Implications of Sediment Geochemistry and Diet Habits in Fish Metal Levels and Human Health Risk

In this study the concentration of Cd, Cu, Fe, Ni, Pb, and Zn in muscle and liver tissues was compared between four estuarine fish species (Centropomus parallelus, Genidens genidens, Diapterus rhombeus, and Mugil liza) to assess contamination levels and the influence of eating habits on metal distribution and human health risk by consumption. In general, liver tissue showed higher metal contents than muscle. Between metals, Fe and Zn contents were relatively higher for both tissues in all analyzed populations. Based on the observations, the variability of metal levels between species is associated with their transfer from the contaminated sediments, where diet habits associated with the substrate result in higher metal accumulation in fish, exerting great influence than bioaccumulation by trophic level. The estimated daily intake (EDI), target hazard quotients (THQ) and the total target hazard quotients (TTHQ), below 1 for all metals on muscle tissues, are suggested the absence of health hazard for the human population. However, high levels of Pb and Zn in liver tissue may endanger predators

Geochemistry of acid mine drainage from a coal mining area and processes controlling metal attenuation in stream waters, southern Brazil

Acid drainage influence on the water and sediment quality was investigated in a coal mining area (southern Brazil). Mine drainage showed pH between 3.2 and 4.6 and elevated concentrations of sulfate, As and metals, of which, Fe, Mn and Zn exceeded the limits for the emission of effluents stated in the Brazilian legislation. Arsenic also exceeded the limit, but only slightly. Groundwater monitoring wells from active mines and tailings piles showed pH interval and chemical concentrations similar to those of mine drainage. However, the river and ground water samples of municipal public water supplies revealed a pH range from 7.2 to 7.5 and low chemical concentrations, although Cd concentration slightly exceeded the limit adopted by Brazilian legislation for groundwater. In general, surface waters showed large pH range (6 to 10.8), and changes caused by acid drainage in the chemical composition of these waters were not very significant. Locally, acid drainage seemed to have dissolved carbonate rocks present in the local stratigraphic sequence, attenuating the dispersion of metals and As. Stream sediments presented anomalies of these elements, which were strongly dependent on the proximity of tailings piles and abandoned mines. We found that precipitation processes in sediments and the dilution of dissolved phases were responsible for the attenuation of the concentrations of the metals and As in the acid drainage and river water mixing zone. In general, a larger influence of mining activities on the chemical composition of the surface waters and sediments was observed when enrichment factors in relation to regional background levels were used.Influência de drenagem ácida sobre a qualidade de água e sedimento foi investigada em uma área de mineração de carvão (sul do Brasil). A drenagem ácida mostrou pH entre 3,2 e 4,6 e elevadas concentrações de sulfato, As e metais, dos quais, Fe, Mn e Zn excederam os limites para emissão de efluentes da legislação brasileira. Arsênio também excedeu levemente o limite. Poços de monitoramento de água subterrânea situados em áreas de mina ativa e pilhas de rejeitos revelaram intervalo de pH e concentrações químicas semelhantes aqueles da drenagem ácida. Entretanto, amostras de águas subterrânea e de rio utilizadas para o abastecimento público municipal revelaram pH entre 7,2 e 7,5 e baixas concentrações químicas, embora a concentração de Cd tenha superado um pouco o limite adotado pela legislação brasileira para águas subterrâneas. Em geral, as águas de superfície mostraram grande intervalo de pH (6 a 10,8), e a influência da drenagem ácida em sua composição química não foi muito significativa. Localmente, drenagem ácida parece ter dissolvido rochas carbonáticas presentes na sequência estratigráfica local, atenuando a dispersão de metais e As. Anomalias destes elementos foram encontradas em sedimentos de corrente, e elas foram fortemente dependentes da proximidade de depósitos de rejeitos e minas abandonadas. Neste trabalho, processos de precipitação em sedimentos e diluição de fases dissolvidas foram considerados como os principais mecanismos responsáveis pela atenuação das concentrações de metais e As nas zonas de mistura entre drenagem ácida e água fluvial. Em geral, observou-se uma maior influência das atividades de mineração sobre a composição química de águas superficiais e sedimentos quando fatores de enriquecimento em relação aos níveis de background regionais foram utilizados.53955

