Avaliação do risco ecológico potencial no baixo curso do rio São Francisco em função de elementos traço em sedimentos superficiais

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ambiental

Autores

Costa Santos, E. (UFBA/IFAL CAMPUS PENEDO) ; Pires de Carvalho Leite, C. (UFBA) ; Henrique Santana de Araujo, J. (UFBA) ; Palmeira Campos, V. (UFBA) ; Dantas Pinto Medeiros, Y. (UFBA) ; Alexandre Dias Freitas, L. (IFBA)

Resumo

O índice de risco ecológico potencial é uma ferramenta importante para um diagnóstico de saúde em um ambiente. A área explorada neste estudo foi o baixo curso do rio São Francisco, devido à atividade humana naquela região e aos recursos fluviais que a população utiliza. As determinações dos elementos traço Cd, Zn, Pb, Cu, Ni e Cr foram realizadas por ICP-OES Perkin Elmer, em amostras secas de sedimentos superficiais e digeridas em micro- ondas com cavidade ETHOS EZ. O risco ecológico calculado para a área de Pão de Açúcar-AL, Niterói-SE, Traipu-AL, Gararu-SE, Xinaré-AL, Pindoba-SE, Croa dos Patos-AL e Ilha das Flores-SE foi alarmante em quase todos os locais nos anos de 2014, 2015 e 2016. Particularmente a concentrações de cádmio e chumbo encontraram-se muito elevada.

Palavras chaves

Sedimentos; Baixo São Francisco; Risco Ecológico

Introdução

Os sedimentos fluviais são materiais extremamente complexos, amplamente utilizados como indicadores de contaminantes, sejam oriundos de processos naturais ou de atividades antrópicas (MORTATTI et al., 2002). Os elementos traços são particularmente preocupantes devido a sua persistência ambiental. A contaminação ou poluição do ecossistema por elementos traços é um problema mundial, pois estes elementos não são degradáveis no ambiente e têm efeitos tóxicos sobre os organismos vivos quando excedem o limite de concentração (RAJU et al., 2012). Segundo Alloway e Ayres (1997), a agricultura é uma das maiores fontes não pontuais de poluição por elementos traços, sendo as fontes principais as impurezas em fertilizantes (As, Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn), os pesticidas (Cu, As, Hg, Pb, Mn, Zn), os preservativos de madeiras (As, Cu, Cr) e os dejetos de produção de aves e porcos (Cu, Zn). Muitas metodologias foram desenvolvidas para avaliar os riscos ecológicos dos elementos traços. No entanto, a maioria delas é adequada apenas para a avaliação de um único contaminante (por exemplo, o método de índice de geoacumulação e o fator de enriquecimento). Na realidade, muitos tipos de elementos traços acumulam-se simultaneamente e causam poluição combinada. Para abordar isso, Hakanson (1980) desenvolveu o índice de potencial risco ecológico, introduzindo um fator de resposta tóxica para uma determinada substância e podendo ser usado para avaliar o risco combinado para um sistema ecológico (SOLIMAN et al., 2015). Recentemente alguns trabalhos estão sendo desenvolvidos para o estudo do risco ecológico de elementos traços em diversos ambientes, pois tem se tornado uma grande preocupação da comunidade científica mundial no que diz respeito a viabilidade de determinadas localidades. Por exemplo, Chen et al. (2015) tratam do risco ecológico em um dos maiores rios da China enquanto que Soliman et al. (2015) tratam do risco ecológico potencial na Costa Mediterrânea do Egito. O Rio São Francisco é um dos sistemas hídricos de maior importância do Brasil, com um total de 2863 km de extensão, sendo que sua região hidrográfica abrange cinco estados: Minas Gerais, Bahia, Pernambuco, Alagoas e Sergipe. Esse rio abastece com água, alimento e inclusive energia (sua extensão dispõe de seis usinas hidrelétricas), tornando-se importante uma avaliação do risco ecológico em função dos elementos traços acumulados nesse ambiente. A região estudada foi o baixo curso do rio São Francisco entre os estados de Sergipe e Alagoas, posto que em pesquisas preliminares não fossem encontrados trabalhos científicos voltados a essa questão nessa área. O presente trabalho tem o objetivo apresentar as avaliações dos níveis de risco ecológico potenciais em função de alguns elementos traços (Chumbo, Cádmio, Cromo, Cobre, Zinco e Níquel) de 2014-2016, em sedimentos superficiais no baixo curso do rio São Francisco.

