II QUALIDADE MICROBIOLÓGICA DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E VIABILIDADE DE APLICAÇÃO NA IRRIGAÇÃO

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1 II QUALIDADE MICROBIOLÓGICA DE EFLUENTES DOMÉSTICOS E VIABILIDADE DE APLICAÇÃO NA IRRIGAÇÃO Fabio Kaczala (1) Mestrando em Saúde Pública, área de concentração em Saneamento Ambiental, ENSP/FIOCRUZ, Engenheiro Civil, UERJ Odir Clécio da Cruz Roque D.Sc, em Saúde Pública, área de concentração em Saneamento Ambiental, ENSP/FIOCRUZ. Engenheiro Químico, UFRRJ, Pesquisador Titular ENSP, Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente da Faculdade de Engenharia da UERJ João Vitor Toniato Mestrando em Saúde Pública, área de concentração em Saneamento Ambiental, ENSP/FIOCRUZ, Engenheiro Químico UFRRJ. Valéria Borba do Nascimento M.Sc em Saúde Pública, área de concentração Saneamento Ambiental, ENSP/FIOCRUZ, Engenheira Civil, Especialização em Engenharia de Saúde Pública ENSP/FIOCRUZ, Professora do EAD e na ENSP/FIOCRUZ, Assessora da Coordenação Geral dos Resíduos do Programa Institucional FIOCRUZ Saudável. Débora Carvalho Roque Técnica de Conservação e gerenciamento ambiental, CEFETEC, graduanda em Biologia UVA, bolsista de apoio técnico DFF/FIOCRUZ. Endereço (1) : Rua Campos Salles, 102 ap. 405 Tijuca Rio de Janeiro RJ CEP , telefone: , fkaczala@ensp.fiocruz.br RESUMO Atualmente o ser humano vem se deparando com diversos tipos de problemas ambientais e sócio econômicos em vista de um aumento cada vez maior da utilização de recursos naturais e também da geração de resíduos. Dentre importantes recursos naturais necessários para a sobrevivência do homem, está a água. Além da falta de quantidade, a qualidade da água também está comprometida. O acelerado crescimento nas demandas por água de altos níveis de qualidade, aliado a crises de escassez naturais, estão afetando os países, principalmente os países das regiões áridas e semi-áridas, fazendo com que ocorram sérias restrições de abastecimento humano, industrial, e agrícola. Sendo assim, estes países estão investindo e acelerando a procura por fontes alternativas de água. Entre estas fontes alternativas, estão principalmente as águas residuárias domésticas tratadas, além de águas salobras e salinas. Dentre os diversos usos destas águas residuárias, podemos utilizá-las para a irrigação, sendo que para isto, há a necessidade de se obter uma qualidade microbiológica e físico-química que proteja e não traga riscos ao meio ambiente e principalmente à saúde pública. Com isto, o presente trabalho, teve como objetivo analisar a qualidade microbiológica e físicoquímica do efluente de um sistema de tratamento biológico utilizando o sistema de fossa séptica-filtro anaeróbio e polimento final através de uma Zona de Raízes, e a viabilidade de utilizá-lo para a irrigação de forma a atender requisitos de saúde pública estabelecidos por normas e diretrizes. Foram analisados alguns parâmetros de considerável importância para a saúde pública, sendo eles os parâmetros microbiológicos Escherichia coli, Coliformes Totais e Ovos de nematóides. O sistema foi analisado em um período de 6 meses e de acordo com as diretrizes utilizadas no presente estudo, demonstrou ser viável para a aplicação e utilização de seu efluente na irrigação, principalmente para fins de culturas industrialmente processadas, silvicultura, plantas forrageiras, culturas frutíferas arbóreas e também de cereais. PALAVRAS-CHAVE: Saúde Pública, Efluentes Domésticos, Zona de Raízes, irrigação, Qualidade microbiológica INTRODUÇÃO De acordo com a literatura especializada, em regiões com disponibilidade dos recursos hídricos limitada, os efluentes domésticos tratados podem ser utilizados na agricultura, na indústria, em recarga de aqüíferos e até em usos recreacionais. (BOUWER, 1989; ASANO e MILLS, 1990; ASANO et al., 1992). