22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina II-093 - EFEITOS DA SECAGEM EM ESTUFA AGRÍCOLA NO DECAIMENTO DE PATÓGENOS PRESENTES EM BIOSSÓLIDOS João Baptista Comparini (1) Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – SABESP. Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Mestre e Doutor pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo no Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. Superintendente da Unidade de Negócio Pardo e Grande da SABESP. Pedro Alem Sobrinho Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP. Professor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. Endereço (1) : Av. Dr. Flávio Rocha, 4951 – Jardim Redentor – Franca – SP – Brasil – CEP: 14405-600. Correio eletrônico: jcomparini@sabesp.com.br. RESUMO Dentre as preocupações ligadas à utilização agrícola de biossólidos destaca-se a possibilidade de contaminação ambiental e do homem por microrganismos patogênicos, sendo uma das formas de controle utilizadas a redução de sua concentração pela aplicação de processos de tratamento adequados. Entretanto, muitos dos processos recomendados na literatura internacional como suficientes para a higienização de biossólidos apresentam custos elevados de capital ou de operação e manutenção, dificultando ou mesmo impedindo sua aplicação de forma generalizada. Sendo

assim, buscou-se nessa pesquisa avaliar a eficácia da secagem do biossólido em estufa agrícola como processo de redução de patógenos, aproveitando-se das características climáticas presentes na maioria das regiões brasileiras, com elevada insolação e temperatura ambiente. No experimento mediu-se o decaimento da concentração das bactérias E. coli e Salmonella sp., de bacteriófagos F-específicos, utilizados como indicadores da presença de vírus entéricos, e de ovos de helmintos. Foram também acompanhadas as transformações nas características físicas e químicas do biossólido de forma a ava liar-se as implicações quanto às suas propriedades de interesse agronômico. A secagem do biossólido em estufa agrícola por períodos de 70 a 94 dias reduziu a concentração das bactérias E. coli em 2,71 log, obtendo-se concentrações finais inferiores a 103 NMP/g em base seca, promoveu a inativação completa dos bacteriófagos F-específicos e das bactérias salmonelas, e reduziu a concentração de ovos de helmintos para valores inferiores a 0,25 ovos viáveis/g em base seca. As alterações verificadas nas características físicas e químicas do biossólido durante a secagem não implicaram em perda de qualidade para uso na agricultura. PALAVRAS CHAVE: Biossólidos, Patógenos, Secagem, Agricultura. INTRODUÇÃO O uso agrícola de biossólidos gerados no tratamento de esgotos municipais constitui alternativa largamente aplicada em diversos países pelo seu potencial como fonte de nutrientes para as plantas e para o condicionamento de solos. Dentre as preocupações que essa alternativa de disposição suscita destaca-se a possibilidade de contaminação ambiental e do homem por microrganismos patogênicos. Uma das formas de controle utilizadas consiste na redução da concentração dos mesmos no biossólido através de processos de tratamento adequados. Neste trabalho são apresentados os resultados do decaimento na concentração de patógenos no biossólido através de sua secagem em estufa agrícola, processo simplificado e de baixo custo que procura aproveitar as condições climáticas favoráveis brasileiras de elevada insolação e temperatura ambiente. OBJETIVO O objetivo da pesquisa foi o de avaliar a redução na concentração de microrganismos patogênicos em biossólidos submetidos à secagem em estufa agrícola por períodos de 70 a 98 dias, de forma a verificar a adequação desta alternativa de tratamento ao atendimento

