AVALIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE METAIS E ELEMENTOS TRAÇO EM PERFIL DE SEDIMENTO DO RIO TIETÊ, PELA TÉCNICA DE ATIVAÇÃO NEUTRÔNICA

Amanda P. Ambrosio; Giovanna M. Riccielli; Matheus M. Nascimento

Orientador: Profa. Rebeca Piumbato Chaparro

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado em Química

RESUMO O rio Tietê é composto por seis sub-bacias hidrográficas, com 1100 km de extensão sendo um dos rios mais poluídos do mundo. O presente estudo apresenta a avaliação da concentração de metais e elementos traço em um perfil de sedimento, coletado na região de Itú, região do médio Tietê. Utilizou-se a técnica de Análise por Ativação com Nêutrons Instrumental e determinou-se a concentração de As, Ba, Br, Ca, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Na, Rb, Sb, Sc, Ta, Th, U e Zn. Os impactos antropogênicos foram avaliados a partir das ferramentas de Fator de Enriquecimento (FE) e índice de geoacumulação (Igeo). Comparando-se os valores de Igeo com os valores de FE, verificou-se que somente os elementos As, Br e Zn parecem apresentar influência antrópica no perfil de sedimento analisado. Comparando-se os valores orientadores TEL e PEL para classificação de qualidade de sedimentos, para o semi-metal As e os metais Cr e Zn, observou-se que para As, a metade das amostras analisadas apresentaram valores de concentração < TEL (5,9 mg kg^-1), indicando uma ótima qualidade de sedimentos para esse elemento. Para o Cr, observou-se que nenhuma das amostras apresentou valores de concentração < TEL (37,5 mg kg-1), sendo a maior parte com valores entre > 63,7 e < 90 mg kg^-1. Para o Zn, somente as amostras correspondentes às profundidades de 26 a 28 cm e 32 a 34 cm apresentaram valores < TEL (123 mg kg^-1) e nenhuma das demais, excedeu os valores de PEL (473 mg kg^-1).

Palavras chave: metais. INAA. rio Tietê.

1 INTRODUÇÃO

Analisando os sedimentos em rios e lagos podemos avaliar a qualidade da água e presença de contaminantes. Nesse estudo utilizou-se a técnica de Análise por Ativação com Neutrons Intrumental na região de Itú, região do Médio Tietê para avaliar as concentrações de elementos traço em mostras de perfil de sedimento. Determinou-se: As, Ba, Br, Ca, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Na, Rb, Sb, Sc, Ta, Th, U e Zn. Os valores de concentração de As, Cr e Zn foram comparados aos valores guias do Enviromental Canada (TEL, que representa a concentração abaixo da qual são esperados raramente a ocorrência de efeitos biológicos adversos e PEL, nível acima do qual são frequentemente esperados a ocorrência de efeitos adversos à biota aquática). Estimou-se também os impactos antropogênicos a partir das ferramentas de Fator de Enriquecimento (FE) e índice de geoacumulação (Igeo). O FE foi calculado utilizando-se o Sc como elemento normalizado e os valores do folhelho médio do NASC (North American Shale Composite), como valores de referência.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Local de Estudo

O ponto de coleta do testemunho apresentado nesse estudo corresponde ao ponto 5, Médio Tietê, cidade de Salto de Itú (Condomínio Terras de Santa Rosa – Salto de Itú- Rod. do Açúcar.

2.2  Preparo das amostras de sedimentos (testemunho)

O testemunho de sedimento foi coletado com o auxílio de um amostrador desenvolvido a partir de um modelo “core sample”, ao qual foi acoplado um tubo de PVC de 100 cm de comprimento com aproximadamente 70 mm de diâmetro.

Após a coleta, o testemunho foi congelado e mantido em freezer até o momento da sua abertura. Retirou-se o testemunho do freezer um dia antes da sua abertura e fatiou-se o mesmo, a cada 2 cm no laboratório. No laboratório, uma parte das amostras foram separadas para análise granulométrica e datação pelo método do ²¹⁰Pb. A outra parte, foi seca em estufa ventilada a 40ºC até massa constante, peneirada para separação da fração inferior a 2 mm. Em seguida as amostras foram quarteadas, moídas em almofariz de ágata e passadas novamente em peneiras de granulometria de 115 mesh. Esse procedimento se faz necessário para melhor homogeneidade das amostras para análises químicas.

