Metals in urban road-deposited sediment: a case study in Vila Real, NE Portugal

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2015
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Resumo
No decurso do século 20, a população mundial aumentou de 220 milhões para 2800 milhões e é esperado que em 2050 cerca de 6800 milhões de pessoas vivam em áreas urbanas. Esta tendência de aumento de população mundial a viver em grandes cidades trouxe a necessidade de encontrar um melhor equilíbrio entre sistemas e a população urbana. As grandes cidades, devido a atividades urbanas (industriais, comerciais e residenciais), acumulam elevadas concentrações de poluentes, que afetam o ar, solo e água, não só na área urbana mas também nas zonas adjacentes, podendo provocar efeitos nocivos no ambiente a nível local e também a um nível regional ou até mesmo global. As atividades como a queima de combustíveis fósseis, a eliminação de resíduos urbanos (residenciais e industriais) e o tráfego rodoviário estão entre as atividades urbanas mais poluentes. Desde a sua construção, as grandes cidades provocam distúrbios ambientais ao nível da paisagem natural, alterando cursos de água e a composição do solo. A grande concentração de população nestas áreas provoca uma procura de recursos não sustentável, aumentando a procura de energia, afetando a qualidade da água e originando poluição (ar, água e solos). O estudo dos sedimentos de rua é importante, na medida em que muitos dos contaminantes emitidos pelas atividades urbanas (nomeadamente metais) se associam aos sedimentos urbanos, podendo causar a contaminação dos solos e das linhas de água a jusante, e também causar efeitos nocivos na saúde humana por inalação ou por contaminação mão -boca. Estes sedimentos são uma acumulação de partículas nos pavimentos urbanos aos quais, normalmente, se associam elevadas concentrações de metais. Estes sedimentos tornaram-se importantes na determinação da qualidade ambiental e dos níveis de metais associados às atividades antrópicas devido à sua natureza ubíqua, à sua facilidade de amostragem e à sua forte ligação a atividades como o tráfego automóvel e fontes de poluição não pontuais. Tendo por base esta problemática, o presente estudo visa a caracterização dos sedimentos urbanos na zona urbana de Vila Real, de forma a avaliar a concentração de metais presentes nas mesmas. Os teores totais de As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn e V determinados indicam aumentos relativos em amostras recolhidas em avenidas e estradas principais, mostrando variabilidade espacial. Os teores mais elevados encontrados foram de Zn, Cu, Pb e Ni. As concentrações de Cd e Co apresentaram valores abaixo do limite de deteção. A associação entre Cu, Pb e Zn é observada em amostras recolhidas em ruas com elevada densidade de tráfego e atividade industrial; de uma forma geral, teores de Fe e Mn elevados estão também presentes nestas amostras. Associações entre V, Cr, Ni, Fe e Mn são também encontradas em amostras recolhidas perto de zonas ajardinadas e parques. A análise através de metodologia de extração sequencial revelou teores de Zn elevados na fração trocável, em particular nas amostras que mostram teores totais mais elevados. O Ni também apresenta valores elevados na fase trocável, em amostras recolhidas em ruas com elevada densidade de tráfego. Por sua vez, o Cu mostra teores relativamente superiores nesta forma geoquímica em algumas das amostras, apesar de este elemento mostrar maior afinidade com a fase oxidável. Esta tendência de associação com a fase trocável sugere que estes sejam os metais mais suscetíveis a ser mobilizados por escorrência superficial. O Pb associa-se preferencialmente à fração redutível que funciona como reservatório de grandes quantidades de Cu, Zn, Cr e Ni. O Cu tem maior afinidade com a fração oxidável. Esta fração é importante na retenção de metais como o V, As e Cr, que por sua vez mostram valores elevados nesta fase em amostras com elevados teores destes metais. Estas observações sugerem que os metais podem ser considerados relativamente imóveis nos sedimentos urbanos, sendo sujeitos a mobilização caso ocorram mudanças no pH ou nas condições redox durante o seu transporte em águas de escorrência superficial, ou após a deposição em águas superficiais. Verifica-se também que todos os metais estudados ocorrem na fração residual; valores relativamente elevados ocorrem em amostras recolhidas na periferia da zona urbana, que apresentam teores totais relativamente baixos, o que sugere origem geogénica. Os padrões de associação de metais observados neste estudo são semelhantes aos encontrados por outros autores em grandes áreas urbanas.
During the 20th century, the world’s population suffered an increase, from 220 million to 2800 million and it is expected that in 2050 approximately 6800 million of people to live in urban areas. This growth tendency of world population living in urban areas brought with it the need to find a better balance between urban systems and urban populations. Large cities, owing to their urban activities (industrial, commercial and residential), accumulate high pollutant contents, which affect air, soil and water, not only within the city limits but also in the adjacent areas. This may cause negative impacts in the environment not only locally but regionally or even globally. Activities such as the burning of fossil fuels, urban waste disposal (industrial and residential) and vehicular traffic are amongst the most polluting urban activities. From the beginning, large cities cause environmental disturbances at different levels, such as natural landscape, water courses modification and soil composition alteration. The high concentration of people in these areas cause a resource requirement that is not sustainable and increases energy demands, affect water quality and cause pollution (air, water and soil). The study of road-deposited sediment (RDS) is very important because these sediments, associated with metals emitted by urban activities, may cause water and soil contamination downwind the city and even negative effects on human health by inhalation or hand-to-mouth contamination. The RDS are an accumulation of particles upon street surfaces and are, generally, associated to high metal contents. These sediments have become important in the determination of environmental quality and metal levels associated with anthropogenic activities due to their ubiquitous nature, their ease of sampling and its strong association with urban activities. Based on this problematic, the present study aims the characterization of the RDS in Vila Real, to assess the metal and As contents present in it. The determined total contents of As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn and V indicate relative enrichments in samples collected in the main streets and roads, showing spatial variability. Higher contents of Zn, Cu, Pb and Ni were found. Cadmium and Co contents were below the detection limit. The association of Cu, Pb and Zn is observed in samples collected in the streets with high traffic density and industrial activity; in general, higher relative amounts of Fe and Mn are also found in these samples. Associations between V, Cr, Ni, Fe and Mn are found in samples collected near garden areas and in green parks. The sequential extraction analysis shows significant contents of Zn associates in the exchangeable fraction, in particular in samples showing the higher total contents. Nickel also reveals relative higher contents in the exchangeable form in the samples collected in the streets subject to higher vehicular traffic. Copper shows relative increased contents in this geochemical form in a few samples. This trend suggests that these are the metals most susceptible to mobilise in runoff. Lead associates preferentially with the reducible fraction, which is the host of large contents of Cu, Zn, Cr and Ni. Copper shows affinity with the oxidisable fraction. This geochemical fraction is important in the retention of V, As and Cr, which show increased contents in samples with the higher contents of these metals. These observations suggest that metals can be considered relatively immobile in road-deposited sediments, being subject to mobilisation if changes in pH or redox conditions occur during transport by runoff or after deposition in surface water bodies. All studied metals occur in the residual fraction; relative higher contents are found in samples taken in the periphery of the urban area, but showing relative lower total contents, suggesting a geogenic source. Similar patterns of association of studied metals with geochemical phases were found by other authors in large urban areas.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
Palavras-chave
Sedimentos (urbanos) , Vila Real (Portugal) , Metais , Geoquímica (urbana)
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