Nuevas tecnologías de adsorción y factores de influencia para iones Cd (II) y Pb (II) - una revisión

La contaminación por metales pesados es un problema de salud pública y ambiental; la contaminación por plomo (Pb) y cadmio (Cd) causa graves daños a la salud humana y a los ecosistemas, especialmente a los acuáticos. En vista de este problema, el estudio tiene como objetivo buscar en la literatura investigaciones relevantes sobre tecnologías de adsorción para iones Cd (II) y Pb (II), en aguas superficiales y efluentes industriales. La búsqueda de trabajos se realizó en las bases de datos Scopus, Web of Science, CAB, ScienceDirect e Engineering Village, utilizando los términos "Tecnologías de adsorción", "Cd (II)", "Pb (II)", "Adsorción iónica", "Medios de influencia" y "Adsorción de Cd (II) y Pb (II)", y analizados con la ayuda del software Rayyan y el Microsoft Excel. El análisis de los estudios mostró una extensa diversidad de materiales con capacidad adsorbente, como nanocompuestos, aplicación de microorganismos y biomasas vegetales. Entre los materiales adsorbentes destacó el uso de bacterias del género Bacillus sp. y la aplicación de quitosano libre o asociado; los nanocompuestos basados en quitosano mostraron una capacidad de adsorción de hasta el 98% para el ion Pb (II). El uso del macrófito Potamogetón malaianus permite obtener altos resultados en la adsorción de cadmio en agua; por medio de la fitorremediación la adsorción se produce rápidamente (2 h) y logra un equilibrio dinámico en menos de 72 h. La adsorción media para iones Cd (II) es del 94%, con una capacidad de adsorción en equilibrio de 6,296,97 mg/kg. Entre los medios de influencia, el pH, la temperatura, la dosis de adsorbente, el tiempo de contacto y la concentración de iones son los principales factores que interfieren en la actividad adsorbente.

Heavy metal contamination is a public and environmental health problem, lead (Pb) and cadmium (Cd) contamination cause serious damage to human health and ecosystems, especially aquatic. In view of this problem, the study aimed to search the literature for relevant research on adsorption technologies for Cd (II) and Pb (II) ions, in surface water and industrial effluents. The search for works took place in the databases Scopus, Web of Science, CAB, ScienceDirect and Engineering Village, using the terms "Adsorptive Technologies", "Cd (II)", "Pb (II)", "Ion adsorption", "Means of influence" and "Adsorption of Cd (II) and Pb (II)", and analyzed with the help of Rayyan and Microsoft Excel software. The analysis of the studies showed an extensive diversity of materials with adsorbent capacity, such as nanocomposites, application of microorganism, and plant biomasses. Among the adsorbent materials highlighted the use of bacteria of the genus Bacillus sp. and application of chitosan freely or associated, nanocomposites based on chitosan showed adsorptive capacity of up to 98% for Pb ion (II). The use of the macrophyte Potamogetón malaianus allows to obtain high results in the adsorption of cadmium in water, through phytoremediation, adsorption occurs quickly (2 h) and achieves a dynamic equilibrium in less than 72 h. The average adsorption for Cd (II) ions is 94%, with an equilibrium adsorption capacity of 6.29-6.97 mg/kg. Among the means of influence, pH, temperature, adsorbent dosage, contact time and ion concentration are the main factors that interfere in adsorbent activity.

A contaminação por metais pesados é um problema de saúde pública e ambiental, contaminação por chumbo (Pb) e cadmio (Cd) provocam graves danos à saúde humana e aos ecossistemas, principalmente aquático. Em vista dessa problemática, o estudo objetivou buscar na literatura pesquisas relevantes sobre tecnologias de adsorção para íons Cd (II) e Pb (II), em águas superficiais e efluentes industriais. A busca por trabalhos se deu nas bases de dados Scopus, Web of Science, CAB, ScienceDirect e Engineering Village, com uso dos termos "Tecnologias adsortivas", "Cd (II)", "Pb (II)", "Adsorção de íons", "Meios de influência" e "Adsorção de Cd (II) e Pb (II)", e analisados com auxílio do software Rayyan e Microsoft Excel. A análise dos trabalhos demostrou uma extensa diversidade de materiais com capacidade adsorvente, como nanocompósitos, aplicação de microrganismo e biomassas vegetais. Entre os materiais adsorventes de destacou a utilização de bactérias do gênero Bacillus sp. e aplicação de quitosana de forma livre ou associada, nanocompósitos a base de quitosana demostraram capacidade adsortiva de até 98% para íon Pb (II). O uso da macrófita Potamogeton malaianus permite obter altos resultados na adsorção de cádmio em água, através da fitorremediação, a adsorção ocorre rapidamente (2 h) e atinge um equilíbrio dinâmico em menos de 72 h. A adsorção média para íons Cd (II) é de 94%, com uma capacidade de adsorção de equilíbrio de 6,296,97 mg/kg. Entre os meios de influência, o pH, temperatura, dosagem do adsorvente, tempo de contato e concentração de íons são os principais fatores que interferem na atividade adsorvente.

