Post on 20-Nov-2018
FitofiltraFitofiltraççãoão: o Uso de Plantas no Tratamento e : o Uso de Plantas no Tratamento e RemediaRemediaçção de ão de ÁÁguas Contaminadas por Metais guas Contaminadas por Metais
e Compostos Orgânicos Te Compostos Orgânicos Tóóxicosxicos
Dr. Dr. FFáábiobio N. Moreno N. Moreno Dr. Joel B. Dr. Joel B. SSíígologolo
IntroduIntroduççãoão
FitofiltraFitofiltraççãoão
••UtilizaUtilizaççãoão de de raraíízeszes de de plantasplantas parapara remoremoççãoãode de contaminantescontaminantes de de efluentesefluentes, , ááguasguassuperficiaissuperficiais e e subterrâneassubterrâneas;;
••ProcessosProcessos: : absorabsorççãoão, , sorsorççãoão, , precipitaprecipitaççãoão, , degradadegradaççãoão;;
••ContaminantesContaminantes: : metaismetais ((Pb, Pb, CuCu, , ZnZn, , MnMn, Cr, , Cr, NiNi, As), , As), radionuclradionuclíídeosdeos (U), (U), orgânicosorgânicos (TNT, (TNT, RDX), RDX), nutrientesnutrientes (PO(PO44
--, NO, NO33--).).
Efeito remediador é limitado pelafitotoxicidade do substrato
Baixo custo de operação e manutenção
Efeito remediador é limitado pelaprofundidade das raízes
Capaz de agir em solos com baixa ou nenhuma
permeabilidade
Maior tempo para atingir metasde remediação
Possibilidade de recuperação do metal da biomassa
Necessidade de um projeto de engenharia
Possibilidade de produção de energia
Necessidade de colheita e disposição da biomassa
Baixo volume de material residual
Necessidade de utilização de viveiros e/ou casa de vegetação
Tratamento de água sem uso de produtos químicos
Necessidade de ajuste constantedo pH
Remoção de diferentes tipos de poluentes
DesvantagensDesvantagensVantagensVantagens
FitofiltraFitofiltraççãoão
RecuperaRecuperaççãoão do do Metal Metal dada BiomassaBiomassa
5 cm
U$ 273,500U$ 447,700Ano 1-10
U$ 196,500U$ 270,200Ano 1-5
U$ 165,700U$ 199,200Ano 1-3
U$ 134,900U$ 128,200Ano 1
U$ 100U$ 1,200Disposição Resíduo/ano
U$ 15,300U$ 34,300O&M/ano
U$ 119,500U$ 92,700Capital
FitofiltraçãoAlumínio AtivoParâmetro de Custo
Fonte: Elless et al., 2005
ComparaComparaççãoão de de CustosCustos((TratamentoTratamento do As, 600,000 LPD)do As, 600,000 LPD)
AplicaAplicaççõesões
Fluxo da Água Subterrânea
Derramamento de Gasolina
Pluma Contaminantes (BTX)
Aquífero Raso
Solo Insaturado
Filtros SolaresFiltros Solares-- Controle HidráulicoControle HidráulicoSalix babylonica (chorão)Salix babylonica (chorão)
Absorção Direta, Sorção e Rizodegradação
Fonte
Receptor
Fluxo da Água Subterrânea
Derramamento de Gasolina
Pluma Contaminantes (BTX)
Aquífero Raso
Solo Insaturado
Filtros SolaresFiltros Solares-- Controle HidráulicoControle HidráulicoSalix babylonica (chorão)Salix babylonica (chorão)
