[pt] Os modelos de balanço de massa servem como ferramenta para compreender e/ou quantificar o comportamento e destino de compostos químicos no meio ambiente, através dos diferentes compartimentos ambientais. Estes têm como finalidade principal a obtenção de um panorama geral e observação das conexões entre diversos fatores que impactam na concentração, no transporte e na transformação de compostos químicos. A Lagoa Rodrigo de Freitas e o Complexo Lagunar de Jacarepaguá, no Rio de Janeiro, são regiões costeiras que funcionam como bacias de acumulação sofrendo constantemente com problemas relacionados à poluição, por estarem situadas em regiões de alta urbanização, densidade demográfica e fluxo de veículos. Trabalhos de monitoramento realizados nas regiões apontam que as lagoas apresentam concentrações elevadas de metais, que quando liberados no meio ambiente tendem a se distribuir e acumular em diferentes compartimentos, bióticos e abióticos. Estes contaminantes apresentam persistência ambiental, estão frequentemente biodisponíveis no compartimento aquático e muitas vezes levam a efeitos tóxicos, tanto para a biota exposta quanto para os humanos. Todavia algumas regiões são de difícil monitoramento devido a questões logísticas e financeiras, e o uso desse tipo de modelagem vêm sendo empregada como uma ferramenta interessante. Neste contexto, o presente trabalho descreve os resultados da modelagem ambiental, tendo a aquivalência como critério de equilíbrio, na análise do destino e transporte de diferentes metais nas duas regiões supracitadas, através da estimativa e discussão das taxas de fluxos, regiões de acúmulo, variações locais e graus de complexidade dos modelos. Os resultados indicam que, em ambos os casos, houve um bom ajuste dos modelos para a realidade local. Na Lagoa Rodrigo de Freitas a maior remoção de metais ocorreu através do ar (89,88 por cento). Água e sedimento (49,11 por cento) foram as regiões que mais trocaram metais, sendo também a poeira urbana uma importante fonte de troca. Sedimento, poeira urbana e emissões diretas no meio aquático contribuíram mais significativamente para o transporte de metais para a água (maior 75 por cento). Na Lagoa de Jacarepaguá a maior remoção de metais ocorreu através do ar (49,36 por cento) e soterramento (28,42 por cento). A advecção do ar (49,39 por cento) e da água (44,68 por cento) foram as maiores vias de remoção de metais na Lagoa da Tijuca, enquanto na Lagoa de Marapendi a remoção se deu quase exclusivamente através da advecção no ar. A advecção da água e o sedimento foram as principais fontes de metais para as águas das Lagoas de Jacarepaguá e Tijuca, enquanto o ar foi o responsável por grande parte desse aporte na Lagoa de Marapendi, sendo justificado pela configuração espacial das lagoas e as premissas adotadas no modelo. As regiões com maior tendência de acúmulo de metais foram o sedimento, o solo e a poeira urbana. O maior grau de complexidade do modelo em comparação a um modelo mais simplificado e a maior quantidade/confiabilidade dos dados ambientais aumentaram a precisão das predições do modelo. Estes resultados certificam o uso desse tipo de modelagem como ferramenta auxiliar no controle, classificação e avaliação de risco e tomada de decisões pelos órgãos competentes. / [en] Mass balance models serve as a tool to understand and/or quantify the behavior and fate of chemical compounds in the environment, across different environmental compartments. These have as main purpose to obtain an overview and observation of the connections between different factors that impact the concentration, transport, and transformation of chemical compounds. The Rodrigo de Freitas lagoon and the Jacarepaguá lagoonal complex, in Rio de Janeiro, are coastal regions that function as accumulation basins, constantly suffering from problems related to pollution, as they are located in regions of high urbanization, demographic density and vehicles flow. Monitoring work carried out in the regions indicates that the lagoons have high concentrations of metals, which when released into the environment tend to be distributed and accumulated in different compartments, biotic and abiotic. These contaminants have environmental persistence, are often bioavailable in the aquatic compartment, and often lead to toxic effects, both for exposed biota and for humans. However, some regions are difficult to monitor due to logistical and financial issues, and the use of this type of modeling has been used as an interesting tool. In this context, the present work describes the results of the environmental modeling, having aquivalence as a balance criterion, in the analysis of the destination and transport of different metals in the two aforementioned regions, through the estimation and discussion of the flow rates, accumulation regions, local variations and degrees of complexity of the models. The results indicate that, in both cases, there was a good adjustment of the models to