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Contudo em termos qualitativos, assim como as águas de abastecimento, o uso de águas residuarias requer atenção especial, devido aos problemas principalmente, ambientais e de saúde publica. Estão bem documentados os problemas de saúde devido ao uso de esgotos bruto ou insuficientemente tratado. Pois as águas residuárias contêm concentrações elevadas de microorganismos patogênicos que podem ser bastante prejudiciais à saúde (FEACHEM et al, 1983). Os constituintes indesejáveis e prejudiciais do ponto de vista da saúde pública, que estão presentes nos esgotos domésticos, podem ser divididos em quatro grupos bem definidos: bactérias, vírus, helmintos ou parasitas e protozoários. Logo, o uso de tal fonte como alternativa para a escassez de recursos hídricos depende de um minucioso estudo de avaliação microbiológica, para que se atenda alguns requisitos e limites estabelecidos através de diretrizes, regulamentações. MATERIAIS E MÉTODOS Área de Estudo: O Centro de Estudos Ambientais e Desenvolvimento Sustentável - CEADS em Dois Rios, Ilha Grande, é um campus avançado de pesquisa que pertence à UERJ- Universidade Estadual do Rio de Janeiro, e possui um sistema de tratamento de esgotos domésticos implantado que descarta efluente final no Rio Barra Grande que corre ao lado do centro. O Sistema é basicamente composto por três processos: fossa séptica, filtro anaeróbio e Zona de Raízes, e foi projetado para atender uma população de 60 pessoas entre funcionários e visitantes. Entretanto, a freqüência de pessoas no centro é bastante oscilatória, gerando grandes variações no fluxo de esgoto. A Zona de Raízes que representa o polimento final do tratamento, possui as seguintes dimensões em metros: 15,0 x 5,50 x 0,50 (comprimento x largura x profundidade) (Figura 1). O leito é compostos por pedras (brita n 3), e nele estão estabelecidas plantas emergentes de duas famílias que são as Asteráceas e as Comelináceas. Fig 1: Desenho Esquemático do Sistema de Zona de Raízes ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Amostragem e Análises de Laboratório: As amostras foram coletadas e levadas ao laboratório em períodos quinzenais. Os pontos de amostragem para a verificação dos parâmetros são fixos e se encontram respectivamente na entrada e na saída do tratamento por zona de raízes ( Figura 2). As amostras líquidas foram analisadas quanto aos parâmetros microbiológicos que foram, os coliformes totais e coliformes termotolerantes, especificamente a espécie Escherichia coli, e também os ovos de nematóides. Figura 2: Sistema de Zona de Raízes e os pontos de coleta na entrada e saída do sistema Diretrizes de Qualidade Estabelecidas e Utilizadas no Estudo: O Estado da Califórnia foi o pioneiro no estabelecimento de padrões de qualidade para utilização de efluentes, em (STATE OF CALIFORNIA, 1978). Os padrões californianos deram origem às diretrizes estabelecidas pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (USEPA), que por sua vez serviu de base para que os estados americanos desenvolvessem os seus próprios critérios e códigos de prática. Estes critérios se aplicam também aos países que exportam produtos agrícolas para os EUA, e que se utilizam de águas residuárias na agricultura (USEPA/USID 1992). Posteriormente, no ano de 1973, a OMS Organização Mundial de Saúde também desenvolveu suas próprias diretrizes, onde os limites estabelecidos eram bem mais adequados aos países em desenvolvimento (WHO,1973). Percebeu-se a demasiada restrição imposta pelo padrão californiano, ainda mais com a falta de um estudo epidemiológico representativo que suportasse tal fato. Porém, com o aumento significativo da escassez hídrica nas últimas décadas em algumas regiões, a aplicação de efluentes domésticos tratados na irrigação veio ganhando espaço entre os tomadores de decisões, e de seus respectivos planos