2.3  Determinação de Metais e Elementos Traço por INAA

A Análise por Ativação Neutrônica é mais freqüentemente utilizada como uma técnica comparativa. A atividade induzida em uma amostra é comparada com algum tipo de monitor, onde uma quantidade conhecida do(s) elemento(s) de interesse é irradiada e contada sob condições idênticas às da amostra (GREENBERG, 1994). Quando a técnica é usada como método comparativo, sua exatidão é dependente da qualidade do comparador presente, ou seja da sua concentração.

A amostra é irradiada, após um período conhecido de decaimento, amostra e padrão foram medidos no mesmo detector e a partir das taxas de contagem da amostra e do padrão, conhecendo-se as massas de ambos, pode-se calcular a concentração dos elementos presentes na amostra pela comparação das áreas de picos referentes à contagem dos elementos do padrão, que é ativado juntamente com a amostra.

2.4    Cálculo do Fator de Enriquecimento (FE)

Para se estimar os impactos antropogênicos em sedimentos, é comum se calcular o fator de enriquecimento (FE) normalizado para concentrações acima do nível “background”. O FE avalia-se a extensão da poluição por metais. Se 0,5<FE<1,5 a concentração do elemento está relacionada à origem natural ou intemperismo; valores acima de 1,5 indicam contribuições antropogênicas.

2.5 Cálculo do Índice de Geoacumulação (Igeo)

O índice de geoacumulação (Igeo), é usado para diferenciar a origem dos metais por processos naturais das atividades humanas, indicando assim o grau de influência da ação antropogênica no meio.

3       RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1  Validação da Metodologia de INAA: Cálculo da Concentração em função da profundidade

Os valores de concentração obtidos por INAA em função da profundidade, agrupados por ordem de concentração, no testemunho de sedimento analisado, podemos destacar 3 categorias de comportamento dos elementos pela análise de gráficos.

1)   Elementos que apresentaram, em geral, decréscimo de concentração com a profundidade: Cr, Na, Rb e Zn;

2)   Elementos que apresentaram, em geral, aumento de concentração com a profundidade: As e Cs;

3)   Elementos que não apresentaram, em geral, variação acentuada de concentração com a profundidade: Ba, Br, Co, Fe, Hf, Sc, Ta, Th e U.

Entretanto vale ressaltar que alguns elementos apresentaram um aumento significativo de concentração na última camada do perfil, a saber: As, Ba, Br, Co, Cr, Cs, Fe, Rb, Sc, Th e U.

3.2 Resultados do Fator de Enriquecimento (FE)

Anexo 1 apresenta os FE>1,5 para os elementos analisados. Obtiveram-se FE < 2 para a maioria dos elementos analisados, indicando um não enriquecimento em relação aos valores do NASC; 2<FE<5, moderadamente enriquecido, para os elementos Hf, Ta, Th e U; 5<FE<20, significativamente enriquecido, para As nas quatro amostras mais profundas (32-41cm), para Br, na maioria das amostras e Zn nas amostras na profundidade de 0 a 18 cm. Observou-se um comportamento bastante similar para os elementos As, Br, Hf, Ta, Th, U e Zn, que apresentaram FE>1,5, indicativo da presença de contribuição antrópica para esses elementos.

             

3.3 Resultados dos valores de Igeo

Anexo 2 apresenta os valores de Igeo, para os elementos analisados que apresentaram valores de Igeo > 0,5. Em geral, a maioria dos elementos apresentaram valores Igeo < 0, considerados como valores basais. Foram encontrados 0<IGEO<1, não poluído, para Hf. 1<IGEO<2, moderadamente poluído para As e também Br e Zn em algumas profundidades.

3.4 Comparação com os valores orientadores TEL e PEL

A Tabela 1 apresenta os valores orientadores para avaliação da qualidade de sedimento para proteção da vida aquática (água doce) utilizada pela CETEB. As observações valem para os elementos As, Cr e Zn encontrados no presente estudo, comparados aos valores orientadores TEL e PEL.

