caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL PPGEC/UFPA ROSIANE DO ROSÁRIO DE SOUSA CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DOS SEDIMENTOS SUPERFICIAIS DE FUNDO DO RESERVATÓRIO ÁGUA PRETA (BELÉM PA) BELÉM, PARÁ Novembro/2010

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Page 1: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL – PPGEC/UFPA

ROSIANE DO ROSÁRIO DE SOUSA

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DOS SEDIMENTOS SUPERFICIAIS DE

FUNDO DO RESERVATÓRIO ÁGUA PRETA (BELÉM – PA)

BELÉM, PARÁ Novembro/2010

Page 2: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

ROSIANE DO ROSÁRIO DE SOUSA

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DOS SEDIMENTOS SUPERFICIAIS DE

FUNDO DO RESERVATÓRIO ÁGUA PRETA (BELÉM – PA)

BELÉM, PARÁ Novembro/2010

Dissertação apresentada ao Programa de

Pós Graduação em Engenharia Civil da

Universidade Federal do Pará –

PPGEC/UFPA para obtenção do título de

mestre em Saneamento Ambiental e

Infraestrutura Urbana.

Área de concentração: Recursos Hídricos

e Saneamento Ambiental.

Orientadora: Profa. Dra. Maria de

Lourdes Souza Santos.

Page 3: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

ROSIANE DO ROSÁRIO DE SOUSA

BANCA EXAMINADORA:

- Orientadora Maria de Lourdes Souza Santos Dra. em Oceanografia pela Universidade Federal de Pernambuco Universidade Federal Rural da Amazônia - UFRA José Almir Rodrigues Pereira Doutor em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Carlos Universidade Federal do Pará - UFPA Rui Guilherme Cavaleiro Macêdo Doutor em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina

Universidade Federal do Pará - UFPA

José Francisco Berrêdo Reis da Silva Doutor em Geologia e Geoquímica pela Universidade Federal do Pará

Museu Paraense Emílio Goeldi

JULGADO EM ___/___/_____

CONCEITO: _________________________

Dissertação apresentada ao Programa

de Pós Graduação em Engenharia

Civil da Universidade Federal do

Pará – PPGEC/UFPA para obtenção

do título de mestre em Saneamento

Ambiental e Infraestrutura Urbana.

Área de concentração: Recursos

Hídricos e Saneamento Ambiental.

Orientadora: Profa. Dra. Maria de

Lourdes Souza Santos.

Page 4: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

Dedico este trabalho à grande incentivadora desta conquista, Profa. Dra. Maria de Lourdes Souza Santos.

Page 5: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

”[...], a natureza não nos mostra

quaisquer elementos básicos isolados, mas

apresenta-se como uma teia complexa de

relações entre as várias partes de um

todo” (CAPRA, 1982, p.75).

Page 6: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

AGRADECIMENTO

A Deus pela força e determinação que sempre me concedeu e por ter colocado pessoas importantes nesta caminhada.

À Profa. Dra. Maria de Lourdes que, incansavelmente, esteve sempre disponível para orientar, e foi quem me incentivou a fazer o curso de

mestrado. É a pessoa que me faz tomar boas e importantes decisões na vida.

Á minha família de Belém que sempre me deu apoio e incentivo (Raimundo Pereira, Maria do Rosário, Andreza Pereira e Tessa Lúcia).

Aos colegas do Laboratório de Controle de Resíduos - LCR (Igor Charles, André Saraiva, Jaqueline Portal, Luciano Louzada, Rodrigo Rodrigues,

Rodrigo Sá, Silvana Veloso, Marcus Miranda e Aldenor Junior) e a todos do Grupo de Pesquisa Hidráulica e Saneamento - GPHS pela amizade no

período em que estive com todos.

Ao Coordenador do GPHS, Professor Dr. José Almir Rodrigues Pereira, pelos incentivos financeiros que sempre oportuniza aos estudantes.

A CAPES pela concessão de bolsa durante parte do curso de mestrado.

Aos colegas: Antonia, Augusto Rêgo, Francisco Cacela, Francisco Carlos, Jacques Martins, Luciana, Mariane Furtado e Patrícia Holanda pela

amizade.

Aos queridos professores: Ana Rosa, Claudio Blanco, Lindembergue Fernandes e Rui Macedo que estiveram sempre disponíveis para ajudar.

À Dona Cleide (secretaria do mestrado) pela atenção e carinho com que atende a todos os discentes do Programa.

Muito obrigada !

Page 7: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE SIGLAS

1 INTRODUÇÃO -------------------------------------------------------------------------------- 14

2 OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------------------------- 19

2.1 GERAL-------------------------------------------------------------------------------------------- 19

2.2 ESPECÍFICOS ---------------------------------------------------------------------------------- 19

3 SEDIMENTOS-----------------------------------------------------------------------------------

20

3.1 GRANULOMETRIA------------------------------------------------------------------------- 20

3.2 MATÉRIA ORGÂNICA---------------------------------------------------------------------- 23

3.3 VALORES GUIAS DE QUALIDADE DOS SEDIMENTOS ------------------------ 25

4 FÓSFORO-----------------------------------------------------------------------------------------

26

5 ELEMENTOS TRAÇOS----------------------------------------------------------------------

28

6 MATERIAL E MÉTODOS----------------- --------------------------------------------------

35

6.1 LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO -------------- 35

6.1.1 Rio Guamá----------------------------------------------------------------------------------- 35

6.1.2 Reservatório Água Preta ----------------------------------------------------------------- 36

6.1.3 Clima ------------------------------------------------------------------------------------------ 37

6.1.4 Precipitação Pluviométrica -------------------------------------------------------------- 37

6.1.5 Geologia -------------------------------------------------------------------------------------- 39

6.1.6 Geomorfologia ------------------------------------------------------------------------------ 40

6.1.7 Solos ------------------------------------------------------------------------------------------- 41

6.1.8 Vegetação ------------------------------------------------------------------------------------ 42

6.2 METODOLOGIA DE CAMPO ------------------------------------------------------------ 42

6.3 ANÁLISES EM LABORATÓRIO ---------------------------------------------------------- 43

6.4 TRATAMENTO DOS DADOS ------------------------------------------------------------- 45

Page 8: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

7 RESULTADOS E DISCUSSÕES----------------------------------------------------------- 46

7.1 GRANULOMETRIA -------------------------------------------------------------------------- 46

7.2 MATÉRIA ORGÂNICA -------------------------------------------------------------------- 47

7.3 FORMAS DE FÓSFORO-------------------------------------------------------------------- 48

7.4 ELEMENTOS TRAÇOS-------------------------------------------------------------------- 51

7.5 ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS---------------------------------------- 60

8 CONCLUSÕES ---------------------------------------------------------------------------------- 62

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS-------------------------------------------------------- 64

Page 9: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

LISTA DE FIGURAS

Figura 01:

Igarapés formadores do sistema hídrico do Utinga. Fonte: Jesus e Paranhos apud Lima, 2008.

16

Figura 02: Adsorção de elementos traços em sedimentos. Fonte: Teixeira, Toledo, Fairchild & Taioli apud Silva, 200? (adaptado).

22

Figura 03: Ciclo do fósforo.Fonte: Silva apud Alves, 2007.

15

Figura 04: Localização dos pontos de coleta no reservatório Água Preta (Belém-PA) (alterado do Google Earth, 2008).

22

Figura 05: Média das precipitações pluviométricas de 2005 a 2008.

Fonte: http://www.para30graus.gov.br 38

Figura 06: Geologia da Região de Belém e Ananindeua.Fonte: Matta (2002).

39

Figura 07: Solos da bacia hidrográfica do Utinga e vizinhanças.

Fonte: Imbiriba (2003).

28

Figura 08: Amostrador pontual do tipo “Van Veen”. 30

Figura 09: Distribuição das frações granulométricas (areia, argila e silte) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

33

Figura 10: Distribuição da matéria orgânica (%) nos sedimentos de fundo do

reservatório Água Preta.

34

Figura 11: Distribuição de fósforo total (µg.g-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

49

Figura 12: Distribuição de fósforo orgânico (µg.g-1) nos sedimentos de fundo

do reservatório Água Preta.

49

Figura 13: Distribuição de fósforo inorgânico (µg.g-1) nos sedimentos de

fundo do reservatório Água Preta.

50

Figura 14: Distribuição superficial de Ni (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

52

Figura 15: Distribuição superficial de Cu (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo

do reservatório Água Preta.

53

Page 10: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

Figura 16: Distribuição superficial de Pb (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo

do reservatório Água Preta.

54

Figuura 17: Distribuição superficial de Cr (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo

do reservatório Água Preta.

55

Figura 18: Distribuição superficial de Fe (%) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

56

Figura 19: Distribuição superficial de Cd (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

57

Figura 20: Distribuição superficial de Zn (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

58

Figura 21: Figura 21: Pesos das variáveis das componentes principais da distribuição das formas de fósforo (PT, PO, PI), das frações granulométricas (argila, areia), da matéria orgânica (MO), e dos elementos traços (Ni, Cu, Pb, Cr, Fe, Cd e Zn).

61

Page 11: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

LISTA DE SIGLAS

COSANPA Companhia de Saneamento do Pará

RMB Região Metropolitana de Belém

ETA Estação de Tratamento de Água

CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente

APA Área de Proteção Ambiental

SEMA Secretaria Estadual de Meio Ambiente

GPS Sistema de Posicionamento Global

COHAB Conjunto Habitacional

CODEM Companhia de Desenvolvimento e Administração da Área

Metropolitana de Belém/PA

FUNASA Fundação Nacional de Saúde

PEUt Parque Estadual do Utinga

PEL “Probable Effect Level”

SNUC Sistema Nacional de Unidade de Conservação da Natureza

TEL “Threshold Effect Level”

Page 12: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

RESUMO

Os sedimentos desempenham um papel importante para a avaliação da

intensidade e formas de impactos de um ambiente aquático, pois podem funcionar

como indicadores do nível de poluição desses ambientes, tornando-se ainda mais

relevantes quando são considerados os processos antropogênicos. Os lagos Bolonha e

Água Preta estão localizado no Parque Ambiental de Belém no Estado do Pará,

região Norte do Brasil, que são utilizados para o abastecimento de água da Região

Metropolitana – RMB. Esses ecossistemas lacustres aos poucos vêm sofrendo

problemas ambientais devido ao avanço urbanístico desordenado, provocando o

surgimento de bairros, favelas e conjuntos residenciais próximos às principais

nascentes dos lagos Água Preta e Bolonha que ficam, portanto, sujeitos à degradação

ambiental. Com o intuito de avaliar o grau de contaminação dos sedimentos do lago

Água Preta, foram realizadas análises granulométricas e químicas em sedimentos

superficiais de fundo, que totalizaram 10 pontos de amostragens dos sedimentos, no

mês de novembro de 2007. As análises foram feitas no Laboratório de Controle de

Resíduos da Universidade Federal do Pará – LCR/UFPA. Os dados obtidos

indicaram um reservatório com sedimentação não uniforme, e com a maior fração

granulométrica o silte. As porcentagens de matéria orgânica foram favoráveis aos

valores da granulometria dos sedimentos, pois mostra ser um ambiente de baixa

energia, assim como sua relação positiva com o fósforo, mostrada nas Componentes

Principais (PC). As PC também mostraram relação positiva entre os elementos traço e

a argila. As concentrações de elementos traços estão próximas as encontradas na

região.

