Avaliação da remoção e transporte do herbicida ametrina em sistemas alagados construídos por Alisson Carraro Borges - Versão HTML

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ALISSON CARRARO BORGES

Avaliação da remoção e transporte do herbicida ametrina em

sistemas alagados construídos

Tese apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos da

Universidade de São Paulo como parte dos requisitos para

a obtenção do título de Doutor em Engenharia Hidráulica

e Saneamento.

Orientadora: Professora Titular Maria do Carmo Calijuri

São Carlos

2007

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR

QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA,

DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento

da Informação do Serviço de Biblioteca – EESC/USP

Borges, Alisson Carraro

B732a

Avaliação da remoção e transporte do herbicida ametrina em sistemas

alagados construídos / Alisson Carraro Borges; orientadora Maria do Carmo Calijuri. –- São

Carlos, 2007.

Tese (Doutorado-Programa de Pós-Graduação e Área de Concentração em Hidráulica e

Saneamento) –- Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2007.

1. Ametrina. 2. Escoamento subsuperficial.

3. Hidrodinâmica. 4. Taboa. 5. Terras úmidas.

6. Toxicidade. I. Título.

index-3_1.png

iii

DEDICATÓRIA

Aos Carraro Borges, com grande admiração e gratidão pelo

exemplo de fé, esperança e caridade e por todo o

incansável apoio nesses anos de estudo. “Minha casa é

minha casa, minha casa é meu lar...”

v

AGRADECIMENTOS

A Deus, o Justo Juiz, por tudo. “É bom louvar ao Senhor e cantar salmos ao vosso

nome, ó Altíssimo; proclamar, de manhã, a vossa misericórdia, e, durante a noite, a vossa

fidelidade.” (Salmos, 91, 1-3).

À Maria Santíssima, que sob seu manto acolhe todos aqueles que à vossa intercessão

recorrem, obrigado pela proteção à minha amada família.

À Maria do Carmo Calijuri, exemplo de dedicação à pesquisa, obrigado pela amizade,

aprendizado, orientação segura e competente e pelo apoio e confiança no desenvolvimento do

estudo.

Ao amigo Antonio Teixeira de Matos, pelo coleguismo, pela indispensável ajuda e

supervisão no decorrer da pesquisa, pelos ensinamentos, incentivo e pelo exemplo de

dedicação ao trabalho.

À Universidade de São Paulo, à Universidade Federal de Viçosa e à Universidade

Federal de Ouro Preto, instituições de ensino superior público e de qualidade, minha gratidão

pela oportunidade de formação e desenvolvimento profissional.

Os manuais de redação de documentos científicos recomendam que na seção

“agradecimentos” presente nas teses e dissertações, devam ser registrados os nomes de

pessoas ou instituições que, de maneira efetiva, contribuírem para a realização do estudo. Sem

delongas, eis a lista:

Natália dos Santos Renato “Borges”, Alexandre Kepler Soares, Alexandre Silveira,

Alfredo Ohuma Júnior, Aline Márcia Carraro Borges, Aloízio Soares. Ferreira e Família,

Altair Anastácio, Ana Paula Carraro Borges, André Luiz da Silva Salgado Coelho, Antonio

Alberto da Silva, Antonio Alves Soares, Antonio Augusto Neves, Antonio José da Silva

Filho†, Aristéa Alves Azevedo, Artur Valadares Véras Siqueira Cruvinel, Brunela Silva dos

Santos, Camila Soares Braga, Carlos Henrique da Silva†, Celso Bandeira de Melo Ribeiro,

Cleber Lima Pereira, Cleyton Santana da Silva, Conselho Nacional de Desenvolvimento

Científico e Tecnológico, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior,

Corpo Discente do DEA/CCA/UFV, Cristian Ferreira Martins, Cristiano Luchesi Niciura,

Débora Astoni Moreira, Demetrius David da Silva, Denilce Menezes Lopes, Docentes do

DEA/CCA/UFV, Eduardo Luís da Silva, Eduardo Mario Mendiondo, Elisabeth Moraes,

Eloísa Pozzi Gianotti, Eneida Salati, Erich Kellner, Estéfano Aparecido Vieira,

vi

Eterna República Pif-Paf, Fábio Lavor Teixeira, Família Carraro, Família Pereira Pinto,

Família Renato, Família Violeira, Fátima Aparecida Resende Luiz, Filipy Henrique Bonfim

Andrade, Francisco Borges Pinto, Francisco Viana Teixeria, Fundação de Amparo à Pesquisa

do Estado de Minas Gerais, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, Gabriel

Henrique Horta Oliveira, Gilberto Estanislau dos Santos, Giovanni Chaves Penner, Gustavo

de Castro Gonçalves, Harry Edmar Schulz, Iolanda Cristina Duarte, Janaína Monti Silveira,

Jandira Liria Biscalquini Talamoni, João Sérgio Fajardo Roldão, Jorge Adílio Penna, José

Alberto Domingues Rodrigues, José Galinari Sobrinho, José Roberto Oliveira, Juvercino José

da Costa, Karina Querne de Carvalho, Katt Regina Lappa, Lara Steil, Leonardo Dias de