the local reality. In Rodrigo de Freitas lagoon, the highest removal of metals occurred through air (89.88 per cent). Water and sediment (49.11 per cent) were the regions that most exchanged metals, with road dust also being and important source of exchange. Sediment, road dust, and direct emissions into aquatic environment contributed most significantly to the transport of metals into water (more than 75 per cent). In the Jacarepaguá lagoon, the highest metal removal occurred through air (49.36 per cent) and burial (28.42 per cent). Air (49.39 per cent) and water (44.68 per cent) advection were the major means of metal removal in the Tijuca lagoon, while in the Marapendi lagoon removal occurred almost exclusively through air advection. The advection in water and sediment were the main sources of metals for the waters of the Jacarepaguá and Tijuca lagoons, while the air was responsible for a large part of this contribution in the Marapendi lagoon, being justified by the spatial configuration of the lagoons and the assumptions adopted in the model. The regions with the greatest tendency for metal accumulation were sediment, soil and road dust. The greater degree of complexity of the model compared to a more simplified model and the greater quantity/reliability of the environmental data increased the accuracy of the model s predictions. These results certify the use of this type of modeling as an auxiliary tool in the control, classification and risk assessment, and decision-making by the competent agencies.

A pressão antrópica crescente impõe a necessidade de um monitoramento sistemático da água e de seus ambientes aquáticos. O desenvolvimento de Índices de Qualidade de Água (IQAs) tem como objetivo transformar dados em informações acessíveis e de fácil entendimento para os gestores e usuários das águas, visando refletir a deterioração deste recurso em nível de bacia hidrográfica e ao longo do tempo. O Instituto Estadual do Ambiente (INEA) adotou um novo Índice de Qualidade de Água para ambiente lótico, baseado em lógica nebulosa, o IQAFAL, desenvolvido no âmbito do rio Paraíba do Sul. O objetivo principal deste estudo consiste em aplicar o IQAFAL aos rios dos Macacos, Cabeça e Rainha, contribuintes da bacia de drenagem da Lagoa Rodrigo de Freitas, de grande interesse sócio-político-ambiental para a cidade do Rio de Janeiro. Busca-se analisar a sua adequação em sintetizar a qualidade de água em bacias hidrográficas de pequeno porte e primordialmente urbana. Para tanto, utilizam-se dados físicos, químicos e biológicos do INEA, no período 2003 - 2010. Os resultados mostraram que o IQAFAL foi capaz de refletir a qualidade da água de modo satisfatório e compatível com os registros disponíveis e a percepção de especialistas acerca da real qualidade dos rios. Ou seja, este Índice se mostrou mais sensível às condições ruins, traduzindo a verdadeira condição destes corpos dágua, ao contrário do IQACETESB, que classifica estas águas como de qualidade mediana. Os resultados confirmam também as vantagens deste índice, observadas em estudos anteriores, sobretudo quanto à capacidade de identificar as variáveis de qualidade de água que são mais determinantes para o resultado final do Índice, através do estudo dos subíndices. / The increasing anthropogenic pressure imposes the need for a systematic monitoring of water and its aquatic environments. The development of Water Quality Indexes, WQIs (IQAs, acronym in Portuguese) aims to turn data into accessible and easy understandable information for managers and water users, in order to reflect the deterioration of this resource in terms of watershed, throughout the time. The State of Rio de Janeiro Environmental Institute (INEA) has adopted a new Water Quality Index for lotic environments, based on fuzzy logic, the WQI, developed for the study in the range of the Paraíba do Sul river. The main goal of this study is to apply IQAFAL to the dos Macacos, the Cabeça, and the Rainha rivers, which are tributary rivers of the drainage basin of the Rodrigo de Freitas Lagoon, of a great socio-political-environmental interest for the city of Rio de Janeiro. The aim is to analyze their suitability in synthesizing the water quality in small river basin and primordially urban. To this end, we used physical, chemical and biological data from INEA, in the period 2003 to 2010. The results showed that the WQI was able to evidence the water quality in a satisfactory way and consistent with the available records and the perceptions of experts about the real quality of the rivers. In other words, this index was more sensitive to bad conditions, showing the true condition of these water bodies, unlike WQICETESB, which classifies these waters as average quality ones. The results also confirm the advantages of this index, observed in previous studies, especially its ability to identify the variables of water quality which are more decisive for the index outcome, through the study of subindexes.

