Microplásticos em ambientes aquáticos : sorção de contaminantes emergentes e ocorrência no Rio Iguaçu em São José dos Pinhais - PR,

Abstract

Resumo: Os microplásticos (MPs) são partículas com até 5 mm em sua direção mais longa e são considerados Contaminantes Emergentes (ECs). Não se referem a uma entidade única, mas compreendem um conjunto de partículas poliméricas com diferente composição química e morfologia. A presença de MPs nos compartimentos ambientais, especialmente em águas, causa preocupação devido a possibilidade de transporte e transferência trófica de ECs presentes nos corpos hídricos ou lixiviados pelos MPs. Neste trabalho foi investigada a capacidade de sorção de MPs de poliéster (PES), poliamida (PA), poli(cloreto de vinila) (PVC), polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno de baixa densidade (PEBD), na faixa de tamanho de 63 a 250 µm, com ECs relatados em ambientes aquáticos ou com uso recorrente no Paraná. Selecionou-se o aditivo industrial Bisfenol A (BPA), os herbicidas atrazina (ATZ) e ametrina (AMT), o fungicida piraclostrobina (PIR) e o hormônio progesterona (PGT). Os MPs foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM), Espectroscopia Dispersiva de Raios X (EDS), Espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA) e Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) com resultados concordantes com a literatura correlata. Os ensaios de sorção foram realizados em batelada e triplicatas, observando-se predominância na sorção dos ECs mais apolares (PIR log Kow = 4,23 e PGT log Kow = 3,60). Para os estudos do tempo de contato, observou-se que 24 h poderia ser considerado o tempo de equilíbrio aparente. A avaliação da massa de sorvente demonstrou que o aumento da massa teve efeito positivo no aumento da sorção. Os MPs podem interagir por diferentes mecanismos com os ECs e sofrer efeitos variados das mudanças no meio reacional, por exemplo, a variação de força iônica não teve efeito significativo na variação de sorção da maioria dos ECs nos MPs estudados e em alguns casos diminuiu o percentual de sorção, como PGT em PP, PEAD e PEBD. A variação de pH dentro de uma faixa aceitável para ambientes aquáticos de água doce ou estuarino (pH 5,1 a 8,3) também teve pouco efeito na variação de sorção dos ECs selecionados nos MPs. Nas condições avaliadas os maiores percentuais de sorção foram obtidos na seguinte ordem: PA > PP > PEBD > PVC > PEAD > PES. Os ECs mais polares, ATZ (log Kow = 2,70) e AMT (log Kow = 2,67), evidenciaram os menores percentuais de sorção, inferiores a 10% em contato com MPs de PES, PVC, PP, PEAD e PEBD e inferior a 20% em MPs de PA. O entendimento dos processos envolvidos na sorção de ECs em MPs é de grande relevância, visto que dependendo das características dos MPs e dos ECs, as interações podem ser diferentes e consequentemente apresentar contribuições variadas no meio aquático. Os resultados aqui obtidos, são indicativos de uma pequena contribuição das partículas de MPs no transporte dos compostos mais polares, mas sugerem interação entre os MPs e contaminantes apolares. Uma avaliação inicial da presença de MPs em águas superficiais do Rio Iguaçu, na região de São José dos Pinhais (Estado do Paraná) foi efetuada, e sugere a presença de até 2,15 itens m-3 de possíveis partículas de MPs, o que está em concordância para outras avaliações efetuadas em alguns rios em nível mundial. Portanto, há a possibilidade de transporte hídrico de ECs, principalmente de compostos mais apolares ao longo do curso do Rio Iguaçu, embora um estudo mais aprofundado seja necessário

Abstract: Microplastics (MPs) are particles up to 5 mm in their longest direction and they are considered Emerging Contaminants (ECs). They do not refer to a single entity but comprise a set of polymeric particles with different chemical composition and morphology. The presence of MPs in environmental compartments, especially in freshwater, is a problem due to the possibility of transport and trophic transfer of ECs disposed in freshwater bodies or leached by MPs. The sorption capacity of MPs made of polyester (PES), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), high-density polyethylene (PEAD) and lowdensity polyethylene (PEBD) was investigated in size range from 63 to 250 µm, with ECs reported in aquatic environments or with recurrent use in Paraná. The industrial additive Bisphenol A (BPA), the herbicides atrazine (ATZ) and ametrine (AMT), the fungicide pyraclostrobin (PIR) and the hormone progesterone (PGT). The MPs were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) with results in good agreement with related literature. The sorption experiments were carried out in batches and triplicates, highlighting a predominance in the sorption of the most non-polar ECs (PIR log Kow = 4.23 and PGT log Kow = 3.60). For contact time studies, it was observed that 24 h could be considered the apparent equilibrium time. The evaluation of the sorbent mass demonstrated an increase in the sorption of the ECs, for higher amounts of MPs. MPs can interact through different mechanisms with ECs and several effects may influence the process, owing to changes in the reaction environment. For example, the variation in ionic strength did not have a significant effect on the sorption variation of most ECs in the MPs studied and, in some cases, it caused a decrease in the percentage of sorption, such as PGT in PP, HDPE and LDPE. Variation in pH within an acceptable range for freshwater or estuarine aquatic environments (pH 5.1 to 8.3) also presented little effect on the variation in sorption of the selected ECs onto MPs. Under the optimized conditions, the highest sorption percentages were obtained in the following order: PA > PP > LDPE > PVC > HDPE > PES. The most polar ECs, ATZ (log Kow = 2.70) and AMT (log Kow = 2.67), showed the lowest sorption percentages, less than 10% in contact with PES, PVC, PP, HDPE and LDPE MPs and less than 20% in PA MPs. The understanding of the processes involved in the sorption of ECs in the MPs is of great relevance, since depending on the characteristics of the MPs and ECs, the interactions can be different and consequently present varied contributions in the aquatic environment. A small contribution of MPs particles in the transport of the polar compounds was verified, but it was indicative of interaction between MPs and nonpolar contaminants. An initial evaluation of the MPs presence in the surface waters of Iguaçu River, in the region of São José dos Pinhais (Paraná State) was made, and it was indicative of 2.15 items m-3 of MPs particles, and this result is in good agreement with other values observed for some rivers from Brazil and the world. Therefore, there is the possibility of hydric transport of ECs, mainly for the most nonpolar compounds along the Iguaçu River, although a more in-depth study would be needed