Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio Barigui

A Revista Processando o Saber (eISSN: 2179-5150) é publicada pela FATEC Praia Grande Multidisciplinar - Revisão por pares - Acesso aberto - www.fatecpg.edu.br/revista - [email protected] eISSN 2179-5150 FATEC Praia Grande • fatecpg.edu.br/revista submetido: Jan/2021 • aceito: Mar/2021 • publicado: Jun/2021 Uma imagem contendo Interface gráfica do usuário Descrição gerada automaticamente Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio Barigui Pollutants of emerging interest (caffeine) in Barigui river Carolina Sobral Rainho Morato Fatec Rubens Lara [email protected] Paulo José Ferraz de Arruda Júnior Fatec Rubens Lara [email protected] RESUMO Os ecossistemas aquáticos foram degradados ao longo dos anos por meio de atividades antrópicas com um crescimento populacional de forma desordenada e gerou muito problema para as grandes cidades, resultando danos aos organismos aquáticos e aos seres humanos. A falta de saneamento básico causa aumento na concentração de matéria orgânica, nutrientes e compostos de interesse emergente através de lixo doméstico não tratado ou deficientemente tratado. O presente estudo coletou amostras de 4 pontos distintos no rio Barigui. Foram realizadas análises físicas e químicas desta água para verificar quais parâmetros de qualidade da água estavam de acordo com o padrão estabelecido pela norma e determinar a influência ou dependência que os outros parâmetros exercem sobre a cafeína com os parâmetros mais significativos que foram analisados. Os resultados encontrados na bacia do rio Barigui adjacente à área metropolitana da cidade de Curitiba mostram o impacto da atividade antrópica neste rio. Os resultados mostram a presença de compostos que exigem Oxigênio, caracterizada por parâmetros como COD e NH3, que apresentaram alta correlação com a cafeína (r maior que 0,9), evidência de sua fonte comum da mesma forma, encontrou-se uma forte associação dos metais analisados com cafeína (maior que 0,8), o que representa a influência que também tem despejo industrial no rio Barigui. PALAVRAS-CHAVE: Cafeína. Análise estatística. Correlação. Poluentes emergentes. ABSTRACT Aquatic ecosystems have been degraded over the years through anthropic activities with disorganized population growth has generated much problem for large cities resulting in damage to aquatic organisms and humans. The lack of basic sanitation causes an increase in the concentration of organic matter, nutrients and compounds of emerging interest through untreated or poorly treated household waste. The present study collected samples of 4 distinct points in the Barigui River. Physical and chemical analyzes of this water were carried out to verify which parameters of water quality were in accordance with the standard established by the standard and also to determine the influence or dependence that the other parameters exert on caffeine with the most significant parameters that were analyzed. The results found in the Barigui river basin adjacent to the metropolitan area of the city of Curitiba show the impact of the antropic activity in this river.The results show the presence of compounds requiring Oxygen, characterized by parameters such as COD and NH3, which showed a high correlation with caffeine (r greater than 0.9), evidence of its common source in the same way, a strong association was found of the metals analyzed with caffeine (greater than 0.8), which represents the influence that also has industrial dumping in the Barigui river. KEY-WORDS: Caffeine. Statistical analysis. Correlation. Emerging pollutant 2 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 INTRODUÇÃO Os altos índices de poluição dos rios urbanos representam um problema muito comum em grandes cidades. A expansão urbana desordenada, juntamente com um planejamento muitas vezes ineficiente, contribui para a degradação do meio ambiente, uma vez que esse crescimento atrapalhado contribui para que os corpos d’água recebam uma grande quantidade de efluentes, seja ele de origem doméstica ou industrial. Além disso, a degradação dos corpos hídricos pode ser potencializada pela presença e ligações de esgoto clandestinas, que lançam continuamente efluentes não tratados nos rios já debilitados pelo grande uso de suas águas (ANDREOLI et al., 1999). Segundo Ide et al. (2013), outros fatores que também aumentam a degradação dos rios é o aumento no consumo de água potável, degradação do solo, despejo de lixo nas margens e dentro dos rios, a retirada da mata ciliar, a ineficiência dos sistemas de tratamento de efluentes bem como o aumento do consumo de novos produtos no mercado. Os esgotos domésticos lançados em ambientes aquáticos, afetam a qualidade da água, provocando alterações nesses ambientes, como