Toxidez de efluentes municipais biologicamente tratados e

ARTIGO TÉCNICO
TOXIDEZ
DE EFLUENTES MUNICIPAIS BIOLOGICAMENTE
TRATADOS E DESINFETADOS COM HIPOCLORITO E
FERRATO DE SÓDIO
TOXICITY
OF BIOLOGICALLY TREATED EFFLUENTS DISINFECTED BY
HYPOCHLORITE AND FERRATE
(VI)
LUCIANA CARDOSO
Doutora em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental-UFRGS; ex-bolsista CNPq Recém-Doutor IPH/UFRGS
SÉRGIO JOÃO DE LUCA
Doutor em Engenharia Ambiental-North Carolina St University, NCSU, EUA; professor titular no Depto. de Saneamento
Ambiental-IPH-UFRGS
Recebido: 10/02/03
Aceito: 10/10/03
RESUMO
ABSTRACT
Um dos principais impactos nos recursos hídricos causados por
efluentes biologicamente tratados é a toxidez para a biota aquática. O objetivo deste trabalho foi verificar a toxicidade de
efluentes municipais, desinfetados ou não, em peixes. O delineamento experimental contou com efluentes de três Estações de
Tratamento de Esgoto (ETE), três tempos de detenção para a
desinfecção, e dois desinfetantes (HOCl e K2FeO4). Experimentos adicionais com diluição, variação de pH (NaOH) e com
denitrificação foram também realizados. O organismo alvo dos
testes de toxicidade foi o peixe Pimephales promelas (“fathead
ninnow”). Toxicidade aguda foi verificada nas amostras brutas
de esgotos analisadas, nas tratadas com hipoclorito, nas dos experimentos com NaOH e de denitrificação. Redução no efeito
tóxico foi verificada apenas nas amostras de efluente tratado por
lodo ativado, empregando o desinfetante íon ferrato (VI) e nos
experimentos com diluição, melhorando a qualidade do efluente
para a biota aquática.
One of the major water resources negative impacts of biologically
treated effluents is aquatic organisms toxicity. The main proposed
was to verify effluents, either or not disinfected, toxicity in fish. The
experimental design employed three distinct biologically treated
effluents, three detention disinfection times, and two disinfectants,
hypochlorite and ferrate(VI) ions. Aditional tests on the dilution,
pH and chemical denitrification effects were perfomed. The
bioindicator used was Pimephales promelas (fathead minnow). All
the control samples (biologically treated), after disinfection by
hypochlorite, with high pH and denitrified samples showed acute
toxicity. The effluent quality was increased to aquatic organisms in
experiments with dillution and with ferrate(VI) ion, in activated
sludge effluent.
PALAVRAS-CHAVE: Efluentes biologicamente tratados, desinfecção, hipoclorito, ferrato (VI), toxicidade a peixes, Pimephales
promelas.
KEYWORDS: Biologically treated effluents, disinfection,
hypochlorite, ferrate (VI), fish toxicity, fathead minnow.
Materiais tóxicos podem afetar diretamente espécies de interesse ao homem,
ou podem afetar indiretamente através de
mudanças na sua comunidade biológica,
mudanças na sua fonte de alimentos ou
outras relações (Warren, 1971).
Espécies diferentes de organismos
aquáticos não são igualmente susceptíveis
para a mesma substância química nem
são os organismos igualmente susceptíveis através do ciclo de vida. Além disso,
organismos da mesma espécie podem responder diferentemente ao mesmo nível
de uma substância tóxica de tempos em
tempos, mesmo quando todas as outras
variáveis são mantidas constantes
(AWWA, APHA,WEF, 1998).
Teste de toxicidade aquática é um
procedimento no qual as respostas de organismos aquáticos são usadas para detectar ou medir a presença ou efeito de
uma ou mais substâncias, resíduos, ou
fatores ambientais, isolados ou em combinação. O teste de toxicidade crônica
envolve um estímulo que retarda/persiste
ou continua por um período de tempo relativamente longo, freqüentemente 1/10 do
tempo de vida ou mais. “Crônico” seria considerado um termo relativo dependendo
da duração da vida do organismo. Um efeito crônico pode ser medido em termos de
redução no crescimento, redução na reprodução etc, além da letalidade.