dos regulamentos para sua utilização em áreas agrícolas. Paralelamente foram acompanhadas as transformações nas características físicas e químicas do biossólido, avaliando-se as implicações quanto às suas propriedades de interesse agronômico. METODOLOGIA O biossólido utilizado no experimento é produzido em uma estação de tratamento de esgotos municipais por lodos ativados convencional, situada em Franca, município do Estado de São Paulo com população urbana de 281000 habitantes no ano 2000. Os lodos primários e secundários da estação são homogeneizados, adensados e submetidos à digestão anaeróbia em 2 biodigestores primários e 1 secundário, com tempo de detenção total de cerca de 36 dias e temperatura de operação na faixa de 25 a 29°C. O desaguamento é efetuado em filtro prensa de esteira, com o biossólido gerado apresentando teor de sólidos na faixa de 18 a 20%. No experimento o biossólido foi disposto em leiras montadas internamente em uma estufa agrícola, com cobertur a e laterais fechadas com lona plástica transparente de forma a evitar o contato com águas de chuva, conforme esquematizado na Figura 1. Figura 1: Desenho esquemático da secagem do biossólido em estufa agrícola O experimento foi repetido por três vezes, com durações de 98, 84 e 70 dias. O revolvimento das leiras de biossólido, constituídas com altura máxima de 50cm, foi efetuado a cada 7 dias na 1ª e 2ª repetições. Na 3ª repetição, de forma a acelerar a secagem, o biossólido foi inicialmente espalhado em camada de cerca de 10cm, por 15 dias, até que a umidade estivesse reduzida para valores próximos de 65%. Neste período o biossólido foi revolvido a cada 2 dias. Nas datas de coleta eram extraídas 4 amostras simples de cada leira, em posições e profund idades diferentes. As amostras eram então homogeneizadas de forma a obter-se uma amostra composta. As concentrações de bactérias coliformes totais e E. coli foram avaliadas a cada quinzena. As bactérias Salmonellas sp. foram avaliadas em termos de presença ou ausência, não efetuando-se a quantificação. De forma a obter-se indicações da presença de vírus entéricos no biossólido foram realizadas análises da concentração de bacteriófagos F-específicos, escolhidos como indicadores. As concentrações de helmintos foram avaliadas em termos de ovos totais e dos ovos que apresentavam viabilidade. Além disso foram identificadas e quantificadas as espécies encontradas. Para acompanhar as transformações na composição do biossólido ao longo do tempo foram monitoradas as seguintes características: temperatura, pH, umidade, sólidos totais e

voláteis, C-orgânico, P-total, N-Kjeldahl, N-Amoniacal, N-Nitrato/Nitrito, K, Ca, Na, S, Mg, Fe, Mn, B, e os metais pesados As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se e Zn. Ao longo das três repetições foram realizadas 186 determinações laboratoriais para os parâmetros microbiológicos e 418 para os físicos e químicos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Características físicas e químicas do biossólido. - As faixas de variação de temperatura nas leiras de biossólido foram: na 1ª repetição, entre 29,6 e 36,60C (média de 32,50C); na 2ª repetição, entre 30,1 e 36,50C (média de 32,80C); na 3ª repetição, entre 22,4 e 32,40C (média de 26,60C). A umidade do biossólido foi monitorada nas amostras compostas extraídas quinzenalmente para realização das análises microbiológicas, verificando-se uma dificuldade maior do mesmo em perder umidade entre os valores iniciais, acima de 80%, e um valor no entorno de 70%. A partir daí verificou-se uma redução mais acelerada até valores próximos de 20%. O valor mínimo de umidade obtido foi de cerca de 10%, atingido em aproximadamente 70 dias nas três repetições, conforme pode ser observado na Figura 2. A análise das frações de sólidos evidenciou uma redução gradual na concentração dos sólidos voláteis em relação aos totais, de aproximadamente 73% no início dos experimentos para valores da ordem de 53% ao final, conforme Figura 2. Com relação às alterações nas propriedades de interesse agronômico obteve -se os seguintes resultados: o conteúdo de C-Orgânico sofreu reduções na faixa de 21,7% a 25,5%, com os teores encontrados ao final dos períodos de secagem mantendo-se ainda elevados, em média 322,20 g/kgMS ou 32,2%; a secagem não gerou redução relevante no conteúdo de N-Kjeldahl, obtendo-se ao final um valor médio de 50,63 g/kgMS ou 5,1%; o conteúdo de N-amoniacal aumentou durante o processo de secagem, melhorando as suas condições no sentido da disponibilização mais imediata para as plantas; a secagem não produziu efeito aparente que viesse a prejudicar a qualidade do biossólido em relação ao conteúdo de P-Total, com concentração média final de 13,2 g/kgMS, ou 1,3%. Figura 2: Umidade e Percentual de Sólidos Voláteis durante a secagem do biossólido As concentrações de metais pesados no biossólido foram determinadas na data inicial e final de cada repetição do experimento, conforme apresentado na Tabela 1. Todas as amostras apresentaram concentrações de metais pesados significativamente inferiores aos limites normativos para o Estado de São Paulo (CETESB, 1999), não restringindo, portanto, a utilização em áreas agrícolas.

