Toxicidade de efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) antes e após desinfecção por processos oxidativos avançados

Sommaggio, Lais Roberta Deroldo [UNESP]

Toxicidade de efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) antes e após desinfecção por processos oxidativos avançados

Arquivos

sommaggio_lrd_dr_rcla_par.pdf (768.89 KB)

sommaggio_lrd_dr_rcla_int.pdf (3.16 MB)

Data

2021-04-09

Autores

Sommaggio, Lais Roberta Deroldo

Orientador

Marin-Morales, Maria Aparecida

Mazzeo, Dânia Elisa Christofoletti

Pós-graduação

Ciências Biológicas (Biologia Celular e Molecular) - IBRC

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Tese de doutorado

Direito de acesso

Acesso aberto

Resumo

Resumo (português)

O desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de águas residuais em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) são fundamentais para a minimização da poluição dos recursos hídricos. Dentre as novas tecnologias, destacam-se os Processos Oxidativos Avançados (POAs), como a ozonização e a radiação ultravioleta (UV) associada ao peróxido de hidrogênio (H2O2). Esses processos baseiam-se na utilização de espécies altamente oxidantes, para promover a degradação mais efetiva de poluentes e a desinfecção de microrganismos patogênicos dos efluentes. A eficácia dos tratamentos de efluentes também é essencial para um reaproveitamento seguro dessas águas (reuso). Contudo, os POAs podem gerar compostos tóxicos que inviabilizam a reutilização das águas e comprometem o corpo d´água receptor. Nesse sentido, os ensaios realizados com indicadores biológicos de alta performance são ferramentas importantes para serem empregados na avaliação e certificação da isenção de toxicidade de efluentes submetidos a processos de tratamentos avançados. Além de medir o poder desinfetante do sistema utilizado, é necessário também monitorar os possíveis impactos ambientais que esses processos possam causar. Amostras de efluentes de duas ETEs da cidade de Limeira, de características distintas (ETE Municipal e ETE Unicamp) e coletados sazonalmente (período chuvoso e seco), foram submetidas aos tratamentos com ozônio ou com UV/H2O2, por períodos de 20 (T1) e 40 (T2) minutos. Diferentes bioensaios foram utilizados para a avaliação das amostras, antes da aplicação dos POAs e após esses tratamentos. A fitotoxicidade das amostras foi avaliada por ensaios de germinação e elongamento do hipocótilo e radícula em Lactuca sativa. Os ensaios de genotoxicidade (Cometa e Micronúcleo) foram realizados em cultura de células humanas HepG2/C3A. Ainda, foram avaliados os potenciais mutagênicos e estrogênicos dos extratos das amostras, pelo ensaio de Salmonella/microssoma e leveduras recombinantes (YES), respectivamente. Além disso, foi realizada uma caracterização microbiológica para avaliar os microrganismos persistentes no efluente final das ETEs. Os resultados da análise microbiológica mostraram que o maior tempo de ozonização e o tratamento com UV/H2O2 foram eficientes para a desinfeção do efluente do indicador Escherichia coli. O tratamento coma UV/ H2O2 foi mais eficiente na desinfecção da maioria dos microrganismos que o tratamento com ozônio. Bacillus sp. foi o microrganismo mais resistente identificado, já que foi encontrado mesmo após o maior tempo de reação (T2) dos tratamentos de O3 e UV/H2O2. Os resultados com Lactuca sativa mostraram inibição do crescimento da raiz, para todas as amostras da ETE Municipal-período seco. Os resultados do ensaio do cometa mostraram que as amostras da ETE Municipal-período seco, submetidas ao tratamento de UV/H2O2 (T1 e T2), induziram efeitos genotóxicos significativos em células HepG2/C3A, quando comparados ao controle negativo (CN). Com relação ao ensaio do MN, foi observado uma indução significativa desses elementos, em todos os tratamentos da ETE Unicamp e da ETE Municipal-período seco, quando comparados ao CN. A presença de brotos nucleares foi significativa para todos os tratamentos realizado da ETE Unicamp e para os tratamentos com UV/H2O2 da ETE Municipal-período seco. A presença de mais de uma alteração por célula (alterações compostas– ex. MN e broto nuclear, MN e ponte, entre outras) foi significativa para o tratamento com UV/H2O2 (T1) da ETE Municipal-período seco, quando comparado ao CN. A avaliação do total das alterações (somatória de todos os eventos) foi significativa para todos os tratamentos da ETE Unicamp; tratamentos com UV/H2O2 (T 1 e T2) da ETE Municipal-período seco; e para as amostras de efluente, antes da aplicação dos POAs, O3T2 e UV/H2O2 T2 da ETE Municipal-período chuvoso. Foram observadas atividades estrogênicas para a maioria dos efluentes coletados antes da aplicação dos POA e para os efluentes coletados após o tratamento com UV/H2O2. Os efluentes submetidos a ozonização não demonstraram tal atividade. Com relação ao ensaio com Salmonella, foi observado potencial mutagênico para as linhagens TA98 e TA100, com ativação metabólica, nas amostras tratadas com UV/H2O2. Frente ao exposto, foi observado que o tratamento com UV/H2O2 apresentou um maior poder de desinfecção das amostras, mas também um maior efeito tóxico, quando comparado com o tratamento com O3. Dessa forma, os tratamentos que utilizam POAs devem levar em consideração não somente o poder desinfetante do tratamento, mas os possíveis impactos que os mesmos possam causar ao ambiente e à saúde humana.

