Determination of metals and natural and artificial radionuclides in sediments of the Tietê River, state of São Paulo

O rio Tietê drena uma área composta por seis sub-bacias, com extensão de 1100 km e é considerado economicamente um dos rios mais importantes do Brasil. Enormes quantidades de efluentes industriais contaminados e esgoto foram despejados neste rio ao longo dos anos, a ponto de ser considerado um dos rios mais poluídos do mundo. Considerando-se a grande extensão do rio Tietê, suas características litológicas, a ocupação do solo e a utilização de seus recursos hídricos, o rio foi dividido em três regiões denominadas \"Alto Tietê\", \"Médio Tietê\" e \"Baixo Tietê\". Este estudo faz parte do projeto intitulado \"Avaliação da poluição por metais e oligoelementos em sedimentos fluviais - estudo de caso do Rio Tietê, Estado de São Paulo\", que teve como objetivo determinar a concentração e distribuição de elementos maiores e traços, em particular metais, que apresentam altos níveis de toxicidade em sedimentos superficiais do rio Tietê, desde a sua nascente até a foz. Como estudo complementar, esta dissertação tem como objetivo determinar os teores dos radionuclídeos naturais (238U, 226Ra, 210Pb, 232Th, 228Ra e 40K) e artificial (137Cs) nos sedimentos ao longo de toda a extensão do rio Tietê; metais pesados (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn) e alguns elementos traços (As, Co, Hf e Sc) nos sedimentos coletados na região do \"Baixo Tietê\", visando avaliar a linha de base desses elementos e a extensão da contaminação. Para alcançar esses objetivos, os elementos de interesse foram analisados utilizando-se as técnicas apropriadas para a determinação de cada elemento. A determinação de Cu foi realizada utilizando-se a técnica de espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado; a determinação dos metais Cd, Ni e Pb foi realizada utilizando-se a técnica de espectrometria de absorção atômica com forno de grafite; a determinação de As, Co, Cr, Hf, Sc, U, Th e Zn foi realizada por análise por ativação com nêutrons instrumental; a determinação dos radionuclídeos 226Ra, 228Ra, 210Pb, 40K e 137Cs foi feita utilizando-se a técnica de espectrometria gama de alta resolução. Para avaliar a qualidade dos sedimentos e seu grau de poluição foram utilizadas as ferramentas Fator de Enriquecimento e Índice de Geoacumulação. Os resultados de Fator de Enriquecimento obtidos para os elementos As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn, utilizando-se como referência os valores médios da crosta, indicam que a região do \"Alto Tietê\" e do \"Médio Tietê\" apresentam influência antrópica, sendo que o maior impacto ocorreu para os elementos Cd, Cu e Zn e em escala menor o Ni. Os resultados do Índice de Geoacumulação obtidos para Cd, Cr, Cu, Ni e Zn, utilizando como referência os valores de concentração da região, indicaram que a região do Alto Tietê está poluída, seguida da região do Médio Tietê e a região do Baixo Tietê não apresenta indícios de contaminação. Os resultados obtidos para As e Pb mostraram que houve uma melhora na qualidade dos sedimentos, nos últimos 12 anos e que esses elementos apresentam uma linha de base superior aos valores médios da crosta terrestre.The Tietê River drains an area composed by six sub-basins, with an extension of 1,100 km and is considered economically one of the most important rivers in Brazil. Huge amounts of contaminated industrial effluents and sewage have been dumped into this river over the years, to such an extent that it was considered one of the most polluted rivers in the world. Considering the great extension of the Tietê River, its lithological characteristics, the occupation of the soil and the use of its water resources, the river was divided into three regions called High Tietê River, Middle Tietê River and Low Tietê River. This study is part of a project entitled \"Evaluation of pollution by metals and trace elements in river sediments - case study of Tietê River, State of São Paulo, Brazil\", which aimed at determining the concentration and distribution of major and trace elements in particular metals, which present high levels of toxicity, in sediments of the Tietê River, from its source to its mouth. As a complementary study, this dissertation aims at determining the levels of natural (238U, 226Ra, 210Pb, 232Th, 228Ra and 40K) and artificial (137Cs) radionuclides in the sediments along the entire length of the Tietê River; heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) and some trace elements (As, Co, Hf and Sc) in the sediments collected in the \"Low Tietê River\" region, in order to analyze the baseline of these elements and the extent of contamination. To fulfill these objectives, the elements of interest were analyzed using the appropriate techniques. For the determination of Cu, the technique used was inductively coupled plasma optical emission spectrometry; the elements Cd, Ni and Pb were determined by graphite-furnace atomic absorption spectrometry; As, Co, Cr, Hf, Sc, U, Th and Zn were determined by using instrumental neutron activation analysis; the activity concentration of radionuclides 226Ra, 228Ra, 210Pb, 40K and 137Cs was determined by using high resolution gamma ray spectrometry. To evaluate the quality of the sediments and their degree of pollution, the Enrichment Factor and Geoaccumulation Index tools were used. The Enrichment Factor results obtained for the elements As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn, using as reference the mean values of the crust, indicate that the region of High Tietê River and Middle Tietê River have anthropogenic influence, with the biggest impact occurring for the elements Cd, Cu and Zn and, on a smaller scale, Ni. The results of the Geoaccumulation Index obtained for Cd, Cr, Cu, Ni and Zn, using as reference the concentration values of the region, indicated that the High Tietê River region is polluted, followed by the Middle Tietê River region and the Low Tietê River region does not present evidence of contamination. The results obtained for As and Pb showed that there was an improvement in the quality of the sediments, in the last 12 years, and that these elements present a baseline above the mean values of the crust