Individual and competitive adsorption of Cd, Cu, Ni and Zn in soils as a function of pH variation

A disposição de resíduos sólidos ou a aplicação de pesticidas e fertilizantes podem levar ao aumento da concentração de elementos potencialmente tóxicos, especialmente os metais pesados, em solos e águas subterrâneas. Como o solo vem sendo considerado potencial depósito para disposição desses resíduos, é importante conhecer os mecanismos de retenção e transporte destes elementos para minimizar seu impacto ao ambiente. Uma maneira de avaliar o comportamento de um metal no solo é por meio de estudos de adsorção. Avaliou-se o efeito da variação do pH na adsorção de metais pesados, em sistemas individual e competitivo, em amostras da camada superficial (0-0,2 m) de 30 solos representativos do Estado de São Paulo. Isotermas de adsorção foram elaboradas após adição de 10 a 200 mg L-1 de Cd, Cu, Ni e Zn, na forma de nitrato, tendo a solução de NaNO3 0,01 mol L-1 como eletrólito suporte. O efeito do pH na adsorção dos metais foi avaliado por meio da adição de 20 ml de uma solução de NaNO3 0,01 mol L-1 com 0,1 mol L-1 de cada um dos quatro metais. O ajuste do pH foi feito ou com HNO3 ou com NaOH, procurando-se obter valores entre 4 a 7. Após agitação das amostras e posterior centrifugação, foram feitas determinações dos metais na solução de equilíbrio. A quantidade de metal adsorvida foi calculada pela diferença entre a concentração adicionada e a remanescente na solução de equilíbrio. A partir dos resultados experimentais, obtiveram-se parâmetros de adsorção derivados dos modelos de Langmuir e de Freundlich, os quais foram correlacionados com atributos físicos, químicos e mineralógicos dos solos. A adequação das equações de Langmuir e de Freundlich aos resultados de adsorção dos quatro metais foi satisfatória e com altos coeficientes de correlação para a maioria das observações. Para todos os solos, as quantidades de Cd, Cu, Ni e Zn adsorvidas foram diretamente proporcionais às doses adicionadas. O Cu apresentou os maiores valores dos parâmetros de adsorção estimados pelos modelos de Langmuir e Freundlich. Os parâmetros adsorção máxima de Langmuir e capacidade adsortiva de Freundlich foram positivamente correlacionados com o pH do solo. Foi observado aumento na adsorção dos metais à medida que aumentou o pH até que fosse atingido um platô. Em altos valores de pH, houve decréscimo na adsorção de alguns metais em alguns solos. A seqüência de adsorção encontrada para a maioria dos solos ao pH 4,5 e 5,5 foi Cu > Cd > Zn > Ni. Ao pH 6,5 a seqüência encontrada na maioria dos solos foi Cd > Zn > Cu > Ni.The disposal of solid waste or the application of pesticides and fertilizers may increase the concentration of potentially toxic elements, especially heavy metals, in soil and in groundwater. As the soil has been considered a potential deposit for the provision of such wastes, it is important to know the mechanisms of retention and transport of these elements to minimize their impact to the environment. The behavior of a metal in soil may be evaluated through adsorption studies. The effect of pH variation on the adsorption of heavy metals was evaluated, under individual and competitive systems, in samples from the surface layer (0-0.2 m) of 30 representative soils of the State of São Paulo. Adsorption isotherms were prepared after addition of 10 to 200 mg L-1 of Cd, Cu, Ni and Zn in the form of nitrate, and the background electrolyte was a 0.01 mol L-1 NaNO3 solution. The pH effect on metals adsorption was evaluated after adding 20 ml of 0.01 mol L-1 NaNO3 solution with 0.1 mol L-1 of each metal. The adjustment of pH was made or with HNO3 or with NaOH, in order to achieve pH values among 4 to 7. After shaking the samples and subsequent centrifugation, metal concentration was determined in the equilibrium solution. The amount of adsorbed metal was calculated by the difference between the added and the remaining concentration in the equilibrium solution. Adsorption parameters estimated by Langmuir and Freundlich models were obtained with the experimental data and were related with physical, chemical and mineralogical soil attributes. Langmuir and Freundlich models fitted well the adsorption results for the four metals, with high correlation coefficients for the majority of the data. For all soils, adsorbed amounts of Cd, Cu, Ni and Zn were directly correlated to the added doses. Cu had the highest values of adsorption parameters estimated by both Langmuir and Freundlich models. The maximum adsorption from Langmuir model and the adsorption capacity from Freundlich model were positively correlated with soil pH. In The adsorption increased as a result of pH increase until a plateau was achieved. Under high pH values, a decrease in the adsorption of some metals was observed in some soils. The sequence of adsorption found for the majority of the soil pH 4.5 and 5.5 was Cu > Cd > Zn > Ni. For the pH 6.5 the sequence found in most soils was Cd > Zn > Cu > Ni