Identificação da ecotoxicidade do lodo de estação de tratamento de efluentes sanitários

Texto

(1)SHEILA VILAS BOAS FRAGA. IDENTIFICAÇÃO DA ECOTOXICIDADE DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES SANITÁRIOS. Limeira – São Paulo 2016.

(2) UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE TECNOLOGIA MESTRADO EM TECNOLOGIA. SHEILA VILAS BOAS FRAGA. IDENTIFICAÇÃO DA ECOTOXICIDADE DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES SANITÁRIOS. Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas. como. parte. dos. requisitos. exigidos para a obtenção do título de Mestra em Tecnologia, na Área Ambiente.. Orientadora: Profa Dra. Marta Siviero Guilherme Pires. Este exemplar corresponde à versão final da dissertação defendida pela aluna Sheila Vilas Boas Fraga e orientada pela Profa. Dra. Marta Siviero Guilherme Pires.. _____________________________ ____ Limeira - São Paulo 2016 ii.

(3) Agência(s) de fomento e nº(s) de processo(s): Não se aplica. . Ficha catalográfica Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Faculdade de Tecnologia Felipe de Souza Bueno - CRB 8/8577. F842i. Fraga, Sheila Vilas Boas, 1979FraIdentificação da ecotoxicidade do lodo de estação de tratamento de efluentes sanitários / Sheila Vilas Boas Fraga. – Limeira, SP : [s.n.], 2016. FraOrientador: Marta Siviero Guilherme Pires. FraDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia. Fra1. Toxicidade. 2. Daphnia similis. 3. Avaliação e Identificação de Toxicidade. 4. Lodo de esgoto. 5. Toxicologia ambiental. I. Pires, Marta Siviero Guilherme,1969-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Tecnologia. III. Título.. Informações para Biblioteca Digital Título em outro idioma: Ecotoxicity identification on sewage sludge from wastewater treatment plants Palavras-chave em inglês: Toxicity Daphnia similis Toxicity Identification Evaluation Sewage sludge Environmental toxicology Área de concentração: Ambiente Titulação: Mestra em Tecnologia Banca examinadora: Marta Siviero Guilherme Pires [Orientador] Eduardo Bertoletti Cassiana Maria Reganhan Coneglian Data de defesa: 06-06-2016 Programa de Pós-Graduação: Tecnologia. iii . Powered by TCPDF (www.tcpdf.org).

(4) SHEILA VILAS BOAS FRAGA. IDENTIFICAÇÃO DA ECOTOXICIDADE DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES SANITÁRIOS. Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas. como. parte. dos. requisitos. exigidos para a obtenção do título de Mestra em Tecnologia, na Área Ambiente.. DATA DA APROVAÇÃO: 06/06/2016.. Banca Examinadora:. Profa Dra. Marta Siviero G. Pires (Orientadora – FT/UNICAMP). Profo Dr. Eduardo Bertoletti (CETESB-SP). Profa Dra. Cassiana Maria R. Coneglian (FT/UNICAMP) Nota: A ata da defesa, assinada pelos membros da Comissão Examinadora, consta no processo de vida acadêmica do aluno. iv.

(5) “Eu sou a videira, vocês são os ramos; quem está em mim, e eu nele, esse dá muito fruto; porque sem mim nada podeis fazer.” (Jo 15.5). A Deus, à minha família, aos meus amigos e mestres e à TASQA.. v.

(6) AGRADECIMENTOS “Se as coisas são inatingíveis... ora! Não é motivo para não querê-las...Que tristes os caminhos, se não fora a presença distante das estrelas!” (Mário Quintana) Gratidão a Deus, a maior e mais importante de todas as estrelas do Universo, presente em todos os momentos da minha vida, o Senhor de minha luz, minha salvação, fortaleza e auxílio. Gratidão à minha família (Cleonice, Emanoel, Shirloca, Lulu e Belinha) pelo amor e por tudo que me proporciona de forma incondicional. Gratidão aos meus amigos e mestres que me acompanharam e orientaram neste processo com amor: Sandra Buratini, Eduardo Bertoletti, Eduardo Fontoura, Márcia Aragão, Dinah Oliveira, Maria Inês Marini, Ana Eliza Correia, Roberta Anjos, Regis Spadotim, André Guilherme Marini. Gratidão aos meus colegas de trabalho de todas as áreas da TASQA que me ajudaram direta ou indiretamente na execução deste trabalho (supervisores Vinha, Ronaldo, Carla, Wagner, Vivian, Karen, Kelly, Janailma / Karini), pelo apoio de vocês e de todo o seu time e também do time da Biologia – Cinthia / Larissa / Laina). Gratidão à TASQA, nas pessoas de José Marcos Santana e Maria Célia Santana pela grande oportunidade na minha vida, trabalhar com o que amo! Gratidão aos Professores da Banca de Qualificação (Dra. Clarice Maria Rispoli Botta e Dr. Enelton Fagnani), Banca de Defesa (Dr. Eduardo Bertoletti e Dra. Cassiana Maria R. Coneglian), Professoras Orientadoras (Dra. Marta Siviero Guilherme Pires e Dra Gisela Aragão Umbuzeiro) e à UNICAMP pelo aceite e confiança neste projeto, orientação e críticas construtivas que agregaram neste trabalho. Gratidão a todos que entraram nesta mesma teia da vida e que de alguma forma trocou, compartilhou artigos, dúvidas, correções, palavras, olhares, sorrisos, intenções, aspirações e passos de dança e tornou a vida mais leve...… vi.

(7) “A teoria sem a prática vira ‘verbalismo’, assim como a prática sem teoria vira ativismo. No entanto, quando se une a prática com a teoria tem-se a práxis, a ação criadora e modificadora da realidade.” (Paulo Freire).. vii.

(8) RESUMO A crescente demanda por estações de tratamento de efluentes (ETE) tem gerado novas perspectivas no gerenciamento do lodo, com o desafio em equilibrar os aspectos e impactos ambientais, a otimização da produtividade dos processos de tratamento de efluentes em termos qualitativo e quantitativo e o benefício ambiental e socioeconômico. A reciclagem agrícola do lodo tratado (biossólido) apresenta grande potencial por associar esses aspectos, porém é imprescindível que as características químicas e biológicas do biossólido atendam aos requisitos de segurança sanitária e ambiental. O objetivo desse trabalho foi realizar uma abordagem complementar ao previsto na legislação brasileira para reciclagem agrícola do lodo, por meio da avaliação ecotoxicológica do elutriato do lodo de uma ETE, para quantificar e identificar a(s) substância(s) que confere(m) efeitos ecotóxicos agudos ao organismo-teste Daphnia similis. Para tanto, foi utilizada a ferramenta “Avaliação e Identificação da Toxicidade” (AIT). Após a remoção de aproximadamente 40% do teor de sólidos totais no elutriato, confirmou-se que a amônia não ionizada foi, predominantemente, um dos principais responsáveis pela ecotoxicidade aguda do lodo. A resina zeólita (proporção 180g / 200mL de elutriato) mostrou-se eficiente na remoção da amônia. O critério de ‘razão ≥ 2’, utilizado para avaliar as diferenças significativas na ecotoxicidade das amostras, permitiu uma comparação mais eficiente dos resultados obtidos.. Palavras-chaves: Lodo de esgoto; Biossólido; Toxicidade; Daphnia; AIT.. viii.

