ph Concentração ensaiada (C 0 ) (mg.l -1 ) Número de repetições 1,0 1,5 3,0 4,5 6,0 6,5 0, 2, 4, 6, 8, 10 3* *Repetições para cada concentração ensaiada. Preparo das soluções contaminantes. A solução contaminante monoespécie foi elaborada a partir da diluição de uma solução padrão de 1000 mg.l -1 do metal nas diferentes concentrações em água destilada. Após a diluição, o ph foi corrigido com ácido clorídrico (HCl) e/ou hidróxido de sódio (NaOH) para as diferentes faixas de ph 1; 1,5; 3; 4,5; 6 e 6,5. Ensaio de batelada ou equilíbrio em lote. Para a determinação do coeficiente de distribuição (K d ), foi adotado o ensaio de batelada ou equilíbrio em lote que é descrito pela norma D4646 (ASTM, 2008). O ensaio consiste basicamente em contaminar o solo em uma relação de 1:20 (2,5 g de solo para 50 ml de solução) e após a mistura é submetida à agitação interrupta durante 24 horas à 215 rpm em uma mesa agitadora orbital. Após este período, as amostras ficam em repouso para a decantação das partículas de solo e a solução de equilíbrio é centrifugada a 3000 rpm para completa separação dos sólidos e obtenção do

4 sobrenadante. Em seguida, recolhe-se a amostra que é submetida à análise de concentração do contaminante, através de espectrofotometria de absorção atômica. Após a análise da concentração de contaminante em equilíbrio no sobrenadante, a adsorção (S) foi determinada e foi plotada um gráfico em função da concentração de equilíbrio (C), respeitando relação estabelecida pela equação (S = K d x C). Este gráfico caracteriza a isoterma de adsorção linear, a qual, após o ajuste por regressão linear, permite determinação do parâmetro de retardamento (K d ). A Figura 1 ilustra um ensaio de batelada em andamento no laboratório de Saneamento Ambiental da Universidade de Passo Fundo. 3. RESULTADOS A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos para o metal analisados de acordo com o ph da solução contaminante ensaiada. Juntamente, é apresentado o coeficiente de determinação R 2. Tabela 2: Coeficiente de Distribuição e Coeficiente de Determinação do metal Cd. ph K d (cm 3.g -1 ) R 2 1,0 25,820 0,982 1,5 23,889 0,970 3,0 26,051 0,997 4,5 27,452 0,994 6,0 29,860 0,999 6,5 30,461 0,985 A Figura 2 apresenta as isotermas de adsorção linear do metal Cd para todos o phs ensaiados. Figura 1: Realização de ensaio de batelada.

5 ph 1,0 ph 1,5 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 ph 3,0 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 ph 4,5 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 ph 6,0 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 ph 6,5 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06 Figura 2: Isotermas de adsorção linear do metal Cd para todos os phs de solução contaminante. 4. DISCUSSÕES Analisando a magnitude do parâmetro de transporte K d, observou-se incremento no valor com acréscimo do valor do ph da solução contaminante. Porém, não se observou variação significativa no valor de K d até ph 3,0. Os phs seguintes apresentaram incremento crescentes para K d até a variação global entre ph 1,0 e 6,5 de 15,23 %. Esse comportamento ocorre devido às reações de adsorção, pois segundo Meurer et al. (2010), o em solos com cargas elétricas dependentes do ph, como é caso do solo ensaiado, com argilomineral caulinita (1:1), a adsorção cresce com o aumento do ph, pois ocorre o aumento do nível de dissociação de hidroxila (OH - ) nas extremidades e nas superfícies das

6 partículas de minerais ou matéria orgânica, resultando em aumento da carga líquida negativa das mesmas. Este acréscimo no valor de K d quando do incremento de ph, pode ser explicado, também, pela precipitação química que passa a ser mais significativa para metais conforme o ph atinge e ultrapassa a neutralidade. Segundo Yong et al. (1992) e Yong (2001), a precipitação pode ocorrer em solução e no solo em associações com carbonatos, óxidos e hidróxidos. 5. CONCLUSÃO Pode-se concluir que para o metal cádmio o incremento de ph ocasiona o aumento no valor do parâmetro K d, sendo isto mais significativo entre os valores de 3 a 6,5. Isto é favorável, pois ocorrem também o incremento tanto das reações de adsorção e precipitação, as quais propiciam maior retenção e atenuação de cádmio e redução de seu transporte subsuperficial. Agradecimentos Os autores gostariam de expressar o seu agradecimento ao CNPq pelo apoio financeiro concedido ao grupo de pesquisa (processos /2005-7, /2008-0, /2009-0, /2007-3). 6. REFERÊNCIAS Bertorelli, A.; Haralyi, N. (1998) Geologia do Brasil. In: Oliveira, A. M. S.; Brito, S. N. A. (Coord.) Geologia de engenharia. São Paulo: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia. p Daniel, D. E. Clay liners. In: Daniel, D. E. Geotechnical pratictice for waste disposal. London: Chapman & Hall, p ASTM. Designation D4646: Standard Test Method for 24-h Batch-Type Measurement of Contaminant Sorption by Soils and Sediments. Philadelphia, Meurer, E. J., Rheinheimer, D.; Bissani, C. A. In: Meurer, E.J. Fundamentos de química do solo. 3. ed. Porto Alegre: Evangraf, p Mithell, J. K. Fundamentals of Soil Behavior. 2. ed. New York EUA: John Wiley & Sons, p. Oliveira et. al., (2010) Isotermas de sorção de metais pesados em solos do cerrado de Goiás. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, n.7, p Pierangeli, M., A. P.; et al. Efeito do ph da adsorção e dessorção de cádmio em Latossolos Brasileiros. Revista Brasileira de Ciência do Solo, V.29, p , Soares, M. R. Coeficiente de distribuição (K d ) de metais pesados em solos do Estado de São Paulo. Tese (Doutorado) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo. Piracicaba SP: USP, p. Streck, E V. (2008) Solos do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: EMATER. 107 p. Wowk, G. I. T. H.; Melo, V. F.; Avaliação do nível de chumbo, em solo de várzea, proveniente da reciclagem de baterias. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.9, n.4, p , Yong, R.N.; Mohamed, A. M O.; Warkentin, B. P. Principles of contaminant transport in soils. Amsterdam: Elsevier, p. Yong, R.N. Geoenvironmental engineering: contaminated soils, pollutant fate and mitigation. Boca Raton: CRC, p.