Dinâmica temporal da qualidade da água em um córrego urbano / Temporal dynamics of water quality in an urban stream

RESUMO A urbanização conduz ao acréscimo de superfícies de baixa permeabilidade nas bacias hidrográficas, o que resulta em aumento no volume de água pluvial escoado superficialmente nos terrenos e, consequentemente, na ampliação de poluentes carreados aos cursos de água receptores, o que pode prejudicar a qualidade de suas águas. O objetivo principal da presente pesquisa foi analisar a variação da qualidade da água ao longo do dia em um córrego impactado por área urbana por meio do índice de qualidade das águas (IQACETESB) e dos parâmetros envolvidos no seu cálculo. A coleta de amostras foi realizada uma vez ao mês, durante o período de sete meses, nos seguintes horários: 8h, 14h e 19h. No geral, foram encontradas baixas concentrações de oxigênio dissolvido e altos teores de matéria orgânica e nutrientes no córrego avaliado. A amostragem em diferentes períodos do dia foi eficiente em relação ao entendimento dos processos antrópicos que acontecem na sub-bacia estudada (e.g., lançamento de esgoto doméstico in natura e aporte intenso de fósforo no período da manhã). Além disso, foi observada uma oscilação significativa no valor do IQACETESB entre os três períodos do dia, tal como em junho de 2018: 52 (manhã) e 23 (noite). Dessa forma, a avaliação do IQACETESB conduzida em apenas um horário do dia pode deixar passar informações essenciais para os gestores ambientais, resultando em uma visão errônea do problema.

ABSTRACT Urbanization leads to the addition of areas of low permeability in watersheds, which results in an increase in the volume of rainwater drained superficially and, consequently, in the expansion of pollutants carried to the receiving watercourses, which may impair the quality of their waters. The main objective of this research was to analyze the variation in water quality throughout the day in a stream impacted by urban areas through the water quality index (WQICETESB) and the parameters involved in its calculation. Sample collection was performed once a month, for a period of seven months, at the following times: 8:00 am, 2:00 pm, and 7:00 pm. In general, low concentrations of dissolved oxygen and high levels of organic matter and nutrients were found in the stream evaluated. Sampling at different times of the day was efficient in terms of understanding the anthropic processes that take place in the studied sub-basin (e.g., the release of fresh domestic sewage and intense phosphorus input in the morning). In addition, a significant fluctuation in the value of the WQICETESB was observed between the three periods of the day, as in June 2018: 52 (morning) and 23 (night). Thus, the evaluation of the WQICETESB conducted in only one hour of the day can pass on essential information for environmental managers, resulting in an erroneous view of the problem.

Effect of photocatalytic Fe2O3 nanoparticles on urban runoff pollutant removal by permeable concrete.

Permeable pavements are an efficient urban runoff (UR) management solution that also improve water quality. In this work, a photocatalytic layer of Fe2O3 nanoparticles (NP) was incorporated into permeable concrete to evaluate its impact on the removal of several microbiological (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas hydrophila, and Enterococcus faecalis) and physicochemical (N-NH4+, N-NO3-, phenol, PO43-, Fe, Mn, and Pb) pollutants. First, permeable concrete samples were created with sufficient compressive strength and hydraulic conductivity for light traffic. The test samples were then coated with a mixture containing either 3% or 5% Fe2O3 NP by cement weight. Control samples were prepared without NP. Scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy analyses showed that the nanoparticles remained unaltered on the concrete's surface. Synthetic URs simulating the microbiological or physicochemical composition of real UR were applied to the samples to evaluate their pollutant removal efficiencies. The depollution performances of the test (with 3% and 5% Fe2O3 NP) and control samples were statistically compared. The test samples (3% NP, 5% NP, and the controls) significantly modified (p < 0.05) most of the measured variables (i.e., the concentrations of E. coli, A. hydrophila, PO43-, Fe, Mn, and Pb) in the synthetic URs. Unexpectedly, the test samples (with 3% or 5% Fe2O3 NP) did not significantly remove (p > 0.05) some pollutants prone to oxidation, such as phenol or ammonium. However, the 5% NP sample significantly enhanced Mn removal. In general, the decontamination performances of the concrete samples with Fe2O3 NP were not influenced by the nanoparticles; thus, they did not appear to add value to the generated permeable concrete. Nevertheless, our results indicate the considerable benefits of implementing permeable concrete to improve the quality of UR.

