DOI: 10.1590/S1413-41522015020000113620
Artigo Técnico
Comportamento e avaliação de metais potencialmente tóxicos (Cu (II), Cr (III), Pb(II) e Fe(III)) em águas superficiais dos Riachos Capivara e Bacuri Imperatriz-MA, Brasil Behavior and evaluation of potentially toxic metals (Cu(II), Cr(III), Pb(II) and Fe(III)) in surface waters of streams Capivara and streams Bacuri Imperatriz-MA, Brazil Bruno Lucio Meneses Nascimento1, Dianna Rayla Carneiro de Souza Gomes2, Gleison Pereira Costa2, Suely Silva Araújo2, Luiz Carlos Araújo dos Santos3, Jorge Diniz de Oliveira4
RESUMO
ABSTRACT
Esta pesquisa avaliou a dinâmica e a distribuição dos metais Cu (II), Cr (III), Pb
This research evaluated the dynamics and distribution of Cu (II), Cr (III),
(II) e Fe (III), em amostras de água superficiais no Riacho Capivara e Riacho
Pb (II) and Fe (III) in samples of surface water in the streams Capivara
Bacuri na cidade de Imperatriz, Maranhão. As amostras de água foram
and streams Bacuri in Imperatriz city, Maranhão state, Brazil. There
coletadas em 2 pontos de amostragem à montante e jusante da cidade
were two water sampling points upstream and downstream of the city
de Imperatriz para avaliar a influência da urbanização. Foram analisados os
of Imperatriz to evaluate the influence of urbanization. Were analyzed
metais potencialmente tóxicos Cu (II), Cr (III), Pb (II) e Fe (III) e os seguintes
the potentially toxic metals (Cu (II), Cr (III), Pb(II) and Fe(III)) and the
parâmetros físicos e químicos: pH, sólidos totais dissolvidos, turbidez, e
following physical and chemical parameters: pH, total dissolved solids,
condutividade elétrica. As determinações dos metais foram feitas por meio
turbidity and electrical conductivity. Measurements of Cu(II), Pb(II) and
de espectrometria de absorção atômica em chama (FAAS). As variações
Fe(III) were made by means of atomic absorption spectrometry in the
observadas para os parâmetros físico-químicos (pH, Condutividade Sólidos
flame (FAAS). The variations observed for the physical and chemical
Totais Dissolvidos e Turbidez) indicam alterações na qualidade da água em
parameters (pH, Conductivity and Total Dissolved Solids Turbidity)
virtude de ações antrópicas. Foi observada a presença sistemática de todos
indicate changes in water quality due to human actions. We observed
os metais investigados durante todo o período amostrado. Os resultados
the systematic presence of all metals investigated over the sampling
obtidos demostraram que Cu (II), Cr (III), Pb (II) e Fe (III) encontram-se
points. The results showed that Cu (II), Cr (III), Pb (II) and Fe (III) are
preferencialmente associados a material particulado em suspensão
preferentially associated with suspended particulate matter (SPM).
(MPS). As variações observadas para os parâmetros físico-químicos e nas
The variations observed for the physical and chemical parameters
concentrações dos metais investigados indicam haver contribuição de
and concentrations of the metals investigated indicate a contribution
caráter antropogênico associada à litologia da região, o que juntamente com
of anthropogenic character associated with the lithology region, which
a sazonalidade e fontes difusas e pontuais, contribuem, para a deterioração
along with the seasonality and diffuse and point source contribute to
das águas superficiais desses corpos hídricos.
the deterioration of surface water body of water
Palavras-chave: águas superficiais; metais totais; metais dissolvidos.
Keyword: surface water; total metals; dissolved metals.
