UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS - UEA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CLIMA E AMBIENTE - CLIAMB
AVALIAÇÃO DOS ÍNDICES DE QUALIDADE DA ÁGUA E CONCENTRAÇÕES DE METAIS NO IGARAPÉ DO MINDU EM PERÍODO DE CHEIA E SECA
SARA KETHLEEN SOARES DE LOIOLA
Manaus, Amazonas 2022
AVALIAÇÃO DOS ÍNDICES DE QUALIDADE DA ÁGUA E CONCENTRAÇÕES DE METAIS NO IGARAPÉ DO MINDU EM PERÍODO DE CHEIA E SECA
Orientador: Dr. Sergio Duvoisin Junior.
Projeto de dissertação apresentado ao programa de Pós-Graduação em Clima e Ambiente do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) e Universidade do Estado do Amazonas (UEA), como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Clima e Ambiente.
Manaus, Amazonas 2022
L834a Loiola, Sara Kethleen Soares de
Avaliação dos Índices de Qualidade da Água e Concentrações de Metais no Igarapé do Mindu em Período de Cheia e Seca. / Sara Kethleen Soares de Loiola; orientador Sergio Duvoisin Junior; - Manaus:[s. l.], 2022.
5 MB
115 p. : il. color.
Dissertação (Mestrado - Programa de Pós Graduação em Clima e Ambiente.) - Coordenação do Programa de Pós-Graduação, INPA, 2022.
1. Igarapé do Mindu. 2. IQA. I. Duvoisin Junior, Sergio. II. Título CDD 592.05
Desenvolver a proposta deste trabalho não foi uma tarefa resultante apenas do esforço pessoal, muitas pessoas foram imprescindíveis para mim e, portanto, expresso aqui minha gratidão e agradecimentos.
Inicialmente, e, principalmente, expresso minha gratidão à Jeová Deus, por me proporcionar condições de estar realizando este trabalho.
Agradeço ao meu querido esposo, Márcio, por seu amor, demonstrados em apoio, incentivo, ajuda, e principalmente compreensão durante a realização deste trabalho.
Aos meus amados pais, Antonio e Rita, por sempre que possível me fornecerem apoio, incentivo e colo, sempre tão fundamentais.
Minha querida irmã Ana, por sempre me alegrar nos momentos difíceis juntamente com a Alice e o Heitor, e encontrar formas de ajudar sempre que possível. Minhas queridas Cissa, Cris e Karol, amadas irmãs, que mesmo distante me dão apoio e incentivo.
Aos diversos amigos de programa feitos nesse período, dentre eles meus queridos Anne Cristiny, Maria Juliana, Graciela Quevedo e Willy Hagi. Agradeço muito à minha querida amiga Claudia Rosa, por tornar possível que eu assistisse às aulas e me ausentasse da UEA. Agradeço muito à Emile e a Raquel, muito queridas por mim, que fizeram de tudo para possibilitar que eu me ausentasse da UEA e me dedicasse à esse projeto.
Um agradecimento especial à Aleyde Sales, mais que uma amiga, uma irmã, que me ajuda e me incentiva desde 2015, e que embarcou no CLIAMB comigo.
Agradeço a Equipe de Campo, Rafael, Clodoaldo e Messe, bem como a Silvana, pela ajuda preciosa com análise de metais, e aos alunos que atuaram quer em iniciação científica quer como voluntários.
Ao meu orientador, Dr Sergio Duvoisin Jr. Obrigada pelos conselhos, alguns puxões de orelha e acima de tudo pela paciência, sempre mostrando o melhor caminho para concluir o trabalho da melhor forma.
A professora Dra Cristine Machado, por nos disponibilizar meios de executarmos uma parte fundamental do nosso trabalho e, a ajuda do técnico Marcos Monteiro, e ao Laboratório de Métodos Espectroscópicos (Lamesp), bem como a Universidade Federal do Amazonas – UFAM.
A Universidade do Estado do Amazonas (UEA) bem como ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), por ofertarem o programa de Pós Graduação em Clima e Ambiente, a estrutura para o desenvolvimento da presente pesquisa, bem como a todo corpo docente que nos ajudou a entender um pouquinho do vasto campo das ciências que englobam Clima e Ambiente.
Gostaria de citar muitas outras pessoas por nome e expressar de forma individual minha gratidão, mas não haveria espaço nem palavras para tanto, de tal forma deixo meu agradecimento a todos que direta ou indiretamente me incentivaram, me apoiaram e me ajudaram, tanto durante a realização deste trabalho.
DEDICATÓRIA
Ao meu querido esposo e minha amada família e a todos que ajudaram até aqui.
“Quem ajuntou o vento na palma das mãos?
Quem embrulhou as águas em sua roupa?
Quem estabeleceu os confins da terra?
Qual é o nome Dele, se é que você sabe?”.
Provérbios 30:4.
O crescimento econômico que a capital amazonense experimentou, quer durante o ciclo da borracha, quer seguindo-se a implementação da zona franca de Manaus, promoveu uma rápida elevação da densidade populacional, gerando uma expansão da região urbanizada. Tal crescimento socioeconômico acarretou uma sobrecarga sobre o meio ambiente local, além da falta de políticas ambientais adequadas ao município por parte do poder público, o que incidiu em um processo gradativo de degradação dos corpos hídricos urbanos. A degradação das bacias urbanas do município acarretam prejuízos para a população e meio ambiente. Dentre as bacias urbanas, destaca-se a maior bacia hidrográfica, São Raimundo, que tem como igarapé principal o Mindu. Para avaliar a contaminação do igarapé do Mindu, utilizou-se o Índice de Qualidade de Águas – IQA, que contempla 9 parâmetros: oxigênio dissolvido, coliformes termotolerantes, potencial hidrogeniônico (pH), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total, fósforo total, temperatura, turbidez e sólidos totais. Coletou-se amostras de água em 5 pontos, em período chuvoso (fev/2020) e período seco (out/2020). Além disso, realizaram-se análises para verificar e quantificar a presença de 61 elementos metálicos de forma solúvel e/ou em suspensão em cinco pontos de coleta, durante 6 meses:
dezembro/2019, janeiro/2020 e fevereiro/2020 (período chuvoso) e junho/2020, julho/2020 e agosto/2020 (período seco). Dessa forma, os resultados, para período chuvoso, (fev/2020), classificaram o ponto 1 como BOM, os pontos 2, 3 e 4 como RUIM e o ponto 5 como BOM, e de forma geral o igarapé do Mindu foi classificado como ACEITÁVEL. Por sua vez, para o período seco (out/2020), classificou-se o ponto 1 como BOM, o ponto 2 RUIM, o ponto 3 PÉSSIMO, o ponto 4 RUIM, o ponto 5 ACEITÁVEL, e de forma geral o igarapé do Mindu classificou-se como RUIM. Por meio das análises de elementos metálicos, foi possível identificar e quantificar 10 elementos: Alumínio, Bário, Cálcio, Magnésio, Ferro, Manganês, Potássio, Rubídio, Silício e Sódio. Destes, a legislação estabelece valores apenas para Alumínio, Bário, Ferro e Manganês, e destes, apenas Bário e Manganês não excederam os valores limítrofes da resolução. Além disso, realizou-se o cálculo de fator de enriquecimento para os elementos quantificados, baseando-se nos valores obtidos para o elemento Ferro.
Esses dados evidenciaram que os elementos Bário, Cálcio, Potássio e Rubídio demonstram concentrações que evidenciam enriquecimento com fontes antrópicas.
Palavras-chave: Igarapé do Mindu; água; IQA; metais; ICP-OES.
