DECAIMENTO DE PATÓGENOS EM BIOSSÓLIDOS ESTOCADOS EM VALAS

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1 DECAIMENTO DE PATÓGENOS EM BIOSSÓLIDOS ESTOCADOS EM VALAS Pedro Alem Sobrinho (*) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo USP. Professor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. João Baptista Comparini Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SABESP. (*) Av. Prof. Almeida Prado, 231 Prédio da Engenharia Civil São Paulo SP Brasil CEP: Correio eletrônico: palem@usp.br. RESUMO O uso agrícola de biossólidos gerados no tratamento de esgotos municipais constitui alternativa largamente aplicada em diversos países pelo seu potencial como fonte de nutrientes para as plantas e para o condicionamento de solos. Dentre as preocupações que essa alternativa de disposição apresenta destaca-se a possibilidade de contaminação ambiental e do homem por microrganismos patogênicos, sendo uma das formas de controle utilizadas a redução da concentração dos mesmos no biossólido através de processos de tratamento adequados. Tendo em vista que muitos desses processos apresentam custos elevados de capital ou de operação e manutenção, dificultando ou mesmo impedindo sua utilização no Brasil nas condições atuais, pesquisou-se o decaimento na concentração de patógenos no biossólido através da simples estocagem em valas pelo período de 1 ano. No experimento mediu-se o decaimento da concentração das bactérias E. coli e Salmonella sp., de bacteriófagos F- específicos, utilizados como indicadores da presença de vírus entéricos, e de ovos de helmintos. Foram também acompanhadas as transformações nas características físicas e químicas do biossólido de forma a avaliarse as implicações quanto às suas propriedades de interesse agronômico. A estocagem do biossólido em valas por período de 357 reduziu a concentração das bactérias E. coli em 2,16 log, obtendo-se concentrações finais da ordem de NMP/g em base seca, reduziu o conteúdo de bacteriófagos F- específicos em 1,92 log, atingindo-se uma concentração final de 1, UFP/g em base seca, e promoveu a redução na concentração de ovos de helmintos para níveis inferiores a 0,25 ovos viáveis/g em base seca. Com relação às características físicas e químicas do biossólido, a estocagem não provocou alterações que implicassem em prejuízos às suas propriedades agronômicas. Palavras chave: Biossólidos. Patógenos. Estocagem. Agricultura. INTRODUÇÃO O uso agrícola de biossólidos constitui alternativa de disposição largamente aplicada em diversos países pelo seu potencial como fonte de nutrientes para as plantas e para o condicionamento de solos. Dentre as preocupações ligadas a essa alternativa de disposição destaca-se a possibilidade de contaminação ambiental e do homem por microrganismos patogênicos, sendo uma das formas de controle utilizadas a redução da concentração dos mesmos no biossólido através de processos de tratamento adequados. Neste trabalho são apresentados os resultados do decaimento na concentração de patógenos no biossólido através de sua estocagem em valas, em condições climáticas diversas daquelas onde essa forma de tratamento já foi avaliada. OBJETIVO O objetivo da pesquisa foi o de avaliar o decaimento na concentração de microrganismos patogênicos em biossólidos estocados em valas pelo período de 1 ano, de forma a verificar a adequação desta alternativa ao atendimento dos