Physico-chemical processes in acid mine drainage in coal mining, south Brazil

Acid mine drainage generated from coal mine showed a pH of 3.2, high concentrations of SO4(2-), Al, Fe, Mn, Zn and minor As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni and Pb. The major reduction in the concentration occurred for Al, As, Cr, Fe and Pb after the treatment with CaO. The evolution of these acid waters within the tributary stream showed decreasing concentration for all soluble constituents, except Al. This natural attenuation was controlled by pH (6.4 to 10.8) as a result of concurrent mixing with tributary stream and reaction with local bedrock that contains limestone. Aluminum increasing concentration during this evolution seems to be related to an input of Al-enriched waters due to the leaching of silicate minerals in alkaline conditions.146152Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Multi-elemental contamination and historic record in sediments from the Santos-Cubatão Estuarine System, Brazil

This paper records for the first time the contamination history and identifies the sources of 38 elements in sediments from the Santos-Cubatão Estuarine System (SE Brazil), at one of the most industrialized areas in Latin America. The compositions of samples from a 260 cm long sediment core collected in the Morrão River estuary were determined by ICP-MS. Enrichment factors, principal component analysis, correlation matrixes, and the characterization of geochemical signatures permitted a consistent data evaluation. Contaminant elements such as Cr, Mn, Ni, Zn, Ga, Ag, Cd, Sn, Sb, Pb, and Bi were associated with steel plant-derived Fe concentrations, while Be, Ca, Sc, Co, Cu, Sr, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Th, and U were associated with fertilizer industry-derived P concentrations. An overlap of sedimentary Fe distribution and local steel plant production indicated that Fe is a reliable marker of the contamination history, allowing the estimation of sedimentation rates over a period of 45 years of industrial activities

Multi-elemental contamination and historic record in sediments from the Santos-Cubatão Estuarine System, Brazil

This paper records for the first time the contamination history and identifies the sources of 38 elements in sediments from the Santos-Cubatão Estuarine System (SE Brazil), at one of the most industrialized areas in Latin America. The compositions of samples from a 260 cm long sediment core collected in the Morrão River estuary were determined by ICP-MS. Enrichment factors, principal component analysis, correlation matrixes, and the characterization of geochemical signatures permitted a consistent data evaluation. Contaminant elements such as Cr, Mn, Ni, Zn, Ga, Ag, Cd, Sn, Sb, Pb, and Bi were associated with steel plant-derived Fe concentrations, while Be, Ca, Sc, Co, Cu, Sr, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Th, and U were associated with fertilizer industry-derived P concentrations. An overlap of sedimentary Fe distribution and local steel plant production indicated that Fe is a reliable marker of the contamination history, allowing the estimation of sedimentation rates over a period of 45 years of industrial activities.Este trabalho registra pela primeira vez o histórico da contaminação e as fontes de 38 elementos em sedimentos do sistema estuarino de Santos-Cubatão (SE do Brasil), em uma das áreas mais industrializadas da América Latina. A composição de um testemunho de 260 cm de profundidade do estuário do rio Morrão foi determinada por ICP-MS e avaliada por meio de fatores de enriquecimento, análise de componentes principais, matrizes de correlação e assinaturas geoquímicas. Elementos contaminantes como Cr, Mn, Ni, Zn, Ga, Ag, Cd, Sn, Sb, Pb e Bi foram associados ao Fe, derivados de atividades siderúrgicas, enquanto Be, Ca, Sc, Co, Cu, Sr, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, Th e U estiveram associados ao P, relacionados ao processo produtivo de fertilizantes. Uma sobreposição da distribuição do Fe sedimentar e produção local de aço indicaram que o Fe é um marcador confiável do histórico da contaminação, permitindo a estimativa de taxas de sedimentação para 45 anos de atividades industriais.14901500Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