The economic growth that the capital of Amazonas experienced, either during the rubber cycle or following the implementation of the Manaus free zone, promoted a rapid increase in population density, generating an expansion of the urbanized region. Such socioeconomic growth entailed an overload on the local environment, in addition to the lack of adequate environmental policies for the municipality on the part of the public power, which resulted in a gradual process of degradation of urban water bodies. The degradation of the urban basins of the municipality causes damage to the population and the environment. Among the urban basins, the largest hydrographic basin, São Raimundo, whose main stream is the Mindu, stands out. To assess the contamination of the Mindu stream, the Water Quality Index - WQI was used, which includes 9 parameters: dissolved oxygen, thermotolerant coliforms, hydrogenion potential (pH), biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen, phosphorus total, temperature, turbidity and total solids. Water samples were collected at 5 points, in the rainy season (Feb/2020) and dry season (Oct/2020). In addition, analyzes were carried out to verify and quantify the presence of 61 metallic elements in a soluble and/or suspended form at five collection points, during 6 months: December/2019, January/2020 and February/2020 (rainy period) and June/2020, July/2020 and August/2020 (dry period). Thus, the results, for the rainy season (Feb/2020), classified point 1 as GOOD, points 2, 3 and 4 as POOR and point 5 as GOOD, and in general the Mindu stream was classified as ACCEPTABLE. In turn, for the dry period (Oct/2020), point 1 was classified as GOOD, point 2 POOR, point 3 VERY POOR, point 4 POOR, point 5 ACCEPTABLE, and in general the Mindu stream classified as BAD. Through the analysis of metallic elements, it was possible to identify and quantify 10 elements: Aluminum, Barium, Calcium, Magnesium, Iron, Manganese, Potassium, Rubidium, Silicon and Sodium. Of these, the legislation establishes values only for Aluminum, Barium, Iron and Manganese, and of these, only Barium and Manganese did not exceed the borderline values of the resolution. In addition, the enrichment factor was calculated for the quantified elements, based on the values obtained for the Iron element. These data showed that the elements Barium, Calcium, Potassium and Rubidium show concentrations that show enrichment with anthropic sources.
Keywords: Igarapé do Mindu; Water; IQA; metals; ICP-OES.
Figura 1 - Bacia Amazônica Brasileira... 22
Figura 2 - Bacias Hidrográficas da Região Metropolitana de Manaus... 23
Figura 3 - Mapa da Bacia do São Raimundo com destaque ao principal afluente - Igarapé do Mindu. ... 24
Figura 4 - Médias pluviométricas no município de Manaus (1999 – 2019)... 25
Figura 5 - Curva Média de Variação de Qualidade da Água... 27
Figura 6 - Representação Esquemática de um equipamento ICP - OES ... 32
Figura 7 - Mapa dos Pontos de Coleta ... 35
Figura 8 - Fluxograma proposto para análises... 35
Figura 9 - Coleta de amostras para análise IQA ... Erro! Indicador não definido. Figura 10 - Análise de Coliformes Termotolerantes: A) Transferência da amostra para cartela; B) Selagem da cartela; C) Incubação da amostra em BOD; D) Resultado positivo para Coliformes Totais; E) e F) Resultado positivo para Coliformes Termotolerantes em luz ult .. 39
Figura 11 - Destilação de amostras em Sistema de Digestão/Destilação/Exaustão de ... 41
Figura 12 - Análise de Fósforo Total: A) Preparação das amostras; B) Leitura das amostras . 42 Figura 13 - Análise de DBO: A) Material necessário para análise; B) Frascos atarrachados no equipamento; C) Inserindo programação; D) Equipamentos, BOD – System, encubados. ... 43
Figura 14 - Análise de Sólidos Totais: A) Cadinhos em Estufa; B) Cadinhos no Dessecador 44 Figura 15 - Sistema de Filtração de amostras para Análise de Metais ... 45
Figura 16 - Digestor de Amostras via micro-ondas, CEM, MARS CLASSIC, Laboratório Lamesp, Central Analítica UFAM... 46
Figura 17 - Procedimento de digestão: A) Pipetando ácido Nítrico destilado ao tubo de digestão contendo o filtro; B) Digestão; C) Solubilização das amostras digeridas. ... 47
Figura 18 - Leitura de amostras em ICP-OES ... 48
Figura 19 - Resultados do Índice de Qualidade da Água para o Ponto P1, Período Chuvoso . 53 Figura 20 - Resultados do Índice de Qualidade da Água para o Ponto P2, Período Chuvoso . 54 Figura 21 - Resultados do Índice de Qualidade da Água para o Ponto P3, Período Chuvoso 55 Figura 22 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P4, Período Chuvoso .. 56
Figura 23 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P5, Período Chuvoso .. 57
Figura 24 - Índices de Qualidade da Água Igarapé do Mindu por ponto de coleta e média – Período Chuvoso ... 58
Figura 25 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P1, Período Seco ... 60
Figura 26 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P2, Período Seco ... 61
Figura 27 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P3, Período Seco ... 62
Figura 28 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P4, Período Seco ... 63
Figura 29 - Resultados do Índice de Qualidade da água para o Ponto P5, Período Seco ... 64
Figura 30 - Índice de Qualidade da água Igarapé do Mindu, Ponto de Coleta e média – Período Seco ... 64
Figura 31 - Comparativo entre Período Chuvoso e Período Seco – IQA Igarapé do Mindu ... 65
Figura 32 - Gráfico da variação do Oxigênio Dissolvido medido nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca e, identificação do valor estipulado pela resolução ... 68
pela resolução ... 70 Figura 34 - ráfico da variação de Potencial Hidrogeniônico analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca e, identificação da faixa valor estipulado pela resolução ... 72 Figura 35 - Gráfico da variação de DBO5,20 analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca e, identificação da faixa valor limite segundo a resolução ... 74 Figura 36 - Gráfico da variação de Nitrogênio Total analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca, identificação da faixa valor limite segundo a resolução ... 76 Figura 37 - Gráfico da variação de Fósforo Total analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca, identificação da faixa valor limite segundo a resolução ... 77 Figura 38 - Gráfico da variação de Temperatura analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 79 Figura 39 - Gráfico da variação de Turbidez medidos nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca e a identificação da faixa valor limite segundo a resolução ... 80 Figura 40 - Gráfico da variação de Sólidos Totais analisado nos 5 pontos de coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca e, identificação da faixa valor limite segundo a resolução ... 82 Figura 41 - Gráfico de variação da concentração de Alumínio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 85 Figura 42 - Gráfico de variação da concentração de Alumínio em Suspensão, em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 85 Figura 43 - Gráfico de variação da concentração de Bário Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 87 Figura 44 - Gráfico de variação da concentração de Bário em Suspensão, em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 87 Figura 45 - Gráfico de variação da concentração de Cálcio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 89 Figura 46 - Gráfico de variação da concentração de Magnésio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 90 Figura 47 - Classificação das concentrações de durezas calculas ... 91 Figura 48 - Gráfico de variação da concentração de Ferro Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 92 Figura 49 - Gráfico de variação da concentração de Ferro em Suspensão, em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 92 Figura 50 - Gráfico de variação da concentração de Manganês Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 94 Figura 51 - Gráfico de variação da concentração de Potássio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 95 Figura 52 - Gráfico de variação da concentração de Rubídio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 96
Figura 54 - Gráfico de variação da concentração de Silício em Suspensão, em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 98 Figura 55 - Gráfico de variação da concentração de Sódio Solúvel em cinco pontos de Coleta do Igarapé do Mindu, em períodos de Cheia e Seca ... 100
Tabela 1 - Valores máximos de referência conforme resolução do CONOMA 357/2005. Erro!
Indicador não definido.