Carvalho, Leonardo Henrique Soares Damasceno, Leonardo Vieira Soares, Lucas Borges

Hanusch, Luís Mauro Balbino, Luisa Azevedo Scudeller, Luiz Cláudio Costa, Luiz Romariz

Duarte†, Luiz Hamilton Pospissil Garbossa, Lyda Patrícia Sabogal Paz, Marcelo de Júlio,

Marcelo Eustáquio de Carvalho, Marcelo Zaiat, Marcílio Souza Rocha Freitas, Márcio Mota

Ramos, Marcos da Silva Magalhães, Marcos Rogério Tótola, Marcos von Sperling, Margarida

de Jesus Carraro Borges, Maria Aparecida Catarino Ventura†, Maria Auxiliadora Campos

Altieri Pin, Maria José Cruz da Silva, Maria Eliana Lopes Ribeiro de Queiroz, Maria Lúcia

Calijuri, Maria Magdalena Ferreira Ribas, Maria Olímpia de Oliveira Rezende, Mauro Sérgio

de Oliveira Leite, Monique Toledo Salgado, Mozart da Silva Brasil, Núcleo Integrado de

Bacias Hidrográficas, Pavlovna Damião Rocha Bueno, Pedro José Machado e Família, Pedro

Lyra de Toledo e Gazel, Pós Graduandos do PPG/SHS/EESC/USP, Priscila dos Anjos

Pereira, Professores e funcionários do SHS/EESC/USP, Programa Especial de Treinamento,

Renato Ribeiro Siman, República Kelvinator, República Tijolinho, Ricardo Martins Oliveira,

Rodrigo de Arruda Camargo, Romeu Gadotti, Ronaldo Fia, Ronan Cléber Contrera,

Rosemeire Aparecida de Jesus, Rubens Miranda Benini e Família, Ruth de Gouvêia Duarte,

Roberto Antônio Bezerra Júnior, Rubens Alves de Oliveira, Rubens de Miranda Benini,

Scharmack Alessandro Dias Vieira e Família, Sérgio Brasil Abreu, Sérgio Hermínio

Brommonschenkel, Sérgio Luís Siebra Moreira, Sérgio Silva Abrahão, Sílvio Crestana,

Simone Pellini, Sipcam Agro S/A, Sofia Barbosa Arantes, Suzana Maria Ratusznei, Taís

Costa Pereira, Técnicos-Administrativos do DEA/CCA/UFV, Tibério Pinheiro, Vinícius

Carvalho Rocha, Wallisson da Silva Freitas, Woodrow Nelson Lopes Roma.

Às demais pessoas que, mesmo não citadas, colaboraram de alguma maneira ao longo

desses anos para a concretização deste trabalho, minha sincera gratidão, afinal: nunca se

vence uma guerra lutando sozinho...

vii

“O que importa é a cultura, o meio ambiente e os peixes”.

Piracumã Yawalapiti

ix

RESUMO

BORGES, A. C. Avaliação da remoção e transporte do herbicida ametrina em sistemas

alagados construídos. 2007. 134f. Tese (Doutorado em Engenharia Hidráulica e

Saneamento) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.

O uso de agroquímicos pode causar uma grande variedade de impactos negativos em

ambientes aquáticos. Em áreas de exploração agrícola, onde são usados tais produtos, há uma

demanda por sistemas de bioremediação que conjuguem baixos custos e simplicidade

operacional. Na presente tese são apresentados os resultados da pesquisa que consistiu em se

investigar o destino ambiental do agroquímico ametrina quando adicionado a alagados

construídos. Foram utilizados sistemas em micro e mesoescala, construídos em Viçosa-MG,

que consistiam de macrófitas aquáticas (T. latifolia) plantadas sobre um leito de brita. Para

melhor avaliação dos mecanismos nos alagados foi realizado um estudo hidrodinâmico e

observou-se que as células operam com boa eficiência hidráulica. No experimento em

mesoescala verificou-se a retenção/remoção de 39% da massa de ametrina aplicada, não

sendo observadas diferenças significativas entre as 4 unidades utilizadas. No estudo em

microcosmo, não foram observadas variações em relação ao teor de nutrientes e a morfo-

anatomia das macrófitas. Tal fato pode ser interpretado positivamente, visto que mesmo sob

perturbação ambiental a planta adulta conseguiu manter suas características. Como fator a ser

considerado, verificou-se que o desenvolvimento inicial da T. latifolia pode ser prejudicado

por reduzidas concentrações de ametrina. De uma maneira geral, observou-se que sistemas

alagados construídos operando sob escoamento subsuperficial poderão vir a ser usados na

mitigação da contaminação de águas por praguicidas.

PALAVRAS-CHAVE: ametrina, escoamento subsuperficial, hidrodinâmica, taboa, terras

úmidas, toxicidade.

xi

ABSTRACT

BORGES, A. C. Evaluation of ametryn fate and transport in constructed wetlands

systems. 2007. 134f. Thesis (Doctorate in Hydraulics and Sanitation Engineering) - School of

Engineering of São Carlos, University of São Paulo.