diminuição da quantidade de oxigênio dissolvido, aumento da turbidez, mudanças no pH e aumento da concentração de nitrogênio e fósforo. Tais alterações refletem negativamente nas condições ideais para a sobrevivência dos organismos (FROEHNER et al., 2008). Sobre a introdução de novas substâncias nos corpos hídricos, temos que: Substâncias químicas novas e não regulamentadas e que não eram detectadas ou, não eram consideradas como um risco ambiental, como os contaminantes emergentes, têm sido estudadas, com o objetivo de relacionar sua presença com a de despejos domésticos em corpos aquáticos (IDE et al, 2013, p. 201-202). Estes contaminantes emergentes são compostos orgânicos, sintéticos ou naturais, consumidos pela maior parte da população, que acabam chegando aos ecossistemas aquáticos por meio dos esgotos domésticos, com ou sem tratamento. A cafeína, por exemplo, é um contaminante emergente estudado como potencial indicador do grau de contaminação, já que é um composto utilizado apenas por humanos, sendo consumido no café, chocolate, refrigerantes como também em produtos farmacêuticos (Ide et. al, 2013). A quantificação das concentrações de carbono orgânico total, nutrientes como nitrogênio e fósforo e contaminantes emergentes, cafeína, por exemplo, podem auxiliar no diagnóstico de contaminação ao longo de um rio. Além destes parâmetros, elementos traços como os metais Cd, Cu, Cr, Zn, Ni, Fe, Pb e Mn também são considerados indicadores de poluição em áreas urbanas (Neto et al, 2017). 3 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 O Rio Barigui atravessa a região metropolitana de Curitiba e apresenta um típico exemplo de contaminações provocadas por lançamentos de esgotos domésticos e industriais. Este material lançado tem, muitas vezes, como destino final os sedimentos. A contaminação destes reflete em alterações na coluna d'água e na composição biogênica dos sedimentos (Froehner et al., 2008). O objetivo principal deste trabalho foi fazer uma avaliação do sedimento do Rio Barigui, localizado em Curitiba - Paraná, Brasil, através da quantificação das concentrações de TOC, N, P, metais e cafeína nos pontos de coleta amostrados e inferir, por meio dos resultados obtidos, as condições dos diversos trechos do corpo hídrico classificados de acordo com a resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) 375/2005 bem como avaliar a interação entre a cafeína com o corpo d’agua e sua interferência na qualidade das águas do rio mediante a degradação da cafeína e o incremento na parcela de NH3 no meio. 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Esta seção explora a caracterização da bacia do Rio Barigui, bem como seu uso e contextualiza onde foi realizada a coleta da amostragem da água para posterior análise levando em consideração as condições climáticas da região. 1.1 CARACTERIZAÇÃO DA BACIA E DO RIO BARIGUI O Rio Barigui é afluente do Rio Iguaçu, pelo lado direito, sendo seu traçado desenvolvido de norte para o sul. A área total da bacia é de aproximadamente 279 km², englobando os municípios de Almirante Tamandaré, Curitiba e Araucária (CHELLA et al., 2005). Os usos encontrados ao longo de seu traçado são diversos, destacando-se na cabeceira, em Almirante Tamandaré, o uso rural com alguns aglomerados urbanos, em Curitiba o uso preponderante é urbano, destacando-se o residencial, comércio e serviços. Já em Araucária o uso industrial é o que sobressai nessa porção da bacia, em que estão localizadas as cidades industriais de Curitiba e de Araucária, e a Refinaria da Petrobrás, na margem esquerda do rio. Finalmente, mais a jusante, volta a predominar o uso rural, já próximo a confluência com Rio Iguaçu. (SUDERHSA, 2002). 4 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 A área de drenagem do rio é separada por municípios, conforme mostra a Tabela 1. Tabela 1 - Área de drenagem da Bacia do Rio Barigui Município Área do Município (km²) Área da Bacia (km²) Almirante Tamandaré 523,10 120 Curitiba 432,42 144 Araucária 460,85 15 Total 1.416,37 279 Fonte: Chella et al. (2005). O Rio Barigui apresenta uma extensão aproximada de 60 km, sendo que a cota de nível da cabeceira encontra-se a aproximadamente 955 m de altitude e na foz, no Rio Iguaçu, é estimada em 862 m, resultando em uma declividade média de 0,00155 m/m. Segundo a Portaria nº020/92, ainda baseada na Resolução CONAMA nº20/1986, predecessora da atual Resolução CONAMA nº357/2005, o Rio Barigui é classificado como rio de água doce de Classe 2. Já a jusante do Parque Barigui a referida Portaria classifica o rio como Classe 3. 