22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
I-102-AVALIAÇÃO FÍSICA, QUÍMICA E TOXICOLÓGICA DO SEDIMENTO PRODUZIDO EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETAs) PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO
Adilson Ben da Costa(1)
Professor/Pesquisador da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC). Mestre em Química Analítica Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Doutorando em Química Analítica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM).
Lilian Rodrigues de Lima
Química Industrial pela Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC). Agente Técnico de Saneamento.
Eduardo A. Lobo
Professor Titular/Pesquisador da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC). Doutor em Ciências Aquáticas pela Universidade de Tóquio – Japão.
Débora Monteiro Brentano
Acadêmica do Curso de Ciências Biológicas da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC). Bolsista do programa PIBIC – CNPq.
Endereço(1): Universidade de Santa Cruz do Sul, Departamento de Biologia, Av.
Independência, 2293 – Santa Cruz do Sul – RS – CEP: 95860-000 – Brasil – Tel: +55 (51) 3717 7519 – Fax: +55 (51) 3717 7530 – e- mail: [email protected]
RESUMO
O fornecimento de água tratada (potável) à população é uma medida de saneamento fundamental para assegurar a erradicação de doenças de veiculação hídrica, sobretudo com a crescente sobrecarga das águas superficiais, principalmente nas proximidades de zonas urbanas e/ou industriais. Contudo, os resíduos produzidos pelas estações de tratamento de
águas (ETAs), principalmente o sedimento dos tanques de decantação e filtração, são habitualmente descartados no próprio manancial de captação de água sem tratamento prévio. Neste contexto, o objetivo principal deste estudo foi avaliar as características físicas (umidade, sólidos totais fixos e sólidos totais voláteis), químicas (Fe, Al, Cu, Mn, Ni, Zn e Cu) e toxicológicas (teste ecotoxicológico com Daphnia magna) do sedimento produzido em duas ETAs, de modo a levantar informação científica básica para estudos futuros que visem o tratamento e disposição final destes resíduos. Entre todos os metais determinados, apenas a concentração de ferro não indicou diferença significativa entre as amostras analisadas. Entretanto, concentrações significativamente superiores de zinco, cobre,
alumínio, níquel e cromo foram identificadas na amostra do sedimento coletado na ETA-2. Além disto, a água intersticial do sedimento de ambas as ETAs é extremamente tóxica ao microcrustáceo Daphnia magna (sendo que a ETA-2 apresentou-se mais tóxico). Desta forma, faz-se necessária a reavaliação dos procedimentos atualmente utilizados no descarte deste tipo de resíduo, buscando processos sustentáveis de tratamento e disposição final. PALAVRAS-CHAVE: Sedimento de ETA, Toxicidade, Metais.
INTRODUÇÃO
O fornecimento de água tratada (potável) à população é uma medida de saneamento fundamental para assegurar a erradicação de doenças de veiculação hídrica, sobretudo com a crescente sobrecarga das águas superficiais, principalmente nas proximidades de zonas urbanas e/ou industriais.
Considerando os diferentes níveis de comprometimento da qualidade das águas superficiais, os sistemas de tratamento utilizados podem ir desde simples processos de filtração e desinfecção, até unidades completas de tratamento de águas as quais utilizam tipicamente processos unitários de coagulação, floculação, decantação, filtração,
desinfecção e fluoretação. Desta forma, a qualidade da água bruta define a quantidade de insumos e as etapas de tratamento necessárias para torná- la adequada ao consumo humano, e conseqüentemente as características dos resíduos gerados.1 Na tabela 1 pode-se observar a diversidades de reagentes utilizados em ETAs, bem como sua finalidade.
Tabela 1. Principais reagentes utilizados em estações de tratamento de águas.1
Função Reagentes Ajuste de pH Ácido clorídrico Ácido sulfúrico Hidróxido de cálcio Coagulação Cloreto férrico Sulfato de alumínio Desinfecção Cloro Fluoretação
Flúor-silicato de sódio
Remoção de sabor, odor e oxidação Permanganato de potássio
Controle de algas Sulfato de cobre
Remoção de sabor e compostos orgânicos Carvão ativo
Segundo Richter,1 o principal resíduo gerado pelas ETAs são os sedimentos resultantes da coagulação da água bruta, acumulado nas unidades de decantação (60 a 95%) e de filtração da estação (5 a 40%).
