EXTRAÇÃO SEQUENCIAL (BCR) EM SEDIMENTOS DE FUNDO NO
LAGO PARANOÁ – BRASÍLIA – DF
Derlayne F. Dias*1,2 (D), Jérémie Garnier1,2 Henrique L. Roig 1, Álvaro X. Ferreira1,2,Marie-Paule Bonnet2,3, Patrick Seyler2,4
1 Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, DF, Brazil, derlayne@gmail.com
2 Joint International Laboratory LMI OCE “Observatory of Environmental Change”, UnB/IRD, Brasilia, DF, Brazil 3 French National Research Institute for Sustainable Development (IRD) – UMR Espace-DEV, University of
Montpellier, France
4 HydroSciences Montpellier - UMR 5569, University of Montpellier, France
Resumo: Na bacia hidrográfica do lago Paranoá está localizada uma das principais manchas urbanas do Distrito Federal
- DF, situada na unidade hidrográfica Riacho Fundo, a qual, consequentemente, é a principal fonte de sedimentos que deságua no referido lago. Desde a construção do DF, a urbanização atingiu mais de 60% da área total. Deste modo, o braço do Riacho Fundo é caracterizado por um assoreamento acentuado. Além deste problema físico, desde a inauguração da ETE-Sul em 1961esse braço apresenta altos índices de eutrofização de maneira recorrente. Neste contexto, é importante compreender a geoquímica dos sedimentos, uma vez que estes podem desempenhar diferentes funções dependendo das condições biofísico-químicas do ambiente. Este estudo tem como objetivo determinar a especiação química de sedimentos no braço Riacho Fundo do Lago Paranoá por extração sequencial (protocolo BCR). Os resultados demonstram que urbanização altera a composição química dos sedimentos. Ademais, uma fração de metais como Zn, Cu, Zn e Pb nos sedimentos está associada aos oxido-hidróxidos e/ou a fase orgânica, podendo ser liberados para a água superficial durante a diagênese precoce e as reações de oxido-redução associadas.
Palavras-Chave – Lago artificial urbano, composição química, especiação química, protocolo BCR.
Sequential extraction (BCR) in bottom sediments of Lago Paranoá – Brasília - DF .
Abstract: Paranoá Lake is surrounded by urban areas and presents silting and rates of eutrophication. This study aims
to determine the chemical speciation of sediments in Riacho Fundo branch by sequential extraction. The results show that urbanization changes the chemical composition of the sediments.
Keywords: Artificial urban lake, chemical composition, chemical speciation, BCR protocol.
Introdução
Corpos hídricos urbanos são suscetíveis à degradação ambiental devido às alterações antrópicas que acontecem na bacia hidrográfica que os circundam como, por exemplo: construções, circulação urbana, abastecimento hídrico, geração de energia elétrica, etc. (Tucci, 2008; Tundisi, 2008). A qualidade de água de um reservatório urbano está diretamente relacionada com as condições naturais e antrópicas da região, que incluem as características físicas, químicas e biológicas e também o uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica. (Lyons & Harmon, 2012).
Devido aos processos de ocupação das margens e consequente erosão dos solos ocorre o aumento do escoamento superficial promovendo maior entrada de poluentes e sedimentos no corpo hídrico receptor à jusante. Sedimentos são uma importante fonte de entrada de elementos químicos nos corpos hídricos. Embora pouco estudados no quesito qualidade da água, estes podem promover
poluição hídrica pela liberação de elementos e poluentes adsorvidos às partículas de sedimentos, para a coluna d’água (Tessier & Campbell, 1987; Brown Jr. & Calas, 2011; Rigaud et al., 2013).
Assim, este estudo tem como objetivo determinar a composição química, mineralógica e a especiação química de elementos nos sedimentos no braço Riacho Fundo do Lago Paranoá em três pontos em relação as suas principais fontes de contribuição antrópica, bem como o comportamento geoquímico dos principais elementos no perfil de sedimentos. Esse ponto é considerado um dos mais poluído e assoreado do Lago, pois recebe considerável contribuição de materiais em suspensão e elementos adsorvidos e dissolvidos provenientes do processo acelerado de urbanização.
Materiais e Métodos Área de Estudo
A área de estudo está inserida na bacia hidrográfica do Lago Paranoá, localizada na região central do Distrito Federal (Figura 1). O braço que recebe as águas do Riacho Fundo é circundo por uma região que muitas vezes não dispõe de saneamento básico adequado e, por conseguinte contribui no lançamento de poluentes na rede de drenagem. Outra potencial fonte poluidora é o despejo de efluentes da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE – Sul) que apesar da remoção biológica de nutrientes pelo tratamento terciário contribui no aporte de elementos e carbono dissolvido e particulado do lago.
