Água e Saúde ETAR s: solução ou problema?
Importância das ETAR s na saúde pública 1854: John Snow surto de cólera no Soho (Londres) relação entre qualidade da água e saúde pública, 1858: Joseph Bazalgette esgotos de Londres esperança de vida passou de 40 para 60 anos 1913: Ardern & Lockett processo de lamas ativadas início do tratamento de esgotos urbanos
Importância das ETAR s na saúde pública Relação água-saúde Saneamento Tratamento Revolução sanitária Marco mais importante na saúde pública no Século XX
Relação entre falta de tratamento de esgotos e mortes por doença Falta de acesso a tratamento de esgotos Log(mortalidade por doença por milhão) Tuberculose Estudo 39 países Correlação enfatiza a importância do tratamento de esgotos na redução da mortalidade por doenças. (Naik & Stenstrom, WST 2012)
Importância das ETAR s na saúde pública Meio hídrico W, carga lançada ETA ETAR Remoção de contaminantes e poluentes Cidade - Microrganismos patogénicos e coliformes - Carga orgânica biodegradável - Nutrientes Águas residuais na ETAR Microrganismos Carga orgânica Compostos de N e P 10 6 MPN.100mL -1 mg.l -1
Importância das ETAR s na saúde pública Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Tratamento Terciário
Poluentes emergentes Produtos farmacêuticos Produtos de uso pessoal (PCP s) Drogas ilícitas medicamentos (antidepressivos, antibióticos, analgésicos, ), desinfetantes, shampoos, filtros solares, perfumes, morfina, anfetaminas, Nanomateriais produtos de limpeza, tratamento de águas, Outros aditivos industriais,
Poluentes emergentes População mais envelhecida e aumento da qualidade de vida aumento do consumo de medicamentos Ausência de regulamentação sobre descargas em águas superficiais Concentrações da ordem dos ng.l -1 a µg.l -1 (micropoluentes) Não necessariamente poluentes persistentes (descargas contínuas) Que efeitos de mistura e de baixas concentrações a longo prazo (long-term low-dose)?
Poluentes emergentes População Hospitais Indústria Geral Indústria Farmacêutica Matadouros Animais ETAR Agricultura Piscicultura Solos Oceanos Água de Consumo Águas Superficiais
Poluentes emergentes Grande variabilidade de propriedades físicas e químicas (carga, polaridade, solubilidade, ) + Grande suscetibilidade a alterações do meio Comportamentos diferentes no processo de tratamento Diferentes eficiências de remoção Em geral, não são removidos eficientemente nas ETAR s existentes
Caudal do rio: muito baixo elevado baixo Efeito das descargas de ETAR s Monitorização 1 km a montante vs 1 km a jusante das ETAR s
ETAR s e os novos poluentes Biodegradação Sorção na fase sólida Volatilização Transformação Formação
Biodegradação Biodegradação no tratamento biológico/secundário TRS elevados Razões F/M baixas Nitrificadoras e desnitrificadoras Reatores em cascata Espécies com tempo de vida longo Adaptação a substratos complexos Diluição diminui a eficiência ( segregação de correntes?) MBR melhor sistema
Biodegradação
Sorção na fase sólida Coeficientes de partição, K ow sólido/líquido elevados Especialmente importante para compostos não polares Água residual ETAR Efluente Lamas Destino lamas? Grande parte da remoção observada em ETAR s é devida a sorção e não a mineralização Necessidade de analisar todos os compartimentos ambientais e não apenas a fase líquida
Volatilização (stripping) Sobretudo para essências/almíscares (musks) Sedimentador primário Arejamento
Eficiências de remoção LA ou FP = Remoções entre 0% e 100% ou Remoções negativas
Eficiências de remoção Eficiências de remoção negativas Compostos conjugados (codeína, morfina, benzodiazepinas, ) Erros instrumentais a baixas concentrações Ausência de explicação aumento de concentração no efluente tratado
Eficiências de remoção negativas Diclofenac (Voltaren), Anti-inflamatório, antipirético, analgésico > 65% excretado na urina na forma de conjugados (glucuronido ou sulfato) Acil-gluconurido de diclofenac Diclofenac Forma conjugada ETAR Forma livre Aumento de concentração no efluente tratado
Eficiências de remoção negativas Outros exemplos Apenas 1-2% de carbamazepina é excretada na forma não metabolizada, o restante é excretado na forma de um conjugado de glucuronido que pode ser quebrado na ETAR aumentando a concentração do composto original. A morfina, excretada na forma de morfina-3b-d-glucuronido sofre quebra na ETAR. O sulfametoxazole que entra na ETAR como N4-acetilsulfametoxazole é convertido ao composto original. A anfetamina 3,4-methylenedioxy-amphetamine (MDA), (uma droga ilegal) é originada na ETAR pela N-desmetilação do produto conjugado 3,4- methylenedioxy-metamphetamine (MDMA).
Um exemplo de transformação Os almíscares (musks) nitroaromáticos utilizados em perfumaria podem ser transformados nas ETAR em anilinas as quais são ainda mais problemáticas do que os compostos originais.
Transformação Nas ETAR s pode ocorrer transformação isomérica ou INVERSÃO QUIRAL de compostos com atividade ótica ETAR Isómero R(+) Isómero S(-)
Transformação Ou ESTEREOSELETIVIDADE de compostos com atividade ótica Isómero R(+) ETAR Isómero S(-) Isómero S(-)
Isómeros óticos
Isómeros óticos Os enantiómeros podem ter efeitos muito diferentes entre si
Isómeros óticos As formas enantioméricas de cada composto podem ter potências diferentes e diferentes ecotoxicidades.