PALAVRAS-CHAVE: Sedimento. Meio Ambiente. Reservatório Água Preta.

Page 13: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

ABSTRACT

The sediments play an important role, because they can work as indicators of

the level of pollution of these environments, becoming still more relevant when

anthropic processes are considered. The lakes are located at Parque Ambiental de

Belém in Pará, northern Brazil, and are used for water supply in the Metropolitan

Region – RMB. These gradually lake ecosystems have suffered environmental

problems due to uncontrolled urbanization advancement. With the objective to

evaluate the degree of contamination of the sediments from the Água Preta lake,

sedimentological and chemical analyses were carried out from bottom surface

sediments. Samples of surface sediments were collected in 10 points in that lake, in

November of 2007. Analyses were made in the Waste Control Laboratory of Federal

University of Pará - LCR / UFPA. The data indicated a non-uniform, sedimentation

with the smallest particle size fraction for sand. The predominance is for the silt

siltstone. The bottom sediment was of the type mineral. The percentages of organic

matter were favorable to the values of sediment grain size, because it shows to be an

environment of low energy, as well as its positive relationship with the match, shown

in the Principal Component (PC). The PC also showed a positive relationship

between trace elements and clay. The concentrations of trace elements are close to

those found in the region.

KEY WORDS: Sediment. Environment. Água Preta Reservoir.

Page 14: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

14

1 INTRODUÇÃO

O crescimento urbano nos países em desenvolvimento tem sido realizado de

forma insustentável, com deterioração da qualidade de vida e do meio ambiente. O

processo ainda é mais significativo na América Latina, onde a população urbana é de

77% do total (47,2% no globo) de habitantes. Existem 44 cidades com população

superior a 1 milhão de habitantes (de um total de 388 cidades do mundo), onde cerca

de 16 megacidades (acima de 10 milhões de habitantes) formaram-se no final do

século XX, representando 4% da população mundial, das quais pelo menos quatro

estão na America Latina, representando mais de 10% da população da região

(BRASIL, 2006).

O desenvolvimento urbano aumentou na segunda metade do século XX, com

concentração da população em pequenos espaços, ocasionando impacto nos

ecossistemas terrestres, os quais se refletem na própria população por meio de

inundações, doenças e perda da qualidade de vida.

O crescimento urbano no Brasil intensificou-se na década de 60 e 80. Neste

cenário, a região Norte apresentou populações de 544.028 e 1.781.611 habitantes,

respectivamente. Estes números expressam um significativo crescimento

populacional para a região. O Estado do Pará, por exemplo, cresceu intensamente na

década de 60. A cidade de Belém teve crescimento populacional nas décadas de 50 e

60, devido à implementação dos Planos de Metas do Governo Federal e à construção

da rodovia Belém-Brasília (SANTOS, 2003).

O acelerado processo de adensamento populacional, serviços, indústrias,

assim como o desenvolvimento urbano sem planejamento ambiental é um dos

responsáveis pelo aumento gradativo das agressões ao meio ambiente, tais como a

contaminação dos cursos d’água, rios, lagos, reservatórios e igarapés por meio de

despejos de esgotos domésticos, industriais entre outras formas de poluição.

Page 15: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

15

Santos (2003) afirma que a região Norte, mas especificamente a cidade de

Belém, é banhada por grandes massas hídricas, mas que é observada certa

despreocupação social pela falta de água (água de qualidade), conforme o que se

segue.

É habitual, na região norte (Belém), o uso direto da água,

quase sempre próxima e com grande fartura, o que leva à

população a certo descaso com a possibilidade de

esgotamento e comprometimento deste recurso, e faz

pensar que a conservação não seja fundamental.

Um exemplo disso são os reservatórios Bolonha e Água Preta. A especulação

imobiliária1, a expansão da rede urbana e mesmo a ocupação habitacional

desordenada torna a proteção das nascentes uma tarefa de moderado controle.

Barreto (2009) diz que a bacia hidrográfica do Murutucu, onde fica inserido

esse complexo (reservatórios Bolonha e Água Preta), em 2000 o contingente

populacional era de 60.624 habitantes. Em 2008 passou a 71.676 e a estimativa para

2030 é que chegue a 108.841 habitantes. Ou seja, a bacia do Murutucu nos próximos

20 anos receberá um grande contingente populacional que deveria crescer de forma

ordenada e dentro de uma configuração equilibrada das ações de saneamento a fim

de não alterar profundamente a qualidade desses mananciais e, consequentemente,

os substratos dos mesmos.

O maior dos reservatórios é o Água Preta com área de 7. 1995 x 10 16 m2 e

10.000 m3 de volume de água (CENSA/COSANPA, 1983). Os reservatórios foram

criados na década de 1930. Foi necessário o represamento de alguns rios e Igarapés

para a formação dos mesmos. O primeiro rio a ser represado foi o rio Catu e os

igarapés Buiussuquara e Utinga, seguido do represamento do igarapé Água Preta

(figura 01) e, a partir daí, criado um canal com o objetivo de ligar os reservatórios que

hoje encontramse na Área de Proteção Ambiental (RIBEIRO, 1992).

___________________________________ 1 Compra ou venda de bens imóveis com a finalidade de vendê-los ou alugá-los posteriormente,

na expectativa de que seu valor de mercado aumente durante um lapso de um tempo decorrido.

Page 16: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

16

Figura 01: Igarapés formadores do sistema hídrico do Utinga. Fonte: Jesus e Paranhos apud Lima, 2008.

Segundo Ribeiro (1992), com o crescimento demográfico da cidade de Belém,

os rios e igarapés que drenavam os reservatórios já não atendiam mais a demanda

por água, devido àquele volume ser insuficiente, então entrou em cena o rio Guamá

que começou, também, a abastecê-los por meio de adutora. Este rio possui 700 km de

Legenda: Limite da bacia do Murutucu Igarapé Limite do bairro

Igarapé Água Preta

Page 17: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

17

extensão. Na foz (Baía da Guajará) ele atinge 900 km de largura, o que faz com que o

mesmo ganhe destaque por sua grande contribuição de água para os reservatórios.

Os reservatórios, no atual cenário, tendem ao processo de eutrofização,

conforme estudos desenvolvidos por Cunha (2003), Sousa (2006) e Alves (2007), onde

veificaram um aumento na concentração do elemento fósforo (elemento limitante no

fenômeno da eutrofização) na coluna d’água, o qual, dependendo das suas

características físico-químicas, poderá depositar-se nos sedimentos.

São muitos os trabalhos de pesquisa desenvolvidos nesses reservatórios

(Bolonha e Água Preta) (COSANPA, 1982 e 1983; BRAZ, 1985; CODEM, 1987; DIAS,

1991; MAZZEO, 1991; RIBEIRO, 1992; NASCIMENTO, 1995; CONCEIÇÃO, 1995;

PARÁ/SECTAM, 1992 e 1996; COHAB, 1997; OLIVEIRA, 1997; MENEZES, 1985 e

1999; GERALDO & CARNEIRO, 2000; CARVALHO, 2001; MOREIRA, 2001; LIMA &

SOUZA, 2003; IMBIRIBA & COSTA, 2003; MATNI, 2003; BAHIA, 2003; AGUIAR,

2004; MELO, 2005; SANTOS, PEREIRA & OLIVEIRA, 2005; SARAIVA, 2005; SOUSA,

2006; ALVES, 2007; SODRÉ, 2007; PEREIRA, 2007; LIMA, 2008; LIMA et al, 2008),

mas são poucos os estudos que abordam aspectos relacionados aos sedimentos

(RIBEIRO, 1992; DIAS, 1991 & CARVALHO, 2001). Essas informações precisam ser

atualizadas e outros estudos devem ser realizados. Estudo feito por Dias (1991)

revela, para o conjunto dos reservatórios, granulometria arenosa, hoje a configuração

para este substrato toma forma diferente daquela. Daí a importância da atualização e

dos estudos constantes, pois os sedimentos apesar de revelar fatos históricos por

conta de reter informação passadas, algumas características são passiveis de

mudanças levando em consideração as condições climáticas, a cobertura vegetal

entre outros fatores (forma e orientação da bacia) que influenciam.

Além disso, os sedimentos desempenham um papel importante com relação

ao destino de xenobióticos (compostos químicos estranhos a um organismo ou

sistema biológico) em ambientes aquáticos, pois refletem a quantidade corrente do

sistema aquático e podem ser usados para detectar a presença de contaminantes que

Page 18: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

18

não permanecem solúveis após seu lançamento em águas superficiais (FROENHER

& MARTINS, 2008).

Os sedimentos são considerados de grande importância na avaliação do nível

de contaminação dos ecossistemas aquáticos, devido não só a sua capacidade em

acumular elementos traços, mas por serem reconhecidos como transportadores e

possíveis fontes de contaminação, já que podem liberar espécies contaminantes do

leito do sedimento devido a alterações nas condições ambientais e físico-químicas

(pH, potencial redox e ação microbiana entre outras), podendo contaminar a água e

outros sistemas ambientais, levando a bioacumulação por meio da transferência na

cadeia trófica (FROENHER & MARTINS, 2008).

A geoquímica do sedimento neste estudo mostra uma versão atual desse

substrato, no que se refere a sua granulometria, distribuição da matéria orgânica,

formas de fósforo e elementos traços (Ni, Cu, Pb, Cr, Fe, Cd e Zn).

Na história do reservatório Água Preta muitos estudos foram desenvolvidos

para caracterizar a qualidade da água, mas poucos são os voltados aos sedimentos

superficiais de fundo dentro do enfoque abordado por este trabalho. Portanto, ele

acrescenta informações importantes e que deve fazer parte das tomadas de decisões

dentro das questões que envolvem a gestão de saneamento ambiental. Daí sua

importância para a cidade de Belém, sendo o reservatório Água Preta, um dos

fornecedores de água bruta para a Estação de Tratamento de Água – ETA, onde é

tratada e distribuída para parte da Região Metropolitana de Belém – RMB2.

___________________________________ 2 A RMB é formada pelos municípios de Belém, Santa Barbara, Benevides, Ananindeua e

Marituba.

2 OBJETIVOS

Page 19: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

19

2.1 GERAL

Avaliar a qualidade dos sedimentos superficiais de fundo com ênfase na

distribuição das formas fósforo (fósforo total, fósforo orgânico e fósforo inorgânico),

da granulometria, da matéria orgânica e dos elementos traços (níquel (Ni), cobre

(Cu), chumbo (Pb), cromo (Cr), ferro (Fe), cádmio (Cd) e zinco (Zn)).

