Identificação e quantificação de microplásticos em águas naturais e suas interações com espécies metálicas

Abstract

Resumo: Este estudo investigou a poluição por microplásticos (MPs) no Rio Barigui, um tema de crescente preocupação na química ambiental, devido aos seus impactos nos ecossistemas aquáticos. O objetivo principal foi analisar a concentração, características físicas, composição química e interações de MPs com espécies metálicas, visando fornecer informações relevantes para o monitoramento e mitigação da contaminação. A amostragem consistiu na coleta de 1200 litros de água em dois pontos distintos do rio, a montante e a jusante da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) São Jorge, por meio de baldes e guindaste. Implementou-se um rigoroso controle de qualidade para minimizar a contaminação, sobretudo a atmosférica. Após a digestão das amostras, notaram-se diferenças significativas na carga orgânica entre os pontos de coleta, com destaque para o ponto a jusante da ETE São Jorge. A análise física, realizada com microscópio digital USB, revelou maior contaminação no ponto a jusante da ETE São Jorge, com predominância de MPs pretos e transparentes, e concentrações totais de 1773 e 2980 itens m-3 nos pontos a montante e a jusante da ETE, respectivamente. Adicionalmente, constatou-se um aumento significativo no número de partículas com a diminuição do tamanho, sendo identificados MPs de até 0,1 mm neste estudo. A caracterização química dos MPs, realizada por meio das técnicas de HSI-NIR, e espectroscopia Raman, identificou nas amostras do Rio Barigui, a presença de Poliamida (PA), Polietileno (PE), Polietileno Tereftalato (PET), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS) e Policloreto de Vinila (PVC). As concentrações totais de MPs obtidas quimicamente são estimativas, visto que apenas a porção menos densa da amostra foi caracterizada por HSI-NIR. As concentrações (1320-2252 itens m-3) foram comparáveis às encontradas em outros corpos aquáticos, reforçando a necessidade de monitoramento contínuo e aprimoramento das metodologias de identificação e quantificação. Por fim, investigou-se o processo de sorção e dessorção de íons metálicos (Cd²+, Co²+, Cr³+, Cu²+, Ni²+, Pb²+, e Zn²+) por MPs de polietileno degradados e originais, confirmados quimicamente por FTIR. Os resultados revelaram que a sorção variou entre as espécies metálicas, com taxas superiores a 80% para Cr³+, Cu²+ e Pb²+, e entre 20% e 60% para Cd²+, Co²+, Ni²+ e Zn²+. A dessorção também variou consideravelmente, com Zn²+ apresentando dessorção superior a 100% em algumas condições. Esses resultados confirmam a interação dos MPs com as espécies metálicas, ressaltando sua relevância como vetores de contaminação ambiental

Abstract: This study investigated microplastic (MP) pollution in the Barigui River, a topic of increasing concern in environmental chemistry due to its impacts on aquatic ecosystems. The main objective was to analyze the concentration, physical characteristics, chemical composition, and interactions of MPs with metallic species, aiming to provide relevant information for monitoring and mitigating contamination. Sampling consisted of collecting 1200 liters of water at two distinct points along the river, upstream and downstream from the São Jorge Wastewater Treatment Plant (WWTP), using buckets and a crane. Strict quality control was implemented to minimize contamination, particularly the atmospheric. After sample digestion, significant differences in organic load were observed between collection points, with emphasis on the point downstream from the São Jorge WWTP.Physical analysis, conducted with a USB digital microscope, revealed greater contamination at the point downstream from the São Jorge WWTP, with a predominance of black and transparent MPs, and total concentrations of 1773 and 2980 items per m-3 at the upstream and downstream points of the WWTP, respectively. Additionally, a significant increase in the number of particles was observed with decreasing size, with MPs up to 0.1 mm identified in this study. Chemical characterization of the MPs, carried out using HSI-NIR and Raman spectroscopy techniques, identified the presence of Polyamide (PA), Polyethylene (PE), Polyethylene Terephthalate (PET), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), and Polyvinyl Chloride (PVC) in the Barigui River samples. Total MP concentrations obtained chemically are estimates since only the less dense portion of the sample was characterized by HSI-NIR. The concentrations (1320-2252 items m-3) were comparable to those found in other aquatic bodies, reinforcing the need for continuous monitoring and improvement of identification and quantification methodologies. Finally, the sorption and desorption process of metallic ions (Cd²+, Co²+, Cr³+, Cu²+, Ni²+, Pb²+, and Zn²+) by degraded and original polyethylene MPs, chemically confirmed by FTIR, was investigated. Results revealed that sorption varied among metallic species, with rates greater than 80% for Cr³+, Cu²+, and Pb²+, and between 20% and 60% for Cd²+, Co²+, Ni²+, and Zn²+. Desorption also varied considerably, with Zn²+ exhibiting desorption greater than 100% under certain conditions. These results confirm the interaction of MPs with metallic species, highlighting their relevance as vectors of environmental contamination