Trabalho realizado na Universidade Estadual do Maranhão (UEMA) – Imperatriz (MA), Brasil. 1 Doutorando em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental da Universidade Federal do Ceará (UFC) – Fortaleza (CE), Brasil. 2 Graduados em Química pela UEMA – Imperatriz (MA), Brasil. 3 Doutor em Geografia. Professor Adjunto do Departamento de História e Geografia da UEMA – Imperatriz (MA), Brasil. 4 Doutor em Química. Professor Adjunto do Departamento de Química e Biologia da UEMA – Imperatriz (MA), Brasil. Endereço para correspondência: Bruno Lucio Meneses Nascimento – Rua Godofredo Viana, 1300 – 65900-000 – Imperatriz (MA), Brasil – E-mail:
[email protected]. Recebido: 17/01/13 – Aceito: 27/06/14 – Reg. ABES: 113620
Eng Sanit Ambient | v.20 n.3 | jul/set 2015 | 369-378
369
Nascimento, B.L.M. et al.
INTRODUÇÃO
Considerando que o Riacho Capivara e Riacho Bacuri nascem nas
As principais fontes de metais potencialmente tóxicos são classificadas
proximidades da cidade de Imperatriz-MA, depois de percorrer o perí-
como pontuais e não pontuais ou difusas, dentre as quais destacam-se
metro urbano da cidade, pode-se admitir que as fontes pontuais e não
os resíduos líquidos urbanos e industriais, deposição atmosférica, o
pontuais associadas ao tipo de uso e ocupação do solo nesses corpos
deflúvio superficial urbano, o deflúvio superficial agrícola (SABIN et al.,
hídricos podem estar contribuindo com o aporte de espécies metálicas
2005; ZARAZUA et al., 2006, JORDÃO et al., 2007; ZIMMERMANN
como o Cu (II), Pb (II), Cr (III) e Fe (III) além do intemperismo e da
et al,, 2006; POLETO & MARTINEZ, 2011). Essas fontes estão associa-
erosão de solos na área de influência desse ambiente aquático. O pre-
das ao tipo de uso e ocupação do solo. Os metais podem também ser
sente estudo teve como objetivo determinar as concentrações de metais
incorporados em sistemas aquáticos a partir das águas de drenagem
(Cu (II), Pb (II), Cr (III) e Fe (III)) nas frações dissolvidas e totais em
urbana, que contêm, geralmente, todos os poluentes que se depositam
águas superficiais do Riacho Capivara e Riacho Bacuri.
na superfície do solo urbano. A origem desses poluentes é bastante diversificada, como por exemplo: lixo acumulado nas ruas, resíduos orgânicos de animais, resíduos
METODOLOGIA
provenientes de construção civil, partículas resultantes de desgaste de
A cidade de Imperatriz, localizada na mesorregião oeste maranhense,
pneus, de lonas de freio e de asfalto, resíduos de combustíveis, óleos e
a 5º31’33” de latitude sul e 27º28’33” longitude oeste, em uma alti-
graxas deixados por veículos, ligações incorretas ou clandestinas de resí-
tude de 95 metros, se estende pela margem direita do rio Tocantins e é
duos sanitários na rede de drenagem pluvial, e poluente do ar (JESUS
atravessada pela Rodovia Belém-Brasília, possui (segundo os últimos
et al., 2004; BELLUTA et al., 2008; POLETO & MARTEN, 2008). O pro-
dados disponíveis) 247.553 habitantes, dos quais 234.671 habitantes
cesso de urbanização desordenado na maioria das cidades brasileiras
(98,80%) residem na zona urbana e área 1.367,901 km2, sendo que
vem ocasionando alterações no ambiente, alterando processos bioló-
15,480 km2 estão em zona urbana segundo dados estatísticos do IBGE
gicos, físicos e químicos dos sistemas naturais, influenciando direta ou
(2010). Os Riachos Capivara e Bacuri, que pertencem a sub-bacia 23
indiretamente na qualidade de vida da população.