Tabela 2 - Parâmetros e pesos para determinação do IQA ... 26
Tabela 3 - Avaliação da qualidade da água a partir do IQA... 28
Tabela 4 - Descrição dos pontos de coleta e suas posições georreferenciadas ... 33
Tabela 5 - Condições do método de digestão ... 47
Tabela 6 - Condições de Análise em ICP-OES ... 48
Tabela 7 - Diluições para confecção da curva analítica multielementar ... 49
Ag: Prata;
Al: Alumínio;
ANA: Agência Nacional de Águas;
APHA: (American Public Health Association) Associação Americana de Saúde Pública;
As: Arsênio;
B: Boro;
Ba: Bário;
Be: Berílio;
Bi: Bismuto;
Ca: Cálcio;
CETESB: Companhia Ambiental do Estado de São Paulo:
Co: Cobalto;
CONAMA: Conselho Nacional de Meio Ambiente;
Cr: Cromo;
Cs: Césio;
Cu: Cobre;
DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio;
Dy: Disprósio;
Er: Érbio;
Fe: Ferro;
Ga: Gálio;
Ge: Germânio;
Hf: Háfnio;
Hg: Mercúrio;
HNO3: Ácido Nítrico;
Ho: Hólmio;
ICP-OES: (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente;
In:Índio;
IQA: Índice de Qualidade da água;
K: Potássio;
Li: Lítio;
Lu: Lutécio;
Mg: Magnésio;
Mn: Manganês;
Mo: Molibdênio;
Na: Sódio;
Nb: Nióbio;
Nd: Neodímio;
Ni: Níquel;
OD: Oxigênio dissolvido;
P: Fósforo;
Pb: Chumbo;
PCA: (Principal Component Analysis) Análise de Componentes Principais;
Pr: Praseodímio;
PROSAMIM: Programa Social e Ambiental dos Igarapés de Manaus;
QAT: Química Aplicada à Tecnologia;
Rb: Rubídio;
Re: Rênio;
Sb: Antimônio;
Sc: Escândio;
Se: Selênio;
SEMMAS: Secretaria Municipal de Meio Ambiente e Sustentabilidade;
Si: Silício;
Sm: Samário;
SMWW: (Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater) Métodos Padrão para o Exame de Águas e Efluentes;
Sn: Estanho;
Sr: Estrôncio;
Ta: Tântalo;
Tb: Térbio;
Th: Tório;
Ti: Titânio;
US-UPA: (United States Environmental Protection Agency) Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos;
U: Urânio;
UEA: Universidade Estadual do Amazonas:
UFAM: Universidade Federal do Amazonas;
Uu: Európio;
V: Vanádio;
W: Tungstênio;
Y: Ítrio;
Yb: Itérbio;
Zn: Zinco;
Zr: Zircônio.
1 INTRODUÇÃO ... 20
2 OBJETIVOS ... 21
2.1 OBJETIVO GERAL ... 21
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 21
3 REVISÃO DE LITERATURA ... 22
3.1 BACIA AMAZÔNICA ... 22
3.2 BACIAS HIDROGRÁFICAS DE MANAUS ... 23
3.3 BACIA HIDROGRÁFICA DO SÃO RAIMUNDO E IGARAPÉ DO MINDU ... 23
3.4 CLIMA E ÍNDICE PLUVIOMÉTRICO ... 24
3.5 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA – IQA ... 26
3.6 METAIS ... 29
3.6.1 Metais na coluna d’água e no material particulado ... 29
3.7 ESPECTROSCOPIA ATÔMICA ... 30
3.7.1 Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES) ... 31
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 33
4.1 ÁREA DE ESTUDO ... 33
4.2 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA- IQA ... 36
4.2.1 Preparo, coleta e conservação de amostras ... 36
4.2.2 Temperatura ... 37
4.2.3 pH – Potencial Hidrogeniônico ... 37
4.2.4 Turbidez ... 37
4.2.5 Oxigênio Dissolvido (OD) ... 38
4.2.6 Coliformes Termotolerantes ... 38
4.2.7 Nitrogênio Total... 39
4.2.8 Fósforo Total ... 41
4.2.9 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ... 42
4.2.10 Sólidos Totais ... 43
4.3 ANÁLISE DE ELEMENTOS METÁLICOS ... 44
4.3.1 Preparo, coleta e conservação de amostras ... 44
4.3.2 Filtração das amostras ... 45
4.3.3 Digestão de amostras ... 46
4.3.4 Análise ICP-OES ... 47
4.3.4.1 Confecção da Curva Analítica ... 48
5.1 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA (IQA) – IGARAPÉ DO MINDU ... 52
5.1.1 IQA – Período chuvoso ... 52
5.1.2 IQA – Período seco ... 59
5.1.3 Comparativo entre Períodos... 65
5.1.4 Comparação dos dados com a Resolução CONAMA 357/2005 ... 66
5.1.4.1 Oxigênio Dissolvido ... 67
5.1.4.2 Coliformes Termotolerantes ... 69
5.1.4.3 Potencial Hidrogeniônico ... 71
5.1.4.4 Demanda Bioquímica de Oxigênio ... 73
5.1.4.5 Nitrogênio Total ... 75
5.1.4.6 Fósforo Total ... 77
5.1.4.7 Temperatura ... 78
5.1.4.8 Turbidez ... 80
5.1.4.9 Sólidos Totais ... 81
5.2 ANÁLISE DE METAIS... 84
5.2.1 Alumínio ... 84
5.2.2 Bário ... 86
5.2.3 Cálcio e Magnésio – Dureza da Água ... 88
5.3.4 Ferro ... 91
5.2.5 Manganês ... 93
5.2.6 Potássio ... 94
5.2.7 Rubídio ... 96
5.2.8 Silício ... 97
5.2.9 Sódio ... 99
6 CONCLUSÃO ... 102
REFERÊNCIAS ... 104
APÊNDICE ... 111
APÊNDICE A – Comprimentos de onda utilizados para a leitura de cada metal, suas equações da reta e valores de r2. ... 111
APÊNDICE B– Curvas analíticas utilizadas para quantificação de fósforo. ... 111
ANEXO ... 112
ANEXO A: Tabela para quantificação de Coliformes e Coliformes Termotolerantes pelo método Colillert® (parte 1) ... 112
ANEXO B: Tabela para quantificação de Coliformes e Coliformes Termotolerantes pelo método Colillert® (parte 2) ... 113
1 INTRODUÇÃO
Manaus, a capital administrativa do Amazonas, é o município com o maior PIB da região norte (OLIVEIRA e ALVES, 2010; MACIEL, 2016). O crescimento econômico que a capital experimentou, quer durante o ciclo da borracha, quer seguindo- se a implementação da zona franca de Manaus, promoveu uma rápida elevação da densidade populacional, gerando uma expansão da região urbanizada, chegando a uma população estimada que ultrapassa 2 milhões de pessoas (SILVA e SILVA, 1993; IBGE 2020). Mesmo nos dias atuais a problemática ainda é recorrente, um número considerável de pessoas ainda se desloca de seus locais de origem em busca de oportunidades e melhoria de vida, passando a se instalar muitas vezes em locais com moradias irregulares e contribuindo para a expansão desordenada. No entanto, tal crescimento socioeconômico acarretou uma sobrecarga sobre o meio ambiente local, além da falta de políticas ambientais adequadas ao município por parte do poder público. Dessa forma, obras de infraestrutura e saneamento básico não foram capazes de suprir a necessidade exigida pelo crescimento demográfico, o que incidiu em um processo gradativo de degradação dos corpos hídricos urbanos (GEOCIDADES, 2002;
QUEIROZ, 2009).
Concentram-se na área urbana de Manaus, quatro bacias hidrográficas principais: Educandos, São Raimundo, Tarumã e Puraquequara (GEOCIDADES, 2002).
No entanto, apenas as bacias de São Raimundo e Educandos localizam-se completamente dentro do perímetro urbano (SANTOS, 2014; VIANA, 2018). A degradação de ambas as bacias acarretam prejuízos para a população e meio ambiente, odor fétido, mortandade de peixes e seres aquáticos, riscos de doenças infecciosas causadas pelo lixo acumulado às margens dos igarapés, além do preocupante risco de que esses igarapés gerem impactos ao rio Negro e em extensão ao rio Amazonas (LAGES, SILVA e PINTO, 2007; LOPES, 2010).
