AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE DISSEMINAÇÃO DE METAIS PESADOS ATRAVÉS DA RECICLAGEM AGRÍCOLA DE BIOSSÓLIDOS NO PARANÁ: QUANTIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS EM LODOS

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1 AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE DISSEMINAÇÃO DE METAIS PESADOS ATRAVÉS DA RECICLAGEM AGRÍCOLA DE BIOSSÓLIDOS NO PARANÁ: QUANTIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS EM LODOS PEGORINI, E.S.; FRANÇA, M. ANDREOLI, C. V, FOWLER, R. B. Avaliação do potencial de disseminação de metais pesados através da reciclagem agrícola de biossólidos no paraná: quantificação dos elementos em lodos. XXIX CONGRESSO BRASILEIRTO DE CIÊNCIA DO SOLO. Ribeirão Preto, 2003 Eduardo Sabino Pegorini Eng. Agrônomo, MSc. em Agronomia (UFPR), Integrante do Grupo de Coordenação do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto, pesquisador bolsista pela Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Milene França Eng. Civil, MSc. em Engenharia Ambiental (UFSC), Integrante do Grupo de Coordenação do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto, pesquisadora bolsista pela Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Cleverson Vitório Andreoli * Eng. Agrônomo, Dr. em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor da UFPR e da FAE Business School, Eng. de Desenvolvimento e Coordenador Técnico do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto e do Programa Interdisciplinar de Pesquisas de Gerenciamento de Mananciais da Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP.] Rossana Baldanzi Fowler Eng. Agr. MSc em Agronomia (UFPR), Eng. do dept o de Tecnologia Ambiental/CEP.- Instituto Ambiental do Paraná (IAP). Endereço do autor principal (*): SANEPAR/GECIP R. Engenheiros Rebouças, 1376 Rebouças Curitiba / PR CEP: Brasil - Tel: +55(41) Fax: +55(41) c.andreoli@sanepar.com.br

2 AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE DISSEMINAÇÃO DE METAIS PESADOS ATRAVÉS DA RECICLAGEM AGRÍCOLA DE BIOSSÓLIDOS NO PARANÁ: QUANTIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS EM LODOS Introdução A disposição final do lodo de esgoto vem se caracterizando como um dos problemas ambientais urbanos mais relevantes da atualidade, e que cresce diariamente tanto em países desenvolvidos quanto naqueles em desenvolvimento, como reflexo da ampliação das redes de coleta e incremento dos níveis de tratamento. O lodo constitui o principal subproduto do processo de depuração das águas residuárias, tratando-se de um resíduo altamente poluente cuja disposição inadequada, questiona a própria efetividade das ações de saneamento. No Estado do Paraná, a questão representa um problema emergente impulsionado pelas políticas de expansão das redes de coleta, implantação de novas estações de tratamento de esgoto e a operação efetiva dos sistemas já instalados, que vem ocorrendo nos últimos anos. A SANEPAR é a principal operadora dos serviços de saneamento no estado, atendendo a 7,3 milhões de habitantes de 342 municípios do estado. O tratamento de efluentes atende atualmente a 35 % da população em 118 municípios (PMSS, 2001), com perspectiva de extensão para 80% da população destes municípios em médio prazo, incrementando proporcionalmente a produção de lodo. Estimativas com base em dados operacionais apontam uma produção atual de lodo no estado da ordem 880 t ms/mês, concentrada