Phytotoxicity Assessments of Olive Mill Solid Wastes: Influence of Phenolic Compounds

Abstract

A indústria da produção de azeite é muito importante na economia, costumes e tradições dos países da bacia mediterrânica. Contudo, este processo de produção origina resíduos sólidos e líquidos (OMSW e OMWW, respetivamente) que têm um impacto ambiental negativo quando lançados para o ambiente, sobretudo, devido à sua carga orgânica e conteúdo fenólico elevados. De forma a combater os problemas ambientais relacionados com o lançamento para o meio ambiente destes resíduos, muitos estudos de caracterização e estratégias de tratamento e/ou valorização destes subprodutos da indústria do azeite têm vindo a ser realizados. Nesse âmbito, neste trabalho, foi analisada a fitotoxicidade de resíduos sólidos provenientes dos processos de extração de duas e de três fases (2P- e 3P-OMSW, respetivamente), através de ensaios de germinação com Lepidium sativum L. (comummente chamado de agrião de jardim), cujos resultados confirmaram que 2P-OMSW é mais fitotóxico que 3P-OMSW, tal como referido na literatura. Para o primeiro resíduo, uma razão L/S de 10 L/kg conduziu a um índice de germinação (GI) de 0% (nenhuma das sementes germinou), enquanto que para 3P-OMSW o GI foi de 94.3% por comparação com o branco (água destilada). Foi também analisada a influência que os compostos fenólicos têm na fitotoxicidade, tendo-se concluído que este parâmetro é afetado pela estrutura química desses compostos, bem como pelo seu carácter hidrofóbico. Dos 10 compostos testados, o ácido cinâmico foi o que revelou maior fitotoxicidade. Também se verificou que existem interações sinergéticas entre os compostos que aumentam a fitotoxicidade. Não obstante, growth tests para avaliar a possibilidade de usar estes dois resíduos como corretores de solos mostraram que nenhum dos dois produziu efeitos positivos no desenvolvimento dos agriões quando comparados com o branco, mas que os resultados dos ensaios em 3P-OMSW foram melhores que em 2P-OMSW. Por fim, testou-se o processo de oxidação de Fenton na redução da toxicidade dos dois resíduos e de um efluente sintético composto por 6 dos compostos fenólicos anteriormente testados individualmente. Para os dois resíduos sólidos, o tratamento não cumpriu o objetivo, no sentido em que aumentou o grau de fitotoxicidade dos resíduos, pois nenhuma das sementes germinou. Para o efluente líquido, o processo permitiu o aumento do GI, embora ainda se tenha mantido num nível fitotóxico, isto é, embora tenha passado de 54.5 para 64.1%, manteve-se acima do limite de fitotoxicidade de 60%.

Olive oil production plays an important role in economy, customs and traditions in Mediterranean countries. Although, it originates solid wastes and wastewater (OMSW and OMWW, respectively) that cause negative environmental impacts when disposed into the environment, mainly due to high organic loads and phenolic content. In order to circunvent the environmental problems associated with the dispose into the environment of these wastes, several studies have been done about the physical-chemical characterization and strategies of treatment and/or valorization of these olive mill by-products. Thus, in this work, solid wastes from two- and three-phase centrifugation processes (2P- and 3P-OMSW, respectively) were analyzed in terms of phytotoxicity through cress bioassays with Lepidium sativum L. (garden cress). The results confirmed that 2P-OMSW is more phytotoxic than 3P-OMSW, as reported in literature. For a L/S ratio of 10 L/kg, germination index (GI) of 2P-OMSW was 0% (none of the seeds had germinated), while in 3P-OMSW extracts was 94.3% by comparison with the distilled water control. Moreover, the influence of phenolic compounds in phytotoxicity was assessed, revealing that this parameter is highly influenced by compounds chemical structure and hydrophobicity. Ten phenolic compounds were tested and cinnamic acid revealed to be the most phytotoxic. Their toxic character is also influenced by synergistic effects between them as it was proved by the phytotoxicity assessments of a liquid synthetic effluent composed of six of the ten phenolic compounds previously tested individually. Using these wastes as soil amendments was also evaluated in growth tests. Cress germination and growth led to more promising results in 3P-OMSW trials than in 2P-OMSW, although results show worse results than those obtained in the control experiments. To find and environmentally friendly and economic viable solution for their treatment and dispose has been a widely discussed issue. Therefore, Fenton’s oxidation process was tested in both 2P- and 3P-OMSW and in the synthetic effluent. Results showed that the treatment intensified phytotoxicity of both solid wastes, but led to the reduction of phytotoxicity in the liquid effluent. However, even after treatment, synthetic effluent remained phytotoxic (i.e. GI still higher than 60%), since GI increased from 54.5 to 64.1%.This work allowed concluding that hydrophobicity and synergistic effects between these compounds and the matrix itself are the main responsible for the phytotoxicity of OMSW.