OCORRÊNCIA DE MICROCONTAMINANTES EMERGENTES EM ÁGUAS SUPERFICIAIS E RESIDUÁRIAS: AVALIAÇÃO DE RISCO ASSOCIADO E ESTADO DA ARTE DE PESQUISAS NO BRASIL

Transcrição

1 OCORRÊNCIA DE MICROCONTAMINANTES EMERGENTES EM ÁGUAS SUPERFICIAIS E RESIDUÁRIAS: AVALIAÇÃO DE RISCO ASSOCIADO E ESTADO DA ARTE DE PESQUISAS NO BRASIL Neildes de Souza Santana 1 *; Vania Rodrigues Lopes 1 ; Marcelo Antunes Nolasco 1 Resumo A ocorrência de microcontaminantes emergentes (MCE) em corpos d águas vem ganhando a atenção da comunidade científica por estar associado a efeitos adversos em organismos aquáticos e seres humanos, a exemplo de genotoxicidade e interferência endócrina. Considerando o exposto o presente trabalho revisou os estudos recentes publicados no Brasil no âmbito da determinação de MCE em diferentes matrizes ambientais e avaliação de efeitos toxicológicos associados. Foram encontrados catorze trabalhos no âmbito de avaliação de MCE no Brasil, destes 35% em águas superficiais, 30% em esgoto sanitário, 25%, em efluentes de ETE e somente 10 % em água potável. Apenas três dos catorze trabalhos consultados adotaram algum tipo de avaliação de toxicidade. Apesar do aumento das pesquisas o âmbito dos MCE no Brasil nos últimos quinze anos fatores como alto custo das análises, ausência de regulamentação legal e incipiência na avaliação dos efeitos associados são considerados como entraves para o desenvolvimento destes estudos. O aumento de pesquisas na área, a exemplo da avaliação de risco ecológico e ensaios avaliando efeitos em organismos de diferentes níveis tróficos pode contribuir para a diminuição de fontes de poluição em ecossistemas aquáticos bem como no entendimento e mitigação dos efeitos associados. Palavras-Chave microcontaminantes emergentes, perturbadores endócrinos, ecotoxicologia. OCCURRENCE OF EMERGING COMPOUNDS IN SURFACE AND WASTEWATERS IN BRAZIL: ENVIRONMENTAL RISKS EVALUATION AND RESEARCHE S STATE OF THE ART Abstract The occurrence emerging compounds in water bodies have been gaining the attention of the scientific community because they may be associated with adverse effects on aquatic organisms and humans, such as genotoxicity and endocrine disruption. Considering the above this paper reviewed the recent studies published in Brazil in the determination of emerging compounds in different environmental matrices and assessment of toxicological effects associated. Fourteen papers were found in the assessment of emerging compounds framework in Brazil, 35% of them in surface water, 30% in wastewater, 25% in WWTP treated effluents and only 10% in drinking water. Only three of these fourteen studies reviewed considered some kind of assessment of toxicity in organisms. Despite of the increase in researches in the last fifteen years, factors such as high cost of analysis, no legal determination and incipient in the assessment of associated effects are considered as barriers in development of these researches. The increase in these researches framework may be effective in the reduction of sources of pollution in aquatic ecosystems as well as understanding and mitigate the associated effects. Keywords emerging compounds, endocrine disruption, ecotoxicology. 1 Programa de Pós-Graduação em Sustentabilidade. Escola de Artes, Ciências e Humanidades. EACH-USP.Av. Arlindo Betio, 1000 Ermelino Matarazzo São Paulo SP * do autor : neildes_se@usp.br

