AVALIAÇÃO DA PRESENÇA DE MICROPLÁSTICOS EM EFLUENTE
GERADO POR ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO (ETE)
Aluno: Maria Clara Tavares Martins Orientador: Renato S. Carreira
Introdução
Com o aumento da produção de plástico no mundo, a sua disposição final tem sido amplamente discutida e se tornou um grande problema ambiental que apresenta inúmeros efeitos negativos para o meio ambiente. Nas últimas décadas, o problema dos microplásticos no meio ambiente, principalmente no ambiente marinho, se tornou uma área de pesquisa emergente.
O microplástico é descrito como fragmentos de plásticos de dimensões menores do que 05 (cinco) mm pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) e o nanoplástico é considerado com tamanho abaixo de 300 μm. As fontes de microplástico são diversas e incluem microesferas utilizadas em produtos de cuidado pessoal, pellets que são utilizados como matéria prima para indústrias de produtos plásticos, fibras provenientes de roupas e tecidos sintéticos ou de linhas de pesca, partículas derivadas da degradação de produtos de plásticos (macroplásticos), filtro de cigarro, entre outras.
Partículas como as microesferas e fibras citadas anteriormente, podem ser descartadas através do esgoto e assim entram no sistema de tratamento de esgoto. Porém, por causa do pequeno tamanho dessas partículas, é provável que o sistema de tratamento de esgoto não consiga reter todas as partículas de microplásticos do efluente final e, eventualmente, elas são descartadas no meio ambiente.
Muitos estudos mostram os efeitos negativos do microplástico no meio ambiente aquático. Eles colocam as vidas dos organismos vivos em risco, já que são confundidos com fontes de alimento e ao serem ingeridos bloqueiam o sistema digestivo, reduzindo sua reserva de energia e podem causar danos em outras funções fisiológicas (Wright et al., 2013). Além disso, os microplásticos podem atingir organismos menores, como os do plâncton e organismos filtradores (Browne et al., 2008; Cole et al., 2013) e isso pode afetar diretamente a base da cadeia alimentar.
Muitas pesquisas são desenvolvidas sobre a poluição de microplásticos no meio ambiente marinho, porém são poucas as pesquisas sobre microplásticos descartados por efluentes de estações de tratamento de esgoto (ETEs). Esse estudo busca detectar, caracterizar e quantificar os microplásticos presentes no efluente proveniente da Estação de Tratamento de Esgoto do Rio de Janeiro, a ETE Foz Águas 05 de Deodoro.
Objetivos
Esse projeto tem como objetivo principal apresentar informações sobre a abundância, distribuição, composição e classificação dos microplásticos no efluente de esgoto bruto da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Foz Águas 05 de Deodoro e do material retido na etapa de peneiramento do tratamento feito na mesma ETE.
Como objetivo secundário, pretende-se, durante esse estudo, aperfeiçoar a técnica de quantificação e mensuração das partículas de microplásticos através de processamento digital de imagem (programa Fiji), assim, facilitando trabalhos futuros nessa área.
Justificativa
Com base em alguns estudos feitos (Carr et al.,2016; Mason et al., 2016; Sutton et al., 2016), as suspeitas de que as estações de tratamento de esgoto (ETEs) são fontes de microplásticos e os transportam para o meio ambiente, são verdadeiras.
A presença desses microplásticos, normalmente é associada aos cosméticos e produtos de cuidado pessoal que possuem polímeros em sua composição. Esses produtos são utilizados diariamente por pessoas do mundo todo, com isso, são drenados para o esgoto e, consequentemente, passam pelas ETEs.
Esse esgoto pode receber o tratamento secundário ou terciário, dependendo do tratamento que cada ETE utiliza. Porém, alguns estudos mostram que essas partículas de microplásticos são pequenas o suficiente para passarem por todas as etapas do tratamento (Duis et al., 2016), e acabam sendo descartadas, através do efluente final da ETE, no meio ambiente.