2.2 ESPECÍFICOS

Avaliar a granulometria dos sedimentos e o teor de matéria orgânica nos

sedimentos do lago Água Preta;

Determinar a concentração dos elementos traços (Ni, Cu, Pb, Cr, Fe, Cd e Zn);

Estudar a distribuição das formas de fósforo (fósforo total, fósforo orgânico e

fósforo inorgânico) nos sedimentos do lago Água Preta;

Comparar os valores encontrados com índices de qualidade de sedimento

(PEL e TEL);

Fornecer subsídios básicos para futuros estudos de monitoramento ambiental

na área de estudo.

3 SEDIMENTOS

Page 20: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

20

Os sedimentos podem ser definidos como uma fina, média ou grosseira (ou a

mistura dos três) conjunto de partículas minerais e orgânicas que são encontrados no

fundo de lago, rios, baias, reservatórios, estuários e oceanos. Os sedimentos se

configuram como um componente essencial dos ecossistemas aquáticos em função de

sua importância no nicho ecológico de organismos bentônicos (MOREIRA, 2008).

É um compartimento importante para a avaliação da intensidade e formas de

impactos de um ambiente aquático, pois realiza troca de nutrientes com a coluna de

água. Ele pode ser considerado como o resultado da integração de todos os processos

que ocorrem em um meio aquático (ESTEVES, 1998).

De acordo com Esteves (1998) do ponto de vista de ciclagem de matéria e fluxo

de energia, é um compartimento mais importante dos ecossistemas. Nele ocorrem

processos biológicos, físicos e/ou químicos, que influenciam o metabolismo de todo

o sistema. Além disso, é importante na avaliação da intensidade e formas de

impactos a que os ecossistemas aquáticos estão ou estiveram submetidos.

3.1 GRANULOMETRIA

De acordo com Salomons & Förstner (1980) a fração fina (silte e argila)

apresenta níveis relativamente maiores de elementos traços, devido a sua maior área

superficial de contato.

Brigante et al (2003) em seus estudos, também confirmam essa assertiva

quando dizem que as frações granulométricas mais importantes nas discussões sobre

contaminação de sedimentos por substâncias químicas são argila e silte. Essas

partículas apresentam maior potencial de adsorção.

Kato e Piveli (2005) afirmam que quanto menor o tamanho de uma partícula,

maior é a relação área superficial/volume. No estudo de contaminação por

elementos traços em sedimentos, a argila ganha destaque por possuir características

específicas de um “agregado”.

Page 21: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

21

A argila é toda partícula mineral com diâmetro inferior a 0,0004 mm. Como

dificilmente a maioria dos minerais consegue ser reduzida a esse tamanho, a maior

parte das denominadas argilas é constituídas por argilominerais. Contudo, o

material, em geral, designado genericamente por argila raramente é composto

apenas por minerais argilosos. De modo geral, é constituído por misturas, em

proporções variadas, de argilominerais, hidróxidos (de Fe, Al, Mn etc.), partículas

coloidais orgânicas e inorgânicas, areia e silte (GOMERS, 1988).

Para Vianna (1997), no que se refere às Estações de Tratamento de Água –

ETA, o termo argila compreende grande variedade de compostos. Em geral, refere-se

à terra fina, às vezes colorida, que adquire plasticidade ao misturar-se com

quantidades limitadas de água.

Para esse autor, do ponto de vista químico, a argila é um silicato de alumínio,

que forma cristais, os quais possuem grande superfície específica. Quanto maior a

superfície específica das partículas, maior será a probabilidade de sucesso de reações.

Além disso, as argilas apresentam a propriedade de interagir com o meio aquoso que

as cercam, substituindo íons metálicos de seus cristais por outros, também metálicos,

mas de cargas elétricas diferentes, o que faz com que suas partículas se tornem

eletricamente carregadas. É por meio desse desequilíbrio de carga que a cor pode ser

removida nas ETA’s com utilização do processo de remoção de turbidez.

O tratamento convencional (captação, adução, tratamento, reservação,

elevação e rede de distribuição) das ETA’s não retira elementos traços da água

(FUNASA, 2004).

Os traços são elementos que possuem grande afinidade de absorção com as

argilas. A importância das argilas pode ser medida pelo fato de que os solos são, em

sua maior parte, constituídos por esses minerais. São eles que permitem a fixação de

Page 22: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

22

vida vegetal no planeta e proporcionam as trocas de nutrientes de que as plantas

necessitam (GOMERS, 1988).

Segundo Esteves (1988) as argilas têm capacidade de adsorver fosfato por

meio de processos realizados através de ligação química da carga negativa (do

fosfato) com a positiva das bordas das argilas, e isso ocorre em pH ácido ou

ligeiramente ácido. Em pH elevado, a taxa de adsorção se reduz, visto que nessas

condições, o fosfato como a maioria dos demais ânions, exceção de silicato, concorre

com íons OH- que aumentam em concentração de pH elevado.

Os sedimentos têm a propriedade de incorporar na sua variada rede cristalina

certos elementos que estão presentes na água do ambiente de deposição. Estes

elementos geralmente, sob a forma de traço (figura 02), podem ser determinados

qualitativa e quantitativamente em análises químicas (POPP, 1998).

Figura 02: Adsorção de elementos traços em sedimentos Fonte: Teixeira, Toledo, Fairchild & Taioli apud Silva, 200? (adaptado).

Determinar a mobilidade de um elemento nos sedimentos e sua

disponibilidade na água depende fortemente de sua forma química, de sua

disposição granulométrica (tendo em vista que os elementos não ocorrem de forma

Page 23: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

23

homogênea), da composição argilomineral presente (QUEVAUVILLER, 1997;

MOLISANI, 1999).

Segundo esses autores, quando se trata de água para abastecimento público a

determinação das formas químicas mais biodisponíveis dos elementos traços é um

ponto importante para uma abordagem completa dos efeitos da toxidade desses

elementos para os organismos.

Segundo Delfino (2006), o material particulado, tanto em suspensão como no

sedimento de fundo, representa importante parâmetro na análise da dinâmica e

distribuição desses elementos, haja vista que parte deles está associada às partículas

do substrato.

3.2 MATÉRIA ORGÂNICA

A matéria orgânica é um dos componentes do sedimento que desempenha um

importante papel nos processos físicos, químicos e biológicos atuantes nos

sedimentos. Ela é geralmente dividida em dois grupos: as substâncias não-húmicas e

húmicas. Sendo uma das mais importantes propriedades das substâncias húmicas é a

capacidade de interagir com íons metálicos para formar complexos de diferentes

estabilidades e características estruturais. As substâncias húmicas são formadas por

reações de síntese secundária (humificação), durante os processos de degradação e

transformação de biomoléculas originadas de organismos mortos e de atividade

microbiana (SCHNITZER & KHAN, 1978).

A determinação do carbono orgânico em amostra de sedimento permite

estimar os processos de mineralização e de imobilização da matéria orgânica e, com

isso, avaliar o grau que estes processos ocorrem. Conhecendo-se os níveis de carbono

em sedimentos, podem-se estabelecer importantes correlações, como matéria

orgânica e sua interação com elementos traços (BEVILACQUA apud DELFINO,

2006).

Page 24: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

24

O carbono orgânico é formado pelo carbono orgânico detrítico e o carbono

orgânico da biota, sendo o primeiro relacionado ao estudo dos sedimentos, onde ele é

composto pelo carbono orgânico dissolvido e pelo carbono orgânico particulado. O

carbono orgânico dissolvido (COD) origina-se da decomposição de plantas e animais

e os principais componentes são proteínas, carboidratos, lipídios e compostos

húmicos. Ele atua como importante captador de metais, formando complexos que

são arrastados e distribuídos em sedimentos de fundo ou em suspensão. O carbono

orgânico particulado é o material orgânico em suspensão e é de fundamental

importância para os ecossistemas limnicos (ESTEVES, 1998).

Segundo Santos (2006) a matéria orgânica tem grande influência sobre a

capacidade de troca de íons, uma vez que 100g de matéria orgânica apresenta uma

capacidade de 150 a 200 miliequivalente, ou seja, grande capacidade de troca iônica.

Uma importante propriedade física da matéria orgânica está associada à

textura fina dos sedimentos, que contém geralmente uma porcentagem natural de

material húmico derivado de transformações biológicas de plantas e detritos de

animais. O material húmico pode está presente como uma discreta partícula ou como

uma camada em partículas de argila, aumentando a afinidade do sedimento com os

elementos traços (FÖRSTNER & WITTMANN apud DELFINO, 2006).

3.3 VALORES GUIAS DE QUALIDADE DOS SEDIMENTOS

Pelo fato dos sedimentos agirem como um reservatório de contaminantes para

o ambiente e para os organismos que vivem sob contato ou estão em contato direto

com estes metais, os sedimentos contaminados representam um grande risco para a

biota. Por isso uma avaliação eficaz desse risco requer o entendimento das relações

Page 25: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

25

entre concentrações dos contaminantes nos sedimentos e a ocorrência dos efeitos

adversos à biota. Nesse intento, valores guias de qualidade dos sedimentos têm sido

usados em várias partes do mundo (BIRCH; TAYLOR, 2002; MORA et al., 2004;

NASCIMENTO,2003, SILVÉRIO, 2003, entre outros) para avaliar o risco de

contaminação de sedimentos.

Esses valores guias de qualidade dos sedimentos propiciam uma base

científica, ou um dado de referência, baseado em critérios químicos e/ou biológicos,

podendo avaliar o potencial de efeitos adversos às comunidades biológicas de um

sistema aquático (SARAIVA, 2007).

Os valores guias de qualidade dos sedimentos utilizados pela Agência

Ambiental do Canadá (AAC) foram gerados a partir de inúmeros estudos

desenvolvidos nos Estados Unidos e Canadá que reúnem dados químicos e

biológicos (dados de co-ocorrência) para estabelecer uma associação entre a

concentração de cada medida química no sedimento e o efeito biológico observado

(SARAIVA, 2007).

Os dados de co-ocorrência são compilados em um banco de dados, a partir do

qual foi calculado dois valores de avaliação. O valor mais baixo refere-se ao nível de

efeito limiar (do inglês: “threshold effect level” ou TEL), que define um nível, abaixo

do qual os efeitos biológicos adversos ocorrem raramente, e um valor superior, nível

de efeitos prováveis (do inglês: “probable effect level” ou o PEL), que define um

nível acima do qual efeitos adversos ocorrem frequentemente (NASCIMENTO,

2003).

4 FÓSFORO

Segundo Esteves (1998) a dinâmica do fósforo em microbacias hidrográficas

ajuda a estimar os impactos e suas consequências nos ecossistemas aquáticos.

Page 26: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

26

Nesses ecossistemas o fósforo ocorre em três formas principais: fosfato

orgânico, ortofosfato e polifosfato. Os fosfatos orgânicos são a forma em que o

fósforo compõe moléculas orgânicas. Os ortofosfatos, por outro lado, são

representados pelos radicais PO4-3, HPO4-2. Os ortofosfatos ou fosfatos condensados

são polímeros de ortofosfatos. Esta última forma não é muito estudada na qualidade

da água devido à mesma sofrer hidrolise em água convertendo-se rapidamente em

ortofosfatos nas águas naturais (PIVELI E KATO, 2005).