de gerenciamento dos recursos hídricos. Com isto, houve a necessidade de novos estudos e análises de dados epidemiológicos que fossem mais recentes, e portanto mais representativos. Um convênio entre as Nações Unidas, o Banco Mundial, a OMS, a FAO - Food and Agriculture Organization, a USEPA, e o Centro de Pesquisa do Desenvolvimento Internacional do Canadá, realizou uma revisão e compilação de dados epidemiológicos mais recentes e também mais abrangentes na época, em relação às práticas de aplicação de efluentes na agricultura. Foram reunidos para discutir as análises realizadas, diversos engenheiros, epidemiologistas e cientistas sociais, em 1985 em Engelbert (IRCWD,1985) e em Adelboden em 1987 ( MARA e CAIRNCROSS, 1989). Através destas reuniões e discussões, foram publicados por BLUM e FEACHEM (1985), e SHUVAL et al (1986), como resultado do processo, os documentos que deram origem às novas diretrizes para a aplicação segura de esgotos e lodos na agricultura e aquicultura, publicado pela OMS em Posteriormente, utilizando evidências epidemiológicas empíricas e estudos com medições reais de exposições diárias a microorganismos que acorrem ao longo de um determinado período de tempo, BLUMENTHAL et al (2000) desenvolveram recomendações com a finalidade de revisar estas diretrizes estabelecidas pela OMS em ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 1989. Esta proposta de revisão também foi utilizada para fins de análise e enquadramento do efluente estudado. Logo as diretrizes utilizadas foram: OMS ( Organização Mundial da Saúde). A OMS publicou o manual WHO 1989: Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture, onde é levado em consideração os processos de tratamento, os métodos de aplicação da irrigação e as culturas a serem irrigadas. (Tabela 1) EPA ( Agência Ambiental Norte Americana) Guias para Reúso de águas residuárias. Tal publicação não só fala dos aspectos do reúso, mas também de formas de monitoramento do sistema e também de distâncias mínimas de exposição a serem seguidos. (Tabela 2) Diretrizes propostas por BLUMENTHAL et al (2000) da OMS. Esta proposta de revisão também foi utilizada para fins de análise e enquadramento do efluente estudado. (Tabela 3) Tabela 1: Diretrizes da OMS (1989) para utilização de águas residuárias tratadas na irrigação Categoria Condições de Reuso A Irrigação de alimentos ingeridos sem cozimento, campos de esportes, parques públicos d B Irrigação de cereais, alimentos industrializados, forragem, pasto e árvores e C Irrigação localizada na categoria B e que não ocorra exposição dos trabalhadores e do público Grupo Exposto Trabalhadores, consumidores, público Nematóides b Intestinais (nº de ovos /litro c ) Coliformes Termotolerantes (UFC/100ml) Trabalhadores < 1 Sem padrão recomendado Tratamento Requerido < 1 <1000 Lagoas de estabilização em série para alcançar a qualidade microniológica indicada ou tratamento equivalente Retenção em Lagoas de estabilização de 8 a 10 dias ou equivelente remoção de helmintos e coliformes fecais. Nenhum Não se aplica Não se aplica Pré tratamento requerido pela tecnologia empregada na irrigação mas nunca sem uma sedimentação primária a Nos casos específicos os fatores epidemiológicos, socioculturais e de desenvolvimento locais devem ser levados em consideração e as diretrizes devem ser modificadas adequadamente. b Espécies de Ascaris e Trichuris. c Durante o período de irrigação. d Um limite de diretriz mais rigoroso (<200 coliformes fecais/100ml) é apropriado para gramados públicos. e No caso de árvores frutíferas a irrigação deve ser interrompida duas semanas antes da colheita, não dever ser aproveitado nenhum fruto que tenha caído ao solo e não deve ser utilizado aspersores aéreos para irrigar essas colheitas. - Fonte: OMS, 1989 Tabela 2: Diretrizes da USEPA para utilização de águas residuárias tratadas DBO (mg/l) TURBIDEZ (NTU) Reuso Urbano: Rega de parques, campos, cemitérios < 10 < Irrigação em áreas de acesso restrito: Silvicultura, campos gramados. ph < 30 Sem restrições 6-9 < 200 Coliformes Termotolerantes (UFC/100ml) Não detectáveis em 100 ml Irrigação de culturas não processadas industrialmente, incluindo as consumidas cruas < 10 < Não detectáveis em 100 ml Irrigação de culturas industrialmente processadas Irrigação de pastos para gado, fibras, forrageiras. Fonte: USEPA, 1992 < 30 < 30 Sem restrições Sem restrições 6-9 < < 200 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 3.Diretrizes revisadas de Microbiologia recomendadas para utilização de águas residuárias na agricultura Categoria A B Condições de Reuso Irrigação irrestrita Irrigação de alimentos ingeridos sem cozimento, campos de esportes, parques públicos e Irrigação restrita Grupo Exposto Trabalhadores, consumidores, público Técnicas de Irrigação Nematóides b Intestinais (nº de ovos /litro c ) Coliformes Fecais (nº/100ml d ) Qualquer < 0,1 f <10 3 Tratamento Requerido Lagoas de estabilização em série bem dimensionadas, reator seqüencial por batelada seguido de armazenamento ou equivalente tratamento secundário convencional suplementado por lagoa de polimento ou filtração e desinfecção Irrigação de cereais, alimentos industrializados, forragem, pasto e árvores g Trabalhadores (exceto para crianças <15anos) e comunidades próximas. Spray ou aspersor < 1 <10 5 Retenção em lagoas de estabilização em série incluindo uma de maturação, reator sequencial por batelada seguido de armazenamento ou equivalente tratamento secundário convencional suplementado por lagoa de polimento ou filtração. C Irrigação localizada na categoria B e que não ocorra exposição dos trabalhadores e do público Trabalhadores (exceto para crianças <15anos) e comunidades próximas Inundação de leiras < 1 Trabalhadores inclusive crianças <15anos) e comunidades próximas. Qualquer < 0,1 Nenhum Não se aplica Não se aplica Pré tratamento requerido pela tecnologia empregada na irrigação mas nunca sem uma sedimentação primária <10 5 <10 3 Como na categoria A Como na categoria A a Nos casos específicos os fatores epidemiológicos, socioculturais e de desenvolvimento locais devem ser levados em consideração e as diretrizes devem ser modificadas adequadamente. b Espécies de Ascaris e Trichuris, esses limites tem também a intenção de proteger também contra os riscos de protozoários. c Durante o período de irrigação (se as águas residuárias forem tratadas por lagoas de estabilização em série que tenham sido bem dimensionadas para alcançar esses números, o monitoramento de rotina da qualidade do efluente não é necessária). d Durante o período de irrigação (preferencialmente deve ser analisado os níveis de coliformes fecais semanalmente, quando não for possível pelo, pelo menos mensalmente. e Um limite de diretriz mais rigoroso (<200 coliformes fecais/100ml) é apropriado para gramados públicos. f Esse limite das diretrizes pode ser aumentado para < 1 ovo/l se as condições estiverem quentes e secas e a irrigação não estiver sendo utilizada ou se o tratamento das águas residuárias forem complementadas com tratamento químico adequado. g No caso de árvores frutíferas a irrigação deve ser interrompida duas semanas antes da colheita, não dever ser aproveitado nenhum fruto que tenha caído ao solo e não deve ser utilizado aspersores aéreos para irrigar essas colheitas. Fonte: Blumenthal et al., 2000 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO De acordo com a Figura 3, em relação às diretrizes da OMS, podemos afirmar que apenas o dia 16/11/2004, possivelmente respeitaria os padrões e limites que definem a categoria A. Esta categoria tem como limite máximo 1000 Coliformes Fecais/100ml e os efluentes que nela se encontram são permitidos à aplicação em culturas que são ingeridas sem cozimento ou cruas, parques