RESUMO Este trabalho apresenta um estudo da dinâmica ambiental dos elementos manganês e mercúrio nos diversos compartimentos abióticos, ar, água e sedimentos, na microbacia do arroio Araçá, localizado no município de Canoas, integrante da Região Metropolitana de Porto Alegre. Ao mesmo tempo, se procura relacionar esta dinâmica com a ação antrópica, com fatores físico-químicos e climáticos, bem como o repasse destes elementos para organismos vivos, através do estudo das concentrações de manganês e mercúrio em exemplares da macrófita aquática Tripogandra diurética, coletados em cada ponto de coleta de amostras abióticas. IX-Prochnow-Brasil-1 CIRCULAÇÃO DOS ELEMENTOS MANGANÊS E MERCÚRIO NOS COMPARTIMENTOS ABIÓTICOS E SUA INTERFERÊNCIA EM MACRÓFITAS MARGINAIS NA BACIA DO ARROIO ARAÇÁ, RIO GRANDE DO SUL, BRASIL Tania Renata Prochnow Doutor em Ecologia (Universidade Federal do Rio Grande do Sul), Professora da Universidade Luterana do Brasil, Departamento de Química, coordenadora dos Laboratórios da ULBRA, Campus Canoas, Rs,Brasil. Nos últimos 5 anos publicou 30 trabalhos e 39 resumos, todos relacionados com a área ambiental. Emerson Alberto Prochnow Mestre em Geociências pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, professor da Universidade Luterana do Brasil, Canoas, RS, Brasil, Departamento de Química e do Curso de Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho. Nos últimos 5 anos publicou 17 trabalhos e 35 resumos nas áreas: ambiental, analítica e segurança ocupacional. Bernardo Liberman Doutor em Física pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Professor da Universidade Luterana do Brasil, Canoas, Brasil e pesquisador do Programa de Pós Graduação de Engenharia: Energia, Ambiente e Materiais dessa Universidade. Nos últimos 5 anos publicou 44 trabalhos e 25 resumos relacionados com a área ambiental. Endereço: Universidade Luterana do Brasil - ULBRA - Programa de Pós Graduação de Engenharia: Energia, Ambiente e Materiais. Prédio 11, sala 229 - Av. Farroupilha, 8001, Bairro São José, CEP 92425- 900. Canoas, RS, Brasil. Tel.: (51) 34779285. Fax: (51) 34771313 e-mail: [email protected] ou [email protected] RESUMO Este trabalho apresenta um estudo da dinâmica ambiental dos elementos manganês e mercúrio nos diversos compartimentos abióticos, ar, água e sedimentos, na microbacia do arroio Araçá, localizado no município de Canoas, integrante da Região Metropolitana de Porto Alegre. Ao mesmo tempo, se procura relacionar esta dinâmica com a ação antrópica, com fatores físico-químicos e climáticos, bem como o repasse destes elementos para organismos vivos, através do estudo das concentrações de manganês e mercúrio em exemplares da macrófita aquática Tripogandra diurética, coletados em cada ponto de coleta de amostras abióticas. Palavras chave: Impacto ambiental, micro bacia hidrográfica, manganês, mercúrio INTRODUÇÃO A cidade de Canoas, além de possuir um intenso tráfego, tanto nas rodovias que a cortam, como nas principais avenidas, recebe ainda as emissões de indústrias localizadas em sua região metropolitana. O município de Canoas, conta com mais de 1000 indústrias, e é dividido pela rodovia federal BR 116 que se caracteriza por um intenso fluxo de veículos. Apesar disto, a poluição em sua atmosfera não foi ainda devidamente caracterizada. O Arroio Araçá é o único arroio que tem toda a sua microbacia integralmente localizada no município de Canoas, sendo que, na maior parte do seu curso, passa por área urbana, onde são realizadas as mais diversas atividades que caracterizam este tipo de ocupação, gerando uma grande diversidade de efluentes líquidos