Modeling pollution potential input from the drainage basin into Barra Bonita reservoir, São Paulo – Brazil / Modelagem do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição da qualidade da água do reservatório de Barra Bonita, São Paulo – Brasil

In this study multi-criteria modeling tools are applied to map the spatial distribution of drainage basin potential to pollute Barra Bonita Reservoir, São Paulo State, Brasil. Barra Bonita Reservoir Basin had undergone intense land use/land cover changes in the last decades, including the fast conversion from pasture into sugarcane. In this respect, this study answers to the lack of information about the variables (criteria) which affect the pollution potential of the drainage basin by building a Geographic Information System which provides their spatial distribution at sub-basin level. The GIS was fed by several data (geomorphology, pedology, geology, drainage network and rainfall) provided by public agencies. Landsat satellite images provided land use/land cover map for 2002. Ratings and weights of each criterion defined by specialists supported the modeling process. The results showed a wide variability in the pollution potential of different sub-basins according to the application of different criterion. If only land use is analyzed, for instance, less than 50% of the basin is classified as highly threatening to water quality and include sub basins located near the reservoir, indicating the importance of protection areas at the margins. Despite the subjectivity involved in the weighing processes, the multi-criteria analysis model allowed the simulation of scenarios which support rational land use polices at sub-basin level regarding the protection of water resources.

Este estudo aplica ferramentas de modelagem multicritério para mapear a distribuição espacial do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição do reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo, Brasil. A bacia de drenagem Barra Bonita passou por intensas alterações no uso e cobertura da terra, incluindo um rápido aumento na conversão de pastagens em cana-de-açúcar nas últimas décadas. Assim sendo, este estudo contribui com a demanda de informação sobre os fatores (critérios) que afetam o potencial de poluição das bacias de drenagem através da construção de um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com sua distribuição espacial ao nível de sub-bacia. A base de dados foi alimentada por diversos órgãos públicos, que forneceram informações georreferenciadas sobre a geomorfologia da bacia de drenagem, pedologia, geologia, rede de drenagem e precipitação. Imagens do satélite Landsat e ferramentas de geoprocessamento permitiram a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra referente ao ano de 2002. Especialistas definiram as classificações e pesos de cada critério subsidiando o processo da modelagem. Obteve-se que o potencial sub-bacia para poluir o reservatório varia amplamente de um critério para o outro. Se somente o uso da terra for analisado, por exemplo, menos de 50% da área da bacia é classificada como tendo alto potencial de poluição da água do reservatório em questão. Essa área de alto potencial, nesse caso está associada às regiões mais próximas ao reservatório, indicando ser crucial a criação de áreas e preservação em sub-bacias próximas às margens do reservatório. Apesar da subjetividade envolvida no processo de ponderação, a análise multi-critério utilizada nesta pesquisa mostrou ser uma importante ferramenta para simulação de cenários que possam fornecer suporte às políticas de ordenamento e uso adequado da terra em nível de sub-bacia, visando à proteção dos recursos hídricos.