2 INTRODUÇÃO A crescente produção e regulamentação de novos compostos químicos aliada a sistemas de acesso e tratamento de esgotos ineficientes bem como o lançamento inadequado de efluentes industriais têm ocasionado o aumento da contaminação nas mais diversas matrizes ambientais. No âmbito dos ecossistemas aquáticos, as águas residuárias constituem umas das principais fontes de entrada de compostos xenobióticos, conhecidos como microcontaminantes emergentes (MCE) devido a persistência desses compostos ao tratamento biológico empregado nas estações de tratamento de esgoto (ETE) Schwarzenbah et al. (2006). Esta nova categoria de produtos abrange fármacos de diversas classes (ex. analgésicos, antibióticos e anti-inflamatórios), produtos de limpeza doméstica e higiene pessoal, compostos aplicados na produção de resinas plásticas e drogas ilícitas Richardson et al. (2011). Os MCE são classificados pela presença em baixas concentrações (µg/l ou ng/l), riscos potenciais que podem causar aos ecossistemas e, ainda, ausência de regulamentação legal acerca do seu lançamento e disposição final no ambiente Petrovic et al. (2006); Belgiorno et al. (2007). Alguns dos MCE têm ganhado destaque na comunidade científica por serem considerados compostos interferentes ou desreguladores endócrinos (DE), considerados como um composto ou mistura de compostos capaz de causar interferência na síntese, secreção, transporte, ligação ação ou eliminação dos hormônios naturais do corpo que são responsáveis pela manutenção, reprodução, desenvolvimento, e /ou comportamento US-EPA (1997). Atualmente existem mais de compostos que tiveram seu uso regulado e cerca de 800 deles estão relacionados a algum tipo de interferência endócrina WHO (2012). Estima-se que nos EUA apenas o setor industrial lançou de toneladas de substâncias poluentes só no ano de Destes, mais de 155 toneladas estão associadas a efeitos reprodutivos adversos em organismos aquáticos US-EPA (2010). Ao final da década de 70 com o desenvolvimento de técnicas de detecção de microcontaminantes, a exemplo da cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas (LC- MS), tornou-se possível a determinação e quantificação dessas substâncias a baixíssimas concentrações IWA (2010). Aliado a isso foram publicados notáveis casos associando a ação de DE em organismos, a exemplo de alterações no sistemas reprodutivo de jacarés no Lago Apopka na Flórida (EUA), no ano de 1995, associado à exposição ao pesticida organoclorado DDT (2,2 bis-pclorofenil-1,1,1-tricloroetano) e seu metabólito DDE (2,2 bis-p-clorofenil-1,1-dicloroetileno) Guillette et al. (1996). Muitos outros efeitos adversos associados aos DE têm sido citados na literatura, entre os quais se destacam: diminuição na eclosão de ovos de pássaros e tartarugas; feminização de peixes machos; desordens no sistema reprodutivo em peixes, répteis, pássaros e alterações no sistema imunológico de mamíferos marinhos Bila e Dezotti (2007). Quando estas alterações agem de forma sinérgica ou aditiva podem trazer consequências ecológicas mais severas a exemplo do declínio de populações. Em seres humanos esses efeitos incluem a redução da quantidade de esperma, o aumento da incidência de câncer de mama, de testículo e de próstata e a endometriose Argemi et al. (2005). O crescente número de pesquisas evidenciando efeitos associados aos DE em diferentes classes de organismos e em seres humanos culminou para criação de centros de pesquisa em diversas partes do mundo com ênfase para a Endocrine Disruptor Screening and Testing Advisory Committee- EDSTAC, criado em 1996 pela agência de proteção ambiental norte-americana EPA e a Community Strategy for Endocrine Disrupters fundada pela Comunidade Europeia, em 1999

3 COM 706 (1999); US-EPA (1998). Dentre as funções desses comitês estão: a síntese de uma lista de substâncias apontadas como DE, monitorar seus potenciais efeitos de exposição em estudos de avaliação de risco ecológico e, com base nessas informações, gerenciar políticas públicas de divulgação das informações à população e mitigação desses efeitos SEC nº 1001 (2011); USEPA (2014). Apesar da crescente preocupação por parte das agências ambientais e comunidade científica, os dados da produção brasileira para caracterização de MCE presentes em águas residuárias e seus potenciais efeitos toxicológicos