(9) ABSTRACT The growing demand for wastewater treatment plants (WWTP) have generated new perspectives in the sludge sewage management, with the challenge of balancing the environmental aspects and impacts to optimize the productivity of wastewater treatment processes in qualitative and quantitative terms besides socioeconomic and environmental benefits. Agricultural recycling of treated sludge (biosolids) has great potential to associate these aspects, but it is essential that the chemical and biological characteristics of the biosolids meet the health and environmental safety requirements. The aim of this study was to perform a complementary approach to what is determined by Brazilian legislation for sludge agricultural recycling, by the means of a WWTP sludge elutriate ecotoxicological assessment inclusion to quantify and identify the substance(s) which gives acute ecotoxicity to Daphnia similis test organism. With this purpose, the tool "Toxicity Identification Evaluation" (TIE) was used. After removing approximately 40% of the total solids in the elutriate, it was confirmed that the non-ionized ammonia was, predominantly, one of the main responsible for the acute ecotoxicity in the sludge. Zeolite resin (proportion 180g / 200mL of elutriat) proved to be effective in removing ammonia. The criteria of ‘ratio ≥ 2', used to evaluate the ecotoxicity of significant differences in the samples, allowed a more efficient comparison of the results obtained.. Keywords: Sludge Sewage; Biosolid; Toxicicity; Daphnia; TIE.. ix.

(10) LISTA DE ILUSTRAÇÕES. Figura 1 - Imagem satélite da ETE em estudo .......................................................... 23 Figura 2 - Croqui esquemático da ETE ..................................................................... 24 Figura 3 - Coleta do lodo (amostra sólida) direto da caçamba da ETE ..................... 25 Figura 4 - Fluxograma de Preparo do Elutriato do Lodo ........................................... 27 Figura 6 - Elutriato centrifugado a 3.800rpm (a esquerda) e Elutriato centrifugado a 14.000rpm (a direita) ................................................................................................. 27 Figura 5 - Elutriato antes da centrifugação (a esquerda) e Elutriato centrifugado a 3.800rpm (a direita) ................................................................................................... 27 Figura 7 - Ajuste do pH: pH 3, pH inicial e pH 11 - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 3.800rpm ........................................................................................... 33 Figura 8 - Ajuste do pH: pH 3, pH 11 e pH inicial - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 14.000rpm ......................................................................................... 34 Figura 9 - Filtração com o ajuste do pH: pH 3, pH 11 e pH inicial - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 3.800rpm e a 14.000rpm .................................................. 34 Figura 10 - Aeração com o ajuste do pH: pH 3, pH 11 e pH inicial - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 3.800rpm e a 14.000rpm .................................................. 35 Figura 11 - Filtração em SPE C18 com o ajuste do pH: 3, 11 e inicial - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 3.800rpm e a 14.000rpm .................................................. 37 Figura 12 - Tratamento com EDTA e Na2S2O3 - Alíquotas do Elutriato 2 centrifugado a 3.800 rpm e a 14.000 rpm ...................................................................................... 38 Figura 13 - Fluxograma do processo da AIT - Fase I ................................................ 39 Figura 14 - Fluxograma da AIT - Fase II ................................................................... 41 Figura 15 - Resultados dos ensaios de ecotoxicidade aguda (expressos em UT) com D. similis da Etapa I – AIT (Fase I e II) - Elutriato 2 (Centrifugado a 3.800rpm) ........ 46 Figura 16 - Resultados dos ensaios de ecotoxicidade aguda (expressos em UT) com D. similis da Etapa II – AIT (Fase I e II) - Elutriato 2 (Centrifugado a 14.000rpm) .... 56 Figura 17 - Resultados dos ensaios de ecotoxicidade aguda (expressos em UT) com D. similis da Etapa III da AIT (Fase III) - Elutriato 3,4,5 (Centrifugados a 14.000rpm) .................................................................................................................................. 63 x.

(11) Figura 18 - Especiação da amônia em relação ao pH ............................................... 69 Figura 19 - Ecotoxicidade da Amônia em relação ao pH .......................................... 70 Figura 20 – Correlação entre a ecotoxicidade (UT) dos Elutriatos 2,3,4,5 (centrifugados a 14.000rpm) e a UT NH3 não ionizada nas amostras (Antes e Após a Zeólita 180g) ............................................................................................................. 71 Figura 21 - Correlação da ecotoxicidade (UT) dos Elutriatos 3,4,5 (centrifugados a 14.000rpm) e UT NH3 não ionizada nas amostras (Teste Base x Teste Gradação pH 6) ............................................................................................................................... 72 Figura 22 - Carta controle de sensibilidade do organismo-teste Daphnia similis ao Cloreto de Potássio (KCl ), período de 08/01/13 a 25/02/15 ..................................... 90 Figura 23 - Carta controle da sensibilidade do organismo-teste Daphnia similis ao Cloreto de Potássio (KCl ), período de 01/03/15 a 01/09/15 ..................................... 91. xi.

(12) LISTA DE TABELAS. Tabela 1 - Quantidade atual de lodos utilizados para fins agrícolas no Brasil........... 12 Tabela 2 - Fase I: Manipulações e Agentes Tóxicos Alvos ....................................... 19 Tabela 3 - Organismos-teste utilizados nos ensaios com lodo / elutriato/lixiviado .... 21 Tabela 4 - Métodos e Técnicas dos Ensaios Físico-Químicos realizados no elutriato, nos tratamentos da AIT e na amostra sólida ............................................................. 28 Tabela 5 - Condições de Cultivo de Daphnia similis ................................................. 29 Tabela 6 - Condições do Ensaio de Ecotoxicidade Aguda com Daphnia similis ....... 30 Tabela 7 - Resultados dos Ensaios de Ecotoxicidade do Elutriato– Comparativo Meio MS x Água Osmose Reversa .................................................................................... 44 Tabela 8 - Comparação dos resultados de ecotoxicidade da Etapa I - AIT (Fase I e II) - Elutriato 2 (centrifugado a 3.800rpm) ...................................................................... 47 Tabela 9 - Comparação dos resultados de ecotoxicidade da Etapa II, AIT (Fase I e II) - Elutriato 2 (centrifugado a 14.000rpm) .................................................................... 57 Tabela 10 - Comparação dos resultados de ecotoxicidade da Etapa III - AIT (Fase III) - Elutriato 3, 4 e 5 (centrifugado a 14.000rpm) .......................................................... 64 Tabela 11 - Dados de base da Carta Controle de sensibilidade para o organismo Daphnia similis e a substância KCl (período de 06/01/13 a 25/01/15) ...................... 90 Tabela 12 - Dados de base da Carta Controle de sensibilidade para o organismo Daphnia similis e a substância KCl (período de 01/03/15 a 01/09/15). ..................... 91 Tabela 13 - Resultados dos Ensaios com Daphnia similis e as substâncias EDTA e Na2S2O3 .................................................................................................................... 92 Tabela 14 - Resultados dos Ensaios Químicos - Série Nitrogenada - Elutriato 2 (Antes e Pós Zeólita) – Etapa I – AIT (Fase I e II) .................................................... 93 Tabela 15 - Resultados dos Ensaios Químicos - Série de Sólidos Elutriato 2 a 3.800rpm (07/01/15) .............................................................................. 93 Tabela 16 - Resultados dos Ensaios Físico-Químicos Complementares Elutriato 2 (centrifugado a 3.800rpm) ......................................................................................... 94 Tabela 17 - Resultados dos Ensaios Químicos - Série Nitrogenada - Elutriato 2, 3, 4 e 5 centrifugado a 14.000rpm (Antes e Pós Zeólita) ................................................. 95 xii.

(13) Tabela 18 - Resultados dos Ensaios Físico-Químicos Complementares Elutriato 2,3,4,5 (centrifugado a 14.000rpm) ........................................................................... 96 Tabela 19 - Resultados dos Ensaios Químicos - Série de Sólidos - Elutriato 2 a 14.000rpm (07/01/15) ................................................................................................ 97 Tabela 20 - Valores de CE50 encontrados na literatura para D. magna (24h; 48h*) e D. similis .................................................................................................................... 98 Tabela 21 - Resultados dos Ensaios Químicos - Série de Sólidos - Elutriato 2 a 14.000rpm após zeólita 180g (07/01/15) ................................................................. 100 Tabela 22 – Resultado (média) do cálculo da CE(I)50;48h da NH3 não ionizada, para Daphnia similis ........................................................................................................ 101 Tabela 23 - Resultados da NH3 não ionizável e UT NH3 nas amostras / tratamentos após zeólita e Gradação de pH 6 ............................................................................ 101. xiii.