Características microbiológicas do biossólido. - A secagem e insolação do biossólido levaram à destruição completa dos bacteriófagos nas três repetições do experimento. Na primeira, a ausência do microrganismo foi detectada na amostragem aos 56 dias, quando a umidade média do material atingiu 24,1%; na segunda, aos 42 dias, com 46,3% de umidade; na terceira, aos 14 dias, com 71,2% de umidade. Na Tabela 2 e Figura 3 são apresentados os resultados das análises realizadas. Tabela 1: Concentrações máximas e médias de metais pesados em amostras do biossólido submetido à secagem em estufa agrícola Concentração (mg/kgMS) Metal Pesado As Cd Cr Cu Hg Mo Ni Pb Se Zn Biossólido – Valor Máximo 0,33 3,08 349,14

234,23 2,88 6,14 54,73 85,09 (1) 1761,96 Bossólido - Valor Médio 0,21 2,50 258,66 185,31 1,18 5,16 47,69 77,84 (1) 1135,00 Limite Normativo (2) 75 85 (3) 4300 57

75 420 840 100 7500 (1) Não detectado, sendo o limite de detecção 0,067mg/kgMS. (2) Conforme Norma P 4230 (CETESB 1999). (3) Para o Cr, a limitação normativa restringe-se à taxa de acumulação do metal no solo. Tabela 2: Concentrações de bacteriófagos F-específicos durante a secagem do biossólido em estufa agrícola Data Tempo (dias) Bacteríófagos F-específicos (UFP/ gMS) Redução em relação ao valor inicial (%) Leira 1 Leira 2 Média 1ª Repetição 23/10/00

0 2,20.103 2,30.104 1,26.104 - 06/11/00 14 5,30.101 6,60.101 5,95.101 99,5 20/11/00 28 4,50.101 3,70.102 2,08.102 98,4 18/12/00 56 A (1) A (1) A (1) 100,0

02/01/01 71 A (1) A (1) A (1) 100,0 15/01/01 84 A (1) A (1) A (1) 100,0 29/01/01 98 A (1) A (1) A (1) 100,0 2ª Repetição 12/02/01 0 3,10.102 2,70.102 2,90.102

- 28/02/01 16 1,60.102 1,70.102 1,65.102 43,1 12/03/01 28 2,20.101 4,20.101 3,20.101 89,0 26/03/01 42 A (1) A (1) A (1) 100,0 09/04/01 56 A (1) A (1)

A (1) 100,0 23/04/01 70 A (1) A (1) A (1) 100,0 07/05/01 84 A (1) A (1) A (1) 100,0 3ª Repetição 21/05/01 0 9,70.103 2,10.104 1,54.104 - 04/06/01 14 A (1)

A (1) A (1) 100,0 18/06/01 28 A (1) A (1) A (1) 100,0 02/07/01 42 A (1) A (1) A (1) 100,0 16/07/01 56 A (1) A (1) A (1) 100,0 (1) A: ausência na amostra analisada. Os resultados verificados nas concentrações de E. coli foram significativos, obtendo-se uma redução logaritmica média de 2,71 ao final das medições e concentração média abaixo de

103 NMP/ gMS, conforme apresentado na Tabela 3 e Figura 4. O decaimento na concentração para valores abaixo de 103 NMP/gMS somente foi possível, nas 3 repetições, quando a umidade do biossólido atingiu valores da ordem de 10%. Figura 3: Concentração de bacteriófagos F-específicos durante a secagem do biossólido em estufa agrícola Tabela 3: Concentrações de coliformes totais e E. coli durante a secagem do biossólido em estufa agrícola Data Tempo (dias) Coliformes totais (NMP/gMS) Redução em relação ao valor inicial E. coli (NMP/gMS) Redução em relação ao valor inicial Umidade média (%)

Leira 1 Leira 2 Média (1) % Log (2) Leira 1 Leira 2 Média (1) % Log (2) 1ª Repetição 23/10/00 0 2,53.106 6,55.106 4,54.106 - - 1,36.105 8,72.104 1,12.105 - -

82,86 06/11/00 14 4,02.107 4,35.107 4,18.107 (3) (3) 1,26.107 1,74.107 1,50.107 (3) (3) 72,71 20/11/00 28 2,06.107 3,45.107 2,75.107 (3) (3) 1,23.107 2,35.107 1,79.107

(3) (3) 60,66 04/12/00 42 1,05.107 1,59.107 1,32.107 (3) (3) 2,11.106 2,34.106 2,22.106 (3) (3) 38,43 18/12/00 56 6,62.105 2,81.107 1,44.107 (3) (3)

2,56.104 6,70.105 3,48.105 (3) (3) 24,78 02/01/01 71 1,96.105 8,35.106 4,27.106 5,9 0,03 6,07.104 6,92.104 6,49.104 41,9 0,24 12,87 15/01/01 84 2,16.104 5,37.105 2,79.105