1.2 USOS DO RIO BARIGUI As Outorgas de uso dos Recursos Hídricos, no estado do Paraná, são concedidas pelo Instituto das Águas do Paraná e publicadas por meio do website do instituto. Para o presente trabalho foram levantadas as outorgas de uso do Rio Barigui tanto para o lançamento de efluentes tratados quanto para a captação de água de consumo, e são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 - Usos outorgados para lançamento de efluentes na Bacia do Rio Barigui USUÁRIO LOCAL TIPO Ambev S.A. Almirante Tamandaré Indústria Essencis Curitiba Comércio / Serviço Sanepar Curitiba Saneamento CNH Latin America Ltda Curitiba Indústria Araucária nitrogenados Araucária Indústria Novozymes Latin America Araucária Indústria Petrobras Araucária Indústria Sanepar Almirante Tamandaré Saneamento Sanepar Curitiba Saneamento Cocelpa Araucária Indústria UEG Araucária Araucária Outros Cocelpa Araucária Indústria Trombini Curitiba Indústria Artefatos de concreto tubolar Curitiba Indústria Jose Renato Chevonica Almirante Tamandaré Agropecuária Fonte: Instituto Águas do Paraná. Comitês de Bacia Hidrográfica (2013). 5 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 2. MÉTODO DE PESQUISA Com a intenção de quantificar os compostos TOC, N, P, metais e cafeína presentes no sedimento do rio foram coletadas amostras e realizadas análises de correlação das mesmas. 2.1 AMOSTRAGENS Para coleta de dados, as amostras foram colhidas em quatro pontos escolhidos e localizados ao longo do Rio Barigui, indicados conforme Figura 1 a seguir. Esta quantidade de pontos foi escolhida devido a limitação temporal para coleta, análise e estudos dos dados, e ainda, poluição no curso d’água (região de menor poluição para maior poluição). Figura 1 - Pontos de Coletas das amostras Fonte: Elaboração própria (2021). O primeiro ponto está localizado dentro do Parque Barigui e apresenta uma carga de contaminantes relativamente baixa, pois a qualidade da água do segmento anterior se apresenta pouco degradada, comparada aos outros segmentos a jusante do mesmo rio. O segundo ponto se encontra na região de saída do parque, o qual não sofre influência das águas do lago local. Este ponto localiza-se a uma distância de aproximadamente 847 metros do primeiro ponto, e será utilizado para confirmação dos dados da carga de poluição, com relação ao ponto 01. Por se tratar de pontos a montante dos locais comumente conhecidos de lançamento de esgoto, devem apresentar baixa carga de contaminação oriunda de despejos clandestinos. Isso foi confirmado pela abundância de vida aquática encontrada nos pontos 01 e 02. O ponto 03, localiza-se sobre a ponte na rua João Alencar Guimarães, no bairro Santa Quitéria, à 3200 metros do ponto 02. Este ponto está sobre forte influência de lançamentos clandestinos de esgoto das imediações, levando a extinção da vida aquática, como observado. 6 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 Entre os pontos 03 e 04, encontram-se múltiplos lançamentos de esgoto não tratado, além da Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) Santa Quitéria, pertencente à Companhia Paranaense de Saneamento (SANEPAR). As razões para escolha do ponto 04, situado a jusante da ETE mencionada, é que este, hipoteticamente, deve apresentar concentrações baixas de poluentes comparados ao ponto 03. Porém, observou-se um aumento da carga contaminante, provavelmente, em função de lançamentos clandestinos de efluentes e do efluente tratado da ETE. 2.2 PONTOS DAS AMOSTRAGENS As amostras de água foram realizadas no Rio Barigui em 30 de junho de 2017, em quatro pontos superficiais, sendo o Rio Barigui localizado na cidade de Curitiba, PR, no Brasil, e localizado em -25,431150N e -49,313330W. A área tem aproximadamente 114 ha, profundidade média de 1,50 m e comprimento de 2065 m. Os parâmetros físico-químicos medidos in situ foram: oxigênio dissolvido (OD), temperatura, condutividade elétrica (μS cm1), pH e potencial redox (mV) com o potenciômetro multiparâmetro digital HANNA HI 9828 COM GPS. A unidade internacional de turbidez (IUT) foi medida com o aparelho Turbidímetro HANNA HI 98703; Metais de Zinco, Cobre, Cádmio, Níquel, Cromo, Ferro, Chumbo e Manganês foram determinados por espectrometria de absorção atômica (Varian, Spectra AA10 plus). A água foi coletada usando o frasco plástico PET, e alíquotas de 500 mL foram transferidas para frascos de polietileno, previamente lavadas com ácido clorídrico (HCl) e arrefecidas a -4ºC. Determinou-se o Carbono Orgânico Dissolvido (COD), nitrato, nitrito, Nitrogênio amoniacal e Nitrogênio Total com TOC 5000-A, Shimadzu. As medições de absorvência na faixa de 200 a 700 nm foram realizadas com espectrofotômetro Cary 50-Varian, usando uma célula de 10mm quartz e água Milli-Q como um espaço em branco. Os contaminantes emergentes foram determinados por cromatografia de gases acoplados a detector de massas e por cromatografia líquida de alta resolução (HPLC). 