Tocantins-Araguaia, são representados na Figura 1. Ambos nascem
Os metais potencialmente tóxicos são contaminantes químicos não
próximo ao perimetro urbano da cidade de Imperatriz (MA). O riacho
biodegradáveis e tendem a se acumular nos organismos vivos, provo-
Capivara corta a cidade na região norte–leste, segue um percurso de
cando distúrbios e doenças variadas, e têm sido sistematicamente lan-
15,08 km e se junta com o Riacho Santa Tereza; possui a maior parte
çados no ambiente, afetando a qualidade de solos e águas (OLIVEIRA
do seu percurso dentro do perimetro urbano.
& SILVA, 2013). Os metais tóxicos são transportados principalmente
Ambos os corpos hídrico ao longo do perímetro urbano recebem
pelas águas, sob duas formas físicas: as espécies dissolvidas e as espé-
alta carga de resíduos líquidos domésticos e industriais sem tratamento
cies associadas às partículas sólidas (MIRANDA et al.,2009; PEREIRA
prévio e pontos de rede de drenagem pluviais. No perímetro estudado,
& EBECKEN, 2009).
observam-se atividades econômicas irregulares na medida de que se
Algumas espécies metálicas são essenciais à vida em pequenas
consideram suas respectivas localizações, como postos de gasolina,
quantidades; no entanto, grandes quantidades podem comprometer a
postos de lavagem de veículos, criação de porcos, empresas de produ-
qualidade do curso hídrico e ocasionar danos à saúde (BARROS et al.,
ção de concreto e existência de atividade de hortifruticultura, a qual
2009). Os altos índices de toxicidade de alguns metais para os organis-
é realizada sem acompanhamento técnico, podendo contaminar os
mos, mesmo em baixas concentrações, associados a sua relativa facili-
riachos pelas aplicações de agroquímicos e adubações nitrogenadas
dade de entrar e permanecer nas cadeias tróficas por longos períodos,
desordenadas, seguida da possibilidade de eutrofizar corpos hídricos.
reforça a importância de estudos que determinem suas concentrações
Foram escolhidos dois pontos de amostragem, o primeiro ponto
em ambientes aquáticos (BARROS et al., 2009).
370
foi localizado na entrada do perímetro urbano considerado como esta-
A presença de metais potencialmente tóxicos em ecossistemas aquá-
ção de controle do background natural, ou seja, menos impactada pelo
ticos urbanos tem despertado interesse sob vários aspectos, sobretudo
aporte de resíduos líquidos urbanos e industriais, e o segundo ponto
em relação ao destino e os possíveis efeitos desses contaminantes sua
na saída do perímetro urbano para ambos os rios (Figura 1). As coor-
ciclagem biogeoquímica e seus comportamento e/ou distribuição na
denadas dos pontos de coleta no Riacho Capivara, o ponto 1 possui
cadeia alimentar. Espécies metálicas como Cu, Pb, Cr e Fe, têm sido
latitude de 05°29.291´ S e longitude 47°29´230´´ W Gr, enquanto o
frequentemente utilizados para caracterizar e avaliar problemas de
ponto 2 tem latitude 05° 30’ 419’’ S e a longitude 47° 27’ 002’’ W Gr.
contaminação em águas superficiais em área urbanizadas (GUEDES
No Riacho Bacuri, o ponto 1 possui latitude 05° 29’ 494’’ S e a longi-
et al., 2005; BELLUTA et al., 2008; SANTOS et al., 2012, MIRANDA
tude 47° 27’ 002’’ W Gr. Ponto 2, latitude 05° 32´419´´ S e longitude
et al., 2009; OLIVEIRA & SILVA, 2013)
47º29´230´´ W Gr.