e resíduos sólidos que contaminam suas águas. Sua nascente principal está localizada junto a um recente conjunto residencial, a leste da cidade. O curso do arroio passa pelo perímetro urbano e, após, percorre uma pequena área agrícola do município que abastece com seus produtos parte da Grande Porto Alegre. No seu trecho final, o leito do Araçá sofreu alterações com as freqüentes dragagens realizadas para sua limpeza, bem como pela construção de dique de contenção de cheias. Também nesta área o Arroio Araçá está sendo utilizado como via de esgoto natural, sem tratamento, carregando consigo uma grande quantidade de detritos sólidos e poluentes diversos, como esgoto doméstico, industrial, agrícola e, também, resíduos animais. Este trecho final está localizado na área do Parque Estadual do Delta do Jacuí. Ali se estabeleceu uma população invasora que vive principalmente do aproveitamento do lixo urbano e da criação clandestina de animais, causando obstrução parcial deste trecho do arroio, dificultando a vazão normal de suas águas. Com este elevado grau de contaminação, o Arroio Araçá lança suas águas no Arroio das Garças, formando uma pluma negra, alterando a qualidade das águas do mais importante manancial para o município de Canoas, também utilizado para abastecer parcialmente o vizinho município de Alvorada. No seu curso, o Arroio das Garças carrega os poluentes lançados pelo Arroio Araçá até o Guaíba. A foz do Arroio Araçá está situada a aproximadamente 400 m a montante do ponto de captação de águas do município. O estudo da presença do metal manganês no ar, na água, no sedimento e em macrófitas aquáticas na região da bacia do Arroio Araçá foi motivado devido às altas concentrações verificadas na atmosfera em estudo realizado em 2000 (PROCHNOW et al) na área central do arroio. O valor médio encontrado para a concentração de manganês foi de 1,2 g/m3, sendo que a Organização Mundial da Saúde considera 0,15 g/m3 como o limite permitido de exposição ao manganês no ar. A fonte destas altas concentrações deste elemento na região pode ser relacionada com as emissões veiculares que, segundo SELINUS et al (2005), são fontes deste elemento em áreas urbanas. O manganês é um elemento essencial ao organismo humano, atuando em uma série de enzimas envolvidas no metabolismo de carbohidratos. Apesar de ser um elemento de baixa toxidez, o incremento de concentrações em tecidos pode causar efeitos tóxicos no cérebro e no pulmão, levando ao aparecimento de tosse e bronquite (AZEVEDO & CHASIN,2003). O principal efeito bioquímico do manganês é no metabolismo de várias substâncias neuro transmissoras como a dopamina. Ao longo do tempo, seus efeitos negativos, principalmente em faixas etárias mais avançadas, são relacionadas com o mal de Parkinson (SELINUS et al, 2005). Em águas continentais, a principal fonte de contaminação de manganês está relacionada ao esgoto e a descartes industriais. Em pH ácido, o manganês encontra-se livre, com grande facilidade de circulação ambiental, podendo contaminar também águas subterrâneas. Na faixa de pH 4 a 7, encontra-se em formas menos oxidadas e está relacionado aos efeitos tóxicos em peixes e à proliferação de algas. Observam-se, geralmente, variações sazonais deste elemento em águas, com tendência a redução de suas concentrações no período de inverno.Em solos e sedimentos, a concentração média do manganês é de 330 mg/kg, encontrando-se principalmente na fração arenosa. Em áreas de pouca drenagem, o conteúdo deste elemento nos sedimentos tende a aumentar (MARTINS & LIMA, 2001). Em pequenas concentrações, o manganês é um elemento essencial para