Biosolids and heavy metals in soils

Abstract

The application of sewage sludge or biosolids on soils has been widespread in agricultural areas. However, depending on their characteristics, they may cause increase in heavy metal concentration of treated soils. In general, domestic biosolids have lower heavy metal contents than industrial ones. Origin and treatment method of biosolids may markedly influence their characteristics. The legislation that controls the levels of heavy metal contents in biosolids and the maximum concentrations in soils is still controversial. In the long-term, heavy metal behavior after the and of biosolid application is still unknown. In soils, heavy metals may be adsorbed via specific or non-specific adsorption reactions. Iron oxides and organic matter are the most important soil constituents retaining heavy metals. The pH, CEC and the presence of competing ions also affect heavy metal adsorption and speciation in soils. In solution, heavy metals can be present either as free-ions or complexed with organic and inorganic ligands. Generally, free-ions are more relevant in environmental pollution studies since they are readily bioavailable. Some computer models can estimate heavy metal activity in solution and their ionic speciation. Thermodynamic data (thermodynamic stability constant), total metal and ligand concentrations are used by the GEOCHEM-PC program. This program allows studying heavy metal behavior in solution and the effect of changes in the conditions, such as pH and ionic strength and the application of organic and inorganic ligands caused by soil fertilization.A aplicação agrícola de lodos de esgoto ou biossólidos tem se tornado prática comum, mas pode causar o acúmulo de metais pesados nos solos, dependendo das características desses resíduos. Em geral, biossólidos de origem doméstica apresentam teores de metais inferiores aos dos oriundos de descarga industrial. A origem e o processo de tratamento influenciam as características desses materiais. A legislação que controla os níveis de metais pesados presentes nos biossólidos e a concentração máxima nos solos é controversa. O comportamento dos metais pesados em longo prazo, após o término da aplicação de biossólidos, não é bem conhecido. Nos solos, os metais pesados podem ser adsorvidos por meio de reações de adsorção específica e/ou não específica. Dentre os componentes que retém metais pesados, destacam-se os óxidos de Fe e a matéria orgânica. O pH, a CTC e a presença de cátions afetam a adsorção e a especiação iônica de metais pesados nos solos. Em solução, os metais encontram-se como íons livres e/ou formam complexos com ligantes orgânicos e inorgânicos. As espécies-livres são mais importantes em estudos de poluição ambiental, pois correspondem às formas prontamente biodisponíveis. Alguns programas computacionais calculam a atividade dos metais em solução e sua especiação iônica. O programa GEOCHEM-PC utiliza uma base de dados termodinâmicos (constante de estabilidade termodinâmica), a concentração total do metal e dos ligantes em solução. Isso permite observar o comportamento dos metais em solução e a resposta dos mesmos às mudanças nas condições do meio, tais como a variação do pH e da força iônica e a adição de ligantes orgânicos e inorgânicos via adubação.