públicos e campos esportivos. Escherichia coli 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 13/10/04 2,50E+07 4,70E+07 5,10E+06 1,22E+06 7,70E+06 9,80E+06 6,80E+04 9,00E+04 3,80E+05 1,50E+05 6,00E+04 1,00E+03 2,24E+03 4,50E+05 03/11/04 16/11/04 06/12/04 20/12/04 24/01/05 21/02/05 07/03/05 E.coli saida E.Coli. Entrada Figura 3: Densidade de bactérias (UFC/100ml). Valores de Entrada e saída do sistema Em relação às categorias B e C, já que a OMS não preconiza limites de Escherichia coli para este tipo de irrigação, o efluente se enquadra em todas as amostras. Nestas categorias, o efluente pode ser utilizado para a irrigação de cereais, culturas e alimentos processados industrialmente, plantas forrageiras e silvicultura. Se formos levar em consideração os recentes estudos realizados por BLUMENTHAL et al (2000), onde foi proposta uma revisão das diretrizes da OMS, apenas os dias 3/11/2004 e 7/03/2005 não respeitam os limites para Escherichia coli estabelecidos para a irrigação de culturas e alimentos processados por industrias, forragens, e árvores frutíferas, que podem ter no máximo 10 5 coliformes fecais/100ml. Convém lembrar que nestes casos, se forem utilizados os processos de aspersão na aplicação do efluente, é necessário a ausência de crianças menores de 15 anos, trabalhando no campo, ou nas proximidades da região desta aplicação. Isto é imposto, devido alguns estudos demonstrarem que crianças entre 5-14 anos tiveram altos índices de diarréia causados pelo contato com aerossóis formados por efluentes que continham >10 5 Coliformes Fecais/100 ml. Caso haja a presença de crianças, os limites são reduzidos a 1000 coliformes fecais/ 100 ml, no qual somente o dia 16/11/2004 está dentro destes limites. O caso de não se atingir a qualidade requerida, nos outros dias possibilitaria a aplicação do efluente, mas tomando precauções em termos da aplicação nas culturas, e também de algum tipo de controle de exposição destas pessoas. Quanto às diretrizes da USEPA, que são muito mais restritas, o sistema analisado mostrou não ter grande eficiência, deixando assim sua qualidade microbiológica muito acima dos limites permitidos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Coliformes Totais 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 5,96E+07 3,90E+07 1,65E+06 3,00E+05 6,50E+06 4,70E+05 8,10E+04 1,30E+03 1,22E+08 1,01E+07 1,05E+07 1,48E+06 9,10E+05 3,90E+06 13/10/04 03/11/04 16/11/04 06/12/04 20/12/04 24/01/05 21/02/05 07/03/05 Saída Entrada Figura 4: Densidade de Coliformes Totais (UFC/100ml). Valores de entrada e saída do sistema Em termos de densidade de Coliformes Totais, a diretrizes que auxiliam o uso de esgotos para irrigação e que foram apresentados no presente estudo não preconizam limites. A relação do sistema estudado e a retirada de ovos de nematóides foi totalmente benéfica, visto que o efluente não apresentou em nenhum dia de coleta, a presença destes ovos, tendo apresentado uma remoção de 100%. Em relação ao afluente a quantidade variou de 1 a 2 ovos/l, e é bem menor em relação aos dados existentes da literatura. Pois este é um problema mais sério e originado em regiões endêmicas, geralmente regiões com baixa qualidade de vida e infra estrutura sanitárias, onde pessoas já infectadas, principalmente crianças e adolescentes lançam em suas fezes estes organismos. CONCLUSÕES Em relação à diretriz estabelecida pela OMS, a zona de raiz obteve resultados satisfatórios em termos de quantidade de Escherichia Coli somente para as categorias B e C, justamente pelo fato de não apresentarem limites quanto a este parâmetro. O tratamento realizado pelo sistema não obteve um efluente de qualidade que possa irrigar, culturas consumidas cruas, como hortaliças, e também alguns usos urbanos como rega de jardins. Mas de qualquer forma a zona de raiz demonstrou produzir efluentes que possivelmente