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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2016.tde-07072016-164950
Document
Author
Full name
Flávio Venâncio Nakadi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2011
Supervisor
Committee
Veiga, Márcia Andreia Mesquita Silva da (President)
Gomes Neto, José Anchieta
Kamogawa, Marcos Yassuo
Title in Portuguese
Estudo da biodisponibilidade, mobilidade e distribuição de chumbo e cádmio em solos, por ET AAS
Keywords in Portuguese
Biodisponibilidade
Chumbo
ET AAS
Solo
Abstract in Portuguese
A região de Ribeirão Preto destaca-se no cenário nacional devido a suas atividades agrícolas, principalmente àquelas voltadas ao cultivo da cana-de-açúcar. Há, também, grande potencial hídrico na região: o Aquífero Guarani, sendo que a cidade de Ribeirão Preto é 100 % abastecida pelas águas desse reservatório. Em vista deste fato, foi estudada a mobilidade e biodisponibilidade de Pb e Cd na camada superior dos solos de Ribeirão Preto, em particular, na região de recarga e/ou afloramento do Aquífero Guarani e, em áreas de aterros sanitários em funcionamento ou desativados. Neste presente estudo, foram investigadas: (1) a concentração de Pb e Cd na camada superior do solo; (2) a retenção e potencial mobilidade de Pb e Cd usando procedimentos de extração simples e sequenciais; (3) a capacidade de adsorção estimada. Todas as medidas foram realizadas por espectrometria de absorção atômica com chama (F AAS) e atomização eletrotérmica (ET AAS). Para o procedimento de digestão ácida foi empregado o método USEPA 3050B. O procedimento de extração sequencial, protocolo BCR, foi utilizado nos estudos de distribuição dos analitos nos solos, bem como sua mobilidade. Empregou-se também o protocolo BCR modificado para solos tropicais para posterior comparação. Na avaliação de biodisponibilidade utilizou EDTA como agente extrator. Para os ensaios de adsorção em lote, o tempo de agitação foi otimizado em 2 horas. Foram aplicadas as equações para as isotermas linear, Langmuir e Freundlich. Não houve dificuldade para a determinação de chumbo, cujas concentrações encontravam-se dentro da curva de calibração e acima do limite de quantificação (LOQ), conforme figuras de mérito apresentadas para os métodos analíticos. Porém, a digestão total do cádmio apresentou valores inferiores ao limite de detecção (LOD), o que inviabilizou o estudo das extrações sequenciais e de biodisponibilidade. Portanto, para este elemento foi feito apenas o ensaio de adsorção. Para validação da extração sequencial e digestão total do analito, foram utilizados os materiais de referência certificados BCR-701 e SRM-2586, respectivamente. Foi observada uma correlação positiva entre a concentração total de Pb e o pH, Capacidade de Troca Catiônica (CTC) e Matéria Orgânica (MO). A CTC, pela própria definição, promove maior troca de íons pelo solo, sendo maior a chance de encontrar íons contidos nela. Com a MO, esta última promove a quelação dos íons Pb, estabilizando-os. Os valores encontrados para Pb nos solos coletados variaram de 6,44 ± 0,29 a 19,0 ± 3,9 g g-1. A mobilidade e biodisponibilidade de Pb são baixas, devido à conversão deste elemento em espécies mais estáveis, conforme constatado nos resultados da extração sequencial, nas etapas 3 (fração ligada à matéria orgânica) e 4 (fração residual); e no ensaio de biodisponibilidade, o qual corresponde, às etapas 1 (fração facilmente trocável) e 2 (fração ligada a óxidos de Fe e Mn), quando comparamos os valores obtidos. Para o chumbo, a fração facilmente lixiviada representa um mínimo em relação à concentração total, o que reforça a alta inertização do Pb em solos. Para ambos analitos, o perfil de adsorção no solo encaixa-se na Isoterma de Langmuir (melhor coeficiente de correlação linear), a qual se baseia na suposição de que a adsorção máxima corresponde ao ponto de saturação da superfície do adsorvente, portanto encontra-se um grau de adsorção limitante. Não é observada contaminação de chumbo e cádmio nos solos, segundo referência da CETESB (17 e 0,5 g g-1, respectivamente); e apenas entre 7 a 18 % de chumbo pode se apresentar biodisponível; as frações que contém maior concentração são as formas mais estáveis, o que dificulta a lixiviação do elemento chumbo para o aquífero
Title in English
Study of bioavailability, distribution and mobility of lead and cadmium in soil, by ET AAS
Keywords in English
Bioavailability
ET AAS
Lead
Soil
Abstract in English
The region of Ribeirão Preto stands on the national scene due to its agricultural activities, mainly the cultivation of sugar cane. There is also a large hydro potential in the region: the city of Ribeirão Preto is supplied at 100 % by the Guarani Aquifer, which is a groundwater reservoir. Thus, a study comprising the mobility and bioavailability of Pb and Cd in the upper layer of soil of Ribeirão Preto, particularly in areas of recharge and/or upwelling of the Guarani Aquifer, and in active or disabled landfill areas has been carried out. In the current study, the following items were investigated: (1) the concentration of Pb and Cd in the topsoil, (2) retention and potential mobility of Pb and Cd using simple and sequential extraction procedures, (3) the estimated adsorption capacity. All measurements were accomplished by flame atomic absorption spectrometry (F AAS) and electrothermal atomization (ET AAS). For the acid digestion, the USEPA 3050B procedure was employed. The sequential extraction procedure (BCR protocol) was used in distribution studies of analytes in soils as well as their mobility. Also, a modified BCR protocol for tropical soils was employed for later comparison. The bioavailability evaluation was carried out with EDTA as the extracting agent. For the batch-type adsorption procedure, the stirring time was optimized in 2 h. The equations of linear, Langmuir and Freundlich isotherms were applied. There was no difficulty in lead determination, whose concentrations were within the calibration curve and above the limit of quantification (LOQ), according with the figures of merit for the analytical methods. However, the total digestion of cadmium was lower than the limit of detection (LOD), which made the study of sequential extractions and bioavailability unviable. So, for this element only the adsorption test was made. To validate the sequential extraction and total digestion of the analyte, certified reference materials BCR-701 and SRM-2586 were used, respectively. A positive correlation between the total concentration of Pb and pH, Cation Exchange Capacity (CEC) and Organic Matter (OM) was observed. The CEC, by definition, promotes larger ions exchange through the soil, with a higher chance of finding these ions contained therein. The OM promotes the chelation of Pb ions, stabilizing them. The obtained values for Pb in the collected soils ranged from 6.44 ± 0.29 to 19.0 ± 3.9 g g-1. Mobility and bioavailability of lead are low due to the conversion of this element into more stable species, as seen in the sequential extraction results in the steps 3 (fraction bound to organic matter) and 4 (residual fraction) and the bioavailability test, which corresponds to steps 1 (easily exchangeable fraction) and 2 (fraction bound to Fe and Mn oxides), when comparing the values. For lead, the easily leached fraction represents a minimum in relation to the total concentration, which reinforces the high blanketing of Pb in soils. For both analytes, the profile of soil adsorption fits the Langmuir Isotherm (best linear correlation coefficient), which is based on the assumption that the maximum adsorption corresponds to the saturation point of the adsorbent surface, so there is a degree of a limiting adsorption. Lead contamination is not observed in these soils, according with the CETESB reference (17 and 0.5 g g-1, respectively); only the lead percentage between 7 and 18% may be bioavailable; the fractions containing the highest concentration are the most stable forms, which hinder the leaching of the element lead for the aquifer
 
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Publishing Date
2016-08-16
 
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