Estimativa do número de amostras de solo para caracterizar elementos químicos utilizando fluorescência de raios X portátil em áreas contaminadas: estudo de caso em Resende / Estimation of the number of soil samples for characterization of chemical elements using portable X-ray fluorescence in contaminated areas: a case study in Resende

RESUMO A representatividade da amostragem é fundamental para embasar a tomada de decisão, uma vez que a heterogeneidade da matriz é o principal fator para incerteza dos dados nos estudos de gerenciamento de áreas contaminadas. Neste estudo, coletaram-se 112 amostras de solo superficial em malha quadrada de 1 x 1 m, em uma área 15 x 6 m, no campus regional de Resende da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Anteriormente, no terreno funcionaram empresas de produção de filmes radiográficos e purificação de prata metálica. As amostras de solo foram analisadas por pXRF, método de screening para metais. Com base nos dados levantados, calculou-se, por meio de métodos estatísticos, a quantidade de amostras que permitiriam uma caracterização representativa da área, considerando um erro relativo de 20% para dois intervalos de confiança: 95 e 80%. As análises indicaram concentrações superiores aos valores de referência para os parâmetros prata, mercúrio, chumbo, selênio e zinco. Os resultados de mercúrio possivelmente referem-se a ruído espectral, não estando relacionados ao histórico de uso e ocupação. Os coeficientes de variação das concentrações dos elementos analisados variaram de 132 a 225%. Considerando uma distribuição lognormal, calcularam-se 76 amostras para o maior intervalo de confiança e 53 para o menor. Isso seria o equivalente a transectos com espaçamentos de 1,47 e 2,11 m. Os resultados ratificam a necessidade de investigações de alta resolução nas áreas fonte, conforme recomendado pela Decisão de Diretoria da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo nº 038/2017/C (DD-038).

ABSTRACT The representativeness of the sampling is fundamental to support decisions, since the heterogeneity of the matrix is the main factor for data uncertainty in contaminated areas management studies. In this study, 112 surface soil samples were collected in a square mesh of 1 x 1 m, in an area of 15 x 6 m, at the Campus Regional de Resende (CRR) of Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Previously, companies of radiographic films production and metallic silver purification operated in this area. The soil samples were analyzed by pXRF, a screening method for metals detection. Based on the data collected, the number of samples that would allow a representative characterization of the area was calculated, using statistical methods, considering a relative error of 20% for 80 and 95% confidence intervals. The analyses indicated concentrations higher than the reference values for the parameters silver, mercury, lead, selenium, and zinc. The results of mercury possibly refer to spectral noise, not being related to the history of use and occupancy. The coefficient of variation of the soil obtained ranged from 132 to 225%. Considering a lognormal distribution, 76 samples were calculated for the highest confidence interval and 53 for the lowest. This would be the equivalent of transects with spacings of approximately 1.47 and 2.11 m. The results confirm the need for high resolution investigations in the source areas, as recommended by the Executive Board Decision of CETESB No. 038/2017/C (DD-038).

Influence of accumulation of heaps of steel slag on the environment: determination of heavy metals content in the soils

The presence of high level of heavy metals involves a human healthy risk that could induce chronic diseases. This work reports on the metal contamination due to heaps of steel-slag accumulated during more than 40 years in allotments and industrial areas in the southern part of Madrid (Spain). Several slag and soil samples were collected in an area of 10 km² and characterized by different conventional (XRD and XRF) and no so common methods (ESEM, thermoluminescence and EDS-WDS). The analysis reveal the presence of: (i) important amounts of Fe (43 percent), Mg (26 percent), Cr (1.1 percent), Mn (4.6 percent), S (6.5 percent) in the form of Fe-rich slag phases (wustite, magnetite...), Si and Ca-rich phases (larnite, ghelenite...), Cr (chromite), Mn (bustamite) and graphite, (ii) traces of some other contaminants such as Cr (7700 ppm), Zn (3500 ppm), Ba (3000 ppm), Pb (700 ppm) or Cu (500 ppm) on pathway soil samples that come from the steel slag, and (iii) Co (13 ppm), Pb (78 ppm) and V (54 ppm) in farmland soil samples. Although the existing heavy metals content is not appropriate for the current use, the extremely high metal contamination of the surrounding areas is more worrying. The properties of the soil farmlands (pH circa 7, 13 percent of clay, mainly illite, and 1-4 percent of organic matter content) show suitable conditions for the retention of cationic metals, but further studies on the movilization of these elements have to be performed to determine the possibility of severe human health risks. This sort of study can provide useful information for the politicians regarding the appropriate use of the territory to prevent possible health hazard for the population.