2.3 CONDIÇÕES CLIMÁTICAS Caracterização das condições climáticas que apresentam fatores de interferência para a análise da amostragem. 7 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 2.3.1 Precipitação A ocorrência de precipitações pluviais (chuvas) favorece a diluição dos contaminantes, ou seja, as concentrações dos parâmetros de qualidade da água tendem a apresentar menores valores. Por outro lado, a ausência de chuvas possibilita a concentração nos níveis dos contaminantes no leito do curso d’água (BAIRD; CANN, 2011). 2.3.2 Ventos Segundo Esteves (1998), a influência das forças dos ventos nos sistemas aquáticos se faz sentir de forma mais intensa nos sistemas lênticos do que nos sistemas lóticos. Em sistemas lênticos, particularmente em represas e lagos rasos, o vento induz o revolvimento das camadas profundas levando-as às mais superficiais. 2.3.3 Temperatura A temperatura está relacionada ao processo físico de estratificação térmica nos corpos d’água. Esse fenômeno possibilita o transporte de energia térmica e matéria orgânica e mineral entre as diferentes camadas do recurso hídrico superficial (ESTEVES, 1998). 2.3.4 Condições climáticas no dia da coleta A precipitação acumulada entre os dias 23 a 30 de junho de 2017 foi de zero milímetro. Disso, é possível concluir que a contaminação presente no Rio Barigui era proveniente dos lançamentos clandestinos e das ETEs ao longo de seu percurso. Durante a coleta, que ocorreu em um período de estiagem, foi possível observar que os dutos de drenagem superficial apresentavam vazões de lançamento. 2.4 PROCEDIMENTOS UTILIZADOS PARA ANÁLISE ESTATÍSTICA A primeira parte do procedimento consiste em efetuar o cálculo dos valores médios dos parâmetros obtidos. Já a segunda parte constitui a avaliação do comportamento normal (distribuição Gaussiana). Tal procedimento visa mostrar se a variável é considerada paramétrica 8 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 ou não. Uma vez estabelecido o tipo de variável, faz-se a correlação bivariada com o objetivo de estabelecer a influência das demais variáveis sobre a variável de estudo que para o presente artigo corresponde a cafeína. 3. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Com base na amostragem coletada e nas análises realizadas foram efetuados gráficos analíticos de correlação entre os poluentes de interesse emergente. 3.1 RESULTADOS ANALÍTICOS Através dos resultados dos parâmetros in situ (conforme representado na Figura 2) podemos verificar que o comportamento de Oxigênio dissolvido tende a reduzir do ponto 1 ao 4, que representa o aporte de fontes que demandam consumo de Oxigênio ao longo do rio. Foi possível perceber também que a temperatura apresentou um leve aumento do ponto 1 ao 4, o pH manteve-se em condições estáveis e a turbidez não possui um comportamento regular. Figura 2 - Parâmetros in situ do Rio Barigui Fonte: Elaboração própria (2021). A presença de fosfato (PO43-) possui maior concentração no ponto 4 que pode estar associado a lançamentos da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) que carece de um pós tratamento. 9 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 Figura 3 - Análise de nutrientes no Rio Barigui Fonte: Elaboração própria (2021). Ao efetuar análise de nutrientes no rio Barigui obtivemos, através da Figura 3, que não houve variação significativa de nitrito nos pontos coletados. Figura 4 - Análise de parâmetros associados a matéria orgânica no Rio Barigui Fonte: Elaboração própria (2021). No que se refere a nitrato e amônia (NH3) percebe-se que estão correlacionadas de forma inversa, sendo perceptível que a maior concentração de nitrato acontece no ponto 2 e a menor concentração de NH3 acontece justamente no mesmo ponto. No ponto 4 ocorre o contrário, a menor concentração de nitrato coincide com a maior concentração de NH3. Ressalta-se que a presença de NH3 está associada a condições anóxicas que implica numa menor concentração de Oxigênio dissolvido (OD) e uma maior quantidade de carga orgânica no meio, representado no parâmetro turbidez e Carbono orgânico dissolvido (COD) tal como se ilustra na Figura 4. Com relação à presença de metais é possível perceber que nos pontos 3 e 4 obtivemos uma maior concentração de Cobre (Cu), Ferro (Fe) e Manganês (Mn), conforme mostrado na Figura 5. 16 | Poluentes de interesse emergente (cafeína) no rio barigui Revista Processando o Saber - v.13 - p. 01-16 - 2021 IDE, A H.; CARDOSO, F. D.; SANTOS, M. M. Dos; KRAMER, R. D.; Azevedo, J. C. R. De; Mizukawa, A. (2013). Utilização da Cafeína como Indicador de Contaminação por Esgotos Domésticos na Bacia do Alto Iguaçu. RBRH: Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 18, n.2, p.201-2011, Abr./Jun. Instituto Das Águas Do Paraná; Comitês de Bacia hidrográfica. 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