A pressão antrópica crescente impõe a necessidade de um monitoramento sistemático da água e de seus ambientes aquáticos. O desenvolvimento de Índices de Qualidade de Água (IQAs) tem como objetivo transformar dados em informações acessíveis e de fácil entendimento para os gestores e usuários das águas, visando refletir a deterioração deste recurso em nível de bacia hidrográfica e ao longo do tempo. O Instituto Estadual do Ambiente (INEA) adotou um novo Índice de Qualidade de Água para ambiente lótico, baseado em lógica nebulosa, o IQAFAL, desenvolvido no âmbito do rio Paraíba do Sul. O objetivo principal deste estudo consiste em aplicar o IQAFAL aos rios dos Macacos, Cabeça e Rainha, contribuintes da bacia de drenagem da Lagoa Rodrigo de Freitas, de grande interesse sócio-político-ambiental para a cidade do Rio de Janeiro. Busca-se analisar a sua adequação em sintetizar a qualidade de água em bacias hidrográficas de pequeno porte e primordialmente urbana. Para tanto, utilizam-se dados físicos, químicos e biológicos do INEA, no período 2003 - 2010. Os resultados mostraram que o IQAFAL foi capaz de refletir a qualidade da água de modo satisfatório e compatível com os registros disponíveis e a percepção de especialistas acerca da real qualidade dos rios. Ou seja, este Índice se mostrou mais sensível às condições ruins, traduzindo a verdadeira condição destes corpos dágua, ao contrário do IQACETESB, que classifica estas águas como de qualidade mediana. Os resultados confirmam também as vantagens deste índice, observadas em estudos anteriores, sobretudo quanto à capacidade de identificar as variáveis de qualidade de água que são mais determinantes para o resultado final do Índice, através do estudo dos subíndices. / The increasing anthropogenic pressure imposes the need for a systematic monitoring of water and its aquatic environments. The development of Water Quality Indexes, WQIs (IQAs, acronym in Portuguese) aims to turn data into accessible and easy understandable information for managers and water users, in order to reflect the deterioration of this resource in terms of watershed, throughout the time. The State of Rio de Janeiro Environmental Institute (INEA) has adopted a new Water Quality Index for lotic environments, based on fuzzy logic, the WQI, developed for the study in the range of the Paraíba do Sul river. The main goal of this study is to apply IQAFAL to the dos Macacos, the Cabeça, and the Rainha rivers, which are tributary rivers of the drainage basin of the Rodrigo de Freitas Lagoon, of a great socio-political-environmental interest for the city of Rio de Janeiro. The aim is to analyze their suitability in synthesizing the water quality in small river basin and primordially urban. To this end, we used physical, chemical and biological data from INEA, in the period 2003 to 2010. The results showed that the WQI was able to evidence the water quality in a satisfactory way and consistent with the available records and the perceptions of experts about the real quality of the rivers. In other words, this index was more sensitive to bad conditions, showing the true condition of these water bodies, unlike WQICETESB, which classifies these waters as average quality ones. The results also confirm the advantages of this index, observed in previous studies, especially its ability to identify the variables of water quality which are more decisive for the index outcome, through the study of subindexes.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-04-28T18:18:17Z No. of bitstreams: 1 Tese Clarissa Lourenço de Araujo.pdf: 7002934 bytes, checksum: 52d368f8ad6a751f994f7846928d0854 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-28T18:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Clarissa Lourenço de Araujo.pdf: 7002934 bytes, checksum: 52d368f8ad6a751f994f7846928d0854 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências-Geoquímica. Niterói, RJ / Este estudo teve como objetivo contribuir para caracterização do processo de incorporação biológica de metais por duas espécies fitobentônicas, a macroalga Ulva sp. e a macrófita aquática Ruppia maritima, para subsidiar futuras atividades de monitoramento da contaminação da biota aquática da Lagoa Rodrigo de Freitas por metais, bem como de outros sistemas costeiros com condições