são escassos. No Brasil, a maioria dos estudos publicados no âmbito da avaliação de contaminação ainda está atrelada à caracterização de parâmetros físicos e químicos das águas tais como, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), turbidez e alcalinidade. Considerando o exposto, o presente trabalho pretende avaliar o estado da arte de pesquisas no âmbito da avaliação de contaminantes emergentes em águas residuárias, superficiais e potável no país. Será considerada também a investigação dos riscos ambientais associados à presença destes compostos nas diferentes matrizes ambientais bem como o status do Brasil no âmbito de instrumento legais que regulem a presença e concentração máxima destes produtos no ambiente. METODOLOGIA O presente estudo considerou a avaliação dos trabalhos publicados no âmbito de determinação e quantificação de MCE em águas residuárias, superficiais e potáveis no Brasil. Para isso, foi realizada uma busca por artigos publicados entre em periódicos internacionais e revistas nacionais de relevância na área utilizando as bases de dados Web of Science e Scopus. Também foram considerados trabalhos acadêmicos (teses e dissertações) no âmbito do saneamento ambiental que considerassem a avaliação de MCE nas matrizes ambientais selecionadas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Avaliação dos riscos ambientais pelos interferentes endócrinos no país A avaliação dos riscos consiste num primeiro momento na formulação do problema, tendo como prioridade identificar quais são os agentes causadores de riscos no ambiente estudado. Esta primeira fase é um diagnóstico do cenário em que se faz uso de coleta de dados, busca de informações disponíveis sobre os agentes causadores e possíveis impactos que possam causar à sobrevivência de algumas espécies. As etapas de avaliações seguintes acontecem simultaneamente, tem a finalidade de analisar efeitos e exposição. Os efeitos são avaliados por meio de dados de dose-resposta, classificação dos níveis de concentração, graus de bioacumulação e toxicidade dos compostos. Essas medidas visam determinar a extensão do risco na dinâmica das populações expostas. Nas avaliações de efeito e exposição são determinadas quais e quantas são as vias contato, bem como a duração da exposição (Escher; Leusch, 2012). Por fim, o risco é caracterizado em diferentes cenários e é estabelecida a dose segura considerando todo o ciclo de vida. Nesta etapa final avalia-se todos os riscos envolvidos, todas evidências disponíveis (laboratoriais e de campo) considerando cada uma delas para avaliar a

4 gravidade dos efeitos Laurenson et al. (2014) ; Escher; Leusch (2012); Jobling et al., (2012). A avaliação de riscos ambientais da agência ambiental europeia (EMEA), é dividida em duas fases ao invés das quatro anteriormente descritas da agência norte-americana (US-EPA). A EMEA em sua avaliação inicial utiliza-se de cálculos preditivos de concentrações ambientais em águas superficiais, tomando como base a quantidade de compostos utilizados por ano. Na abordagem utilizada pela EMEA a ocorrência de compostos com valores preditivos em águas superficiais em concentrações acima de 10 ng.l -1 determina a necessidade de refinar a avaliação numa segunda etapa. Nesta segunda etapa, avaliam-se mais informações sobre como os compostos possam se comportar em diferentes matrizes, utilizando-se para isto de modelos preditivos de taxas de transferência para sedimentos ou cálculos de estimativas de concentrações. Nesta etapa são incluídos nos cálculos os limites aceitáveis de taxas de dissolução em água (log P ow > 4,5) e coeficiente de adsorção (log K oc > 4) dos compostos, estabelecendo-se limites máximos para que caso estejam ultrapassados se possa avaliar suas relevâncias em análises mais específicas Knacker et al. (2008). Nas etapas iniciais de avaliações de risco