os organismos vivos, estando associado aos sítios de maior atividade metabólica, acumulando-se nas mitocôndrias. Está presente na clorofila, podendo ser encontrado nos vegetais em concentrações que variam de 50 a 1000 g/g. Participa na síntese de ácidos graxos (ALLEN, 1974; BOWEN, 1979; STILING, 1999, SHAW, 1989). A presença significativa de mercúrio, no trabalho realizado em 2000, que não é um metal com abundância natural do solo da região, também motivou o estudo de sua presença na bacia do Arroio Araçá. O mercúrio é encontrado especialmente em peixes, na forma de metil mercúrio, mas também pode ser inalado do ar. É um elemento reconhecidamente tóxico, caracterizando-se principalmente por provocar desordens neuroniais. Exposições contínuas (crônicas) a baixas concentrações de mercúrio resultam em hipertensão (SELINUS et al, 2005). Combustíveis fósseis também estão associados ao mercúrio, como por exemplo, o carvão do sul do Brasil, que tem em média 0,28 ppm do elemento (AZEVEDO, 2003). O mercúrio está também presente, em concentrações variáveis, no petróleo. Em função disto, sua presença na atmosfera está também associada ao transporte veicular. A fabricação de cimento e fosfatos também contribui para esta contaminação atmosférica (apud AZEVEDO, 2003). Indústrias de cloroalcali também contribuem nas concentrações atmosféricas do mercúrio (MAKHOLM e BENNETT, 1998). No hemisfério Norte, sua concentração média na atmosfera é estimada em 2ng/m3, e no hemisfério Sul, inferior a 1ng/m3, mas em áreas urbanas ocorre grande variabilidade nestas concentrações, sendo encontrado em até 67ng/m3, com médias de 11,2ng/m3, no Japão (Azevedo, 2003). A FUNASA adota como padrão de mercúrio no ar a média aritmética de 1 g/m3, no período de 1 ano (AZEVEDO e CHASSIN, 2003).O mercúrio atmosférico pode ser captado pela massa foliar e acumulado em concentrações entre 0,005 a 0,1 g/g (ALLEN, 1974; BOWEN, 1979; AZEVEDO, 2003). SHAW, 1989, estende esta faixa para até 1,6 g/g para liquens. Junto a esse estudo, também foram realizadas avaliações sazonais de variáveis físicoquímicas de águas e sedimentos, associados a parâmetros climáticos. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é o de avaliar a qualidade ambiental da microbacia do Arroio Araçá, estudando a presença dos metais manganês e mercúrio nos compartimentos abióticos do arroio e verificando possíveis interferências desses metais em macrófitas. METODOLOGIA E ATIVIDADES DESENVOLVIDAS As análises das concentrações de partículas totais em suspensão (PTS) foram efetuadas na proximidade da nascente, na área central do município e junto à foz. As amostras de partículas em suspensão atmosférica foram coletadas com amostradores de grandes volumes HI-VOL- TPS, da Energética, segundo a resolução 003/90 do CONAMA. Ao longo da extensão do Arroio Araçá, desde a nascente até a sua foz, foram definidos cinco pontos de coleta para amostras de macrófitas marginais, água e sedimento. Além destes, foram ainda estabelecidos mais dois pontos, um a montante (ponto 6) e outro a jusante (ponto 7) da foz do Araçá, localizados no Arroio das Garças, corpo receptor do Araçá. As amostras de água foram coletadas em garrafas plásticas, previamente limpas. Para análise de metais, os frascos foram deixados de molho por 24 horas em solução 0,1M de ácido nítrico. Todas as amostras de sedimento superficial de fundo foram coletadas com o amostrador Brand e mantidas sob refrigeração até o processamento. As macrófitas aquáticas foram coletadas em cada ponto amostral e armazenadas para transporte em sacos plásticos. No laboratório foi determinado o seu peso fresco