Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Química Programa de Pós Graduação em Engenharia Química TESE DE DOUTORADO Avaliação do potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L.) e girassol (Helianthus annuus L.) quanto à remoção de chumbo e tolueno em efluentes sintéticos. Anita Maria de Lima ORIENTADOR: Profa Dra. Josette Lourdes de Souza Melo CO- ORIENTADOR: Prof. Dr. Henio Normando de Souza Melo CO-ORIENTADOR: Profa. Dra. Fabíola Gomes de Carvalho Natal / RN Maio / 2010. Anita Maria de Lima Avaliação do potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L.) e girassol (Helianthus annuus L.) quanto à remoção de chumbo e tolueno em efluentes sintéticos. Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia Química, sob a orientação da Profa. Dra. Josette Lourdes de Sousa Melo e co-orientação do Prof. Dr. Henio Normando de Souza Melo e Profa. Dra. Fabíola Gomes de Carvalho. Natal / RN Maio / 2010. Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / CT / PPGEQ Biblioteca Setorial “Professor Horácio Nicolas Solimo”. Lima, Anita Maria de. Avaliação do potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L.) e girassol (Helianthus annus L.) quanto à remoção de chumbo e tolueno em efluentes sintéticos /Anita Maria de Lima. - Natal, 2010. 110 f. : il. Orientadora: Josette Lourdes de Sousa Melo. Co-orientador: Henio Normando de Souza Melo. Co-orientadora: Fábíola Gomes de Carvalho. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Engenharia Química. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. 1. Fitorremediação - Tese. 2. Vegetais – Mamona - Tese. 3. Vegetais – Girassol - Tese. 4. Chumbo - Redução - Tese. 5. Tolueno – Redução – Tese. I. Melo, Josette Lourdes de Sousa. II. Melo, Henio Normando de Souza. III. Carvalho, Fabíola Gomes de. IV. Título. RN/UF/BSEQ CDU 628.5(043.2) LIMA, Anita Maria de – Avaliação do potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L.) e girassol (Helianthus annuus L.) quanto a remoção de chumbo e tolueno em efluentes sintéticos. Tese de Doutorado, UFRN, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química. Area de Concentração: Engenharia Ambiental. Orientadora: Profa. Dra. Josette Lourdes de Sousa Melo Co-orientador: Prof. Dr. Henio Normando de Souza Melo Co-orientadora: Profa. Dra. Fabíola Gomes de Carvalho RESUMO: O desenvolvimento de pesquisas que visam atenuar ou até mesmo eliminar os impactos ambientais proporcionados pelas ações antropogênicas, sobretudo pelo reflexo direto dos resíduos industriais nos compartimentos bióticos como solo, água e ar, ganharam maior espaço nos ambientes acadêmicos e na iniciativa privada. Uma técnica de remediação natural é a fitorremediação que consiste na utilização de vegetais (árvores, arbustos, plantas rasteiras e aquáticas) e de sua microbiota associada com o fim de remover, degradar ou isolar substâncias tóxicas ao ambiente. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial fitorremediador da mamona (Ricinus communis L) e girassol (Helianthus annuus L), culturas adaptadas da região agreste do Rio Grande do Norte, quanto à redução das concentrações de chumbo e tolueno presentes em efluentes sintéticos que simulam as características da água de produção tratada originada no pólo petroquímico de Guamaré. O experimento foi conduzido em blocos casualizados em 4 réplicas. Foram utilizadas sementes da variedade BRS Energia para o desenvolvimento das mudas de mamona e Catissol 01 para o girassol, ambas cedidas pela EMPARN (Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte). As concentrações de chumbo testadas foram 250, 500 e 1000 m g/L denominados de T2, T3 e T4, respectivamente, para o tolueno as concentrações utilizadas foram 125, 256 e 501 µg/L, denominadas de T5, T6 e T7, respectivamente. Os dados obtidos para remoção de chumbo em relação ao efluente aplicado nos sistemas mamona e girassol foram de 43,89 e 51,85 % (T2), 73,60 e 73,74% (T3) e 85,66 e 87,80% (T4), respectivamente, e para o tolueno foram aproximadamente 52,12e 25,54% (T5), 55,10 e 58,05% (T6) e 79,77 e 74,76% (T7), para mamona e girassol, respectivamente. A partir dos dados obtidos pode-se inferir que mecanismos envolvidos na redução dos contaminantes foram o da fitoextração, com relação ao chumbo e fitodegradação para o tolueno. Contudo pode- se concluir que as culturas mamona e girassol podem ser utilizadas em sistemas de pós- tratamento de efluentes industriais que apresentem este tipo de contaminante. Palavras chave: fitorremediação, mamona, girassol, tolueno e chumbo. iv LIMA, Anita Maria de – Assessment of potential for phytoremediation of castor bean (Ricinus communis L.) and sunflower (Helianthus annuus L.) as the removal of lead and toluene in synthetic wastewater. Doctoral thesis, UFRN, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química. Concentration area : Environmental Engineering. ABSTRACT The development of research that aim to reduce or even eliminate the environmental impacts provided by anthropogenic actions. One of these main action is the discard of industrial waste in the biotic compartments such as soil, water and air, gained more space in academic settings and in private. A technique of phytoremediation involving the use of plants (trees, shrubs, creepers and aquatic) and their associated microorganisms in order to remove, degrade or isolate toxic substances to the environment. This study aimed to evaluate the potential for phytoremediation of castor bean (Ricinus communis L.) and sunflower (Helianthus annuus L.), wild crops suitable region of Rio Grande do Norte, to reduce concentrations of lead and toluene present in synthetic wastewater that simulate the characteristics of treated water production originated in the petrochemical Guamaré. The experiment was accomplished in randomized blocks in four replicates. Seeds of BRS Energy for the development of seedlings of castor beans and sunflower for Catissol 01, both provided by EMPARN (Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte) were used. Lead concentrations tested were 250, 500 and 1000 m g/L called T2, T3 and T4, respectively, for toluene the concentrations used were 125, 256 and 501 µg/L, called T5, T6 and T7, respectively. The data for removal of lead in relation to sewage systems applied in castor bean and sunflower were 43.89 and 51.85% (T2), 73.60 and 73.74% (T3) and 85.66 and 87.80 % (T4), respectively, and toluene were approximately 52.12 and 25.54% (T5), 55.10 and 58.05% (T6) and 79.77 and 74.76% (T7) for castor and sunflower seeds, respectively. From the data obtained, it can be deduce that mechanisms involved in reducing the contaminants were of phytoextraction, in relation to lead and phytodegradation for toluene. However, it can be concluded that the castor bean and sunflower crops can be used in exhaust after-treatment of industrial effluents that have this type of contaminant. Key words: phytoremediation, castor bean, sunflower, toluene and lead. vi Agradecimentos Agradeço em primeiro lugar a Deus por ter concedido saúde e discernimento para que pudesse desenvolver este trabalho. A minha mãe Helena pela compreensão e apoio incondicional. Aos meus orientadores Josette Lourdes de S. Melo Henio Normando de S. Melo, e Fabiola Gomes de Carvalho por acreditarem que poderia desenvolver este trabalho. Aos amigos bolsistas Érica, Everaldo, Hanniel, Ramon pela ajuda na montagem do experimento, preparação de amostras e realização das análises. Aos amigos de longa data Elisângela, Magna Angélica, no compartilhamento de alegrias e frustrações desde o mestrado. A Ana Karla, pelo apoio e força nesses últimos anos, a todos os amigos da pós-graduação e graduação. Ao professor Afonso Avelino Dantas por ter possibilitado a realização de análises de absorção atômica no seu laboratório e a João Batista por tê-las viabilizado. Ao professor Mário Kato por viabilizar as análises de cromatrografia no Laboratório de Saneamento Ambiental da Universidade Federal de Pernambuco (LSA/UFPE) e ao técnico Luiz Galdino pela realização das análises. Ao PPGEQ pela oportunidade de aprimoramento acadêmico; a Eusamar e Medeiros pela paciência comigo. Ao CNPq,CAPES, FINEP e CTPETRO/RELINE pelos recursos financeiros. vii Dedicatória Dedico este trabalho a Helena Maria da Silva e a Maria Tereza Coutinho (in memoriam). Mae e avó, duas mulheres de fibra. Transformai uma árvore em lenha que ela arderá; mas, a partir de então não dará mais flores nem frutos (Ranbindranath Tagore). viii ÍNDICE RESUMO.......................................................................................................................................iv ÌNDICE DE FIGURAS.................................................................................................................xii ÍNDICE DE TABELAS...............................................................................................................xiv 1. Introdução..................................................................................................................................17 1.1 - Objetivos...........................................................................................................................19 1.1.1 – Gerais.........................................................................................................................19 1.1.2 – Específicos.................................................................................................................19 1.2 – Hipótese............................................................................................................................20 1.3 – Estrutura da tese................................................................................................................20 2. Aspectos teóricos.......................................................................................................................23 2.1. Poluentes da indústria de petróleo......................................................................................23 2.1.1 – Tolueno......................................................................................................................24 2.1.1.1 – Tolueno no solo..................................................................................................25 2.1.2 – Chumbo.....................................................................................................................26 2.1.2.1. Chumbo no solo....................................................................................................27 2.2.