ambiental são utilizados os ensaios in vitro porém se houver evidências de riscos maiores há necessidade de uso de ensaios in vivo. Esta avaliação é separada em duas faixas denominadas pelo acrônimo do inglês TIE Toxicity Identification Evaluation, que é uma sequência de procedimentos que empregam bioensaios para identificar ou isolar os compostos responsáveis pelas toxicidades. A primeira faixa (Tier 1) utiliza ensaios in vitro dada a capacidade destes ensaios em fornecer rapidamente uma resposta que correlacione a toxicidade em misturas de compostos presentes nas amostras. Caso a primeira avaliação aponte toxicidade é conduzida uma segunda faixa (Tier 2) que avalia in vivo como os compostos interagem em células alvos destes ensaios e quais os efeitos ocasionados nos sistemas reprodutivos ou desenvolvimento nos bioindicadores selecionados Sanseverino et al.(2009). O objetivo dos bioensaios é de identificar se há compostos biodisponíveis, com atividade biológica capaz de atingir as células e promover alguma modificação a nível celular Sanseverino et al.(2005); Clode ( 2006). Os bioensaios in vitro em associação com as análises químicas auxiliam na identificação da ação de compostos alvo. O uso integrado destas duas técnicas propõe o uso de padrões dos compostos e identifica suas respostas nos bioensaios de exposição. Um estudo recente publicado por Solano e colaboradores (2015) traz um exemplo do uso da abordagem integrada descrita acima, analisando concentrações de alguns contaminantes emergentes e avaliando os efeitos toxicológicos em água potável proveniente de uma estação de tratamento de água (ETA) no estado de São Paulo. O estudo avaliou o potencial de estrogenicidade em ensaios de exposição in vivo durante um período de 21 dias de exposição utilizando ratas como bioindicadoras. Os resultados obtidos se enquadram na primeira faixa de avaliação de risco e trazem a avaliação química, a exemplo da quantificação de diversos compostos, tais como, Cafeína ( ug/l), estrona (1 ng/l) e atrazina ( ng/l). Os ensaios de uterotróficos evidenciaram alterações nos níveis dos hormônios folículo-estimulante (FSH) e luteinizante (LH). Esses hormônios são sintetizados na porção anterior da hipófise e responsáveis pelo crescimento e maturação dos folículos ovarianos. O folículo é considerado a unidade morfológica e funcional do ovário mamífero, cuja função é proporcionar um ambiente ideal para o crescimento e a maturação do oócito Cortvrindt e Smitz (2001).

5 Abordagem quali-quantitativa de estudos de caracterização de microcontaminantes emergentes no país. Foram encontrados catorze trabalhos no âmbito de avaliação de MCE no Brasil considerando as bases de dados supramencionadas. Destes, cinco trabalhos versavam sobre a caracterização de MCE em águas superficiais e apenas três trabalhos contemplavam a determinação destes contaminantes em água potável. Seis dos trabalhos tratavam da avaliação de MCE em águas residuárias, avaliando sua remoção em sistemas descentralizados de tratamento. Cinco dos trabalhos tratavam da eficiência de remoção em ETE, considerando a determinação da concentração dos MCE na entrada e na saída da estação de tratamento. Apenas três dos catorze trabalhos consultados considerou algum tipo de avaliação de toxicidade com ênfase para o trabalho de Masseli et al. (2015) que avaliou a toxicidade de esgoto sanitário oriundo de uma indústria de produção de fármacos veterinários em cinco organismos a saber: Daphnia similis, Vibrio fischeri, Pseudokirchneriella subcapitata, Lactuca sativa L. e Allium cepa L. O sistema de tratamento de efluentes utilizados pela fábrica era do tipo químico e biológico, com floculação e lodo ativado, respectivamente. O estudo evidenciou uma alta toxicidade do efluente mesmo após tratamento, nas espécies D.similis e A. fischeri, o que pode ser associado a riscos aos