(14) SUMÁRIO. 1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1 2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 3 3 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................... 4 3.1 Lodo de Esgoto .................................................................................................. 4 3.2 Uso agrícola do lodo de esgoto.......................................................................... 6 3.3 Formas de tratamento do lodo e cenário da reciclagem agrícola .................... 10 3.4 Contaminantes presentes no lodo.................................................................... 13 3.5 Legislação para uso agrícola dos biossólidos .................................................. 14 3.6 Caracterização da ecotoxicidade de lodos de esgoto ...................................... 15 3.7 Organismo-teste utilizado na caracterização da ecotoxicidade e na AIT ......... 20 4 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 23 4.1 Local de Amostragem ...................................................................................... 23 4.2 Coleta, transporte e armazenamento da amostra ............................................ 25 4.3 Preparo do Elutriato do Lodo de Esgoto .......................................................... 26 4.4 Métodos dos Ensaios Físico-Químicos ............................................................ 28 4.5 Cultivo do organismo Daphnia similis .............................................................. 29 4.6 Ensaios Ecotoxicológicos ................................................................................. 30 4.6.1 Controles ................................................................................................... 31 4.7 Avaliação e Identificação da Toxicidade (AIT) ................................................. 31 4.7.1. Fase I – Caracterização da Toxicidade..................................................... 32 4.7.2. Fase II– Identificação da Toxicidade......................................................... 40 4.7.3. Fase III– Confirmação da Toxicidade ....................................................... 42 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 43 5.1 Controles de Qualidade ................................................................................... 43 5.1.1 Ensaios de sensibilidade, de suporte, e branco ......................................... 43 5.2 Ensaios preliminares – Definição da água de preparo do elutriato do lodo / água de diluição dos ensaios ecotoxicológicos ...................................................... 44 5.3 Etapa I – AIT (Fase I e II) - Ensaios realizados com o elutriato 2 do lodo centrifugado a 3.800 rpm ....................................................................................... 45 xiv.

(15) 5.4 Etapa II – AIT (Fase I e II) - Ensaios realizados com o elutriato 2 do lodo centrifugado a 14.000 rpm ..................................................................................... 55 5.5 Etapa III - AIT (Fase III)- Ensaios realizados com o elutriato 3, 4, 5 do lodo centrifugado a 14.000 rpm ..................................................................................... 62 5.6 Etapa IV -AIT (Fase III) - Confirmação ............................................................. 68 6 CONCLUSÕES ...................................................................................................... 73 7 RECOMENDAÇÕES .............................................................................................. 74 8 REFERÊNCIAS...................................................................................................... 75 APÊNDICES ............................................................................................................. 89 APÊNDICE A - Figuras 22 e 23, Tabelas 11 e 12 ................................................... 90 APÊNDICE B - Tabela 13 ......................................................................................... 92 APÊNDICE C - Tabelas 14, 15 e 16 ......................................................................... 93 APÊNDICE D - Tabelas 17, 18 e 19 ......................................................................... 95 APÊNDICE E - Tabela 20 ........................................................................................ 98 APÊNDICE F - Tabela 21 ....................................................................................... 100 APÊNDICE G - Tabelas 22 e 23............................................................................. 101. xv.

(16) 1. 1 INTRODUÇÃO O crescimento demográfico associado ao desenvolvimento tecnológico, econômico e social gera continuamente uma crescente demanda pela exploração dos recursos naturais, em proporção superior à capacidade de restauração do ambiente,. paradoxal. ao. conceito. de. desenvolvimento. sustentável.. Como. consequência, há o aumento da geração de resíduos líquidos, gasosos e sólidos, o que produz uma crescente demanda pelo tratamento e disposição final adequada desses resíduos para minimizar os impactos ambientais, sanitários e econômicos. Associado a isso, há o aumento da demanda de produção de alimentos, fato que causa a necessidade de expansão da fronteira agrícola e consequentemente o aumento do consumo de fertilizantes e corretivos agrícolas. O tratamento dos efluentes sanitários gera um resíduo semissólido, denominado lodo de esgoto, cujo custo para tratamento e disposição final é elevado em relação ao custo do tratamento dos efluentes. Por isso, há uma premente necessidade de otimizar as tecnologias utilizadas pelas estações de tratamento de efluentes (ETE) com foco na ecoeficiência, ou seja, na busca pelo aumento da eficiência no uso dos recursos tais como a matéria-prima, água e energia associada a minimização, reciclagem e reuso dos resíduos gerados, além da redução dos custos operacionais. Diante desse contexto de produção mais limpa, o lodo de esgoto torna-se um subproduto do processo de tratamento das ETE, pois apresenta grande potencial para a reciclagem agrícola, prática que associa os benefícios econômico e ambiental. O lodo de esgoto apresenta composição caracterizada pelo elevado teor de matéria orgânica e presença de nutrientes (macro e micro), necessários ao solo e à vegetação e que normalmente são incorporados ao solo artificialmente através da adubação com fertilizantes. Um fator limitante no aproveitamento do lodo de esgoto para reciclagem é a presença de poluentes, que podem causar um potencial impacto ambiental e/ou prejuízo à saúde humana. Esses possíveis poluentes são incorporados / transferidos ao lodo durante o processo de tratamento dos efluentes. A caracterização físico-química e microbiológica, para avaliar a qualidade do lodo para uso agrícola, é preconizada na legislação brasileira por meio da Resolução.

(17) 2. CONAMA 375/06 e retificada pela Resolução CONAMA 380/2006. Devido à potencial contribuição direta da reciclagem do lodo nas características abióticas e bióticas do ecossistema terrestre, assim como o potencial efeito indireto no ecossistema aquático, é de suma importância complementar a caracterização prevista com a avaliação ecotoxicológica. Desta forma, é possível avaliar o potencial impacto ambiental direto e/ou indireto à biota devido à disposição do biossólido no solo, componente não avaliada pelas variáveis abióticas. Portanto, para se obter uma avaliação integrada e robusta da qualidade ambiental de um ecossistema, é importante incorporar a abordagem dos ensaios biológicos aos ensaios químicos. O presente trabalho visa à caracterização ecotoxicológica do elutriato do lodo de uma ETE e à identificação dos agentes químicos responsáveis pela ecotoxicidade aguda para o organismo-teste planctônico Daphnia similis, através da ferramenta ‘Avaliação e Identificação da Toxicidade’ (AIT). A informação da ecotoxicidade do elutriato do lodo e, quando possível, a identificação do grupo de compostos ou substância responsável pela ecotoxicidade para o organismo utilizado, permite estimar os potenciais efeitos e comportamento das substâncias tóxicas no ambiente aquático, o qual é passível de incorporar os contaminantes carreados do biossólido utilizado na reciclagem agrícola, devido à lixiviação do solo e ao escoamento superficial, bem como à percolação dos contaminantes para as águas subterrâneas. Ao identificar os responsáveis pela ecotoxicidade, é possível avaliar o potencial de bioacumulação e /ou (bio)degradação desse poluente no ambiente; buscar a mitigação do potencial impacto ambiental; otimizar o processo de tratamento do lodo de esgoto para melhorar a qualidade deste subproduto; viabilizar a reciclagem agrícola, com maior segurança ambiental e sanitária para o ecossistema terrestre e indiretamente para o ecossistema aquático; gerar maior benefício ambiental, econômico e social, integrando o progresso e a sustentabilidade ambiental..

(18) 3. 2 OBJETIVOS Avaliar a ecotoxicidade de amostras de lodo de esgoto por meio do ensaio de ecotoxicidade aguda dos extratos aquosos (elutriato) do lodo com o organismo-teste Daphnia similis, e identificar os possíveis agentes químicos responsáveis pela ecotoxicidade com o auxílio da ferramenta Avaliação e Identificação da Toxicidade (AIT)..