De forma mais específica, a bacia do São Raimundo configura-se como a maior Bacia da cidade de Manaus, tendo o Igarapé do Mindu, foco do presente trabalho, como principal curso d’água, sendo este um afluente de margem esquerda do Rio Negro, e ocupando ¼ do território municipal, com, aproximadamente, 20 km de extensão desde a nascente à foz (RODRIGUES, 2012). Apesar de ser o principal igarapé da cidade de Manaus, grande parte da extensão do mesmo está comprometida pela poluição urbana (CASSIANO, 2013).
Pesquisas que tem como alvo igarapés da cidade de Manaus, geralmente, concentram-se em avaliar a qualidade da água sem considerar a concentração de metais no meio como um parâmetro. No entanto, como os efeitos deletérios por meio da contaminação por metais, potencialmente, tóxicos ocorrem de maneira lenta, pois os efeitos das toxicidades dos metais só são sentidos, quando toda a cadeia alimentar apresenta níveis acima do permitido pela legislação, tal contaminação muitas vezes não é devidamente considerada pelas autoridades públicas. Dessa forma, é extremamente importante que as ferramentas de quantificação e avaliação sejam utilizadas para estimar o possível risco de contaminação por metais correlacionando com outros parâmetros físico-químicos, como parâmetros que são contemplados pelo Índice de Qualidade da Água para os ecossistemas aquáticos, e para a saúde humana, considerando nesse contexto o comportamento sazonal existente na região amazônica (PEREIRA e QUINÁIA, 2007).
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influência dos períodos de cheia e seca nos índices de Qualidade da água e níveis de metais solúveis e em suspensão no igarapé do Mindu.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar os Índices de Qualidade da água (IQA) para os períodos de cheia e seca;
Avaliar os parâmetros presentes no IQA de acordo com a resolução CONAMA 357/2005;
Identificar e quantificar os metais presentes nas amostras coletas do igarapé do Mindu utilizando a técnica de Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES);
Analisar o comportamento entre cheia e seca do Índice de Qualidade da Água do igarapé do Mindu;
Analisar o comportamento entre cheia e seca das concentrações dos metais das amostras do igarapé do Mindu.
3 REVISÃO DE LITERATURA 3.1 BACIA AMAZÔNICA
A Bacia Amazônica é a maior bacia hidrográfica do mundo, que se situa dentro da maior floresta tropical do mundo. A bacia gera impactos sob toda a dinâmica de interação biosfera-atmosfera da floresta amazônica. O valor inestimável da Bacia Amazônica para humanidade pode ser mensurado ao se analisar a sua distinta biodiversidade de fauna e flora (CALVO, 2018).
A localização da Bacia Amazônica está entre as latitudes 5ºN e 20°S, e está dividida nas seguintes unidades geomorfoestruturais: Cordilheira Andina, Escudo da Guiana, Escudo Brasileiro e por fim, Planície Fluvial (MARINHO, 2014). Sua área de drenagem é de 6,1 milhões de km2, estando contido no Brasil (63%), Peru (17%), Bolívia (11%), Colômbia (5,8%), Equador (2,2%), Venezuela (0,7%) (NETO, 2006).
Sendo detentora de um quinto do escoamento mundial de água doce, por desaguar nos oceanos 210.000 m3/s (FILIZOLA e GUYOT, 2011). Pode-se observar a área da Bacia Amazônica Brasileira na figura 1.
Figura 1 - Bacia Amazônica Brasileira
Fonte: Adaptado de CALVO, 2018.
O rio Amazonas representa o curso principal da bacia, sendo rio mais caudaloso e extenso com os seus aproximados 6.400 km. Sua nascente localiza-se nos Andes peruanos e deságua no oceano Atlântico após percorrer parte da região norte do Brasil.
Os rios Solimões, Negro, Madeira, Juruá, Purus, Xingu e Tapajós são os principais tributários do Rio Amazonas (MARINHO, 2014). O rio de maior relevância à Manaus é o rio Negro, que se origina na Colômbia, apresentam-se uma coloração preta devido à matéria orgânica em decomposição (FILIZOLA e GUYOT, 2011).
3.2 BACIAS HIDROGRÁFICAS DE MANAUS
Dentro do território de Manaus há uma vasta rede de igarapés que é representado por bacias, sub-bacias e microbacias. Destacam-se quatro bacias hidrográficas em Manaus, sendo estas: Tarumã-Açu, Puraquequara, São Raimundo e Educandos (figura 2). As últimas duas bacias estão, integralmente, no espaço urbano, desde suas nascentes até sua foz, apresentando níveis significativos de contaminação por resíduos sanitários e lixo (PINTO et al, 2008).
Figura 2 - Bacias Hidrográficas da Região Metropolitana de Manaus
Fonte: Adaptado de CALVO, 2018.
3.3 BACIA HIDROGRÁFICA DO SÃO RAIMUNDO E IGARAPÉ DO MINDU A bacia do São Raimundo, que é o objeto do estudo, tem como principais constituintes os igarapés do Mindu, Franceses, Franco e Manaus. Suas principais
nascentes estão localizadas na zona Norte da cidade de Manaus, como no bairro Cidade de Deus, onde se encontra o Parque Nascentes do Mindu, uma Unidade de Conservação de Proteção Integral, que tem como objetivo preservar três das principais nascentes que dão origem ao Igarapé do Mindu (SEMMAS, 2020; LOPES, 2010).
Segundo Marques, Berber e Carvalho (2008), a Bacia do São Raimundo apresenta-se com uma área de 117,95km², e abrange 16 bairros, estendendo-se desde a zona norte da cidade até a zona sul desaguando sua foz no Rio Negro.
Geomorfologicamente, a Bacia do São Raimundo é caracterizada por relevo ondulado, apresentando desníveis acentuados em toda sua extensão e áreas escarpadas próximas a orla do rio Negro. Os solos próximos à bacia são pouco ou mal consolidados, constituindo pacotes sedimentares de grande amplitude.
A bacia do São Raimundo, de forma específica, o igarapé do Mindu, também foi contemplada em diversos pontos da sua extensão pelo Projeto Social e Ambiental dos Igarapés de Manaus (PROSAMIM). Conforme o Relatório de Gestão Ambiental e Social do PROSAMIM III (2011) a Bacia do São Raimundo apresenta uma área de 11.961,80 hectares, abrigando até então, 603.212 habitantes dos quais 111.541 residem em áreas ribeirinhas na Bacia do São Raimundo. Pode-se observar a extensão da bacia na figura que segue.
Figura 3 - Mapa da Bacia do São Raimundo com destaque ao principal afluente - Igarapé do Mindu.
Fonte: Adaptado de FILHO, BATISTA e ALBUQUERQUE, 2019.
3.4 CLIMA E ÍNDICE PLUVIOMÉTRICO
Manaus, por encontrar-se na região central da planície Amazônica, possui um clima Equatorial quente e úmido. Devido às baixas altitudes, cerca de 20 metros, e a
proximidade da linha do Equador, tem clima tropical e invernos pouco rigorosos (CALDAS, 2016). Apresenta uma temperatura média de 26,5 °C, com médias de temperaturas máximas mensais superiores a 28ºC em todos os meses (SANTOS, 2014).
A umidade média anual é de 83%, e a pluviometria média é elevada, mais de 2000 mm/ano, não sendo distribuída uniformemente, conforme demonstrado na figura 4 (CALDAS, 2016; ANA, 2020). A região possui dois períodos sazonais pluviométricos bem definidos. Com estação chuvosa entre Novembro e Maio, com temperaturas mais amenas. O período da estação seca compreende os meses de junho a outubro, com temperaturas mais elevadas, superando os 38°C (MACIEL, 2016).
