Dinâmica da interação entre o ferro e o carbono orgânico dissolvido em sistema aquático considerando o aporte difuso

Abstract

Resumo: O carbono orgânico dissolvido exerce papel fundamental na dinâmica do transporte e transferência de poluentes em ambientes aquáticos, influenciando na mobilidade, na biodisponibilidade e na persistência tanto de substâncias orgânicas como inorgânicas. Esta pesquisa investigou a atuação do carbono orgânico dissolvido como coadjuvante no transporte de ferro, com base no desenvolvimento de um modelo matemático sítio específico, fundamentado na abordagem pelo balanço de massa. O rio Passaúna, localizado na Região Metropolitana de Curitiba, Paraná, foi adotado como estudo de caso devido a sua importância para o abastecimento público e carência de estudos voltados à dinâmica fluvial a montante do reservatório. O modelo desenvolvido é integrado por três módulos calibrados e confirmados, o que permitiu simular a dinâmica do transporte fluvial de sólidos suspensos, do ferro e do carbono orgânico dissolvido. Os resultados mostraram bom ajuste entre os dados observados in situ e os simulados, com os valores para o coeficiente de Nash-Sutcliffe superiores a 0,9, o que indica ajuste quase perfeito entre os dados simulados e observados, e baixos valores para a média dos desvios absolutos para todas as variáveis calibradas. Ao longo de 50 dias, as simulações permitiram estimar o transporte de, aproximadamente, 320 t de sólidos suspensos, 31 t de carbono orgânico dissolvido e 5 t de ferro através da seção de controle, o que mostra a importância da modelagem integrada no contexto do escoamento superficial com aporte difuso de poluentes. A aplicação do teste de correlação de Pearson entre o transporte de carbono orgânico dissolvido e de Fe resultou no valor para o coeficiente e correlação (r) igual a 0,886. Este valor evidencia a forte correlação entre ambos os parâmetros. Valores de pH próximos da neutralidade podem favorecer a formação de hidróxidos de ferro. Entretanto, a presença do carbono orgânico dissolvido contribuiu para a manutenção de parte do metal na fase dissolvida, mesmo considerando o valor do pH de 7,3, em média, intensificando o transporte do Fe na fração dissolvida. As simulações também indicaram que a associação entre o carbono orgânico dissolvido e o ferro reduz a taxa de sedimentação do metal, aumentando sua mobilidade. A abordagem adotada nesta pesquisa mostrou que modelos matemáticos integrados são ferramentas efetivas para simular a dinâmica de transporte de poluentes em corpos aquáticos, particularmente rios. Modelos concebidos para um sistema aquático específico podem ser de grande valia para o entendimento das peculiaridades do sistema e, consequentemente, produzir melhores condições para o planejamento de ações de monitoramento e gestão de recursos hídricos. Os resultados obtidos nesta pesquisa reforçam a importância de incluir o carbono orgânico dissolvido como variável estratégica em modelos de qualidade da água voltados ao controle de sistemas fluviais

Abstract: Dissolved organic carbon plays a key part in the transport and transfer of pollutants in aquatic environments, influencing the mobility, bioavailability, and persistence of both organic and inorganic substances. This research investigated the role of dissolved organic carbon as a coadjutant in iron transport by developing a site-specific mathematical model based on a mass balance approach. The Passaúna River, located in the Metropolitan Region of Curitiba, Paraná, was chosen as a case study due to its importance for public water supply and the lack of research on fluvial dynamics upstream of the reservoir. The model combines three calibrated and confirmed modules to simulate the transport dynamics of suspended solids, iron, and dissolved organic carbon in rivers. The results showed a good fit between the simulated and in situ data, with Nash-Sutcliffe coefficient values greater than 0.9, which suggests an almost perfect alignment between the simulated and observed data. Additionally, all calibrated variables displayed low mean absolute deviations. Over 50 days, the calculations predicted that about 320 tons of suspended particles, 31 tons of dissolved organic carbon, and 5 tons of iron passed through the control area. These findings emphasize the relevance of integrated modeling in understanding surface runoff and diffuse pollution. Pearson's correlation test on the transport of dissolved organic carbon and iron produced a correlation coefficient (r) of 0.886. This value indicates a high correlation between these two factors, which supports the thesis' hypothesis. Near neutral pH values can favor the formation of iron hydroxides. Nevertheless, even with an average pH of 7.3, dissolved organic carbon helped keep some iron in the solution. The simulations indicated that the interaction between dissolved organic carbon and iron decreases the metal's sedimentation rate. Therefore, integrated mathematical models are effective tools for simulating pollutant transport dynamics in aquatic environments, particularly rivers. This study highlights the pivotal role of integrated mathematical models for simulating contaminant transport in aquatic environments, especially rivers. Models conceptualized for specific aquatic systems enhance understanding of their unique characteristics, paving the way for more effective monitoring and water resources management strategies. The findings underscore the importance of including dissolved organic carbon as a strategic variable in water quality models