Comparando-se os valores orientadores TEL e PEL para o semi-metal As, observou-se que metade das amostras apresentaram valores de concentração < TEL indicando uma ótima qualidade dos sedimentos para esse elemento. Entretanto as demais amostras, apresentaram classificações entre boa e regular.  Nenhuma das amostras de sedimento excedeu os valores de PEL, classificação péssima.

Para o Cr, observou-se que nenhuma das amostras analisadas apresentou valores de concentração < TEL indicado ótima. A maior parte das amostras apresentou valores com classificação boa e regular. Nenhuma das amostras excedeu o valor de PEL, classificação péssima.

Para o Zn, somente as amostras correspondentes às profundidades 22 à 24cm e 32 à 34cm apresentaram valor < TEL classificação ótima. As demais amostras apresentaram valores de concentração classificações de boa, regular e ruim. Nenhuma das amostras excedeu os valores de PEL classificação péssima.

Tabela 1: Valores orientadores de qualidade de sedimento para proteção da vida aquática (mg kg^-1) (água doce) (CETESB, 2013)

	ÓTIMA	BOA	REGULAR	RUIM	PÉSSIMA
As	< 5,9	≥5,9-11,5	>11,5-<17,0	17,0-25,5	>25,5
Cr	<37,3	≥37,3-63,7	>63,7-<90,0	90,0-135,0	>135,0
Zn	<123	≥213-219	>219-<315	315-473	>473

4       CONCLUSÕES

Com base nos métodos qualitativos, determinação de metais pesados e elementos traços por INAA e irradiação das amostras e espectrometria gama, foi possível mensurar os danos que metais pesados e elementos traço causam ao longo do percurso do Rio Tiête. A partir de amostras sedimentares, nomeadas de testemunho, foi possível analisar as diferentes concentrações de metais devido a urbanização e industrialização da cidade de São Paulo.

Os resultados foram significativos para os cálculos feitos. Para a maioria dos elementos analisados o obtido foi menor do que 1,5 para o fator de enriquecimento (FE), valores maiores que 1,5 foram encontrados apenas para os metais As, Br, Hf, Ta, Th, U e Zn. Para os cálculos de Igeo o valor encontrado para a maioria foi abaixo de zero, todos os valores foram baseados nos valores do NASC como referência. Entre um comparativo, os elementos As, Zn e Br apresentam grande impacto nas amostras sedimentares, por influências antrópicas.

5   REFERÊNCIAS

1.           MORTATTI, J.; HISSLER, C.; PROBST, J. Distribuição de Metais pesados nos Sedimentos de Fundo ao Longo da Bacia do Rio Tietê, S.P. Revista do Instituto de Geociências, Vol.10, p. 3-11 (2010).

2.           BEVILACQUA, J. E. Estudos Sobre a Caracterização e a Estabilidade de amostras de Sedimento do Rio Tietê, S.P. Tese (Doutorado). Instituto de Química da Universidade de São Paulo, São Paulo (1996).

3.           MORTATTI, J.; MORAES, G. M.; KIANG, C. H.  Distribuição e possível origem de metais pesados no sedimentos de fundo ao longo da bacia do alto Rio Tietê: Aplicação da normalização geoquímica sucessiva. Revista do Instituto de Geociências (UNESP - São Paulo), Vol. 31 (2), p.175-184  (2012)

4.           BODE, P. Instrumental and organizational aspects of a neutron activation analysis laboratory, Delft, Interfaculty Reactor Institut Netherlands, p.147 (1996).

5.           BEVILACQUA, J. E.; DA SILVA, I. S.; LICHTIG, J.; MASINI, J. C. Extração seletiva de metais pesados em sedimentos de fundo do Rio Tietê, São Paulo.  Quím. Nova, Vol.32 (1), pp. 26-33 (2009).

6.           CETESB. Cia Ambiental do Estado de São Paulo. Relatórios. Disponíveis em: http://www.cetesb.sp.gov.br/agua/aguas-superficiais/35-publicacoes-/-relatorios. (2013), acessado em 07/07/2015.