ÁREA: Ambiental
TÍTULO: MÉTODO MONTE CARLO APLICADO À ANÁLISE DO TRANSPORTE DE COBRE EM SEDIMENTO DE RIO
AUTORES: CORAZZA, M.Z (UEL) ; HOLANDA, L.F.L (UEL) ; ABRÃO. T. (UEL) ; YABE, M.J.S. (UEL) ; GIMENEZ, S.M.N. (UEL)
RESUMO: O método de simulação Monte Carlo é uma metodologia para explicar a variabilidade dos parâmetros na modelagem do transporte e destino dos contaminantes e foi utilizado neste estudo para discutir o transporte e comportamento do cobre no sedimento de sub-bacias afluentes do rio Tibagi, no estado do Paraná. O transporte do cobre na coluna d’água foi descrito por uma equação espaço-temporal considerando o cobre em fluxo longitudinal em cada ponto e pelo processo de dispersão do metal. A introdução do caráter estocástico a partir de funções densidade de probabilidade uniforme mostrou-se adequada na descrição da concentração de cobre, pH e quantidade de MO. Dessa forma a contribuição dos três termos no modelo apresentado pode ser discutida a partir do coeficiente de distribuiçao (Kd) do cobre.
PALAVRAS CHAVES: simulação monte carlo, cobre, coeficiente de distribuição, sedimento de rio.
INTRODUÇÃO: Sedimentos de rio representam um papel importante sobre os poluentes e reflete a história da poluição de um rio (SINGH et. al., 2005).
Metais pesados estão distribuídos entre a fase aquosa e o sedimento suspenso durante seu transporte. Materiais suspensos e sedimentos têm importante função quanto à concentração de metais pesados, particularmente devido a processos de adsorção e precipitação. Identificar e quantificar as formas sob as quais o metal está presente no sedimento é útil para conhecer os atuais impactos dos metais e avaliar os processos de transporte ao longo de um rio, através da deposição e liberação sob mudanças nas condições ambientais (SINGH et. al., 2005). A especiação química é definida como um processo de identificação e quantificação de diferentes espécies químicas, formas ou fases presentes no material ou na descrição dos mesmos (DAVIDSON et. al., 1994).
A poluição de rios com metais pesados e seus impactos no ecossistema aquático ocorre através de um processo dinâmico. Avaliar os impactos de ecosssistemas como um todo e construir modelos ambientais assumem como principal desafio a compreensão deste processo (HE et. al., 2001).
O método de simulação Monte Carlo é uma metodologia utilizada para descrever a variabilidade dos parâmetros na modelagem do transporte e destino dos contaminantes (SADIQ et. al., 2003). Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar o comportamento e o transporte do cobre, considerando o uso de diversos extratores em amostras de sedimento de rio, testemunho curto, através do método de simulação Monte Carlo.
MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho foi realizado em dois ribeirões, Quati e Lindóia, que compõem a rede hidrográfica de Londrina. Os quatro pontos de coleta que compõem os ribeirões são: Bratac (BT), Lagoa (LG), Ponte-Lindóia (PL) e Jacutinga-Lindóia (JL). Amostras de sedimento – testemunho curto – foram coletadas com amostrador tipo Petersem modificado, transportadas para o laboratório onde foram fatiadas de 2 em 2 cm, a partir da superfície do sedimento até a porção mais profunda. As fatias foram secas em estufa à temperatura de 60ºC. Em seguida foram maceradas em mortar de porcelana e peneiradas em malha de 60 µm.
Para a determinação da concentração de cobre, foi usado 0,5 g da amostra de sedimento seco para a extração inicial. As amostras foram centrifugadas em tubos de 50 mL onde se procedeu a extração das respectivas frações, através do procedimento de extração sequencial em três estágios (THOMAS et al., 1994), que permitiu especiar e gerar dados para estudos de transporte e comportamento do cobre em ambiente de rio. A concentração de cobre foi determinada por espectrometria de emissão atômica acoplada com plasma induzido ICP-OES (SPECTRO). As análises foram realizadas em triplicata.