Eng Sanit Ambient | v.20 n.3 | jul/set 2015 | 369-378
Comportamento de Metais Potencialmente Tóxicos em Riachos
Toda a água utilizada no estudo foi previamente destilada e puri-
litros em duas porções, uma das porções foi acidificada para deter-
ficada em sistema deionizador de água Milli-Q® Gradiente A 10®
minar metais totais e dissolvidos, e a outra porção, não acidificada,
Millipore® (resistividade 18,2 MW.cm-1). A limpeza de toda vidraria e
foi utilizada na determinação de pH, condutividade, sólidos totais
do material de coleta foi feita com detergente neutro, água de torneira
dissolvidos (STD) e turbidez. As amostras foram transportadas para
e por cinco vezes com água destilada, sendo posteriormente submersa
o laboratório sob resfriamento. Todas as amostras foram coletadas
em solução de ácido nítrico a 10% (v/v) e mantida por 24 horas nessas
em triplicata. A preparação das amostras para as determinações dos
condições. Em seguida, retirado do banho, o material foi lavado com
parâmetros físico-químicos, metais dissolvidos e totais foram reali-
água destilada e enxaguado com água desionizada.
zadas de acordo com fluxograma da Figura 2.
Foram realizadas 6 coletas entre outubro de 2011 a novembro de
Os resultados obtidos na avaliação dos parâmetros f ísico-químicos
2012, sendo três no período chuvoso três no período não chuvoso.
e na análise dos elementos químicos foram tratados u tilizando-se
As amostras de água foram coletadas em frasco de polietileno de 2
estatística descritiva como ferramenta auxiliar e os programas
47°33’0”W
47°31’30”W
10°0’0”N
60°0’0”W
47°30’0”W
47°28’30”W
47°27’0”W
40°0’0”W América do Sul Região Nordeste Maranhão
10°0’0”S
ra iva
P1
ho
c Ria
p Ca
ri
cu
a oB
5°28’30”S
Brasil
h
c Ria
5°30’0”S
P2
47°30’0”W Maranhão
Pontos de Coleta Riacho Capivara
ins ant Toc Rio
47°45’0”W Tocantins
5°31’30”S
5°30’0”S
50°0’0”S
5°15’0”S
30°0’0”S
P1
P2
5°33’0”S
Riacho Bacuri MA-122 BR-010 Perímetro Urbano Rio Tocantins
1
2
Projeção: UTM Datum: Sad 69 - HS Base de Dados: Imagem Alos Org: Luiz Carlos A. dos Santos Jorge Diniz de Oliveira
47°33’0”W
3
km
5°34’30”S
0 0,5
N W
E S
47°31’30”W
Localização dos Pontos de Coleta de Água no Riacho Bacuri e Capivara 47°30’0”W
47°28’30”W
47°27’0”W
Figura 1 – Mapa de localização dos pontos de amostragem dos riachos Capivara e Bacuri no perímetro urbano de Imperatriz, Maranhão.
Eng Sanit Ambient | v.20 n.3 | jul/set 2015 | 369-378
371
Nascimento, B.L.M. et al.
Amostra de Água
Água não acidificada
Parâmetros Físico-químicos
Água acidificada
Pré-concentração
Filtração (0,45 µm)
120°C
Filtrado pH Condutividade Turbidez Sólidos Totais Dissolvidos
Metais Dissolvidos
Digestão (60°C)
HNO3 : H2O2 3:1
Metais Totais
Determinação do teor de metais FAAS
Figura 2 – Fluxograma das etapas de preparação da amostra de água para determinação dos parâmetros físico-químicos e metais.
