Em estudos ambientais que envolvem a avaliação da presença de compostos/elementos em matrizes ambientais, sobretudo no gerenciamento de áreas contaminadas, um dos grupos de contaminantes investigados são os metais. No entanto, o entendimento da origem, mobilização e distribuição espacial é complexa, ficando a relação com as fontes de contaminação atrelada a estes fenômenos.

Um dos fatores que confere muita atenção e que sustenta a obrigatoriedade da investigação dos metais são suas propriedades tóxicas aos organismos e ao meio biótico. Comumente estes metais têm sido chamados de “metais pesados”, que consiste em um grupo de elementos que em geral apresentam densidade elevada e certas propriedades químicas e físicas comuns entre os elementos, mas que popularmente compreendem um determinado grupo de metais que são tóxicos, e conferem efeitos deletérios aos seres vivos.

Comumente é feita a associação dos “metais pesados” a diversas atividades potencialmente geradoras de áreas contaminadas, que no Estado de São Paulo são dispostas na resolução SMA n°10 de 2017. Nestes estudos, é necessário entender a origem e distribuição destes compostos/elementos, e a associação com as atividades industriais e fontes que podem gerar a liberação destes.

Entenda neste conteúdo como se dá a distribuição e interação dos metais no ambiente, as problemáticas decorrentes destes compostos e as implicações em investigações. Confira!

Origem

A origem dos metais está primeiramente associada a gênese geológica dos minerais que compõem o substrato geológico investigado, sejam rochas, solos ou sedimentos. Uma vez que todos os minerais apresentam metais em sua composição, é intrínseco que os solos, por exemplo, contenham traços destes elementos, conforme ilustrado na Tabela 1.

Metal	Variação de ocorrência comum para solos (mg/kg)	Metal	Variação de ocorrência comum para solos (mg/kg)
Al	10.000 – 300.000	As (metaloide)	1,0 – 50
Fe	7.000 – 550.000	Se (metaloide)	0,1 – 1,2
Mn	20 – 3.000	Ni	5 – 500
Cu	2 – 100	Ag	0,01 – 5
Cr	1 – 1000	Pb	2 – 200
Cd	0,01 – 0,07	Hg	0,01 – 0,3
Zn	10 – 300

Tendo isto em vista, a USEPA, agência ambiental dos Estados Unidos, em 1992, publicou um documento afirmando que a presença de metais nos solos, em primeira instância, não é indicativa de contaminação.

Esta afirmativa se baseia na prerrogativa de que a depender da geologia da região investigada, a concentração destes elementos podem exceder os valores médios de concentração destes elementos, ou porventura, se encontrar acima dos limites estabelecidos pelos órgãos ambientais, tais como os estabelecidos pela CETESB (DD 125/2021) no estado de São Paulo.

Assim, na presença de água seja em zona vadosa (zona não saturada) ou zona saturada (água subterrânea propriamente dita) são promovidas constantes reações químicas de interação água-rocha-solo que liberam, mobilizam ou transportam os metais.

Confira a seguir as reações mais corriqueiras relacionadas a estes elementos:

Reações mais comuns

De acordo com o documento intitulado Behavior of Metals in Soils (“comportamento dos metais nos solos” em português) da USEPA (1992), no solo, existem certos tipos de reações que regem a forma e a mobilidade dos metais presentes no meio.

Notadamente, estas estão associadas a interações químicas e físicas entre as frações que compõem o solo – fase sólida, líquida e gasosa. Elencamos a seguir os principais processos que ocorrem na solução do solo:

• Sorção;
• Reações de oxirredução;
• Complexação;
• Transferência de massa;
• Precipitação e dissolução de sólidos;
• Reações relacionadas ao pH (ácidos e bases);

Para exemplificar vamos entender com detalhes um dos processos que mais frequentemente está associado aos metais a sorção:

Sorção

Como vimos, os substratos geológicos ou hidrogeológicos, detêm naturalmente materiais, ou seja, partículas, especialmente os argilominerais, a matéria orgânica (substâncias húmicas) e óxido e hidróxidos metálicos, devido as suas propriedades químicas, promovem reações de sorção (Figura 1).

Este processo consiste na incorporação de metais aos sólidos por três diferentes mecanismos – adsorção, absorção e troca iônica. Estes três grupos citados anteriormente, são os principais materiais que promovem estas reações e, portanto, apresentam grande potencial de atraírem os metais dissolvidos, sejam de origem antrópica (contaminações) ou natural.

Tratando-se de metais, outro ponto de grande relevância que precisa ser levado em consideração é o tamanho das partículas dos metais e daquelas que os agregam em suas estruturas.

Neste sentido é notável a menção da formação de coloides, que são complexos formados por diferentes partículas no meio saturado, orgânicas e inorgânicas e possuem tamanho que variam entre 0,01 µm a 10 µm (SPOSITO, 2008). Para efeito de comparação do tamanho, na Figura 2 são ilustrados diferentes objetos e partículas na escala micrométrica.