principalmente na Região Metropolitana de Curitiba e nos grandes centros regionais do Estado: Londrina e Região Metropolitana, Cascavel, Ponta Grossa, Toledo, Guarapuava, Paranavaí. Visando equacionar os problemas ambientais e operacionais da gestão do lodo, a SANEPAR, vem desenvolvendo desde 1988 um amplo programa de pesquisa para viabilizar e implantar uma alternativa adequada para disposição do lodo produzido. Estes estudos apontaram a reciclagem agrícola como a melhor opção sob os aspectos econômico e ambiental para o contexto regional do Paraná, e embasaram o desenvolvimento de programas de reciclagem implantados com sucesso e aprovação do órgão ambiental e da população em Curitiba, em setembro de 2000, e Foz do Iguaçu, em janeiro de Com os resultados positivos obtidos nestes projetos, a SANEPAR pretender difundir a reciclagem agrícola como principal alternativa de disposição para o lodo gerado nos sistemas de tratamento sob sua operação. No entanto, ainda que o lodo represente um adubo de qualidade excepcional, é também ponto de concentração de diversos poluentes e organismos patogênicos, que devem ser controlados para garantir a segurança do seu uso agrícola. Em muitos países, e mesmo em alguns estados do Brasil, a presença de metais pesados é um dos entraves mais fortes à reciclagem agrícola do lodo de esgoto. Em pequenas quantidades alguns destes elementos são benéficos e indispensáveis para o desenvolvimento vegetal e/ou animal, no entanto em quantidades superiores podem ser tóxicas, e, ao contrário dos patógenos e dos compostos orgânicos usuais no lodo, podem acumular no solo (BERTON, 2000). Devido às poucas certezas sobre o comportamento destes elementos no meio edáfico (MATIAZZO- PREZOTTO e GLÓRIA, 2000), os níveis adicionados aos solos através dos lodos devem ser rigorosamente controlados, particularmente sob as condições de clima tropical, característico do Brasil como um todo, caracterizado pela alta velocidade de degradação de materiais orgânicos e por não se ter disponíveis estudos suficientes sobre o comportamento dos metais aplicados através de resíduos. Assim, a caracterização dos biossólidos quanto ao conteúdo de metais pesados deve constituir etapa preliminar e indispensável do processo de avaliação da viabilidade do uso agrícola. O controle de metais presente no biossólidos é o passo inicial de um programa de reciclagem, visando a minimização do acúmulo destes elementos no solo, resultado da aplicação sucessiva de material contaminado. Objetivos Quantificar a concentração dos metais pesados Cd, Cu, Cr, Pb, Ni, Zn, Hg nos lodos de esgoto produzidos nas principais ETEs operadas pela SANEPAR, visando avaliar o potencial de contaminação dos solos pelo uso agrícola do lodo de esgoto no Estado do Paraná.

3 Avaliar contaminação com As, Se e Mo dos lodos de esgoto produzidos no Paraná, atendendo a solicitação do Instituto Ambiental do Paraná, visando avaliar a necessidade de inclusão destes elementos nos critérios de monitoramento da qualidade do lodo. Matéria e Métodos Foram realizadas coletadas de amostras de lodo de esgoto de 67 ETEs caracterizando os lodos produzidos em todas as regiões do estado. O projeto se propunha a realizar três amostragens por ETE (abril julho de 2001, outubro a dezembro de 2001 e março a julho de 2002, objetivando caracterizar flutuações nas concentrações destes elementos no lodo ao longo do ano. Em função da