organismos aquáticos quando se considera a descarga em corpos d água. A toxicidade do efluente pode estar relacionada ao fato de antibióticos produzidos pelas indústrias serem recalcitrantes ao tratamento químico e biológico utilizado Hernando et al. (2006). No âmbito da legislação nacional, ainda não existe um instrumento legal que imponha parâmetros e limites máximos permitidos para MCE presentes em águas superficiais e residuárias, considerando seu lançamento em corpos d água ou formas de reuso. Entretanto, se as águas residuárias forem lançadas como efluentes em corpos receptores, as mesmas devem seguir a regulamentação estabelecida nas Resoluções CONAMA Nº 357/05 e 430/11. Esta menciona apenas o uso de ensaios com organismos aquáticos como forma de avaliação de exposição e efeito, como determinado no artigo 18, parágrafo 1, abaixo: O efluente não deverá causar ou possuir potencial para causar efeitos tóxicos aos organismos aquáticos no corpo receptor, de acordo com os critérios de ecotoxicidade estabelecidos pelo órgão ambiental competente. (...) Os critérios de ecotoxicidade devem se basear em resultados de ensaios ecotoxicológicos aceitos pelo órgão ambiental, realizados no efluente, utilizando organismos aquáticos de pelo menos dois níveis tróficos diferentes Efluente de ETE 25% Águas superficiais 35% Água potável 10% Esgoto Sanitário 30% Figura 1 % de matrizes ambientais consideradas em estudos de avaliação de MCE no Brasi

6 Tabela 1: Ocorrência de MCE em estudos Brasileiros em águas residuárias e superficiais Ocorrência (ng.l -1 ) Composto Esgoto Sanitário Esgoto tratado ETE Água Superficial Referência Ternes et al.,1999 Estrona Ghiselli, < LD - Froehner, <16 Montagner e Jardim, 2011 <566 <242 - Pessoa et al., 2014 < < Souza, Ternes et al., Ghiselli, Froehner, β- estradiol - - < Montagner e Jardim, 2011 <143 <48 - Pessoa et al., 2014 < < Souza, <1-37 Moreira et al., Montagner, <4-63 Moreira et al., 2011 <9,3 <9,3 - Brandt, 2013 <9,3-31 <9,3 - Queiroz et al., Ghiselli, <LD Froehner, < Montagner e Jardim, 2011 <421 <124 - Pessoa et al., α-etinilestradiol < < Souza, <1-54 Moreira et al., 2009 <12,4 <12,4 - Brandt, 2014 <12,4<41,3 <12,4 - Queiroz et al., Queiroz et al., 2012 Bisfenol A Sodré et al Montagner, 2007 Nonilfenol <610 Moreira, 2011 *Adaptado a partir de Aquino et al. (2013) CONCLUSÃO A despeito da crescente preocupação da comunidade científica no âmbito da poluição dos corpos d água por MCE no Brasil, a maioria dos estudos ainda concentra-se na avaliação de parâmetros convencionais, físicos e químicos, para avaliar a qualidade das águas. Apesar do aumento das pesquisas nos últimos quinze anos fatores como alto custo das análises, ausência de regulamentação legal e baixo número de ensaios avaliando possíveis efeitos toxicológicos em diferentes níveis tróficos são considerados como entraves para o desenvolvimento destes estudos no

7 país. Diante disto, faz-se necessários o aumento de estudos de avaliação de risco ambiental por meio de bioensaios integrados às análises químicas visando a aumentar o conhecimento do comportamento desses contaminantes, diminuição de fontes de poluição em ecossistemas aquáticos e a mitigação dos efeitos associados REFERÊNCIAS AQUINO, S. F; BRANDT, E M F; CHERNICHARO, C. A. L. (2013). Remoção de fármacos e desreguladores endócrinos em estacoes de tratamento de esgoto: revisão da literatura. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 18, n. 3, p ARGEMI, F.; CIANNI, N.; PORTA, A. (2005). Disrupción endocrina: perspectivas ambientales y salud pública. Acta bioquímica clínica latinoamericana, v. 39, n. 3, p BELGIORNO, V. et al. (2007). Review on endocrine disrupting-emerging compounds in urban wastewater: occurrence and removal by photocatalysis and ultrasonic irradiation for wastewater reuse. Desalination, v. 215, p BILA, D.M. & DEZZOTTI, M. (2007) Desreguladores endócrinos no meio ambiente: efeitos e consequências. Química Nova, v. 30, p BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. CONAMA. Resolução n.357, de 17 de março de Disponível em: < res/res05/res35705.pdf>. Acesso em: 12 set BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. CONAMA Resolução n. 430, de 13 de maio de Disponível em: Acesso em: 15 de ago BRANDT, E. M. F. et al. (2013). Behaviour of pharmaceuticals and endocrine disrupting chemicals in simplified sewage treatment systems. Journal of Environmental Management, v. 128, p CLODE, S. A. (2006). Assessment of in vivo assays for endocrine disruption. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism, v. 20, n. 1, p ESCHER, B.; LEUSCH, F. (2012). Introduction to bioanalytical tools in water quality assessment. In Bioanalytical tools in water quality assessment. IWA. Londres, Reino Unido, 253 p. Communication from the Commission to the Council and the European Parliament-Community Strategy for Endocrine Disrupters COM (1999). 706 final. CORTVRINDT R, SMITZ JEJ. (2001). In vitro follicle growth: Achievements in mammalian species. Reprod Domest Anim, v.36, p.3-9. FROEHNER, S.; PICCIONI, W.; MACHADO, K.S.; AISSE, M.M. (2011) Removal Capacity of Caffeine, Hormones, and Bisphenol by Aerobic and Anaerobic Sewage Treatment. Water, Air & Soil Pollution, v. 216, p

8 GUILLETTE, L.J. Jr.; PICKFORD, D.B.; CRAIN, D.A.; ROONEY, A.A.; PERCIVAL, H.F. (1996) Reduction in penis size and plasma testosterone concentrations in juvenile alligators living in a contaminated environment. General and Comparative Endocrinology, v. 101, n. 1, p JOBLING, s. et al. (2013) Evidence for endocrine disruption in humans and wildlife. In state of the science of endocrine disrupting chemical for Bergman et al. WHO, 289 p. KNACKER, T. et al. (2008). Environmental Risk Assessment. In Human Pharmaceuticals, Hormones and Fragances por TERNES, T.A.; JOSS, A. IWA. Londres, Reino Unido, 453 p. LAURENSON, J. P. et al.(2014) Ethinyl estradiol and other human pharmaceutical estrogens in the aquatic environment: a review of recent risk assessment data. The AAPS journal, v. 16, n. 2, p MASELLI, B.S. et al. (2015) Ecotoxicity of raw and treated effluents generated by a veterinary pharmaceutical company: a comparison of the sensitivities of different standardized tests. Ecotoxicology v.24, pp PESSOA, G. P. et al. (2014).Occurrence and removal of estrogens in Brazilian wastewater treatment plants. Science of the Total Environment, v. 490, p RICHARDSON, S.; TERNES, T. A. (2011). Water analysis: emerging contaminants and current issues. Analytical chemistry, v. 83, n. 12, p SANSEVERINO, J. et al. (2009). Screening of potentially hormonally active chemicals using bioluminescent yeast bioreporters. Toxicological sciences : an official journal of the Society of Toxicology, v. 107, n. 1, p SANSEVERINO, J. et al. (2005). Use of Saccharomyces cerevisiae BLYES Expressing Bacterial Bioluminescence for Rapid, Sensitive Detection of Estrogenic Compounds. Applied and environmental microbiology, v. 71, n. 8, p SCHWARZENBACH, R. P. et al. The challenge of micropollutants in aquatic systems. Science, v. 313, n. 5790, p , 2006 SOLANO, M.L.M et al. (2015) Potential endocrine disruptor activity of drinking water samples, Endocrine Disruptors, v.3 (1), e U.S.EPA. Special Report on Environmental Endocrine Disruption: An Effects Assessment and Analysis. U.S. Environmental Protection Agency, Risk Assessment Forum, Washington, DC, 630/R-96/012, 1997 U.S. EPA, Endocrine Disruptor Screening and Testing Advisory Committee (EDSTAC), Final Report, August 1998 U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (US EPA). Toxic Release Inventory, San Francisco, CA, Disponível em: <www2.epa.gov/toxics-release-inventory-tri-program/2013- tri-national-analysis> Acesso em: 23 set. 2012