Absorção Direta, Sorção e Rizodegradação
Fonte
Receptor
H2OH2O
/Orgânicos
Filtros SolaresFiltros Solares-- Controle HidrControle Hidrááulico de Nutrientes e Pesticidasulico de Nutrientes e PesticidasSalixSalix babylonicababylonica (chorão)(chorão)
R2 = 0.9819
20
40
60
80
0 20 40 60 80
Transpiração, mL
Mas
sa N
O3-
N, m
g
Fonte: Moreno, 1998
FitofiltraFitofiltraççãoão de Metais e de Metais e RadionuclRadionuclíídeosdeos –– Sistema HidropônicoSistema Hidropônico
HelianthusHelianthus annuusannuus (girassol)(girassol)
Precipitação, Sorção, Acumulação
Água Tratada
Água Contaminada
Microcosmo
I I I I I I IV V
VIVIIVIIIIXX
Unidade A
Unidade B
Água Contaminada
Água Tratada
Pré-Tratamento
Bomba
FitofiltraFitofiltraççãoão de Metais e de Metais e RadionuclRadionuclíídeosdeos -- Sistema HidropônicoSistema Hidropônico
Água Tratada
Fonte: Dushenkovet al., 1997
Água Contaminada
Pré-tratamento
Sistema de Fitofiltração
Pós-tratamento
Pós-Colheita
Efluente
Biomassa
Viveiro de Plantas
ObjetivosObjetivos
DDemonstraremonstrar o o potencialpotencial dada fitofiltrafitofiltraççãoão nana remoremoççãoão dde e poluentespoluentes a a partirpartir do do cultivocultivo de de plantasplantas terrestresterrestres em em solusoluççõesões hidropônicashidropônicas contendocontendo nnííveisveis elevadoselevados de de contaminantescontaminantes de de origemorigem orgânicaorgânica e e inorgânicainorgânica. .
Contaminantes Contaminantes TestadosTestados -- OrgânicosOrgânicos
ContaminaContaminaççãoão de de aqaqüíüíferosferos porpor vazamentosvazamentos de de tanquestanques e e dutosdutos subterrâneossubterrâneos
5-Padrão Potabilidade (μg/L) 5.5 x 10-36.3 x 10-6Constante de Henry
2,13-0,31Log Kow
1,791-Sol. H2O 25oC (mg/L)0,870,79Densidade 25oC78,1146,07Peso MolecularC6H6C2H5OHFórmula
BenzenoEtanol
Contaminantes Contaminantes TestadosTestados -- InorgânicosInorgânicos
ContaminaContaminaççãoão de solos e de solos e ááguasguas subterrâneassubterrâneas emem zonaszonas industriaisindustriais e de e de mineramineraççãoão do do ouroouro
1Padrão de Potabilidade (μg/L)
0.3Constante de Henry
0.02Sol. H2O 25oC (mg/L)
357Ponto de Fusão (oC)
200,57Peso Molecular
Hg (0)Fórmula
Mercúrio
CH3Hg
Bioaccumulation
Hg2+
HgS
Hg0
CH3S-HgCH3
(CH3)2H
Hg22+
WATER ANDSOIL SOLUTION
Organic + InorganicComplexes
Hg0
(CH3)2HgCH3Hg
AIR
Hg2+
Hg2+
CicloCiclo BiogeoquBiogeoquíímicomico do do MercMercúúriorio
(CH3)2Hg
(CH3)2Hg
EspEspééciescies TestadasTestadas
BrassicaBrassica junceajuncea
((MostardaMostarda))
•Família Brassicaceae;
•Alta biomassa (10 t/ha)e rápido crescimento;
•Boa tolerância a metaispesados;
•Capacidade para altaacumulação de metais nasraízes em meio hidropônico.