Figura 4 - Médias pluviométricas no município de Manaus (1999 – 2019)
Fonte: ANA, 2020
A sazonalidade pluviométrica apresentada na região amazônica influência, fortemente, o regime hídrico, gerando quatro períodos anuais: enchentes, cheias, vazantes e secas (SILVA, 2010). O rio Negro verte todas as bacias urbanas da capital, e influencia a qualidade e dinâmica de escoamento dos igarapés, ocasionando em períodos de cheia alagamentos pontuais tanto na Bacia do São Raimundo como na Bacia do Educandos. Essa sazonalidade influencia a concentração de metais, e parâmetros físico-químicos são relevantes para corroborar e complementar dados que descrevem a condição ambiental do corpo hídrico.
0 50 100 150 200 250 300 350
Jan Fev Mar Abri Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
295,8 298,8 281,9
303,4
223,6
120,2
66,1 35,4
60,9 75,2 169,7
213
Média de Precipitação (mm)
3.5 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA – IQA
O Índice de Qualidade da água – IQA, que hoje se destaca como principal índice de qualidade de água utilizado no país foi desenvolvido em 1970, nos Estados Unidos, pela National Sanitation Foundation, os métodos de análise descritos aplicados são descritos pela American Public Health Association - APHA. No Brasil, a CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) utiliza o IQA desde 1975 (DE PAULA, 2011).
O objetivo do IQA é avaliar a qualidade da água bruta visando o abastecimento público. Os parâmetros englobados no cálculo do IQA são: oxigênio dissolvido, coliformes termotolerantes, pH, demanda bioquímica de oxigênio, nitrogênio total, fósforo total, temperatura, turbidez e sólidos totais que possuem respectivos pesos (w) de acordo com a relevância para à corporatura da qualidade da água (CAPANEMA, 2015). A tabela que segue descreve o peso de cada parâmetro no Índice de Qualidade da água.
Tabela 1 - Parâmetros e pesos para determinação do IQA
Parâmetro Peso (w)
Oxigênio Dissolvido 0,17
Coliformes Termotolerantes 0,15
pH 0,12
Demanda Bioquímica de Oxigênio 0,10
Nitrogênio Total 0,10
Fósforo Total 0,10
Temperatura 0,10
Turbidez 0,08
Sólidos Totais 0,08
Fonte: ANA, 2005
Cada parâmetro possui, ainda, um valor de qualidade (q), obtido do respectivo gráfico de qualidade em função de sua concentração ou medida (Figura 5).
Figura 5 - Curva Média de Variação de Qualidade da Água
Fonte: ANA, 2005
Demonstrados os respectivos “peso de cada parâmetro” (q), bem como as
“curvas médias ade variação de qualidade” (w), apresenta-se a fórmula do IQA, calculada pelo produtório ponderado das qualidades de água correspondentes às variáveis que integram o índice.
A seguinte equação é utilizada (Eq. 1):
𝐼𝑄𝐴 = ∏ 𝑞𝑖𝑤𝑖
𝑛
𝑖=1
Onde:
IQA: Índice de Qualidade da água;
qi: qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido por meio da respectiva “curva média de variação de qualidade”, baseada em função de sua concentração ou medida e,
wi: peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1,este, atribuído devido a função da sua importância para a conformação global da qualidade;
n: número de variáveis que fazem parte do cálculo do IQA.
O Índice de Qualidade da água, consiste em um número entre 0 (pior qualidade) e 100 (melhor qualidade). Além disso, seus valores podem ser apresentados em faixas, para melhor avaliação dos resultados, que podem variar de acordo com o estado da Federação a que pertencem, conforme apresentado na tabela que se segue.
Tabela 2 - Avaliação da qualidade da água a partir do IQA Valor do IQA
Estados: AP, MG, PR e RS
Valor do IQA Estados: BA, GO,
ES, MS e SP
Valor do IQA AMAZONAS
QUALIDADE DA
ÁGUA COR
91 – 100 80 – 100
NÃO POSSUI
Ótimo
71 – 90 52 – 79 Boa
51 – 70 37 – 51 Aceitável
26 – 50 20 – 36 Ruim
0 – 25 0 – 19 Péssima
Fonte: ANA, 2005
No entanto, a avaliação do IQA não contempla como parâmetro a contaminação com metais, também não possuindo parâmetros que avaliem a presença de protozoários patogênicos, substâncias que interferem nas propriedades organolépticas da água e substâncias tóxicas como pesticidas, dessa forma sua avaliação é limitada (JUCHEM, 1992; CHRISTOFOLETTI, 1999).
Especificamente, a presença de metais de corpos hídricos pode gerar alterações nas características físicas (parâmetros de cor, turbidez, temperatura, viscosidade, sabor, odor, etc), químicas (parâmetros de demanda química de oxigênio, pH, força iônica,
oxigênio dissolvido, sais minerais, grau de toxidade, dureza, etc) e biológicas (como a alteração de fitoplâncton, zooplâncton, e até mesmo ausência de bactérias, para citar alguns fatores) que não permitam o uso do desse recurso quanto ao que estava sendo destinado em seu estado natural (SOUSA, 2009). Dessa forma, a avaliação da presença de elementos metálicos é importante para a avaliação da qualidade de água de acordo com sua destinação.
3.6 METAIS
Os metais apresentam-se como compostos inorgânicos não biodegradáveis, podendo, então, acumular-se no ambiente ou nos organismos e manifestar sua toxicidade. Embora a maioria dos metais não apresente toxicidade na forma de elementos livres condensados, em seus estados catiônicos ou quando ligados às cadeias curtas de átomos de carbono, exercem influência extremamente tóxica sobre as funções biológicas do organismo e afetam o desenvolvimento normal dos tecidos do corpo humano (BAIRD e CANN, 2011).
A presença de metais no ar, solo e água tem contribuído, significativamente, para sua contaminação. Existem vários processos que favorecem a existência de metais em diversos ambientes, incluindo o aquático, o intemperismo das rochas e o carregamento de solos, caracterizam-se como processos naturais, por sua vez na condição onde os metais são oriundos de atividades antropogênicas, o processo é dito artificial (SOUSA, 2009).
3.6.1 Metais na coluna d’água e no material particulado
Zagatto e Bertoletti (2008) abordam que nos sistemas aquáticos tanto a fração dissolvida quanto à fração particulada podem transportar metais. Por sua vez, quando presente na fração dissolvida, os metais apresentam-se complexados com compostos orgânicos em solução, tais como substâncias húmicas e aquáticas. E quando presente na fração particulada, os metais são associados à forma mineral, argila, silte e areia, partículas orgânicas e inorgânicas, microrganismos e tecidos biológicos. Na condição de complexos, os metais passam a ter reduzido seu potencial tóxico para a biota (BARCELLOS, FERNANDEZ e AZEVEDO, 1988; FALQUETO, 2008).
A interação entre fração dissolvida e particulada é complexa, pois há uma diversidade de superfícies sedimentares e ligantes orgânicos e inorgânicos em solução que competem com a complexação dos metais presentes. Uma quantificação total de
metais, envolvendo fração dissolvida e particulada, somente é possibilitada por uma etapa de digestão que solubilize a espécie de interesse (CALMANO, HONG e FORSTNER, 1993; FALQUETO, 2008). A mobilidade e a biodisponibilidade de metais no ambiente estão relacionadas diretamente com a distribuição entre espécies dissolvidas e formas sólidas. Comumente, são descritos como metais dissolvidos espécies que são filtradas através de poros de 0,45 µm. Porém, a fração coloidal em suspensão pode incluir frações dissolvidas (SUNG, 1995; LEITE, 2002 FALQUETO, 2008).
Dentro de uma bacia hidrográfica, os rios atuam com uma importante função de drenagem de substâncias e metais que passam a se adsorver aos sólidos suspensos, transportando-os para outros ambientes, como outros rios, lagos e oceanos. Além disso, períodos secos geram maior retenção de nutrientes e aumento da biomassa de algas e cianobactérias podendo apresentar sólidos contaminados por metais. Considerando períodos chuvosos, por sua vez, estes apresentam um maior carreamento de material alóctone, gerando contribuições de origem internas e externas ao sistema hídrico (LEITE, 2002).