(19) 4. 3 REVISÃO DA LITERATURA. 3.1 Lodo de Esgoto No Brasil, a população humana crescerá potencialmente dos 206.081 milhões em 2016 para 223.126 milhões em 2030 (IBGE, 2016), portanto, é de se esperar o aumento da geração de efluentes líquidos decorrente desse crescimento populacional. Como consequência, já existe (PEDROZA et al., 2010; EGIARTE et al., 2008) e também haverá uma crescente demanda pela construção e implantação de estações de tratamento de efluentes (ETE), bem como o conhecimento dos seus impactos ambientais. Todas as tecnologias convencionais utilizadas em estações de tratamento de efluentes geram um resíduo semissólido e pastoso denominado lodo de esgoto, cuja composição é influenciada diretamente pelo tipo de efluente e tratamento utilizado (BERTON; NOGUEIRA, 2010). O lodo com mais de 95% de umidade pode ser submetido a diferentes processos de tratamento, a fim de reduzir a massa e o volume, estabilizar a matéria orgânica, sanitizar e adequar a destinação final (ROIG et al., 2012). Levantamentos realizados em diversos países indicam que o volume de lodo de esgoto produzido em uma ETE representa cerca de 1 a 2% do volume de efluente tratado, e o tratamento e a disposição final deste resíduo atingem entre 30 a 60% do custo operacional da ETE (BETTIOL; CAMARGO, 2006; ABREU JUNIOR et al., 2008). Mininni et al. (2014) verificaram que muitas estações de tratamento de efluentes na Europa não estavam aptas a produzir lodo com qualidade adequada à disposição final, devido às instalações operacionais e infraestruturas obsoletas que tinham como principal objetivo reduzir a produção do lodo para manter os custos acessíveis. Foi necessária a modernização das plantas operacionais para aprimorar o tratamento do lodo estabilizado com vistas ao atendimento à legislação e às novas perspectivas e abordagens de gerenciamento do lodo..

(20) 5. A gestão do lodo de esgoto representa um grande desafio financeiro e ambiental para as estações de tratamento de efluentes (YOSHIDA; CHRISTENSEN; SCHEUTZ, 2013), pela busca de opções ambientalmente viáveis de tratamento e disposição final do lodo. Os processos de tratamento de efluentes tendem a acumular patógenos, metais e poluentes orgânicos ao lodo, porém, devido ao reconhecimento do seu valor nutricional, o lodo estabilizado pode ser aplicado como fertilizante ou condicionador do solo (SINGH; AGRAWAL, 2008; BETTIOL; GHINI, 2011). O lodo de esgoto é um complemento potencial dos fertilizantes e tem sido mais recentemente abordado sobre a sua possível contribuição para os fluxos globais de carbono e a participação na preservação do solo (PELTRE et al., 2012). Segundo Bettiol e Camargo (2006), as principais alternativas de disposição final do lodo são: uso agrícola e florestal, produção de fertilizantes, disposição em aterros sanitários, reuso industrial, incineração e coincineração (com resíduos sólidos urbanos), conversão do lodo em óleo combustível, recuperação de áreas degradadas e de mineração, ‘landfarming’ (método de biorremediação que consiste na degradação biológica de resíduos em uma camada superior de solo) e atualmente algumas atividades industriais, tais como produção de tijolos e na indústria cimenteira (YOSHIDA; CHRISTENSEN; SCHEUTZ, 2013). Coaplicação de lodo de alumínio resultante de estações de tratamento de água (ETA), associado a diferentes biossólidos de lodo de esgoto, tem sido reportado como um método alternativo de utilização do lodo de alumínio na reciclagem agrícola em muitas partes do mundo (DASSANAYAKE et al., 2015). A disposição segura do lodo de esgoto é uma das principais preocupações ambientais ao redor do mundo (SINGH; AGRAWAL, 2008). Uma tentativa de mitigar a mudança climática global conduz a limitações da disposição do lodo em aterros e expande a recuperação de energia a partir do lodo (YOSHIDA; CHRISTENSEN; SCHEUTZ, 2013)..

(21) 6. 3.2 Uso agrícola do lodo de esgoto O uso agrícola e florestal do lodo tratado é a alternativa mais interessante devido à combinação da disposição do resíduo e a reciclagem (BETTIOL; CAMARGO, 2006; BETTIOL; GHINI, 2011), fato que associa os pontos de vista ambiental e econômico, e é recomendado pela Agenda 21 Brasileira (BRASIL, 2004). Esta forma de disposição do lodo tratado exige que suas características químicas e biológicas atendam aos requisitos de segurança sanitária e ambiental, para minimizar os potenciais impactos ambientais negativos, com o objetivo de promover o benefício agrícola através da melhoria da fertilidade dos solos e da produtividade das culturas (BETTIOL; CAMARGO, 2006). Yoshida, Christensen e Scheutz (2013) definiram o lodo de esgoto tratado e estabilizado com características adequadas para viabilizar a reciclagem agrícola como biossólido. A incorporação do biossólido no solo melhora suas propriedades físico-químicas, destacando-se o teor de matéria orgânica, nutrientes, porosidade, densidade, estabilidade agregada, capacidade de retenção de água, além de aumentar a biomassa microbiana do solo e de seu potencial de mineralização dos nutrientes (SINGH; AGRAWAL, 2008; ROIG et al., 2012). A adição de matéria orgânica ao solo geralmente aumenta a população da mesofauna (BETTIOL; GHINI, 2011). A utilização do biossólido na agricultura também resulta em plantas mais robustas, com desenvolvimento mais rápido e maior produção de biomassa, mas o encurtamento do período de cultivo pode ser uma causa de problemas (SINGH; AGRAWAL, 2008). Substâncias baseadas na solubilidade biológica (SBO) extraídas de resíduos, tais como o lodo de esgoto, têm sido associadas ao aumento da produtividade primária e ao crescimento de plantas (SORTINO et al., 2014). A aplicação destas SBO na agricultura pode promover o aumento da produtividade das plantas, devido ao tempo de frutificação reduzido (precoce), fato que promove maior produtividade das plantas (62%) em relação ao controle. Entretanto, foi observado que a consistência (textura) das frutas obtidas foi inferior à das plantas controle (SORTINO et al., 2014)..

(22) 7. Dentre os nutrientes presentes no lodo e necessários aos solos cultiváveis, destaca-se o P (fósforo), elemento essencial para todos os organismos vivos e que, ao contrário de outros elementos, não há substituto para a sua funcionalidade biológica (LEDERER; RECHBERGER, 2010). O P representa cerca de 1% do gasto atual mundial em matéria-prima e a obtenção comercial do P é restrita à exploração de jazidas de rochas fosfáticas (SAMPAIO, 2013); por isso, é um recurso não renovável e que tem reservas globais limitadas. Dessa forma, os aspectos de escassez e reciclagem/recuperação do P devem ser considerados (LEDERER; RECHBERGER, 2010). Outro macronutriente importante para o metabolismo das culturas encontrado no lodo é o nitrogênio (N), que representa 78% da composição dos gases constituintes da atmosfera e, apesar da alta disponibilidade, a sua reciclagem é ponto de interesse, haja vista que a síntese de fertilizantes nitrogenados (que utiliza o N2 atmosférico) exige elevado consumo energético (SAMPAIO, 2013). Dentre os macronutrientes primários (Nitrogênio, Fósforo e Potássio) que fazem parte da composição do lodo, o potássio (K) promove a absorção e utilização do nitrogênio e isto gera a demanda pelo equilíbrio nitrogênio - potássio; por isso, a adubação nitrogenada somente terá eficiência máxima se as plantas também forem supridas com quantidades adequadas de K (LOPES; GUILHERME, 2000). Cálcio (Ca), Magnésio (Mg) e Enxofre (S) são os macronutrientes secundários necessários aos solos e também presentes no lodo. Segundo Lopes e Guilherme (2007), solos arenosos e com baixos teores de matéria orgânica são os mais prováveis de apresentar deficiências de S. Devido à prática de calagem, normalmente não há carência de Ca e Mg nos solos (LOPES; GUILHERME, 2007). Os Micronutrientes Boro (B), Cloro (Cl), Cobre (Cu), Ferro (Fe), Manganês (Mn), Níquel (Ni), Molibdênio (Mo) e Zinco (Zn) são necessários ao metabolismo dos vegetais e sua presença nos solos é essencial. Solos arenosos e / ou argilosos que apresentam baixos teores de matéria orgânica e baixa capacidade de troca catiônica são mais propensos a apresentar deficiência de micronutrientes, principalmente Zn, Cu e B (LOPES; GUILHERME, 2007). Ressalta-se que, à exceção do cloro, os demais micronutrientes geralmente são encontrados em lodos de esgoto..