2 requisitos para utilização em áreas agrícolas. Paralelamente foram acompanhadas as transformações nas suas características físicas e químicas, avaliando-se as implicações quanto às suas propriedades de interesse agronômico. METODOLOGIA O biossólido utilizado no experimento é produzido em uma estação de tratamento de esgotos municipais por lodos ativados convencional, situada em Franca, município do Estado de São Paulo com população urbana de habitantes no ano Os lodos primários e secundários da estação são homogeneizados, adensados e submetidos à digestão anaeróbia em 2 biodigestores primários e 1 secundário, com tempo de detenção total de cerca de 36 e temperatura de operação na faixa de 25 a 29 C. O desaguamento é efetuado em filtro prensa de esteira, com o biossólido gerado apresentando teor de sólidos na faixa de 18 a 20%. Para a pesquisa foram construídas duas valas com 3m de largura, 6m de comprimento e 1m de profundidade. O volume de biossólido disposto em cada vala foi de, aproximadamente, 18m 3. Nas datas de amostragem eram coletadas 8 amostras simples de biossólido, da superfície até o fundo da vala, de forma a obter-se uma amostra composta. As concentrações de bactérias coliformes totais e E. coli, assim como dos demais microrganismos, foram determinadas a cada 30. As bactérias Salmonella sp. foram avaliadas em termos de presença ou ausência, não efetuando-se a quantificação. De forma a obter-se indicações da presença de vírus entéricos no biossólido foram realizadas análises da concentração de bacteriófagos F-específicos, escolhidos como indicadores. As concentrações de helmintos foram avaliadas em termos de ovos totais e dos ovos que apresentavam viabilidade. Além disso foram identificadas e quantificadas as espécies encontradas. Para acompanhar as transformações na composição do biossólido ao longo do tempo foram monitoradas as seguintes características: temperatura, ph, umidade, sólidos totais e voláteis, C-orgânico, P-total, N-Kjeldahl, N-Amoniacal, N- Nitrato/Nitrito, K, Ca, Na, S, Mg, Fe, Mn, B, e os metais pesados As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se e Zn. Ao longo dos 357 de medição foram realizadas 142 determinações laboratoriais para os parâmetros microbiológicos e 408 para os físicos e químicos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Características físicas e químicas do biossólido. - Ao longo dos 357 a temperatura ambiente variou entre os extremos de 4,4 e 42,7 0 C (média de 23,5 0 C), a temperatura no biossólido a 20cm de profundidade entre 13,1 e 35,9 0 C (média de 27,2 0 C), e a 90cm de profundidade entre 13,8 e 28,0 0 C (média de 25,4 0 C). Nesse período o biossólido manteve valores de umidade elevados e pouco diferentes do inicial, da ordem de 80%. Observou-se uma redução gradual na concentração dos sólidos voláteis em relação aos totais, de cerca de 73% para 68% ao final de 357 de estocagem, resultado do prosseguimento da estabilização do biossólido armazenado. Com relação às propriedades de interesse agronômico foram observados os seguintes resultados: redução do ph nos primeiros 30 de estocagem, de 7,1 a 6,7, seguindo-se uma tendência de elevação ao longo do tempo com o valor de 7,8 sendo alcançado ao final; o conteúdo de C-Orgânico não sofreu redução que indicasse perda relevante de matéria orgânica no processo, com a concentração média 360,3g/kgMS, ou 36,0%, confirmando a viabilidade de sua utilização como agente condicionador de solos; a estocagem não gerou redução que pudesse ser considerada no conteúdo de N-Kjeldahl, com o valor médio de 47,7g/kgMS, ou 4,7%, confirmando a potencialidade do biossólido como fonte desse macronutriente para as plantas; a relação entre o conteúdo de N-amoniacal, disponível para as plantas, e o N-Kjeldahl, elevou-se de cerca 11% para 36% ao longo do período de estocagem, o que pode ser considerada benéfico no sentido de disponibilizar mais imediatamente esse nutriente para as plantas; a concentração de P-total ao final das medições foi da ordem de 15,0g/kgMS ou 1,5%; o biossólido contém outros macronutrientes como o Ca, Mg e S, e micronutrientes como o Fe, Mn e B, que são elementos essenciais para o desenvolvimento das plantas.

3 Na Figura 1 são apresentadas as evoluções observadas ao longo do período do experimento para o teor de umidade, conteúdo de sólidos voláteis em relação aos totais, ph e frações de nitrogênio. % 89,0 Umidade do biossólido (%) % 74,0 % de Sólidos Voláte is e m re lação aos Sólidos Totais no biossólido 88,0 87,0 72,0 86,0 85,0 84,0 R 2 = 0,57 70,0 68,0 R 2 = 0,94 83,0 82,0 07/08/00 07/09/00 07/10/00 07/11/00 07/12/00 Média das 2 valas 07/01/01 07/02/01 07/03/01 07/04/01 07/05/01 07/06/01 07/07/01 66,0 64, ph 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 6,6 6,4 6,2 6, ph do biossólido R 2 = 0, FIGURA 1: Umidade, Percentual de Sólidos Voláteis, ph, e Frações de Nitrogênio durante a estocagem do biossólido em valas g/kgms 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 R 2 = 0,80 R 2 = 0,90 Frações de Nitrogênio R 2 = 0,71 N-Kjeldahl N-orgânico N-amoniacal As concentrações de metais pesados no biossólido foram determinadas na data inicial, aos 168 e aos 357. Todas as amostras apresentaram concentrações significativamente inferiores aos limites normativos vigentes no Estado de São Paulo (CETESB, 1999), não restringindo, portanto, a utilização do biossólido em áreas agrícolas. O metal mais limitante seria o Zn, mesmo assim com concentrações cerca de 5 vezes inferiores ao valor máximo permitido, conforme se observa na Tabela 1. TABELA 1: Concentração de metais pesados em amostras de biossólido durante a estocagem em valas Tempo () Concentração (mg/kgms) As Cd Cr Cu Hg Mo Ni Pb Se Zn 07/08/00 0 0,39 2,20 409,00 272,65 4,21 6,76 40,40 64,49 (1) 1305,74 22/01/ ,27 3,04 92,46 244,63 2,00 5,14 74,94 75,33 (1) 1910,10 30/07/ (2) 2,27 400,71 251,82 (2) (2) 79,89 76,75 (1) 1367,89 Média 0,33 2,50 300,72 256,37 3,10 5,95 65,07 72, ,91 Limite normativo (3) (4) (1) Não detectado, sendo o limite de detecção 0,067mg/kgMS. (2) Não analisado. (3) Conforme Norma P 4230 (CETESB 1999). (4) Para o Cr, a limitação normativa restringe-se à taxa de acumulação do metal no solo.

