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22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina

II-257-RESISTÊNCIA DOS MICRORGANISMOS INDICADORES E.COLI, COLIFAGOS E CLOSTRIDIUM PERFRINGENS FRENTE À AÇÃO DO OZÔNIO COMO DESINFETANTE UTILIZANDO O EFLUENTE SECUNDÁRIO DE ESGOTO SANITÁRIO DA ETE DE LINS-SP.

Luci Sartori(1)

Bacharel e Licenciada em Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFScar), São Carlos-SP. Mestre e Doutoranda em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP).

Luiz Antonio Daniel(2)

Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Professor do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP)

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RESUMO

Esta pesquisa abordou a influência do ozônio na inativação dos microrganismos

indicadores E.coli, Clostridium perfringens e Colifagos de efluentes secundários visando o reuso em agricultura. O efluente utilizado para os ensaios com o ozônio foi proveniente da Estação de Tratamento de Esgoto da cidade de Lins-SP (ETE- Lins), cujo tratamento consiste de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. Foram realizadas 6 carreiras de ensaios (I a VI), cada carreira com 3 ensaios. A concentração de ozônio consumido foi de aproximadamente 6, 10 e 18 mg/L e fixou-se o tempo de contato em 10, 20 e 30 minutos. Para a avaliação da influência da concentração de ozônio consumido e tempo de contato na eficiência de inativação dos microrganismos estudados aplicou-se a metodologia de

superfície de resposta. Os resultados demonstraram que valores de CT superiores a 180 mg/Lmin foram necessários para que o efluente da ETE-Lins atingisse o valor de

na utilização de efluentes sanitários para a irrigação irrestrita. Já para o microrganismo C.perfringens verificou-se relativa resistência à desinfecção com ozônio, sendo que a concentração remanescente desta bactéria permaneceu estável em 104 NMP/100 mL. O mesmo não ocorreu para os colifagos que foram inativados em até 100% para concentração de ozônio de aproximadamente 16 mg/L e tempos de contatos de 10, 20 e 30 min.

PALAVRAS-CHAVE: Clostridium perfringens, colifagos, desinfecção, E.coli, ozônio, reuso.

INTRODUÇÃO

O aumento da demanda por água em virtude do crescimento populacional, somado ao fato das secas prolongadas que algumas áreas tem experimentado nas últimas décadas e as restrições em relação à qualidade da água fazem do reuso uma alternativa a ser considerada no planejamento das atividades humanas. A água residuária, quando apropriadamente tratada e reciclada, é uma alternativa que pode reduzir a demanda de água natural. Para a prática segura da irrigação com águas residuárias, é necessário assegurar que o efluente esteja de acordo com as normas e padrões sugeridos pela OMS (1989). A desinfecção pode fornecer água com qualidade desejada para atividades como agricultura, irrigação ou recarga de aqüíferos.

O reuso de água reduz a demanda sobre os mananciais de água bruta devido à substituição da fonte, ou seja, substituição da água potável por uma de qualidade inferior, tendo em vista a qualidade requerida para o consumo (CROOK, 1993). Apesar de o reuso da água já ser praticado em muitas partes do mundo por séculos, há um número de fatores que tem contribuído para o recente interesse no reuso de águas (ARSANO & LEVINE, 1996). O processo usado para tratamento de esgoto sanitário tem como principal objetivo a remoção da carga orgânica. Entretanto, do ponto de vista bacteriológico estes efluentes podem ainda necessitar de tratamento posterior. A ação principal é a redução da

concentração de organismos patogênicos a níveis aceitáveis, sendo que o grau de

tratamento requerido e a qualidade microbiológica aumentam na medida em que seja mais provável o contato humano.Dentre os agentes de doenças infecciosas associadas com esgoto sanitário podem se citados: diferentes espécies de bactérias (causadoras da febre tifóide, cólera, ascaridiase), vírus (hepatite, poliomielite), protozoários (gastroenterites, diarréia amebiana) e helmintos (ascaridiose, taeniase) (IAWPRC, 1991).

Segundo Diretrizes da OMS, o número de nematóides intestinais não deve exceder a um ovo viável/litro na irrigação de árvores, árvores frutíferas e pastagens. Para irrigação de culturas comestíveis, campos desportivos e parques públicos, foi recomendado que o número de organismos coliformes não excedesse a 1000/100 mL (CROOK, 1993; WHO, 2000; WHO, 1989).

