Distribuição e mobilidade de arsênio e metais pesados em águas e sedimentos de ribeirões do Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais

Abstract

O objetivo deste trabalho foi avaliar a distribuição de arsênio e metais pesados em água e sedimentos dos ribeirões Tripuí e do Carmo. A área de estudo abrangeu parte do percurso dos ribeirões, entre os municípios de Ouro Preto e Mariana, região sudeste do Quadrilátero Ferrífero. O método BCR (Bureau Communautaire de Référence) de extração seqüencial foi utilizado para o fracionamento do As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn em sedimentos. A concentração total dos elementos na água, no material particulado suspenso e na fração solúvel foram determinadas. A determinação do arsênio foi realizada por espectrometria de absorção atômica com geração de hidretos (HG-AAS). Esta técnica requer a pré-redução das formas de As(V) presentes nas amostras, o que tem sido obtido pelo uso de KI. Como o método BCR preconiza o uso de agentes oxidantes em algumas etapas da extração, a presença destes extratores nas soluções de leitura interfere na redução do As(V) devido à oxidação do iodeto, além de gerar grandes quantidades de iodo, que prejudica a formação e liberação dos hidretos voláteis. Para evitar tais interferências, foram avaliadas diferentes condições reacionais para a redução do As(V). Os resultados mostraram que a redução quantitativa do As(V) pode ser obtida pela associação do KI ao ácido ascórbico, que atua reduzindo o iodo a iodeto, permitindo a redução do As(V) a As(III) e a quantificação do As nos extratos por HG-AAS. A concentração final de ácido ascórbico necessária variou segundo a etapa da extração seqüencial envolvida, em função das diferentes forças oxidantes dos agentes extratores utilizados em cada uma delas. Nos extratos obtidos em cada uma das quatro etapas do método BCR, a redução do As(V) foi obtida, portanto, associando-se KI a 1% (m/v) ao ácido ascórbico nas seguintes concentrações: 1% (m/v) para as etapas 1 e 2; 3% (m/v) para a etapa 3; e 2% (m/v) para a etapa 4. Este estudo preliminar permitiu então a utilização da HG-AAS para a determinação do As nos extratos do método BCR. Os resultados das análises em água mostraram concentrações de As total entre 36,7 e 68,3 µg L-1, quantidades superiores ao limite máximo recomendado pelos órgãos brasileiros de monitoramento ambiental, para águas destinadas ao consumo humano. Arsênio e metais pesados apresentaram quantidades significativamente elevadas em frações dos sedimentos consideradas potencialmente disponíveis para o meio aquático. A concentração total do Hg nos sedimentos variou de 179,71 a 690,12 µg kg-1, havendo predomínio da forma elementar (42 a 56%) em todos os pontos de amostragem. Os resultados do fracionamento do Hg nos sedimentos constituem evidência da liberação recente do Hg elementar para os ambientes estudados, em função de atividades de garimpo desenvolvidas na região. Os resultados das análises da água e o perfil de distribuição dos elementos estudados nas diferentes frações dos sedimentos refletem a contribuição antropogênica para a liberação destes elementos a partir dos minerais de origem e o risco potencial à saúde da população local.

The aim of this work was to evaluate the arsenic and heavy metal distribution and mobility in water and sediments from the Tripuí and Carmo rivers. The studied area involved part of the rivers course located between the Ouro Preto and Mariana municipalities, southwest region of the Iron Quadrangle, Brazil. The BCR sequential extraction method was used to fractionate As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in sediment samples. The total amounts of the elements in the dissolved phase and in suspended particulate matter were determined. The arsenic quantification was carried out by utilizing Hydride Generation Atomic Absorption Spectrometry (HG-AAS). The As (V) reduction before the hydride formation is necessary to As quantification by HGAAS, and it has been obtained by using potassium iodide. However, the BCR protocol utilize oxidizing agents in some extraction steps, and the presence of these extractors in the final solutions interfere on the arsenic reduction due to iodide oxidation. Besides, the iodide oxidation by the extractants leads to production of great quantities of iodine, which may prejudice the formation and release of the hydrides. To avoid these interferences, different reaction conditions were evaluated to As(V) reduction in the BCR extracts. The results showed that quantitative reduction of As(V) can be obtained by the use of KI in association to ascorbic acid, which acts reducing iodine to iodide, allowing the reduction of As(V) to As(III) and the arsenic quantification by HG-AAS. The ascorbic acid concentration in the final solutions varied depending on the sequential extraction step, due to the different oxidizing character of the extractants utilized in each one. So, in the extracts obtained from the four steps of the BCR procedure, the reduction of the As(V) was carried out utilizing 1% (w/v) KI plus ascorbic acid in the subsequent concentrations: 1% (w/v) to the steps 1 and 2; 3% (w/v) to the step 3; and 2% (w/v) to the step 4. This preliminary study allowed the use of HG-AAS to quantify As in the BCR extracts. The analyses of water showed arsenic in concentration between 36,7 and 68,3 µg L-1, above the maximum limit permitted by the Brazilian legislation in water destined to human consumption. Arsenic and heavy metals are present at elevated concentrations in the sediment fractions regarded as potentially available to aquatic medium. Total Mercury in sediments ranged from 179,71 to 690,12 µg kg-1, constituting signal of the recent release of the elemental Hg into the environment from small-scale gold mining activities. Results of water analysis and sediment fractionation reflect the anthropogenic contribution to the element release from the parent minerals and the associated local human health risk.