Distribuição dos metais nas poeiras colhidas em Estarreja: estudo da mobilidade e impacto potencial dos metais no ambiente

Abstract

As poeiras urbanas, vulgarmente designadas na literatura por street dusts ou road dusts, são misturas heterogêneas de partículas minerais do solo e partículas resultantes do tráfego, formando um material com características únicas e específicas de cada local. Estas partículas, geralmente enriquecidas com elementos potencialmente tóxicos, quando inaladas ou ingeridas poderão ser um risco para a saúde das populações. Neste trabalho foram recolhidas 21 amostras de poeiras urbanas na cidade de Estarreja assim como amostras representativas de partículas relacionados com o tráfego (poeiras resultante do desgaste dos travões e das marcações dos pavimentos e estradas) com o objetivo de investigar a contribuição relativa destas partículas no comportamento geoquímico dessas amostras e o risco associado para as populações locais. Para a concretização do objetivo proposto caracterizou-se química e mineralogicamente as amostras de poeiras urbanas e as partículas relacionadas com o tráfego e avaliou-se a disponibilidade e bioacessibilidade para três elementos considerados potencialmente tóxicos (Cu, Pb e Zn) usando uma combinação de ensaios: (a) digestão ácida; (b) extração sequencial para identificar o fracionamento do Cu, Pb e Zn nas diferentes fases-suporte dos metais, e (c) bioaccessibilidade oral in vitro. Os resultados da análise química mostram que as poeiras dos travões apresentam concentrações elevadas em Fe, Cu, Zn, Mn, Ba, Sb, Cr e Ni sendo de referir diferenças composicionais significativas entre as amostras estudadas. A amostra de tinta contém teores elevados de Ba, Ca, Ti e Pb e também pode conter outros elementos tais como Co, Cr, Cu, Mn. Mineralogicamente constata-se que as amostras de poeiras dos travões tem uma composição mineralógica semelhante mostrando que são constituídas por uma elevada percentagem de material de baixa cristalinidade, grafite e óxidos/hidróxidos de Fe amorfos. A amostra de tinta de marcação dos pavimentos das estradas é composta por material mais cristalino do que a poeira dos travões e é essencialmente constituída por carbonatos (maioritariamente dolomite) e também por barite (em menor quantidade). Os resultados obtidos nas amostras de poeiras urbanas indicam a existência de associações de elementos que definem claramente a componente geogénica e/ou antropogénica e apontam para diferenças entre essas associações nas duas frações estudadas (250 m e 63 m). A heterogeneidade das poeiras é revelada pela existência de partículas com origem geogénica (por exemplo quartzo e aluminossilicatos), de partículas com características marcadamente antropogénicas (partículas enriquecidas em Fe, Pb, Zn e Cu) ou ainda de partículas com origem mista (óxidos de Fe e Ti). Os resultados da extração química seletiva sequencial permitiu concluir que, nas amostras em estudo, as fases de troca e ácido-solúveis são as fases suporte mais importantes para o Cu, Pb e Zn Os resultados dos ensaios de bioacessibilidade mostraram também que uma percentagem significativa de Cu, Pb e Zn total está disponível para absorção gástrica. Este estudo destaca também a necessidade de se caracterizar em detalhe as propriedades intrínsecas das partículas antrópicas presentes nas poeiras urbanas, de forma a compreender as variações da fração bioacessível nos diferentes elementos estudados assim como nas diferentes frações.

Urban dust is a heterogeneous mix, where traffic-related particles can combine with soil mineral compounds, forming a unique and site-specific material. These traffic-related particles are usually enriched in potentially harmful elements, enhancing the health risk for population by inhalation or ingestion. Urban dust samples from Estarreja city and traffic-related particles (brake dust and white traffic paint) were studied to understand the relative contribution of the traffic particles in the geochemical behavior of urban dust and to evaluate the long-term impacts of the metals on an urban environment, as well as the risk to the populations. Twenty-one samples of urban dust were collected from Estarreja city (Portugal). The main objective of this work was to characterize chemically the street dusts and assess the potential availability of Cu, Pb and Zn via the oral ingestion exposure route using a combination of geochemical tests using: (a) acid digestion; (b) sequential extraction to identify the fractionation of the Cu, Pb and Zn within the different metal bearing-phases, and (c) in vitro bioaccessibility (BA). The chemical analysis showed that the brake dust sample presents high Fe, Cu, Zn, Mn, Ba, Sb, Cr and Ni concentrations. Also significant compositional differences among samples were observed. The ink sample contains high lBa, Ca, Ti and Pb concentrations and may also contain other elements such as Co, Cr, Cu, Mn among others. Mineralogically brake dust samples showed similar composition with high percentage of low-crystallinity material, graphite and Fe amorphous Fe oxides / hydroxides. The ink sample presents more crystalline material when compared to the brake dust sample and consists essentially of carbonates (mainly dolomite) and also barite (in minor amount). The results obtained in samples of urban dust clearly indicate different elements associations which clearly define the component geogenic and/or anthropogenic and point out to differences between the associations in the two studied fractions. The heterogeneous characteristics of the matrix is revealed by the presence of geogenic particles (such as quartz and aluminosilicates) , particles with markedly anthropogenic characteristics (particle enriched in Fe, Pb, Zn and Cu), or particles of mixed origin (Fe oxides and Ti) The sequential extraction results of this study allowed to conclude that the exchangeable and acid-soluble phases are important bearing phases for Cu, Pb and Zn.The BA test showed that a high proportion of the total concentration of Cu, Pb and Zn is available for absorption into the human body. This study also highlights the need to determine and understand intrinsic properties of anthropogenic particles in urban dust, in order to properly interpret variations of BA among different elements and different dusts.