baixa carga orgânica aplicada a maioria das ETEs a freqüência de realização descartes nos sistemas foi insuficiente para atender a esta proposta, realizando-se apenas 2 amostragens, a primeira e a terceira, na maioria das ETEs. Em alguns sistemas foi possível a realização das 3 coletas. O numero de amostras analisadas totalizou 163 As amostras foram coletadas em sacos plásticas e enviadas para análise no laboratório LAKEFIELD GEOSOL LTDA, certificado pelos institutos: INMETRO, ABS "quality evaluation" e "Dutch Council". A metodologia utilizada foi digestão úmida com os seguintes procedimentos: a) Pesar 0,5 gramas da amostra seca a 60 ºC e em estufa por 24 h e moída a 150 mesch, e transferir para um béquer de 100 ml. b) Adicionar 5 ml de ácido nítrico, levar a chapa elétrica até secar. c) Adicionar 20 ml de ácido clorídrico, 1.0 ml de ácido nítrico e 1.0 ml de ácido perclórico e leva a chapa elétrica até secar, repetir processo mais uma vez. d) Retomar com água régia 10%, adicionando 20 ml deixar abrir e reduzir até o volume chegar a 10 ml e) Transferir para tubo de ensaio de 25 ml e aferir com água régia 10%. A determinação dos elementos Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Mo e Cr foi realizada com equipamento do tipo ICP, com limite de detecção de 3 ppm. Os elementos As e Se foram analisados através da metodologia de Geração de Hidretos e quantificados através de absorção atômica, com limite de detecção de 1 ppm. Para o Hg a metodologia utilizada foi Geração de Vapor Frio e leitura em absorção atômica, com limite de detecção de 50 ppb para Hg. Resultados e Discussão a) Principais elementos observados nos lodos do Paraná A tabela 1 apresenta os teores médios dos elementos encontrados em maiores quantidades nos lodos de esgoto de ETEs no Paraná. Os dados demonstram, de forma preliminar, o excelente potencial do lodo como fonte de fósforo (P). O potássio, como esperado, entre os elementos nutrientes, é mais carente no lodo; sendo muito solúvel, normalmente fica no meio líquido e é perdido nos processos de desaguamento do lodo. Tabela 1. Teores médios, máximos e mínimos dos elementos atômicos encontrados em maior abundância nos lodos do Paraná. Fe (%) Al(%) Ca(%) Mg(%) K(%) Na(%) Mn(%) P(%) Média 4,26 3,92 0,83 0,25 0,18 0,07 0,05 0,55 Desvio Padrão 1,37 0,63 0,48 0,16 0,18 0,07 0,05 0,34 Máximo 9,10 5,60 4,14 1,30 0,95 0,39 0,34 3,90 Mínimo 1,40 2,40 0,10 0,06 0,03 0,01 0,01 0,18 Os teores de Na estão dentro das expectativas, mas alertam para a necessidade de cuidados para problemas potenciais com salinização de solos em aplicações volumosas e consecutivas. Os teores de Al e Fe obtidos nestas amostras encontram-se acima dos teores médios apontados pela literatura internacional, no entanto não representam riscos para a utilização agrícola, uma vez que são elementos abundantes nos solos Entre os elementos encontrados em menores concentrações (tabelas 2 e 3), os elementos considerados perigosos mais freqüentemente encontrados foram são: As Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Mo, Hg, Se e Zn. Destes elementos, Zn, Mo, Cu, Co, B, Ni e Se são considerados micronutrientes essenciais para plantas e/ou animais. Tendo em vista a deficiência dos solos brasileiros em micronutrientes, alguns autores como MIYAZAWA et al. (1999) entre outros, argumentam a possibilidade e o interessante do emprego estratégico de materiais ricos nestes nutrientes como fonte de liberação gradativa destes elementos. Ponderam, no

