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Biogeochemistry of arsenic and lead in sediment and water amended with biochar (2023)

  • Authors:
  • Autor USP: SOARES, MATHEUS BORTOLANZA - ESALQ
  • Unidade: ESALQ
  • Sigla do Departamento: LSO
  • DOI: 10.11606/T.11.2023.tde-10022023-100933
  • Subjects: ARSÊNIO; CHUMBO; BIOGEOQUÍMICA; SEDIMENTOLOGIA; BIOCARVÃO; ÁGUA; PIRÓLISE
  • Keywords: Arsenato; Arsenito; Especiação; Oxihidróxidos de ferro biogênico
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Elementos potencialmente tóxicos (EPTs), como arsênio (As) e chumbo (Pb), constantemente ocasionam o desenvolvimento de doenças em seres vivos devido à ingestão contínua de água e alimentos com teores elevados desses elementos. Práticas antropogênicas diárias, como atividades domésticos, de saúde, industriais, agrícolas e de mineração podem contribuir para aumento da concentração de As e Pb em solos e sedimentos expostos à superfície terrestre, e isso aumenta a probabilidade de contato com os seres vivos. Embora a ocorrência de As e Pb no meio ambiente não seja necessariamente recente, ela se tornou mais relevante nas últimas décadas devido ao seu efeitos nocivo e à preocupação global em recuperar recursos naturais. Como forma de retomar a funcionalidade de ecossistemas contaminados por As e Pb, a comunidade científica tem buscado utilizar técnicas de remediação que visam a reduzir os teores biodisponíveis desses elementos no solo e na água. Dentre elas, tem se destacado o uso de biocarvão devido à sua capacidade de imobilização de contaminantes, fornecimento de nutrientes e estoque de carbono. A remediação in situ com biocarvão é alternativa ecológica e que pode ser economicamente viável quando comparada a outras técnicas convencionais de remediação que geram resíduos e/ou são de alto custo. O biocarvão é um produto da pirólise de compostos orgânicos, e sua efetividade na imobilização de contaminantes está condicionada às condições de fabricação, dentre elas a temperaturade pirólise. Além disso, as condições ambientais como flutuação redox, elevada precipitação e exposição ao tempo são fatores que podem alterar o potencial do biocarvão em (i)mobilizar EPTs como As e Pb no ambiente. Neste trabalho foram avaliados (i) o efeito da temperatura de pirólise do biocarvão na dinâmica de As e Pb em sedimento exposto a ambientes com presença total e parcial de oxigênio; (ii) a biogeoquímica de As e Pb em sedimento e água submetidos a aplicação de biocarvão in natura e modificado com cloreto férrico; e (iii) efeitos do carbono orgânico dissolvido (COD) na competição por sítios específicos de sorção com As. Para avaliar a dinâmica de As e Pb, foram realizados diversos experimentos com sedimento e água contaminada com As e Pb devido à atividade antropogênica associada à mineração e beneficiamento de minério. As amostras contaminadas com As e Pb foram condicionadas com biocarvão de palha de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) pirolisado a 350 (BC350), 550 (BC550) e 750°C (BC750), enquanto a potencial competição por sítios de sorção foi avaliada em amostras de água contaminadas artificialmente com arsenato [As(V)]. A competição por sorção foi realizada na presença de oxihidróxidos de ferro (Fe) biogênico (BIOS), que é um biomineral de Fe(III) amplamente conhecido por ser sumidouro natural de As. A temperatura de pirólise exerceu papel fundamental nas características fisico-químicas do biocarvão, e isso afetou a capacidade de (i)mobilização de As e Pbem sedimento e água. A aplicação de biocarvão reduziu a atividade da β-glicosidase e aumentou a atividade da fosfatase, o que evidencia a dificuldade da microbiota em degradar o carbono do biocarvão, assim como sua facilidade em fornecer hidrolase capaz de mineralizar fosfato presente em formas orgânicas. O tempo de envelhecimento do biocarvão ocasionou aumento nos teores biodisponíveis e trocáveis de As, na mesma medida em que reduziu os teores biodisponíveis e trocáveis de Pb. O aumento dos teores biodisponíveis e trocáveis de As esteve relacionado às mudanças nos reservatórios de carbono ocasionados pela oxidação de superfície do biocarvão e pela biodegradação promovida pelos microorganismos. Em ambientes com elevada precipitação, a aplicação de biocarvão aumentou a liberação e a mobilidade de As sem afetar a distribuição das espécies de As. A modificação química do biocarvão, como forma de aperfeiçoar um filtro de água, aumentou a velocidade e capacidade de sorção de As e Pb e tornou o biocarvão modificado com cloreto férrico uma alternativa promissora para filtro de água contaminada com esses elementos. A presença do DOC do biocarvão foi capaz de reduzir em até 30% a sorção de As(V) em BIOS. No entanto, a presença de DOC não alterou os mecanismos de sorção de As(V) em BIOS, o que mostra que o principal meio responsável pela redução da sorção de As(V) é o bloqueio de sítio. Já no sedimento em ambientes com presença parcial de oxigênio, o biocarvão foi capaz dereduzir a mobilidade de As. Além da mudança na mobilidade de As e Pb, verificou-se que o fornecimento de biocarvão ao sedimento aumentou consideravelmente o teor de DOC em solução, o que possivelmente tamponou a redução biótica assimilativa de Fe(III) e As(V) e reduziu a metilação de As
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 27.01.2023
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI

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    Status:
    Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
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    Versão publicada (Published version)
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    • ABNT

      SOARES, Matheus Bortolanza. Biogeochemistry of arsenic and lead in sediment and water amended with biochar. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2023. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-10022023-100933/. Acesso em: 01 abr. 2026.

    • APA

      Soares, M. B. (2023). Biogeochemistry of arsenic and lead in sediment and water amended with biochar (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, Piracicaba. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-10022023-100933/

    • NLM

      Soares MB. Biogeochemistry of arsenic and lead in sediment and water amended with biochar [Internet]. 2023 ;[citado 2026 abr. 01 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-10022023-100933/

    • Vancouver

      Soares MB. Biogeochemistry of arsenic and lead in sediment and water amended with biochar [Internet]. 2023 ;[citado 2026 abr. 01 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-10022023-100933/

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