3.7 ESPECTROSCOPIA ATÔMICA
Nesta técnica, a substância que está sendo analisada, sofre uma decomposição em átomos por meio de uma chama, um forno ou um plasma. Por sua vez, a quantidade presente em cada elemento é determinada por meio de absorção ou emissão de radiação visível, ou ultravioleta, pelos átomos em estado gasoso (HARRIS, 2012).
As concentrações das amostras que passam por vaporização na faixa de 2000 – 8000 K e então se decompõe em átomos, é determinada em comprimentos de onda característicos dos elementos. A alta sensibilidade, capacidade de distinguir simultaneamente elementos de uma amostra complexa e a facilidade de analisar automaticamente torna a espectroscopia atômica uma das ferramentas mais importantes da química analítica. Basicamente, existem três formas de espectroscopia atômica que se baseiam em fenômenos de absorção, emissão e fluorescência (LAJUNEN e PERAMAKI, 2004).
Uma diferença importante entre as espectroscopias atômicas e moleculares é largura da banda de radiação a ser absorvida ou emitida. Considerando os espectros de absorção óptica de líquidos e sólidos, as larguras de suas bandas são de ~ 10 a 100 nm.
Por sua vez, um espectro proveniente de átomos em estado gasoso é constituído por
bandas em larguras de aproximadamente 0,001 nm. Como as linhas se apresentam muito estreitas, praticamente não há superposições entre os espectros de elementos diferentes provenientes de uma mesma amostra. Dessa forma, alguns instrumentos podem determinar, de forma simultânea, mais de 70 elementos (HARRIS, 2012).
Na espectroscopia atômica, o analito pode ser atomizado em chama, ou em um forno aquecido eletricamente ou por meio de um plasma. Como o presente trabalho se baseia na utilização do Plasma Acoplado Indutivamente (sigla inglesa ICP), não serão detalhadas as técnicas que envolvem a chama ou o forno.
3.7.1 Espectrometria de Emissão Atômica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES)
No plasma acoplado indutivamente, a temperatura mais elevada propicia estabilidade, e o ambiente, quimicamente, inerte da atmosfera de Argônio eliminam a maioria das interferências encontradas nas análises usando chamas (HARRIS, 2012).
A amostra ao ser analisada é atomizada, passando como aerossol para um plasma indutivamente acoplado usando Argônio de alta pureza como gás transportador.
Após uma faísca, obtida por meio de uma faísca de uma bobina de Tesla, o gás de Argônio se ioniza, e os elétrons livres passam a ser acelerados pela bobina de carga. Por sua vez, os elétrons acelerados, colidem com os átomos, e assim transferem sua energia para todo o gás. Os elétrons absorvem com isso, energia suficiente da bobina para manter a temperatura no plasma entre 6000 e 10000 K. As linhas emitidas no espectro de emissão têm características de comprimento de onda para cada elemento presente, e são medidas por um espectrômetro de emissão atômica (OES). A radiação emitida pode ser analisada tanto na direção axial quanto na radial. Por meio de uma calibração com soluções de calibração específicas é possível uma análise quantitativa. Em uma faixa ampla de concentrações, podendo atingir 6 ordens de magnitude, observa-se a relação linear entre a intensidade da linha de emissão e a concentração dos elementos presentes na amostra analisada (HARRIS, 2012; LAER, 2013).
Um ICP-OES padrão consiste em um sistema de introdução de amostras, uma fonte de plasma, um monocromador e um sistema de detecção. Pode-se observar a representação do equipamento na figura que se segue.
Figura 6 - Representação Esquemática de um equipamento ICP - OES
Fonte: Adaptado de LAER, 2013.
A sensibilidade de um instrumento que com plasma acoplado indutivamente pode ser aumentada de 3 a 10 vezes ao se observar a emissão ao longo de todo o comprimento do plasma (vista axial), em vez de uma observação ao longo do diâmetro do plasma (HARRIS, 2012). Os limites de detecção da técnica podem variar dependendo da configuração do plasma, matriz e dos elementos a serem medidos, sendo que essas medições podem ser comparadas a um ou mais padrões para quantificar a concentração dos elementos presentes na amostra.
4 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 ÁREA DE ESTUDO
Considerando que a área de estudo, o igarapé do Mindu, localiza-se dentro da zona urbana de Manaus, há diversas influencias antrópicas, dessa forma, para garantir a representatividade desses impactos à bacia estudada, foram determinados pontos de coleta que priorizassem a relevância no decorrer do perímetro concentrando-se em áreas como nascentes e foz, bem como ambientes mais antropizados, com uma razoável distância entre si.
Os pontos de coleta foram inicialmente georreferenciados por GPS, marca GARMIN®, modelo eTrexLegend® Hcx. Será utilizado como referencial geodésico o Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas de 2000 (SIRGAS 2000).
Foram escolhidos 5 pontos em toda a extensão do igarapé do Mindu. O Ponto 1 (P1), localiza-se na Unidade de Proteção Integral, determinado Parque das Nascentes do Mindu pelo decreto Municipal nº 8.351/2006, localizado na Rua Andorinha, s/n, no bairro Cidade de Deus, zona leste de Manaus (SEMMAS, 2020). O Ponto 2 (P2), localiza-se na Avenida das Torres, Bairro do Mutirão. Por sua vez o Ponto 3 (P3), tem localização no Bairro Parque 10 também em avenida pública. O Ponto 4 (P4), está localizado no Bairro da Chapada, próximo ao Shopping Millenium, e por fim, o Ponto 5 (P5), localiza-se na foz do Igarapé, no Rio Negro, próximo a Orla do bairro de São Raimundo. A Tabela 4 consta a descrição da localização dos Pontos de Coleta citados com as respectivas coordenadas, a Figura 6 apresenta os Pontos de Coleta distribuídos em um mapa, e o Apêndice A apresenta um acervo de fotografias dos locais de coleta –
“Registros Fotográficos da Área de Estudo”.
Tabela 3 - Descrição dos pontos de coleta e suas posições georreferenciadas Ponto de
Coleta (Sigla)
Coordenada Descrição do Local de Coleta
Nascente (P1)
S 03.00849º W 059.93189º
No interior da Unidade de Proteção Integral, na nascente do Mindu, água límpida e cristalina, ambiente com pouca interferência humana, mas já se
observa uma pequena quantidade de lixo ao redor.
Ig. Do Mindu2
(P2)
S 03.04876º W 059.94675º
Ponte sobre o Ig. Do Mindu, na Av. das Torres, no Bairro do Mutirão, ambiente extremamente contaminado, água turva com restos de materiais de
obras e alguma observância de lixo, no entorno do igarapé apresentam-se obras de infraestrutura e
pavimentação recentes.
Ig. Do Mindu3
(P3)
S 03.07950º W 059.99878º
Ponte sobre o Ig. Do Mindu no Bairro Parque 10 de Novembro, muita ocorrência de lixo, e odor fétido, descarte de lixo por parte da população no entorno.
Ig. Do Mindu4
(P4)
S 03.10203º W 060.02599º
Na área verde ao lado do Shopping Milenium, no Bairro Chapada, no ambiente é possível observar lixo em quantidade predominante no igarapé e no entorno do mesmo, é possível visualizar vários descartes de esgoto diretamente no igarapé, o odor fétido nesse ponto é bastante acentuado, e percebe-se
a presença de animais no igarapé, como jacarés e tartarugas.
Rio Negro (P5)
S 03.13034º W 060.03446º
No Rio Negro, próximo a orla do Bairro São Raimundo. Ambiente com alguma incidência de lixo,
abundância em plantas aquáticas, não possui odor fétido acentuado.
Figura 7 - Mapa dos Pontos de Coleta
Para facilitar a compreensão das análises propostas para desenvolvimento do presente trabalho, a imagem a seguir (figura 8) as descreve por meio de um fluxograma.
Figura 8 - Fluxograma proposto para análises
*DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio;
*OD: Oxigênio Dissolvido.
