A new Integrated Water Quality Index (IWQI) and your application with emergent pollutants in the Atlantic Forest biome basin in southern Brazil

• Published in: Revista brasileira de recursos hídricos Vol. 29
• Main Authors: Alves, Thiago Caique, Jenske, Grace, Cardozo, Aimê, Pinheiro, Adilson
• Format: Journal Article
• Language: English; Portuguese
• Published: Associação Brasileira de Recursos Hídricos 2024
• Subjects: Concerning emergent compounds; ENGINEERING, ENVIRONMENTAL; ENGINEERING, GEOLOGICAL; ENGINEERING, MARINE; ENGINEERING, OCEAN; Land use and occupation; Water Quality Index; Concerning emergent compounds; Water Quality Index; Land use and occupation; Índice de Qualidade da Água; Compostos emergentes; Uso e ocupação do solo
• ISSN: 1414-381X; 2318-0331; 2318-0331
• DOI: 10.1590/2318-0331.292420240033

ABSTRACT The presence of emerging contaminants in surface water is a growing concern, as these substances are not typically monitored by environmental quality systems, potentially leading to the consumption of contaminated water. In this study, the presence of caffeine, an emerging contaminant that is ingested solely by humans and is present in surface water due to its chemical characteristics, was investigated as a potential indicator of anthropogenic contamination in the Itajaí-Açu River in the southern Brazilian Atlantic Forest biome. Additionally, twelve other emerging pollutants were examined in the Itajaí-Açu River, including estrone (E1), estradiol (E2), ethinylestradiol (EE2), estriol (E3), prednisone (PD), hexestrol (HEX), acetaminophen (ACM), Oxytetracicline (OC). Surface water samples were collected over five months and analyzed using high-performance liquid chromatography. The results revealed that caffeine was present in 84% of the analyzed samples, and emerging pollutants were present in all monitored municipalities. The study also investigated the relationship between an integrated water quality index, the magnitudes and occurrences of caffeine, and land use. The emerging pollutants Estrone, Ethinylestradiol, Hexestrol, Naproxen and Oxytetracycline were not detected in the analyzed samples. However, Ibuprofen, Tetracycline, Prednisone, and Acetaminophen were present in 44% and 36% of the samples, respectively, with Estriol, Ketoprofen, and Estradiol having a lower occurrence. The mean concentrations of Estradiol, Estriol, Ketoprofen, Acetaminophen, and Ibuprofen were 0.08 µg L-1, 0.23 µg L-1, 0.15 µg L-1, 0.42 µg L-1, and 0.44 µg L-1, respectively, and were higher than previously reported. The concentration range of caffeine during the study was <0.10 to 1.48 µg L-1, with the mean concentration being 0.30 µg L-1. These findings highlight the presence of emerging pollutants in the Itajaí-Açu River and the need for continued monitoring and regulatory legislation to protect surface water quality in Brazil.
RESUMO A presença de contaminantes emergentes nas águas superficiais é uma preocupação crescente, pois essas substâncias não são normalmente monitoradas por sistemas de qualidade ambiental, podendo levar ao consumo de água contaminada. Neste estudo, a presença de cafeína, um contaminante emergente que é ingerido exclusivamente por humanos e está presente em águas superficiais devido às suas características químicas, foi investigada como um potencial indicador de contaminação antrópica no rio Itajaí-Açu no bioma Mata Atlântica sul do Brasil. Além disso, outros doze poluentes emergentes foram examinados no rio Itajaí-Açu, incluindo estrona (E1), estradiol (E2), etinilestradiol (EE2), estriol (E3), prednisona (PD), hexestrol (HEX), paracetamol (ACM), oxitetraciclina (OC). Amostras de água superficial foram coletadas ao longo de cinco meses e analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência. Os resultados revelaram que a cafeína estava presente em 84% das amostras analisadas, e os poluentes emergentes estavam presentes em todos os municípios monitorados. O estudo também investigou a relação entre um índice integrado de qualidade da água, as magnitudes e ocorrências de cafeína e o uso da terra. Os poluentes emergentes Estrona, Etinilestradiol, Hexestrol, Naproxeno e Oxitetraciclina não foram detectados nas amostras analisadas. No entanto, Ibuprofeno, Tetraciclina, Prednisona e Paracetamol estiveram presentes em 44% e 36% das amostras, respectivamente, com Estriol, Cetoprofeno e Estradiol tendo menor ocorrência. As concentrações médias de Estradiol, Estriol, Cetoprofeno, Paracetamol e Ibuprofeno foram de 0.08 µg L-1, 0.23 µg L-1, 0.15 µg L-1, 0.42 µg L-1, and 0.44 µg L-1, respectivamente, e foram maiores do que as relatadas anteriormente. A faixa de concentração de cafeína durante o estudo foi de <0.10 to 1.48 µg L-1,, sendo a concentração média de 0.30 µg L-1. Esses resultados destacam a presença de poluentes emergentes no rio Itajaí-Açu e a necessidade de monitoramento contínuo e legislação regulatória para proteger a qualidade das águas superficiais no Brasil.