Uso de lodo de esgoto em solos: contribuições para a...

Tiago de Brito Magalhães

Uso de lodo de esgoto em solos:

contribuições para a regulamentação no Brasil

Belo Horizonte - Minas Gerais

Maio de 2018

Riscos microbiológicos associados ao uso

agrícola de biossólidos e a resolução

Conama n°375

2

Experiência acadêmica

Projeto de pesquisa: Avaliação de riscos à saúde associados à utilização agrícola

de Biossólidos. 2009 a 2012.

Dissertação de mestrado: “Uso agrícola de biossólidos: uma análise crítica da

Resolução Conama 375/2006 sob a perspectiva da metodologia de avaliação

quantitativa de risco microbiológico”.

INTRODUÇÃO

Universidade

Federal de Viçosa

AQRM - metodologia consolidada no mundo todo e utilizada pela OMS e USEPA

na definição de normas e guias de qualidade da água para consumo humano e de

usos agrícolas de águas residuárias

AQRM - estimar riscos de infecção ou doença com base na construção de

cenários de exposição a determinados microrganismos patogênicos e em relações

dose-resposta

Cenários de exposição consistentes e representativos melhor aproximação

das doses de patógenos às quais as pessoas estão expostas mais confiáveis as

estimativas de riscos nas práticas estudadas

3

INTRODUÇÃO

Objetivo geral: subsídios para revisão da resolução CONAMA n°375

Capítulo 1: experimento de campo em busca de informações sobre os perigos

associados ao uso de biossólidos na produção de hortaliças

Capítulo 2: aplicação de modelos de AQRM para estimar:

Riscos à saúde dos consumidores de produtos agrícolas produzidos com biossólidos e dos

agricultores envolvidos nas atividades de cultivo

Concentrações de patógenos no biossólidos que resultariam nos níveis de risco toleráveis

adotados pela OMS

4

INTRODUÇÃO

Tratamento do lodo proveniente de reator UASB por secagem em estufa

Monitoramento em frequência semanal: ST, pH, E. coli e ovos viáveis de Ascaris sp.

Cultivo de hortaliças com lodo de esgotos e biossólidos

Cultivos utilizando lodo de reator UASB e biossólidos com diferentes níveis de qualidade

microbiológica: 103 a 104; 104 a 105

; 105 a 5x105; > 5x105 E.coli.(gST)-1

Hortaliças: cenoura, alface e couve: tipos de crescimento distintos (sob o solo, rente e

distante do solo) - potenciais diferentes de contaminação

CAPÍTULO 1 – MATERIAL E MÉTODOS

5

1. Decaimento dos microrganismos no solo entre o plantio e a colheita

Solo, biossólido e misturas (BS+S): ST, pH, E. coli e ovos viáveis de Ascaris sp.

15-20 dias (2010) e semanalmente (2011)

2. Contaminação microbiológica das hortaliças

E.coli e ovos de helmintos no momento da colheita (≈ 60 dias para alface, 50 dias para

couve e 100 dias para cenoura)

3. Estimativa da quantidade de solo presente nas hortaliças no momento de colheita

Leiras de cultivo previamente regadas pesagem das amostras em balança analítica

e lavagem com água destilada

6


Sementeira (alface) Mudas de couve

7


8

Decaimento dos microrganismos no solo entre o plantio e a colheita

Gráfico de dispersão da concentração de E. coli em função do tempo de cultivo

CAPÍTULO 1 – RESULTADOS

y = 576,651e-0,085x

R² = 0,478

1

10

100

1000

10000

100000

0 15 30 45 60 75 90

E.c

oli

(NM

P/g

ST

)

Tempo (d)

103 a 106 E. coli.(gST)-1 - Decaimento de ~ 1 unidade logarítmica a cada 34 dias

> 5x105 E.coli.(gST)-1 - Decaimento de ~ 1 unidade logarítmica a cada 15 dias

9

Contaminação microbiológica das hortaliças

E.coli – concentrações baixíssimas ou mesmo não detectadas nas folhas de alface e

couve; valores ligeiramente mais elevados nas cenouras

Valores <<< ao limite estabelecido pela ANVISA para a hortaliças (102 CTer.g-1)

Ovos de helmintos - não detectados em nenhum caso

Estimativa da quant. de solo presente nas hortaliças na colheita


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

mg

de

so

lo /

g d

e a

lfa

ce

25% Mín Máx

Med Média 75%

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

mg

de

so

lo /

g d

e c

en

ou

ra

25% Mín Máx

Med Média 75%

Gráfico Box Plot da quantidade de solo aderido às hortaliças no momento da colheita. 25%

= primeiro quartil; 75% = segundo quartil; med = mediana.