As tecnologias disponíveis para tratamento de esgoto sanitário podem fornecer água de qualidade desejada para atividades como agricultura, irrigação e recarga de aqüíferos. A

desinfecção, que é a destruição seletiva de organismos patogênicos, está entre os processos disponíveis e não implica na esterilização que é a destruição de todos os organismos. O ozônio é um forte agente oxidante e pode proporcionar, além da desinfecção, a remoção de gosto e odor, aumentar a eficiência da coagulação e filtração, remover cor, prevenir o crescimento de algas e oxidar ferro e manganês (USEPA, 1999a).

Este trabalho tem como objetivo verificar a influência do ozônio na inativação de E.coli, Colifagos, Clostridium perfringens de efluentes secundário visando o reuso em agricultura.

MATERIAIS E MÉTODOS

DESCRIÇÃO DA INSTALAÇÃO DE OZÔNIO EM ESCALA DE LABORATÓRIO A unidade geradora de ozônio em escala de laboratório (Fig. 1) é constituída de cilindro de oxigênio, rotâmetro, câmara de refrigeração, gerador de ozônio modelo laboratorial da marca Qualid´or com capacidade para produção de 8gO3/h, frasco lavador onde o excesso de gás é coletado e é preenchido com solução de KI a 2% e câmara de ozonização de seção cilíndrica constituída em PVC, com diâmetro interno de 100 mm e altura total de 2,0 m, fixada em grade metálica com braçadeiras. Na base da coluna há um registro de agulha para ajuste de vazão de ozônio e um para controle da saída do efluente ozonizado.

EFLUENTE

O efluente utilizado foi proveniente da ETE da cidade de Lins – SP, cujo tratamento consiste de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. O efluente era coletado na saída da lagoa facultativa, armazenado em recipientes de plástico e transportados para o campus da Universidade de São Paulo - São Carlos e mantidos em câmara fria até no máximo um período de 24 horas.

DESINFECÇÃO

Foram realizadas 6 carreiras de ensaios (I a VI), cada carreira com 3 ensaios. A

concentração de ozônio consumido utilizado foi de aproximadamente 6, 10 e 18 mg/L e fixou-se o tempo de contato em 10, 20 e 30 minutos.

As concentrações de E.coli foram determinadas utilizando o sistema enzimático Colilertâ . A bactéria esporulada C. perfringens foi enumerada usando técnica de tubos múltiplos, conforme procedimento descrito nas Normas CETESB L5.213. O indicador viral colifagos, que inclui os colifagos somáticos, foram determinados utilizando uma cepa hospedeira de E.coli CIP 55.30 a qual era adicionada em meio de cultura TSA (marca Difco) contendo a amostra a ser analisada, seguindo o procedimento descrito por DAN et al (1996) e adaptado pelo Departamento de Microbiologia do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo.

Figura 1- Esquema da unidade geradora de ozônio em escala de laboratório.

Fonte: Adaptado de BILOTA (2000).

A metodologia de superfície de resposta, segundo BARROS NETO et al. (1995), foi

utilizada para avaliar a influência da concentração de ozônio consumido e tempo de contato na eficiência de inativação dos microrganismos indicadores utilizados.

RESULTADOS

As carreiras I, II e III correspondem aos tempos de contato de 10, 20 e 30 minutos e

concentrações de ozônio consumido de aproximadamente 6, 10 e 18 mg/L. As carreiras IV, V e VI correspondem às réplicas desses ensaios.

Os resultados das seis carreiras de ensaio estão apresentados nas Tabelas 1 a 3, conforme o tempo de contato empregado. Nas Figuras 2 a 4 são apresentadas as superfícies de resposta relacionando o logaritmo da razão de sobrevivência (- logN/No) com a concentração de ozônio e o tempo de contato para os microrganismos E. coli, Colifagos e Clostridium perfringens e porcentagem de inativação de colifagos.

Tabela 1- Inativação de E.coli, colifagos e C.perfringens com ozônio. Tempo de contato de 10 minutos e dose de ozônio consumida de aproximadamente 5,5, 10 e 17 mg/L.

