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Title: Contaminação química e microbiológica em águas e sedimentos da bacia do rio Gualaxo do Norte, sub-bacia do rio Doce, submetida a fatores de pressão antrópicos e ao rompimento da barragem de Fundão.
Authors: Reis, Deyse Almeida dos
metadata.dc.contributor.advisor: Santiago, Aníbal da Fonseca
Keywords: Desastres ambientais
Metais - extração - química
Metais - rio Doce - MG
Bactérias - resistência em micro-organismos
Vírus
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Santiago, Aníbal da Fonseca
Calijuri, Maria do Carmo
Sperling, Marcos von
Nalini Júnior, Hermínio Arias
Roeser, Hubert Mathias Peter
Citation: REIS, Deyse Almeida dos. Contaminação química e microbiológica em águas e sedimentos da bacia do rio Gualaxo do Norte, sub-bacia do rio Doce, submetida a fatores de pressão antrópicos e ao rompimento da barragem de Fundão. 2019. 223 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: Em 2015, a bacia do rio Gualaxo do Norte sofreu com um grave desastre ambiental que afetou a qualidade do ambiente fluvial devido ao rompimento das estruturas da barragem de Fundão localizada no subdistrito Bento Rodrigues, Mariana, Minas Gerais/Brasil. Devido aos impactos do desastre e tendo em vista a importância econômica e social da bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte, esta pesquisa avaliou a situação atual da bacia hidrográfica por meio do levantamento de parâmetros hidráulicos e autodepurativos do rio afetado, estudos de sedimentos, ensaios de biodisponibilidade de metais, de estudos limnológicos, testes de genotoxidade, ensaios de sobrevivência com organismos modelos bacterianos e resistência viral. Todos esses ensaios, testes e análises tiveram o objetivo de avaliar os impactos ambientais causados pelos rejeitos de minério de ferro, oriundos do rompimento e por outras fontes de poluição nos sedimentos de fundo e nas águas. Para tanto, foram coletadas amostras de água e sedimentos em 27 estações ao longo de toda a bacia do rio Gualaxo do Norte, durante um ano hidrológico, no trecho a montante e a jusante ao desastre ambiental. Quanto às características hidráulicas pode-se perceber que a interferência antropogênica, principalmente, em relação à profundidade da lâmina d’água. Nos trechos a montante, acredita-se que as mudanças sejam devidas às atividades de mineração na cabeceira do rio, enquanto os efeitos a jusante foram devido à introdução de rejeitos de minério de ferro provenientes da ruptura da barragem de Fundão. Apesar dessas influências, os valores do coeficiente de desoxigenação (K1) refletem a eficiência da biodegradabilidade da matéria orgânica, e os dados do coeficiente de reaeração (K2)mostram que o rio Gualaxo do Norte apresenta boa capacidade de recuperação do curso d´água mesmo recebendo carga orgânica das comunidades ribeirinhas. Os resultados dos sedimentos indicam que, nas estações de amostragem não afetadas pelo desastre, as concentrações dos metais e semimetais refletem a geologia do Quadrilátero Ferrífero. No entanto, na área afetada pelo desastre ambiental, houve mudanças nas propriedades químicas e físicas do sedimento de fundo, principalmente nas concentrações de ferro, matéria orgânica e frações de sedimentos finos. Isso refletiu na contaminação e no enriquecimento por ferro nas estações a jusante ao desastre ambiental. Em relação à mobilidade de metais/semimetais em fases geoquímicas os resultados das frações mais lábeis, como concentrações de manganês, bário, cobre, zinco e ferro servem de alerta de riscos ambientais de contaminação. As concentrações de metais e semimetais mensuradas nas águas, a maioria estavam dentro dos limites estabelecidos pela legislação nacional, exceto as concentrações de ferro e manganês. Tanto as águas quanto sedimentos apresentaram potencial genotóxico em células de Allium cepa interferindo no índice mitótico e apresentando anomalias com células polinucleadas e com deformações. Também verificou-se correlação positiva entre o índice mitótico e concentrações de ferro, manganês, bário, cobre e zinco. Em relação ao decaimento bacteriano de Escherichia coli e Salmonella spp. constatou correlação negativa com os metais ferro, manganês, arsênio, bário, níquel, zinco, cobre e sódio; esses resultados indicam que quanto maior a concentração de metal menor o decaimento bacteriano, possivelmente as concentrações desses elementos químicos estão interferindo nos mecanismos de resistência bacteriana. Correlações positivas entre o Adenovírus Humano e arsênio, bário, ferro, chumbo, manganês e níquel também foram confirmadas. Com os resultados analíticos e bioensaios pode-se presumir que o desastre ambiental, os garimpos ativos e inativos, a atividades de mineração em larga escala e o lançamento de esgoto sanitário sem tratamento impacta de forma negativa a bacia hidrográfica do rio Gualaxo do Norte.