93,8 1,21 1,00.103 7,88.102 8,94.102 99,2 2,10 9,06 29/01/01 98 2,45.104 9,45.106 4,74.106 (3) (3) 7,74.102 2,95.103 1,86.103 98,3 1,78 9,70 2ª Repetição 12/02/01

0 6,60.106 1,26.107 9,60.106 - - 3,20.105 2,73.105 2,97.105 - - 81,53 28/02/01 16 2,61.107 8,70.106 1,74.107 (3) (3) 1,46.107 3,60.106 9,07.106 (3) (3)

78,04 12/03/01 28 7,65.106 1,16.106 4,41.106 54,1 0,34 1,48.106 3,03.105 8,91.105 (3) (3) 71,25 26/03/01 42 1,96.105 2,76.104 1,12.105 98,8 1,93 2,40.105 3,58.103

1,22.105 58,9 0,39 46,64 09/04/01 56 1,84.104 1,57.105 8,75.104 99,1 2,04 6,39.102 1,79.103 1,22.103 99,6 2,39 28,58 23/04/01 70 6,28.102 9,88.103 5,26.103 99,9 3,26

1,00.102 1,06.102 1,03.102 100,0 3,46 10,58 07/05/01 84 8,94.103 9,23.102 4,93.103 99,9 3,29 1,00.102 1,00.102 1,00.102 100,0 3,47 10,30 3ª Repetição 21/05/01 0 1,91.107

1,17.107 1,54.107 - - 1,38.105 3,31.105 2,34.105 - - 84,23 04/06/01 14 8,22.106 5,03.106 6,62.106 57,0 0,37 7,36.104 1,24.106 6,56.105 (3) (3) 68,18 18/06/01

28 1,52.104 2,06.105 1,10.105 99,3 2,14 1,21.104 1,36.105 7,43.104 68,3 0,50 23,41 02/07/01 42 8,70.102 4,81.104 2,45.104 99,8 2,80 5,00.102 2,60.104 1,32.104 94,4

1,25 20,18 16/07/01 56 1,33.103 1,75.104 9,39.103 99,9 3,21 3,07.102 1,11.104 5,73.103 97,6 1,61 14,72 30/07/01 70 2,68.102 1,47.104 7,50.103 100,0 3,31 5,26.101 5,46.102

2,99.102 99,9 2,89 11,45 (1) As amostras compostas de cada leira foram analisadas em triplicata. Portanto, as médias indicadas correspondem à média de 6 análises individuais, sendo 3 em cada leira. (2) Redução expressa como o logaritmo da concentração inicial / concentração nas datas indicadas. (3) Ocorrência de crescimento bacteriano, com elevação da concentração. Na 2ª e 3ª repetições do experimento foi detectada a presença de Salmonellas sp. nas amostras iniciais. Os resultados obtidos ao final das medições indicaram que a secagem em estufa agrícola, nas condições em que o experimento foi conduzido, mostrou-se suficiente para a inativação. Para os ovos totais de helmintos, cuja concentração média inicial era de 58,36 ovos/gMS, verificou-se a ausência ao final da 1ª repetição, e 0,89 e 0,67 ovos/gMS ao final da 2ª e 3ª, respectivamente, conforme apresentado na Tabela 4 e Figura 5. Os valores da umidade do biossólido nesses casos eram de 9,70%, 10,30% e 11,45%. Nas três repetições não foram encontrados ovos viáveis no biossólido a partir dos seguintes tempos de secagem e valores de umidade: na 1ª repetição aos 71 dias, com 12,87%; na 2ª repetição aos 56 dias, com 28,58%; na 3ª repetição aos 70 dias, com 11,45% de umidade. Figura 4: Concentração de E. coli durante a secagem do biossólido em estufa agrícola Tabela 4: Ovos totais e ovos viáveis de helmintos no biossólido durante a secagem em estufa agrícola Data

Tempo (dias) Ovos Totais (nº / g MS) Ovos Viáveis (nº / g MS) % de Viabilidade Redução Ovos Viáveis em relação ao valor inicial Umidade média (%) Leira 1 Leira 2 Média (1) Leira 1 Leira 2 Média (1) % Log (2) 1ª Repetição 23/10/00 0 45,06 51,22 48,14 12,29

8,15 10,22 21,2 - - 82,86 06/11/00 14 32,36 52,13 42,25 8,89 19,64 14,27 33,8 -39,6 -0,14 72,71 20/11/00 28 53,89 56,45 55,17

20,08 15,76 17,92 32,5 -75,4 -0,24 60,66 04/12/00 42 14,72 16,96 15,84 1,95 1,24 1,60 10,1 84,4 0,81 38,43 18/12/00 56 5,19 4,23 4,71