Salix Salix babylonicababylonica
(Chorão)
•Família Salicaceae;
•Habilidade em oxigenar a rizosfera,
•Freatófita;
•Boa capacidade de fitoestimulação;
•Transpiração elevada;
•Propagação por estaquia e crescimento rápido
Benzeno e Etanol
Mercúrio
CultivoCultivo HidropônicoHidropônico do do ChorãoChorão
camada de teflon
tampão de borrachaperfurado
camada de teflon
Erlenmeyer (500 mL) com solução nutritiva
Solução Nutritiva, pH 6,0
CultivoCultivo HidropônicoHidropônico -- MostardaMostarda
Bombade Ar
Solução Nutritiva, pH 6,0
PoteHermeticamente
Fechado (100 mL)
Saídade Ar
Entradade Ar
0,00012CoCl2.6H2O0,00012CuSO4.5H2O0,0012Na2MoO4.2H2O0,03H3BO3
0,4ZnSO4.4H2O0,11MnSO4. 4H2 O
Micronutrientes6,18Quelato de Ferro2,46MgSO4.7H2O
4,72Ca(NO3)2
3,0KNO3
0,57NH4H2PO4
Concentração(g/L)
Macronutrientes
SoluSoluççãoão NutritivaNutritiva de Hoaglandde Hoagland’’s (Half s (Half StrenghtStrenght))
ExperimentoExperimento de de FitofiltraFitofiltraççãoãoOrgânicosOrgânicos / / ChorãoChorão
Etanol - 1500 mg/L;
Benzeno – 20 mg/L;
3 repetições/ tratamento;
Alíquotas de 1 mLretiradas a cada 24 horas;
Casa de Vegetação(etanol);
Câmara de crescimento 25oC/ 16 h (benzeno);
Análise porcromatografia gasosa.
C/ EstacasAbsorção Direta
C/ RaízesAdsorção
Controle Autoclavado+ Azida de Sódio 1g/L
3 Tratamentos; solução nutritiva; pH 6,0
ExperimentoExperimento de de FitofiltraFitofiltraççãoãoMercMercúúriorio / / MostardaMostarda
Mostarda + Hg “trap” Controle + Hg “trap”
Hg na faixa de 0.05 a 10 mg/L;
3 repetições/ tratamento;
Captura do Hg volátilem sol. KMnO4 +H2SO4 (Hg trap);
Câmara de crescimento 22oC e16 h por 5 dias;
Quantificação do Hg nas plantas, nasolução e nos Hg traps;
Análise por geraçãode hidretos em AAS.
2 tratamentos, H2O deionizada, pH 6,0
ExperimentosExperimentos de de FitotoxicidadeFitotoxicidade
Baseado em medidas de transpiração das plantas
Mercúrio (Mostarda)
0, 0.05, 0.5, 1, 2.5, 5, 10 mg Hg /L de H2O deionizada
Etanol (Chorão)
0, 500, 1000, 2000 mg EtOh /L de Sol. Nutritiva
Casa de Vegetação Câmara de Crescimento20oC, 16 h fotoperíodo
3 Repetições/tratamento 3 Repetições/tratamento
ResultadosResultados
FitotoxicidadeFitotoxicidade –– EtanolEtanol / / ChorãoChorão
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Tempo (dias)
Tran
spira
ção/
biom
assa
(mL/
g)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Controle Dosadas temperatura
0 500 I000 2000
Concentração de EtOH (mg/L)
Tem
pera
tura
o C
0
400
800
1200
1600
2000
2400
0 1 2 3 4 5Tempo (dias)
Etan
ol (
mg/
L)
Chorão Raízes Controle
FitofiltraFitofiltraççãoão –– EtanolEtanol / / ChorãoChorão
X =8.8 mg/L99,4 % Efic
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7
Tempo (dias)
Benz
eno
(mg/
L)
Chorão Raízes Controle
FitofiltraFitofiltraççãoão –– BenzenoBenzeno / / ChorãoChorão
X = 0.6 mg/L97,4 % Eficiência
y = -2.5537x + 529.56r2 = 0.9904
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150 200 250
Transpiração (mL)
Etan
ol (m
g)
MecanismosMecanismos de de RemoRemoççãoão de de OrgânicosOrgânicos / / ChorãoChorão
EtanolHi < 10-6
Absorção Direta
Sorção às Raízes
Degradação narizosfera(?)
BenzenoHi > 10-6
Absorção Direta
Sorção às Raízes
Degradação na rizosfera (?)
Volatilização (?)
CxHyOz CO2 + H2O
Volatilização (?)
Absorção pela Transpiração
Sorção
Degradação (?)