As fontes de fósforo podem ser várias, dentre elas sedimentos erodidos;

escoamento de água sobre camadas superficiais de solo de áreas agrícolas durante

eventos pluviométricos; escavações para edificações de instalações; lançamento de

efluentes domésticos e/ou industriais (PELLEGRINI, 2005).

Existe uma relação inversa entre a biodisponibilidade de fósforo particulado e

a concentração de sedimentos. O fósforo particulado pode diminuir com o aumento

de tamanho das partículas, as quais apresentam baixa capacidade de adsorver os íons

fosfatos, devido à baixa área superficial específica (SHARPLEY et al, 1992).

Os íons fosfatos são assimilados pelas algas e bactérias; o fósforo orgânico

particulado, excretado na forma de fosfato ou como fósforo orgânico dissolvido e

pode ser decomposto pela ação da bactéria. (DAY et al. apud SANTOS, 2004).

A disponibilidade do fósforo na água depende da interação qualitativa e

quantitativa com os sedimentos. O transporte deste pelos cursos d’água ocorre de

maneira complexa e sua eficiência está relacionada com a energia cinética

(velocidade) da corrente. A ressuspensão das partículas depositadas no fundo dos

corpos d’água é provocada pela turbulência e pela velocidade da água

(PELLEGRINI, 2005).

Page 27: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

27

Koski-vähälä & Hartikainen (2001) consideram a turbulência e velocidade da

água os principais mecanismos que influenciam na dinâmica da disponibilidade de

fósforo entre o sedimento e a coluna d’água.

Para Esteves (1998), a importância do sedimento como fonte ou depósito de

fósforo está relacionado à qualidade e a quantidade desse nutriente no sedimento e

aos processos que afetam o seu equilíbrio na interface água/sedimento.

A avaliação entre este compartimento e o fosfato a ele ligado mostra o

potencial do sedimento em liberar fósforo para a fase aquosa (PROTÁZIO et al.,

2004).

Para esse autor a quantidade de fosfato liberado do sedimento para a coluna

d’água ocorre mais facilmente em condições de baixas concentrações de oxigênio e,

sobretudo em anaerobiose. Estas condições são frequentemente encontradas na parte

inferior da coluna d’água. Essa transferência (de fósforo para a coluna d’água) pode

ser vista por meio do ciclo do fósforo.

A figura 03 representa o ciclo do fósforo sem a interferência da cadeia

alimentar, conforme descreve Silva apud Alves (2007), onde o processo é realizado

por meio da absorção: (1- nutrientes inorgânicos dissolvidos são utilizados pelos

produtores primários para formação de sua biomassa); da adsorção (2- fósforo

dissolvido adsorvido pelos sólidos suspensos); da excreção (3 - processo de excreção

pelo fitoplâncton); morte [4- nutrientes tornam-se disponíveis após morte dos

produtores primários (autólise e decomposição da matéria orgânica morta)]; da

decomposição [5- a decomposição da matéria orgânica morta (particulada e

dissolvida) libera nutriente inorgânico dissolvido]; da sedimentação (6 - matéria

orgânica particulada e sólidos suspensos podem sedimentar) e, por fim, da

ressuspensão (7 - retorno do fósforo do sedimento para a coluna de água).

Page 28: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

28

Figura 03: Ciclo do fósforo. Fonte: Silva apud Alves, 2007.

5 ELEMENTOS TRAÇOS

Esteves (1988) diz que a definição aceita é a de elementos traços e não metais

pesados, devido não fazer distinção entre metal e não-metal, assim como sua

ocorrência ser em baixas concentrações. O termo “metal pesado”, embora muito

utilizado, não possui fundamento químico visto que alguns elementos considerados

como tal, não são metais, como é o caso do arsênio.

Segundo Delfino (2006) os elementos traços derivam de um considerável

número de fontes e são transportados dinamicamente através da atmosfera, solos e

águas, podendo permanecer no ambiente por longos períodos.

Para Melo et al apud Delfino (2006), esses elementos podem ser definidos

como qualquer elemento que está associado a problemas de poluição e contaminação

devido a sua toxicidade e propriedade de acumulação em organismos.

Page 29: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

29

Daí sua importância para o estudo da caracterização dos sedimentos,

considerando que o substrato desempenha papel de “acumulador” de contaminantes

em sistemas aquáticos (MURRAY; BIRCH et al., 2001).

O Brasil ainda não possui uma lei especifica que orienta os critérios de

contaminação de sedimentos por elementos traços. O que se tem é um instrumento

que norteia as questões relativas à contaminação por elemento traço de material

dragado, a Resolução CONAMA de nº 344 de 2004, o que não impede de considerar

a peculiaridade de cada região no que se refere principalmente à bacia hidrográfica

(ZAGATTO & BERTOLETTI, 2006).

Níquel (Ni)

Não existem muitas referências bibliográficas quanto à toxicidade do níquel,

todavia, assim como para outros íons metálicos, é possível mencionar que, em

soluções diluídas, estes elementos podem precipitar a secreção da mucosa produzida

pelas brânquias dos peixes. Assim, o espaço inter - lamelar é obstruído e o

movimento normal dos filamentos branquiais é bloqueado. O peixe, impedido de

realizar as trocas gasosas entre a água e os tecidos branquiais, morre por asfixia. Por

outro lado, o níquel complexado (niquelcianeto) é tóxico quando em baixos valores

de pH. Concentrações de 1,0 mg.L-1 desse complexo são tóxicas aos organismos de

água doce (PIVELI E KATO, 2005). A Portaria 344/2005 do CONAMA fixa valor de

18 mg. Kg -1 para este elemento.

Cobre (Cu)

É amplamente distribuído na natureza sendo um dos elementos essenciais. A

ingestão de sulfato de cobre provoca intoxicação aguda.

O sulfato de cobre pode ser encontrado em algicidas aplicados aos

reservatórios de águas, piscinas, corantes industriais de várias cores, na conservação

de alimentos, inseticidas, germicidas, na indústria para preservação de madeiras,

Page 30: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

30

tinturas de cabelo, etc. ou outros sais de cobre, sendo a necrose hepática uma

característica da intoxicação pelo cobre (CAMPOS, 2003).

Para Campos (2003) o cobre é um cofator comum para muitas enzimas,

incluindo as oxidases e oxigenases e, semelhante ao ferro, o cobre age como um

catalisador na formação de espécies reativas tóxicas do oxigênio desencadeando a

peroxidação lipídica da membrana, estudos realizados in vitro e in vivo

demonstraram a habilidade do cobre em reagir com diversas substâncias indutoras

da lesão do DNA por citotoxicidade. O déficit de cobre altera o metabolismo do

colesterol e da enzima colesterol- hidroxilase, aumentado o nível do colesterol sérico.

Contribui para as doenças cardíacas, com a diminuição da elastina, favorecendo a

aterosclerose e problemas neuro vasculares. Favorece o aparecimento da

osteoporose, favorece a depressão, pois diminui a produção de serotonina,

principalmente em mulheres usuárias de anticoncepcional.

Chumbo (Pb)

O chumbo está presente no ar, no tabaco, nas bebidas e nos alimentos, nestes

últimos, naturalmente, por contaminação e na embalagem. Está presente na água

devido às descargas de efluentes industriais como, por exemplo, os efluentes das

industrias de acumuladores (baterias), bem como devido ao uso indevido de tintas e

tubulações e acessórios à base de chumbo. Constitui veneno cumulativo, provocando

envenenamento crônico denominado saturnismo, que consiste em efeito sobre o

sistema nervoso central com conseqüências bastante sérias (PIVELI E KATO, 2005).

As doses fatais para os peixes, no geral, variam de 0,1 a 0,4 mg.L-1, embora, em

condições experimentais, alguns resistam até 10 mg.L-1. Outros organismos

(moluscos, crustáceos, sanguessugas e insetos tricópteros) desaparecem após a morte

dos peixes, em concentrações superiores a 0,3 mg.L-1, em águas. Em sedimentos esses

valores são definidos pela Portaria 344/2005 do CONAMA que fixa valor de 35 mg.

Kg -1.

Page 31: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

31

Cromo (Cr)

O cromo é largamente empregado nas indústrias, especialmente em

galvanoplastia, onde a cromeação é um dos revestimentos de peças mais comuns.

Pode ocorrer como contaminante de águas sujeitas a lançamentos de efluentes de

curtumes e de circulação de águas de refrigeração, onde é utilizado para o controle

de corrosão. A forma hexavalente é a mais tóxica do que a trivalente. Produz efeitos

corrosivos no aparelho digestivo (PIVELI E KATO, 2005). A Portaria 344/2005 do

CONAMA fixa valor de 37,3 mg. Kg -1 para este elemento.

Segundo Braile e Cavalcanti (1993) os sais de cromo hexavalente são

largamente utilizados nas operações de corantes, explosivos, cerâmica, papel, etc.

Não é conhecida ainda a quantidade de íon cromato que pode ser ingerida em longo

prazo sem conseqüências adversas. Todavia, é conhecido o caso de Long Island, New

York, cuja água bebida por uma família de quatro pessoas durante três anos, tinha

um teor de 1mg/ de cromo, chegando certa vez a 25 mg/l. A família, um casal e duas

crianças, não apresentou anormalidades e recusou-se a abandonar a fonte que era

poluída por despejos de galvanoplastia. Luczynski (2009) explica que o elemento não

fez efeito devido ele estar relacionada com as características do hospedeiro

(condições nutricionais) e com a toxicocinética no organismo (mobilidade que a

substancia tem no organismo que vai desde a absorção até a eliminação).

O cromo hexavalente pode ser reduzido para cromo trivalente com a adição

de bissulfito de sódio em pH situado entre 2,5 e 3,0, com o uso de acido sulfúrico,

conforme Nunes (2003). O bissulfito de sódio ( o mais utilizado para remoção do

cromo) pode ser usado o metabissulfito de sódio, o sulfato ferroso ou dióxido de

enxofre (LUCZYNSKI, 2009).

Ferro (Fe)

O ferro ocorre de duas formas na água Fe+2 e Fe+3. O íon ferroso (Fe+2) é mais

solúvel do que o férrico (Fe+3). Portanto, os inconvenientes que o ferro traz às águas

Page 32: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

32

devem ser atribuídos principalmente ao ferro “ferroso”, que, por sem mais solúvel, é

mais freqüente.

Segundo Esteves (1988) existem vários fatores físicos, químicos e físico-

químicos que interferem na precipitação para os sedimentos dos íons fosfatos no

ambiente aquático, entre estes está a concentração de íons ferro, sendo este de maior

importância comparado com os demais. O íon Fe+3 em águas continentais e em

condições de pH pouco superior a 3,0, a maior parte dos íons ferro encontra-se

precipitado ou complexado na forma de hidróxido de ferro hidratado, podendo

adsorver espécies fosfatadas em sua superfície, precipitando-as principalmente no

sedimento.