Pesticides can cause a great spectrum of negative impacts in aquatic environmental. In

agricultural lands, these products are largely used and in these regions there is a demand for

low costs and simple bioremediation systems. In the present thesis, the results of the research

about ametryn environmental fate in subsurface flow constructed wetlands systems are

presented. The wetlands cells were built in microcosms and mesocosms scales at Viçosa city,

Minas Gerais state. The experimental system was consisted of aquatic macrophytes (T.

latifolia) cultivated on a porous gravel bed. A hydrodynamic study was performed for the

better knowledge of the mechanisms of pesticide transport. The cells presented good

hydraulic efficiency and in mesocosms wetlands were observed that 39% of ametryn amended

was removed/retained. No statistical difference among the 4 cells performances was

registered. At green house (microcosm) tests, no effects in nutrients and morpho-anatomy

were observed. This fact can be interpreted positively, because ever under environmental

disturbance, the macrophyte maintained its characteristics. However, aqueous 10-d

germination and growth experiment indicate possible ametryn harmful effects to T. latifolia

development. In general way, it was observed that vegetated constructed wetlands can be used

in depollution of pesticides-contaminated waters.

KEYWORDS: ametryn, subsurface flow, hydrodynamic, cattail, wetlands, toxicity.

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1

Grupos ecológicos de macrófitas aquáticas .....................................................13

Figura 2.2

Ilustrações esquemáticas referentes a aspectos morfológicos de

macrófitas emergentes, flutuantes e submergentes..........................................14

Figura 2.3

Diagramas esquemáticos referentes a: (a) SAC de escoamento

superficial; (b) lagoa de aguapés; (c) SAC de escoamento horizontal

subsuperficial e (d) SAC de escoamento vertical ............................................15

Figura 3.1

Planta de situação da AETR ............................................................................47

Figura 3.2

Fotografias das áreas experimentais utilizadas: (a) vista da Área

Experimental de Tratamento de Resíduos e (b) casa de vegetação

localizada nos fundos do Laboratório de Hidráulica .......................................48

Figura 3.3

Diagrama esquemático de uma unidade do SAC: (a) dispositivo de

distribuição do afluente; (b) zona de entrada; (c) geomembrana

impermeável; (d) zona de saída; (e) dispositivo de extravazão para os

reservatórios efluentes; (f) meio suporte e (g) pontos de coleta de

amostras do líquido residente ..........................................................................49

Figura 3.4

Leitos preenchidos com brita antes do plantio da taboa ..................................49

Figura 3.5

Fotografias de vistas parciais dos sistemas alagados construídos ...................50

Figura 3.6

Detalhes: (a) do sistema de distribuição dos afluentes nas unidades e (b)

reservatórios de coletas posicionados a jusante ...............................................51

Figura 3.7

Volume dos alagados construídos em função das diferenças de

declividade de fundo ........................................................................................51

Figura 3.8

Fotografias correspondentes a: (a) detalhe do tanque cilíndrico utilizado

como SAC; (b) vista parcial do experimento ..................................................52

Figura 3.9

Fotografias referentes a: (a) plantio dos rizomas; (b) comparação do

comprimento dos rizomas implantados ...........................................................53

Figura 3.10

Fotografia referente à montagem do teste de germinação da taboa.................53

Figura 3.11

Estrutura (armário) usada para a germinação das sementes (controle de

temperatura da água entre 20 oC e 24 oC) ........................................................54

xiv

Figura 4.1

Estrutura química dos corantes fluorescentes utilizados no estudo (a)

rodamina WT e (b) fluorescina sódica ............................................................ 70

Figura 4.2

Curvas de calibração utilizadas para quantificação da concentração dos

traçadores fluorescentes .................................................................................. 72

Figura 4.3

Concentrações dos traçadores florescentes na saída do SAC A...................... 72

Figura 4.4

Concentrações dos traçadores florescentes na saída do SAC C...................... 73

Figura 4.5

Concentrações dos traçadores florescentes na saída do SAC D...................... 73

Figura 4.6

Balanço hídrico obtido pelo monitoramento dos volumes efluentes .............. 75

Figura 4.7

Comparação entre os perfis de saída para as funções Cθ e Cφ versus o

tempo normalizado ou volume ponderado normalizado ................................. 75

Figura 4.8

Perfis de concentração de rodamina WT plotados usando o volume

ponderado normalizado φ: comparação de SACs com diferentes

inclinações de fundo e cargas hidráulicas aplicadas ....................................... 77

Figura 4.9

Perfis de concentração de fluorescina sódica plotados usando o volume

ponderado normalizado φ: comparação de SACs com diferentes

inclinações de fundo e cargas hidráulicas aplicadas ....................................... 77

Figura 5.1

Diagrama esquemático das unidades experimentais construídas na Área

Experimental de Tratamento de Resíduos, UFV, Viçosa-MG ........................ 91

Figura 5.2

Contribuição hídrica, considerados os valores de evaporação no tanque

classe A subtraídos das precipitações, e temperatura média do ar no

período de experimentação.............................................................................. 94