Apesar de diversos estudos1,2 terem sido desenvolvidos visando avaliação quantitativa e qualitativa deste tipo de resíduo, pouco se conhece quanto às suas características
toxicológicas. Estudos ecotoxicológicos são importantes na caracterização complementar de águas (efluentes líquidos e águas naturais), pois a concentração das substâncias químicas, potencialmente tóxicas em uma amostra, muitas vezes é inferior ao limite de detecção de métodos analíticos convencionais.3 Assim, testes ecotoxicológicos reduzem as limitações encontradas nas análises físicas e químicas, fornecendo informações diretas sobre o perigo potencial de um resíduo para a biota aquática.4
Além disto, à grande diversidade de substâncias químicas (orgânicas e inorgânicas) numa amostra, torna inviável a sua completa caracterização física e química, não só do ponto de vista analítico como econômico. Mesmo quanto uma grande quantidade de variáveis físicas e químicas são determinadas em uma amostra, os resultados analíticos dificilmente
fornecem informações de efeito sinérgico. O sinergismo é um fenômeno que explica que a toxicidade da mistura das substâncias químicas presentes na amostra é maior do que espera-se pela simples soma da toxicidade destas.5
Neste contexto, o objetivo principal deste estudo foi avaliar as características físicas, químicas e toxicológicas do sedimento produzido em estações de tratamento de águas (ETAs), de modo a levantar informação científica básica para estudos futuros que visem o tratamento e disposição final destes resíduos.
MATERIAIS E MÉTODOS AMOSTRAGEM
Para o desenvolvimento deste estudo foram coletadas amostras do sedimento retido nos tanques de decantação de duas ETAs, identificadas como ETA-1 e ETA-2, após 30 dias de operação.
A ETA-1 utiliza processos unitários de floculação, decantação, filtração, cloração e fluoretação, apresentando uma capacidade de tratamento de 120 L h-1. Já a ETA-2, além dos processos unitários utilizados na ETA-1, utiliza pré-cloração e pré-alcalinização, apresentando uma capacidade de tratamento de 429 L h-1. As ETAs captam água bruta de rios diferentes, e ambas utilizam sulfato de alumínio como floculante.
As amostras foram coletadas com auxílio de uma draga de Peterson, em 16 pontos
distribuídos sobre a superfície das unidades de decantação de cada ETA (2 decantadores da ETA-1 e 3 da ETA-2). Volumes iguais (100 mL) destas sub-amostras foram
homogeneizadas para preparação de amostras compostas, representativa de cada ETA. ANÁLISE DAS AMOSTRAS
As variáveis físicas e químicas consideradas para este estudo foram, umidade, sólidos totais fixos, sólidos totais voláteis e metais (Al, Fe, Mn, Cu, Ni, Zn e Cr), os quais foram
analisados em 5 replicatas. Visando fornecer informações complementares à caracterização física e química das amostras, testes de toxicidade utilizando o microcrustáceo Daphnia magna Straus (Fig. 1) como organismo teste foram realizados.
Os sólidos totais fixos e voláteis foram determinados por gravimetria, utilizando-se 2 g de amostra e aquecimento a 105 oC para determinação de sólidos totais, e 500 oC para determinação da fração fixa e volátil.6 A determinação de metais foi realizada por
espectrometria de absorção atômica com sistema de atomização por chama.3 O tratamento das amostras foi realizado por decomposição assistida por microondas, em sistema fechado, utilizando 100 mg de amostra, 500 m L de HF, 500 m L de HNO3 e 200 m L de H2O2, adaptado de Flores (1997).7
O organismo teste Daphnia magna, foi cultivado em laboratório segundo a norma ISO 6341 (1989)8. Como amostra foi utilizada a água intersticial dos sedimentos, deparada por decantação.
