Copper and zinc adsorption in tropical soils

Marina Neves Merlo; Miguel Angel Corea Alvarez; Mateus Alexandre da Silva; Pâmela Rafanele França Pinto; Michael Silveira Thebaldi; Junior Cesar Avanzi; Luiz Antonio Lima

doi:10.26848/rbgf.v17.5.p3766-377

Authors

Marina Neves Merlo Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0002-9518-6033
Miguel Angel Corea Alvarez Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0009-0005-1420-3110
Mateus Alexandre da Silva Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0002-2849-0668
Pâmela Rafanele França Pinto Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0002-6394-1217
Michael Silveira Thebaldi Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0002-4579-6714
Junior Cesar Avanzi Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0003-2455-0325
Luiz Antonio Lima Universidade Federal de Lavras https://orcid.org/0000-0002-5542-6442

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v17.5.p3766-377

Keywords:

Sorption isotherms, Competitive adsorption, Freündlich and Langmuir models, Leaching, Groundwater contamination

Abstract

Copper and zinc are essential elements acting in the biochemical processes of plants and animals, however, the knowledge of the mobility and retention of these ions at the presence of other competitive metals, in different soils, is essential to predict their fate in the soil system and evaluate a possible contamination of surface and groundwater. Thus, the objective of this study was to evaluate the adsorption isotherms of copper and zinc in mono- and multi-component systems, for the tropical soils Oxisol, Inceptisol and Entisol Quartzipsamment. The evaluated isotherm models were Langmuir, Freündlich, multi-component Langmuir and multi-component Freündlich. The initial concentrations of the evaluated and accompanying ions were 10, 15, 30, 40 and 50 mg L^-1, and the Gibbs free energy and separation factor were determined. Copper was the most adsorbed ion by the porous medium in a mono-component system and the least adsorbed was the zinc in a multi-component system. The best-fit isotherm model was Freündlich for mono-component systems and Langmuir for multi-component systems. The Incentisol showed higher adsorption capacity, favoring the reduction of ion leaching, which leads to the attenuation of groundwater contamination, which may allow the application of copper and zinc-based wastewater or fertilizers to be a viable alternative for this soil. On the other hand, Entisol Quartzipsamment showed lower ion adsorption capacity and consequently greater ion leaching potential.

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Author Biographies

Marina Neves Merlo, Universidade Federal de Lavras

Engenheira Ambiental e Sanitarista pela Universidade Federal de Lavras (UFLA), mestre e doutoranda em Recursos Hídricos pela mesma universidade. Atualmente realiza pesquisas relacionadas ao movimento e retenção de água e íons em solos tropicais utilizando água residuária doméstica tratada e água residuária sintética, com bolsa de estudos financiada pela CAPES. No mestrado trabalhou com adsorção de cobre e zinco em diferentes classes de solo, por meio de isotermas e cinética de adsorção, com enfoque à mobilidade, lixiviação e contaminação de águas subterrâneas por estes íons, com bolsa de estudos financiada pela CAPES.

Miguel Angel Corea Alvarez, Universidade Federal de Lavras

Possui mestrado em Gestão de Energias Renováveis na Universidad Tecnológica Centroamericana/Honduras (2017). Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, com ênfase em Irrigação e Drenagem. Atualmente é professor da Universidad Nacional de Agricultura/Honduras e estudante de doutorado em Recursos Hídricos na Universidade Federal de Lavras/Brasil.

Mateus Alexandre da Silva, Universidade Federal de Lavras

Graduado em Engenharia Civil pelo Centro Universitário de Lavras. Na graduação foi bolsista PIBIC/FAPEMIG por um ano. Mestre em Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Lavras, sendo bolsista CAPES. Doutorando em Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Lavras, sendo bolsista FAPEMIG. Atua, principalmente, nas linhas de Hidrologia e Hidráulica.

Pâmela Rafanele França Pinto, Universidade Federal de Lavras

Graduada em Engenharia Ambiental e Sanitária pela Universidade Federal de Lavras (UFLA) e discente de mestrado no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos da mesma universidade. Foi estagiária na Gerência de Monitoramento Hidrometeorológico e Eventos Críticos do Instituto Mineiro de Gestão de Águas (Igam) na área de hidrologia. Foi bolsista do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Cientifica financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) com projeto relacionado a influência da variabilidade da precipitação sobre o dimensionamento de reservatórios. Também foi bolsista no PIBIC-UFLA, dedicando-se ao estudo da sorção de cobre e zinco em três diferentes solos.