Material e métodos

Amostras foram coletadas em quatro estações: Pão de Açúcar-AL (9º45’33,7”S e 37º24’43,5”W), Niterói-SE (9°45’752”S e 37°25’640”W) Traipu-AL (9°58’376”S e 36°59’589”W), Gararu-SE (9º58’50,0”S e 37º0’48,7”W), Xinaré-AL (10°16’092”S e 36°42’178”W), Pindoba-SE (10º16’41,0”S e 36º42’20,5”W), Croa dos patos-AL (10°24’820”S e 36°32’393”W) e Ilha das Flores-SE (10º24’40,7”S e 36º33’59,8”W). As amostras de sedimento foram submetidas ao procedimento de digestão seguindo o método EPA-3051a modificado. Cerca de 350 mg de cada amostra de sedimento liofilizado foi digerida parcialmente com 10 mL de HNO3 PA Merck, sob radiação assistida por micro-ondas com cavidade, modelo ETHOS EZ (Milestone, Sorisole, Itália). O sistema tem capacidade para 10 frascos de 100 mL confeccionados em TMF (politetrafluoretileno (PTFE) modificado). Para descontaminação, os frascos de TMF foram aquecidos em estufa por um período de 4 horas a 180 °C, sendo em seguida colocados em banho de ácido nítrico (HNO3 10% v/v), por 24 horas. Para a determinação de elementos traços foi empregado um espectrômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado simultâneo com visão axial (PerkinElmer, Modelo Optima 7300DV), com tocha de quartzo de corpo único, rede Echelle e detector de estado sólido com arranjo CCD (Charge Coupled Device). O sistema de introdução de amostras é constituído por uma câmara de nebulização do tipo Scott – Ciclônica de duplo passo e um nebulizador concêntrico Mira Mist. A curva analítica foi preparada a partir de solução multielementar, com concentração de 30 mg L-1 dos elementos, com faixa de trabalho de 0,020 e 20 mg L-1. As curvas foram preparadas em meio ácido, na mesma concentração das amostras digeridas.

Resultado e discussão

O índice de risco ecológico potencial pode ser usado como uma ferramenta de diagnóstico para fins de controle de poluição da água (HAKANSON, 1980). O cálculo foi feito utilizando valores background segundo Trindade et al. (2012). De acordo com esse método, o fator de risco ecológico potencial, Eir, trata de cada analito individualmente; já o índice de risco ecológico potencial, RI, leva em consideração todos os elementos tratados em um único valor. Para tal, seguem as equações usadas: Cif = Cis / Cin (1) Eir = Tir x Cif (2) Ri = ∑n i-1 Eir (3) Onde Cif é o coeficiente de poluição de um único elemento “i”; Cis é a concentração medida de cada analito “i” na amostra sedimentar; Cin é o valor de background associado a cada analito “i”; Tir é o fator de resposta tóxica para o cada analito “i”. O fator de resposta tóxica para Pb, Cd, Cr, Cu, Zn e Ni são 5, 30, 2, 5, 1 e 5 respectivamente (HAKANSON, 1980). A Tabela A traz os valores de background retirados de Trindade et al. (2012) que foram usados nesses cálculos. A Tabela B apresenta os resultados dos cálculos de RI para cada localidade referente ao ano de amostragem. A Tabela C mostra os resultados calculados para Eir para cada localidade e ano de amostragem. De acordo com Hakanson (1980) são estabelecidos os seguintes intervalos para valores de Eir: Eir < 40, baixo risco ecológico; 40 ≤ Eir < 80, risco ecológico moderado; 80 ≤ Eir < 160, considerável risco ecológico; 160 ≤ Eir < 320, alto risco ecológio; Eir > 320, risco ecológico significativamente alto. Já os intervalos estabelecidos para RI são: RI < 150, baixo risco ecológico; 150 < RI < 300, risco ecológico moderado; 300 < RI < 600, alto risco ecológico e RI ≥ 600, risco ecológico significativamente alto. O método RI abrange uma variedade de domínios de pesquisa, ou seja, toxicologia biológica, química ambiental, bem como a ecologia e pode avaliar os riscos ecológicos causados por elementos traços de forma abrangente (SOLIMAN et al., 2015). De acordo com os valores calculados de RI apresentados na Tabela B, todas as localidades em estudo apresentaram índice de risco ecológico potencial alarmante, em especial no ano de 2016, quando quatro localidades (Niterói- SE, Xinaré-AL, Croa dos Patos-AL e Ilha das Flores-SE) apresentaram risco ecológico significativamente alto. O sedimento da localidade de Ilha das Flores-SE apresentou esse nível de risco ecológico nos três anos estudados. Observados os valores de Eir calculados para as diferentes localidades nos diferentes anos, pode-se perceber que os dois elementos encontrados oferecem maior risco ecológico são o Chumbo e o Cádmio. Os outros elementos traços, Ni, Cu, Cr e Zn representam baixo risco ecológico para todas as localidades e em todos os anos amostrados.

