Effects of dredging operations on sediment quality: contaminant mobilization in dredged sediments from the Port of Santos, SP, Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ecotoxicological assessment of sediments from the Santos and São Vicente estuarine system- Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sediment toxicity assessment of Guanabara Bay, Rio de Janeiro, Brazil.

Guanabara Bay (GB) comprises of estuarine and marine environments of high ecological and socio-economic relevance, together with port, industrial and urban areas. The anthropogenic activities produce environmental impacts, including the aquatic pollution. The sediment quality assessment is important to evaluate the effects of contamination, once sediments are a repository for most of the contaminants. In this Study, the quality of sediments from GB was evaluated, in rainy and dry periods, throughout the employment of acute toxicity tests with the amphipod Tiburonella viscana, and chronic bioassays with embryos of the sea-urchin Lytechinus variegatus. In the dry period, acute toxicity was found in the sediments from stations 1, 2 3 (NW) and 7 (near Guapimirim Environmental Protection Area). The bioassays with liquid phases showed effects, but were strongly influenced by the unionized ammonia levels, which were high in this period. In the rainy period, acute toxicity was found in sediments samples from stations 1, 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12 and 15. Chronic toxicity could be clearly detected, as ammonia concentrations tended to be low in the most part of the samples. The results showed that the sediment toxicity is influenced by precipitation rates, which increase the input of contaminants to the Bay, and also allowed subdividing GB in three main zones: northwest (stations 1, 2, 3, 5), northeast (stations 6, 7, 8, 9) and centre-south (stations 10, 11, 12, 13, 14, 15). Results also showed that the quality of GB sediments is poor, and that toxicity tests could determine the combined effects of pollutants.

A simple approach to integrate the ecotoxicological and chemical data for the establishment of environmental risk levels

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Acute and chronic toxicity of sediment samples from Guanabara Bay (RJ) during the rainy period

A Baía de Guanabara é um ambiente marinho-estuarino de grande relevância ecológica e sócio-econômica, e sujeita a uma ampla gama de impactos ambientais. O sedimento é o principal destino para a maioria das substâncias introduzidas nos corpos d'água, podendo fornecer uma medida integrada da qualidade ambiental, a qual pode ser avaliada por várias abordagens. Neste projeto, a qualidade de sedimentos da Baía de Guanabara foi por uma abordagem ecotoxicológica, por meio de testes de toxicidade aguda de sedimento integral, utilizando Tiburonella viscana, e testes de toxicidade crônica de água intersticial, elutriato e interface sedimento-água, utilizando embriões de Lytechinus variegatus. Os sedimentos foram coletados em 14 estações de amostragem. Nos testes crônicos houve efeitos significativos na maioria das amostras, enquanto os sedimentos coletados nas estações 1, 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12 e 15 apresentaram também toxicidade aguda. Houve grande concordância entre os resultados dos diferentes testes, e sua integração mostrou que os sedimentos analisados encontram-se inadequados à vida aquática, indicando degradação ambiental na baía da Guanabara. Nesse contexto, o controle das fontes poluidoras e o gerenciamento dos múltiplos usos da baía devem ser implementados, no sentido da melhora da qualidade ambiental.

Geochemical and ecotoxicological assessment for estuarine surface sediments from Southern Brazil

Sediments from Guaratuba Bay (PR, Brazil), a marine protected area, were collected and evaluated for geochemistry and toxicity. High levels of P and acute toxicity were observed in some samples. Concentrations of Cu, Cd, Pb and Zn were relatively low; however, Cd levels eventually exceeded Threshold Effect Level. Toxicities were associated to nutrients and metals enrichment. Results suggest that impacts are incipient and occur only at specific sites, associated to multiple contamination sources. Despite sediments quality seems to range between good and fair, attention is required to land-use planning around Guaratuba Bay and controlling local pollution sources. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Indicadores químicos e biológicos na avaliação da qualidade do sedimento do Canal do Porto de Santos (SP, Brasil)