(23) 8. O uso agrícola do biossólido no Brasil ainda é uma prática incipiente, apesar de vários trabalhos desenvolvidos nos solos tropicais demonstrarem seu efeito positivo na produtividade das culturas. Além disso, há um grande potencial da reciclagem agrícola em razão dos solos brasileiros apresentarem acidez e baixa reserva de nutrientes (BETTIOL; CAMARGO, 2006). Os efeitos decorrentes da aplicação de biossólidos no solo, com vistas à reciclagem agrícola, variam de acordo com as características químicas e físicas do solo, condições climáticas, cultura explorada, qualidade do biossólido e frequência das aplicações (BERTON; NOGUEIRA, 2010). Singh e Agrawal (2008) mencionaram que as principais limitações da aplicação do biossólido na agricultura devem-se aos poluentes, tais como, compostos orgânicos persistentes, metais e micro-organismos patogênicos, além dos componentes de ativos farmacêuticos, denominados contaminantes emergentes (MARTÍN et al., 2014). Estes poluentes podem ser transportados por várias rotas: volatilizar, se acumular no solo, lixiviar para as águas superficiais e sedimentos, além da possibilidade de percolação e contaminação das águas subterrâneas, bem como bioacumular e biomagnificar no ecossistema (EGIARTE et al., 2008). Oleszczuk e Hollert (2011) observaram que o uso de biossólidos na agricultura pode reduzir de forma significativa o crescimento e desenvolvimento de plantas, aumentar a mortalidade e inibir o crescimento de alguns invertebrados. Dependendo do tipo de solo, suas propriedades podem ter uma influência multidirecional na toxicidade total do solo onde ocorreu a aplicação do biossólido. Agentes tóxicos presentes no lodo podem causar redução nas populações de ácaros e colêmbolos, que são habitantes naturais do solo e que desempenham papel importante na decomposição da matéria orgânica (BETTIOL; GHINI, 2011). De forma geral, a aplicação do lodo no solo modifica as propriedades física, química e biológica e, consequentemente, influencia na dinâmica da microbiota, decomposição da matéria orgânica, ciclagem de nutrientes, estrutura física do solo, assim como nas doenças das plantas e pragas (BETTIOL; GHINI, 2011). Estes autores estudaram o impacto do biossólido, incorporado a solos tropicais, em seis aplicações ao longo de cinco anos no Estado de São Paulo – Brasil. Os autores recomendaram que a quantidade de lodo deve ser calculada em função da.

(24) 9. necessidade de N da cultura (BETTIOL; GHINI, 2011; RIZZARDINI; GOI, 2014); que deve ser realizado o monitoramento contínuo da fertilidade do solo, da concentração de nitrato, metais potencialmente tóxicos e outros poluentes, para minimizar os problemas decorrentes da contaminação do solo e o impacto ao ecossistema, bem como sobre os alimentos produzidos nos solos cultiváveis (BETTIOL; GHINI, 2011). Bettiol e Ghini (2011) ressaltaram que o aumento da disponibilidade de P é uma das consequências mais importantes da incorporação do lodo em solos tropicais e que elevadas quantidades do lodo diminuem a energia de ligação dos sítios de adsorção do solo e aumentam o risco de perdas de P por lixiviação, conduzindo-o para corpos d´água. Alguns estudos independentes e ensaios laboratoriais têm mostrado que o biossólido aplicado no solo pode representar uma ameaça para a qualidade das águas superficiais e águas subterrâneas. O efeito da aplicação do biossólido na agricultura é largamente desconhecido em relação à migração de nutrientes, bactérias, metais e contaminantes emergentes para os ecossistemas aquáticos (WAGNER et al., 2015). Estes autores observaram elevada concentração de nitratos em águas subterrâneas (medianas maiores que o padrão permitido para água potável de 10 mg.L-1, de acordo com a referência adotada pelo autor), oriundas de poços rasos localizados ao lado e topograficamente abaixo dos campos de aplicação de biossólido. Também foram encontradas maiores concentrações de nitrato nos pontos de monitoramento de águas superficiais a jusante das áreas de aplicação de biossólido, o que indica potencial contribuição do nitrato encontrado nas águas subterrâneas rasas. No entanto, Wagner et al. (2015) notaram que os contaminantes emergentes não são bons indicadores para avaliar o impacto indireto da disposição biossólido no solo e a sua potencial contribuição na contaminação das águas subterrâneas e superficiais. Estes autores verificaram que as concentrações dos compostos encontrados nos poços e nos pontos de monitoramento das águas superficiais de controle foram semelhantes ou maiores do que as concentrações dos mesmos compostos encontrados nos poços e pontos de monitoramento que eram adjacentes ou a jusante dos campos de aplicação de biossólido..

(25) 10. 3.3 Formas de tratamento do lodo e cenário da reciclagem agrícola Uma grande variedade de tecnologias para tratamento de lodo de esgoto é utilizada no mundo. Alguns autores relacionam as tecnologias de tratamento do lodo que são mais utilizadas, tais como, secagem térmica, compostagem, digestão anaeróbia termofílica, digestão aeróbia termofílica autotérmica, tratamento da acidez (adição de cal) e oxidação úmida (CARBALLA; OMIL; LEMA, 2009; KELESSIDIS; STASINAKIS, 2012). O aumento da produção e utilização do biogás também deve ser esperado, através da digestão anaeróbia de multiestágio, codigestão ou digestão anaeróbia termofílica (CARBALLA; OMIL; LEMA, 2009). Os métodos de estabilização do lodo mais utilizados nos 27 países europeus são a digestão anaeróbia (aplicados em 24 de 27 países) e a digestão aeróbia (aplicada em 20 de 27 países); enquanto que a remoção da umidade na maioria dos países é realizada por desidratação mecânica (KELESSIDIS; STASINAKIS, 2012). Entre todas as tecnologias de estabilização, a compostagem é um método de estabilização de biossólido geralmente aceito e altamente benéfico que, além de converter a matéria orgânica biodegradável contida em resíduos orgânicos, pode destruir os patógenos, reduzir a mobilidade do metal e também satisfazer boa parte das necessidades dos fertilizantes usados na agricultura (SREESAI et al., 2013). Para a reciclagem do lodo na agricultura, Kelessidis e Stasinakis (2012) mencionaram que é necessária a adoção de tecnologias de tratamento avançado do lodo, a fim de alcançar elevada taxa de remoção de patógenos, controle de odor e remoção de compostos tóxicos, para assegurar a saúde humana e a proteção ambiental. Segundo Mininni et al. (2014), a transmissão de patógenos para humanos, animais ou plantas é a principal preocupação na saúde pública com relação à aplicação do lodo na agricultura. Há vários tipos de patógenos potencialmente presentes no lodo e várias rotas de transmissão, devido à exposição direta e indireta ao lodo. Na avaliação de risco com foco no ambiente e na saúde humana e animal, realizada pela USEPA (1992), para definir os limites máximos permitidos de contaminantes do biossólido para aplicação na agricultura, foram consideradas quatorze rotas de exposição associadas aos cenários de maior exposição individual..

