Análise da Ecotoxicidade de Escórias de Incineração de Resíduos Sólidos Urbanos

Abstract

The assessment of the hazardousness of waste is essential for proper management that meets the principles of environmental sustainability aiming at protecting human health and the environment, reducing the consumption of natural raw materials, and reducing the landfilling of waste. Bottom ash is a significant by-product of the incineration of municipal solid waste and is a mirror entry on the European List of Waste (LoW), with its classification depending on the assessment of its hazardous properties. For this reason, its management is significantly different among countries. Different applications have been studied for its valorization, including geotechnical applications, in which the waste is applied to the soil. The present dissertation aims to characterize incineration bottom ash through the determination of its physical, chemical, and ecotoxicological properties to assess potential environmental impacts, in particular at the terrestrial compartment level. Hence, samples of fresh bottom ash, aged for 3 months and aged for 1 year were analysed. For this purpose, physical and chemical properties were evaluated, namely, particle size distribution, pH, electrical, conductivity, volatile solids content, and elemental composition of the solid matrix of bottom ash and its eluates (through FAAS – Flame Absorption Atomic Spectrometry, ICP-MS – Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry and Total Nitrogen Kjeldhal). The ecotoxicological properties were analyzed through biotests, namely: the germination and growth inhibition test with the plants Avena sativa and Brassica rapa (tests in pots and test in plates) and the avoidance test with the earthworm Eisenia andrei. The elemental composition of the eluate and the solid matrix showed significant differences, showing low leaching potential. Fresh bottom ash proved to be ecotoxic for the root growth of Avena sativa and Brassica rapa plants in the plate test with the solid matrix of bottom ash. However, none of the bottom ash samples proved to be ecotoxic (EC50 > 10%) in the test in pots. Therefore, the plants revealed greater sensitivity in the test in plates, showing potential for its use as an alternative to the test with pots in the evaluation of the ecotoxicity of waste, thus reducing the amount of resource and the duration of the test. Regarding the avoidance test with the earthworm Eisenia andrei, the 3-months aged and the fresh samples were classified as ecotoxic (EC50 ≤ 10%). Thus, earthworms were the organisms that showed the greatest sensitivity globally. Moreover, the ecotoxicity of bottom ash reduced with aging time, showing potential for environmentally safe geotechnical applications. The tests carried out proved to be relevant to assessing the ecotoxicity of waste in the terrestrial compartment, reinforcing the importance of the assessment to analyze the potential impacts of soil contamination.

A avaliação da perigosidade de resíduos é fundamental para uma correta gestão que vá ao encontro dos princípios da sustentabilidade ambiental, visando proteger a saúde humana e o ambiente, diminuir o consumo de matérias-primas naturais e reduzir a deposição de resíduos em aterro. As escórias são um subproduto significativo da incineração de resíduos sólidos urbanos e são uma entrada espelho na Lista Europeia de Resíduos (LER), sendo a sua classificação dependente da avaliação das suas características de perigosidade. Por este motivo, a sua gestão é significativamente diferente entre os países. Diferentes aplicações têm sido estudadas para a sua valorização, incluindo aplicações geotécnicas, nas quais o resíduo é aplicado no solo. A presente dissertação tem como objetivo a caracterização de escórias, através da determinação das suas propriedades físicas, químicas e ecotoxicológicas, de modo a avaliar a sua perigosidade para o ambiente, em particular, ao nível do compartimento terrestre. Deste modo, foram analisadas amostras de escórias frescas, envelhecidas com 3 meses e envelhecidas com 1 ano. Para tal foram avaliadas: propriedades físicas e químicas, nomeadamente, distribuição granulométrica, pH, condutividade elétrica, teor de sólidos voláteis, e composição elementar da matriz sólida das escórias e dos seus eluatos (através de FAAS - Flame Absorption Atomic Spectrometry), ICP-MS - Inductively Coupled Plasma Massa Spectrometry e Azoto Kjeldahl). As propriedades ecotoxicológicas foram analisadas através de biotestes, nomeadamente: o teste de inibição da germinação e do crescimento com as plantas Avena sativa e Brassica rapa (teste em vasos e testes em placas) e o teste de evitamento com a minhoca Eisenia andrei. A composição elementar do eluato e da matriz sólida das escórias, apresentaram diferenças significativas, tendo-se observado um baixo potencial de lixiviação. As escórias frescas revelaram-se ecotóxicas para o crescimento da raiz das plantas Avena sativa e Brassica rapa no teste de placas com a matriz sólida das escórias. No entanto, no teste em vasos nenhuma das escórias se mostrou ecotóxica (EC50 > 10%). Deste modo, as plantas revelaram uma maior sensibilidade no teste de placas, existindo potencial para a sua utilização em alternativa ao teste de vasos para avaliar a ecotoxicidade de resíduos, reduzindo a quantidade de materiais e a duração do teste. Relativamente ao teste de evitamento com a minhoca Eisenia andrei, as escórias com 3 meses e frescas foram classificadas como ecotóxicas (EC50 ≤ 10%). Assim, as minhocas foi o organismo que apresentou maior sensibilidade, globalmente. Além disso, a ecotoxicidade das escórias reduziu com o tempo de envelhecimento, mostrando potencial para aplicações geotécnicas ambientalmente seguras. Os testes realizados mostraram-se relevantes para avaliar a ecotoxicidade de resíduos no compartimento terrestre, reforçando a importância desta avaliação para analisar os potenciais impactes da contaminação de solos.