Amostragem
Os perfis de sedimentos foram coletados no Lago Paranoá em tubos de polietileno com Piston Corer com profundidade variando de 20 a 50 cm. A amostragem foi realizada nos meses de abril e setembro de 2015. Foram escolhidos dois pontos para amostragem, um próximo ao local onde é feito o despejo de efluente tratado pela estação de tratamento de esgoto – ETE-Sul (BRF1), outro localizado na foz do Riacho Fundo (BRF3).
Após a coleta as amostras foram levadas para o laboratório de Geoquímica da Universidade de Brasília (UnB) para tratamento e análises. Os perfis dos três pontos foram fatiados em seções horizontais considerando as variações de características físicas tais como cor, granulometria e textura do perfil de sedimento ao longo da profundidade. As amostras foram secas em estufa a 50°C e peneirados a 2 mm.
Análises
A extração sequencial foi realizada segundo o procedimento padronizado pela instituição europeia Bureau Communautaire de Référence (BCR) (Ure et al., 1993), modificado (Mossop & Davidson, 2003), na qual foram utilizados agentes oxidantes em quatro etapas para análise dos elementos nas fases: trocável (CH3COOH) - para determinação de espécies solúveis e carbonatos; reduzível (HONH2·HCl) - para determinação de óxidos de ferro e manganês; oxidável (H2O2) - para determinação de matéria orgânica e sulfetos; e residual (HF, HNO3 + 3HCl) - para dissolver metais retidos na estrutura cristalina do mineral.
A composição das soluções de extrações foi determinada por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado ICP – OES (Spectro Ciros Vision), na qual foram obtidos os elementos Al, Fe, Cu, Zn, Cr, Mn e Pb. Foi realizado controle por meio de padrão interno com repetição e erro < 5%.
Resultados e Discussão
Para fins de comparação da partição sólida dos sedimentos dos pontos BRF1 e BRF3 serão considerados como “primeiros centímetros” a primeira amostra do ponto BRF1 e as quatro primeiras amostras do ponto BRF3 (Figura 2).
No ponto BRF1, a concentração de Zn e Cu é nitidamente mais alta que no ponto BRF3. A concentração total de Zn aumenta com a profundidade para o ponto BRF1 e diminui levemente para o ponto BRF3 (Figura 2c). Nos primeiros centímetros, o Zn tem fração em massa de 13 mg kg-1 e 9 mg kg-1 na fase trocável para os pontos BRF1 e BRF3, respectivamente, esta fração aumenta consideravelmente com a profundidade nos sedimentos BRF1. Na fase reduzível tem 9 mg kg-1 para ambos os pontos. Na fase oxidável, o Zn apresenta concentração de 10 mg kg-1 no ponto BRF1 e 12 mg kg-1 no ponto BRF3. Estes resultados mostram uma forte afinidade de Zn com os oxido-hidróxidos e a matéria orgânica. O Cu (Figura 2d) apresenta forte afinidade com compostos orgânicos no BRF1, com fração em massa de 80 mg kg-1 na fase oxidável na parte mais profunda do ponto BRF1, e 9 mg kg-1 no BRF3. A fração do Cu associado à fase reduzível é limitada com concentração máxima de 3 mg kg-1 nos primeiros centímetros do ponto BRF1.
A concentração total de Pb aumenta com a profundidade no ponto BRF1 e diminui relativamente no BRF3. Nos dois pontos, a maior parte da fração em massa do Pb se encontra associado à fase residual com fração em massa respectivamente de 146 mg kg-1e 74 mg kg-1 do Pb. Cerca de 10 mg kg-1 do Pb está associada à fase oxidável em ambos os pontos. A concentração nas fases trocável e reduzível estão em torno de 2 mg kg-1. Da mesma forma, o Cr foi encontrado associado principalmente à fase residual. Sendo que cerca de 20 mg kg-1 de Cr está associado à fase oxidável em ambos os pontos.