metadata.dc.description.abstracten: In 2015, the Gualaxo do Norte River basin suffered a serious environmental disaster that affected the quality of the river environment due to the rupture of the Fundão dam near the district of Bento Rodrigues in Mariana, Minas Gerais, Brazil. Due to the impacts of the disaster and in view of the economic and social importance of the Gualaxo do Norte river basin, this research assessed the current status of the river basin by surveying the affected river's hydraulic and auto-depurative parameters, sediment studies, trials bioavailability, limnological studies, genotoxicity tests, survival assays with bacterial model organisms, and viral resistance. All these tests, tests and analyzes were aimed at assessing the environmental impacts caused by the iron ore tailings from the rupture and other sources of pollution in the bottom sediments and waters. For this purpose, we collected water samples from 27 stations along the entire basin during a hydrological year, upstream and downstream of the environmental disaster. Anthropogenic interference influenced the river’s hydraulic characteristics mainly in relation to the depth. In upstream sections, the changes are believed to be due to mining activities at the head of the river, while downstream effects were due to the introduction of iron ore tailings coming from the rupture of the Fundão dam. Despite these influences, deoxygenation coefficient (K1) values were typical for clean water, and the reaeration coefficient (K2) findings show that the RGN is efficient at biological degradation of the organic matter even receiving still organic load from riparian communities. The sediment results indicate that, in the sampling stations not affected by the disaster, the concentrations of the metals and semimetals reflect the geology of the Quadrilátero Ferrífero. However, in the area affected by the environmental disaster, there were changes in the chemical and physical properties of the bottom sediment, mainly in the concentrations of iron, organic matter, and fine sediment fractions. This was reflected in the contamination factors and enrichment factors calculated for the sediments of the sampling stations. Iron and manganese concentrations in sediments are much higher than other rivers in the world that are unaffected by mining activities. The observed changes in the bottom sediments of the river suggest a need for constant monitoring of the iron because the iron oxide minerals present in silt and clay have a high adsorption capacity. In the long term, these factors may contribute to the decrease of the quality of these sediments and consequently of the waters and biota present in these environments. Regarding the mobility of metals/semimetals in geochemical phases the results of the most labile fractions, such as concentrations of manganese, barium, copper, zinc, and iron serve as a warning of environmental risks of contamination. The concentrations of metals and semimetals measured in this study were generally within limits established by national and international legislation, except for those of iron and manganese. Both waters and sediments showed genotoxic potential in Allium cepa cells interfering with the mitotic index and presenting anomalies with poly nucleated cells and with deformations. There was also a positive correlation between the mitotic index and iron, manganese, barium, copper and zinc concentrations. Regarding bacterial decay (Escherichia coli and Salmonella spp), a negative correlation was observed with the metals iron, manganese, barium, nickel, zinc, and copper; These results indicate that the higher the metal concentration the lower the bacterial decay, possibly the concentrations of these chemical elements are interfering in the mechanisms of bacterial resistance. Positive correlations between the human adenovirus (HAdV) and arsenic, barium, iron, lead, manganese, and nickel were confirmed, allowing us to observe that there is an abundance of the potentially infectious virus present in the studied sites containing metal/semimetal concentrations. These studies indicate the importance of investigations that consider viral enteric pathogens complexed with metals and may favor the stability and prolongation of the infectivity of such pathogens in water destined for human and animal usage. From the analytical results and bioassays it can be assumed that environmental disaster, active and inactive mines, large-scale mining activities, and untreated sewage disposal negatively impact the Gualaxo do Norte river basin.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11841
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 27/11/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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