Eventualmente, algumas partículas de microplástico podem ser retidas ao longo do tratamento do esgoto, por exemplo, se possuírem uma alta densidade pode ocorrer sedimentação dessas partículas, outra forma seria se outros materiais entupissem as telas e dessa forma os microplásticos também seriam capturados (Duis et al., 2016).
Contudo, isso não elimina o fato de que partículas menores têm capacidade de passar pelo tratamento tanto terciário quanto secundário do esgoto, chegando ao meio ambiente.
Assim, a análise dos microplásticos em estações de tratamento de esgoto é de grande importância para o entendimento dessa nova classe de poluentes, é interessante descobrir quais são os tipos de microplásticos, quais são os caminhos que percorrem e qual é o seu destino final.
Informações como estas podem auxiliar engenheiros sanitários e ambientais e cientistas a melhorar esses processos de tratamento para gerenciar ou eliminar os microplásticos, evitando assim que este poluente chegue ao meio ambiente e provoque riscos aos organismos vivos que ali habitam.
De acordo com alguns artigos, microplásticos podem ser confundidos com fontes de alimentos e ingeridos por esses organismos (Wright et al.,2013) dependendo do tamanho da
partícula, se muito pequenas podem atingir também organismos planctônicos e filtradores (Browne et al., 2008; Cole et al., 2013).
Além disso, por conta da hidrofobicidade e também pela proporção entre o volume de partículas de microplásticos e a área de superfície, ocorre sorção de poluentes orgânicos persistentes como hidrocarbonetos policíclicos aromáticos por essas partículas plásticas (Teuten et al., 2007).
Dessa forma, quando os organismos ingerem os microplásticos ficam expostos a poluentes orgânicos persistentes, o que causa danos adicionais à saúde desses organismos, visto que esses poluentes podem apresentar níveis diversos de toxicidade dependendo de sua composição.
Metodologia
A Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) onde foi realizada a coleta das amostras é a Foz Águas 05 de Deodoro. Esta ETE se localiza no bairro de Deodoro e possui um fluxo de entrada médio de esgoto de 400 L/s (quatrocentos litros por segundo), entre os bairros atendidos por essa ETE estão Deodoro, Vila Militar, Padre Miguel, Sulacap, Magalhães Bastos, Pátio Bangu. Ainda, o esgoto bruto que entra na Estação de Tratamento de Esgoto recebe influência da água de drenagem dos bairros nas proximidades, assim o mesmo se encontra diluído por conta dessa influência.
O efluente final da ETE Foz Águas 05 de Deodoro é despejado no Rio Acarí que se encontra próximo à estação de tratamento de esgoto.
Os horários de pico (horários com maior vazão de entrada de esgoto bruto) desta ETE são de 07h00min as 08h00min, de 13h00min as 13h30min e de 19h00min até 20h00min.
Para este estudo foi coletada uma amostra no dia 04 de maio de 2017 diretamente do efluente de esgoto bruto na ETE Foz Águas 05 de Deodoro com o auxílio de baldes e cordas, coletando assim 40 (quarenta) litros de esgoto bruto.
Figura 1 – (a) Local de entrada do esgoto bruto na ETE Foz Águas 05 de Deodoro; (b) Coleta de 40 litros de esgoto bruto e peneiramento realizado no local.
(a) (b)
Figura 2 - Peneiramento dos 40 litros de esgoto bruto coletados nas peneiras de malhas 4,75mm, 300 μm e 125 μm.
Além da amostra de esgoto bruto, foi coletado material sólido que é retido nas peneiras industriais de 03 (três) mm que são utilizadas no processo de tratamento de esgoto na ETE em questão.
O método que será utilizado em laboratório para a análise desses microplásticos coletados nas amostras, seguirá o método proposto pela NOAA (Laboratory Methods for the Analysis of Microplastics in the Marine Environment, 2015).
