Aplicação de cinzas de biomassa em solos contaminados de áreas mineiras

Mestrado em Engenharia do Ambiente

Uma das principais fontes antropogénicas para a contaminação dos solos é a atividade mineira. No século passado devido à ausência de legislação e consciencialização ambiental, muitas das minas foram abandonadas sem quaisquer perspetivas de recuperação. Contudo, recentemente no seio da comunidade internacional começou a ser abordada a temática da recuperação ambiental destas áreas. A indústria da pasta e do papel produz com grande intensidade resíduos como cinzas da combustão de biomassa florestal residual e lamas biológicas resultantes do tratamento de águas residuais, grande parte destes resíduos são posteriormente depositados em aterro. Já foram realizados trabalhos científicos sobre a aplicação de cinzas e lamas na forma tal e qual em solos degradados e contaminados de áreas agrícolas e florestais, bem como na estabilização destes resíduos sob a forma de grânulos, produzindo assim materiais com qualidade comercial para a aplicação em solos e com intuito da valorização destes resíduos. No entanto, ainda não foram realizados estudos sobre a aplicação destes materiais estabilizados em solos com vista a melhoria das suas características. Neste contexto, e devido à não abundante matéria científica neste âmbito, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o resultado da aplicação destes materiais em solos degradados e contaminados da mina de São Domingos (Portugal). Para o efeito, foram testadas várias dosagens e diferentes granulometrias de aplicação com o intuito de neutralizar a acidez, comparando os efeitos os de um corretivo alcalinizante, esperando promover o aumento de matéria orgânica e a disponibilidade de nutrientes e diminuir a disponibilidade de elementos potencialmente tóxicos. Os trabalhos laboratoriais seguiram uma metodologia distinta assente em três partes, a primeira consistiu na caracterização exaustiva dos solos e dos materiais processados, seguidamente, a segunda parte realizaram-se ensaios de incubação, sendo numa fase inicial testado a incubação dos materiais em vasos e posteriormente mediante os resultados obtidos a incubação dos materiais em duas baterias de colunas, simulando um perfil de solo. Na última parte, realizaram-se três extrações simples ao solo após o tratamento, para a determinação do conteúdo de elementos disponível, reativo e pseudo-total. A adição destes materiais promoveu a correção do pH de 4 para valores entre 6 e 8, sendo que os tratamentos com menos lamas biológicas mostraram-se menos eficazes, elevando o pH para valores próximos de 6, e com dosagens inferiores demoraram cerca de 30 dias a elevar o pH do solo, os materiais com uma granulometria inferior, como as pré-misturas e o grânulo desfeito promoveram um aumento do pH de forma idêntica ao corretivo alcalinizante. Os materiais processados promoveram um aumento da disponibilidade de nutrientes como Ca, K, Mg e P, bem como um incremento de matéria orgânica dissolvida, estando este aumento dependente da dosagem e da granulometria dos materiais. De forma indireta, com o aumento do pH, verificou-se o decréscimo da disponibilidade de elementos potencialmente tóxicos como Al, Cd, Co, Cr, Ni, Pb e Zn, com taxas de redução próximas de 100% na maioria dos estratos analisados nos ensaios de incubação em coluna. No entanto estes materiais também promoveram o aumento da condutividade elétrica do solo para valores próximos de 12 mS/cm e o aumento de cloretos com valores próximos de 5000 mg/L, apesar disto existe uma lixiviação ao longo do perfil e nos estratos superiores a condutividade elétrica e os cloretos no fim dos 30 dias da experiência encontram-se próximos de valores recomendados e legislados. Os materiais processados provaram-se eficazes na melhoria da qualidade do solo, pelo que existem potenciais condições para a sua valorização e a desclassificação como resíduos.

Mining activity is one of the main anthropogenic sources of soil contamination. In the last century, due to the lack of legislation and environmental awareness many of the existing mines were simply abandoned and without recovery perspectives. However, in the recent years within the international community, the theme of the environmental recovery of these areas has beginning to be addressed. In the pulp and paper industry, huge quantities of waste are produced annually, such as ashes from the combustion of residual forest biomass and biological sludge from wastewater treatment, and much of these are being deposited in landfills. Work has already been carried out on the application of ash and sludge in degraded and contaminated soils of agricultural and forestry areas, as well in the stabilization of these residues in the form of granules, thus producing materials with commercial qualities for application in soils and with the purpose of valorization this waste. However, studies have not yet been carried out on the application of these stabilized materials in soils with a purpose to improving their qualities. In this context, and due to the lack of scientific material in this field, the objective of this work was to assess the effect of these amendment materials in degraded and contaminated soils of the São Domingos mine (Portugal). Different dosages and granulometry where tested in order to neutralize the acidity, comparing with an liming agent, hoping to promote the increase of organic matter and the availability of nutrients and to reduce the availability of potentially toxic elements. The laboratory work followed a distinct methodology based on three parts, the first consisted of the exhaustive characterization of the soils and the materials processed, then the second part were carried out incubation tests. At an early stage, the materials were incubated in pots and later according with the results obtained, the incubation of the materials were in two column tests, simulating a soil profile. In the last part, three simple soil extractions were performed after the treatment, to determine the available, reactive and pseudo-total element content. The addition of these materials promoted the pH correction of 4 to values between 6 and 8, and the treatments with less biological sludge were less effective, raising the pH to values close to 6, at lower dosages took about 30 days to raise the pH of the soil. Materials with a lower particle size, such as the pre-mixes and the broken granule, promoted a pH increase in the same way as the alkalizing agent. The processed materials promoted an increase in the availability of nutrients such as Ca, K, Mg and P, as well as an increase of dissolved organic matter, this increase being dependent on the dosage and granulometry of the materials. Indirectly, with increasing pH, there was a decrease in the availability of potentially toxic elements such as Al, Cd, Co, Cr, Ni, Pb and Zn, with reduction rates close to 100% in most horizons analyzed in the column incubation tests. However, these materials also promoted the increase of the electrical conductivity of the soil to values close to 12 mS/cm and the increase the chlorides concentration values close to 5000 mg / L. Although due to the leaching process along the profile and in upper horizons, the conductivity and chlorides at the end of the 30 days of the experiment are close to recommended values and legislated. The processed materials used in this work proved to be effective on the enhancement of soil qualities, and therefore they may further acquire the “end of waste” status and a consequent valorization.