Microsoft Office Excel 2007 e ASSISTAT, versão 7.6 Beta con-
percentagem de metal adsorvido no material particulado foi empre-
forme demonstram Silva e Azevedo (2002). A determinação da
gado a Equação 1 desenvolvida por Oliveira (2006):
turbidez foi realizada utilizando-se um turbidímetro plus microprocessador da Alfakit calibrado com padrões variando de 50,8 a
%Mad = Mt – Md x 100(1) Mt
545,0 NTU. O pH da água foi medido utilizando um pHmetro de bancada digital modelo pH 300M da Analyser, previamente cali-
onde:
brado com padrões 4,7 e 9,0. A condutividade foi determinada
% Mad = percentagem de metais adsorvidos
utilizando-se um condutivímetro de bancada modelo Q-405-M
Mt = metais totais
da Quimis calibrado com soluções 0,1 e 0,5 mols.L-1. Na determi-
Md = metais dissolvidos
nação de sólidos totais dissolvidos utilizou-se o método proposto por Silva (1997), uma alíquota de 50 mL da amostra foi transferida
A quantificação de Cu (II), Pb (II), Cr (III) e Fe (III) foram feitas
para uma cápsula de porcelana limpa e seca a 105°C na estufa por
por espectrometria de absorção atômica em chama (FAAS) da VARIAN
24 horas e esfriada em dessecador e pesada. O material foi eva-
modelo AA240, para as determinações dos parâmetros instrumentais
porado até a secura em banho-maria. Após a evaporação a cáp-
foram feitas curvas no intervalo de concentração recomendada pelo
sula com os resíduos foram submetidos a aquecimento a 105°C
fabricante. As condições instrumentais foram: chama do tipo ar/aceti-
até peso constante. O teor de sólidos totais dissolvidos foi deter-
leno, lâmpada de deutério para correção de background (fundo), taxa
minado por diferença de peso.
de aspiração de 2,0 mL.min-1 lâmpada de catodo oco monoelementar
Uma alíquota de 1 litro da amostra acidificada foi filtrada a vácuo
com comprimento de onda 324,7 nm para o Cu, 357,9 nm para o Cr,
utilizando-se membranas de acetato de celulose com porosidade 0,45 µm
217,0 nm para o Pb e 248,3 nm para o Fe. Todas as determinações foram
(PARKS et al., 2004) para a separação da fração dissolvida do material
feitas em triplicatas (n=3) e acompanhadas de um branco analítico
particulado. O restante da amostra foi pré-concentrada uma temperatura de 120ºC±1 (REIS et al., 2011), em bloco digestor até o volume
372
50 mL O volume restante foi digerido com uma mistura de 3:1 de HNO3
RESULTADOS E DISCUSSÃO
concentrado e H2O2 até o volume de 25 mL. Após a digestão, a amos-
Os resultados obtidos para os parâmetros físico-químicos estão
tra foi transferida para balão volumétrico de 25 mL (metais totais), e
representados na Tabela 1. Estão mostrados juntamente com os valo-
armazenado sob refrigeração até a ocasião das análises. Para estimar
res estabelecidos para alguns parâmetros pela resolução 357/05 do
Eng Sanit Ambient | v.20 n.3 | jul/set 2015 | 369-378
Comportamento de Metais Potencialmente Tóxicos em Riachos
CONAMA. Durante o período estudado os valores do pH no Riacho
modificações nos ciclos biodinâmicos, interferindo na velocidade
Capivara não diferiram muito em sua amplitude nas seis coletas reali-
e intensidade da ação fotossintética. Os valores obtidos para a tur-
zadas apresentando uma variação de 6,8 a 7,9, estando, portanto, pró-
bidez no Riacho Capivara estiveram entre de 8,1 a 36,9 NTU no
ximo da neutralidade e com tendência ligeiramente básica. No Riacho
Riacho Bacuri apresentaram valores de 4,8 a 44,9 NTU (Tabela 1)
Bacuri os valores tiverem entre 7,1 a 8,2, apresentando predominância
e podem ser considerados relativamente baixo quando comparados
de neutralidade com tendência a alcalinidade. Os mesmo valores de
com os resultados obtidos por Falqueto (2008) no rio Corumbataí
pH do Riacho Bacuri foram encontrados por Krupeck et al. (2008)
que apresentou valores médios de 36,3 NTU, valores bem próximos
no preservado riacho Guabiroba, localizado na região Centro-sul
dos encontrados por Cruz (2002) no Riacho Água da Cachoeira que
do Estado do Paraná, que não guardavam relação com a presença
apresentou valor médio de 18,9 NTU e relativamente alto quando
de esgoto na água.
