Occurrence, mitigation and degradation of pesticides in air, water and soil

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Fabio_Schreiber.pdf: 2141043 bytes, checksum: 0e943f35c2b1aaed8b5991b0f4480bbb (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A agricultura esta entre as principais atividades econômicas no Rio Grande do Sul (RS), onde as culturas da soja, milho e arroz são as principais espécies cultivadas durante o verão e o trigo durante o inverno. Os benefícios econômicos da agricultura são inquestionáveis, contudo, esse setor é também responsável por contaminação ambiental, principalmente devido ao manejo incorreto dos agrotóxicos, representando riscos para a qualidade da água e do ar. O processo de degradação tem função importante de atenuar os efeitos ambientais dos compostos orgânicos, sendo esse chave no destino ambiental dos contaminantes. Assim, os objetivos deste trabalho foram: (i) monitorar a ocorrência de 97 agrotóxicos na atmosfera em áreas rurais e urbanas em seis diferentes regiões geográficas no Estado do Rio Grande do Sul (Artigo I); (ii) monitorar a presença de 97 agrotóxicos na água utilizada para consumo humano em seis diferentes regiões geográficas no Estado do Rio Grande do Sul (Artigo II); (iii) avaliar a eficiência de diferentes métodos de tratamento de água residencial na remoção de 13 agrotóxicos com características físico-químicas distintas (Artigo III); e (iv), avaliar a taxa de degradação do herbicida fluazyfop-P-butyl e a taxa de formação e degradação de seus principais metabólitos em três diferentes solos dinamarqueses (Artigo IV). Com os resultados obtidos foi possível concluir que pelo menos um agrotóxico foi detectado em 60% das amostras de ar. Os mais frequentemente detectados foram chlorpyrifos, fenpropathrin, atrazine e azoxystrobin. Os agrotóxicos com maiores concentrações nas áreas rurais foram chlorpyrifos, fenpropathrin, malathion e atrazine, com concentração máxima de 75,8, 73,4, 27,8 e 20,2 ng m−3, respectivamente. Nas áreas urbanas chlorpyrifos e fenpropathrin foram os mais frequentemente detectados com concentração máxima de 16,9 e 15,6 ng m−3, respectivamente. Com relação presença de agrotóxicos na água de consumo, pelo menos um agrotóxico foi detectado em 100% das amostras. Os mais frequentemente detectados foram atrazine, azoxystrobin, carbendazim e imidacloprid. Os agrotóxicos com maiores concentrações nos rios e lagos foram azoxystrobin e 2,4-D, com a máxima de 14,3 and 1,94 μg L−1, respectivamente. Na água da torneira propanil, 2,4-D, quinclorac e bentazone apresentaram as maiores concentrações, sendo a máxima de 4,11, 3,78, 2,57 e 1,45 μg L−1, respectivamente. Com relação aos diferentes métodos de tratamento de água residencial, carbono ativado e osmose reversa foram 100%eficiente na remoção de agrotóxicos, seguido por resina de troca iônica e ultravioleta. Filtros de membrana, em geral, mostraram baixa eficiência, portanto, não são recomendadas para esse propósito. A degradação de fluazifop-P-butyl, em laboratório e sobre condições aeróbicas revelou que esse tem baixa persistência no solo. A sequência de degradação é: fluzifop-P-butyl, fluazifop-p, composto IV e composto X. Fluazifop-p é o principal produto da degradação, enquanto o composto IV é o com menor concentração e o composto X, o mais persistente. Agriculture is among the main economic activities in Rio Grande do Sul (RS), where soybean, maize and rice are cultivated as summer crops and wheat during the winter. The economical benefits of agriculture are undoubted, however, this sector is also responsible for environmental contamination mainly due to the incorrect management of the pesticides, threating the water and air quality. The degradation process has an important role in the environmental hazards associated with organic compounds and, it is a key process involved in the fate of these contaminants. Thus, the objectives of this study were: (i) to survey the resence of 97 pesticides in the atmosphere of rural and urban areas in six geographically different regions of the Rio Grande do Sul State (Manuscript I); (ii) to survey the presence of 97 pesticides in drinking water sources and tap water in six geographically different regions in Rio Grande do Sul State (Manuscript II); (iii) to evaluate the efficiency of different residential water treatments methods with regard to the removal of 13 pesticides with distinct physico-chemical characteristics (Manuscript III); and (iv), to clarify the degradation rate of the herbicide fluazifop-P-butyl and the formation and degradation rate of its major metabolites in three different Danish soils (Manuscript IV). According to the results, 60% of the air samples had traces of at least one pesticide. Among the monitored pesticides, the most frequently found were chlorpyrifos, fenpropathrin, atrazine and azoxystrobin. The pesticides with highest concentrations in rural areas were chlorpyrifos, fenpropathrin, malathion and atrazine, with maximum concentrations of 75.8, 73.4, 27.8 and 20.2 ng m−3, respectively. In urban area chlorpyrifos and fenpropathrin were the most frequently detected with maximum concentrations of 16.9 and 15.6 ng m−3, respectively. The water quality evaluation revealed traces of at least one pesticide detected in 100% of the samples. Among the monitored pesticides, the most frequently found were atrazine, azoxystrobin, carbendazim and midacloprid. The pesticides with higher concentrations in drinking water source were azoxystrobin and 2,4-D, with maximum concentrations of 14.3 and 1.94 μg L−1, respectively. In tap water propanil, 2,4-D, quinclorac and bentazone had the higher detected concentrations, with 4.11, 3.78, 2.57 and 1.45 μg L−1, respectively. Regarding the different residential water treatments methods, activated carbon and reverse osmose were 100% efficient for pesticide removal, followed by ion exchange resins and ultraviolet. Membrane filters in general showed low efficiency and should, therefore, not be applied for this purpose. Fluazifop-P-butyl degradation results indicate the very low herbicide persistence in incubated soil under controlled and aerobic conditions. In the degradation pathway sequence fluzifop-P-butyl is followed by fluazifop-p, Compound IV and Compound X. Fluazifopp is the major degradation product, while Compound IV is observed in minor concentrations and Compound X being the most persistent.