O Porto de Santos, inaugurado oficialmente em fevereiro de 1892, é o principal porto brasileiro e o maior da América Latina, responsável por cerca de um quarto da movimentação da balança comercial do país e mais de 60 milhões de toneladas de cargas diversas. Impactos na área decorrem da grande quantidade de embarcações e necessidade de dragagens periódicas, além da existência de uma extensa ocupação desordenada de suas margens e da presença de um complexo de indústrias e usinas na região. A qualidade do sedimento do Canal do Porto foi avaliada por meio de testes de toxicidade (agudo e crônico), de análises químicas (metais e hidrocarbonetos) e da estrutura da comunidade bentônica. O sedimento foi coletado em agosto de 2012 com pegador de fundo de 0,05m2 (3 réplicas para bentos) ao longo do Canal. Foram determinados 10 pontos de coleta para as análises químicas e de toxicidade, sendo 3 pontos para a análise da macrofauna bentônica (início, meio e fim do Canal). A distância entre o primeiro e o último ponto foi de 16 km. A avaliação conjunta dos resultados indicou um impacto maior na região mais interna do Canal. Na parte mais próxima ao complexo industrial de Cubatão foram observadas as maiores concentrações de metais e hidrocarbonetos, associadas a baixos valores de diversidade e riqueza, além de uma alta densidade do gastrópodo Heleobia australis. No centro do Canal do Porto, houve uma maior contribuição de indicadores de esgoto, presença de hidrocarbonetos e metais em concentrações relativamente altas, valores extremamente baixos de densidade, diversidade e riqueza da macrofauna bentônica, menor sobrevivência do anfípodo Tiburonella viscana (toxicidade aguda) e baixa taxa de eclosão de ovos do copépodo Nitokra sp (toxicidade crônica). Esse ponto encontra-se próximo a uma grande quantidade de habitações precárias, cujo esgoto é lançado diretamente no Canal.

Effects of dredging operations on sediment quality: contaminant mobilization in dredged sediments from the Port of Santos, SP, Brazil

Background, aim, and scope Contaminated sediments are a worldwide problem, and mobilization of contaminants is one of the most critical issues in environmental risk assessment insofar as dredging projects are concerned. The investigation of how toxic compounds are mobilized during dredging operations in the channel of the Port of Santos, Brazil, was conducted in an attempt to assess changes in the bioavailability and toxicity of these contaminants.Materials and methods Bulk sediment samples and their interstitial waters and elutriates were subjected to chemical evaluation and ecotoxicological assessment. Samples were collected from the channel before dredging, from the dredge's hopper, and from the disposal site and its surroundings.Results The results indicate that the bulk sediments from the dredging site are contaminated moderately with As, Pb, and Zn and severely with Hg, and that polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) concentrations are relatively high. Our results also show a 50% increase in PAH concentrations in suspended solids in the water collected from the hopper dredge. This finding is of great concern, since it refers to the dredge overflow water which is pumped back into the ecosystem. Acute toxicity tests on bulk sediment using the amphipod Tiburonella viscana showed no toxicity, while chronic tests with the sea urchin Lytechinus variegatus showed toxicity in the interstitial waters and elutriates. Results are compared with widely used sediment quality guidelines and with a sediment quality assessment scheme based on various lines of evidence.Conclusions The data presented here indicate that the sediments collected in this port show a certain degree of contamination, especially those from the inner part of the channel. The classification established in this study indicated that sediments from the dredged channel are impacted detrimentally and that sea disposal may disperse contaminants. According to this classification, the sediments are inappropriate for disposal at sea. It should be emphasized that the poor quality of fine sediments discharged from the hopper dredge in the overflow process can recontaminate the environment.Recommendations and perspectives These findings will help to underpin improved planning of management strategies for dredging operations and sediment disposal in Brazil and other countries.

Ecotoxicological assessment of sediments from the Santos and São Vicente estuarine system- Brazil

O sedimento representa um importante depósito de contaminantes e uma fonte de contaminação para a cadeia alimentar aquática. Testes de toxicidade usando anfípodos como organismos-teste são empregados para avaliar sedimentos marinhos e estuarinos, juntamente com análises químicas. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade de sedimentos de seis estações situadas no Sistema Estuarino e Portuário de Santos e São Vicente (São Paulo-Brasil), usando testes de toxicidade aguda com sedimento com anfípodos (Tiburonella viscana) e análises químicas de metais, PCB, e PAH. Outros parâmetros do sedimento foram analisados, como carbono orgânico e granulometria. Foram observados níveis de contaminação mais altos na porção interna do estuário onde se localiza o Porto de Santos e a zona industrial. Os testes de toxicidade mostraram resultados adversos significantes para a maioria das amostras testadas, e os sedimentos da porção interna do estuário apresentaram toxicidade mais alta. As análises de componentes principais indicaram uma relação forte entre contaminação do sedimento e toxicidade. As correlações positivas destes fatores nas amostras estudadas foram usadas para estabelecer os pesos das concentrações químicas que estão associadas com os efeitos adversos. Tais análises permitiram estimar valores limiares de efeito para a contaminação de sedimento através de análises multivariadas, identificando os contaminantes associados com o efeito biológico. Estes valores sugeridos são: Cu, 69.0; Pb, 17.4; Zn, 73.3(mg.kg-1); PAHs, 0.5 (mg.kg-1) e PCBs, 0.1 (µg.kg-1).