Resumo (inglês)

The development of new technologies for the treatment of wastewater in Wastewater Treatment Plants (WWTP) is essential for the minimization of the pollution water resources. Among the new technologies, the Advanced Oxidative Processes (AOPs) are highlighted, such as ozonation and ultraviolet radiation (UV) associated with hydrogen peroxide (H2O2). AOPs are based on the use of highly oxidizing species to promote the most effective degradation of pollutants and the disinfection of pathogenic microorganisms from the effluents. The efficiency of the effluent treatment is important for the safe reuse of these waters. However, AOPs can generate toxic compounds that make water reuse unfeasible and compromise the receiving water body. In this sense, the tests carried out with high performance biological indicators are important tools to be used in the evaluation and certification of the toxicity exemption of effluents submitted to AOP. In addition to measuring the disinfectant power of the system used, it is necessary to monitor the possible environmental impacts that these processes may cause. Effluent samples from two WWTPs in the Limeira city, with different characteristics (Municipal WWTP and Unicamp WWTP) and collected in a rainy and dry period were subjected to treatments with ozone or UV/H2O2, for periods of 20 (T1) and 40 (T2) minutes. Different bioassays were used for the evaluation of the samples, before the application of the AOPs and after these treatments. The phytotoxicity of the samples was evaluated by germination and elongation tests of the hypocotyl and radicle in Lactuca sativa. Genotoxicity assays (comet and micronucleus) were performed in human HepG2/C3A cell culture. The mutagenic and estrogenic potentials of the extracts of the samples were evaluated by the Salmonella/microsome assay and Yeast Estrogen Screen (YES), respectively. In addition, a microbiological characterization was carried out to assess the persistent microorganisms in the final effluent of the WWTPs. The results of the microbiological analysis showed that the longer ozonation time and the treatment with UV/H2O2 were efficient for the disinfection of the effluent, according to the tests carried out with the Escherichia coli indicator, with the UV/H2O2 being even more efficient in the disinfection that ozone treatment. Bacillus sp. was the most resistant microorganism identified, being found even after treatments with O3 and UV/H2O2. The results with Lactuca sativa showed inhibition of root growth, for all samples of the Municipal WWTP-dry period. The results of the comet assay showed that the samples from Municipal WWTP-dry period, submitted to UV/H2O2 treatment (T1 and T2), induced significant genotoxic effects in HepG2/C3A cells, when compared to the negative control (NC). Regarding the MN test, a significant MN induction of this elements was observed in all treatments of the Unicamp WWTP and the Municipal WWTP-dry period, when compared to the NC. The presence of nuclear bud was significant for all treatments carried out from Unicamp WWTP and for treatments with UV/H2O2 from Municipal WWTP-dry period. The presence of more than one alteration per cell (composite alterations – e.g. MN and nuclear bud, MN and bridge, among others) was significant for the treatment with UV/H2O2 (T1) of the Municipal WWTP-dry period, when compared to the NC. The evaluation of the total alterations (sum of all events) was significant for all treatments of the Unicamp WWTP; treatments with UV/H2O2 (T1 and T2) from the Municipal WWTP-dry period; and the effluent samples before the application of AOP (O3T2 and UV/H2O2 T2) from the Municipal WWTP-rainy period. Estrogenic activities were observed for most effluents collected before the application of AOP and for effluents collected after treatment with UV/H2O2. The effluents subjected to ozonation did not show estrogenic activity. Regarding the Salmonella assay, mutagenic potential was observed for the TA98 and TA100 strains, with metabolic activation, in the samples treated with UV/H2O2. Based on these results, it was observed that treatment with UV/H2O2 showed greater disinfection power of the samples, but also a greater toxic effect, when compared with O3 the treatment with the O3. Thus, treatments using AOPs must consider not only the disinfectant power of the treatment but the possible impacts that they may have on the environment and human health.