A concentração total de Mn aumenta com a profundidade para o ponto BRF1 e diminuição para o ponto BRF3. O Mn (Figura 2a) tem cerca de 50 mg kg-1 da fração em massa associado a fase trocável nos primeiros centímetros. Há também em torno de 5 mg kg-1 na fase reduzível associada ao oxido-hidróxido de Mn em ambos os pontos. Além, a fase oxidável tem em torno de 3 mg kg-1 no ponto BRF1 e 4 mg kg-1 no ponto BRF3, nos primeiros centímetros. Diferentemente, nos dois pontos a maior parte da fração em massa do Fe, cerca de 4,0E+04 mg kg-1, está associado à fase residual (Figura 2b). Contudo, apenas 1,4E+03 mg kg-1 do Fe está na fase reduzível. Os resultados mostram que uma grande parte de Mn se encontra trocável e que apenas uma pequena fase de Mn e Fe se encontra reduzível, contudo potencialmente importante na dinâmica de outros elementos que está na forma de oxido-hidróxidos.
Fig. 2 Distribuição relativa da concentração total nas fases trocável, reduzível, oxidável e residual da extração sequencial nos perfis de sedimentos dos pontos BRF1 e BRF3
Conclusões
Os sedimentos do braço Riacho Fundo do Lago Paranoá demostram algumas peculiaridades e assinatura características das alterações antrópicas. Elas são evidenciadas de acordo com fontes específicas do material depositado no lago, como é o caso do Riacho Fundo que leva para o Lago
características da Unidade Hidrográfica que tem o uso e ocupação do solo marcado por grandes áreas urbanas e agrícolas. Da mesma forma os sedimentos da ETE-Sul que se caracterizam pela maior quantidade de matéria orgânica, metais e elementos provenientes do despejo de efluente tratado.
Os resultados das extrações sequenciais dos sedimentos mostram que uma parte importante dos metais está associado à fase residual e assim dentre a matriz mineral de origem natural e com baixa mobilidade (Tessier & Campbell, 1987; Audry et al., 2006). Uma quantidade importante de Mn e Zn estão na fase trocável e, portanto estão potencialmente móveis e disponíveis. Por fim uma fração significativa de metais tais como Zn, Cu, Zn e Pb está associada aos oxido-hidróxidos e à fase oxidável e podem assim, mudar de especiação sólida durante as reações de oxido-redução que ocorre nos primeiros centímetros de sedimentos associado à diagênese precoce (Rigaud et al., 2013; Tapia & Audry, 2013).
Referências Bibliográficas
Audry, S., Blanc, G., Schafer, J. 2006. “Solid state partitioning of trace metals in suspended particulate matter from a river system affected by smelting-waste drainage”. Science of the Total Environment 363 216– 236.
Brown, G. E., And Calas, G. 2011. “Environmental Mineralogy – Understanding Element Behavior in Ecosystems”. Comptes Rendus Geoscience 343 (2-3). Academie des sciences: 90–112. doi:10.1016/j.crte.2010.12.005.
Lyons, W. B. & Harmon, R. S. 2012. “Why urban geochemistry?”. Elements, vol.. 8, PP. 417–422. Rigaud, S., Radakovitch, O., Couture, R. M., Deflandre, B., Cossa, D., Garnier, C., and Garnier, J. M. 2013. “Mobility and Fluxes of Trace Elements and Nutrients at the Sediment-Water Interface of a Lagoon under Contrasting Water Column Oxygenation Conditions”. Applied Geochemistry 31: 35–51. doi:10.1016/j.apgeochem.2012.12.003.
Tapia, J., Audry, S. 2013. “Control of early diagenesis processes on trace metal (Cu, Zn, Cd, Pb and U) and metalloid (As, Sb) behaviors in mining- and smelting-impacted lacustrine environments of the Bolivian Altiplano”. Applied Geochemistry 31 (2013) 60–78
Tessier, A. & Campbell, P. G. C. 1987. “Partitioning of trace metals in sediments: Relationships with bioavailability”. Hydrobiologia 149:43-52.
Tucci, C. E. M. 2008. “Águas urbanas. Estudos avançados”, v.22, n.63, p.1-16.
Tundisi, J. G. et al. “Conservação e uso sustentável de recursos hídricos”. In: BARBOSA, F. A. (Org.) Ângulos da água: desafios da integração. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2008. p.157-83 Ure, A. M., Quevauviller, Ph., Muntau, H. & Griepink, B. (1993) “Speciation of Heavy Metals in Soils and Sediments. An Account of the Improvement and Harmonization of Extraction Techniques Undertaken Under the Auspices of the BCR of the Commission of the European Communities”. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 51:1-4, 135-151, DOI: 10.1080/03067319308027619