No tratamento de águas para abastecimento, deve-se destacar a influência da

presença de ferro na etapa de coagulação e floculação. As águas que contêm ferro

caracterizam-se por apresentar cor elevada e turbidez baixa. Os flocos formados

geralmente são pequenos, ditos “pontuais”, com velocidade de sedimentação muito

baixa. Em muitas estações de tratamento de água este problema só é resolvido

mediante a aplicação de cloro. Os flocos tornam-se maiores e a estação passa a

apresentar um funcionamento aceitável. No entanto, é conceito clássico que, por

outro lado, a pré-cloração de águas deve ser evitada, pois, em caso de existência de

certos compostos orgânicos chamados precursores, o cloro reage com eles formando

trihalometanos, associados ao desenvolvimento do câncer no organismo humano

(PIVELI E KATO, 2005).

Segundo os autores, em Estações de Tratamento de Água, os processos mais

comuns de remoção de ferro em águas baseiam-se na oxidação de Fe+2 Fe+3,

seguida da precipitação do Fe+3. O processo de oxidação mais simples é realizada

através de aeração, empregando-se aeradores de cascata, de tabuleiro ou bocais que

lançam jatos de água para a atmosfera. Muitas vezes a aeração não é suficiente para

produzir bons resultados, dessa forma, necessita empregar um oxidante químico

forte, normalmente o hipoclorito de sódio ou outro composto clorado.

Page 33: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

33

Cádmio (Cd)

Esse elemento tem efeito agudo, sendo que uma única dose de 9,0 gramas

pode levar a morte e efeito crônico, pois concentra-se nos rins, no fígado, no pâncreas

e na tireóide. O cádmio não apresenta nenhuma qualidade, pelo menos conhecido até

o presente, que o torne benéfico ou essencial para os seres vivos. Estudos feitos com

animais demonstram a possibilidade de causar anemia, retardamento do crescimento

e morte (KATO & PIVELI, 2005). A Portaria 344/2005 do CONAMA fixa valor de 0,6

mg. Kg -1.

É um elemento que se encontra disponível no ambiente em condições naturais

(liberado pelas plantas), em traços mínimos. De acordo com Braile e Cavalcanti

(1993), o cádmio é considerado um elemento potencialmente tóxico, é irritante

gastrointestinal, poderoso emético e, sob forma de sais solúveis, tem causado

intoxicação aguda.

Zinco (Zn)

O zinco em quantidades adequadas é um elemento essencial e benéfico para o

metabolismo humano, sendo que atividade da insulina e diversos compostos

enzimáticos dependem da sua presença. A deficiência do zinco nos animais pode

conduzir ao atraso no crescimento (KATO E PIVELI, 2005).

A Resolução 344 de 2004 do Conselho Nacional de Meio Ambiente –

CONAMA fixa, para este elemento, valor de 123 mg. Kg -1 (ZAGATTO &

BERTOLETTI, 2006).

As maiores concentrações são decorrentes do lançamento de efluentes

industriais, fábricas de papel e tintas. Em concentrações elevadas podem causar

problemas pulmonares ao organismo humano (NASCIMENTO apud SOUZA &

LIMA, 2003).

Page 34: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

34

Em águas ricas em oxigênio, o zinco é transferido para os sedimentos por meio

da adsorção a hidróxido de Fe, óxidos de Mn, argilominerais e matéria orgânica. A

eficiência desses materiais na remoção do zinco na água varia de acordo com a

concentração do pH, potencial redox (Eh), salinidade, capacidade de troca catiônica,

concentração natural de complexos ligantes e a concentração do próprio Zn. A

precipitação de compostos de Zn é importante somente sob condições redutoras em

águas altamente poluídas. Geralmente baixos valores de pH, o zinco fica na forma de

íon livre. O íon livre (Zn+2) tende a ser adsorvido e transportado pelo material em

suspensão em águas não poluídas (DELFINO, 2006).

O transporte de zinco no ambiente aquático é controlado por espécies

aniônicas. Nas águas naturais, agentes complexantes, assim como ácidos húmicos,

podem ligar-se ao zinco, e a estabilidade destes complexos é dependente do pH e da

natureza do complexo. A dissociação do complexo pode determinar o total do íon

zinco livre na solução. Os complexos de zinco com ácidos húmicos pode ser de 50%

dissociado de pH 5,5 e a taxa de dissociação pode ser maior com uma diminuição no

pH. Dessa forma, a medida que o pH diminui, a concentração de íons zinco aumenta

na água, na mesma proporção em que o zinco liberado do sedimento (GUY &

CHAKRABARTI apud DELFINO, 2006).

Nos solos e sedimentos, em condições de pH igual a 7,7, o zinco se hidrolisa e

é facilmente adsorvido pela argila, carbonatos ou óxidos. Em condições aeróbias o

Zn+2 é predominante em pH ácido (QUINÁGLIA, 2001).

6 MATERIAL E MÉTODOS

6.1 LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Page 35: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

35

As amostras de sedimentos superficiais foram coletadas em 10 pontos

georeferenciados em coordenadas, com o auxilio do GPS (Sistema de Posicionamento

Global) da arca GARMIN PLUS, do fundo do reservatório Água Preta (figura 04).

Figura 04: Localização dos pontos de coleta no reservatório Água Preta (Belém-PA) (alterado do Google Earth, 2008).

6.1.1 Rio Guamá

Localizado no nordeste desse estado, sua bacia hidrográfica drena uma área

de 87.389,54 km2. A navegabilidade é viável nos últimos 160 km, do município de são

Miguel do Guamá à Baía do Guajará. Entre seus afluentes, destacam-se os rios Acará,

Capim e Mojú (MENEZES, 1999).

O rio Guamá é parte integrante da área de estudo, porque tem relação direta

com o reservatório Água Preta. Do rio sai uma adutora que “alimenta” o reservatório

(criada na gestão de Alacídes Nunes 1966/1971 – PEUt) quando este já não era mais

Page 36: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

36

suficiente para abastecer a cidade de Belém. A partir daí ele passou a fazer parte da

“história” dos mananciais (Bolonha e Água Preta) do Utinga.

Em período de vazante o rio recebe da Baía do Guajará águas de característica

salobra, as quais estão carregadas de material em suspensão. Seu volume de água

funciona como um “dissipador”, pois consegue diluir os efluentes que lhe são

desaguados em toda sua extensão, de efluentes industriais aos domésticos, e ainda

águas vindas de braços de igarapés (Tucunduba).

Segundo Menezes (1985), as margens do Rio Guamá são formadas por planície

de acumulação fluvial holocênico-pleistocenico. Ao longo das margens do rio Guamá

e da baía do Guajará, é baixa, formada por camadas de argila aluvionais, com 18 e 20

m de espessura. Alarga-se ao longo do rio Guamá e da Baía do Guajará. A autora diz

que esse rio, assim como seu afluente, rio Capim, traz de sua cabeceira, pequena

quantidade de material em suspensões.

O rio Guamá nasce à leste da cidade de Aurora do Pará, descreve um arco de

círculo pelo norte e desliza por formações rochosas aflorantes de origens basálticas e

graníticas, precipita-se na direção do sul em busca da depressão do delta amazônico,

encontrando o rio Capim no seu terço médio (BRASIL, 2008).

6.1.2 Reservatório Água Preta

O reservatório Água Preta possui uma área total de 7.1995 x 10 16 m2, encontra-

se em grande parte com 6.331.850 m2 nas terras do Utinga, as quais pertencem a

COSANPA, e em terras da EMBRAPA, e o restante de 867.650 m2 em áreas

pertencentes a terceiros (CENSA/COSANPA, 1983).

Localizado na latitude 1º24’7’’ sul e longitude 48º27’10’’oeste, é considerado

como principal reservatório que serve como fonte de abastecimento para a cidade de

Belém/PA. Existe no reservatório um sistema de comportas com função de controlar

Page 37: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

37

a saída de suas águas por gravidade até o lago Bolonha (IMBIRIBA, 2003; COSTA,

2003).

A cidade de Belém está inserida na micro-região Guajarina no Estado do Pará,

com uma área territorial de 736 km2. Limita-se pela baia de Marajó até o extremo

oriental da ilha de Mosqueiro; ao sul, pelo rio Guamá, até a confluência com o rio

Mojú; a oeste, pelas baías do Guajará, Santo Antônio e Marajó. A Grande Belém

abrange os municípios de Belém, que tem como principais distritos Icoaraci e

Mosqueiro, Ananindeua e parte de Benevides. O município de Ananindeua é

contíguo ao de Belém e possui uma área aproximada de 485 km2 (BAHIA, 2003).

6.1.3 Clima

O clima é classificado como equatorial úmido, com períodos mais chuvosos de

janeiro até março e com precipitação média anual de 3.000 mm, apresentando as

seguintes características:

1- Precipitações copiosas e freqüentes, oscilando entre 1.500 a 3.000 mm/ano;

2-Ventos fracos e moderados, devido a baixa variação barométrica.

O regime térmico é expresso por valores de temperatura elevada em todos os

meses do ano, resultando uma média anual de 26,3°C, com uma amplitude térmica

que alcança 8,2°C, registrando-se a mínima em 22,8°C e a máxima em 31°C. A

umidade do ar, no transcorrer do ano, acompanha de perto o regime pluviométrico,

ocorrendo os maiores valores no período de dezembro a junho, atingindo marcas de

até 90%, os valores médios anuais atingem 70% (KOPPEN apud DIAS, 1991).

6.1.4 Precipitação Pluviométrica

Os problemas de engenharia relacionados com a hidrologia são em sua grande

maioria conseqüência de chuvas de grande intensidade ou volume e da ausência de

chuva em longos períodos de estiagem. Chuvas de grande intensidade podem causar

danos à agricultura e a estrutura de barragens. A ausência de chuvas por longos

períodos reduz a vazão dos rios, causando a diminuição do nível dos reservatórios.

Vazões reduzidas devido à falta de chuva trazem danos ao ambiente do curso

Page 38: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

38

d’água, além de reduzir a água disponível para diluição de poluentes. A diminuição

do nível dos lagos e reservatórios reduz a disponibilidade da água para usos como:

abastecimento, irrigação e geração de energia (SODRÉ, 2007).

A determinação da intensidade da precipitação é importante para o controle

de inundação e a erosão do solo. Por sua capacidade para produzir escoamento, a

chuva é o tipo de precipitação mais importante para a hidrologia. As características

principais da precipitação são o seu total, duração e distribuições temporal e espacial

(SODRÉ, 2007).

No ano de 2007 a precipitação teve um comportamento previsto para a estação

anual (figura 05).

Figura 05: Média das precipitações pluviométricas de 2005 a 2008. Fonte: http://www.para30graus.gov.br

6.1.5 Geologia

A figura 06 mostra a geologia da cidade de Belém e Ananindeua. Os

reservatórios estão assentados integralmente sobre sedimentos do Quaternário

Antigo e Recente, provenientes do Grupo Barreiras, subjacentes. Os sedimentos que

Page 39: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

39

representam o Quaternário antigo remontam ao Pleistoceno e constituem-se

predominantemente de argilas e areias de variada granulometria, arenito ferruginoso

sob forma de blocos soltos irregulares e vários tamanhos de seixos finos (DIAS, 1991).