Tempo de contato 10 minutos Carreira IV Tempo de contato 10 minutos (Réplicas) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Microrganismos 5,5 9,9 18,0 5,5 10,0 16,5 E. coli (NMP/100mL) 1,2x105 5,2x102 2,0x102

7,4x10 1,0x105 1,7x103 2,0x102 2,0x102 Colifagos(UFP/100mL) 500 20 0 0 9500 250 50 0 Clostridium perfringens (NMP/100mL) 1,7x105 1,4x104 2,1x104 1,7x104 1,7x106 3,4x104 2,3x104 2,6x104

Tabela 2- Inativação de E.coli, colifagos e C.perfringens com ozônio. Tempo de contato de 10 minutos e dose de ozônio consumida de aproximadamente 5,3, 10 e 16 mg/L.

Carreira II Tempo de contato 20 minutos Carreira V Tempo de contato 20 minutos (Réplicas) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Microrganismos 5,3 10,8 16,2 5,3 11

16,0 E.coli (NMP/100mL) 7,4 x104 5,6x104 2,6x103 3,3x102 3,0 x105 7,4x104 5,3x104 103 Colifagos (UFP/100mL) 1500 250 15 0 1500 250 170,0 0 Clostridium perfringens (NMP/100mL) 1,2x105 2,6x104 3,0x104

4,0x102 2,6x106 1,2x104 3,4x104 1,7x104

Tabela 3- Inativação de E.coli, colifagos e C.perfringens com ozônio. Tempo de contato de 10 minutos e dose de ozônio consumida de aproximadamente 6, 11 e 16 mg/L.

Carreira III

Tempo Contato 30 minutos Carreira VI

Tempo Contato 30 minutos (Réplicas) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Efluente bruto Concentração de O3 consumido (mg/L) Microrganismos 6,6

11,0 16,0 6,0 11,5 16,0 E. coli (NMP/100mL) 7,1x107 3,9x104 2,3x104 2,8x102 5,1 x105 1,7x103 2,0x102 5,2x102 Colifagos(UFP/100mL) 1550 550 50 0 950 50 0 0

Clostridium perfringens (NMP/100mL) 4,0x105 1,7x104 1,6x104 9,0x103 4,0x105 3,0x103 5,0x103 1,4x104

FIGURA 2 Superfície de resposta para o microrganismo E. coli relacionando tempo, concentração e (-log N/N0).

FIGURA 3- Superfície de resposta para o microrganismo Clostridium perfringens relacionando tempo, concentração e (-log N/N0).

FIGURA 4- Superfície de resposta para o microrganismo colifagos relacionando tempo, concentração e eficiência de inativação (%).

E. coli (Figura 2): as maiores eficiências de inativação tendem para as extremidades da curva, ou seja, a dose consumida de aproximadamente 6 mg/L de ozônio e tempo de contato de 30 minutos (C.T = 180 mg/L.min) e a dose consumida de aproximadamente 18 mg/L de ozônio e tempos de contato de 10 e 30 minutos (C.T = 180 e 540 mg/L.min

respectivamente) onde obteve-se 3 log de inativação. Para os tempos de contato próximos a 20 minutos, para todas as doses consumida verifica-se declínio na eficiência de inativação. Clostridium perfringens (Figura 3): verifica-se que os valores de eficiência de inativação foram ligeiramente maiores para a concentração de ozônio aplicado de aproximadamente 17 mg/L, aumentado para maiores tempos de contato. Também, em media, observa-se que a população dessa bactéria não foi sensível ao tempo de contato de 20 minutos como a bactéria E.coli, visto que a concentração da bactéria C. perfringens foi reduzida de 1,3 a 2 log.

colifagos (Figura 4): observa-se predominância da concentração de ozônio em relação ao tempo de contato na eficiência de inativação. Para a dose consumida de ozônio entre 16 e 18 mg/L houve 100% de inativação para os tempos de contato de 10, 20 e 30 minutos. Os resultados da inativação dos organismos indicadores pelo ozônio (Tabelas 1 e 2 e Figuras 2 a 4) demonstram que houve variação na concentração dos microrganismos após a aplicação de ozônio e que a eficiência de inativação diminuiu quando o tempo de contato foi de 20 minutos. Esta diminuição na eficiência foi observada nas 6 carreiras de ensaio para E.coli, principalmente para a dose de ozônio consumida de aproximadamente 6 mg/L e que com o aumento da concentração de ozônio consumido esta tendência diminui. Em relação aos colifagos estes foram 100% eliminados para a concentração de ozônio de aproximadamente 16 mg/L para os três tempos de contato estudados, e em alguns casos obtiveram 99% de inativação.