Modeling pollution potential input from the drainage basin into Barra Bonita reservoir, São Paulo Brazil / Modelagem do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição da qualidade da água do reservatório de Barra Bonita, São Paulo Brasil

In this study multi-criteria modeling tools are applied to map the spatial distribution of drainage basin potential to pollute Barra Bonita Reservoir, São Paulo State, Brasil. Barra Bonita Reservoir Basin had undergone intense land use/land cover changes in the last decades, including the fast conversion from pasture into sugarcane. In this respect, this study answers to the lack of information about the variables (criteria) which affect the pollution potential of the drainage basin by building a Geographic Information System which provides their spatial distribution at sub-basin level. The GIS was fed by several data (geomorphology, pedology, geology, drainage network and rainfall) provided by public agencies. Landsat satellite images provided land use/land cover map for 2002. Ratings and weights of each criterion defined by specialists supported the modeling process. The results showed a wide variability in the pollution potential of different sub-basins according to the application of different criterion. If only land use is analyzed, for instance, less than 50% of the basin is classified as highly threatening to water quality and include sub basins located near the reservoir, indicating the importance of protection areas at the margins. Despite the subjectivity involved in the weighing processes, the multi-criteria analysis model allowed the simulation of scenarios which support rational land use polices at sub-basin level regarding the protection of water resources.(AU)

Este estudo aplica ferramentas de modelagem multicritério para mapear a distribuição espacial do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição do reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo, Brasil. A bacia de drenagem Barra Bonita passou por intensas alterações no uso e cobertura da terra, incluindo um rápido aumento na conversão de pastagens em cana-de-açúcar nas últimas décadas. Assim sendo, este estudo contribui com a demanda de informação sobre os fatores (critérios) que afetam o potencial de poluição das bacias de drenagem através da construção de um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com sua distribuição espacial ao nível de sub-bacia. A base de dados foi alimentada por diversos órgãos públicos, que forneceram informações georreferenciadas sobre a geomorfologia da bacia de drenagem, pedologia, geologia, rede de drenagem e precipitação. Imagens do satélite Landsat e ferramentas de geoprocessamento permitiram a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra referente ao ano de 2002. Especialistas definiram as classificações e pesos de cada critério subsidiando o processo da modelagem. Obteve-se que o potencial sub-bacia para poluir o reservatório varia amplamente de um critério para o outro. Se somente o uso da terra for analisado, por exemplo, menos de 50% da área da bacia é classificada como tendo alto potencial de poluição da água do reservatório em questão. Essa área de alto potencial, nesse caso está associada às regiões mais próximas ao reservatório, indicando ser crucial a criação de áreas e preservação em sub-bacias próximas às margens do reservatório. Apesar da subjetividade envolvida no processo de ponderação, a análise multi-critério utilizada nesta pesquisa mostrou ser uma importante ferramenta para simulação de cenários que possam fornecer suporte às políticas de ordenamento e uso adequado da terra em nível de sub-bacia, visando à proteção dos recursos hídricos.(AU)

Modeling pollution potential input from the drainage basin into Barra Bonita reservoir, São Paulo Brazil

In this study multi-criteria modeling tools are applied to map the spatial distribution of drainage basin potential to pollute Barra Bonita Reservoir, São Paulo State, Brasil. Barra Bonita Reservoir Basin had undergone intense land use/land cover changes in the last decades, including the fast conversion from pasture into sugarcane. In this respect, this study answers to the lack of information about the variables (criteria) which affect the pollution potential of the drainage basin by building a Geographic Information System which provides their spatial distribution at sub-basin level. The GIS was fed by several data (geomorphology, pedology, geology, drainage network and rainfall) provided by public agencies. Landsat satellite images provided land use/land cover map for 2002. Ratings and weights of each criterion defined by specialists supported the modeling process. The results showed a wide variability in the pollution potential of different sub-basins according to the application of different criterion. If only land use is analyzed, for instance, less than 50% of the basin is classified as highly threatening to water quality and include sub basins located near the reservoir, indicating the importance of protection areas at the margins. Despite the subjectivity involved in the weighing processes, the multi-criteria analysis model allowed the simulation of scenarios which support rational land use polices at sub-basin level regarding the protection of water resources.