Dessa forma, a metodologia segue-se, inicialmente, com a descrição das análises para parâmetros do IQA que serão empregados e, posteriormente, apresenta-se a metodologia das análises para determinação da presença e concentração de elementos metálicos.
4.2 ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA- IQA 4.2.1 Preparo, coleta e conservação de amostras
Foram realizadas duas coletas para se calcular o IQA, sendo a primeira coleta no mês de Fevereiro de 2020, no período chuvoso, e a segunda coleta em Outubro de 2020, no fim do período seco.
O preparo para as análises dos parâmetros que são contemplados pelo IQA, envolveu separar e calibrar os equipamentos para campo, montar kits de frascos por pontos, com frascos específicos para cada parâmetro, devidamente etiquetados. Além disso, era necessário montar kits dos materiais de apoio contendo: água destilada para lavagem, luvas de nitrilo, álcool 70%, cordas, baldes, H2SO4 50%, para conservação de amostras, conta-gotas, fita para medicação de pH, papel toalha, equipamento GPS, caixa térmica e bolsas de gelo reciclável.
Os frascos coletores, utilizados, possuíam capacidade de 0,5 L, autoclaváveis, e utilizados unicamente para o propósito das coletas. As precauções necessárias para evitar contaminação por meio do frasco na amostra foram devidamente adotadas, como a limpeza adequada dos frascos, lavagem com água ultrapura, não abrasão do material constituinte ou qualquer outra modificação (CETESB, 2011).
Durante a coleta os pontos eram Georrefenciados para preservar a mesma geolocalização escolhida para a metodologia. Ao chegar ao ponto de coleta, abria-se o kit de frascos, içava-se cada frasco individualmente por meio de corda, até o igarapé, e então coletava-se a amostra. Aos parâmetros de Fósforo Total e Nitrogênio Total que se fazia necessário adicionar conservante, H2SO4 50% até pH ≤ 2, o mesmo era feito, e o pH era aferido com fita pH, pH-Fix 0-14, marca: Macherey-Nagel e, então, as amostras eram transferidas para caixa térmica com bolsas de gelo reciclável, para a preservação das mesmas. Ao final da coleta, os fracos eram refrigerados em geladeira no laboratório do grupo de pesquisas Química Aplicada à Tecnologia (QAT).
A figura que segue demonstra vários pontos de coleta, nas campanhas realizadas, bem como material de campo utilizado.
A validade das amostras, as respectivas metodologias utilizadas para a coleta, bem como os materiais escolhidos para os fracos, a preparação das soluções, as técnicas de armazenamento seguiram os procedimentos descritos nos métodos no manual de análise de águas “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”
(APHA, 2012) e, no Guia Nacional de Coleta e Preservação de Amostras: água, sedimento, comunidades aquáticas e efluentes líquidos, publicado pela Agência Nacional de Águas – ANA e Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - CETESB (2011).
Listam-se os parâmetros do IQA: oxigênio dissolvido, coliformes termotolerantes, pH, demanda bioquímica de oxigênio, nitrogênio total, fósforo total, temperatura, turbidez e sólidos totais. Dentre esses, temperatura, oxigênio dissolvido, pH e turbidez destacam-se como parâmetros que foram analisados in loco e, por sua vez, os parâmetros: sólidos totais, fósforo total, nitrogênio total, demanda bioquímica de oxigênio e coliformes termotolerantes tiveram suas análises realizadas em laboratório.
4.2.2 Temperatura
A determinação da temperatura foi-se realizada pela sonda multiparâmetros YSI® modelo Professional Plus Quatro Cabos com sensor de condutividade/temperatura que possui precisão de ± 0,15 ºC. Segue-se a imagem representativa da sonda multiparâmetros utilizada.
4.2.3 pH – Potencial Hidrogeniônico
A análise de pH também foi-se realizada por meio da sonda multiparâmetros YSI®, modelo Professional Plus Quatro Cabos através do sensor de pH. Sendo que a mesma possui um eletrodo de vidro de precisão ± 0,2 unidades. A calibração seguiu o procedimento descrito no manual de instruções do equipamento, sendo utilizadas as seguintes soluções de calibração: pH igual a 10,01, 7,01 e 4,01.
4.2.4 Turbidez
Realizou-se a análise de turbidez por meio de turbidímetro da marca Hanna Instruments®, modelo HI 98703-02, que faz uso de luz de tungstênio, apresentando uma precisão de ± 2% da leitura mais 0,02 NTU. O Método Relação Nefelométrica (90
º
) é empregado, uma relação entre dispersão e luz transmitida, sendo esta uma adaptação do método da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos – EPA e SMWW 2130B. Para calibração seguiu-se as indicações do manual do equipamento, ospadrões utilizados serão: 0,1, 15, 100, 750 NTU. A figura que segue demonstra o equipamento utilizado em campo.
4.2.5 Oxigênio Dissolvido (OD)
Realizou-se análise de oxigênio dissolvido através da sonda multiparâmetros YSI® modelo Professional Plus Quatro Cabos com o sensor de OD do tipo polarográfico com precisão de ± (2% da leitura ou 0,2 mg) / 20 mg. As leituras foram realizadas em mg/L e realizou-se a calibração de acordo com as instruções apresentadas no manual do equipamento.
4.2.6 Coliformes Termotolerantes
Para a detecção e quantificação de coliformes termotolerantes utilizou-se o método quali-quantitativo Colilert® (IDEXX laboratories, USA) que se baseia na tecnologia do substrato cromogênico para detecção de coliformes totais e Escherichia coli na água em período de 24 horas.
Para realização da análise de coliformes termotolerantes, inicialmente transferiu- se 100 mL de cada amostra para erlenmeyers previamente esterilizados e, então, adicionou-se o substrato do Colilert®. As vidrarias foram agitadas manualmente até a completa dissolução do substrato e em seguida, a solução foi transferida para cartelas contendo 48 cavidades grandes e 48 cavidades pequenas. As cartelas foram fechadas em seladora específica (Quanti-Tray® Sealer model 2X) e incubadas em estufa microbiológica (Incubadora BOD modelo NT 705, Nova Técnica) em temperatura entre 35 – 37 ºC por 24 horas.
Após o período de incubação, as cavidades grandes e pequenas que apresentaram alteração de incolor para a cor amarela indicaram resultado positivo para coliformes totais. Para constatar a presença de coliformes termotolerantes (Escherichia coli), as cartelas foram expostas à luz ultravioleta (UV), com comprimento de onda de 365 nm e a ocorrência de fluorescência foi indicativo de positividade para este microrganismo.
A quantificação dos coliformes termotolerantes (E. Coli) realizou-se através da contagem das cavidades grandes e pequenas da cartela que apresentaram resultado positivo, conforme descrito anteriormente. A numeração obtida foi comparada a uma tabela padrão fornecida pelo fabricante (disponibilizada nos Anexos A e B), possibilitando estimar a quantidade de coliformes termotolerantes (E. Coli) em Número Mais Provável (NMP) em 100 mL da amostra.
Figura 9 - Análise de Coliformes Termotolerantes: A) Transferência da amostra para cartela; B) Selagem da cartela; C) Incubação da amostra em BOD; D) Resultado
positivo para Coliformes Totais; E) e F) Resultado positivo para Coliformes Termotolerantes em luz ult
4.2.7 Nitrogênio Total
Para a análise de Nitrogênio Total, determinou-se inicialmente Nitrogênio Amoniacal (NH3-N), seguindo-se pela determinação de Nitrogênio Orgânico e, então, ambos foram somados.
