Toxicidade refere-se à capacidade de uma determinada substância, produto ou conjunto de substâncias de provocar efeitos danosos aos organismos com os quais entra em contato, incluindo a biomassa de uma unidade de tratamento. Estes efeitos podem se estender desde alterações comportamentais, alteração de crescimento ou reprodução até a morte dos organismos (ARENZON; PEREIRA NETO; GERBER, 2011; GERARDI, 2006).
Um resíduo tóxico ou substância tóxica é um composto que está contido nas águas residuais ou no lodo que tem um efeito deletério sobre organismos vivos. Os resíduos tóxicos são conhecidos por causar toxicidade ou inibição da remoção de DBO carbonácea e da
remoção de DBO nitrogenada em processos de lodos ativados, e inibição da remoção de DBO em digestores anaeróbios e na produção de metano (GERARDI, 2006).
Os efeitos biológicos e/ou químicos de descargas nos processos de lodos ativados têm sido avaliados a partir de dados da literatura para produtos químicos individuais, mas na verdade os efluentes são complexas misturas de produtos químicos com efeitos interativos. O monitoramento da toxicidade de efluentes complexos que entram nos sistemas de tratamento poderia fornecer um sistema de alerta precoce para detectar efluentes suscetíveis a redução do desempenho do processo de tratamento biológico (DALZELL et al., 2002).
A relação carga de intoxicante pela biomassa é um dos fatores operacionais mais importantes quando se fala de toxicidade ao sistema de tratamento biológico. Quanto mais baixa for essa proporção, melhor é a capacidade do processo de tolerar ou tratar um evento tóxico e maior será a quantidade de microrganismos sobreviventes a esse evento (GERARDI, 2006).
Hoffmann; Christofi (2001) também relataram que afluentes tóxicos para a comunidade microbiana podem reduzir a eficácia do tratamento podendo levar inclusive à paralisação total do sistema de tratamento tendo como consequência descargas tóxicas nos corpos receptores, gerando custos elevados para a correção do problema.
Um ensaio de toxicidade deve prever o impacto de uma dada substância tóxica na biocenose do processo de tratamento por lodos ativados. Logo, sua função é proteger o sistema biológico das estações de tratamento de danos causados pelas cargas tóxicas vindas nos efluentes que entram para serem tratados nas estações de tratamento (HOFFMANN; CHRISTOFI, 2001).
A extensão da resposta dos microrganismos presentes no lodo ativado aos compostos tóxicos vai depender da qualidade da população microbiana presente em cada estação de tratamento, sendo uns mais sensíveis que outros para determinado intoxicante (HOFFMANN; CHRISTOFI, 2001).
Richard (2003) cita em seu trabalho que é possível diagnosticar a toxicidade a lodos ativados microscopicamente seguindo a sequência:
1. um “boom” inicial de organismos flagelados;
2. seguido de morte total de protozoários e outras formas de vida mais elevadas; 3. desfloculação da biomassa, frequentemente acompanhada por formação de espuma; 4. diminuição da redução da DBO;
As principais substâncias recalcitrantes a uma depuração biológica são: os pesticidas (acaricidas, algicidas, bactericidas, desinfetantes, fungicidas, herbicidas, inseticidas e raticidas), PCBs (bifenilas policloradas), dioxinas e furanos, hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (PAHs) e estrógenos ambientais, que interferem no sistema do organismo e interagem na transmissão de mensagens químicas (hormônios) (CAVALCANTI, 2009).
1.10.1 Impactos dos resíduos tóxicos ao tratamento
Os impactos dos resíduos tóxicos são muitas vezes complexos e podem afetar os limites legais de lançamento dos efluentes tratados. Podemos citar alguns problemas nas condições operacionais induzidos por toxicidade: diminuição da remoção de DBO ou da eficiência do tratamento; a produção e acúmulo de espuma; custos operacionais aumentados; inibição da floculação microbiana; inibição do processo de nitrificação; inibição de atividades enzimáticas; perda de sólidos finos no efluente do sistema de tratamento biológico; repasse de resíduos tóxicos para os corpos receptores; não atendimento aos padrões de lançamento dos efluentes tratados; produção e acúmulo de nitrito (NO2-) (GERARDI, 2006).
A presença de substâncias tóxicas no afluente pode induzir mudanças de toda a cadeia alimentar do ecossistema de lodos ativados, afetando assim a sua atividade e o desempenho biológico da estação de tratamento de águas residuais (PAPADIMITRIOU et al., 2007).
1.10.2 Indicadores de toxicidade na biomassa
Existem diversos indicadores biológicos, físicos e químicos, de uma biomassa instável por ação da toxicidade em processos de lodos ativados (GERARDI, 2006):
Aumento do valor da relação DQO/DBO;
Aumento na concentração de amônia no efluente;
Aumento da condutividade;
Aumento da concentração de ortofosfato no efluente;
Redução de alguns grupos de protozoários dominantes;
Redução na atividade de protozoários/metazoários;
Redução na quantidade de protozoários/metazoários;
Redução na Taxa Específica de Consumo de Oxigênio (TCOe).
Embora as unidades de tratamento biológico sejam suscetíveis a resíduos tóxicos, os sistemas costumam ser resistentes por terem uma grande diversidade de bactérias que podem permitir a tolerância do sistema ou mesmo degradar certos resíduos tóxicos.