Este estudo aplica ferramentas de modelagem multicritério para mapear a distribuição espacial do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição do reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo, Brasil. A bacia de drenagem Barra Bonita passou por intensas alterações no uso e cobertura da terra, incluindo um rápido aumento na conversão de pastagens em cana-de-açúcar nas últimas décadas. Assim sendo, este estudo contribui com a demanda de informação sobre os fatores (critérios) que afetam o potencial de poluição das bacias de drenagem através da construção de um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com sua distribuição espacial ao nível de sub-bacia. A base de dados foi alimentada por diversos órgãos públicos, que forneceram informações georreferenciadas sobre a geomorfologia da bacia de drenagem, pedologia, geologia, rede de drenagem e precipitação. Imagens do satélite Landsat e ferramentas de geoprocessamento permitiram a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra referente ao ano de 2002. Especialistas definiram as classificações e pesos de cada critério subsidiando o processo da modelagem. Obteve-se que o potencial sub-bacia para poluir o reservatório varia amplamente de um critério para o outro. Se somente o uso da terra for analisado, por exemplo, menos de 50% da área da bacia é classificada como tendo alto potencial de poluição da água do reservatório em questão. Essa área de alto potencial, nesse caso está associada às regiões mais próximas ao reservatório, indicando ser crucial a criação de áreas e preservação em sub-bacias próximas às margens do reservatório. Apesar da subjetividade envolvida no processo de ponderação, a análise multi-critério utilizada nesta pesquisa mostrou ser uma importante ferramenta para simulação de cenários que possam fornecer suporte às políticas de ordenamento e uso adequado da terra em nível de sub-bacia, visando à proteção dos recursos hídricos.

Use of swine wastewater in oilseed radish crop: agronomic and environmental aspects / Uso de água residuária da suinocultura no cultivo de nabo forrageiro: aspectos agronômicos e ambientais

Swine effluent has been applied to soils to promote nutrient cycling and reduce the uncontrolled disposal of effluents into bodies of water. However, the use of these effluents on various crops has raised environmental and public health concerns. Oilseed radish crop (Raphanus sativus L.) is a winter crop planted in no-tillage systems as a green fertilizer that also can be used for biodiesel, and it requires high levels of nutrients for its development. Thus, the present study aimed to evaluate the environmental and agronomic effects of the application of swine wastewater on oilseed radish. The experiment was conducted in a 0.162 ha area with the following treatments: unirrigated (rainfed), irrigated, and fertilized with swine wastewater (370 m3 ha-1 cycle-1). After each rainfall event, analyses were conducted for the main macro and micronutrients in the runoff and percolated material from drainage lysimeters. Changes in the physical and chemical characteristics of the soil were also analyzed, as were the agronomic and nutritional indices of the dry crop phytomass in full blooming stage. Application of swine wastewater at a level of 370 m3 ha-1 produces a crop with better agronomic quality. Over the long term, however, caution should be taken regarding the surface runoff of NO3-, P, K, Mn and total salts and the percolation of NO3-, Na and Cu. Moreover, the rainfall occurred one day after fertigation contributed to the increase of the levels of P, K, Na, Cu, Zn and Mn in the percolated material.(AU)

O efluente oriundo da suinocultura tem sido aplicado no solo com o intuito de promover a ciclagem de nutrientes e como uma saída à disposição final desses efluentes, sem controle, em corpos hídricos. Entretanto, o reúso de efluentes nas mais diversas culturas preocupa com relação à possibilidade de gerar impactos ambientais e, consequentemente, à saúde da população. O nabo forrageiro (Raphanus sativus L.) é uma cultura utilizada como adubo verde de inverno no plantio direto e pode ser usado para a produção de biodiesel, sendo exigente em nutrientes para o seu desenvolvimento. Desse modo, objetivou-se avaliar os efeitos ambientais e agronômicos da aplicação de água residuária da suinocultura no cultivo de nabo forrageiro. O experimento foi instalado em área de 0,162 ha e os tratamentos utilizados foram sem irrigação (sequeiro), irrigado e fertigado com água residuária da suinocultura (370 m3 ha-1 ciclo-1). Após cada chuva foram realizadas análises dos principais macro e micronutrientes no material escoado e percolado, provenientes de lisímetros de drenagem. O solo foi analisado quanto às possíveis alterações das características físicas e químicas e, no vegetal, avaliaram-se os índices agronômicos e nutricionais presentes na fitomassa seca em completo estágio de floração. A aplicação de água residuária da suinocultura (ARS) em uma taxa de 370 m3 ha-1 acarretou maior qualidade agronômica da cultura. Porém, em longo prazo, deve-se ter cuidado com o escoamento superficial de NO3-, P, K, Mn e sais totais e a percolação de NO3-, Na e Cu. Além disso, a precipitação pluvial ocorrida um dia após a aplicação de ARS contribuiu para o aumento das concentrações de P, K, Na, Cu, Zn e Mn no material percolado.(AU)