(26) 11. A principal rota de exposição indireta relacionada é através dos solos, onde o biossólido é espalhado em culturas e ocorre a inalação de material particulado (poeira / pó) e de poluentes volatilizados do lodo. A principal rota de exposição direta é a ingestão, de acordo com a USEPA (1992). Esta pode estar relacionada à ingestão de água superficial e subterrânea, e/ou animais aquáticos contaminados com poluentes lixiviados/percolados do biossólido disposto no solo; ingestão de produtos de origem animal e de plantas cultivadas em solos com aplicação de biossólido; e pela ingestão de solos com incorporação de biossólido por crianças e/ou animais (USEPA, 1992). A higienização do lodo como tratamento é uma etapa fundamental para prevenir a transmissão de patógenos e precisa ser otimizada em relação ao monitoramento e regulamentação (MININNI et al., 2014). Com relação à disposição final do lodo, a reciclagem agrícola (abrangendo a aplicação direta na agricultura e compostagem) é a escolha predominante para a gestão do lodo e representa cerca de 53% do lodo produzido em 15 países europeus, seguida da incineração com destinação de aproximadamente 21% do lodo produzido (KELESSIDIS; STASINAKIS, 2012). Esta proporção (de 53%) demonstra o crescimento da reciclagem agrícola na Comunidade Europeia (CE), em relação ao valor de 40% citado anteriormente por Palfrey (2010). Nos outros 12 países da CE, o aterro ainda é a forma de disposição mais utilizada (KELESSIDIS; STASINAKIS, 2012). A expectativa é que a produção de lodo de esgoto aumente de 11,5 milhões de toneladas de lodo desidratado obtido em 2010 para 13 milhões de toneladas de lodo desidratado em 2020, principalmente devido ao crescimento do número de estações de tratamento de efluentes no leste europeu (PALFREY, 2010). No Brasil, a maioria das ETE em operação dispõe o lodo gerado em aterro sanitário. A reciclagem agrícola está em crescimento, principalmente nos Estados do Paraná, São Paulo, Rio Grande do Sul e Distrito Federal. Estima-se que a quantidade atual de lodo utilizada para este fim no Brasil seja da ordem de 21.000 toneladas (base seca) / mês, o que representa aproximadamente 252.000 toneladas por ano, conforme a Tabela 1 (SAMPAIO, 2013). Estimativa na mesma ordem de grandeza também foi citada por Pedroza et al. (2010)..

(27) 12. Tabela 1 - Quantidade atual de lodos utilizados para fins agrícolas no Brasil Local. Quantidade (tonelada/mês). Teor de sólidos (%). Quantidade (tonelada Matéria seca/mês).. Distrito Federal. 24.966. 15,0. 3.745. São Paulo (Franca). 16.400. 27,5. 4.510. São Paulo (Jundiaí). 21.900. 18,0. 3.942. Rio Grande do Sul (Santa Maria). 4.745. 20,0. 949. Paraná. 26.400. 30,0. 7.920. TOTAL. 94.411. ---. 21.066. Fonte: Sampaio (2013).. A produção do lodo ocorre, na maior parte, em estações que utilizam processos de tratamento biológicos aeróbios, a exemplo dos processos de lodos ativados convencional ou aeração prolongada e lagoas aeradas (SAMPAIO, 2013). Segundo Alméri (2010) apud da Matta (2011), o percentual de lodo de esgoto destinado à reciclagem agrícola no Brasil representa cerca de 3%, enquanto que 41% do lodo são destinados aos aterros sanitários (ARES-PCJ, 2011). No ano de 2010, a estimativa da quantidade de lodo de esgoto gerada diariamente nas Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí (bacias do PCJ) foi de aproximadamente 357 toneladas/dia (128.520 toneladas Matéria Seca/ano) e a projeção para 2020 é de 910 t/dia (327.600 toneladas Matéria Seca/ano). Ressalta-se que este quantitativo de lodo gerado é relativo ao percentual médio de esgoto coletado (84,45%) que é tratado (48%) nesta região (ARES-PCJ, 2011). Segundo o mesmo autor, a disposição do lodo gerado para a reciclagem agrícola representa uma média de 30 t/dia, enquanto que a disposição em aterros sanitários equivale a aproximadamente 880 t/dia..

(28) 13. 3.4 Contaminantes presentes no lodo Smith (2009) ressalta que a revisão da literatura científica sobre o potencial impacto ao ambiente e à saúde humana, causado pelos compostos orgânicos contaminantes do lodo, indica que sua presença no lodo, ou que grandes quantidades de compostos orgânicos usados em grandes volumes no ambiente doméstico ou industrial, não constitui necessariamente um perigo quando o material é reciclado para solos agrícolas. Clarke e Smith (2011) realizaram uma revisão dos contaminantes orgânicos emergentes presentes no lodo destinado à reciclagem agrícola. Estes autores citaram que os compostos químicos perfluorados (PFC) representados pelos sulfonato de perfluorooctano (PFOS), ácido perfluorooctanóico (PFOA) e os compostos químicos alcalinos policlorados (PCA) foram identificados no lodo de esgoto, por isso, requerem atenção prioritária, haja vista a persistência ambiental e o potencial de toxicidade. PCA foram encontrados no lodo de esgoto em três ordens de magnitude superior aos valores de Bifenilas Policloradas (PCB), o que sinaliza a importância da investigação sobre o potencial efeito da presença destes compostos no biossólido utilizado na reciclagem agrícola (CLARKE; SMITH, 2011). Compostos ativos de produtos farmacêuticos e higiene pessoal têm desencadeado a atenção dos pesquisadores recentemente, não somente devido ao lançamento contínuo no ambiente, mas também devido ao seu potencial de efeito ecotoxicológico à biota dos corpos d´água e sedimentos (MARTÍN et al., 2014). Este fato tem conduzido a União Européia, por meio da Diretiva 39/2013/EU (EC, 2013), a incluir três poluentes (diclofenaco, 17 etinilestadiol e 17 -estradiol) na lista de alerta, a fim de obter dados de monitoramento aquático, facilitando a determinação de medidas adequadas para corrigir o risco representado por essas substâncias. No entanto, nenhuma regulamentação sobre a presença dessas substâncias no lodo de esgoto é encontrada na atual Legislação da União Europeia (MARTÍN et al., 2014). Jones, Gardner e Ellor (2014) avaliaram a concentração de contaminantes, tais como, metais, poluentes orgânicos regulamentados na legislação e poluentes emergentes, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) e fármacos, em amostras de lodos de esgoto obtidas de 28 ETE no Reino Unido por um período de.

(29) 14. um ano. Na comparação dos resultados obtidos em relação aos limites regulatórios e propostas existentes, estes autores observaram que os níveis dos poluentes estavam abaixo dos limites estabelecidos na Diretiva do Lodo 86/278/ECC (EC, 1986) em sua maioria e propuseram que novos limites de poluentes para biossólidos utilizados na agricultura devam ser adotados no Reino Unido. Outros riscos à saúde para a utilização de biossólidos na reciclagem agrícola têm sido questionados, por causa do suposto crescimento da biomassa de patógenos a níveis perigosos durante a estocagem do lodo tratado, após expostos a condições ambientais favoráveis (MININNI et al., 2014).. 3.5 Legislação para uso agrícola dos biossólidos No Brasil, foi publicada a legislação federal Resolução CONAMA n°375 de 29/08/2006, que definiu critérios e procedimentos para o uso agrícola de lodos gerados em estações de tratamento de esgoto sanitário, visando benefícios à agricultura e minimizando os riscos à saúde pública e ao ambiente (BRASIL, 2006a), retificada pela Resolução CONAMA 380/2006 (BRASIL, 2006b). No artigo 7o da Resolução CONAMA n°375/2006 é exigida que a caracterização do lodo e de produtos derivados deve incluir o aspecto de potencial agronômico, substâncias inorgânicas e orgânicas potencialmente tóxicas, micro-organismos indicadores, agentes patogênicos e estabilidade (BRASIL, 2006a). De acordo com a Resolução supracitada, os lodos gerados em ETE e que têm como destinação final a reciclagem agrícola, devem ser submetidos ao processo de redução de patógenos e de atratividade de vetores. Do artigo 12o ao 15o da referida legislação (BRASIL, 2006a), é citada a relação de culturas onde é proibida a aplicação de biossólido (independente da classe deste), das culturas onde é permitida a aplicação do biossólido, assim como a periodicidade de implantação de pastagens e outras culturas após a aplicação do biossólido no solo. A reciclagem do biossólido na agricultura é uma das formas de destinação final considerada ambientalmente adequada e atende as diretrizes da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) instituída pela Lei no 12.305/10 (BRASIL, 2010), na busca contínua pela ecoeficiência..