A IAWPRC (1991) cita os colifagos como uma estimativa razoável da resistência de vírus. Para estes experimentos a população de colifagos apresentou-se mais sensível ao ozônio do que a bactéria E. coli. O mesmo fato foi observado por TYRRELL et al. (1995) que

verificaram que a inativação da população viral (representada pelos colifagos) foi maior que a bactérias coliformes quando utilizaram ozônio como desinfetante.

A concentração de E. coli foi diminuída em 23,7% a 99,99% e as concentrações

remanescentes ficaram entre 74,0 e 7,38x104 NMP/100 mL (Tabelas 1 e 2).Para a irrigação irrestrita com águas residuárias é recomendado que o número de coliformes fecais não exceda a 103 NMP/100 mL (WHO, 1989). Esse valor foi alcançado quando se usou a concentração de ozônio consumido de 10 mg/L e tempo de contato de 10 minutos (C.T= 100 mg/L.min) e concentração de ozônio consumido de 16 mg/L e tempos de contato de 10, 20 e 30 minutos (C.T= 160, 320 e 480 mg/L.min respectivamente).

Essa variação de C.T é um ponto importante para ser discutido, pois pela teoria e prática com outros desinfetantes, a eficiência é mantida quando C.T é constante. Para o ozônio, pelo menos com os resultados e analises até o momento realizados, isso não é confirmado.

Como na carreira de ensaio I (Tabela 1) a concentração de ozônio consumido de

aproximadamente 6 mg/L e tempo de contato de 10 minutos apresentou valor remanescente de E. coli de 520 NMP/100 mL e que na carreira de ensaio IV (Tabela 1) para as mesmas condições o valor remanescente foi de 1660 NMP/100mL não considerou-se essa

concentração.

Embora para a bactéria esporulada C. perfringens a eficiência de inativação dos organismos tenha sido de 75 a 99,67% observou-se relativa resistência desses organismos à desinfecção como ozônio. A população remanescente dessa bactéria permaneceu estável

(aproximadamente 104) mesmo com o aumento do tempo de contato e da quantidade de ozônio consumido.

CONCLUSÕES

Os resultados demonstram que a inativação do indicador viral colifagos foi maior em comparação aos microrganismos E coli e C.perfringens. A IAWPRC (1991) cita os colifagos como uma estimativa razoável da resistência de vírus. Nestes experimentos a população de colifagos apresentou-se mais sensível a ação do ozônio que as bactérias E.coli e Clostridium perfringens.

A E.coli apresentou concentrações remanescentes entre 74 e 104 NMP/100mL e para a utilização desse efluente na irrigação irrestrita, valores de CT de 100, 160, 320 e 480 mg/L.min foram necessários.

A inativação de C.perfringens, a redução não foi significantemente maior com o aumento do tempo de contato e da dose de ozônio consumido. O número de bactérias remanescentes permaneceu estável na ordem de 103 a 104 NMP/100mL, observando resistência desses microrganismos à desinfecção com ozônio.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Fapesp pela concessão de bolsa de doutorado. (Processo no 00/08253-5)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BARROS NETO,B.; SCARMINIO,I.S.; BRUNS,R.E. (1995). Planejamento e otimização de experimentos. Editora Unicamp, p.291, Campinas-SP.

BILOTTA, P. (2000). Estudo comparativo da ação do ozônio e radiação UV na desinfecção de esgoto sanitário. São Carlos Dissertação (mestrado)- Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL –

CETESB.(1993)- Coliformes Totais e Fecais - Determinação pela água pela técnica de tubos múltiplos. São Paulo: CETESB, 39 p. Norma no L5 202.

CROOK, J. (1993). Critérios de qualidade da água para reuso. Revista DAE, no 174, nov/dez. Trad. De Hilton Felício dos Santos.

DAN,F.S.; NGEOW,Y.F.; WANG,C.W. (1996). Coliphage Field Kit: Technical Final Report. Disponível em: http://www.idrc.ca/library/document/106339/index_e.html. Acesso em:10/08/2001.

IAWPCR-Study Group on Health Rekated Water Microbiology. (1991). Bacteriophages as Model Viruses in Water. Wat. Res., V.25, n.5, pp.529-545.

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