Ocorrência e distribuição de contaminantes emergentes em solos, águas superficiais e subterrâneas no município de Porto Alegre, RS

Abstract

Contaminantes Emergentes (CEs) podem ser definidos como novos compostos ou moléculas que não eram conhecidas anteriormente ou que apareceram recentemente na literatura científica. Em algumas áreas urbanas do Brasil, a água subterrânea é normalmente consumida sem tratamento prévio, sendo necessário o monitoramento desses compostos. Assim, o objetivo principal deste trabalho é a análise da ocorrência e do comportamento de contaminantes no município de Porto Alegre, RS, com base em análises químicas realizadas por meio de Cromatografia Líquida Tandem e Espectrometria de Massas (LC-MS/MS), experimentos de coluna e mapas geoestatísticos. Primeiramente, foi investigado o comportamento de sete compostos em solos (atrazina, simazina, ametrina, tebutiuron, 2,4-D, fipronil e diclofenaco) por meio de experimentos de coluna de lixiviação para avaliar acúmulo e transferência em cinco tipos diferentes de solos de Porto Alegre. Os resultados mostraram que o solo derivado de sedimentos quaternários, com sedimentos arenosos bem selecionados, foi aquele em que os contaminantes apresentaram maior mobilidade. Esse solo também apresenta pH acima da média dos demais, fator que também pode ser responsável pela menor retenção de substâncias. O tebutiuron é a substância com maior potencial de lixiviação em geral. Além disso, a concentração e distribuição de 23 substâncias Per- e polifluoroalquil (PFAS) foram analisadas em amostras de águas subterrâneas e em amostras de águas superficiais. As concentrações totais de PFAS (ΣPFAS) em amostra de água subterrânea variaram entre 22 e 718 ng L-1. Dez espécies foram encontradas em águas superficiais, sendo que as predominantes foram PFOA, PFOS e PFHpA com frequência de detecção de 50%, 62%, 87%, respectivamente. Além disso, os corpos d'água tributários apresentaram maiores concentrações de PFAS do que o corpo d'água principal (Lago Guaíba), provavelmente devido a processos de diluição. Por fim, um total de 23 compostos CEs, incluindo pesticidas, produtos farmacêuticos e hormônios, foram determinados em amostras de águas subterrâneas. Os CEs mais abundantes foram atrazina e seus produtos de degradação, fipronil, simazina, tebuconazol, hexazinona e cafeína em concentrações de até 300 ng L-1. Todos os compostos estudados foram detectados nas águas subterrâneas em pelo menos uma amostra. Padrões nos dados por meio de mapas de SOM mostraram uma forte correlação positiva entre atrazina, hexazinona, simazina, tebutiuron, 2-hidroxiatrazina e 17β-estradiol. Os hormônios estrona e testosterona também apresentam uma correlação positiva devido às suas propriedades químicas semelhantes. Por outro lado, a cafeína foi detectada em 90% das amostras, provavelmente devido ao hábito da população de ingerir chimarrão, associado aos baixos índices de esgoto doméstico tratado na área de estudo.

Contaminants of emerging concern (CEC) can be defined as new compounds or molecules that were not previously known or have recently appeared in the scientific literature. CEC could also be defined as compounds whose environmental contamination issues were not fully realized or apprehended and also as contaminants that new information is changing the understanding of the environmental and human health risks. In addition, in some urban areas in Brazil, groundwater is normally consumed without previous treatment, and monitoring CEC is necessary. Thus, The main objective of this work is the analysis of occurrence and behavior of emerging contaminants in Porto Alegre, based on chemical analyses carried out through Liquid Chromatography tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS). laboratory column experiments and geostatistical maps. firstly, was investigated the fate of seven compounds (atrazine, simazine, ametrine, tebuthiuron, 2,4-D, fipronil and diclofenac) using leaching column experiments to evaluate accumulation and transfer in 5 different types of soils from Porto Alegre. The results showed that the soil derived from quaternary sediments, with well sorted sandy sediments was the one in which the contaminants had higher mobility. This soil also has a pH above the average of the others in the city, a factor that may also be responsible for less retention of substances. Tebuthiuron is the substance with the greatest leaching potential overall. In addition, the concentration and distribution of 23 Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), were analyzed in groundwater samples collected from water wells in urbanized areas and in surface water sampleS. The total concentrations of PFAS (ΣPFAS) in a groundwater sample varied between 22 and 718 ng L-1. Eleven PFAS species were detected in groundwater, including: PFOA and PFOS. Most of sample locations with quantified PFAS are in the porous aquifer, which has higher hydraulic conductivity than the fractured aquifer, fact than may contribute to groundwater contamination. Ten species were founded in surface water and the most dominant was PFOA, PFOS and PFHpA with detection frequency of 50%, 62%, 87%, respectively. PFOA was the most dominant specie in the study. In addition, tributaries water bodies had higher concentrations of PFAS than the mainly water body (Guaíba lake) probably due dilution process. Finally, a total of 23 CEC compounds including pesticides, pharmaceuticals, and hormones were determined in groundwater samples. The CEC most frequently detected were atrazine and degradation products, fipronil, simazine, tebuconazole, hexazinone, and caffeine in concentrations up to 300 ng L-1. All compounds studied were detected in groundwater at least one sample. Patterns in the data through SOM have shown a strong positive correlation between atrazine, hexazinone, simazine, tebuthiuron, 2-hydroxyatrazine, and 17β-estradiol. The hormones estrone and testosterone also shows a positive correlation due to their similar chemical properties. On the other hand, caffeine was detected in 90% of the samples, likely due to a population habit of taking daily a hot drink made of yerba mate associated with low rates of domestic sewage treated in the study area.