Michael Silveira Thebaldi, Universidade Federal de Lavras

Graduado em Engenharia Agrícola pela Universidade Estadual de Goiás. Mestre em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas pela Universidade Federal de Lavras, sendo bolsista da CAPES. Doutor em Recursos Hídricos em Sistemas Agrícolas pela Universidade Federal de Lavras com período sanduíche no Soil Hidrology Laboratory do Land, Air and Water Department (LAWR) da University of California at Davis (EUA), novamente como bolsista da CAPES. Foi professor Titular I do Centro Universitário de Formiga, atuando nos cursos de graduação em Engenharia Civil, Engenharia Ambiental e Sanitária, Engenharia Agronômica, Engenharia de Produção, Engenharia Química e Arquitetura e Urbanismo, sendo membro do Núcleo Docente Estruturante dos cursos de bacharelado em Engenharia Civil, Engenharia Agronômica, Engenharia Química, Engenharia de Produção e Arquitetura e Urbanismo. Atualmente é professor Adjunto II da Universidade Federal de Lavras, lecionando nos cursos de graduação em Engenharia Agrícola, Engenharia Civil, Engenharia Ambiental e Sanitária e Agronomia e no Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos. Tem experiência em movimento de água e contaminantes em meios porosos, irrigação localizada, irrigação por capilaridade, avaliação de desempenho de sistemas de irrigação, qualidade e reúso da água em irrigação, qualidade de águas superficiais, hidrologia estatística, hidráulica aplicada a instalações prediais, aproveitamento predial de águas pluviais e hidrologia urbana aplicada.

Junior Cesar Avanzi, Universidade Federal de Lavras

Professor Adjunto da Universidade Federal de Lavras (UFLA/ESAL/DCS). Docente permanente do Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo (PPGCS). Sub-líder do Grupo de Pesquisa do CNPq "Pedologia e Qualidade Ambiental", desde 2018. Técnico Agrícola pelo Instituto Federal Sul de Minas - Campus Inconfidentes (1997). Engenheiro Agrícola pela Universidade Federal de Lavras (UFLA) (2003), Mestre em Solos e Nutrição de Plantas pela UFLA (2005) e Doutor em Ciência do Solo pela UFLA (2009), com treinamento na Purdue University / National Soil Erosion Research Laboratory - EUA (2008-2009). Foi professor colaborador na disciplina de Pedologia na UFLA (2010). Foi membro da Câmara Técnica do Conselho Estadual de Recursos Hídricos do Tocantins (2012-2014). Foi pesquisador da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) - Centro Nacional de Pesquisa em Pesca, Aquicultura e Sistemas Agrícolas (2010-2014), atuando como supervisor substituto o grupo de pesquisa "Sistemas Agrícolas" (2011-2014). Foi docente no Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais e Ambientais da Universidade Federal do Tocantins (UFT), campus Gurupi (2013-2014), participando na proposta de criação do Programa de Pós-Graduação. Foi professor Doutor da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA) da Universidade de São Paulo (USP), campus Pirassununga-SP (2014-2016). Foi membro titular do Comitê de Bacia Hidrográfica do Rio Mogi Guaçu (2015-2016).Tem experiência na área de Ciência do Solo, atuando principalmente com os seguintes temas: conservação do solo e água; caracterização físico-hídrica dos solos; capacidade de uso da terra; modelagem da erosão e; valoração de serviços ecossistêmicos.

Luiz Antonio Lima, Universidade Federal de Lavras

Professor Luiz Antonio Lima possui graduação em Engenharia Agricola pela Universidade Federal de Lavras-UFLA (1981), mestrado em Water Science - University Of California Davis (1986) e Ph.D. em Irrigation and Drainage - University of California Davis (1989). Foi bolsista pesquisador do CNPq por vários anos. Foi pesquisador da EMBRAPA-CPAC (1982 e 1983) e já atuou no setor privado (1998 a 2004), desenvolvendo projetos técnicos e comerciais de irrigação e drenagem na América Latina para empresas americanas e israelenses. Atualmente é professor titular da Universidade Federal de Lavras, responsável pelas disciplinas de projetos de irrigação (graduação), Hidrogeologia, Drenagem, Qualidade de Água e Impactos Ambientais (mestrado e doutorado). Participou como professor convidado do Instituto Tecnológico VALE (ITV) ministrando aulas de exploração e contaminação de água subterrânea. Atualmente é membro do Projeto BIOMAS Grupo Água, do Forum para o Futuro, no segmento águas subterrâneas e drenagem. Também é membro da Câmara Temática de Agricultura Sustentável e Irrigaçao da Secretaria de Agricultura do Estado de Minas Gerais. Representa a UFLA como assistente de perícia da VALE S.A., com foco em recursos hídricos e água subterrânea. É membro da câmara científica da Agencia Zetta de Inovação - UFLA

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