A presença de altos niveis de metais pesados envolve riscos à saúde humana e pode induzir doenças crônicas. Este trabalho relata a contaminação metálica causada por pilhas de escória siderúrgica acumulada durante mais de 40 anos em áreas industriais na parte sul de Madrid (Espanha). Amostras de escória e solo foram coletadas em uma área de 10 km² e caracteri-zada por diferentes métodos, convencionais (XRD, XRF) ou não (ESEM, termoluminescência e EDS-WDS). A análise revela a presença de: i) quantidades importantes de Fe (43 por cento), Mg (26 por cento), Cr (1,1 por cento), Mn (4,6 por cento), S (6,5 por cento) formando várias fases ricas em Fe (wüstita, magnetita), Si e Ca (larnita, guelenita), Cr (cromita), Mn (bustamita) e grafite; (ii) tiajos de outros contaminantes, como Cr (7700 ppm), Zn (3500 ppm), Ba (3000 ppm), Pb (700 ppm) e Cu (500 ppm), no solo dos caminhos para as pilhas de resíduos e (iii) Co (13 ppm), Pb (78 ppm) e V (54 ppm) em amostras de solo agrícola. Embora os teores de metais pesados não sejam apropriados para uso corrente, a elevada contaminação de areas adjacentes é mais preocupante. Os solos adjacentes (pH ca. 7, 13 por cento de argila - principalmente ilita) e 1-4 por cento de matéria orgânica mostram condições adequadas para a retenção de cátions, mas outros estudos deverão ser realizados para determinar a possibilidade de riscos à saúde humana. Este tipo de trabalho pode fornecer informaçãoo útil para gestores públicos, com relação ao uso do território e prevenção de riscos à saúde da população.

Efeitos da ação antrópica sobre a hidrogeoquímica do rio Negro na orla de Manaus/AM

The Negro river, on the shoreline of the city of Manaus, receives an input of industrial and domestic wastes from its urban tributaries, which varying composition has been changing the natural characteristics of its waters. Aiming to assess the effect of the human action on the Negro River water samples were collected, and pH, Eh, electric conductivity and alkalinity (by potentiometry); dissolved oxygen (titrimetry); ammonia and nitrite (spectrophotometry); cations Ca, Mg, Na and K, and the metals Cd, Cu, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn (by atomic absorption spectroscopy, AAS) were analyzed. The results for pH, electric conductivity, dissolved oxygen, ammoniacal nitrogen and nitrite values, indicated a worsening water quality in the Negro river, at the mouths of the São Raimundo (FISR) and Educandos (FIE) streams, which are the two major urban tributaries and receptors of domestic wastes and industrial effluents and downstream from them (JIE). Metals predominate in the dissolved phase and, apart from copper and zinc, are mostly above the maximum desirable limit allowed by the Health Ministry for human consumption. This study showed that in spite of the human contribution from its urban tributaries, the Negro river, still maintains its ability for diluting pollutants, mainly during the period of high water.

O rio Negro, na orla de Manaus, recebe de seus tributários urbanos resíduos domésticos e industriais, cuja composição variada vem modificando as características naturais de suas águas. Com o intuito de avaliar o efeito da ação antrópica sobre o rio Negro foram coletadas amostras de água e analisadas as variáveis: pH, Eh, condutividade elétrica e alcalinidade (por potenciometria); oxigênio dissolvido (titrimetria); nitrogênio amoniacal e de nitritos (espectrofotometria); os cátions Ca, Mg, Na e K, e os metais Cd, Cu, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb e Zn (por espectroscopia de absorção atômica - EAA). Os resultados obtidos para pH, condutividade, oxigênio dissolvido, nitrogênio amoniacal e nitritos mostram piora na qualidade da água do rio Negro, na foz dos igarapés São Raimundo (FISR) e Educandos (FIE) e a jusante destes (JIE), que são os dois maiores tributários urbanos e receptores de esgotos domésticos e efluentes industriais. Os metais predominaram na fase dissolvida e, a maior parte, está acima do limite máximo desejável, preconizado pelo ministério da saúde para águas destinadas ao abastecimento público, exceto cobre e zinco. O estudo mostrou que apesar da contribuição antrópica dos tributários urbanos, o rio Negro mantém, ainda, sua capacidade de diluir os poluentes, principalmente, no período de maior volume de água.