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Avaliação da remoção de agrotóxicos por biorreator de membrana e pós-tratamentos de carvão ativado, osmose reversa e ozonização

Resumo

A crescente demanda por alimentos tem gerado um incremento significativo na produção e uso de agrotóxicos nas mais diversas lavouras. Estes produtos tendem a se acumular no meio ambiente e com isso acarretam em diversos problemas de poluição ambiental e de saúde pública. Os sistemas convencionais de tratamento de efluentes não são eficazes na remoção destes contaminantes. Por esse motivo, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de um biorreator de membrana (BRM) em escala piloto, tratando efluentes de uma indústria de processamento de frutas, para a remoção de agrotóxicos, de formas individual e combinada com outras tecnologias de tratamento. A estabilidade do BRM foi monitorada por meio de análises de DQO, pH e SST. A adição de agrotóxicos ocorreu através da inserção contínua de solução estoque para gerar concentrações de 20 μg.L-1 de 2,4-D, carbendazim e diuron e 1,5 μg.L-1 de atrazina no BRM. A determinação destes compostos foi efetuada por meio da extração em fase sólida (SPE) e da cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas sequencial (LC-MS/MS). A eficácia do BRM para a remoção de agrotóxicos foi avaliada mediante quatro experimentos com variações de TDH e adição de carvão ativado em pó (CAP) no biorreator, além da operação dos pós-tratamentos de carvão ativado, osmose reversa e ozonização. Durante o estudo, foram executadas limpezas químicas das membranas com ácido cítrico, hidróxido de sódio, hipoclorito de sódio e ácido fosfórico. O biorreator demonstrou robustez e estabilidade, ao manter a qualidade do permeado mesmo sob elevadas variações de DQO do efluente bruto e do teor de biomassa no lodo. Contudo, proporcionou apenas uma remoção parcial dos agrotóxicos estudados, ressaltando a necessidade de um uso combinado com outras tecnologias de tratamento para uma remoção completa. A introdução de CAP no BRM promoveu remoções médias superiores à 94% para carbendazim e diuron, contudo, a mesma eficácia não foi obtida para 2,4-D e atrazina. Dentre os sistemas híbridos, formados pela união entre BRM e pós-tratamentos disponíveis na ETE piloto, as alternativas BRM/adsorção em CAG e BRM/osmose reversa geraram excelentes resultados, mostrandose eficazes para fins de remoção de agrotóxicos. Com relação ao sistema BRM/ozonização, foi observada uma performance aquém às das supracitadas, mas que pode ser justificada pelo baixo teor de ozônio aplicado.

Introdução

A escassez de água é um problema que tem estado cada vez mais presente nas diversas regiões do planeta. Contudo, o risco de racionamento não é a única adversidade que a população pode enfrentar. O crescimento das cidades e o consequente adensamento populacional, aliados a novos hábitos de consumo e ao saneamento precário, têm contribuído para a presença, nos corpos hídricos superficiais e subterrâneos, de inúmeras substâncias conhecidas como contaminantes emergentes (CEs) decorrentes das atividades humanas (CANELA et al., 2014). As águas residuárias industriais são uma das principais fontes de lançamento destas substâncias no meio ambiente (BALABANIC et al., 2010).

O termo “contaminante emergente” é abrangente e reúne uma diversidade de compostos, como fármacos, hormônios, aditivos industriais e pesticidas, que causam efeitos adversos à saúde do homem e dos animais uma vez que alteram as funções dos sistemas endócrinos. Os efeitos relacionados a estes poluentes envolvem a quebra de ovos de aves, peixes e tartarugas, problemas nos sistemas reprodutivos, alteração no sistema imunitário de mamíferos marinhos, endometriose e aumento da incidência de câncer de mama, testículo e próstata em humanos (AQUINO et al., 2013; AHMED et al., 2017).

Dentre os CEs, um grupo que têm despertado cada vez mais interesse na comunidade científica são os agrotóxicos, devido seu uso intensivo nas lavouras em escala mundial. Estes compostos têm sido utilizados na prevenção, controle ou destruição de pragas presentes nas plantações, com a finalidade de assegurar um bom rendimento na produção de alimentos. No entanto, tendem a se acumular no ambiente e acarretam em diversos problemas de poluição ambiental e de saúde pública (ESTRELA et al., 2016).