No Brasil, estudos sobre a redução
de toxicidade em estações de tratamento
de despejos líquidos, domésticos e industriais estão sendo iniciados e poucas in-
engenharia sanitária e ambiental
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Vol. 9 - Nº 1 - jan/mar 2004, 26-29
INTRODUÇÃO
formações estão disponíveis. Embora existam dados físico-químicos que avaliam a
eficiência das estações de tratamento existentes, nada se sabe sobre os efeitos potenciais que a carga poluente remanescente pode causar ao corpo receptor, em
termos ecotoxicológicos. Em função dos
objetivos de uso das águas destes corpos
receptores, é importante que se comece a
obter essas informações nas estações em
operação, para que se possa avaliar eventuais impactos que um efluente complexo, de baixa biodegradabilidade, embora
tratado, pode causar à biota. A caracterização química de um efluente, isoladamente, não indica o potencial tóxico de
uma mistura complexa aos organismos
aquáticos. Assim, a ausência ou presença
de toxicidade nos despejos tratados é avaliada através do uso de organismos vivos
(Zagatto et al., 1992).
O objetivo deste trabalho foi verificar a possibilidade de interferência dos
desinfetantes utilizados no tratamento de
esgotos na toxicidade à biota aquática.
MATERIAL E
MÉTODOS
Foram testados efluentes de três
ETEs em três tempos de detenção hidráulica, sendo estes distintos para as
substâncias utilizadas no processo de desinfecção (hipoclorito e ferrato), conforme tabela 1. As amostras foram coletadas
de forma pontual, com uso de caminhãotanque de 12 m3 em cada uma das ETEs
para a montagem das diversas etapas dos
experimentos.
As características de operação cada
uma destas ETEs são: ETE Esmeralda/
Reator Anaeróbio tipo UASB– DMAE;
ETE Serraria/Lagoas de Estabilização –
DMAE; ETE Sapucaia do Sul/Lodos
Ativados – CORSAN.
Tanto para o sistema de desinfecção
por hipocloração (6mg/L e 13 mg/L de
HOCl) quanto por ferratação (8 mg/L e
15 mg/L de K2FeO4) duas concentrações
foram empregadas. O experimento com
hipocloração foi seguido de decloração,
sendo o sulfito de sódio adicionado durante a metade do tempo do experimento na amostra (De Luca et al., 2002).
Testes adicionais foram efetuados
para verificar o efeito isolado do pH, onde
NaOH 1M foi adicionado em quantidades equivalentes à concentração existente
em soluções de hipoclorito e de ferrato
utilizados nos experimentos. Após a realização destes experimentos foi efetuado
uma nova bateria com testes de diluição
engenharia sanitária e ambiental
Tabela 1 - Tempos de detenção (Td) para aos
desinfetantes utilizados
Desinfetante
Td1 Td2 Td3
Hipoclorito /Decloração(min)
220
123
61
Ferrato (min)
92
61
44
(efluente bruto e diluído 2x e 6x), empregando efluentes destas três ETEs e
mais de uma quarta ETE (ERQA = ETE
Campus da UFRGS/Reator Seqüencial
de Batelada – UFRGS/IPH). Por fim, foi
efetuado um experimento de desnitrificação química (com diluição 1:3) apenas com efluente da ETE ERQA para
verificar se efeito tóxico era resultado da
grande presença de amônia no efluente.
Os testes de toxicidade foram desenvolvidos no Laboratório de Ecototoxicologia, do Centro de Ecologia da
UFRGS, sendo o peixe Pimephales
promelas o organismo alvo utilizado. O
teste seguiu as normas preconizadas no
Standard Methods, 1998, para toxicidade crônica com este tipo de organismo.
Os resultados do laudo técnico, quanto ao
efeito observado nos peixes, obedecem ao
teste estatístico de Fischer, podendo espelhar:
Toxicidade aguda - diferença estatisticamente significativa entre a mortalidade ocorrida na população controle e a
da população exposta à amostra testada
em 96h de exposição;
Efeito agudo - diferença estatisticamente significativa entre a mortalidade
ocorrida na população controle e a da
população exposta à amostra testada ao
longo do período de observação;
Toxicidade crônica - diferença estatisticamente significativa entre o crescimento corporal (peso) ocorrido na população controle e a da população exposta à
amostra testada;
Sem efeito - amostra não tóxica.