Figura 5.3

Influência do balanço hídrico nos valores de τN no SAC C ............................ 94

Figura 5.4

Médias móveis referentes às quantidades de ametrina adicionadas e

recuperadas nos SACs ..................................................................................... 97

Figura 5.5

Conteúdo de nutrientes na parte superior das macrófitas plantadas nos

SACs B (controle) e C..................................................................................... 99

Figura 6.1

Ilustração da macrófita Typha sp................................................................... 111

Figura 6.2

Diagrama esquemático do experimento realizado em microcosmo: os

números correspondem às concentrações de ametrina (mg L-1)

adicionadas às wetlands vegetadas (pontos verdes) e não vegetadas............ 113

xv

Figura 6.3

Perda de líquido residente no período de experimentação, os números

contidos no eixo das abscissas denotam as concentrações de ametrina

aplicadas inicialmente....................................................................................115

Figura 6.4

Variação dos valores de: (a) potencial hidrogeniônico e (b)

condutividade elétrica nos 8 SACs vegetados e nos 3 SACs não

vegetados .......................................................................................................116

Figura 6.5

Lâmina foliar de Typha latifolia, visão geral; LA: lacuna aerífera, DI:

Diafragma ......................................................................................................121

Figura 6.6

Lâmina foliar de Typha latifolia, face abaxial; LA: lacuna aerífera, ID:

idioblasto do diafragma, PP: parênquima paliçádico, Fi: fibras, EV:

elemento de vaso, ES: estômato, EPB: epiderme abaxial .............................121

Figura 6.7

Lâmina foliar de Typha latifolia, face adaxial; LA: lacuna aerífera, PP:

parênquima paliçádico, Fi: fibras, EV: elemento de vaso, ES: estômato,

EPA: epiderme adaxial ..................................................................................122

Figura 6.8

Valores médios da taxa de evolução de CO2 na rizosfera de alagados

vegetados com T. latifolia..............................................................................123

Figura 6.9

Fotografia das plântulas após 10 dias de desenvolvimento ...........................125

xvii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1

Principais plantas usadas em SACs para estudos dea remediação de

praguicidas .......................................................................................................21

Tabela 2.2

Propriedades dos praguicidas citados no texto ................................................22

Tabela 2.3

Toxicidade de herbicidas ao ganho de biomassa para Lemna minor e

Selenastrum capricornutum .............................................................................24

Tabela 3.1

Métodos e/ou equipamentos usados no monitoramento de variáveis

rotineiras no LQA/DEA...................................................................................55

Tabela 4.1

Números de dispersão em reatores ..................................................................62

Tabela 4.2

Equações de modelos matemáticos usadas para obtenção do número

adimensional de dispersão ...............................................................................68

Tabela 4.3

Traçadores usados nos ensaios ........................................................................69

Tabela 4.4

Valores de tempos de residência nominais, experimentais, tempos de

pico, variância adimensional e eficiência hidráulica obtidos para SACs de

diferentes declividades.....................................................................................76

Tabela 4.5

Valores do número adimensional d, obtidos para os modelos de dispersão

de pequena e grande intensidade......................................................................79

Tabela 5.1

Propriedades físicas, químicas e destino ambiental da ametrina .....................89

Tabela 5.2

Resumo dos resultados experimentais obtidos em SACs de escoamento

subsuperficial tratando praguicidas .................................................................90

Tabela 5.3

Resultados obtidos para as variáveis de qualidade monitoradas durante o

experimento no tanque a montante e nos pontos a 12 m e 24 m da

aplicação ..........................................................................................................95

Tabela 6.1

Alguns efeitos estudados em Typha spp. devido à exposição a

agroquímicos..................................................................................................112

Tabela 6.2

Concentrações médias (dag kg-1) de nutrientes na matéria seca (parte

aérea) da taboa ...............................................................................................117

Tabela 6.3

Concentrações médias (dag kg-1) de nutrientes na matéria seca (parte

subterrânea) da taboa .....................................................................................118

xviii

Tabela 6.4

Quantidade (kg ha-1) de nutrientes (parte aérea) da taboa............................. 119

Tabela 6.5

Quantidade (kg ha-1) de nutrientes (parte subterrânea) da taboa................... 119

Tabela 6.6

Comprimento de largura média do limbo foliar de Typha latifolia .............. 120

Tabela 6.7

Características anatômicas da parte aérea da T. latifolia............................... 120

Tabela 6.8

Valores médios de respiração obtidos nos SACs não vegetados (I, J e K)

e nos SACs cultivados com taboa, valores em (µmol h-1) ............................ 122

Tabela 6.9

Crescimento de raízes e brotos (± desvio padrão) e porcentagem de

germinação de T. latifolia exposta a ametrina durante os 10 dias iniciais

do desenvolvimento....................................................................................... 124

xix

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABIQUIM

Associação Brasileira da Indústria Química.

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas.

AETR

Área Experimental de Tratamento de Resíduos.

APHA

American Public Health Association.

AT

Alcalinidade Total.