e o seu peso seco. Além dos elementos manganês e mercúrio, foram realizadas análises de parâmetros físicoquímicos nas amostras de água, tais como: oxigênio dissolvido, pH, alcalinidade, matéria orgânica, dureza, e outras, para estudos de interferentes na dinâmica ambiental dos dois metais. Nos sedimentos foram também determinados pH e nitrogênio. As análises das amostras de água foram realizadas conforme procedimento descrito por CETESB (1988). Para as análises dos metais, todas as amostras foram digeridas em sistema fechado, por microondas, e avolumadas a 100ml com água Milli-Q. Para a determinação de manganês e mercúrio total em sedimentos, as amostras foram submetidas à digestão enérgica com ácido nítrico, fluorídrico e clorídrico. As demais amostras sofreram digestões em meios nitro-clorídricos. As concentrações dos elementos foram determinadas com o uso do espectrofotômetro Perkin Elmer 4000, sendo utilizado o método de análise por chama para o manganês e de geração de hidretos para o mercúrio. RESULTADOS As figuras abaixo apresentam os resultados médios, máximos e mínimos das análises efetuadas. Figura 1 – Concentrações das PTS na atmosfera da micro bacia do arroio Araçá, em g/m3 3 μg/m 400 máximo 300 média mínimo 200 100 0 Nascente Centro pontos Foz Figura 2– Concentrações do Hg na atmosfera, em g/m3 de ar. 3 μg/m máximo 0,006 média 0,005 0,004 mínimo 0,003 0,002 0,001 0 Nascente Centro Foz Figura 3– Concentrações do Mn na atmosfera, em g/m3 de ar. μg/m3 0,35 Máximo 0,3 0,25 Médio Mínimo 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Nascente Centro Foz Figura 4- Concentrações de Hg na água, em g/L, inverno (I) e verão (V). Água Branda(I) μg/L Água Branda(V) 12 Água enérg.(I) Água enérg.(V) 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 pontos de coleta Figura 5 – Concentrações de Mn na água, em mg/L, inverno (I) e verão (V) Águas V.(branda) mg/l mg/l Águas V. (enérgica) mg/l 2 Águas I. (branda) mg/l 1,8 Águas I (enérgica) mg/l 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 2 3 4 5 6 7 pontos de coleta Figura 6– Concentrações de Hg no sedimento, em g/g, inverno (I) e verão (V). μ g/g 1,4 1,2 Sed.br. (I) Sed.br. (V) 1,0 Sed.enérg.(I) Sed.enérg.(V) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1 2 3 4 5 6 7 pontos de coleta Figura 7 – Concentrações de Mn no sedimento, em mg/g, inverno (I) e verão (V). mg/g Sedim. Branda (V) mg/g Sedim. enérg. (v) mg/g 0,6 Sedim. Branda (I) mg/g 0,5 Sedim. enérg. (I) mg/g 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1 2 3 4 5 pontos 6 7 Nos resultados para águas e sedimentos, a fração solúvel de cada elemento presente na amostra é indicada por “branda” e a concentração total, por “enérgica”, correspondente aos métodos de digestão empregados. Figura 8 – Concentrações de Hg nas macrófitas, em g/g de massa seca. μg/g 3 2 2 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 pontos de coleta Figura 9 – Concentrações de Mg nas macrófitas, em mg/g de massa seca. mg/g 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 pontos de coleta Os resultados das análises físico-químicas de águas e sedimentos, realizadas no período frio e no período quente, podem ser observados nas tabelas 1 e 2 a seguir. Tabela 1 – Parâmetros fisico-químicos da água e de sedimentos, outono - inverno 2005 Ponto(Inverno) Parâmetro/Local P1 Nascente T ar (°C) T água (°C) OD (mg/L) %O2 pH Água Matéria Orgânica (mg/l) Sólidos Totais (mg/l) pH sedimento 13.4 14.3 1.9 13 4.60 32.48 237.0 4.54 P2 P3 Vila C.C. Hércules Redentor 12.4 12.1 16.7 16.3 5.3 6.7 38 56 5.55 5.69 17.36 17.2 305.0 199.5 6.50 6.53 P4 BR 116 P5 Foz 11.5 16.4 