Sediment toxicity assessment of Guanabara Bay, Rio de Janeiro, Brazil.

Guanabara Bay (GB) comprises of estuarine and marine environments of high ecological and socio-economic relevance, together with port, industrial and urban areas. The anthropogenic activities produce environmental impacts, including the aquatic pollution. The sediment quality assessment is important to evaluate the effects of contamination, once sediments are a repository for most of the contaminants. In this Study, the quality of sediments from GB was evaluated, in rainy and dry periods, throughout the employment of acute toxicity tests with the amphipod Tiburonella viscana, and chronic bioassays with embryos of the sea-urchin Lytechinus variegatus. In the dry period, acute toxicity was found in the sediments from stations 1, 2 3 (NW) and 7 (near Guapimirim Environmental Protection Area). The bioassays with liquid phases showed effects, but were strongly influenced by the unionized ammonia levels, which were high in this period. In the rainy period, acute toxicity was found in sediments samples from stations 1, 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12 and 15. Chronic toxicity could be clearly detected, as ammonia concentrations tended to be low in the most part of the samples. The results showed that the sediment toxicity is influenced by precipitation rates, which increase the input of contaminants to the Bay, and also allowed subdividing GB in three main zones: northwest (stations 1, 2, 3, 5), northeast (stations 6, 7, 8, 9) and centre-south (stations 10, 11, 12, 13, 14, 15). Results also showed that the quality of GB sediments is poor, and that toxicity tests could determine the combined effects of pollutants.

A simple approach to integrate the ecotoxicological and chemical data for the establishment of environmental risk levels

O presente trabalho utilizou métodos multivariados e matemáticos para integrar dados químicos e ecotoxicológicos obtidos para o Sistema Estuarino de Santos e para a região próxima à zona de lançamento do emissário submarino de Santos, com a finalidade de estabelecer com maior exatidão os riscos ambientais, e assim identificar áreas prioritárias e orientar programas de controle e políticas públicas. Para ambos os conjuntos de dados, as violações de valores numéricos de qualidade de sedimento tenderam a estar associadas com a ocorrência de toxicidade. Para o estuário, essa tendência foi corroborada pelas correlações entre a toxicidade e as concentrações de HPAs e Cu, enquanto para a região do emissário, pela correlação entre toxicidade e conteúdo de mercúrio no sedimento. Valores normalizados em relação às medias foram calculados para cada amostra, permitindo classificá-las de acordo com a toxicidade e a contaminação. As análises de agrupamento confirmaram os resultados das classificações. Para os dados de sistema estuarino, houve a separação das amostras em três categorias: as estações SSV-2, SSV-3 e SSV-4 encontram-se sob maior risco, seguidas da estação SSV-6. As estações SSV-1 e SSV-5 demonstraram melhores condições. Já em relação ao emissário, as amostras 1 e 2 apresentaram melhores condições, enquanto a estação 5 pareceu apresentar um maior risco, seguida das estações 3 e 4 que tiveram apenas alguns indícios de alteração.

Acute and chronic toxicity of sediment samples from Guanabara Bay (RJ) during the rainy period

A Baía de Guanabara é um ambiente marinho-estuarino de grande relevância ecológica e sócio-econômica, e sujeita a uma ampla gama de impactos ambientais. O sedimento é o principal destino para a maioria das substâncias introduzidas nos corpos d'água, podendo fornecer uma medida integrada da qualidade ambiental, a qual pode ser avaliada por várias abordagens. Neste projeto, a qualidade de sedimentos da Baía de Guanabara foi por uma abordagem ecotoxicológica, por meio de testes de toxicidade aguda de sedimento integral, utilizando Tiburonella viscana, e testes de toxicidade crônica de água intersticial, elutriato e interface sedimento-água, utilizando embriões de Lytechinus variegatus. Os sedimentos foram coletados em 14 estações de amostragem. Nos testes crônicos houve efeitos significativos na maioria das amostras, enquanto os sedimentos coletados nas estações 1, 2, 3, 6, 8, 10, 11, 12 e 15 apresentaram também toxicidade aguda. Houve grande concordância entre os resultados dos diferentes testes, e sua integração mostrou que os sedimentos analisados encontram-se inadequados à vida aquática, indicando degradação ambiental na baía da Guanabara. Nesse contexto, o controle das fontes poluidoras e o gerenciamento dos múltiplos usos da baía devem ser implementados, no sentido da melhora da qualidade ambiental.