AWWA

American Water Works Association.

BIOAGRO

Instituto de Biotecnologia Aplicada à Agropecuária.

CAS

Chemical Abstract Service Number.

CE

Condutividade Elétrica.

CI

Color Index Generic Name.

COPPE

Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia.

Cu

Coeficiente de Uniformidade.

CW

Constructed Wetland.

DBV/CCB/UFV Departamento de Biologia Vegetal.

DEA/CCA/UFV Departamento de Engenharia Agrícola.

DEQ/CCE/UFV Departamento de Química.

Di

Diafragma.

DPS/CCA/UFV Departamento de Solos.

DQO

Demanda Química de Oxigênio.

DTR

Distribuição de Tempos de Residência.

EPB

Epiderme Abaxial.

ES

Estômato.

ET

Evapotranspiração.

EUA

Estados Unidos da América.

EV

Elemento de Vaso.

xx

EXTOXNET

The Extension Toxicology Network.

FAP

Floating Aquatic Plant System.

Fi

Fibras.

FS

Fluorescina Sódica.

FWS

Free Water Surface.

GUS

Groundwater Ubiquity Score

ID

Idioblasto do Diafragma.

IFAS

Institute of Food and Agricultural Sciences.

ITRC

The Interstate Technology and Regulatory Council.

IUPAC

International Union of Pure and Applied Chemistry

IWA

International Water Association.

LA

Lacuna Aerífera,

LAQUA

Laboratório de Química Analítica e Ambiental.

LOEC

Lowest Observed Effect Concentration.

LQA

Laboratório de Qualidade da Água.

LT

Laboratório de Traçadores.

MM

Massa Molecular.

MO

Matéria Orgânica.

MS

Matéria Seca.

NBR

Norma Brasileira.

NOEC

No Observed Effect Concentration.

NPSP

Nonpoint Source Pollution.

PAN

Pesticide Action Network.

pH

Potencial Hidrogeniônico.

PP

Parênquima Paliçádico.

PVC

Policloreto de vinila.

RWT

Rodamina WT.

xxi

SAC

Sistema Alagado Construído.

SAEG

Sistema para Análises Estatísticas.

SHS/EESC/USP Departamento de Hidráulica e Saneamento.

SRC

Syracuse Research Corporation.

SSF

Subsurface Flow.

SST

Sólidos Suspensos Totais.

UFCG

Universidade Federal de Campina Grande.

UFRGS

Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

UFRJ

Universidade Federal do Rio de Janeiro.

UFSC

Universidade Federal de Santa Catarina.

UFV

Universidade Federal de Viçosa.

Unicamp

Universidade Estadual de Campinas.

US DA

United States Department of Agriculture.

US EPA

United States Environmental Protection Agency.

USP

Universidade de São Paulo.

VFS

Vegetative Filter Strip.

WEF

Water Environment Federation.

xxiii

LISTA DE SÍMBOLOS

A

Área sob a curva concentração-tempo.

B

Largura.

c

Concentração de soluto.

Cu

Coeficiente de uniformidade.

D

Coeficiente de dispersão.

d

Número adimensional de dispersão.

D60

Diâmetro efetivo.

E

Distribuição da idade de saída.

KH

Constante de equilíbrio de Henry.

KOC

Coeficiente de partição.

KOW Coeficiente de partição octanol-água.

Ks20

Condutividade hidráulica saturada.

L

Comprimento.

M0

Massa recuperada no teste hidrodinâmico.

P

Precipitação.

P

Pressão de vapor.

QAF

Vazão afluente.

QEF

Vazão efluente.

QSIS

Vazão média do sistema.

S

Solubilidade.

T

Temperatura.

t

Tempo.

tP

Tempo de pico.

u

Velocidade do fluido.

V

Volume.

xxiv

VEF

Volume de efluente.

VSIS

Volume médio do sistema.

φ

Tempo de residência ponderado.

λ

Comprimento de onda.

λ

Eficiência hidráulica.

θ

Tempo de residência adimensional.

σ2

Variância.

τ

Tempo de residência hidráulica.

τ

N

Tempo de residência hidráulica nominal.

τR

Tempo de residência hidráulica experimental.

xxv

CONTEÚDO

RESUMO ..................................................................................................................................ix ABSTRACT..............................................................................................................................xi LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... xiii LISTA DE TABELAS ..........................................................................................................xvii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS...........................................................................xix

LISTA DE SÍMBOLOS...................................................................................................... xxiii 1. INTRODUÇÃO GERAL ...................................................................................................1

Introdução e justificativa ...................................................................................................2

Objetivos ..............................................................................................................................5

2. ALAGADOS CONSTRUÍDOS PARA REMEDIAÇÃO DE ÁGUAS

CONTAMINADAS COM PRAGUICIDAS: ESTADO DA ARTE ...............................7

Resumo.................................................................................................................................8

Abstract................................................................................................................................9

Introdução .........................................................................................................................10

Sistemas alagados construídos .........................................................................................11

Mecanismos de remoção de praguicidas em sistemas alagados construídos...............17