Geralmente os resíduos tóxicos não são específicos, ou seja, não comprometem apenas um grupo de organismos. Com algumas exceções, resíduos tóxicos podem afetar todos os organismos do lodo. No entanto, alguns grupos de organismos podem ser mais suscetíveis a resíduos tóxicos que outros grupos (Figura 1.9) (GERARDI, 2006).
Figura 1.9 – Efeito da toxicidade em microrganismos de lodos ativados
Fonte: Adaptado de Gerardi, 2006.
Em geral, a presença de substâncias tóxicas nos efluentes promove o desaparecimento (ou redução) de algumas espécies de microrganismos, primeiramente de organismos de níveis tróficos superiores, tais como invertebrados e rotíferos, seguido pela
Nematoides de vida livre
Rotíferos Ciliados Natantes Ciliados Rastejantes Ciliados Carnívoros Bactérias dispersas e floculadas Amebas Flagelados Menos resistente Mais resistente
população de protozoários e por último as bactérias (SANT’ANNA, 2010). Com poucas exceções, a toxicidade em unidades de tratamento biológico como processos de lodos ativados atingem todos os organismos (GERARDI, 2006).
Existem dois termos que são utilizados para expressar a toxicidade no processo de tratamento biológico: toxicidade aguda e toxicidade crônica. A toxicidade aguda é a toxicidade que é grave o suficiente para danificar a biomassa dentro de um período relativamente curto de tempo, isto é, menor que 48 horas. Toxicidade crônica é toxicidade que danifica uma biomassa por um período relativamente longo de tempo (GERARDI, 2006).
1.10.3 Toxicidade por óleos e graxas no efluente
Os elevados teores de óleos e graxas nos efluentes a serem tratados em sistemas biológicos atuam como intoxicantes por apresentarem baixa biodegradabilidade e por poderem se acumular no interior dos flocos, fazendo com que estes sejam arrastados no processo de tratamento (CAMMAROTA; FREIRE, 2006). Problemas causados por presença de O&G incluem:
interferência na transferência de oxigênio pela formação de um revestimento lipídico em torno do floco;
prejuízos nas trocas gasosas que ocorrem dentro do tanque de aeração;
podem ser um obstáculo para a sedimentação devido o desenvolvimento de microrganismos filamentosos que impedem a floculação e sedimentação, com consequente perda de biomassa;
desenvolvimento de lodos com atividade pobre;
desenvolvimento de lodo com problemas de flotação;
entupimentos e odores desagradáveis e consequente redução da eficiência do sistema de tratamento (CAMMAROTA; FREIRE, 2006).
1.10.4 Alterações nas concentrações de nutrientes, sólidos suspensos e na condutividade devido à toxicidade
Toxicidade no processo de lodos ativados é uma das várias razões para apresentar uma biomassa instável, que é responsável pelo aumento das quantidades de amônia (NH4+) e ortofosfato (H2PO4- / HPO42-) no efluente de um tanque de aeração (GERARDI, 2006).
As bactérias degradam a matéria orgânica a fim de obter energia para a atividade celular e para seu crescimento. Para manter essas funções adequadamente, nitrogênio e fósforo na forma ionizada e amônia e ortofosfato, são removidos do efluente contido no tanque de aeração durante a degradação da matéria orgânica. No entanto, durante um evento tóxico no tanque de aeração há uma diminuição da atividade celular que ocorre como resultado do dano ao sistema enzimático bacteriano, e essa diminuição na atividade enzimática resulta na diminuição da degradação da matéria orgânica e diminuição na atividade celular e crescimento bacteriano, e com isso há uma diminuição na quantidade de nutrientes removidos do tanque de aeração. Portanto, com o aumento de nutrientes no tanque de aeração, a amônia e o ortofosfato que não foram usados podem ser encontrados no efluente tratado que sai do tanque de aeração (GERARDI, 2006).
Devido a toxicidade enfraquecer ou destruir estruturas bacterianas e afetar negativamente a atividade e a quantidade de protozoários ciliados e metazoários, há um aumento na quantidade de sólidos suspensos totais no efluente do tanque de aeração.
O SST é composto de materiais particulados e crescimentos dispersos, mas também está relacionado com uma grande quantidade de coloides.
Quando as bactérias são afetadas ou morrem durante uma ocorrência de toxicidade, as fibrilas são danificadas e os flocos microbianos tornam-se fracos, já que as fibrilas contribuem para a formação destes flocos mantendo as bactérias unidas, além de removerem sólidos finos presentes no efluente por meio da adsorção. Os flocos que estão enfraquecidos são facilmente quebrados devido a turbulência da aeração existente no tanque, liberando partículas finas no meio (coloides, células dispersas e material particulado) (GERARDI, 2006).
Em relação a condutividade, quando ocorre um evento tóxico em um processo biológico, o valor da condutividade pode ser alterado significativamente em relação aos seus valores normais. Esta diferença pode ocorrer por dois fatores: o primeiro, independente do tipo de resíduo tóxico presente no processo, as bactérias vão ser atingidas e vão morrer devido à toxicidade levando a lise celular, na qual o conteúdo dessas células será extravasado ao meio. Muitos dos resíduos liberados durante a lise contribuem para a mudança de condutividade. Segundo fator, se o composto tóxico é ionizado na sua estrutura ou se dissocia, esse composto tóxico também contribui para a condutividade (GERARDI, 2006). Além disso,
com a determinação da condutividade é possível obter uma estimativa da concentração de sólidos inorgânicos dissolvidos e verificar a influência do efeito osmótico sobre os processos biológicos (GIORDANO; SURERUS, 2015).