Pelo fato de agregarem metais disponíveis nas soluções, os coloides (Figura 3) apresentam um caráter de grande relevância tendo em vista a mobilização destes compostos inorgânicos o que implica diretamente nas investigações ambientais.

Outro ponto relevante, é de que na literatura assume-se que espécies ou substâncias dissolvidas são aquelas que passariam por um filtro de 0,45 µm (Figura 4), procedimento o qual é estabelecido para coleta em campo pelo Guia Nacional de Coleta de 2011 da ANA (Agência Nacional de Águas) em parceria com a CETESB.

No entanto, como comentado, complexos coloidais por possuírem tamanho menor que a malha do filtro podem carrear metais para a fase filtrada, descaracterizando resultados reais das substâncias efetivamente dissolvidas.

Com isso, para todos os resultados obtidos de amostras de matrizes aquosas é preciso ter em mente estes conceitos apresentados e além disso, quais são as boas práticas relacionadas à coleta destas amostras e suas implicações no gerenciamento de uma área.

Implicações em investigações ambientais

Tomando o Estado de São Paulo como exemplo, segundo os dados da relação de áreas contaminadas e reabilitadas fornecida pela CETESB (Gráfico 1), cerca de 8% das áreas cadastradas apresentam os metais como o grupo principal de contaminantes. Desta forma, é inerente que muitos estudos se deparem com estes compostos durante as investigações.

Tendo em vista os processos abordados anteriormente um ponto de grande atenção se dá na instalação de poços de monitoramento de água subterrânea, contemplando seu correto desenvolvimento e tomada de amostras representativas das unidades hidrogeológicas de interesse.

Durante a instalação de um poço, é mandatório, conforme exposto na norma ABNT 15495-1 e 15495-2, de 2007 e 2008 respectivamente, proceder com o desenvolvimento dos poços de monitoramento, sendo um dos objetivos remover os materiais de granulação fina do substrato hidrogeológico perfurado e do pré-filtro, que representam a turbidez, pois esta prejudica o procedimento de coleta e a qualidade das amostras obtidas.

Por materiais finos, entende-se como os argilominerais, os quais foram mencionados como um dos atores responsáveis na sorção de metais e eventuais formações de coloides, e assim fica clara a necessidade do efetivo desenvolvimento de poços e garantia de baixa turbidez nas amostras de água subterrânea.

Um ponto de grande relevância, fortemente associado as propriedades e comportamento dos metais é o comportamento das plumas de contaminação em fase dissolvida (em meio saturado).

Diferente das substâncias orgânicas, os metais não são degradados, ficando sujeitos a reagir quimicamente mudando sua mobilidade e toxicidade. Desta forma, conforme ilustrado na Figura 5, as plumas em fase dissolvida de metais não apresentam relação direta com as fases estabelecidas para os compostos orgânicos que a de extensão, estabilização, retração e extinção.

Na prática, ainda que as plumas aparentem um comportamento por vezes semelhante, as mudanças se dão pela imobilização ou mobilização dos compostos nas partículas sólidas presentes nas unidades hidrogeológicas de interesse.

Por este motivo é necessário um robusto entendimento do contexto regional do ambiente investigado, além de uma substancial densidade amostral, seja em escala espacial como temporal. A realização de análises e tomada de amostras com alto rigor de qualidade é essencial para o gerenciamento deste tipo de contaminante.

Na Kopf Ambiental ciência e ética sempre comandam os trabalhos desenvolvidos, no gerenciamento e remediação de áreas contaminadas.

Conte com a gente!

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Além dos tópicos abordados, deixamos alguns conteúdos extras aqui:

Site USEPA:

https://www.epa.gov/caddis-vol2/metals

Estudo de caso disponível no site Clu-in:

https://www.clu-in.org/download/studentpapers/henry.pdf

Site ITRC

https://itrcweb.org/teams/projects/metals-in-soils

Referências Utilizadas e Consultadas:

You home water filters. How Small is a Water Molecule?. Disponível em: https://yourhomewaterfilters.com/how-small-is-a-water-molecule/. Acesso em: 01/06/2023.

APPELO, C. A. J. POSTMA, D. Geochemistry, Groundwater and Pollution. Amsterdã: A.A. Balkema Publishers, 2005.

SPOSITO, G. The Chemistry of Soils. Oxford: University Press, 2008.

UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (USEPA). Behavior of Metals in Soils, Ground Water Issue (EPA/540/S-92/018). Disponível em: <https://www.epa.gov/remedytech/behavior-metals-soils>.

UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (USEPA). Use of monitorated natural attenuation for inorganic contaminants in groundwater at superfund sites, Office of Solid Waste and Emergency Response (Direct 9283.1-36). Disponível em: <https://www.clu-in.org/download/techfocus/na/MNA-Guidance-2015.pdf>.