(30) 15. O Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) estabeleceu as especificações para registro de fertilizantes orgânicos simples, mistos, compostos, organominerais e biofertilizantes destinados à agricultura (BRASIL, 2009). A Instrução Normativa No 25 de 23/07/2009 definiu no Anexo I e artigo 1o que o lodo de esgoto é a matéria-prima proveniente de ETE, com a obtenção de um produto de utilização segura na agricultura, classificado na categoria “D” de fertilizantes orgânicos, segundo o artigo 2o do mesmo anexo (BRASIL, 2009). O Anexo IV da Instrução Normativa No 25 de 23/07/2009 (BRASIL, 2009) definiu que a embalagem do fertilizante Classe ‘D’ deve apresentar a indicação das restrições de uso com relação a: utilização de equipamentos específicos para a aplicação; proibição da aplicação em pastagens e cultivo de olerícolas, tubérculos, raízes e culturas inundadas, bem como as demais culturas cuja parte comestível entre em contato com o solo. O Anexo III desta legislação estabeleceu os parâmetros de qualidade na composição do fertilizante. Os limites máximos estabelecidos para os contaminantes foram apresentados na Instrução Normativa Nº 27, de 05/06/2006 (BRASIL, 2006c). Na Europa vigora a Diretiva 278/86/ECC (EC, 1986) para uso do biossólido na agricultura, porém, atualmente, todos os países membros da União Europeia têm estabelecido limites mais rigorosos que o previsto na diretiva, ou muito próximo destes, conforme comparativo realizado pela Comissão Europeia em 2010 (MININNI et al., 2014). Esta Diretiva 278/86/ECC (EC, 1986) está em processo de revisão e apresenta uma série de requisitos para uso do biossólido baseado na sua qualidade, no princípio da precaução e na avaliação de riscos para reciclagem agrícola (EVA et al., 2013). Nos Estados Unidos vigora a 40 CFR Part 503 (USEPA, 1993c) e, apesar da diferença climática e dos diferentes tipos de solo, o Brasil adotou vários limites de substâncias estabelecidos pelos EUA.. 3.6 Caracterização da ecotoxicidade de lodos de esgoto A Ecotoxicologia é a ciência que avalia os efeitos tóxicos de agentes químicos e físicos sobre organismos vivos, especialmente sobre populações e comunidades dentro de ecossistemas, incluindo destinos e interações desses agentes no.

(31) 16. ambiente (ZAGATTO, 2006). A importância dos ensaios ecotoxicológicos aumenta na proporção que cresce a complexidade das transformações químicas no ambiente, resultantes de interações aditivas, sinérgicas ou antagônicas (EVA et al., 2013). A determinação de substâncias isoladas através de ensaios químicos não estima o possível efeito sobre a biota e não direcionam qual(is) a(s) substância(s) responsável(eis). pelo. efeito. nos. organismos,. além. de. não. avaliar. a. biodisponibilidade das mesmas (MAGALHÃES; FILHO, 2008). A. avaliação. da. periculosidade. através. da. inserção. dos. ensaios. ecotoxicológicos já é bastante difundida e, em alguns casos, é exigida por legislação ou normas específicas, como na Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011) e Classificação de Resíduos Sólidos - ABNT-NBR 10.004:2004 (ABNT, 2004). Atualmente, os ensaios ecotoxicológicos também são realizados em amostras de biossólidos com vistas à caracterização preliminar, mais rápida e com custo mais baixo em relação aos ensaios químicos preconizados na Resolução CONAMA 375/06 (da MATTA, 2011). A caracterização ecotoxicológica de resíduos também faz parte da avaliação de periculosidade, de acordo com a Lista de Resíduos da Europa, conforme o Catálogo de Resíduos da Europa 2000/532/EC (MOSER et al., 2009). Gomes et al. (2012) realizaram uma revisão bibliográfica direcionada para ensaios ecotoxicológicos realizados com lodos produzidos por indústrias têxteis e observaram pouca literatura específica, além da falta de consenso sobre os procedimentos de preparação das amostras e seleção dos organismos-teste. Resultados obtidos da comparação da ecotoxicidade para o invertebrado Heterocypris. incongruens. e. para. as. plantas. Lepidium sativum,. Sorghum. saccharatum, Sinapis alba (OLESZCZUK; HOLLERT, 2011; OLESZCZUK et al., 2012) demonstraram que a ecotoxicidade do lodo de esgoto pode diferir significativamente, dependendo do tipo de solo e do organismo utilizado, o que pode conduzir à subestimação ou superestimação do risco relativo à aplicação do biossólido para fins agrícolas. Este fato também foi observado por Malara e Oleszczuk (2013) que realizaram ensaios ecotoxicológicos com diferentes lixiviados (de solos, de lodos, e do solo com adição de lodo) e diferentes organismos-teste (Vibrio fischeri, Tetrahymena thermophila, Brachionus calyciflorus, Daphnia magna, e.

(32) 17. ensaios microbianos para avaliação de risco tóxico com dez bactérias e uma levedura). Martin. et al. (2014) avaliaram o risco ecotoxicológico de diferentes. fármacos no solo após um ano da aplicação de biossólido, por meio do coeficiente de risco (RQ – Risk Quotients). Os resultados obtidos dessa pesquisa sugeriram que a presença de componentes ativos de produtos farmacêuticos no biossólido, não exerce efeito ecotóxico agudo nos organismos terrestres presentes no solo quando é realizada a aplicação do lodo no mesmo. Porém, quando foram utilizados dados de ecotoxicidade crônica, os valores de RQ, devido à presença de 17α-etinilestradiol (anticoncepcional sintético), excederam o valor limite de 1 (nível de risco alto) em todos tipos de solos tratados com biossólido (MARTÍN et al., 2014). Foi constatado que, independente do tratamento do lodo utilizado, o risco de ecotoxicidade crônica dessa substância pode ser esperado após a aplicação do biossólido no solo (MARTÍN et al., 2014). O referido estudo indica que os fármacos que têm elevado consumo pela população (por exemplo, os remédios anti-inflamatórios) não são necessariamente os mais relevantes, quando comparados com o risco ambiental dos anticoncepcionais. Uma abordagem positivamente promissora que tem sido utilizada é a Avaliação e Identificação de Toxicidade (AIT). A AIT foi elaborada pela agência ambiental norte-americana, no final da década de 1980, como parte integrante dos protocolos de Avaliação da Redução de Toxicidade (ART), para controle de substâncias tóxicas em estações de tratamento de efluentes municipais e industriais. Esta avaliação tem sido utilizada com êxito para identificar os compostos que causam ecotoxicidade em vários tipos de matrizes, tais como: amostras de água e sedimento dos ambientes marinhos e continentais; solos e alguns tipos de resíduos sólidos; lixiviados de resíduos, frações aquosas de sedimentos (água intersticial) e efluentes (BOTTA et al., 2006; ARAÚJO et al., 2006). A identificação dos agentes responsáveis pela ecotoxicidade possibilita a inclusão de tratamentos específicos para essas substâncias, visando à otimização dos processos de tratamento de efluentes industriais (RA et al., 2015). A Avaliação e Identificação de Toxicidade (AIT) normalmente é dividida em três fases, a qual associa técnicas de fracionamento de amostras e ensaios de.

