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Remoção de herbicida atrazina por meio de filtros de carvão ativado granular associados com microrganismos no tratamento de água para abastecimento

Resumo

A atrazina é um herbicida sintético comumente utilizado no controle de ervas gramíneas daninhas e folhagens em lavouras, e é um dos principais contaminantes dos solos e dos ecossistemas aquáticos. Muitos métodos têm sido sugeridos para remover herbicidas da água potável. Contudo, esses métodos são custosos, muitos têm problemas de desempenho, produzem diversos subprodutos intermediários tóxicos, prejudiciais e perigosos. Entretanto, a atrazina é susceptível à degradação por microrganismos presentes na água, no sedimento e no esgoto. Considerando esses aspectos, o objetivo principal do estudo foi investigar a biodegradação e a filtração por meio de filtros de carvão com atividade biológica (CAB) para remoção da atrazina, e sua identificação filogenética associada a esses microrganismos. Os resultados demonstraram que a atrazina foi degradada por microrganismos presentes no biofilme, com remoção superior a 89% nos filtros CAB. Os microrganismos encontrados integram-se ao grupo das bactérias, composto dos gêneros Acinetobacter,Bacillus, Exiguobacterium e Pseudomonas. Este estudo nos permite inferir sobre a capacidade de biodegradação da atrazina por bactérias presentes nos filtros CAB, a capacidade de remover herbicidas por meio desse sistema de filtros e a possível utilização dessa tecnologia como alternativa para o controle e a remoção dessa substância no tratamento de água.

Introdução

A expansão da agroindústria tem tornado imprescindível o uso dos agrotóxicos para suprir as crescentes demandas do mercado na produção de alimentos e matérias-primas para as indústrias. Nesse advento, os herbicidas integram uma das classes de compostos químicos utilizados no controle de plantas, especialmente aquelas indesejadas. O molde da agricultura atual depende dos herbicidas para o controle de ervas daninhas, o que promove uma maximização da produtividade das lavouras.

A aplicação dos herbicidas em doses elevadas e, por vezes, desnecessárias sobre diferentes culturas agrícolas tem promovido sua propagação no solo, nos sedimentos, nas águas superficiais e nas águas subterrâneas (VRYZAS et al., 2009). De forma inevitável, a contaminação por herbicidas atinge os mananciais de abastecimento, o que representa um sério risco à saúde humana mediante o consumo dessas águas sem tratamento adequado (BAGHAPOUR; NASSERI; DERAKHSHAN, 2013).

A atrazina (2-cloro-4-etilamino-6-isopropilamino-s-triazina) (Figura 1) é um herbicida do grupo das s-triazinas, intensamente utilizado no Brasil e no mundo para o controle de ervas daninhas, gramíneas e na agricultura em culturas de milho, cana-de-açúcar e reflorestamentos (OTURAN et al., 2009). A difícil degradação de sua molécula a torna um contaminante de preocupação ambiental em muitos países (GFRERER et al., 2002; CHAN; CHU, 2005), sendo responsável por efeitos cancerígenos em seres humanos (WHO, 2011). Em um levantamento recente realizado sobre a presença desse herbicida em águas doces no Brasil, foram verificadas concentrações de atrazina variando de 0,0027 a 10,4 μg.L−1 em águas superficiais e de 0,001 a 42,77 μg.L−1 em águas subterrâneas (DIAS et al., 2018).

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Figura 1 Estrutura química da atrazina.

No Brasil, a Portaria de Consolidação (PRC) nº 5, de 28 de setembro de 2017, Anexo XX, do Ministério da Saúde (MS), define os padrões de potabilidade da água no território nacional, incluindo os valores máximos aceitáveis para a concentração de 38 agrotóxicos diferentes em águas de abastecimento humano (BRASIL, 2017). A despeito, entre os agrotóxicos abordados por essa PRC, encontra-se a atrazina, um herbicida amplamente comercializado no país (IBAMA, 2019).

A ocorrência de atrazina em águas de abastecimento representa um desafio às companhias de saneamento no desenvolvimento de novas tecnologias e melhorias das utilizadas para sua remoção segura em uma estação de tratamento de água (ETA) (CEREJEIRA et al., 2005). Nesse sentido, muitos estudos de bancada recomendam o uso de adsorventes, como carvão ativado, para remoção de herbicidas (atrazina, diuron e hexazinona) e seus subprodutos pós-tratamento em ETAs sem ofertarem riscos à saúde humana (COELHO; DI BERNARDO, 2012; VOLTAN et al., 2016).

O uso do carvão ativado granular (CAG) em sistemas de filtração de ETAs representa uma medida eficaz no tratamento das águas contaminadas por diversos micropoluentes (NAM et al., 2014; ISAAC; FERNANDES, 2017). Contudo, trocas periódicas do carvão no leito filtrante dessas instalações tornam-se necessárias em razão de sua finita capacidade de adsorção das diversas substâncias presentes em águas captadas para abastecimento (SIMPSON, 2008).

Nesse contexto, estudos apontam o uso de filtros de carvão com atividade biológica (CAB) como forma alternativa para manter o padrão de qualidade da água potável, sem encarecer o tratamento da água em ETAs (SERVAIS; BILLEN; BOUILLOT, 1994; SEREDYNSKA-SOBECKA et al., 2006; SIMPSON, 2008). O uso de biofiltros de carvão em ETAs, além de prolongar o tempo operacional das carreiras de filtração, auxilia na remoção de compostos presentes na matéria orgânica (JONES et al., 1998; VAN DER HOEK; HOFMAN; GRAVELAND, 1999; WESTPHALEN; CORÇÃO; BENETTI, 2016) e micropoluentes (e.g., cianotoxinas, herbicidas, fármacos) pelos microrganismos formadores do biofilme (MESQUITA et al., 2006; ZANINI et al., 2014; BORGES et al., 2016).

Considerando o potencial dos biofiltros de carvão em remover poluentes em águas de abastecimento, sem oferecerem maiores riscos na geração de subprodutos nocivos à saúde humana nas águas tratadas, o presente estudo avaliou a capacidade de filtros de carvão colonizados por microrganismos como meio filtrante para a remoção de atrazina, assim como a biodegradação do herbicida por microrganismos aderidos aos filtros, e identificou filogeneticamente a comunidade microbiana presente nesses filtros e que atua no processo de degradação do agroquímico.

Autores: Miriam Ruiz Canevaroli; Eliana Gertrudes de Macedo Lemos; Kelly Mari Pires de Oliveira; William Deodato Isique; Yzel Rondon Súarez e Alessandro Minillo.

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