Isómeros óticos R(-) anfetamina S(+) anfetamina A S(+)-anfetamina tem uma atividade estimulante duas vezes superior à da R(-)-anfetamina
Isómeros óticos Os processos biológicos nas ETAR s são estereoseletivos A esteroseletividade tem variações sazonais A esteroseletividade depende do tipo de sistema biológico (p. ex. aeróbio ou anaeróbio) Dificuldade na previsão da via de esteroseletividade de poluentes quirais
Antibióticos Efeitos dos antibióticos no meio ambiente 1. Efeito direto na evolução da estrutura das populações microbiológicas 2. Criação de resistências aos antibióticos 3. Propagação de resistências aos antibióticos e (incluindo patogénicos humanos)
Isolados resistentes (%) Resistência a Antibióticos Resistência a 2 classes de antibióticos Ano
Resistência a Antibióticos Resistência a carbapemenos
ETAR e os antibióticos Na ETAR 1.Afetam os processos de tratamento biológico 2.Remoção muito variável 3.Pode haver aumento de concentração 4.Pode haver formação de compostos mais tóxicos 5.
ETAR e os antibióticos Grande variedade de antibióticos a baixas concentrações Grande variedade de bactérias PRESSÕES SELETIVAS Criação e transmissão de resistências a antibióticos
ETAR e os antibióticos Entr Sed 1º An Anox Aer Sed 2º Efluente de cada Fase ETAR Saída Lamas desid
ETAR e os antibióticos Entr Sed 1º An Anox Aer Sed 2º Efluente de cada Fase ETAR Saída Lamas desid
ETAR e os antibióticos ETAR s: ambiente favorável para emergência e disseminação ( e ) de resistência aos antibióticos Tratamento na ETAR: diminui o número de bactérias total aumenta a proporção de bactérias resistentes aos antibióticos. Questões: São criadas superbactérias patogénicas devido às pressões seletivas da ETAR? Segregar as águas residuais das industrias farmacêuticas e dos hospitais?
ETAR e os antibióticos Bactéria patogénica Bactéria não patogénica Transferência de gene de resistência Estirpes multiresistentes Infeções resistentes As bactérias podem adquirir e trocar genes de resistência a várias classes de antibióticos
ETAR e os antibióticos O número total de bactérias diminui drasticamente no efluente tratado, mas as bactérias remanescentes podem ser significativamente mais resistentes a múltiplos antibióticos. Algumas estirpes apresentam resistência a mais de 7-8 antibióticos. Esta diferença também é detetável em bactérias colhidas a montante e a jusante da ETAR Luo et al., Environ. Sci. Technol. Lett., 2014, 1 (1), pp 26 30
ETAR e os antibióticos Pensamos nas ETAR s como uma forma de proteção que nos livre de todos os constituintes causadores de doenças. Mas os micróbios crescem nas ETAR s. Alimentam-se do esgoto e proliferam. Numa ETAR por cada superbactéria que entra podem sair entre 4 e 5. Luo et al., Environ. Sci. Technol. Lett., 2014, 1 (1), pp 26 30
Bactérias resistentes a antibióticos
ETAR e os antibióticos A descarga de genes de resistência no efluente tratado e nas lamas de ETAR (mesmo em teores superiores aos valores de entrada) aponta a necessidade de entender e mitigar a sua proliferação a partir das ETAR s.
Tratamentos avançados EXEMPLO: Advanced Oxidation Processes (AOP) Oxidação de constituintes orgânicos complexos presentes nos efluentes e que são difíceis de degradar biologicamente. Pode não ser necessária (possível) a oxidação completa, basta CQO CBO Mineralização Redução de toxicidade Aumento de toxicidade Por exemplo: tetraciclina não é mineralizada e os produtos de oxidação são ainda mais tóxicos do que o composto original
Tratamentos avançados Outras questões: - Efeitos ambientais compensam? - Os benefícios da melhor qualidade do efluente tratado podem ser anulados pelos efeitos negativos se forem considerados o consumo de energia e as emissões de poluentes derivadas de tecnologias de tratamento avançadas. - Custos muito elevados - Processos seletivos e processos não seletivos
Eficiências de remoção Processo Eficiência típica (%) Coagulação-floculação 50 Tratamento biológico <0-100 Carvão ativado (PAC) 86-94 Carvão ativado (GAC) 17-99 Ozono 80 UV 46 UV+H 2 O 2 80 Processo Fenton 30 UV+Fenton 97 Ultra ou Micro Filtração Baixas remoções Nano Filtração 82-97 Osmose Inversa 85-99
Conclusões Devido à sua especificidade química, cada produto requer uma técnica de degradação exclusiva para a sua destruição completa. Novos processos de tratamento (p. ex. AOP) requerem avaliação dos impactes de todo o ciclo de vida na saúde humana.
Conclusões As ETAR s atuais e os novos poluentes Podem apresentar baixo nível de eficiência de remoção ( são fonte importante de micropoluentes no meio hídrico) Podem aumentar a concentração de poluentes na água residual tratada Podem originar produtos mais poluentes do que os compostos inicialmente presentes na água residual Podem fomentar a criação e transmissão de resistência a antibióticos
Novos Desafios Controlo na origem química verde Educação (sistemas de recolha e utilização correta de medicamentos) Segregação de efluentes e sistemas de tratamento locais Requalificação dos processos biológicos nas ETAR s existentes ( TRS, F/M, reatores em cascata, MBR) Tratamentos adicionais (considerar todo o ciclo de vida)
Novos Desafios Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Tratamento Terciário?
Novos Desafios http://www.eea.europa.eu/soer/synthesis/synthesis/chapter5.xhtml
Muito obrigada! nadais@ua.pt