comparado com o valor médio obtido por Belluta et.al (2008) no
Por outro lado, corpos hídricos sobre influência de despejos domés-
Córrego do Cintra 8,5 NTU. Para o Riacho Capivara e Riacho Bacuri
ticos apresentaram caráter ligeiramente alcalino, sendo esse comporta-
os resultados estão apresentados dentro do limite estabelecido pelo
mento provavelmente pela a presença de materiais orgânicos presen-
CONAMA (BRASIL 2005).
tes nos mesmos (MIRANDA et al., 2009; NETA PINTO et al., 2009;
A condutividade elétrica (CE) depende do número de íons em solu-
ALBERTO & RIBEIRO FILHO, 2012). Ambos os corpos hídricos
ção presente no corpo hídrico, ou seja, quanto maior a concentração
apresentaram, o pH com valores dentro dos limites estabelecidos pela
de íons, maior será a condutividade. O Riacho Capivara apresentou
Resolução CONAMA 357/05 (pH 6,0 – 9,0), mesmo estando associado
uma variação na condutividade elétrica de 182,8 a 293,0 µmS.cm-1
a fontes de lançamento de resíduos líquidos domésticos.
(Tabela 1). O Riacho Bacuri exibiu valores de 70,4 a 377,0 µmS.cm-1,
O teor de sólidos totais no Riacho Capivara e Riacho Bacuri variaram
indicando um alto teor de sais dissolvidos. De acordo com Paláez-
de 76,0 a 520,0 mg.L -1 e 86,0 a 568,0 mg.L-1 respectivamente (Tabela 1).
Rodrigues et al. (2000) em ambientes lóticos não contaminados a CE
Esta variabilidade pode ser atribuída tanto a processos naturais, como
varia entre 6 a 30 µmS.cm-1. A CETESB (2010) considera como indi-
também a erosão causada pelo desmatamento das margens e princi-
cativo de ambiente impactado níveis de condutividade superiores a
palmente, resíduos domésticos que são despejados in natura ao longo
100 µS.cm-1, dessa forma pode-se inferir que o Riacho Capivara em
dos Riachos Capivara e Bacuri.
todo o período amostrado e o Riacho Bacuri na maioria das coletas
A turbidez de uma água indica o grau de atenuação de inten-
podem ser considerados contaminado em relação à presença de sais
sidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la, devido à presença
dissolvidos, tanto pela classificação de Paláez-Rodrigues et al. (2000)
de sólidos em suspensão, tais como partículas inorgânicas (areia,
quanto pela classificação da CESTEB (2010). Ao considerarmos a
silte, argila), detritos orgânicos, algas, bactérias e, plânctons em
classificação de Paláez-Rodrigues, pode-se inferir que ambos os cor-
geral (CETESB, 2008). Uma elevação nessa variável pode causar
pos hídricos são considerados contaminados em relação à presença
Tabela 1 – Estatística descritiva dos parâmetros físico-químicos para as amostras de água dos Riachos Capivara e Bacuri. P.A
1
2
Medidas
Riacho Capivara
Riacho Bacuri
pH
STD
Turbidez
Cond
pH
STD
Turbidez
Cond
Max
7,9
520,0
36,9
273,0
7,9
420,0
19,1
341,0
Min
6,9
76,0
18,0
182,3
7.1
86,0
4,8
70,4
Médias
7,3
273,3
28,1
210,3
7,3
178,0
13,4
161,2
Sd
0,7
224,9
9,5
27,1
0,5
123,6
7,6
155,7
C.V
9,6
82,3
33,9
12,9
6,7
74,5
56,6
96,6
Max
7,7
410,0
13,8
293,0
8,2
568,0
44,9
377,0
Min
7,6
196,0
8,1
238,0
7,0
166,0
16,1
148,5
Médias
7,3
278,0
11,2
268,3
7,4
395,0
25,8
238,9
Sd
0,4
138,7
2,7
27,9
0,7
101,9
16,5
121,6
CV
6,2
49,9
23,9
10,4
9,0
25,8
64,1
50,9
CONAMA357/05
6a9