4.3 34 6.05 16.71 229.5 6.25 10.1 13.5 4.2 32 5.93 17.2 208.5 6.70 P6 P7 Rio Sinos A. Garças Montante Jusante 8.4 10.1 14.6 15.9 4 4.3 30 34 5.37 5.62 12.32 15.9 131.0 112.5 6.25 5.70 Tabela 2 – Parâmetros fisico-químicos da água e de sedimentos, verão 2005 Ponto(Verão) Parâmetro/Local P1 Nascente P2 P3 Vila C.C. Hércules Redentor T ar (°C) 24,1 23,9 24,5 T água (°C) nd 21,1 21,6 OD (mg/L) nd 1,5 2,1 %O2 nd 15 20 pH Água nd 6,10 5,45 Matéria Orgânica (mg/l) nd 21,41 24,18 Sólidos Totais (mg/l) nd 283 258 pH sedimento 4,70 6,60 5,57 Nascente seca no período do verão P4 BR 116 P5 Foz 23,0 21,4 1,7 18 5,60 19,52 247,75 6,58 23,1 20,8 0,9 10 5,71 27,81 368,5 6,51 P6 P7 Rio Sinos A. Garças Montante Jusante 23,6 23,9 19,8 19,6 3,1 3,0 30 30 6,20 6,05 14,72 17,05 68,5 98 5,80 5,90 CONCLUSÕES Os resultados das análises físico- químicas identificaram diversas alterações ambientais ao longo do Arroio Araçá, que estão sendo provocadas por atividades industriais, domésticas ou agrícolas. As concentrações máximas de particulados totais em suspensão (280 g/m3 na área central, cortada pela BR116, avenidas urbanas e um sistema de elevadas, e 370 g/m3 junto à foz do arroio) ultrapassaram o padrão aceitável pela legislação (CONAMA 03/90)para a concentração média de 24 horas, de 240 g/m3. Nestes mesmos pontos, as concentrações médias anuais ultrapassaram o valor aceitável estabelecido de 80 g/m3. Também, as concentrações máximas de Mn no ar ultrapassaram o valor padrão de 0,15 g/m3. O intenso fluxo de veículos, conjugado à condições desfavoráveis de dispersão, proporcionam elevadas concentrações de partículas na atmosfera, com episódios de concentração superiores aos limites estabelecidos pelo CONAMA 03. Estas concentrações elevadas, por predominância dos ventos sudoeste, afetam também a qualidade do ar do trecho final da microbacia junto ao arroio das Garças. Junto à foz do arroio, as concentrações de Mn excederam, tanto no inverno como no verão, a concentração de 0,33mg/g, referenciada por MARTINS & LIMA (2001) como padrão para sedimentos. A presença do Mn na atmosfera é devida, principalmente, à atividade industrial ou à erosão do solo. Por precipitação, pode interferir na fauna bentônica e ser bioacumulado por algas de água doce (no caso do arroio), peixes e moluscos. As análises de mercúrio indicam que suas concentrações atmosféricas estão abaixo da média de 1 g/m3 estabelecido pela FUNASA (Fundação Nacional de Saúde). Porém, nas áreas da foz e da nascente, suas concentrações são maiores que na área urbana, relacionando a presença deste elemento com emissões biogênicas que ocorrem nestas áreas, ligadas com a presença de banhados. Em águas, as maiores concentrações do Hg foram encontradas na foz do arroio, mas são inferiores às concentrações do elemento no Rio dos Sinos (ponto a montante) e no Arroio das Garças (à jusante). O mercúrio total encontrado nos sedimentos do arroio foi inferior ao do Rio dos Sinos e do Arroio das Garças, mas o Hg disponível, no período de verão, apresentou concentrações maiores no sedimento do Arroio Araçá. Nas macrófitas, as concentrações de Hg foram maiores na foz, mas menores que nos pontos a montante e a jusante. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALLEN, S.E. - Chemical Analysis of Ecological Materials - Blackwell Scientific Publications Oxford, Inglaterra, 569p, 1974. 2. AZEVEDO,F.A. Toxicologia do mercúrio – RiMa/InterTox - São Paulo, SP, Brasil - 272p., 2003. 3. AZEVEDO,F.A.; CHASIN, A.A.M. – Metais - Gerenciamento da toxicidade – Ed.Atheneu/InterTox - São Paulo, SP, Brasil - 554p., 2003 4. BOWEN, H.J.M – Environmental Chemistry of the Elements - Academic Press, London, 333p., 1979. 5. COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL, (CETSB). Guia de Coleta e Preservação de Amostras de Água. São Paulo, CETESB, 150p, 1988. 6. CONAMA, Resolução n.03 do Conselho Nacional do Meio Ambiente – Brasília, DF, Brasil, 1990 7. MAKHOLM, M.M., BENNETT, J.P – Mercury accumulation in transplanted Hypogimnia physoides lichens downwind of Wisconsin chlor-alkali plant – Water, Air and Soil Pollution: 102 427-436. Kluwer Academic Publishers - Netherlands, 1998. 8. MARTINS & LIMA Ecotoxicologis do Manganês e seus compostos, Cadernos de referência ambiental, v.7, Salvador, BA. 2001. 9. PROCHNOW, T.R., LIBERMAN, B., OCÁCIA, G.C., TORRES, E.M., PROCHNOW, E.A, COIMBRA, M.A, - Desenvolvimento de metodologia analítica para a determinação qualitativa e quantitativa dos elementos constituintes das partículas totais (PTS) em suspensão atmosférica. In: Anais Congreso Interamericano de Ingenieria Sanitaria y Ambiental, Porto Alegre, 27, 9p, 2000. 10. SELINUS, OALLOWAY, B., TENO, J.A., FINKELMAM, R.B., FUGE, R., LINDH, U., SMEDLEY, P., Essencials of Medical Geology – Impacts of the Natural Environment on Public Health. Elsevier Academic Press, 812p., 2005. 11. SHAW, A.J. - Heavy metal tolerance in plants: Evolutionary aspects – CRC Press, Florida, USA, 355 p, 1989. 12. STILING, P.– Ecology, Theories and Applications. 3nd ed. Ed. Prentice Hall, NY, U.S.A. - 638p. , 1999. XXX CONGRESO DE LA ASOCIACIÓN INTERAMERICANA DE INGENIERÍA SANITARIA E AMBIENTAL (AIDIS) FORMULARIO PARA INSCRIPCIÓN DE TRABAJO TÉCNICO F2 Número de Registro (ver instrucciones en la convocatoria / reglamento): TEMA: IX Gestión Ambiental Pública: ordenamiento territorial, gestión costera, Evaluación de Impacto Ambiental, evaluación estratégica, educación ambiental, normas y estándares ambientales TÍTULO DEL TRABAJO CIRCULAÇÃO DOS ELEMENTOS MANGANÊS E MERCÚRIO NOS COMPARTIMENTOS ABIÓTICOS E SUA INTERFERÊNCIA EM MACRÓFITAS MARGINAIS NA BACIA DO ARROIO ARAÇÁ, RIO GRANDE DO SUL, BRASIL FORMA DE PRESENTACIÓN SOLICITADA (sujeta a decisión de AIDIS) Presentación Oral [ X] Autor(es) Marcar con * al principal 1.* Tania Renata Prochnow 2. Emerson Alberto Prochnow 3. Bernardo Liberman 4. 5. 6. Presentación Póster (Cartel) [ ] Institución o Empresa Universidade Luterana do Brasil- ULBRA, RS Universidade Luterana do Brasil- ULBRA, RS Universidade Luterana do Brasil- ULBRA, RS Equipo disponible para presentación oral: Proyector de laminas, proyector de datos (PowerPoint) y pantalla. Equipo disponible para presentación de póster (cartel): Painel con 1,20m de largura e 2,40m de altura. DIRECCIÓN PARA COMUNICACIÓN (autor principal) Nombre: Tania Renata Prochnow Institución o Empresa: Universidade Luterana do Brasil- ULBRA, RS Dirección: Av Farroupilha 8001 Barrio: São José Código Postal: 92425-900 Ciudad: Canoas Estado: Rio Grande do Sul País: Brasil Teléfono: 51 34779285 Fax: 51 34771313 E-mail: [email protected] Ou [email protected] COMPROMISOS DE LOS AUTORES Las instrucciones para la preparación del trabajo completo fueran seguidas por los autores para trabajos orales y para pósteres (carteles). X Si No Por lo menos un de los autores se compromete a asistir al Congreso con inscripción paga. Caso no se registre antes del 30 de septiembre de 2006, el trabajo será retirado del programa y del disco compacto (Memorias del Congreso). Si requiere que realice el trámite de pago de la inscripción antes de la fecha citada. Firma(s) de lo(s) autor(es) 1.Tania Renata Prochnow 4. 2.Emerson AlbertoProchnow 3. Bernardo Liberman Lugar: Canoas 5. 6. Fecha: 20 de setembro de 2006