As amostras foram filtradas em peneiras de aço inoxidável, medindo 08 (oito) polegadas de diâmetro e 02 (duas) polegadas de profundidade, nas malhas de 4,75 mm, de 0,3 mm (número 50) e de 0,125 mm (número 120), e durante essa filtração as amostras foram rinsadas com água deionizada que auxilia na peneiração do material. Os microplásticos retidos na peneira de 4,5 mm foram guardados e os que ficaram retidos na peneira 0,3 mm e 0,125 mm estão sendo utilizados para a análise.
Os materiais retidos nos intervalos de 4,75 mm até 0,3 mm e de 0,3 mm até 0,125 mm foram secos na estufa por 24 horas para determinar a massa do material sólido.
Para a remoção da matéria orgânica presente, o material foi submetido à oxidação com peróxido úmido (WPO- Wet Peroxide Oxidation), que é feita com uma solução de 35% de peróxido de hidrogênio na presença de um catalisador de Fe (II), a solução utilizada foi aquosa de sulfato de Fe II com 0,05M, assim essa oxidação elimina a matéria orgânica presente e deixa o material plástico intacto.
Figura 3- Oxidação da amostra com peróxido de hidrogênio e solução de Fe II .
Após essa etapa, as amostras foram transferidas para as peneiras e foram secas em temperatura ambiente, por um período de 24 (vinte e quatro) horas.
Em seguida, está sendo realizada a separação por densidade dos detritos plásticos, onde se utiliza uma solução de 5M de NaCl como meio separador. Para esta separação, um funil é utilizado com uma mangueira adaptada de silicone na sua extremidade inferior, ainda, são utilizadas garras metálicas como válvulas para manipular a saída da mangueira. Nesta etapa a separação ocorre, pois os microplásticos possuem uma densidade menor do que a solução de NaCl , ou seja, ficam na parte superior do funil (flutuam), já o restante dos materiais, que são mais densos, se depositam na parte inferior da mangueira. Para que essa separação ocorra com uma maior eficiência esse esquema é deixado em repouso um dia.
Figura 4 - Separação por densidade com solução de 5 M de NaCl.
Figura 5 – Material mais denso que o meio na parte inferior do esquema funil – mangueira e o material menos denso, material flutuante, na parte superior do funil.
Por fim, todo material flutuante foi transferido para as peneiras (malha 300 μm ou 125 μm) e o funil de separação foi lavado repetidas vezes com água destilada para assegurar a transferência dos microplásticos. A peneira foi então coberta com papel alumínio e mantida na bancada para secagem do material a temperatura ambiente. Posteriormente o material foi transferido para Vials de 12 (doze) e/ou 04 (quatro) mL. Esses Vials foram previamente pesados em balança
analítica para o cálculo de massa dos microplásticos presentes em cada amostra para triagem posterior em lupa microscópica.
Depois desses processos, com o auxílio de um microscópio com aumento de 40X e de pinças, os microplásticos serão classificados em diversas categorias, que serão determinadas ao longo da análise. Será necessário, também, identificar os polímeros presentes em cada categoria através do método de espectroscopia de infravermelho.
Finalmente, os microplásticos serão quantificados e dimensionados, utilizando fotos feitas em uma lupa com aumento de 40X e uma macro, previamente criada, no programa Fiji. Resultados Alcançados e Esperados
Os resultados da pesagem, feita em triplicata e em balança analítica, das amostras que foram submetidas às etapas de peneiramento, secagem em estufa, tratamento com peróxido de hidrogênio e separação por densidade estão especificados nas tabelas a seguir:
Tabela 1- Cálculo peso das amostras na etapa após peneiramento e secagem na estufa. Etapa: Após peneiramento e secagem na estufa.
