Biosorption of uranium in contaminated waters: the potential of four plant species for remediation of streams affected by acid mine drainages

Abstract

Vários estudos têm demonstrado que a biomassa vegetal possui a capacidade de remover metais pesados e radionuclídeos de meios aquosos através de um processo passivo e independente do metabolismo, conhecido como biosorção. O processo de biosorção compreende reacções meramente físicas e químicas que ocorrem entre os contaminantes e determinados grupos químicos em compostos estruturais da biomassa, e que podem conduzir à sua retenção no material em quantidades significativas. A magnitude deste processo é dependente da composição química e da estrutura da biomassa, pelo que pode variar grandemente entre materiais diferentes. Esta investigação analisa a capacidade de remoção passiva de urânio de águas contaminadas por biomassa vegetal morta proveniente de quatro espécies vegetais nativas e de ampla distribuição em Portugal: Callitriche stagnalis Scop., (lentilhas-daágua) Cytisus scoparius (L.) Link (giesta), Erica arborea L. (urze-branca) e Quercus robur L. (carvalho-alvarinho). O estudo foi efectuado utilizando um sistema laboratorial de microcosmos, nos quais o material vegetal foi exposto a valores de concentração de urânio aproximadamente constantes, semelhantes aos encontrados, em média, numa ribeira local poluída (Ribeira da Pantanha, Nelas, Viseu). As espécies estudadas retiveram urânio na ordem C. stagnalis > Q. robur >C. scoparius > E. arborea. Os valores máximos médios de concentração de urânio no material vegetal foram de 632.06 ± 128.58 mg.kg-1 (peso seco) para a espécie C. stagnalis, 182.04 ± 27.37 mg.kg-1 (peso seco) para a espécie Q. robur, 127.26 ± 27.41 mg.kg-1 (peso seco) para a espécie C. scoparius e 97.01 ± 27.11 mg.kg-1 (peso seco) para a espécie E. arborea. Estes resultados permitem concluir que o material vegetal estudado actua como um substrato para a retenção de urânio, podendo remover efectivamente urânio de águas contaminadas. Contudo, a aplicabilidade deste tipo de material no tratamento de águas poluídas requer estudos mais aprofundados em condições laboratoriais e in situ.

Several studies have demonstrated that plant biomass is able to remove heavy metals and radionuclides from aqueous media through a passive and metabolism-independent process, known as biosorption. The biosorption process consists on merely chemical and physical reactions that take place between the contaminants and certain chemical groups in structural compounds of the biomass, which may lead to significant contaminant retention in this material. The extent of the biosorption process is dependent on the biomass chemical composition and structure, thus it can vary greatly among different types of material. This investigation analyses the capacity of passive uranium removal from waters by dead plant biomass derived from four plant species which are native and widely distributed in Portugal: Callitriche stagnalis Scop. (pond water-starwort), Cytisus scoparius (L.) Link, (common broom), Erica arborea L. (tree heath) and Quercus robur L (pedunculate oak). The study was conducted in a laboratorial microcosms system in which the plant material was exposed to approximately constant uranium concentrations, corresponding to the mean uranium concentration found in a local polluted stream (Ribeira da Pantanha, Nelas, Viseu). Plants retained uranium in the order C. stagnalis > Q. robur > C. scoparius > E. arborea. The mean maximum uranium concentrations observed in the plant material were 632.06 ± 128.54 mg.kg-1 (dry weight) for C. stagnalis, 182.04 ± 27.37 mg.kg-1 (dry weight) for Q. robur, 127.26 ± 27.41 mg.kg-1 (dry weight) for C. scoparius e 97.01 ± 27.11 mg.kg-1 (dry weight) for E. arborea. These results indicate that the studied material acts as a uranium sink and therefore has the potential to effectively remove uranium from contaminated waters. However, the applicability of this material in contaminated water treatment requires further investigation both in laboratorial and in situ conditions.