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Ultrafiltração na remoção de glifosato e ácido aminometilfosfônico em águas de abastecimento

Resumo

O glifosato é um herbicida não seletivo utilizado no controle de ervas daninhas em ambientes agrícolas e urbanos. É encontrado em mananciais associado ao seu principal metabólito, o ácido aminometilfosfônico, sendo necessária a remoção destes em estações de tratamento de água. O objetivo do trabalho foi avaliar a ultrafiltração direta na rejeição do glifosato e do ácido aminometilfosfônico em água de manancial superficial fortificada nas concentrações de 630, 800 e 1.250 μg L-1 e variação de pH entre 4 e 10. Para o glifosato, os aumentos do pH e da concentração e a presença de matéria orgânica natural contribuíram para a taxa de rejeição. A massa de glifosato adsorvida foi de 1,2 μg cm-2, sendo a adsorção na superfície e nos poros da membrana o principal mecanismo de rejeição. A ultrafiltração direta não foi efetiva para rejeição do ácido aminometilfosfônico. Para concentração do glifosato de 630 μg L-1 e pH entre 6,1 e 7,2, a ultrafiltração direta produziu permeado com concentração inferior a 500 μg L-1, atendendo ao padrão de potabilidade brasileiro, Portaria Gabinete do Ministro/Ministério da Saúde nº 888, publicada em 7 de maio de 2021.

Introdução

O glifosato (N-(fosfonometil)glicina) é o herbicida mais comercializado no mundo para aplicar em área urbana e na agricultura, com registro em mais de 160 países (MONSANTO, 2016). No ano de 2018, comercializaram-se 195.056,02 toneladas do glifosato no Brasil, sendo utilizado nas culturas de soja, milho, algodão, laranja, eucalipto, em rodovias e jardins públicos (HANKE et al., 2010; IBAMA, 2016). Seu uso é polêmico em todo o mundo e, no Brasil, está sendo reavaliado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA, 2017).

O mais importante produto de biodegradação do glifosato é o ácido aminometilfosfônico (AMPA), encontrado no ambiente também como resultado de fotodegradação de produtos amino-polisulfonados como detergentes e anticorrosivos. Em estudo realizado por Battaglin et al. (2003) nos Estados Unidos, em 51 mananciais próximos à área agrícola, a presença de glifosato e AMPA foi detectada em concentrações de 8,7 e 100,0 μg L-1, respectivamente.

Na Itália, as concentrações mais elevadas de agrotóxicos em águas de superfície têm sido referentes ao AMPA, da ordem de 200 μg L-1 (MEFFE & BUSTAMANTE, 2014). No estado do Rio Grande do Sul, o glifosato foi detectado em concentração acima de 100 μg L-1 (SILVA, PERALBA & MATTOS, 2003). Os limites máximos permitidos em água para abastecimento público são diferentes em vários países. A Organização Mundial da Saúde (OMS) não recomenda valor limite para glifosato e AMPA, e na União Europeia o limite é de 0,1 μg L-1para qualquer tipo de ingrediente ativo. Nos Estados Unidos e na China, o limite máximo para o glifosato é de 0,7 μg L-1. No Brasil, a Portaria Gabinete do Ministro/Ministério da Saúde (GM/MS) nº 888, de 4 de maio de 2021, estabelece limite de 500 μg L-1 para a somatória de glifosato e AMPA (BRASIL, 2017). Na Argentina, não existe padrão limite estabelecido para o glifosato, sendo encontrado em mananciais em concentrações elevadas, com valores entre 200 e 1.600 μg L-1 (AVIGLIANO & SCHENONE, 2015).

O impacto do glifosato em células humanas dá-se por interferência no DNA, no desenvolvimento de células cancerígenas, na mutagenicidade e efeitos na reprodução e no sistema endócrino (GASNIER et al., 2009). A toxicidade do AMPA mostra-se igual ou superior à do próprio glifosato (WILLIAMS et al., 2000).

A molécula do glifosato é altamente polar, possui massa molar de 169,05 g mol-1, solubilidade em água de 10,5 g L-1 a 20° C, elevado coeficiente de adsorção no solo e baixo coeficiente de partição octanol/água (log Kow) de < 5,4. O glifosato apresenta constante de dissociação ácida (pKa) entre 2,00 e 10,86, e o número de cargas negativas aumenta com o aumento do pH (AMARANTE JUNIOR et al., 2002). Como o glifosato, o AMPA é também polar, possui massa molar de 111,04 g mol-1 e solubilidade acima de 58 g L-1 a 20° C, log Kow de < 2,3. Em água pode aparecer protonado ou não, pois possui diferentes valores de pKa entre 0,9 e 10,2 (GRANDCOIN et al., 2017).

Como o glifosato e o AMPA estão presentes em águas de mananciais, é necessária a remoção destes pelos processos de tratamento de água. Jönsson, Rob e Hall (2013) apresentaram artigo de revisão avaliando a remoção do glifosato e do AMPA em sistemas de tratamento de água, e, de acordo com os autores, as remoções por coagulação, por carvão ativado e por UV são limitadas, e o processo de separação por membranas apresenta-se como uma tecnologia alternativa.

O processo de ultrafiltração é empregado em tratamento de água para rejeição de matéria orgânica, microrganismos, toxinas de cianobactérias e agrotóxicos (YOON et al., 2006; MIERZWA et al., 2008; CHEN et al., 2019; SANTOYO et al., 2020).

A rejeição de microcontaminantes no processo de membranas pode ocorrer por exclusão por tamanho, repulsão eletrostática ou adsorção. Considerando que a massa molar de corte das membranas de ultrafiltração varia de 10.000 a 100.000 g mol-1, valores esses muito superiores à massa molar dos microcontaminantes (próximo a 100 g mol-1), os mecanismos de rejeição ficam restritos à repulsão eletrostática ou à adsorção.

A previsão de rejeição de microcontaminantes em água natural é difícil, pois depende das propriedades da membrana e do microcontaminante de interesse, das interações membrana soluto e das características da matriz de alimentação (KIM et al., 2018). Segundo Yoon et al. (2006), a adsorção de microcontaminantes na superfície da membrana de ultrafiltração está relacionada ao log Kow.

A presença de matéria orgânica natural (MON) contribui significativamente para o decréscimo na permeabilidade da membrana ao longo do tempo pela formação de depósitos sobre a membrana (UYAK et al., 2014). E ainda, segundo Barbot et al. (2008), a operação do processo por meio do fluxo tangencial minimiza a colmatação e a formação desses depósitos. Speth (1993) estudou a rejeição de glifosato, para concentração inicial de 350 μg L-1, por ultrafiltração em membranas com peso molar de corte de 500, 1.000 e 100.000 g mol-1 e verificou rejeição de 100, 50 e 0% para as respectivas membranas.

Poucos estudos consideram a remoção do glifosato e do AMPA por ultrafiltração, e, por esse motivo, estudos em instalações de laboratório são o primeiro passo para definir a capacidade da membrana em reter os microcontaminantes com vistas à aplicação posterior em escala real.

O objetivo principal deste estudo foi avaliar a rejeição do glifosato e do AMPA em instalação de ultrafiltração direta considerando a influência do pH, da variação na concentração e da presença de MON para produção de água para consumo humano em conformidade com a Portaria GM/MS nº 888/2021 (BRASIL, 2021).

Autores: Edumar Ramos Cabral Coelho e Dariene Patricia Reis.

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