Zinc and Cadmium Remediation in Contaminated Soil by CaCO3-Biochar Material from Sugar Beet Industry

Resumo

A mineração de minérios e outros processos industriais podem liberar elementos tóxicos como zinco e cádmio no solo, representando risco ambiental. O biocarvão produzido por pirólise de biomassa é proposto para tratar solos contaminados por meio da sorção dos contaminantes, além de melhorar a fertilidade, retenção de água e atividade microbiana. Este estudo propõe o uso de Carbokalk, subproduto barato da indústria de beterraba sacarina, como fonte ideal para produção de biocarvão. A pirólise do material contendo até 20% de matéria orgânica foi realizada em diferentes temperaturas e atmosferas (ar e N₂). Os resultados indicam que a atmosfera oxidante proporciona maiores reduções nas frações de Zn e Cd trocáveis, com aumentos nas frações associadas a carbonato e matéria orgânica. Esses achados demonstram a eficácia do biocarvão de cal residual na imobilização desses contaminantes.

Abstract

Ore mining and other industrial processes can release toxic elements such as zinc and cadmium into the soil, posing a potential environmental risk. Biochar produced by biomass pyrolysis is proposed to treat contaminated soils by sorption of the contaminants while boosting soil fertility, water retention, and microbial activity. Here, we propose the utilization of Carbokalk, an inexpensive byproduct (spent lime, SL) of the sugar-beet industry, as an ideal source for soil-treatment biochar. We examined the pyrolysis of SL containing up to 20% organic matter at various temperatures and in an oxidizing (air) and inert (N₂) atmosphere. Our results indicate that the pyrolysis temperatures and gas atmospheres greatly influence the physicochemical features of SL-biochar, identifying the most suitable temperature of 600 °C for both atmospheres. SL-biochar incubation in contaminated soil has shown the potential to mitigate metal contamination in soils. However, under an oxidizing atmosphere, SL-biochar provides higher reductions in exchangeable Zn and Cd fractions. It accounts for 3% and 20%, respectively, along with increases in fractions associated with carbonate and organic matter. These findings demonstrate the effectiveness of SL-biochar in immobilizing these contaminants.