A)Valores background para os analitos em sedimentos; B)Valores calculados para o RI dos analitos em sedimentos do baixo curso do rio São Francisco


Valores calculados para o fator de risco ecológico potencial nos sedimentos superficiais no baixo curso do rio São Francisco.

Conclusões

O risco ecológico calculado mostra que essa região do rio merece atenção especial para esses contaminantes, já que são substâncias que, em concentrações elevadas, podem causar efeitos adversos à biota. As altas concentrações encontradas para alguns elementos traços, em especial Cádmio e Chumbo, em amostras de sedimentos superficiais da região do baixo curso do rio São Francisco, podem ser associadas a atividades referentes à agricultura, uma das principais fontes não pontuais de poluição de corpos hídricos por elementos traços, os quais podem estar contidos como impurezas em fertilizantes, pesticidas e outras fontes de contaminação. Com a redução da vazão de 2014 para 2016, é possível observar que há uma relação entre o aumento ou diminuição das concentrações de cada metal, a depender da localidade. Em Croa dos Patos-AL e Ilha das Flores-SE, regiões mais baixas do rio, é possível perceber que a diminuição da vazão acompanha o aumento da concentração de quase todos os analitos. Ficou evidente que a redução da vazão excerce influência sobre as características geoquímicas do sedimento, por exemplo, aumento de frações finas compostas por silte e argila com incorporação de matéria orgânica, mudança de processos físico-químicos decorrente da elevação do pH e alteração dos níveis de metais em relação a valores provocada por lixiviação de zonas de agronegócio. As mais altas concentrações registradas de elementos traços ocorreram na maioria dos casos associadas a vazões mais baixas, em locais cujo sedimento é composto principalmente de silte e argila, favorecendo a adsorção dos mesmos.

Agradecimentos

CNPq, LAQUAM, IFBA Campus Salvador, IFAL Campus Penedo

Referências

1. ALLOWAY, B. J.; AYRES, D. C. Chemical Principles of Environmental Pollution. Holanda:Springer Netherlands. 2ª edição, 1997.
2. CHEN, H; CHEN, R; TENG, Y; WU, J. Contamination characteristics, ecological risk and source identification of trace metals in sediments of the Le’an River (China). Ecotoxicology and Environmental Safety, v. 125, p. 85-92, 2015.
3. HAKANSON, L. An ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Water Research, vol. 14, p. 975-1001, 1980.
4. MORTATTI, J.; BERNARDES, M. C.; PROBST, J. L.; LELEYTER-REINERT, L. Composição química dos sedimentos fluviais em suspensão na bacia do rio Piracicaba: extração seletiva de elementos traço. Geochimica Brasiliensis, v. 16, n. 2, p. 123-141, 2002.
5. RAJU, K. V.; SOMASHEKAR, R. K.; PRAKASH, K. L. Heavy metal status of sediment in river Cauvery. Environ Monit Assess, v.184, p. 361–373, 2012.
6. SOLIMAN, N. F.; NASR, S. M.; OKBAH, M. A. Potential ecological risk of heavy metals in sediments from the Mediterranean coast, Egypt. Journal of Environmental Health Science & Engineering, p. 1-12, 2015
7. TRINDADE, W. M.; HORN, A. H.; RIBEIRO, E. V.. Concentrações de metais pesados em sedimentos do rio São Francisco entre Três Marias e Piraporanga-MG: Geoquímica e classificação de risco Ambiental. Genomos, v. 20, n° 1, p. 64 – 75, 2012.