4 Características microbiológicas do biossólido. - A estocagem do biossólido levou a uma redução na concentração de bacteriófagos F-específicos de cerca de 2 log nos primeiros 30, de 1, UPF/gMS para 10 2 UFP/gMS, com esse nível de concentração permanecendo até o final dos 357 do experimento, conforme pode ser observado na Tabela 2 e Figura 2 para cada uma das duas valas. As reduções observadas na concentração das bactérias E. coli foram significativas, obtendo-se 99,3% ao final dos 357, ou redução logarítmica de 2,16. Após 168 essa concentração estava reduzida de um valor inicial de 3, NMP/gMS para valores da ordem de 10 3 NMP/gMS, conforme pode ser verificado na Tabela 3 e Figura 3. TABELA 2: Concentração de bacteriófagos F-específicos durante a estocagem do biossólido em valas Tempo decorrido Bacteriófagos F-específicos (UFP/gMS) Redução em relação ao valor inicial () Vala 1 Vala 2 Média % log (1) 07/08/00 0 1, , , /08/ , , , ,2 0,83 04/09/ , , , ,6 2,43 18/09/ , , , ,6 1,84 02/10/ , , , ,7 1,88 16/10/ , , , ,6 1,84 30/10/ , , , ,5 1,83 02/01/ , , , ,3 1,78 22/01/ , , , ,9 1,96 19/02/ , , , ,2 2,09 19/03/ , , , ,5 1,83 16/04/ , , , ,1 1,72 14/05/ , , , ,3 2,18 11/06/ , , , ,1 1,71 10/07/ , , , ,2 2,10 30/07/ , , , ,8 1,92 (1) Redução expressa como o logaritmo da concentração inicial / concentração nas datas indicadas. UFP / gms 1,00E+05 1,00E+04 Evolução da concentração de Bacteriófagos F-específicos Vala 1 Vala 2 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E FIGURA 2: Evolução da concentração de Bacteriógafos F-específicos durante a estocagem do biossólido em valas

5 As bactérias Salmonellas sp. não foram detectadas no biossólido em todas as amostras analisadas ao longo dos primeiros 70 do experimento, com 6 datas distintas de amostragem nas 2 valas, decidindo-se por interromper as medições. Não foi possível, portanto, avaliar-se a efetividade da estocagem de biossólidos quanto à inativação das mesmas. Para os ovos totais de helmintos observou-se uma tendência de redução na concentração de forma mais acentuada a partir de aproximadamente 8,5 meses de estocagem. Mesmo assim, ao final dos 357 do experimento a concentração ainda se manteve elevada, com valor médio de 30,10 ovos/gms nas 2 valas. A partir de 168 de estocagem a concentração de ovos viáveis já se encontrava bastante reduzida em relação aos valores iniciais, e após 252 essas concentrações foram reduzidas a níveis próximos de zero nas amostras analisadas, conforme pode ser observado na Tabela 4 e Figura 4. TABELA 3: Concentrações de coliformes totais e E. coli durante a estocagem do biossólido em valas Tempo () Coliformes totais (NMP/gMS) Redução em relação ao valor inicial E. coli (NMP/gMS) Redução em relação ao valor inicial Vala 1 Vala 2 Média (1) % Log (2) Vala 1 Vala 2 Média (1) % Log (2) 07/08/00 0 2, , , , , , /08/ , , , ,2 0,62 1, , , (3) (3) 04/09/ , , , ,8 0,27 9, , , (3) (3) 18/09/ , , , ,8 0,88 2, , , ,0 0,35 02/10/ , , , ,2 1,42 1, , , ,2 0,68 16/10/ , , , ,6 1,13 3, , , ,0 0,14 30/10/ , , , ,8 1,09 4, , , ,8 0,26 27/11/ , , , ,7 1,90 1, , , ,2 0,89 26/12/ , , , ,4 1,44 1, , , ,7 1,64 22/01/ , , , ,0 1,30 1, , , ,3 2,18 19/02/ , , , ,8 1,28 1, , , ,5 2,27 19/03/ , , , ,5 1,35 3, , , ,3 2,18 16/04/ , , , ,2 1,73 1, , , ,2 2,12 14/05/ , , , ,4 1,80 1, , , ,4 2,23 11/06/ , , , ,6 1,62 1, , , ,6 2,35 10/07/ , , , ,5 1,35 3, , , ,2 2,08 30/07/ , , , ,9 1,98 9, , , ,3 2,16 (1) As amostras compostas de cada vala foram analisadas em triplicata. Portanto, as mé indicadas correspondem à média de 6 análises individuais, sendo 3 em cada vala. (2) Redução expressa como o logaritmo da concentração inicial / concentração nas datas indicadas. (3) Ocorrência de crescimento bacteriano, com aumento na concentração.