Ainda segundo Dias (1991), os sedimentos que representam o Quaternário

Recente, correspondente ao Holoceno, estão representados por sedimentos

inconsolidados atuais e sub-atuais, constituídos por areias siltes e argilas.

Figura 06: Geologia da Região de Belém e Ananindeua.

Fonte: Matta (2002).

6.1.6 Geomorfologia

Segundo Dias (1991) os reservatórios do Utinga estão inseridos numa grande

região morfológica, a dos “baixos platôs amazônicos e planícies litorâneas”, que

abrange a orla marítima do Terreno Federal do Amapá e dos Estados do Pará e

Page 40: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

40

Maranhão. O “baixo platô amazônico”, no qual está situado o conjunto dos lagos,

caracteriza-se pelas suas cotas altimétricas mais baixas, variando de 3 a 8 metros. No

conjunto dos lagos, podem-se distinguir vários elementos que participam da

estrutura morfológica da região dos baixos platôs, como as plataformas

intermediárias, os níveis de terraço e as baixadas inundáveis, conforme descritos

abaixo:

I. Plataformas intermediárias correspondem ao nível altimétrico de 10 a 15 metros do

patamar terciário, representando os rebordos das cabeceiras dos cursos de água.

Contornadas por encostas e escarpas, tem cimo aplainado tabuliforme e solos

predominantemente arenosos e concrecionários característicos da Formação

Barreiras. Apresentam pontos de estrangulamento, provenientes do processo de

erosão, remontando às nascentes dos aqüíferos, de superfície.

II. Níveis de terraços escalonados em altitudes inferiores com cotas variando de 5 a

10 metros.

III. Baixadas inundáveis correspondentes ao 4º nível geral do terraceamento,

apresentando-se esculpidas sobre terrenos recentes, em sedimentos do quaternário.

6.1.7 Solos

Conforme trabalho elaborado em cumprimento ao Convênio nº 008/79 –

Seplan/Codem/Idesp, existem quatro manchas de solo, compondo associações, nas

áreas circunvizinhas aos aqüíferos do Utinga (figura 07), que são:

Page 41: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

41

Figura 07: Solos da bacia hidrográfica do Utinga e vizinhanças. Fonte: Imbiriba (2003).

• Latossolo Amarelo: distingue-se por apresentar um horizontal B latossolo (B

óxido), caracterizado pelo avançado grau de intemperismo do material originário.

Compõe- se este material, de uma mistura de óxidos hidratado de ferro e alumínio,

com variável proporção de argila e minerais acessórios altamente resistentes como o

quartzo.

• Concrecionário Laterítico: é a denominação da unidade pedológica de espessura

mediana, composta de uma mistura de partículas mineralogicamente finas e

concreções ferruginosas de vários diâmetros que na maioria dos casos representam o

maior volume de massa do solo.

• Hidromórficos gleizado: solos originados de sedimentos recentes do Quaternário

de textura argilosa.

• Podzolo Hidromórfico: é um solo caracterizado por possuir textura arenosa em

todo o perfil. A profundidade média desses solos é de 150 cm.

6.1.8 Vegetação

Page 42: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

42

A tipologia vegetal dominante é a Floresta Tropical úmida Perenifólia que

apresenta alta heterogeneidade na composição de espécies dicotiledôneas de porte

médio e alto, e grande variações na densidade. A variação do porte e da freqüência

de determinadas espécies em ocorrências localizadas vem em função das inundações

de áreas florestais, provocadas pelos barramentos dos cursos de água do Bolonha e

Água Preta e pelo desmatamento para ocupação agrícola e urbana (DIAS, 1991).

Entre as mais conhecidas está a espécie Eichhornia crassipes, vulgarmente denominada

de Aguapé, que se caracteriza por ser uma planta herbácea da classe das liliopsidas,

pertencente à família Pontedereaceae e a ordem Pontenderiales (MATNI, 2003).

6.2 METODOLOGIA DE CAMPO

Amostras de sedimentos foram coletadas do fundo do reservatório Água

Preta, com intuito de identificar variações nas concentrações dos elementos

estudados, foi utilizado um amostrador pontual do tipo “Van Veen” (figura 08), no

mês de novembro de 2007 e foram armazenadas em potes de polietileno com tampas

e levados para o Laboratório de Controle de Resíduos – LCR da UFPA, onde foram

mantidos congelados em freezer à temperatura de -4°C.

Figura 08: Amostrador pontual do tipo “Van Veen”.

Page 43: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

43

6.3 ANÁLISES EM LABORATÓRIO

Todas as análises laboratoriais foram realizadas em duplicata.

Determinação Granulométrica no Sedimento

Das amostras de sedimentos superficiais de fundo foram separadas as frações

<2 mm, 2 – 62 mm e > 62 mm, correspondentes à argila, silte e a areia. Antes do

procedimento granulométrico, as amostras foram secas à temperatura de 50°C,

quarteadas e pesados 20 g de cada amostra. A fração areia foi obtida por

peneiramento a úmido utilizando-se peneira de 4 phi, enquanto o silte foi separado

da argila por centrifugação a 1000 rpm durante 2 minutos (FOLK, 1974).

Matéria Orgânica (MO)

Para análise do percentual de MO dos sedimentos superficiais de fundo foi

pesado uma massa de 0,5g da fração fina (silte-argila) do sedimento. O CO foi

determinado segundo o método proposto por Loring e Rantala (1992), cujo princípio

baseia-se na oxidação do carbono orgânico com dicromato de potássio em meio ácido

(H2SO4 concentrado + K2CrO7). O excesso de dicromato (mistura oxidante) após

oxidação foi titulado com solução padrão de sulfato amoniacal.

E o cálculo da matéria orgânica foi feito de acordo com EMBAPA (1997):

MO (%) = CO (%) x 1,724 (EMBRAPA, 1997).

Formas de Fósforo

A metodologia adotada para análise das formas de fósforo foi de acordo com

exposto em Protazio et al. (2004), para fósforo total e fósforo orgânico os métodos

foram o de Andersen e de Williams, respectivamente. A concentração de fósforo

inorgânico foi obtida por diferença entre a concentração de fósforo total e a de

fósforo orgânico.

Para fósforo total pesou-se 0,50g da amostra de sedimento juntamente com

0,50g de Na2CO3 anidro, em cadinho, para posterior calcinação em forno mulfla à

Page 44: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

44

temperatura de 500° C, por um período de uma hora. Em seguida, as amostras foram

colocadas em um dessecador até atingir a temperatura ambiente. Posteriormente, as

mesmas foram individualmente transferidas para béqueres de 100 mL, nos quais

foram adicionadas 25 mL da solução de HCl mol -1 seguida de aquecimento até

ebulição, por 15 minutos, completando-se o volume para 50 mL. Em seguida, faz-se a

leitura em um espectrofotômetro da marca HACH, modelo DR2800 (ANDERSEN

apud PROTAZIO et al., 2004).

No procedimento da análise de fósforo orgânico também foi pesada 0,50g da

amostra e adicionou-se 20,0ml de HCl 1mol -1 , permanecendo sob agitação por 16

horas. A amostra foi centrifugada (cinco minutos a 3.000 rpm), rejeitando-se o

sobrenadante. Ao resíduo, foram adicionados 12,0ml de água destilada, agitando-se

por cinco minutos e posterior centrifugação por igual tempo e rotação. Este foi

levado para estufa à temperatura de 105°C e calcinado a 550°C por uma hora em

forno mufla. O resíduo foi então colocado sob agitação em 20,0ml de HCl 1mol -1, por

16 horas e finalmente centrifugado por cinco minutos a 3.000 rpm para posterior

análise de ortofosfato, em um espectrofotômetro da marca HACH, modelo DR 2800

(WILLIAMS apud PROTAZIO et al., 2004).

Elementos traços

Para análise química dos sedimentos superficiais de fundo e dos testemunhos,

as amostras foram peneiradas em meio úmido com água deionizada em uma malha

de aço-inox 62mm. Em seguida, a fração fina (silte e argila) foram secas na estufa a

50°C e desagregadas em gral de ágata. Estas amostras (cerca de 10g cada) foram

enviadas para o laboratório comercial ACMEBRASIL, para determinação de metais

pesados, as quais passaram por uma digestão ácida com HCLO4-HNO3-HCL-HF

para 10 ml, e determinados por espectrometria de massa com plasma indutivamente

acoplado (ICPMS).

6.4 TRATAMENTO DOS DADOS

Page 45: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

45

No tratamento de dados foi utilizado o método estatístico da análise de

componentes principais, onde as variáveis foram linearmente correlacionadas.

Na análise de componentes principais as variáveis originais são linearmente

combinadas com o objetivo de projetar o máximo de informação no menor número

de dimensões. A informação total contida no conjunto de dados de partida é

quantificada pela matriz de covariância. A primeira componente principal (PC1) é a

direção de máxima variância e, portanto, de máxima informação no espaço

multidimensional original. A segunda componente (PC2) é ortogonal a PC1 e

corresponde ao eixo que explica o máximo possível da informação que não pôde ser

representada pela primeira componente. Juntas, PC1 e PC2 definem o plano de

máxima informação no espaço multidimensional. Se as variáveis apresentarem

muitas correlações significativas, é possível que esse plano já contenha informação

suficiente para permitir inferir os padrões de associação existentes nos dados de

partida (MASSART et al., 1998).

7 RESULTADOS E DISCUSSÕES

7.1 GRANULOMETRIA Em todos os pontos o silte foi à fração com os maiores valores (mínimo de 67%

no ponto 10; máximo de 95,8% no ponto 5; média de 83,5 ± 7,9%). Enquanto os

menores valores encontrados foram os de areia (mínimo de 0,10 % no ponto 5;

máximo de 20,8% no ponto 10; média de 4,6 ± 6,5%). Para a fração argila, considerada

a fração de maior importância no que se refere ao processo de adsorção de metais, o

valor mínimo encontrado foi de 4,1% no ponto 5, o máximo foi de 16,7 % no ponto 8

e média de 11,9 ± 3,8%. No sedimento superficial de fundo do lago Água Preta

ocorreu o predomínio da fração silte, conforme figura 09.

Page 46: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

46

Figura 09: Distribuição das frações granulométricas (areia, argila e silte) nos

sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Os sedimentos superficiais de fundo demonstraram coesos nas frações

silte+argila, e menor predominância da fração areia, o que caracterizou o reservatório

Água Preta como um ambiente de baixa energia.

Ribeiro (1992) também detectou quantidade pouco significativa de areia nesse

reservatório e no rio Guamá, que abastece diretamente o reservatório, e demonstra

inter-relações dos sistemas.