Experimentos de aplicação dos SACs no tratamento de praguicidas ..........................20

Considerações futuras ......................................................................................................31

Sumário..............................................................................................................................32

Referências bibliográficas ................................................................................................34

xxvi

3. MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................................ 45

Introdução......................................................................................................................... 46

Localização dos experimentos ......................................................................................... 46

Tratamentos avaliados ..................................................................................................... 48

Análises laboratoriais e estatísticas................................................................................. 54

Referências bibliográficas................................................................................................ 57

4. USO DE TRAÇADORES PARA AVALIAÇÃO DA HIDRODINÂMICA DE

ALAGADOS CONSTRUÍDOS OPERANDO SOB CLIMA TROPICAL ................. 59

Resumo .............................................................................................................................. 60

Abstract ............................................................................................................................. 61

Introdução......................................................................................................................... 62

Referencial teórico............................................................................................................ 63

Metodologia....................................................................................................................... 68

Resultados e discussão...................................................................................................... 72

Sumário ............................................................................................................................. 80

Referências bibliográficas................................................................................................ 81

5. USO DE ALAGADOS CONSTRUÍDOS DE ESCOAMENTO SUBSUPERFICIAL

PARA MITIGAÇÃO DA CONTAMINAÇÃO DE ÁGUAS COM AMETRINA...... 85

Resumo .............................................................................................................................. 86

Abstract ............................................................................................................................. 87

Introdução......................................................................................................................... 88

Metodologia....................................................................................................................... 91

Resultados e discussão...................................................................................................... 93

Sumário ........................................................................................................................... 100

Referências bibliográficas.............................................................................................. 101

xxvii

6. EFEITOS DO HERBICIDA AMETRINA NO TEOR DE NUTRIENTES, NA

MORFO-ANATOMIA E NA GERMINAÇÃO DE TYPHA LATIFOLIA ................107

Resumo.............................................................................................................................108

Abstract............................................................................................................................109

Introdução .......................................................................................................................110

Metodologia .....................................................................................................................113

Resultados e discussão ....................................................................................................115

Sumário............................................................................................................................125

Referências bibliográficas ..............................................................................................126

7. CONCLUSÕES E SUGESTÕES ..................................................................................131

Conclusões gerais ............................................................................................................132

Sugestões para estudos futuros ......................................................................................133

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO GERAL

CAPÍTULO 1

2

1.1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

A emissão não controlada de despejos industriais, agrícolas e domésticos nos cursos

de água é considerada a principal causa da poluição hídrica. Sabe-se que o saneamento

ambiental é importante ferramenta sócio-econômica no desenvolvimento de uma sociedade e

que como apenas 0,78% da água disponível no planeta pode ser prontamente utilizada para

abastecimento público, justificam-se os esforços direcionados à conservação da qualidade dos

mananciais existentes, considerando-se não só aspectos sanitários, mas também ambientais.

Atenção especial vem sendo dispensada aos aportes de poluentes feitos de maneira

difusa, ou seja, não pontual. Tais fontes são associadas ao escoamento pluvial, à mineração e,

principalmente, às atividades agrícolas. Pesquisas recentes têm enfocado a problemática da

poluição de mananciais com fertilizantes e praguicidas. Sabe-se que a qualidade ambiental do

meio aquático relaciona-se fortemente com a agricultura devido à possibilidade de

contribuição difusa de cargas de insumos agrícolas via escoamento (escorrimento) superficial

nas bacias hidrográficas.

Estima-se que o uso indiscriminado de praguicidas seja a segunda, em grau de

importância, forma de poluição dos rios, córregos e lagos no país. Além do escoamento

superficial em áreas agrícolas, devem ser consideradas outras importantes formas de

contribuição: contaminação direta de esgotos sanitários, deriva das aplicações por

pulverização, atividades como viveiros de mudas e replantio/manutenção de gramados,

processamento (lavagem, despolpa) de produtos agropecuários, além dos resíduos da

fabricação dos praguicidas.

O uso de agroquímicos no meio rural tem trazido uma série de conseqüências, tanto

para o ambiente como para a saúde do homem do campo. O quadro é agravado pelo baixo

nível sócio-econômico e cultural da grande maioria desses trabalhadores. O enorme déficit

sanitário brasileiro, em meio urbano ou rural, ratifica a necessidade de adoção de sistemas

simplificados de mitigação de poluição. Tais processos devem ser sustentáveis, conjugando

baixos custos de implantação e simplicidade operacional.

Sistemas de tratamento de efluentes são condicionamentos usados para que o corpo

hídrico receptor não sofra alterações nos parâmetros de qualidade fixados para a região

afetada pela emissão. Quando a técnica de tratamento proposta está fundamentada no uso de

fenômenos e/ou recursos naturais, convenciona-se adotar o conceito de ecotecnologia. Nesse

INTRODUÇÃO GERAL

3

sentido, sistemas alagados – wetlands – têm se mostrado promissores para a bioremediação e

tratamento de efluentes, uma vez que com a utilização dessa tecnologia há ganho ambiental,

com custos de implantação e operação reduzidos, quando comparados com sistemas mais

tecnificados. Alagados naturais ou artificiais (construídos) têm sido utilizados, especialmente

em países desenvolvidos, com bons resultados no tratamento de águas residuárias domésticas,

agrícolas e industriais.