A preocupação no meio científico com o poder nocivo dos agrotóxicos surgiu logo após o início de sua utilização e, desde então, pesquisas têm sido realizadas com o objetivo de minimizar ou reduzir sua quantidade no ambiente (RUBIO et al., 2016). Balabanic et al. (2010), Ruel et al. (2011) e Oliveira et al. (2017) destacam diversas tecnologias que têm sido estudadas para este fim, como os biorreatores de membrana (BRMs), a adsorção com carvão ativado, a separação por osmose reversa (OR) e a oxidação com ozônio (O3).

Os BRMs são compreendidos pela combinação entre a tecnologia de lodos ativados convencional (LAC) e a separação por membranas de microfiltração (MF) ou ultrafiltração (UF), que resulta em um sistema inovador e eficaz para o tratamento biológico de águas residuárias e minimiza as limitações inerentes aos LACs. Desse modo, os BRMs apresentam vantagens como maior biodegradação, menor requerimento de área e menor geração de lodo.

Com isso, podem produzir efluentes de excelente qualidade em relação aos sólidos suspensos totais (SST), microrganismos patogênicos, carbono orgânico dissolvido (COD) e nitrogênio total. Contudo, a eficácia e a influência dos mecanismos desta tecnologia para a remoção de CEs, como os agrotóxicos, continuam inconclusivas (PHAN et al., 2015; BOONNORAT et al., 2016; TRINH et al., 2016).

O carvão ativado é um material carbonáceo poroso, que apresenta grupos funcionais com afinidade de adsorção para vários contaminantes. Pode ser facilmente produzido com matérias-primas de baixo custo, como casca de coco, e é obtido através de pirólise, com temperaturas que variam de 400 a 1000°C, onde ocorre ativação física e química (RUBIO et al., 2016; SANTANA et al., 2017). Estudos relatam seu potencial para a remoção de CEs, inclusive agrotóxicos. Além disso, o uso conjunto de carvão ativado em pó com BRMs pode diminuir o fouling das membranas, o que aumenta a durabilidade das mesmas (SIEGRIST e JOSS, 2012; AHMED et al., 2017).

A osmose reversa é um processo baseado em membranas que tem sido cada vez mais utilizado para produzir águas de alta qualidade a partir de fontes não tradicionais, como água salobra ou salgada e efluente de tratamento secundário. Através do mecanismo de exclusão por tamanho, atua na remoção de diversos compostos, como sólidos dissolvidos, bactérias, contaminantes orgânicos e nitratos (ALTURKI et al., 2010; GARUD et al., 2011). Balabanic et al. (2010) relatam que esta tecnologia pode promover uma remoção quase que completa de uma ampla gama de CEs.

Também há um crescente interesse na utilização de processos oxidativos avançados (POAs) para a degradação de CEs. Estes são baseados na geração de radicais hidroxila (OH·) que atuam como agentes oxidantes para reduzir a concentração de produtos químicos complexos nas águas residuárias. Dentre eles, a ozonização pode ser empregada para o tratamento de efluentes de diversas indústrias e tem se mostrado eficiente para remoção de micropoluentes orgânicos (BALABANIC et al., 2010).

Sabe-se que os tratamentos convencionais de águas residuárias não são efetivos para a remoção de muitos CEs. Em virtude disso, conforme descrito no estudo de Ahmed et al. (2017), uma variedade de tecnologias híbridas estão relatadas na literatura, onde ocorre a combinação de tratamentos biológicos e físico-químicos para otimizar a degradação de poluentes. Neste sentido, e baseando-se na premissa que a eficácia da tecnologia BRM para a remoção de CEs ainda é inconclusiva, este trabalho tem como objetivo avaliar o potencial de remoção de agrotóxicos de um BRM em escala piloto e a utilização de carvão ativado, osmose reversa e ozonização como pós-tratamentos.

Autor: Thiago Santos de Almeida Lopes.