podem ser aplicados em culturas e alimentos industrialmente processados, cultura arbóreas, silvicultura, e cereais. Em relação à diretriz estabelecida pela USEPA, concluímos que a zona de raiz não foi eficiente em termos de remoção de patógenos, se fazendo a necessidade de algum processo de desinfecção. Isto demonstra a real restrição imposta pelos padrões americanos, onde estabelecem níveis altos de qualidade, com a ausência de coliformes fecais/100 ml, para irrigar culturas consumidas cruas, ou em casos de forrageiras, culturas industrias, árvores frutíferas e cereais há uma pequena flexibilidade para 200 coliformes fecais/100 ml, o que ainda é bem restrito.o caso estudado lançou concentrações de Escherichia coli e Coliformes Totais de acordo com a literatura estudada. BLUMENTHAL et al (2000) propuseram uma diretriz onde realizaram algumas modificações e recomendações às diretrizes da OMS, para a proteção de saúde pública. Esta foi a diretriz em que o efluente produzido e estudado melhor se enquadrou, até mesmo em relação às categorias que são mais restritas que as da OMS ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 A categoria B desta diretriz é para a irrigação de cereais, alimentos industrializados, plantas forrageiras, pasto e árvores. Isso demonstra que esta seria talvez uma diretriz a ser avaliada e talvez adaptada às nossa condições, de acordo com os resultados obtidos REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASANO, T., MILLS R.A., Planning and analysis for water reuse projects, Journal of the American Water Works Association, January, 38± ASANO, T., RICHARD, D., CRITES, R.W., TCHOBANOGLOUS, G., Evolution of tertiary treatment requirements in California. Water Environ. Technol. 4(2), 37± BLUM, D. AND FEACHEM, R.G. (1985) Health aspects of nightsoil and sludge use in agriculture and aquaculture part III: An epidemiological perspective, IRCWD Report No. 04/85, SANDEC, CH- 8600, Dubendorf, Switzerland 4. BLUMENTHAL, U. J.; MARA, D. D.; PEASEY, A.; RUIS-PALACIOS, G.; STOTT, R.; Guidelines for the microbiological quality of treated wastewater used in agriculture: recommendations for revising WHO guidelines. Bulletin of the World Health Organization, 78(9): BOUWER, H., Ground water recharge with sewage effluent. Water Sci. Technol. 23, 2099± FEACHEM R.G., BRADLEY D.J., GARELICK H. AND MARA D.D. (1983) Sanitation and Disease: Health Aspects of Excreta and Wastewater Management. John Wiley, Chichester 7. IRCWD (1985) Health aspects of Wastewater and Excreta use in Agriculture and Aquaculture. The Engelberg Report. IRCWD News 23, MARA, D. AND CAIRNCROSS, S. (1989) Guidelines for the Safe Use of Wastewater and Excreta in Agriculture and Aquaculture. World Health Organization, Geneva, Switzerland, 187 pp. 9. SHUVAL, H. L, ADIN, A, FATTAL, B., RAWITZ, E., AND YEKUTIEL, P. (1986). Watewater Irrigation in Developing Countries-Health Effects and Technical Solutions. World Bank Technical Paper Number 51, The World Bank, Washington, D.C. 10. STATE OF CALIFORNIA (1978) Wastewater Reclamation Criteria. California Administrative Code Title 22, Division 4, Environmental Health, Dept. of Health Services, Sanitary Engineering Section (also cited in Wastewater Reclamation and Reuse (ed. T. Asano). 11. USEPA ( United States Environmental Protection Agency), Guidelines for Water Reuse.Washington: Office of Wastewater Enforcement and Compliance, Environmental Protection Agency. 12. WHO (1973) Reuse of Effluents: Methods of Wastewater Treatment and Public Health Safeguards. Report of a WHO Meeting of Experts, Technical Report Series No. 517, WHO, Geneva. 13. WHO (1989) Health Guidelines for The Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture. Report of a WHO Scientific Group Technical Report Series N. 778, World Health Organization., Geneva ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8