RESULTADOS
Os resultados dos testes de
toxicidade expostos na tabela 2 evidenciaram que as amostras brutas de esgotos
das três ETEs analisadas apresentavam
toxicidade aguda. Toxicidade aguda também foi verificada nos experimentos com
6 e 13 mg/L de hipoclorito, sendo o efeito levemente amenizado (TA>EA) apenas para a ETE Serrar ia no experimento
com hipoclorito 6 mg/L.
Contudo, as amostras da ETE
Sapucaia, no tratamento com ferrato (VI),
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apresentaram redução no efeito tóxico em
ambas concentrações testadas. Isso evidenciou que o ferrato (VI) reagiu com
alguma substância ou combinação de
substâncias de efeito tóxico, contidas no
esgoto, melhorando a qualidade do
efluente para a disposição final.
Com o objetivo de também verificar o efeito do pH como responsável pela
toxicidade apresentada, independentemente do desinfetante utilizado, experimentos com adição de NaOH ao efluente
bruto foram efetuados. Toxicidade aguda foi verificada em todos os experimentos com NaOH. A diluição do efluente
(2x e 6x) reduziu o efeito de toxicidade
em todos os efluentes testados. Porém,
no experimento de denitrificação foi
verificada toxicidade aguda, mostrando
que outro composto que não a amônia
(Tabela 3) estava sendo responsável pela
toxicidade na amostra. Os valores médios
de pH e oxigênio dissolvido (OD), nos
experimentos da Tabela 4, mostram que
os teores de pH mais elevados realmente
foram os obtidos nos experimentos com
este objetivo (NaOH).
O teor de oxigênio dissolvido médio não foi o fator desencadeador da
toxicidade verificada nos experimentos,
embora, em alguns poucos efluentes de
ETEs, os níveis atingidos de OD no final
tivessem sido extremamente baixos. Nestes casos específicos, o fator oxigênio provavelmente tenha sido o responsável pela
mortalidade dos peixes nos testes de
toxicidade, como p. ex.: a) efluente da
ETE Sapucaia nos testes com hipoclorito
(4,5 mg OD/L em 6 mg HOCl/L;
5,0 mg OD/L em 13 mg HOCl/L) e b)
nos experimentos com NaOH na concentração equivalente a 6mg/L de hipoclorito (4,0 mg OD/L em Sapucaia Td2A
e Esmeralda Td3) e a 13 mg/L de
hipoclorito (0,5 mg OD/L em Serraria
Td3 e 4,0 mgOD/L em Esmeralda
Td3). Cumpre lembrar que 0,5 mg/L de
OD é letal em exposição prolongada à
maioria das espécies e certamente a esse
bioindicador.
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ARTIGO TÉCNICO
Toxidez de efluentes biologicamente tratados e desinfetados
ARTIGO TÉCNICO
Cardoso, L. & Luca, S. J.