7.2 MATÉRIA ORGÂNICA

O valor mínimo encontrado para matéria orgânica (MO) foi de 1,07% no ponto

5, e máximo valor foi de 6,25% no ponto 2, média de 3,35± 1,52% (figura 10). Esses

valores foram próximos aos encontrados por Ribeiro (1992), que obteve mínimo de

0,44% e máximo de 6,59%, e no rio Guamá o valor de 0,59%.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pontos de coleta

Areia Silte Argila

Page 47: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

47

Figura 10: Distribuição da matéria orgânica (%) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Na Baia do Guajará, Saraiva (2007) detectou média de 1,90%. Carvalho (2002),

na orla de Belém/PA, próximo ao Distrito de Icoaraci/Belém-PA, detectou média de

2,6%. Ainda na mesma região, no estuário do rio Maracanã-PA, Delfino (2006)

obteve média de 5,4%. Leite (2008) encontrou nos sedimentos de fundo da Baía do

Marajó/PA, média de 1,69%.

Estudos realizados por Vidal e Becker (2006) nos sedimentos do rio Piranji-

Ceará, encontraram valor médio de 1,96% de matéria orgânica. Pereira et al (2006)

em estudo realizado nos sedimentos lacustres de Paripueira e do Sal no município de

Beberibe-Ceará, obtiveram valores, respectivos, de 2,26 e 1,19%. Calijuri e Cunha

(2008) em estudo de comparação entre os teores de matéria orgânica e as

concentrações de nutrientes e metais pesados nos sedimentos de dois sistemas do

Vale do Ribeira de Iguapé – SP, encontraram teores de matéria orgânica variando de

0,8 – 5,4% e 0,6 – 6,6%, respectivamente.

Os resultados da matéria orgânica no reservatório Água Preta estão dentro

dos teores da média (< 10%) da região e de outras regiões do Brasil.

Page 48: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

48

Teores de matéria orgânica menor que 10% permitem classificar o sedimento

como sendo do tipo mineral, conforme descreve Esteves (1998). Portanto, o

reservatório Água Preta tem um sedimento do tipo mineral, levando-se em

consideração esta classificação.

7.3 FORMAS DE FÓSFORO

Em relação às formas de fósforo (total, orgânico e inorgânico) nos sedimentos

de fundo do reservatório Água Preta, foi verificado um aumento na concentração de

fósforo total (média de 172, 08 ± 37, 33 µg.g-1), ao comparar com os valores detectados

por Ribeiro (1992) de 34 µg.g-1, nos mesmos pontos de coleta do presente trabalho.

Esse aumento pode estar associado à entrada de compostos de fósforos neste sistema,

como consequência do desordenamento do uso e ocupação do solo.

A distribuição de fósforo total (figura 11) mostrou o menor valor (90, 58 µg.g-1)

no ponto 5, onde foi detectado o menor teor de argila. Conforme a análise de

componentes principais, a PC1 demonstrou a relação positiva entre esses

componentes do sedimento.

A distribuição de fósforo orgânico (figura 12) teve o menor valor (7,93 µg.g-1)

no ponto 9, e o maior (174,60 µg.g-1) no ponto 7 (média de 71,02 ± 51,64 µg.g-1). A

distribuição de fósforo inorgânico (figura 13) teve o mínimo de 19,80 µg.g-1 no ponto 7

e o máximo valor de 212,81 µg.g-1 no ponto 9 (média de 101,06 ± 53 µg.g-1). O ponto 9

destacou-se por apresentar a maior concentração de fósforo total, a menor de fósforo

orgânico e a maior de fósforo inorgânico. Essa relação inversa entre essas formas de

fósforo foi observada na análise de componentes principais ao longo da PC2.

Page 49: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

49

Figura 11: Distribuição de fósforo total (µg.g-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Figura 12: Distribuição de fósforo orgânico (µg.g-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Page 50: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

50

Figura 13: Distribuição de fósforo inorgânico (µg.g-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Ambientes com influência antrópica como a Baía do Marajó/PA (470,81 µg.g-1)

e o rio Bacanga/MA (438,55 µg.g-1), a concentração média de fósforo total foi descrita

por Leite (2008) e Protázio et al. (2004), respectivamente, com valores acima da média

detectada no reservatório água Preta (172,08 µg.g-1).

Em estudos realizados nos sedimentos de fundo do reservatório de Salto

Grande (Americana, SP), foram encontrados valores de fósforo total variando entre

200 a 600 µg.g-1, superiores ao encontrado neste trabalho. O valor elevado, segundo o

estudo, pode ser explicado pela contribuição do uso e ocupação do solo no entorno

desse reservatório, onde seus esgotos (industrial e doméstico) são lançados in natura

no sistema aquático fazendo com que haja a redução da qualidade ambiental.

Nos pontos 2, 3, 4, 5, 8 e 9 a forma predominante de fósforo foi a inorgânica.

Nestes pontos é possível que tenha ocorrido maior taxa de remineralização da

matéria orgânica.

De acordo com SCHAFER (1985) o hidróxido de ferro tem grande capacidade

de adsorver o fosfato da coluna d’água e fazer o processo de precipitação para os

sedimentos de fundo. Além dos íons de ferro outros fatores físico-químicos

Page 51: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

51

interferem na precipitação do íon fosfato no ambiente aquático, como a adsorção de

fosfato às argilas.

Nos pontos 1, 6 e 7 a forma orgânica foi a forma dominante, o que denota uma

menor taxa de remineralização da matéria orgânica e remobilização de fósforo.

Conforme verificado na análise de componentes principais, a matéria orgânica foi

relacionada de forma positiva com o fósforo orgânico.

7.4 ELEMENTOS TRAÇOS

Em relação aos elementos traços, foi realizado estudo em sete elementos (Ni,

Co, Pb, Cr, Fe, Cd e Zn) importantes para a qualidade ambiental de ecossistemas

aquáticos.

As concentrações de Ni presentes nos sedimentos de fundo oscilaram de 20,7

mg.kg-1 (ponto 5) a 37,1 mg.kg-1 (ponto 9), com média de 30,03 ± 5,02 mg.kg-1 (figura

14). Esses valores estão abaixo do valor de referência (70 mg.kg-1) para sedimentos da

época pré-industrial para lagos da Europa, Estados Unidos e Canadá (HAKANSON,

1980) e também menor que o índice PEL (36 mg.kg-1), porém, ultrapassam o índice TEL

(18 mg.kg-1), o que sugere influência antropogência deste elemento.

Ao comparar com outros ambientes amazônicos as concentrações ficaram

concentrações próximas aos valores encontrados no reservatório Água Preta,

conforme estudos realizados por Pereira (2001) na orla de Belém-PA, onde obteve

valor de 38,8 ppm; Carvalho (2002) na margem próxima ao Distrito de

Icoaraci/Belém-PA, obteve 24 ppm e Delfino (2006) no estuário do rio Maracanã –

PA, obteve valor médio de 48,77 ppm.

Page 52: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

52

Figura 14: Distribuição superficial de Ni (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Em relação ao cobre, o mínimo e o máximo da concentração foram detectados

nos mesmos pontos da variação de níquel. O menor valor de Cu foi de 13,1 mg.kg-1

(ponto 5), e o máximo valor de 26,90 mg.kg-1 (ponto 9), com média de 22,83 ± 4,29

mg.kg-1 (figura 15). Valores inferiores ao valor de referência (50 mg.kg-1) para

sedimentos da época pré-industrial para lagos da Europa, Estados Unidos e Canadá

(HAKANSON, 1980) e também ao índice PEL (197 mg.kg-1) e TEL (35,7 mg.kg-1), o que

sugere não haver influência antropogência deste elemento.

No Estado do Pará outros trabalhos detectaram valores de cobre próximos aos

encontrados neste trabalho: Pereira (2001), na orla de Belém-PA, encontrou valor de

16,25 ppm para o cobre; Carvalho (2002) na margem próxima ao Distrito de

Icoaraci/Belém-PA, de 16 ppm e Delfino (2006) no estuário do rio Maracanã – PA,

valor médio de 18,97 ppm.

Page 53: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

53

Figura 15: Distribuição superficial de Cu (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Os valores de cobre foram elevados ao encontrado por Ribeiro (1992), que

detectou concentração de 2,85 ppm no Água Preta e de 0,72 ppm no rio Guamá. As

concentrações de cobre detectadas estão dentro do limite da Resolução CONAMA nº

344/2004, onde estipula valor limite de 197 ppm.

Conforme verificado para o níquel e cobre, o chumbo também teve o valor

mínimo e o valor máximo nos pontos 5 e 9, respectivamente, sendo o mínimo do

chumbo de 20 mg.kg-1 , e o máximo de 44 mg.kg-1 , média de 36,67 ± 7,14 mg.kg-1

(figura 16). Os valores obtidos para o Pb também ficaram abaixo ao valor de

referência (70 mg.kg-1) encontrado em amostras de sedimentos da época pré-

industrial de lagos da Europa, Estados Unidos e Canadá (HAKANSON,1980), assim

como aos valores médios das concentrações naturais obtidas para os sedimentos das

represas de Ponta Nova (64±5 mg.kg-1) e de Ribeirão do Campo (58±6 mg.kg-1)

localizadas em área de proteção ambiental no estado de São Paulo (NASCIMENTO,

2003).

Ao comparar os valores de Pb do reservatório Água Preta com os índices PEL

(91,3 mg.kg-1) e TEL (35 mg.kg-1) desse elemento, observa-se que os teores de Pb na

Page 54: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

54

estão abaixo do índice PEL, mas alguns valores ultrapassam o índice TEL, o que

sugere influência antropogênica.

Figura 16: Distribuição superficial de Pb (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

A média encontrada para o chumbo foi de 36,67 ppm, maior ao detectado por

Ribeiro (1992) de 1,23 ppm no Água Preta e no rio Guamá de 0,42 ppm. Os valores de

chumbo estão dentro do limite (91,3 ppm) da Resolução CONAMA nº 344/2004.

Ao comparar com resultados de outros locais da região Norte observa-se que a

média do reservatório Água Preta ficou abaixo: Pereira (2001), na orla de Belém-PA,

obteve média de 38,3 ppm, Carvalho (2002), próximo ao Distrito de Icoaraci/Belém-

PA, de 59 ppm e Delfino (2006), no estuário do rio Maracanã – PA, de 45,63 ppm.

De acordo com os limites da Resolução CONAMA nº 344/2004 (90 ppm), os

resultados de cromo, no reservatório, estão dentro dos valores permitidos (mínimo

de 47 mg.kg-1, máximo de 107 mg.kg-1, média de 85,7 ± 16,29 mg.kg-1, (figura 17) pela

Resolução, contudo, estão superiores aos encontrados por Ribeiro (1992) 1,40-8,10

ppm no Água Preta e próximos aos descritos por Saraiva (2007) na baía do Guajará

Page 55: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

55

(média de 59,7 ppm); Pereira (2001) na margem próxima ao Distrito de

Icoaraci/Belém-PA (65,5 ppm) e no estuário do rio Maracanã – PA.

Figura 17: Distribuição superficial de Cr (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

A média da concentração de Cr (85,7 ± 16,29 mg.kg-1) ficou abaixo ao valor de

referência (90 mg.kg-1) para sedimentos da época pré-industrial para lagos da

Europa, Estados Unidos e Canadá (HAKANSON, 1980), porém, o valor máximo

ficou acima. Ao comparar com os índices TEL (37,3 mg.kg-1) e PEL (90 mg.kg-1),

nota-se que a média desse elemento ficou inferior ao índice PEL e ao TEL, o que

sugere influência antropogênica.