Os organismos foram submetidos a testes agudos, com duração de 48h, em que se determinou a concentração efetiva inicial mediana, CE(I)50 48h, determinando a
concentração de amostra no início do ensaio, que causa efeito agudo a 50% dos organismos em 48h, nas condições de ensaio. A CE(I)50 48h foi calculada utilizando-se os métodos estatísticos Probit Method para dados paramétricos e Trimmed Sperman-Karber para dados não paramétricos. 9, 10
Os resultados receberam tratamento estatístico, trabalhando-se com a medida de tendência central entre as amostras da ETA-1 e da ETA-2. Para comparação das mesmas utilizou-se o teste U de Mann-Whitney. Trabalhou-se com níveis de 5% de significância.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados de sólidos totais indicaram diferenças significativas entre o sedimento da ETA-1 e ETA-2, que apresentaram concentrações de 9,3 e 15,8%, respectivamente (Fig. 2). Estes resultados alertam para a elevada umidade deste resíduo, justificando a utilização de sistemas de adensamento natural ou mecânico (filtro prensa, centrifuga ou filtros rotativos) deste sedimento, possibilitando a recuperação da água e dos insumos utilizados.11
Figura 2: Comparação entre as concentrações de sólidos totais fixos (STF) e voláteis (STV), e umidade das amostras de sedimento das ETAs pesquisadas.
A elevada concentração de metais (Fig. 3 e 4), principalmente alumínio e ferro, também justificam a utilização de procedimentos de tratamento e reciclagem deste resíduo, como o proposto por Carrión (1984)12 obtendo recuperações de até 90% do sulfato de alumínio. Além disto, cabe ressaltar que os resultados de metais estão expressos em peso úmido, ou seja, a adoção de procedimentos de adensamento deste resíduo podem aumentar
significativamente a concentração destes elementos.
Entre todos os metais determinados, ape nas a concentração de ferro não indicou diferença significativa entre as amostras analisadas. Entretanto, concentrações significativamente superiores de zinco, cobre, alumínio, níquel e cromo foram identificadas na amostra do sedimento coletado na ETA-2.
Figura 3: Comparação entre as concentrações médias (± desvio padrão) de alumínio, ferro e manganês (base em peso úmido) das amostras de sedimento das ETAs pesquisadas.
Figura 4: Comparação entre as concentrações médias (± desvio padrão) de cobre, níquel zinco e cromo (base em peso úmido) das amostras de sedimento das ETAs pesquisadas. Esta diferença significativa na composição dos sedimentos deve-se, provavelmente, às características físicas e químicas da água dos mananciais de captação, implicando assim na necessidade de utilização de quantidades diferentes de insumos durante o processo de tratamento da água.
Os resultados dos testes ecotoxicológicos apontam para uma maior toxicidade na água intersticial do lodo da ETA-2, em relação à ETA-1, conforme figura 5.
A água intersticial do sedimento de ambas as ETAs é extremamente tóxica ao
microcrustáceo Daphnia magna, fato possivelmente explicado pela elevada concentração de metais, potencialmente tóxicos, no sedimento. Além disto, a maior toxicidade apresentada pelo sedimento da ETA-2, pode ser explicada pelo uso de processos de pré-cloração, produzindo um sedimento com sub-produtos do cloro, entre eles trialometanos, reconhecidamente tóxicos e carcinogênicos.13
Figura 5: Comparação entre os resultados de CE(I)50 48h para as ETAs pesquisadas. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados deste estudo indicaram uma elevada concentração de metais no sedimento gerado pelas ETAs pesquisadas, principalmente ferro e alumínio, justificando o
desenvolvimento e adoção de tecnologias (economicamente viáveis) que possibilitem a reciclagem destes resíduos. Além disto, a toxicidade da água intersticial destes sedimentos
alerta para a necessidade da imediata adoção de processos sustentáveis de tratamento e disposição destes, especialmente no que diz respeito àquele gerado por ETAs que utilizam processos de pré-cloração.
AGRADECIMENTO
Os autores desejam expressar seus agradecimentos à CAPES, CNPq, FAPERGS e ao Curso de Química da Universidade de Santa Cruz do Sul.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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