As chamadas terras úmidas construídas foram idealizadas a partir da observação dos

processos presentes em alagados naturais. Wetlands construídas agem como filtro biológico

de águas superficiais, nas quais ocorrem processos físicos, químicos e biológicos de

transformação e retenção de poluentes. Tais sistemas foram criados para controlar

sistematicamente o tratamento e otimizar a habilidade do sistema de várzea na mitigação da

poluição, além de possuir funções hidrológicas, climáticas e de habitat e biodiversidade.

A expressão constructed wetlands é utilizada internacionalmente para identificação

desse tipo de sistema, que no Brasil ainda não tem um único nome. Termos como “zona de

raízes”, “terras úmidas”, “leitos cultivados” “áreas alagadas construídas” e “sistemas alagados

construídos” vêm sendo usados, sendo este último a opção preferencial no presente estudo.

Experimentos bem sucedidos sobre tratamento de resíduos via sistemas alagados

construídos vêm sendo relatados nas últimas décadas. A International Water Association

(IWA) promove a cada dois anos uma conferência sobre sistemas wetlands para controle de

poluição. Relata-se o uso de alagados construídos para fins diversos, tanto na melhoria de

qualidade de águas como no tratamento de efluentes de fontes pontuais e difusas.

No Brasil, sistemas de alagados construídos (SACs) vêm sendo estudados em várias

instituições federais (UFCG, UFRGS, UFSC, UFV) e estaduais (Unesp, Unicamp, USP) de

ensino e pesquisa. Entre os trabalhos apresentados nos congressos das associações científicas

nacionais, encontram-se temas como remoção de coliformes, recuperação de córregos via

wetlands construídas, comparação de espécies de macrófitas na remoção de poluentes,

viabilidade de redução de concentração de metais pesados e modelagem dos processos de

remoção de material orgânico e nutrientes.

De uma maneira geral, embora se registrem iniciativas de pesquisas sobre a

tratabilidade de águas contaminadas por praguicidas em SACs, não se dispõe ainda de

conhecimento suficiente sobre o transporte e a degradação de vários desses poluentes, sendo

necessários mais estudos enfocando o tema. Como já exposto, o uso intensivo de

determinados praguicidas agrícolas ocorre no meio rural, em regiões que demandam sistemas

CAPÍTULO 1

4

simplificados e menos dispendiosos de mitigação de poluição, como é o caso dos SACs.

Dessa maneira, a presente proposta de investigação é baseada na hipótese de remoção de um

herbicida sistêmico de uso corrente – ametrina – em sistemas alagados construídos e é

justificada quando se constatam fatores como a lacuna de estudos desse tipo em regiões de

clima tropical e principalmente a necessidade de um melhor entendimento desse processo.

A tese foi redigida na forma de capítulos. Após a apresentação da hipótese central, da

justificativa e dos objetivos do estudo (Capítulo 1), expõe-se um artigo de revisão sobre o

tema (Capítulo 2) e um compêndio relativo às áreas experimentais, materiais e métodos

usados durante a pesquisa (Capítulo 3); a elaboração deste capítulo fez-se necessária para o

melhor entendimento do texto como um todo.

Os artigos apresentados nos Capítulos 4, 5 e 6 são referentes aos experimentos

realizados em diferentes escalas e datas, durante o estudo. Como se trata de uma tese, esses

capítulos possuem continuidade temática; no entanto, nessa opção de apresentação

(apresentação em capítulos) é necessária uma certa independência de cada parte, pois cada

seção constitui um artigo técnico-científico. Para maior uniformidade e compreensão do texto,

estes três capítulos foram divididos nas mesmas seções: Resumo, Abstract, Introdução,

Metodologia (para diferenciação do Capítulo 3), Resultados e Discussão, Sumário (para

diferenciação com as conclusões gerais da tese) e Referências.

Como ressaltado anteriormente, os artigos abordam experimentos em diferentes

escalas: o Capítulo 4 trata dos resultados referentes à hidrodinâmica dos SACs de escoamento

subsuperficial utilizados em campo, o Capítulo 5 aborda a retenção da ametrina em

mesoescala e no Capítulo 6 estão apresentados os resultados de ensaios de toxicidade do

agroquímico na macrófita estudada.

Por fim, é apresentada uma seção intitulada “Conclusões e Sugestões” (Capítulo 7), na

qual são relatadas observações gerais elaboradas com base nos dados obtidos na pesquisa.

Sugestões sobre aspectos relevantes para a continuidade de estudos no tema também estão

apresentadas. O texto e a formatação da tese foram elaborados observando-se as “Diretrizes

para apresentação de dissertações e teses da USP”, as orientações do “Sistema Internacional

de Unidades” e a norma brasileira (NBR) “Informação e documentação - Referências -

Elaboração”, publicada em agosto de 2002 pela Associação Brasileira de Normas Técnicas

(ABNT).