4 entanto, sobre a necessidade, no entanto, de controle de elementos indesejáveis e que não possuem interesse agronômico, como Pb, Hg, Se, Ar e Cd, altamente perigosos na cadeia alimentar. Tabela 2. Teores (ppm) médios, máximos e mínimos dos elementos atômicos encontrados em menor abundância nos lodos do Paraná Zn Cu Cr Pb Ni B Co Mo As Cd Se Hg Média 706,32 222,09 146,09 133,56 37,79 32,00 23,24 7,00 7,48 < 3.0 1,00 2,49 Desvio Padrão 572,77 122,64 266,18 121,67 43,56 29,70 20,52 5,95 4, ,95 Máximo <5000,00 671, ,00 827,00 464,00 53,00 144,00 40,00 23,00-1,00 11,33 Mínimo 93,00 48,00 27,00 42,00 9,40 11,00 8,10 3,10 1,00-1,00 0,01 Tabela 3. Teores (ppm) médios, máximos e mínimos dos elementos atômicos considerados de menor importância nos lodos do Paraná Ba Ag Bi Be La Li Sc Sn Sr V W Y Zr Média 262,08 39,73 < 20 < ,00 13,42 8,88 < 20 58,00 116,92 < 20 15,26 60,50 Desvio Padrão125,11 47, ,00 7,30 4,24 30,51 62,59-9,06 55,21 Máximo 707,00 240, ,00 58,00 20,00-178,00 291,00-68,00 311,00 Mínimo 49,00 3, ,00 4,00 3,20-7,00 23,00-3,40 3,20 b) Síntese dos níveis de contaminação das ETEs do Paraná A tabela 4 apresenta os resultados médios, máximos e mínimos dos elementos considerados perigosos nas amostras de lodo coletadas, e sua distribuição em faixas de variação relativas aos máximos teores admitidos pela Instrução Normativa para Reciclagem Agrícola de Lodo de Esgoto do IAP (norma vigente no Paraná), para os elementos Cd, Cu, Cr, Pb, Ni, Zn e Hg, nos lodos classe A nos EUA (USEPA) para Ar e Se e o do Se, segundo a diretiva Francesa. Tabela 4. Distribuição percentual das amostras segundo faixas dos limites normativos de referência, média, desvio padrão, teores máximo e mínimo observados em lodos de ETEs do Paraná. Padrão da Percentagem valor referência Elemento Norma de Referência Referência 0% -50% 50% - 80% 80% - 100% >100% Média Desvio Padrão Máximo Mínimo Hg IAP Pr 16 ppm 98,77% 1,23% 0,00% 0,00% 2,47 1,93 11,33 0,093 Cd IAP Pr 20 ppm 100,00% 0,00% 0,00% 0,00% < 3, Cr IAP Pr 1000 ppm 96,91% 1,23% 0,00% 1,85% 145,44 266, ,00 27,00 Cu IAP Pr 1000 ppm 93,83% 6,17% 0,00% 0,00% 221,78 122,96 671,00 48,00 Ni IAP Pr 300 ppm 97,53% 1,85% 0,00% 0,62% 37,83 43,70 464,00 9,40 Pb IAP Pr 750 ppm 94,44% 3,09% 1,85% 0,62% 131,28 118,50 827,00 42,00 Zn IAP Pr 2500 ppm 90,12% 5,56% 1,23% 3,09% 703,73 573, ,00 93,00 Ar USEPA 41 ppm 98,15% 1,85% 0,00% 0,00% 7,45 4,27 23,00 1,00 Se FRANÇA 100 ppm 100,00% 0,00% 0,00% 0,00% < 1, Mo USEPA 18 ppm 90,12% 4,32% 2,47% 3,09% 5,15 4,05 32,00 3,00 Observa-se que mais de 90% das amostras analisadas apresentaram concentração de todos metais pesados analisados significativamente inferiores (teores menores que de 50%) aos limites máximos definidos pela normatização (IN do IAP, pela Diretiva da CEE e para o lodo classe A ("exceptional quality") definido pela EPA.), confirmando a qualidade excepcional dos lodos produzidos no Paraná. Coerente com dados de literatura (MIYAZAWA et al., 1999) o Zn e o Cu foram os elementos encontrados em maior abundância nos lodos de ETE no Paraná. No entanto, são micronutrientes presentes em níveis baixos na maioria dos solos paranaenses, principalmente o Zn (MIYAZAWA et al., 1999). Assim, o lodo pode ser encarado como fonte alternativa de Zn e Cu, além de outros macro e micronutrientes. Autores verificou correção de deficiências de Cu com o uso de lodo.