Aplicação da AQRM

I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos

• Definição dos níveis de qualidade microbiológica dos biossólidos

• Aplicação dos modelos para estimar os riscos

II. Estimativa das concentrações de patógenos nos biossólidos que resultariam

nos níveis de risco toleráveis

• Definição dos valores de risco tolerável

• Aplicação dos modelos para estimar concentrações de patógenos nos biossólidos


10

Três cenários de exposição:

Cenário 1: consumidores de hortaliças produzidas com biossólidos

Cenário 2: agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos

Cenário 3: agricultores envolvidos em atividades de manejo dos cultivos


Definição dos níveis de qualidade microbiológica dos biossólidos

Classe 1: lodo de esgoto submetido a „Processos de Redução Adicional de Patógenos‟

(qualidade ≈ Classe A da Res. CONAMA n° 375)

Classe 2: lodo de esgoto submetido à estabilização alcalina, compostagem ou secagem em

estufa, considerando que esses sistemas apresentem oscilações de eficiência

Classe 3: lodo de esgoto submetido „Processos de Redução Significativa de Patógenos

(qualidade ≈ Classe B da Res. CONAMA n° 375).


11

Concentrações de patógenos nas classes idealizadas de biossólidos (Classes 1, 2 e 3).

Concentrações Classe de biossólido

Classe 1 Classe 2 Classe 3

Salmonella (non-Typhi) (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 1,0 1,0 -10

Rotavírus (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 1,0 1 ,0 - 10

Cryptosporidium parvum (org/gST) 0,0 - 0,10 0,10 – 1,0 1,0 - 10

Giardia duodenalis (org/gST) 0,0 - 0,10 0,10 – 0,5 0,5 - 1,0

Ascaris lumbricoides (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 2,0 1,0 - 10


12 Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo de hortaliças produzidas com

uso de biossólidos


Cenário 1: consumidores de hortaliças produzidas com biossólidos


13

Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo biossólidos durante

aplicação do material


Cenário 2: agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos


14

Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo de solo durante atividades

de manejo dos cultivos (após incorporação de biossólido)


Cenário 3: agricultores envolvidos em atividades de manejo dos cultivos


Aplicação dos modelos para estimar os riscos

Salmonella sp., rotavírus, Cryptosporidium sp., Giardia sp. e Ascaris sp.

Cálculo dos riscos referentes a uma única exposição:

Modelo exponencial - riscos de infecção por Giardia e Cryptosporidium

Modelo beta-Poisson - Salmonella, rotavírus e Ascaris Lumbricoides

Extrapolados para múltiplas exposições (risco anual)


15

Resumo dos modelos de dose-resposta assumidos para as estimativas de risco

Patógeno Modelo Parâmetros Referência

Salmonella (non-typhi) β –Poisson α = 0,3136; β = 3007,9; DI50 = 24420 FAO/WHO (2000)

Campylobacter jejuni β –Poisson α = 0,15; β = 7,903; DI50 = 795 Teunis et al. (1999)

Rotavírus β –Poisson α = 0,253; β = 0,422; DI50 = 6,11 Teunis et al (1996)

Cryptosporidium parvum Exponencial r = 4,01x10-3; DI50 = 173,2 Teunis et al (1996)

Giardia duodelalis Exponencial r = 0,0199; DI50 = 34,8 Teunis et al (1996)

Ascaris lumbricoides β –Poisson α = 0,104; β = 1,096; DI50 = 859 Navarro et al. (2009)


16

I. Estimativa de riscos aos consumidores de hortaliças (biossólido ‘Classe 1’)

Riscos pppa associados ao consumo de hortaliças produzidas com biossólidos ‘Classe 1’

Consumo de tubérculos Consumo de folhosas Consumo de frutosas

Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

Un

idad

es d

e F

ed

era

ção

Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%

Salmonellas (non-typhi) <10-14 10-10 10-12 10-10 <10-14 10-10

rotavírus 10-9 10-6 10-8 10-6 10-9 10-6

Cryptosporidium parvum 10-12 10-9 10-10 10-8 10-12 10-9

Giardia 10-11 10-8 10-10 10-7 10-11 10-8

Ascaris lumbricoides 10-6 10-5 10-5 10-5 10-5 10-5

Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

faix

as d

e r

end

a m

ensa

l Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%

Salmonellas (non-typhi) <10-14 10-10 10-12 10-10 <10-14 10-10

rotavírus 10-9 10-6 10-8 10-5 10-9 10-6


Giardia 10-12 10-8 10-10 10-7 10-11 10-8



17



Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

Un

idad

es d

e F

ed

era

ção


Salmonellas (non-typhi) 10-12 10-9 10-11 10-9 10-12 10-9

rotavírus 10-8 10-6 10-7 10-5 10-8 10-5


Giardia 10-11 10-7 10-9 10-7 10-10 10-7


Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

faix

as d

e r

end

a m

ensa



rotavírus 10-8 10-5 10-7 10-5 10-8 10-5


Giardia 10-11 10-7 10-9 10-7 10-10 10-7




18



Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

Un

idad

es d

e F

ed

era

ção



rotavírus 10-7 10-5 10-6 10-4 10-7 10-4


Giardia 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7


Co

nsu

mo

espe

cific

ado

por

faix

as d

e r

end

a m

ensa



rotavírus 10-7 10-5 10-6 10-4 10-7 10-4


Giardia 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7



19


I. Riscos aos agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos

Riscos pppa associados à ingestão de patógenos durante a aplicação de biossólidos Classes 1, 2 e 3