Esgoto Bruto
Amostra Tamanho de 4,75 mm até 300 μm Amostra Tamanho de 300 μm até 125 μm Peso Médio Béquer 600 mL (g) 199,984 Peso Médio Béquer 600 mL (g) 186,0586 Peso Médio de Béquer + Amostra Seca (g) 200,5248667 Peso Médio de Béquer + Amostra Seca (g) 186,7322
Peso Amostra Seca (g) 0,540866667 Peso Amostra Seca (g) 0,6736
Material Intermediário
Amostra Tamanho de 4,75 mm até 300 μm Amostra Tamanho de 300 μm até 125 μm Peso Médio Béquer 600 mL (g) 183,7494 Peso Médio Béquer 600 mL (g) 191,3224 Peso Médio de Béquer + Amostra Seca (g) 303,55 Peso Médio de Béquer + Amostra Seca (g) 192,7376
Peso Amostra Seca (g) 119,8006 Peso Amostra Seca (g) 1,4152
Tabela 2 - Cálculo peso das amostras na etapa após oxidação com peróxido e solução de ferro e secagem a temperatura ambiente nas peneiras.
Etapa: Após oxidação com peróxido e solução de ferro e secagem a temperatura ambiente nas peneiras. Esgoto Bruto
Amostra Tamanho de 4,75 mm até 300 μm Amostra Tamanho de 300 μm até 125 μm Peso Médio Vial 12 mL (g) 10,78208667 Peso Médio Vial 12 mL (g) 8,50049 Peso Médio de Vial+ Amostra Seca (g) 11,18394 Peso Médio de Vial + Amostra Seca (g) 9,05461
Tabela 3 - Cálculo peso do material flutuante na etapa de separação com solução NaCl após secagem a temperatura ambiente nas peneiras.
Tabela 4 - Cálculo peso do material denso na etapa de separação com solução NaCl após secagem a temperatura ambiente nas peneiras.
Etapa : Após separação com solução de NaCl e secagem a temperatura ambiente na peneira. Esgoto Bruto (Material Denso)
Amostra Tamanho de 4,75 mm até 300 μm
Peso Médio Vial 4 mL (g) 5,464113333 Peso Médio de Vial+ Amostra Seca (g) 5,748796667
Peso Amostra Seca (g) 0,284683333
Assim, foi obtida uma massa do material flutuante, considerado microplástico (Tamanho de 4,75 mm até 300 μm), de 0,103673 gramas para 40 litros de esgoto bruto coletado. Para o material flutuante de tamanho entre 300 μm até 125 μm, considerado nanoplástico, foi obtido um valor de massa em gramas de 0,09429 para 40 litros de esgoto bruto coletado.
Figura 6 – Amostra de esgoto bruto, tamanho entre 4,75 mm até 300 μm, obtida após etapa de separação por densidade e secagem a temperatura ambiente na peneira de 300 μm.
Etapa : Após separação com solução de NaCl e secagem a temperatura ambiente nas peneiras. Esgoto Bruto (Microplásticos)
Amostra Tamanho de 4,75 mm até 300 μm Amostra Tamanho de 300 μm até 125 μm Peso Médio Vial 4 mL (g) 5,476446667 Peso Médio Vial 4 mL (g) 5,571053333 Peso Médio de Vial+ Amostra Seca (g) 5,58012 Peso Médio de Vial + Amostra Seca (g) 5,665343333
Figura 7 - Amostra de esgoto bruto, tamanho entre 300 μm até 125 μm, obtida após etapa de separação por densidade e secagem a temperatura ambiente na peneira de 125 μm.
Com esses dados, foi possível estipular uma vazão de microplásticos e de nanoplásticos que entram na ETE de Foz Águas 05 de Deodoro, de respectivamente 89,57 kg/L e 81,47 kg/L. Esses dados foram obtidos a partir das seguintes tabelas:
Tabela 5 – Tabela com valores estimados para a vazão de entrada de microplásticos na ETE Foz Águas 05 de Deodoro.
Esgoto Bruto (Amostra 4,75mm até 300 μm)
Massa de Microplásticos (g) 0,103673333 Litros de Esgoto Bruto Coletado (L) 40 Concentração de Microplásticos (g/L) 0,002591833 Vazão de Esgoto Bruto na ETE (L/s) 400 Vazão em Massa de Microplásticos (g/s) 1,036733333 Vazão em Massa de Microplásticos (g/h) 3732,24 Vazão em Massa de Microplásticos (kg/h) 3,73224 Vazão em Massa de Microplásticos (kg/dia) 89,57376
Tabela 6 - Tabela com valores estimados para a vazão de entrada de nanoplásticos na ETE Foz Águas 05 de Deodoro.