FitotoxicidadeFitotoxicidade –– MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
0
3
6
9
12
15
0 0.05 0.5 1 2.5 5 10
Tratamento de Hg (mg/L)
Tran
spira
ção
( mL/
day)
a
b bb
b
cc
FitofiltraFitofiltraççãoão –– MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
0.01
0.1
1
10
0.05 0.5 1 2.5 5 10
Tratamento de Hg (mg/L)
Hg
(mg/
L)
Controle Mostarda
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3 4 5Tempo (dias)
Hg (
mg/
L)
Controle Mostarda
FitofiltraFitofiltraççãoão –– MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
0.06 mg/L94 % Efic.
FitofiltraFitofiltraççãoão –– VolatilizaVolatilizaççãoão do do MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
0.1
1
10
100
1000
0.05 0.5 1 2.5 5 10
Tratamento de Hg (mg/L)
Hg V
olát
il ( μ
g)
Mostarda Controle
Acumulação Efetiva
0.1612.11000
0.1015.1500
0.2621.5250
0.4722.9100
0.3231.150
-14.45
Ramos(%)
Raíz(%)
Massa Hg (μg)
DistribuiDistribuiççãoão do do MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
272142 130 106 107100
0.1
1
10
100
1000
0.05 0.5 1 2.5 5 10
Tratamento de Hg (mg/L)
Fato
r de
Con
cent
raçã
o
Ramos Raíz
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0.05 0.5 1 2.5 5 10
Tratamento de Hg (mg/L)
Mas
sa d
e H
g R
emov
ida
(%
)
Acumulação Volatilização
MecanismosMecanismos de de RemoRemoççãoão do do MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
MecanismosMecanismos de de RemoRemoççãoão do do MercMercúúriorio / / MostardaMostarda
Hg 0
Hg(R)2 → Hg0
Algas ou Bactérias Hg-resistentes ?
•Acumulação e/ouSorção na Raíz ;
•Redução do Hg2+ a Hg0 e volatilização
ConclusõesConclusões
••A A fitofiltrafitofiltraççãoão tem tem potencialpotencial parapara remediaremediaçção de ão de efluentesefluentes e e ááguasguas subterrâneassubterrâneas contaminadascontaminadas porpor benzenobenzeno, , etanoletanol e e mercmercúúriorio e (e (talveztalvez) ) parapara outrosoutros poluentespoluentes (ex., TCE); (ex., TCE);
••EspEspééciescies testadastestadas demonstraramdemonstraram boa boa tolerênciatolerência aosaoscontaminantes contaminantes testadostestados;;
•• A A volatilizavolatilizaççãoão do Hg do Hg podepode ser ser reduzidareduzida pelapela supressãosupressão de de microorganismosmicroorganismos nana ááguagua ((adiadiççãoão de de hipocloritohipoclorito de de ssóódiodio?);?);
••A A possibilidadepossibilidade de de volatilizavolatilizaççãoão do do benzenobenzeno pelaspelas folhasfolhasdemandademanda estudosestudos adicionaisadicionais;;
••Os Os riscosriscos de de exposiexposiççãoão humanahumana pelapela cadeiacadeia alimentaralimentar e/oue/oupelapela liberaliberaççãoão atmosfatmosfééricarica de de poluentespoluentes precisamprecisam ser ser avaliadosavaliados antes antes dada comercializacomercializaççãoão destadesta tecnologiatecnologia. .
ConclusõesConclusõesAGRADECIMENTOSAGRADECIMENTOS
Dr. Henry X. Dr. Henry X. CorseuilCorseuil, , DeptoDepto. . EngenhariaEngenharia SanitSanitááriaria e e AmbientalAmbiental, UFSC, UFSC
Dr. Chris Anderson, Soils and Earth Group, Massey University, NDr. Chris Anderson, Soils and Earth Group, Massey University, NZZ
Dr. Brett Robinson, Institute of Terrestrial Ecosystems, ETHZ, Dr. Brett Robinson, Institute of Terrestrial Ecosystems, ETHZ, SuiSuiççaa
CNPqCNPq, , pelaspelas bolsasbolsas de de estudoestudo concedidasconcedidas
OBRIGADO!!!