semelhantes. Este estudo baseou-se na realização de experimentos laboratoriais com o radiotraçador 51Cr (nas formas tri e hexavalente) e com Cr, Cu, Hg, Mn, Pb e Zn, para caracterizar a cinética de incorporação destes pelas duas espécies fitobentônicas. As amostras coletadas na Lagoa Rodrigo de Freitas, foram aclimatadas em laboratório e posteriormente submetidas a experimentos onde foram simuladas condições de mistura de águas salinas e fluviais com água marinha artificial de salinidades 7, 15 e 21‰ e de eventos de aumento dos níveis de matéria orgânica na coluna d’água através da adição de ácidos húmicos. A fim de elucidar os processos de sorção e incorporação de metais foram aplicadas ainda, técnicas de remoção de biofilme e de limpeza do material biológico em solução de EDTA. Nos ensaios com 51Cr (III e IV) foi observada que acumulação do metal por Ulva sp. possui relação inversa com a salinidade, enquanto para R. maritima, o máximo de acumulação ocorre em salinidade 21‰. Nos experimentos com adição simultânea de metais foi observada a seguinte ordem de abundância Pb>Zn>Hg>Cu>Mn>Cr. A maior acumulação dos metais foi observada em salinidade 15‰, com exceção apenas do Hg que apresentou máximo de incorporação em salinidade 21% para alga. Nos ensaios com adição de substâncias húmicas foi evidenciada a redução da incorporação de Cu, Pb e Zn por ambas espécies. No tocante ao potencial de acumulação, foi verificada a maior habilidade de sorção de metais por Ulva sp., independentemente da faixa de salinidade aplicada. Nos ensaios de remoção do biofilme aderido a R. maritima foi observada a redução das concentrações de Cu, Mn e Pb, reforçando o papel deste componente na acumulação de íons metálicos por macrófitas aquáticas. Por fim, no ensaio em que o material biológico foi lavado em solução de EDTA, foi observada a tendência de adsorção superficial de Cu, Mn e Pb, enquanto Cr e Zn, são rapidamente internalizados nos tecidos da macrófita. / This study aims to contribute to the characterization of the process of biological incorporation of metals by two benthonic species, the macroalgae Ulva sp. and the aquatic macrophyte Ruppia maritima, to subsidize future activities of monitoring the contamination of aquatic biota of the Rodrido de Freitas Lagoon for metals, as well as other coastal systems with similar conditions. This study was based on laboratory experiments with the radiotracer 51Cr (in forms tri and hexavalent) and with Cr, Cu, Hg, Mn, Pb and to characterize the kinetics of incorporation of these by two phytobentic species. Samples collected in the Rodrigo de Freitas Lagoon were acclimated in the laboratory and subsequently subjected to experiments where conditions of saline and river water mixed with artificial marine water with salinities of 7, 15 and 21‰ were simulated as well as events that increase the levels of organic matter in the water column through the addition of humic acids. In order to elucidate the processes of sorption and incorporation of metals, techniques for the removal of biofilm and the cleaning of biological material in EDTA solution were also applied. In tests with 51Cr (III and IV) it was observed that accumulation of the metal in Ulva sp. has inverse relationship with salinity, while for R. maritima, the maximum accumulation occurs in salinity 21 ‰. In the experiments with simultaneous addition of metals, the following order of abundance was observed Pb>Zn>Hg>Cu>Mn>Cr. The higher accumulation of metals was observed in salinity 15 ‰, with the exception of Hg that showed maximum incorporation in salinity 21% for algae. In tests with addition of humic substances, the reduction in the incorporation of Cu, Pb and Zn both species was evidenced. In regards to the potential for accumulation, it was verified the greater capability of sorption of metals by Ulva sp., regardless of range of salinity applied. In tests of removal of biofilm attached to R. maritima, the reduction of concentrations of Cu, Mn and Pb was observed, reinforcing the role of this component in the accumulation of metal ions by aquatic macrophytes. Finally, in the biological test material that was washed in EDTA solution, the tendency of surface adsorption of Cu, Mn and Pb was observed, while Cr and Zn are rapidly internalized in the tissues of macrophyte.