Esgoto Bruto (Amostra 300 μm até 125 μm)
Massa de Nanoplástico (g) 0,09429 Litros de Esgoto Bruto Coletado (L) 40 Concentração de Nanoplásticos (g/L) 0,002357 Vazão de Esgoto Bruto na ETE (L/s) 400 Vazão em Massa de Nanoplásticos (g/s) 0,9429 Vazão em Massa de Nanoplásticos (g/h) 3394,44 Vazão em Massa de Nanoplásticos (kg/h) 3,39444 Vazão em Massa de Nanoplásticos (kg/dia) 81,46656
Porém, para ter certeza que o material flutuante obtido na etapa de separação por densidade é realmente microplástico ou nanoplástico, se faz necessária à caracterização do
mesmo em diversas categorias e, posteriormente, a realização do método de espectroscopia de infravermelho de cada categoria. Com esse procedimento será possível identificar o tipo de plástico que constitui esse material e se realmente é um material plástico.
São esperados em efluentes de esgoto, então, resultados de microplásticos com classificações de fibras (provenientes de roupas sintéticas ou tecidos sintéticos), microesferas utilizadas em produtos para cuidado pessoal, fragmentos degradados de macroplásticos.
De acordo com os estudos feitos nessa área, a maioria dos microplásticos encontrados em estações de tratamento de esgoto, são fibras e fragmentos (Duis et al., 2016; Sutton et al., 2016 ; Browne et al.,2011; Mason et al., 2016).
As quantidades de partículas de microplásticos podem variar de acordo com o local de estudo. Nas estações de tratamento da Baía de São Francisco, na Califórnia E.U.A., a média encontrada foi de 0,086 partículas de microplástico por litro chegando a uma estimativa de média de 07 (sete) milhões de partículas por dia descartadas por 08 (oito) estações de tratamento dessa Baía. Nesse estudo, 80% dessas partículas eram classificadas como fibras e 17% como fragmentos (Sutton et al., 2016).
Já na nos Estados Unidos como um todo, onde 17 instalações de tratamento de esgoto por todo o país foram analisadas, uma média de 0,050 partículas de microplásticos por litro foi obtida e foram estimados uma média de 4 milhões de partículas por dia. E desses números, 33% eram classificadas como fragmentos e 59% fibras (Mason et al., 2016).
De acordo com esses dados, é esperado encontrar valores próximos a estes nas estações de tratamento de esgoto do Rio de Janeiro.
Referências
1- BROWNE, Mark Anthony et al. Accumulation of microplastic on shorelines woldwide: sources and sinks. Environmental science & technology, v. 45, n. 21, p. 9175-9179, 2011. 2- BROWNE, Mark A. et al. Ingested microscopic plastic translocates to the circulatory system of the mussel, Mytilus edulis (L.). Environmental science & technology, v. 42, n. 13, p. 5026-5031, 2008.
3- CARR, Steve A.; LIU, Jin; TESORO, Arnold G. Transport and fate of microplastic particles in wastewater treatment plants. Water research, v. 91, p. 174-182, 2016.
4- DUIS, Karen; COORS, Anja. Microplastics in the aquatic and terrestrial environment: sources (with a specific focus on personal care products), fate and effects. Environmental Sciences Europe, v. 28, n. 1, p. 1, 2016.
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8- THOMPSON, Richard C. et al. Plastics, the environment and human health: current consensus and future trends. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, v. 364, n. 1526, p. 2153-2166, 2009.
9- WRIGHT, Stephanie L.; THOMPSON, Richard C.; GALLOWAY, Tamara S. The physical impacts of microplastics on marine organisms: a review. Environmental Pollution, v. 178, p. 483-492, 2013.