5 Apenas nove entre as 63 ETEs avaliadas apresentaram algum dos elementos acima dos limites definidos pela Instrução Normativa do IAP, que estabelece os critérios para reciclagem agrícola do lodo no Paraná. Os elementos observados em níveis inadequados foram Zn (3 ETEs), Mo (3 ETEs), Cr (1 ETE), Ni (1 ETE) e Pb (1 ETE). Em destas nenhuma das ETEs foram encontrados mais de um elemento acima dos níveis críticos. Entre os elementos considerados mais perigosos, e de nenhum benefício quando do uso agrícola do lodo, observa-se que o Cádmio (Cd), contaminante mais rigidamente limitado em legislações internacionais não foi encontrado em nível superior ao limite de determinação em nenhuma das ETEs analisadas, assim como os níveis de Selênio (Se). c) Variabilidade entre amostragens As descargas industriais nas redes de coleta são responsáveis tanto pelos níveis elevados de metais em algumas ETEs como pela variação dos elementos entre as amostragens. Estas variações foram mais significativas para Zn, Cr, Cu e Pb. O monitoramento do lodo pode ser utilizado como instrumento de avaliação da qualidade das descargas industriais e determinar a necessidade de implementação de um programa de fiscalização mais rígido para cada sistema de coleta. Entre os elementos encontrados em concentração superior aos limites normativos o Zn, excedendo em 3 ETEs, em uma destas nas três amostragens realizadas, demonstrando a necessidade de adoção de medidas de controle de descargas industriais imediata nestes sistemas. d) Avaliação da necessidade de monitoramento do As, Se e Mo Os resultados analíticos obtidos neste trabalho demonstram que os níveis de Ar e Se nos lodos destas ETEs encontram-se em faixa adequada para utilização agrícola, com o Se verificado acima de 1ppm em apenas 2 amostras. Em relação ao Mo, embora tenha sido verificado acima dos limites em 3 ETEs, a permanência do elemento entre os parâmetros normativos está sendo questionada nos EUA, único país que o monitora em lodos. No entanto o Mo é um micronutriente encontrado com freqüência em níveis baixos ou deficitários nos solos Paranaenses. Conclusões O monitoramento deve estar vinculado a medidas de intervenção de ordem operacional por parte do prestador de serviço saneamento, visando além de valorizar o uso agrícola do lodo, evitar a disposição de lodos de qualidade inadequada e controlar a qualidade dos despejos recebidos nas redes de coleta. Para o órgão de meio ambiente representa ainda instrumento operacional das próprias ETEs, contribuindo para a regularização e otimização da operação dos sistemas de tratamento, um problema real e de proporções significativas para as companhias de saneamento. Os resultados obtidos neste trabalho confirmam a excelente qualidade dos lodos produzidos nas ETEs operadas pela SANEPAR e seu potencial para uso como insumo agrícola e fonte de macro e micronutrientes: mais de 90 % das amostras analisadas apresentaram teores de metais inferiores a 50 % dos limites normativos do IAP, da CEE e dos EUA Estes resultados confirmam, porém, a necessidade de um programa de monitoramento contínuo de descargas industriais nas redes de coleta domésticas, como medida fundamental para assegurar a qualidade dos lodos. Entre os elementos mais perigosos presentes nos lodos de esgoto no Paraná, Cu e Zn apresentam as maiores concentrações e o uso agrícola do resíduo pode corrigir deficiências destes elementos nos solos. Os elementos Ar, Se e Mo foram observados em faixas adequadas para utilização agrícola dos lodos. Bibliografia. PMSS Programa de Modernização do Setor de Saneamento - Diagnóstico dos serviços de água e esgotos Brasília: SEDU/PR: Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada IPEA, 2001 BERTON, R. S. Riscos de Contaminação do Agrossistema com Metais Pesados. In: BETTIOL, W.; CAMARGO, O. A. (ed). Impacto Ambiental do Uso Agrícola do Lodo de Esgoto. Jaguariúna, SP: EMBRAPA Meio Ambiente, p MATTIAZO-PREZOTTO, E; GLÓRIA, N. A. Uso de resíduos na agricultura. Apostila da ESALQ MIAZAWA, M. GIMENEZ, S. M. N.; FERNANDES, F; OLIVEIRA, E. L.; SILVA, S. M. C. P. Efeito do lodo de esgoto nos teores de metais pesado no solo e na planta. In: ANDREOLI, C. LARA, A. I.; FERNANDES, F. (orgs). Reciclagem agrícola de lodo de esgoto: transformando problemas em soluções. Curitiba: SANEPAR/FINEP, p