TAXAS DE SEDIMENTAÇÃO EM ESTUÁRIO DO SUDESTE DO BRASIL, BASEADAS EM ASSINATURA GEOQUÍMICA E HISTÓRICO INDUSTRIAL

Geoquímica de sedimentos e produção industrial de aço foram combinadas para estabelecer taxas de sedimentação em uma parte do sistema estuarino de Santos-Cubatão (Estado de São Paulo), no período de 1959 a 2004. Um polo industrial na área tem incrementado os níveis de metais nos sedimentos e o fator de enriquecimento do ferro foi usado como marcador de atividades siderúrgicas no rio Morrão. Os resultados de um testemunho (260 cm de profundidade) mostram que sedimentos profundos (>90 cm; pré-1976) contêm as menores concentrações de ferro (5,26 ± 0,69%) e taxa de sedimentação média de 7,6 cm ano-1 . Este episódio foi relacionado a um período de baixa produção industrial e crescente construção civil no polo industrial de Cubatão. Sedimentos entre 90-40 cm contêm as maiores concentrações de ferro (até 32,52%) e taxa de sedimentação média estimada em 6,6 cm ano-1. Esta sedimentação reflete o incremento na produção de aço e a deliberada descarga de resíduos industriais no período entre 1977 e 1983. A partir de 1984 (profundidad

Geochemistry of intertidal sediment pore waters from the industrialized Santos-Cubatão Estuarine System, SE Brazil

The geochemical composition of sediment pore water was investigated in comparison with the composition of sediment particles and surface water in an estuary within one of the most industrialized areas in Latin America (Santos-Cubatão estuarine system, SE Brazil). Pore and surface waters presented anomalously high levels of F-, NH4+, Fe, Mn and P due to two industrial point sources. In the summer, when SO4(2-)/Cl- ratios suggested an enhanced sulfate reduction, the higher dissolved levels observed in pore waters for some metals (e.g., Cu and Ni) were attributed to reductive dissolution of oxidized phases. Results evidenced that the risks of surface water concentration increase due to diffusion or advection from pore water are probably dependent on coupled influences of tidal pumping and groundwater inputs.A composição geoquímica das águas intersticiais de sedimentos foi estudada em comparação com a composição das partículas sedimentares e de águas superficiais em um estuário de uma das áreas mais industrializadas da América Latina (sistema estuarino de Santos-Cubatão, sudeste do Brasil). Águas intersticiais e superficiais apresentaram altos níveis de F-, NH4+, Fe, Mn e P, devido a duas fontes industriais pontuais. No verão, quando as razões SO4(2-)/Cl- sugeriram aumento na redução do sulfato, os níveis mais elevados de alguns metais dissolvidos nas águas intersticiais (como Cu e Ni) foram atribuídos à dissolução redutiva de fases oxidadas. Os resultados sugerem que os riscos de aumento nas concentrações das águas superficiais por difusão ou advecção das águas intersticiais provavelmente dependem de influências conjuntas do aporte de águas de maré e águas subterrâneas.427442Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Processos físico-químicos em drenagem ácida de mina em mineração de carvão no sul do Brasil

Acid mine drainage generated from coal mine showed a pH of 3.2, high concentrations of SO4(2-), Al, Fe, Mn, Zn and minor As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni and Pb. The major reduction in the concentration occurred for Al, As, Cr, Fe and Pb after the treatment with CaO. The evolution of these acid waters within the tributary stream showed decreasing concentration for all soluble constituents, except Al. This natural attenuation was controlled by pH (6.4 to 10.8) as a result of concurrent mixing with tributary stream and reaction with local bedrock that contains limestone. Aluminum increasing concentration during this evolution seems to be related to an input of Al-enriched waters due to the leaching of silicate minerals in alkaline conditions