Use of swine wastewater in oilseed radish crop: agronomic and environmental aspects / Uso de água residuária da suinocultura no cultivo de nabo forrageiro: aspectos agronômicos e ambientais

Swine effluent has been applied to soils to promote nutrient cycling and reduce the uncontrolled disposal of effluents into bodies of water. However, the use of these effluents on various crops has raised environmental and public health concerns. Oilseed radish crop (Raphanus sativus L.) is a winter crop planted in no-tillage systems as a green fertilizer that also can be used for biodiesel, and it requires high levels of nutrients for its development. Thus, the present study aimed to evaluate the environmental and agronomic effects of the application of swine wastewater on oilseed radish. The experiment was conducted in a 0.162 ha area with the following treatments: unirrigated (rainfed), irrigated, and fertilized with swine wastewater (370 m3 ha-1 cycle-1). After each rainfall event, analyses were conducted for the main macro and micronutrients in the runoff and percolated material from drainage lysimeters. Changes in the physical and chemical characteristics of the soil were also analyzed, as were the agronomic and nutritional indices of the dry crop phytomass in full blooming stage. Application of swine wastewater at a level of 370 m3 ha-1 produces a crop with better agronomic quality. Over the long term, however, caution should be taken regarding the surface runoff of NO3-, P, K, Mn and total salts and the percolation of NO3-, Na and Cu. Moreover, the rainfall occurred one day after fertigation contributed to the increase of the levels of P, K, Na, Cu, Zn and Mn in the percolated material.

O efluente oriundo da suinocultura tem sido aplicado no solo com o intuito de promover a ciclagem de nutrientes e como uma saída à disposição final desses efluentes, sem controle, em corpos hídricos. Entretanto, o reúso de efluentes nas mais diversas culturas preocupa com relação à possibilidade de gerar impactos ambientais e, consequentemente, à saúde da população. O nabo forrageiro (Raphanus sativus L.) é uma cultura utilizada como adubo verde de inverno no plantio direto e pode ser usado para a produção de biodiesel, sendo exigente em nutrientes para o seu desenvolvimento. Desse modo, objetivou-se avaliar os efeitos ambientais e agronômicos da aplicação de água residuária da suinocultura no cultivo de nabo forrageiro. O experimento foi instalado em área de 0,162 ha e os tratamentos utilizados foram sem irrigação (sequeiro), irrigado e fertigado com água residuária da suinocultura (370 m3 ha-1 ciclo-1). Após cada chuva foram realizadas análises dos principais macro e micronutrientes no material escoado e percolado, provenientes de lisímetros de drenagem. O solo foi analisado quanto às possíveis alterações das características físicas e químicas e, no vegetal, avaliaram-se os índices agronômicos e nutricionais presentes na fitomassa seca em completo estágio de floração. A aplicação de água residuária da suinocultura (ARS) em uma taxa de 370 m3 ha-1 acarretou maior qualidade agronômica da cultura. Porém, em longo prazo, deve-se ter cuidado com o escoamento superficial de NO3-, P, K, Mn e sais totais e a percolação de NO3-, Na e Cu. Além disso, a precipitação pluvial ocorrida um dia após a aplicação de ARS contribuiu para o aumento das concentrações de P, K, Na, Cu, Zn e Mn no material percolado.