- Fitorremediação.............................................................................................................29 2.2.1– Mecanismos da fitorremediação.................................................................................31 a)Fitoextração....................................................................................................................31 b)Fitotransformação ou fitodegradação.............................................................................34 c)Fitovolatilização.............................................................................................................34 c)Fitoestimulação..............................................................................................................35 d)Rizofiltração...................................................................................................................37 e)Fitoestabilização.............................................................................................................37 2.3-Girassol...............................................................................................................................40 2.4 - Mamona.............................................................................................................................41 2.4 – Experimento estatístico....................................................................................................42 2.4.1 – O teste ou prova de Tukey.........................................................................................43 3 - Estado da arte...........................................................................................................................46 4. Materiais e métodos...................................................................................................................49 ix 4.1 – Preparação do sistema......................................................................................................51 4.1.1 – Localização................................................................................................................51 4.1.2 – Solo utilizado.............................................................................................................52 4.1.3 – Preparação dos vasos.................................................................................................53 4.2 – Sementes utilizadas ..........................................................................................................54 4.2.1 – Mamona.....................................................................................................................54 4.2.2 – Girassol......................................................................................................................55 4.3 – Preparação dos efluentes sintéticos..................................................................................57 4.3.1 – Caracterização da água de produção tratada..............................................................57 4.4 – Determinações químicas no solo......................................................................................59 4.4.1 – Preparação da amostra de solo..................................................................................59 4.4.2 – Determinação de pH em água....................................................................................59 4.4.3 – Determinação de pH em KCl.....................................................................................60 4.4.4 – Determinação de cálcio, magnésio e alumínio..........................................................60 4.4.5 – Determinação de sódio e potássio.............................................................................61 4.4.6 – Determinação de carbono no solo.............................................................................62 4.4.7 – Determinação de chumbo..........................................................................................63 4.5 – Caracterização química do solo utilizado no experimento...............................................64 4.6 - Determinação físico-quimica do lixiviado........................................................................64 4.7 – Determinação dos elementos no tecido vegetal................................................................65 4.8 – Delineamento experimental e tratamento estatístico........................................................65 4.9 – Cálculo da remoção global...............................................................................................66 4.10 – Índice de Translocação...................................................................................................67 4.11 – Cálculo da soma das bases no solo - S...........................................................................67 5. Resultados..................................................................................................................................69 5.1 – Lixiviado...........................................................................................................................69 5.1.1 – Avaliação do pH........................................................................................................69 5.1.2 – Avaliação da condutividade.......................................................................................70 5.1.3 – Avaliação do cloreto..................................................................................................71 5.1.4 – Avaliação da turbidez................................................................................................71 5.1.5 – Avaliação da cor........................................................................................................72 5.1.6 – Avaliação de sulfato..................................................................................................73 x