Para análise de Nitrogênio Amoniacal, utilizou-se 500 mL de amostra, em seguida adicionou-se 25 mL de solução tampão borato (88 mL de NaOH 0,1 N a 500 mL de solução 0,025 M de tetraborato de sódio (Na2B4O7) em 1 L) e por sua vez elevou-se o pH para 9,5 utilizando-se NaOH 6 N e pHmêtro microprocessado da marca Nova Técnica® modelo MPA-210. A amostra em pH adequado foi, então, transferida para um frasco Kjeldahl e levada ao digestor/destilador de Kjeldahl, Sistema de Digestão/Destilação/Exaustão de Gases, marca Marconi® e modelo MA 953, para destilação. Recolheu-se destilado em erlenmeyer de 500 mL contendo 50 mL de H3BO3
2% e 4 gotas de indicador misto (solução combinada de 200 mg de vermelho de metila em 100 mL de Etanol 95% e 100 mg de azul de metileno em 50 mL de Etanol 95%.).
Após coletar um volume 200 mL de destilado, onde ser observou a mudança de cor de rosa para amarelo, o mesmo foi titulado com H2SO4 0,02 N até que se obtivesse uma coloração lavanda pálido. Realizou-se, também, um branco em todas as etapas para possível correção nos resultados. Para a quantificação do Nitrogênio Amoniacal, utilizou-se a seguinte equação (Eq. 2):
mg NH3− N L⁄ = (A − B)X 280 mL amostra A = Volume de H2SO4 usado na titulação da amostra, em mL, e, B = Volume de H2SO4 usado na titulação do branco, em mL.
Procedeu-se, para a análise de determinação do Nitrogênio Orgânico, utilizando- se o mesmo frasco Kjeldahl com a amostra da análise de Nitrogênio Amoniacal. Após resfriar, adicionou-se 50 mL de reagente de digestão (134 g K2SO4 e 7,3 g de CuSO4 em 800 mL de água destilada, seguindo-se de adição cuidadosa de 134 mL de H2SO4 concentrado e, então, avolumando-o para 1 L). Seguiu-se com a amostra para digestão no Sistema de Digestão/Destilação/Exaustão de Gases, até que volume da mesma reduzisse significativamente para cerca de 25 - 50 mL e vapores brancos abundantes 88pudessem ser observados (os vapores podem apresentar-se escuros em amostras que apresentam alto teor de matéria orgânica), então, a digestão prosseguiu-se apenas por mais 30 min. Após a digestão, e resfriamento da amostra, a mesma foi diluída e homogeneizada até 300 mL com água destilada, seguindo-se com adição de 50 mL de reagente de Hidróxido de sódio – Tiossulfato de sódio (500 g de NaOH e 25 g de Na2S2O3⋅5H2O em água destilada para 1 L). Levou-se, então, a amostra para destilação, onde recolheu-se o destilado sem erlenmeyer de 500 mL contendo 50 mL de H3BO3 2%
e 4 gotas de indicador misto, até um volume 200 mL. Em seguida, o destilado recolhido foi titulado com H2SO4 0,02 N até se obter uma coloração lavanda pálido. A equação apresentada anteriormente será empregada. A figura que se segue demonstra a destilação das amostras no Sistema de Digestão/Destilação/Exaustão de Gases.
Figura 10 - Destilação de amostras em Sistema de Digestão/Destilação/Exaustão de
4.2.8 Fósforo Total
Para a análise de fósforo total foi-se transferido 50,0 mL de amostra para um erlenmeyer de 125 mL, seguindo-se da adição de 0,05 mL (1 gota) de indicador fenolftaleína. (Caso houvesse presença de cor vermelha, seria então, adicionado solução de H2SO4 5 N gota a gota até a cor desaparecer). Em seguida 8,0 mL de reagente combinado foram adicionados, onde preparou-se o mesmo nas proporções seguintes proporções, considerando 100 mL de solução final: 50 mL de H2SO4 5 N; 5 mL de solução de antimonil tartarato de potássio (1,3715 g / 500 mL); 15 mL de solução de molibdato de amônio (20 g / 500 mL) e 30 mL de solução de ácido ascórbico 0,1 M.
Após 10 min de reação, mediu-se a absorbância da amostra em comprimento de onda 880 nm, por meio de Espectrofotômetro da marca Shimadzu®, modelo UV-1280, utilizando-se como o branco o reagente combinado como solução de referência sem a adição da solução de ácido ascórbico 0,1 M. Além disso, construiu-se uma curva analítica para a quantificação utilizando-se fosfato de potássio P.A. A figura que segue descreve o processo de preparação das amostras e leitura em Espectrofotómetro UV.
Figura 11 - Análise de Fósforo Total: A) Preparação das amostras; B) Leitura das amostras
4.2.9 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
Para determinação de DBO utilizou-se o equipamento BOD – System, marca Lovibond® Water Testing e modelo BD 600. Mediu-se a amostra em balão volumétrico apropriado de 428 mL de acordo com a especificação do equipamento, e então se transferiu para o frasco de análise, então, adicionou-se a barra magnética e 10 gotas de solução de inibidor de nitrificação, bem como acoplou-se o recipiente para KOH contendo 10 gotas de solução de KOH 40%, em seguida atarraxou-se, então, os sensores, e os frascos foram levados ao equipamento.
O equipamento de BOD – System foi posicionado dentro de uma estufa incubadora (Incubadora BOD modelo NT 705, Nova Técnica) com temperatura controlada e fixada em 20ºC. Após os frascos foram posicionados no equipamento BOD – System, onde se escolheu a programação corresponde ao volume de amostra de 428 mL em período de 5 dias. Após os cinco dias de incubação, obteve-se o resultado aferido pelo equipamento. A figura a seguir retrata uma análise em andamento.
Figura 12 - Análise de DBO: A) Material necessário para análise; B) Frascos atarrachados no equipamento; C) Inserindo programação; D) Equipamentos, BOD –
System, encubados.
4.2.10 Sólidos Totais
Para determinação dos sólidos totais, utilizou-se o método gravimétrico. As amostras coletadas foram transportadas até o laboratório e, então, analisadas respeitando o prazo de validade da amostra.
Através de uma cápsula de porcelana previamente limpa, desengordurada e com peso determinado, 100 mL de amostra foram aquecidos em estufa de circulação de ar, a temperatura de 103 a 105 ºC por 1 hora, após o tempo determinado, utilizou-se um dessecador para ambientação da amostra e em seguida determinou-se o seu peso (Figura 14). Repetiu-se o processo até que a massa se apresentasse constante, ou até que a diferença de peso se demonstrasse inferior a 4% do anterior.
Figura 13 - Análise de Sólidos Totais: A) Cadinhos em Estufa; B) Cadinhos no Dessecador
4.3 ANÁLISE DE ELEMENTOS METÁLICOS 4.3.1 Preparo, coleta e conservação de amostras
Para análise de elementos metálicos foram realizadas seis campanhas em dois períodos distintos: 3 campanhas no período chuvoso (dezembro até fevereiro de 2019/2020) e outras 3 campanhas no período seco (julho até setembro de 2020), as mesmas realizaram-se nos primeiros 15 dias de cada mês descrito. Ressalta-se que, na campanha realizada em julho de 2020, devido às restrições causadas pela pandemia de Covid-19, não foi possível coletar o ponto P1, localizada no interior da Unidade de Proteção Integral, na nascente do Mindu, pois a mesma encontrava-se fechada por decreto Municipal.
Para as coletas, foram preparados Kits, com frascos previamente identificados, de material semelhante às coletas para os parâmetros de IQA, com capacidade de 0,5 L, material inerte e autoclavável. Além disso, separava-se o material de apoio: caixa térmica, gelo renovável, luvas de látex, baldes, papel toalha, HNO3 50%, conta gotas, fita pH e aparelho GPS.
Durante a coleta, os pontos eram geolocalizados com auxílio de aparelho GPS, após chegar-se ao local, o frasco era içado ao igarapé e a amostra era coletada. Após, com auxílio de um conta gotas, era adicionado o conservante, HNO3 50%, até se atingir pH ≤ 2, o pH era aferido com fita pH, pH-Fix 0-14, marca: Macherey-Nagel e, então, as amostras eram transferidas para caixa térmica com bolsas de gelo de rígido, para a preservação das mesmas. Ao chegar-se laboratório as amostras eram refrigeradas em geladeira.