INTRODUÇÃO GERAL

5

1.2. OBJETIVOS

O objetivo geral desta pesquisa foi avaliar a remoção, a retenção e o transporte do

herbicida ametrina em sistemas alagados construídos de escoamento subsuperficial. Foram

estabelecidos ainda, os seguintes objetivos específicos:

Verificar a capacidade suporte dos sistemas em depurar ou reter ametrina, quando

submetidos a aportes contínuos desta substância;

Avaliar, por meio de ensaios de estímulo-resposta, as condições hidrodinâmicas

dos sistemas;

Avaliação da contribuição da macrófita aquática Typha latifolia no mecanismo de

redução/retenção do poluente, por meio de ensaios em casa de vegetação;

Aferir, por meio de análise de desempenho nutricional, a influência da adição da

ametrina na sanidade da espécie vegetal utilizada;

Verificar possíveis alterações morfo-anatômicas no vegetal após exposição a doses

crescentes de ametrina;

Predição da sustentabilidade do sistema, por meio de ensaios de toxicidade do

herbicida em sementes da macrófita Typha latifolia.

7

CAPÍTULO 2

ALAGADOS CONSTRUÍDOS PARA REMEDIAÇÃO DE ÁGUAS CONTAMINADAS

COM PRAGUICIDAS: ESTADO DA ARTE

CAPÍTULO 2

8

ALAGADOS CONSTRUÍDOS PARA REMEDIAÇÃO DE ÁGUAS CONTAMINADAS

COM PRAGUICIDAS: ESTADO DA ARTE

RESUMO

Sistemas alagados construídos (SACs) têm sido usados para o controle de poluição por

cargas pontuais e difusas e o estado da arte sobre os principais fatores de influência no

desempenho e operação desse tipo de sistema conta com vários trabalhos de revisão

conceitual. Os poluentes agrícolas são importantes fontes de poluição difusa, sendo

constituídos de nutrientes, praguicidas e sedimentos. Na literatura estão registrados estudos

sobre o uso de SAC na remoção de praguicidas, mas o conhecimento sobre a eficácia desses

sistemas e as formas de degradação desses poluentes é ainda limitado. A presente revisão

descreve as aproximações usadas para a avaliação da mitigação de praguicidas em SACs,

identifica as variáveis que afetam a retenção desses poluentes e avalia a necessidade de

estudos futuros para a elucidação de mecanismos de transporte e destino de agroquímicos em

unidades de tratamento cultivadas com macrófitas. A compilação de resultados de iniciativas

de pesquisas com esse enfoque mostra que a eficácia de sistemas SACs tem sido avaliada com

testes de toxicidade em macrófitas aquáticas, estudos com escoamentos simulados ou naturais

e com aplicação direta. A magnitude dos processos de transformação e transferência dos

praguicidas é função do tempo de residência dos poluentes nos SACs. O destino ambiental

dos compostos depende de mecanismos bióticos e abióticos de retenção, das propriedades dos

agroquímicos e das variáveis físicas e químicas no sistema de tratamento. A continuidade dos

estudos na área contribuirá para o melhor entendimento dos mecanismos de retenção de

agroquímicos em SACs. Ademais, experimentos de longo prazo são necessários para a

avaliação do real potencial do uso de alagados construídos como faixas tampão na mitigação

da contaminação de águas com praguicidas.

PALAVRAS-CHAVE: agroquímicos, alagados construídos, bioremediação, pesticidas

sistemas naturais, terras úmidas.

ALAGADOS CONSTRUÍDOS PARA REMEDIAÇÃO DE ÁGUAS CONTAMINADAS COM PRAGUICIDAS: ESTADO DA ARTE

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CONSTRUCTED WETLANDS FOR REMEDIATION OF PESTICIDE-POLLUTED

WATER: A REVIEW

ABSTRACT

Constructed wetlands (CW) have been used to control both punctual and diffuse

pollution. The present state-of-the-art about the principal influence factors on performance

and operation of these systems has several concept-reviews studies. The agricultural

contaminants are important nonpoint source pollution (NPSP) being constituted of nutrients,

pesticides and sediments. The literature presents studies about retention of pesticides in CW

cells but the transfer and removal processes are not understood quite well. The aims of this

article are to describe the approaches used for evaluating pesticide mitigation in CW, identify

parameters that affect this pollutants retention in CW, evaluate future research needs with the

objective of to elucidate the fate and retention of agrochemicals in vegetated wetland cells.

The compilation of the results of current research initiatives with this focus shows that the

CW systems efficacy has been evaluated in macrophyte toxicity tests, simulated or natural

runoff and direct application experiments. The magnitude of pesticides transformation and

transfer process is function of pesticides’ residence time on CW. The compounds’

environmental fate depends on biotics and abiotics retention mechanisms, agrochemicals

properties and physical-chemicals parameters on treatment cell. The next studies will

contribute to understanding the retention mechanisms on CW quit well. Moreover, long terms

studies are necessary for the real potential evaluation of CW use as buffers strips on

mitigation of contamination in pesticide-polluted waters.