Tabela 2 - Efeito observado nos testes de toxicidade crônica com Pimephales promelas
Tipo de experimento
Amostras
Bruto
Diluição
2X
6X
HOCl
K2FeO4
NaOH 10M
6 mg/L 13 mg/L 8 mg/L 15 mg/L eq. 8mg/L
eq. 15 mg/L
ETE Serraria Td1
TA
S/E
S/E
EA
TA
TA
TA
TA
TA
ETE Serraria Td3
TA
S/E
S/E
TA
TA
TA
TA
TA
TA
ETE Sapucaia Td2A
TA
S/E
S/E
TA
TA
S/E
S/E
TA
TA
ETE Sapucaia Td2B
TA
S/E
S/E
TA
TA
EA
S/E
TA
TA
ETE ERQA
TA
S/E
S/E
x
x
x
x
x
x
ETE Esmeralda Td1
TA
S/E
S/E
TA
TA
TA
TA
TA
TA
ETE Esmeralda Td3
TA
S/E
S/E
TA
TA
TA
TA
TA
TA
TA= toxicidade aguda (96h); EA= efeito agudo (7d, p≤0,05); S/E= sem efeito (7d, p>0,05); Td1 = 10,8 L/min;
Td2A=T2B= 20 L/min; Td3= 40 L/min
Tabela 3 - Faixas de valores de nitrogênio amoniacal nos efluentes tratados biologicamente
ETE
Valor médio
(NH3 -N -mg/L)
Faixa
(NH3 -N -mg/L)
RSB/IPH/UFRGS
8,30
4,77- 11,83
Serraria
8,21
5,51 - 12,76
Esmeralda
30,84
2,75 - 68,43
Sapucaia
6,21
0,67 - 21,31
Tabela 4 – Valores médios de pH e oxigênio dissolvido (OD) nas baterias de
experimentos dos testes de toxicidade crônica com Pimephales promelas
Experimento
pH
OD (mg/L)
Inicial
Final
Inicial
Final
bruto (HOCl)
7,2
8,1
7,1
8,0
HOCl 6mg/L
7,3
8,1
7,8
8,1
HOCl 13mg/L
7,3
8,1
7,3
8,0
bruto (K2FeO4)
7,6
7,9
8,5
8,4
K2FeO4 8mg/L
7,4
8,1
8,4
8,4
K2FeO4 15mg/L
7,3
8,0
8,5
8,2
NaOH 6mg/L
8,3
8,5
8,0
7,0
NaOH 13mg/L
9,0
8,6
8,2
6,4
diluição
7,4
7,7
8,3
7,9
denitrificação
7,5
7,6
8,3
7,8
engenharia sanitária e ambiental
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Vol. 9 - Nº 1 - jan/mar 2004, 26-29
DISCUSSÃO
Deve-se ressaltar que o conhecimento
da variabilidade do efeito tóxico de um
efluente tratado é um aspecto fundamental
para que se possa avaliar, ao longo do tempo,
o impacto causado por tal despejo em um
determinado recurso hídrico (Zagatto et al.,
1992). Desta forma, os resultados aqui obtidos atem-se somente às amostras ensaiadas,
sem nenhuma variabilidade temporal, já que
este fator não era objetivo deste trabalho,
mostrando que a toxidez a organismos aquáticos tem que ser avaliada caso a caso.
Em estudos realizados com efluentes
de diferentes categorias industriais (Burks,
1979; Bertoletti, 1990), foi verificada a
existência de baixa correlação entre os níveis das variáveis físico-químicas e os resultados dos testes de toxicidade. Atribuiu-se a toxicidade detectada à presença de outros elementos não analisados
quimicamente e, também, às interações
dos contaminantes presentes no mesmo
(Zagatto et al., 1992). Isso também foi
aqui verificado, pois após os resultados
dos testes de diluição (2x e 6x) esperavase que grande parte desta toxicidade fosse atribuída à elevada concentração de
amônia no efluente Porém, em alguns
casos isolados, a baixa concentração de
oxigênio foi um fator responsável pela
mortalidade dos peixes nos testes, assim
como o elevado pH nos testes com NaOH.
A estação de tratamento de esgotos
Suzano (Sabesp) é uma estação de tratamento secundário, que opera através de
sistemas de lodos ativados, recebendo
despejos de origem industrial (45%) e
doméstica (55%). Esta ETE foi avaliada
quanto à eficiência de redução de
toxicidade de seus despejos líquidos e foi
estimado o impacto que o efluente tratado dessa estação poderia causar ao corpo
receptor. Através dos testes com Daphnia
similis, verificou-se que, apesar da ETE
Suzano reduzir a toxicidade do seu
efluente (de 47 a 78%), foi estimado que
o efluente tratado, em três campanhas de
amostragem, pode causar efeitos tóxicos
crônicos à biota do corpo receptor
(Zagatto et al., 1992). Neste trabalho, os
diferentes sistemas de operação das ETEs
não influenciaram na redução da
toxicidade nos vários experimentos
efetuados. Contudo, na ETE Sapucaia,
que opera com lodos ativados, apenas nos
experimentos com a utilização do ferrato
(VI) como desinfetante, foi verificada a
redução do efeito tóxico, sugerindo que
alguma forma de limpeza dos compostos
ou do sinergismo do efluente foi efetuada.
engenharia sanitária e ambiental
A toxicidade de uma mistura complexa pode ser entendida como sendo a
resposta genérica dos efeitos interativos,
aditivos, sinérgicos e antagônicos, dos
agentes químicos presentes num dado
efluente e só pode ser avaliada e determinada através de testes com organismos
vivos (Zagatto et al., 1992). Assim, embora não se tenha o efeito específico verificado no experimento com ferrato (VI),
mesmo assim pôde-se verificar a resposta
sobre a biota aquática.