6 NMP / gms 1,00E+08 Evolução da concentração de coliformes totais e E. coli 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 Coliformes totais 1,00E+01 E. coli 1,00E FIGURA 3: Evolução da concentração de bactérias coliformes totais e E. coli durante a estocagem do biossólido em valas Esses resultados permitiriam a inclusão do biossólido na Classe A de acordo com a normalização do Estado de São Paulo para uso na agricultura (CETESB, 1999), que estabelece um limite de 0,25 ovos viáveis/gms. Nas condições ambientais descritas, portanto, a estocagem do biossólido por 357 mostrou-se efetiva na destruição desses organismos, resultando na obtenção de um produto certamente mais seguro para a utilização em áreas agrícolas. TABELA 4: Ovos totais e ovos viáveis de helmintos durante a estocagem do biossólido em valas Tempo () Ovos Totais (nº / gms) Ovos Viáveis (nº / gms) Vala 1 Vala 2 Média (1) Vala 1 Vala 2 Média (1) % de Viabilidade (2) Redução de Ovos Viáveis em relação ao valor inicial % Log (3) 07/08/ ,67 59,35 63,01 21,33 11,29 16,31 25, /08/ ,97 100,55 90,26 29,39 55,40 42,40 47,0-160,0-0,41 04/09/ ,24 113,90 96,07 44,10 80,23 62,16 64,7-281,2-0,58 18/09/ ,75 97,59 100,67 16,19 34,76 25,47 25,3-56,2-0,19 02/10/ ,71 44,81 47,76 19,39 13,44 16,42 34,4-0,7 0,00 16/10/ ,42 50,35 49,39 16,89 12,59 14,74 29,8 9,6 0,04 30/10/ ,29 85,96 76,62 14,69 9,98 12,34 16,1 24,4 0,12 27/11/ ,08 92,37 78,23 5,90 10,17 8,04 10,3 50,7 0,31 26/12/ ,82 60,98 72,40 10,79 7,17 8,98 12,4 44,9 0,26 22/01/ ,12 76,66 69,89 2,49 2,53 2,51 3,6 84,6 0,81 19/02/ (4) 77,55 77,55 (4) 3,37 3,37 4,3 79,3 0,68 19/03/ ,32 94,56 89,94 0,60 0,26 0,43 0,5 97,4 1,58 16/04/ ,32 89,21 87,27 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0-14/05/ ,02 62,03 62,52 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0-11/06/ ,56 61,13 44,84 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0-30/07/ ,59 36,62 30,10 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - (1) As amostras compostas de cada vala foram analisadas em duplicata. (2) O percentual de viabilidade apresentado é relativo às mé de ovos viáveis e totais das 2 valas. (3) Redução expressa como o logaritmo da concentração inicial / concentração nas datas indicadas. (4) Amostras desprezadas em virtude de problemas na determinação laboratorial.

7 nº ovos / gms 120,00 Ovos totais e ovos viáveis de helmintos Média das 2 valas 100,00 80,00 Ovos Totais Ovos Viáveis 60,00 40,00 20,00 0, FIGURA 4: Evolução da concentração de ovos de helmintos durante a estocagem do biossólido em valas CONCLUSÕES Em relação às propriedades de interesse agronômico, a estocagem do biossólido por período de 357 em valas cobertas, sob condições de temperatura ambiente entre os valores extremos de 4,4 e 42,7 0 C (média de 23,5 0 C), não provocou reduções que pudessem ser consideradas importantes em seu conteúdo de C-orgânico, N-Kjeldahl e P-total. O processo, assim, não altera essas propriedades no biossólido de forma a prejudicar o interesse pela sua utilização em áreas agrícolas. A estocagem do biossólido não possibilitou a inativação de todos os microrganismos considerados como indicadores de sua qualidade sanitária, mostrando-se insuficiente para a completa higienização. Aponta, entretanto, para uma melhoria significativa da qualidade e menor risco na utilização agrícola, tendo em vista a redução na concentração das bactérias E. coli, de 10 5 NMP/gMS para valores da ordem de NMP/gMS, em 168, de bacteriófagos F-específicos, de 10 4 UFP/gMS para 10 2 UFP/gMS, em 30, e a obtenção de concentrações próximas de zero para os ovos viáveis de helmintos, após 252. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CETESB: Companhia de Tecnologia Ambiental. Aplicação de Biossólidos em Áreas Agrícolas: Critérios para Projeto e Operação. Manual técnico. Norma P4230. São Paulo, ago.1999.