Para a determinação da matéria orgânica (MOD) das amostras de sedimento foi utilizada digestão ácida com dicromato de potássio e titulação com sulfato ferroso amoniacal.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A simulação Monte Carlo foi realizada para quantificar os efeitos posteriores ao resultado do modelo e executar análises de sensibilidade para estudar os impactos anteriores. Os dados foram ajustados a partir do modelo implementado em (1). A equação é constituída de três termos, sendo o primeiro referente ao fluxo longitudinal do metal na coluna d’água, o segundo a dispersão do metal no local amostral e o terceiro (Ct) a concentração do cobre no sedimento em relação à especiação. ΔCt/Δt = -Vx(ΔCt/Δx)x + Dd(Δ²Ct/Δx²)x² - Ct (1)
Onde: Ct = variação da conc. de cobre; Vx = vel. de fluxo longitudinal do rio; X = distância entre os pontos de coleta; Vd = vel. de deposição do cobre no sedimento; Dd = coef. de dispersão. O modelo assumiu comportamento exponencial por sua maior representatividade no transporte do cobre quando alteradas as variáveis pH e MO. No ponto Ponte-Lindóia (PL) é observado um maior valor para o coeficiente de distribuição onde a fase sólida (C3) tem maior influencia que a fase dissolvida. A Figura 1 apresenta uma varredura da matéria orgânica com relação ao comportamento da concentração do cobre. Com o aumento da MO, a contribuição do terceiro termo é maior com relação ao primeiro e segundo termos. Para a maior faixa de MO (200-500 mg Kg1) há uma inversão no comportamento da contribuição do terceiro termo, onde se pode observar que quanto maior a quantidade de matéria orgânica, maior a contribuição na distribuição da concentração do cobre com relação ao transporte no sistema. Na varredura de pH na faixa de 4,0-8,0, foi observada menor contribuição na concentração total do cobre no sistema estudado. Essa contribuição aumenta para pH 6,0 e 8,0, em relação aos resultados para pH 4,0, como mostra o detalhe da Figura 2.
CONCLUSÕES: O modelo proposto mostrou-se adequado para a descrição do transporte e do comportamento do cobre ao longo do sistema aquático.
A contribuição do terceiro termo da equação, em cada ponto de coleta, apresentou uma relação direta com (Kd) da fase sólida e fase dissolvida, enquanto o primeiro e o segundo termos apresentaram uma contribuição mais acentuada.
O aumento na quantidade de MO depositada no sistema aquático aumenta a mobilidade do cobre e como conseqüência pode ser associado a um risco maior.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: SINGH, K. P.; MOHAN, D.; SINGH, V.K.; MALIK, S. Studies on Distribution And Fractionation of Heavy Metals in Gomti River Sediments – A Tributary of The Ganges, Índia. Journal of Hydrology, v. 312, p. 14-27, 2005.
DAVIDSON, C.M.; THOMAS, R.P.; MCVEY, S.E.; PERALA, R.; LITTLEJOHN, D.; URE, A.M. Evaluation of Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Heavy Metals in Sediments. Anal. Chim. Acta, v.291, p. 277-286, 1994.
HE, M.; WANG, Z.; TANG, H. Modeling the Ecological Impact of Heavy Metals on Aquatic Ecosystems: a Framework for the Development of an Ecological Model. The Science of The Total Environment, v. 266, p. 291-298, 2001.
SADIQ, R.; HUAIN, T.; BOSE, N.; VEITCH, B. Distribution of Heavy Metals in Sediment Pore Water due to Offshore Discharges: an Ecological Risk Assessment. Environmental Modelling and Software, v.18, p. 451-461, 2003.
THOMAS, R.P.; URE, A.M.; DAVIDSON, J.F.; LITTLEJOHN, d.; RAURET, G.; RUBIO, R.; LÓPEZ-SANCHEZ, J.F. Three-Stage Sequential Extraction Procedure for the Determination of Metals in River Sediments. Anal.Chim. Acta, v.286, p. 423-429, 1994.