O Fe obteve o valor mínimo de 2,73% (ponto 5) e máximo de 5,31% (ponto 10),

média de 4,67 ± 0,78%. O ponto onde foi detectada a menor concentração de ferro,

novamente coincidiu com os demais elementos (figura 18).

Page 56: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

56

Figura 18: Distribuição superficial de Fe (%) nos sedimentos de fundo do reservatório

Água Preta.

Em relação ao elemento Fe, a média do teor foi de 4,67% ppm, valor próximo

ao encontrado por Delfino (2006) no estuário do rio Maracanã, onde detectou valor

médio de 4,14%. Saraiva (2007) na Baía do Guajará obteve média de 3,6%, Pereira

(2001) na orla de Belém-PA, de 3,2%, Carvalho (2002) na margem próxima ao Distrito

de Icoaraci/Belém-PA, valor de 3,7%.

Ao comparar com estudos realizados em outras regiões do Brasil, os valores

encontrados de Fe no reservatório Água Preta são assimilares, como o estudo

realizado, por exemplo, por Vidal e Becker (2006) nos sedimentos do rio Piranji-

Ceará, onde foi encontrado valor médio de 2,86%; Pereira et al (2006) nos sedimentos

lacustres de Paripueira e do Sul no município de Beberibe-Ceará, obtiveram valores

que não ultrapassaram 0,3% para este elemento. As regiões possuem características

peculiares, levando em consideração a geologia, o clima, a vegetação entre outras

características geomorfológicas de cada região.

Page 57: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

57

A variação da concentração de Cd foi similar ao elemento Cr, tendo o menor

valor abaixo de 0,1 mg.kg--1 no ponto 5, e maior valor de 0,4 mg.kg-1 no ponto 1, com

média de 0,21 ± 0,1 mg.kg-1 (figura 19).

Figura 19: Distribuição superficial de Cd (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

Dentre os elementos traço estudados, o cádmio foi o que apresentou os

menores valores neste estudo (<0,1 ppm). Com valores bem abaixo ao estipulado

pela Resolução CONAMA nº 344/2004, cujo valor máximo é de 3,5 ppm. Este fato

pode ser explicado pela não correlação positiva entre este elemento e a argila,

conforme verificado na análise de componentes principais.

Os valores corroboram com os encontrados por Delfino (2006) no estuário do

rio Maracanã (0,009 ppm) e com os encontrado por Cunha, Calijuri & Miwa (2006)

nos sedimentos do rio Jacupiranguinha no Estado de São Paulo (<0,2 ppm).

Ao contrário do elemento cádmio, o zinco obteve os maiores valores (média de

97,80 ppm). Ribeiro (1992) encontrou concentração de 98,23 ppm e no rio Guamá

valor de 3,61 ppm; Saraiva (2007) detectou na Baía do Guajará valor médio de 73,7

ppm; Pereira (2001) na orla de Belém-PA obteve a média de 73,8 ppm; Carvalho

Page 58: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

58

(2002) na margem próxima ao Distrito de Icoaraci/Belém-PA valor de 70 ppm, e

Delfino (2006) no estuário do rio Maracanã média de 78,83 ppm. Estas concentrações

foram próximas aos valores encontrados no reservatório Água Preta.

Assim como os demais elementos, o zinco teve o menor valor no ponto 5 (62

mg.kg-1), porém , o máximo (126 mg.kg-1) não coincidiu com nenhum elemento, fato

similar ao verificado para Fe. A média de zinco foi de 97,8 ± 20,5 mg.kg-1 (figura 20)

foi inferior ao valor da média de referência (175 mg.kg-1) para sedimentos da época

pré-industrial para lagos da Europa, dos Estados Unidos e Canadá (HAKANSON,

1980) e ao índice PEL (315 mg.kg-1) e TEL (123 mg.kg-1).

Figura 20: Distribuição superficial de Zn (mg.kg-1) nos sedimentos de fundo do reservatório Água Preta.

De um modo geral, no ponto 5 foram encontradas as menores concentrações

de todos os elementos, o que provavelmente está relacionado a presença da água do

Page 59: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

59

rio Guamá. Enquanto, no ponto 9 foram observadas as maiores concentrações para

maioria dos elementos estudados, o que pode ser relacionado a ocupação urbana

como fonte desses elementos.

Fato verificado por Carvalho (2001) que coletou amostras de sedimentos de

fundo do lago Água Preta, desde as ramificações próximas à rodovia BR316 até as

imediações da barragem, para reconhecimento da distribuição das razões isotópicas

do chumbo (206Pb/207Pb) e da concentração de metais pesados (Ni, Fe, Co, Cu, Cr, Cd,

Mn, Zn, Pb, Al) biodisponíveis; e amostras de água no ponto de captação de água do

rio Guamá pela adutora da COSANPA para determinar a composição isotópica do

chumbo nos sedimentos em suspensão. Os resultados permitiram verificar a

contribuição das rochas da região, a influência do material em suspensão do rio

Guamá e o efeito da ação antrópica, na distribuição desses elementos no referido

lago.

Todos os elementos traços apresentaram valores esperados para a região

Amazônica. Foi verificada uma relação positiva desses elementos com a fração argila,

confirmado na PC1 e na PC2 (tabela 1), o que mostra a afinidade desses traços com as

frações de forte adsorção (argila).

Em relação à matéria orgânica foi possível observar uma relação positiva com

o níquel, cobre, chumbo, zinco e ferro (tabela 01). De acordo com Förstner &

Wittmann (1983) a matéria orgânica também tem uma comprovada capacidade de

adsorção para metais pesados. Esta afinidade pode tanto concentrar metais no

ambiente, quanto pode ser empregada na remoção de metais em ambientes

impactados. Uma importante propriedade física da matéria orgânica está associada à

textura fina dos sedimentos, contendo geralmente uma porcentagem natural de

material húmico derivado de transformações biológicas de plantas e detritos de

animais. O material húmico pode estar presente como uma discreta partícula ou

como uma camada em partículas de argila, pois o material húmico aumenta a

afinidade do sedimento com metais.

Page 60: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

60

Os elementos traços estudados constituem contaminantes químicos nas águas,

pois mesmo em pequenas concentrações trazem efeitos adversos à saúde. Desta

forma podem inviabilizar os sistemas públicos de água, uma vez que as estações de

tratamento convencionais não os removem eficientemente e os tratamentos especiais

necessários são muito caros.

7.5 ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS

A análise de componentes principais explicou 92% da variância original

(tabela 01), com 70% para a primeira componente (PC1), onde foi observada relação

positiva entre matéria orgânica (0,46), argila (0,86), níquel (0,91), cobre (0,89), chumbo

(0,94), zinco (0,89), ferro (0,91), fósforo total (0,85) e fósforo orgânico (0,42) (figura 21).

A correlação positiva entre os elementos traços, o fósforo total e a argila, indica a

capacidade de adsorção dessa fração granulométrica. Em relação à correlação

positiva do fósforo orgânico com a matéria orgânica, sugere que o fósforo é uma

parte significativa da matéria orgânica do sedimento do fundo do reservatório Água

Preta.

A segunda componente principal (PC2) explicou 22% da variância total, e

mostrou o fósforo inorgânico (0,79) em contraste com a matéria orgânica (-0,54), o

cádmio (-0,78) e o fósforo orgânico (-0,62) (figura 21). A correlação negativa entre o

fósforo inorgânico e o orgânico, indica o processo de transformação que ocorre

dentro do ciclo desse elemento. O cádmio não teve destaque na PC1, porém, foi

relacionado de forma positiva com a matéria orgânica e o fósforo orgânico, o que

sugere uma possível fonte desse traço no reservatório, mesmo em concentração

pouco significativa.

Tabela 01: Pesos e variância explicada pelas duas componentes principais (PC1 e PC2)

da análise dos dados de sedimento (MO, argila, Ni, Cu, Pb, Cr, Fe, Cd, Zn, PT, PO e

PI), os valores mais significativos estão em negrito.

Variável PC1 PC2

Page 61: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

61

Matéria Orgânica (MO) 0,46 -0,54

Argila 0,86 0,15 Níquel (Ni) 0,91 0,25 Cobre (Cu) 0,98 0,04 Chumbo (Pb) 0,94 -0,03 Cromo (Cr) 0,89 -0,29 Ferro (Fe) 0,91 0,05 Cádmio (Cd) 0,18 -0,78

Zinco (Zn) 0,89 0,14 Fósforo Total (PT) 0,85 0,26 Fósforo Orgânico (PO) 0,42 -0,62

Fósforo Inorgânico (PI) 0,19 0,79

Variância Explicada 70% 22%

Figura 21: Pesos das variáveis das componentes principais da distribuição das formas de fósforo (PT, PO, PI), das frações granulométricas (argila, areia), da matéria orgânica (MO), e dos elementos traços (Ni, Cu, Pb, Cr, Fe, Cd e Zn).

8 CONCLUSÕES

Os sedimentos do reservatório Água Preta é do tipo mineral, apesar da grande

produção primária existente no Lago, parcela significante da matéria orgânica tem

rápida decomposição na coluna d’água.

Page 62: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

62

A matéria orgânica e o fósforo orgânico tiveram correlações positivas

confirmadas pelas componentes principais (PC1 e PC2), sugere que o fósforo é uma

parte significativa da matéria orgânica do sedimento do fundo do reservatório Água

Preta.

Os resultados granulométricos mostraram a predominância de silte, porém,

com a fração argila considerada de maior importância no que se refere ao processo

de adsorção dos elementos traços, esteve presente em todas as amostras. A menor

predominância foi da fração areia, o que caracterizou o reservatório Água Preta como

um ambiente de baixa energia.

O sedimento de fundo do reservatório Água Preta teve como forma

predominante a fração do fósforo inorgânico em detrimento ao orgânico. O aumento

detectado para fósforo total pode estar associado à entrada de compostos contendo este

elemento no reservatório, como consequência do desordenamento do uso e ocupação do

solo.

As concentrações obtidas para o níquel, cobre, chumbo, cromo e zinco nos

sedimentos superficiais de fundo estão abaixo dos índices PEL. Com relação ao TEL,

apenas o níquel e o chumbo apresentam valores máximos superiores a esse índice, o

que e sugere influência antropogênica.

Todos os elementos traços apresentaram valores esperados para a região

Amazônica. Foi verificada uma relação positiva desses elementos com a fração argila,

confirmado na PC1 e na PC2, o que mostra a afinidade desses traços com as frações de

forte adsorção (argila).

O estudo mostra uma versão atual desse substrato, o qual poderá auxiliar na

atualização e/ou formação de banco de dados para orientar estudos de gestão de

saneamento voltado para esse ecossistema.

Page 63: caracterização química dos sedimentos superficiais de fundo do

63

A investigação das formas de fósforo e de elementos traços nos sedimentos do

reservatório poderá ser utilizada como complemento decisivo na tomada de decisão

sobre a qualidade dos sedimentos deste ambiente aquático face à sua importância

social (utilizado como fonte de abastecimento de água para o consumo humano).

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