0,13 0,14 0,13 2,8 98,7 1,89 24,78 02/01/01 71 1,83 3,10 2,47 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 12,87 15/01/01 84 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 9,06 29/01/01 98 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 9,70 2ª Repetição 12/02/01 0 59,36

52,12 55,74 33,11 21,88 27,50 49,3 - - 81,53 28/02/01 16 54,64 49,46 52,05 26,52 19,45 22,98 44,2 16,4 0,08 78,04 12/03/01 28

57,93 36,39 47,16 6,49 1,68 4,09 8,7 85,1 0,83 71,25 26/03/01 42 24,89 23,98 24,44 0,14 0,04 0,09 0,4 99,7 2,49 46,64 09/04/01 56

3,49 2,68 3,08 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 28,58 23/04/01 70 0,86 2,08 1,47 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 10,58 07/05/01

84 0,48 1,31 0,89 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 10,30 3ª Repetição 21/05/01 0 58,88 63,08 60,98 32,07 29,84 30,95 50,8 - - 84,23

04/06/01 14 21,99 28,15 25,07 8,53 12,52 10,53 42,0 66,0 0,47 68,18 18/06/01 28 8,38 11,94 10,16 0,29 1,15 0,72 7,0 97,7 1,64

23,41 02/07/01 42 2,26 3,02 2,64 0,01 0,14 0,08 3,0 99,7 2,60 20,18 16/07/01 56 0,43 0,77 0,60 0,00 0,02 0,01 1,9 100,0 3,43

14,72 30/07/01 70 0,75 0,58 0,67 0,00 0,00 0,00 0,0 100,0 - 11,45 Esses resultados permitiriam a inclusão do biossólido na Classe A de acordo com a normalização do Estado de São Paulo para uso na agricultura (CETESB, 1999), que estabelece um limite de 0,25 ovos viáveis/gMS. Nas condições ambientais descritas, portanto, a estocagem do biossólido por 357 dias mostrou-se efetiva na destruição desses organismos, resultando na obtenção de um produto certamente mais seguro para a utilização em áreas agrícolas. CONCLUSÕES A secagem do biossólido em estufa agrícola possibilita atingir-se teores mínimos de umidade da ordem de 10%, em aproximadamente 70 dias. Durante o processo, a velocidade de secagem é baixa até valores no entorno de 70%, verificando-se, a partir daí, uma redução mais acelerada da umidade até próximo de 20%, quando o decréscimo volta a se tornar mais lento.

A secagem do biossólido não provocou variações que pudessem ser consideradas importantes no conteúdo de N- Kjeldahl e P-total. O aumento no conteúdo de N-amoniacal no biossólido, durante o processo de secagem, indica melhoria em suas condições no sentido da disponibilização mais imediata do nutriente quando da aplicação em áreas agrícolas. As reduções verificadas na concentração de sólidos voláteis em relação aos totais, durante a secagem, de cerca de 73% para valores da ordem de 53%, e no conteúdo de C-orgânico, de 21,7% a 25,5%, não implicam em perda de potencial do biossólido como fonte de matéria orgânica para os solos e plantas, tendo em vista as elevadas concentrações de C-orgânico obtidas ao final dos períodos de secagem, em média, 322,20g/kgMS. A secagem em estufa agrícola, aliada a fatores como a exposição à luz solar, mostrou-se adequada à higienização do biossólido, tendo em vista a redução no conteúdo das bactérias E. coli para valores abaixo de 103NMP/gMS, em umidade da ordem de 10%, a inativação das bactérias salmonelas e dos bacteriófagos F-específicos, em umidade da ordem de 25%, e a redução na concentração de ovos viáveis de helmintos para valo res próximos de zero, em teores de umidade da ordem de 10% e cerca de 70 dias de secagem. Os resultados obtidos permitiriam a inclusão do biossólido na Classe A, segundo o regulamento vigente no Estado de São Paulo (CETESB, 1999), possibilitando o uso na agricultura sem maiores restrições sob o ponto de vista microbiológico. Pode, assim, constituir alternativa importante para a melhoria da qualidade sanitária de biossólidos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CETESB: Companhia de Tecnologia Ambiental. Aplicação de Biossólidos em Áreas Agrícolas: Critérios para Projeto e Operação. Manual técnico. Norma P4230. São Paulo, ago.1999. Figura 5: Evolução das concentrações de ovos de helmintos durante a secagem do biossólido em estufa agrícola