A toxicidade de efluentes de esgoto
de sete estações de tratamento foi avaliada antes e após a desinfecção. Para efluentes
não tóxicos, o efluente desinfectado foi
também não tóxico. Para efluentes tóxicos, a desinfecção usualmente resultou em
um aumento da toxicidade, com uma
tendência geral de cloração/decloração >
ozonização > irradiação ultravioleta (UV).
Além do resultado obtido com
ferrato (VI), anteriormente citado, o uso
de hipoclorito (6mg/L) na desinfecção do
efluente na ETE Serraria (Td3) reduziu
o efeito tóxico, sendo um caso isolado.
A composição e a qualidade de
efluentes líquidos, principalmente de estações de tratamento que recebem despejos domésticos e industriais, pode variar
muito ao longo do tempo devido a alterações na quantidade e qualidade dos
efluentes e, também, devido a variações
na eficiência do sistema de tratamento.
Essas variações se refletem na toxicidade
do despejo como um todo (USEPA,
1985 apud Zagatto et al., 1992). Por isso,
cabe mais uma vez ressaltar que os resultados aqui obtidos não podem ser
extrapolados e nem generalizados para
outros sistemas. Apenas serviram para
mostrar que realmente é difícil identificar
a causa da toxicidade de um efluente, mas
que resultados inesperados de remoção
de toxidez por desinfetantes, como os
obtidos com o ferrato (VI), devem ser
melhores analisados e pesquisados.
CONCLUSÕES
Os testes realizados com efluentes
biologicamente tratados mostraram que
as amostras de lodos ativados, de sistema
de lagoa de estabilização e de UASB apresentaram toxidez aguda. Diluições de
duas e seis vezes removeram a toxidez
aguda e crônica. Portanto, para reuso (pensando em água de processo industrial,
água para o gado ou dessedentação de
animais e água pra aqüicultura), sem desinfecção e sem controle de OD e pH, os
efluentes precisam ser adequados.
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Altos valores de pH podem ser ocasionados por desinfetantes. Baixos valores de OD podem provir nos efluentes.
Em ambas as situações, houve efeito agudo sobre o peixe bioindicador.
Os desinfetantes, hipoclorito e
ferrrato (VI) de sódio, não removeram a
toxidez aguda, exceto para a amostra de
lodos ativados pelo ferrato (VI). A remoção de amônia, por denitrificação química, não reduziu a toxidez, mostrando que,
além da amônia, outras substâncias ou
combinações estavam contribuindo para
a toxidez aos peixes.
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
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Methods, Washington, DC.
BURKS, S.I. Toxicity of petroleum refinery
wastewaters relative to types of treatment systems.
U.S. Environmental Protection Agency. Contract
nº 68-03-1679, 1979. 190p.
BERTOLETTI, E. Toxicidade e concentração
de agentes tóxicos em efluentes industriais. Ciência e Cultura, v. 42, n. 3/4, p 271-7. 1990.
DE LUCA, S.J., et al. Desinfecção de Efluentes
Tratados Com o Íon Ferrato (VI). Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 7, n. 3 - JulSet., p. 103-108. 2002.
FROESE, K.L. & KINDZIERSKI, W.B.
Health effects associated with wastewater
treatment, disposal, and reuse. Water
Environment Research, v. 70, n. 4, p. 962-7.
1998.
WARREN, C.E. Biology and water pollution
control. McGraw Hill, 1971. C. 14, p. 214224.
ZAGATTO, P.A., et al. de. Avaliação de
toxicidade em sistema de tratamento biológico de
afluentes líquidos. Revista SABESP, n. 166, p.
1-6. 1992.
Endereço para correspondência:
Sérgio João de Luca
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Rua Marques de Pombal, 327/901
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Porto Alegre - RS
Tel.: (51) 3316-6680
Fax: (51) 3316-6565
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