(33) 18. ecotoxicidade (Fase I), ensaios físico-químicos (Fase II) e a confirmação da ecotoxicidade (Fase III), de forma a direcionar qual o grupo de substâncias ou quando possível, qual o composto responsável pela ecotoxicidade (BURATINI et al., 2007). As três fases progressivas do procedimento de AIT são: a) Fase I: A amostra é submetida a diferentes manipulações físico-químicas, que visa remover/alterar ou tornar biologicamente não disponível determinado(s) grupo(s) de agente(s) tóxico(s) e em paralelo, são realizados os ensaios ecotoxicológicos. Nestes ensaios são avaliados os efeitos tóxicos causados nos organismos-teste, por exemplo, na mobilidade, sobrevivência, reprodução e crescimento do organismo, cujo ponto final do ensaio (endpoint) é específico para cada organismo-teste. A Tabela 2 relaciona as manipulações e os agentes tóxicos associados. b) Fase II: Visa à identificação do agente tóxico através de técnicas de fracionamento da amostra tóxica em associação com ensaios químicos específicos e ensaios ecotoxicológicos, ambos direcionados ao grupo de compostos ou substância suspeitos. c) Fase III: Busca a confirmação do agente tóxico identificado previamente. A correlação é uma ferramenta estatística utilizada nesta fase. Outra alternativa que pode ser utilizada é a realização de testes de sensibilidade com a(s) substância(s) identificada(s), quando é possível obter um padrão da substância; e/ou adição da substância identificada na amostra de elutriato do. lodo. (‘spike’) seguida. da. realização. do ensaio. de. ecotoxicidade. O objetivo desta fase é encontrar um padrão de resposta da toxicidade da substância e a correlação com a ecotoxicidade identificada na amostra (USEPA, 1993b)..

(34) 19. Tabela 2 - Fase I: Manipulações e Agentes Tóxicos Alvos. MANIPULAÇÃO. AGENTE TÓXICO ALVO. Ajuste do pH de 2 alíquotas da amostra (pH 3 e 11)(1). Compostos afetados por mudanças extremas de pH (Propriedades passíveis de alteração: Solubilidade, Polaridade, Volatilidade, Estabilidade, Especiação). Filtração de 3 alíquotas de amostra (pH inicial, 3 e 11), em membrana de fibra de vidro de 1 um(1). Sólidos filtráveis ou compostos cuja solubilidade é influenciada por condições ácidas e básicas.. Aeração de 3 alíquotas de amostra (pH inicial, 3 e 11) (1). Compostos voláteis (solventes orgânicos), oxidáveis (cloro) ou flotáveis (surfactantes).. Extração em fase sólida – Coluna C18 - de 3 alíquotas de amostra (pH inicial, 3 e 9) (1); (2). Compostos orgânicos não polares (solventes, pesticidas, hidrocarbonetos aromáticos polinucleares). Eluição da coluna C18 com metanol 100% ou combinação de solventes. Recuperação da toxicidade devida a compostos orgânicos não polares.. Adição de 3 volumes de uma solução-estoque de EDTA(3) a 3 séries de diluições da amostra. Metais catiônicos (Exemplos: cobre, zinco, níquel, cádmio).. Adição de 3 volumes de uma solução-estoque de Na2S2O3 a 3 séries de diluições da amostra.. Compostos oxidantes (cloro, peróxidos), além de certos metais catiônicos (cobre, cádmio e mercúrio). Gradação de pH: ajuste do pH de 3 alíquotas de amostra para pH 6, 7 e 8 ou pH 6,5, 7,5 e 8,5. Compostos sensíveis a variações do pH dentro da faixa fisiologicamente aceitável (6 a 9), caso de certos metais, sulfetos e amônia.. Legenda:. (1) Antes. da realização do teste de toxicidade, o pH das alíquotas foi reajustado para o valor inicial. (2). A coluna degrada-se em valores de pH superiores a 9, por isso é necessário o ajuste do pH antes da passagem da amostra pela coluna. (3) EDTA = Sal Dissódico etilenodiaminotetracético dihidratado.. Fonte: Adaptado BURATINI et al. (2007).. A identificação dos compostos tóxicos presentes em ambientes é fundamental para compreender a origem da ecotoxicidade em amostras complexas contribuindo para a recuperação e manejo dos ecossistemas (MATOS; BOTTA; FONSECA, 2014). Nesse sentido, a AIT representa uma ferramenta útil para estabelecer as causas dos efeitos ecotóxicos, pois associa a quantificação da ecotoxicidade com a identificação e quantificação do composto e/ou a classe de compostos responsáveis pelos efeitos ecotóxicos (MATOS; BOTTA; FONSECA, 2014)..

(35) 20. Devido ao fracionamento da amostra na íntegra para realizar os ensaios, a AIT considera a biodisponibilidade dos agentes tóxicos presentes na amostra, fato que, associado ao uso de organismos vivos, apresenta relevância ecológica em primeira instância (BURGESS et al., 2013). Outra abordagem que surgiu após a AIT e que também está em uso é a Análise Direcionada pelo Efeito Biológico (EDA). De modo um pouco diferenciado da AIT, EDA utiliza ensaios ‘in vitro’ (genotoxicidade, mutagenicidade, interferentes endócrinos), com ênfase nos contaminantes orgânicos que causam a ecotoxicidade observada nos ensaios (BURGESS et al., 2013; BRACK, et al., 2016). Todavia, os fracionamentos sofisticados e os ensaios químicos com alto grau de especificidade utilizados. em. EDA. frequentemente. comprometem. a. biodisponibilidade. do. contaminante, fato que associado à falta de uso de organismos vivos, conduz a relevância ecológica para segundo plano. Por isso, ambas as abordagens são complementares,. apesar. de. diferentes;. dessa. forma,. contribuem. para. o. aprimoramento mútuo (BURGESS et al., 2013).. 3.7 Organismo-teste utilizado na caracterização da ecotoxicidade e na AIT Vários organismos-teste têm sido utilizados para avaliar a ecotoxicidade de elutriatos e lixiviados de lodo de esgoto, conforme demonstrado na Tabela 3. Como é possível observar na Tabela 3, o gênero Daphnia foi bastante utilizado em avaliações de ecotoxicidade frente a lixiviados e elutriatos de lodo de esgoto. Fjällborg et al. (2005) utilizaram Daphnia magna para caracterizar a ecotoxicidade aguda de lixiviados de lodo e identificar os agentes tóxicos responsáveis pela ecotoxicidade através da ferramenta AIT..

(36) 21. Tabela 3 - Organismos-teste utilizados nos ensaios com lodo / elutriato/lixiviado. ORGANISMOS-TESTE. REFERÊNCIAS. Paramecium caudatum. SELIVANOVSKAYA; LAPTYPOVA (2003). Pseudomonas putida. SELIVANOVSKAYA; LAPTYPOVA (2003). Vibrio fisheri. Da MATTA (2011); MALARA;OLESZCZUK (2013),KAPANEN et al. (2013). Ceriodaphnia dubia. KONWICK et al. (2003). Daphnia magna. SELIVANOVSKAYA; LAPTYPOVA (2003); FJALLBORG et al. (2005); FJALLBORG; GUSTAFSSON (2006); OSADA et al (2011); MALARA;OLESZCZUK (2013). Daphnia similis. SOTERO-SANTOS (2005); JONSSON; MAIA. (2007); Da MATTA (2011). Heterocypris incongruents. OLESZCZUK; HOLLERT, (2011). Lepidium sativum, Sorghum saccharatum, Sinapsis alba. OLESZCZUK; HOLLERT, (2011); OLESZCZUK et al. (2012). Lactuta sativa. FJÄLLBORG; GUSTAFSSON, (2006); Da MATTA (2011). Raphanus sativus. SELIVANOVSKAYA; LAPTYPOVA (2003). Fonte: Autor (2016).. Fjällborg e Gustafsson (2006) conduziram uma avaliação da qualidade do lodo de esgoto após dois métodos de tratamento (incineração e peletização) do lodo digerido. Esses autores utilizaram a caracterização da ecotoxicidade aguda do lixiviado do lodo frente a Daphnia magna, como uma das componentes da avaliação e realizaram os procedimentos de AIT para identificar os agentes responsáveis pela ecotoxicidade. Muitos estudos com lodo foram desenvolvidos na maioria dos países utilizando Daphnia magna, porém, no Brasil, exceto na região Sul, Daphnia similis é.