Aplicação de biossólido Classe 1

Patógeno Aplicação em pequenas propriedades Aplicação em larga escala

Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%

Salmonellas (non-typhi) 10-5 10-4 10-6 10-5 rotavírus 10-1 10-1 10-2 10-2 Cryptosporidium parvum 10-4 10-3 10-5 10-4 Giardia 10-3 10-2 10-4 10-3 Ascaris lumbricoides 10-2 10-1 10-3 10-2




Salmonellas (non-typhi) 10-4 10-4 10-5 10-5 rotavírus 10-1 10-1 10-1 10-1 Cryptosporidium parvum 10-2 10-2 10-4 10-3 Giardia 10-2 10-2 10-3 10-3 Ascaris lumbricoides 10-1 10-1 10-2 10-1




Salmonellas (non-typhi) 10-3 10-3 10-4 10-4 rotavírus 100 100 10-1 10-1 Cryptosporidium parvum 10-2 10-1 10-3 10-2 Giardia 10-2 10-1 10-3 10-2 Ascaris lumbricoides 10-1 10-1 10-1 10-1

20


I. Riscos aos agricultores envolvidos no manejo de cultivos com biossólido

‘Classe 1’

Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 1’

durante atividades de manejo do sistema solo-planta

Patógeno Hortaliças Culturas anuais

(peq. propriedades)

Culturas anuais

(larga escala)

Inte

rva

lo d

e 4

a 6

me

ses

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv

o Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%

Salmonellas (non-typhi) < 10-14 10-9 < 10-14 10-10 < 10-14 x10-11

Rotavírus 10-10 10-5 10-10 10-6 10-12 10-7

Cryptosporidium parvum < 10-14 10-8 < 10-14 10-9 < 10-14 10-10

Giardia < 10-14 10-8 < 10-14 10-8 < 10-14 10-10


Não

co

nsid

era

do

in

terv

alo

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv

o Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%


rotavírus 10-3 10-2 10-3 10-3 10-5 10-4


Giardia 10-5 10-5 10-6 10-5 10-7 10-6


21



‘Classe 2’

Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 2’ durante

atividades de manejo do sistema solo-planta


(peq. propriedades)

Culturas anuais

(larga escala)

Inte

rva

lo d

e 4

a 6

me

ses

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv


Salmonellas (non-typhi) 10-13 10-8 < 10-14 10-9 < 10-14 10-10

Rotavírus 10-9 10-5 10-10 10-5 10-11 10-6

Cryptosporidium parvum 10-12 10-7 10-13 10-7 < 10-14 10-9

Giardia 10-12 10-7 10-13 10-8 < 10-14 10-9


Nã

o c

onsid

era

do

in

terv

alo

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv



rotavírus 10-2 10-1 10-3 10-2 10-4 10-3


Giardia 10-4 10-4 10-5 10-5 10-6 10-6


22



‘Classe 3’

Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 3’

durante atividades de manejo do sistema solo-planta


(peq. propriedades)

Culturas anuais

(larga escala)

Inte

rva

lo d

e 4

a 6

me

ses

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv


Salmonellas (non-typhi) 10-12 10-7 10-12 10-8 < 10-14 10-9

Rotavírus 10-8 10-4 10-9 10-4 10-10 10-5


Giardia 10-12 10-6 10-12 10-7 < 10-14 10-8


Nã

o c

onsid

era

do

in

terv

alo

entr

e a

plic

ação

e c

ultiv



rotavírus 10-1 10-1 10-2 10-1 10-3 10-2


Giardia 10-4 10-4 10-5 10-4 10-6 10-5


II. Estimativa das concentrações de patógenos no biossólido que

resultariam em níveis de risco tidos como toleráveis

Definição dos valores de risco tolerável

Valores de risco toleráveis (OMS, 2006) - indicador DALY no estabelecimento dos

níveis de proteção (10-6 DALY pppa) probabilidade - riscos de infecção de 7,7x10-4

para rotavírus, 3,1x10-4 para Campylobacter e 2,2x10-3 para Cryptosporidium


23


24 Esquema representativo do modelo utilizado para estimar a concentração de patógenos no

biossólido a partir do nível de risco tolerável

I. Estimativa das concentrações de patógenos no biossólido

Cenários 1, 2 e 3

25


Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado do

consumo de hortaliças cultivadas 48 e 5 meses após aplicação de biossólidos

Intervalo de 48 meses entre aplicação e cultivo (resolução CONAMA n° 375)

Patógeno Tubérculos Folhosas Frutosas

Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%

Campylobacter spp. 1061 1023 1059 1022 1059 1021

Rotavírus 1060 1022 1059 1022 1059 1022

Cryptosporidium parvum 1069 1024 1067 1024 1068 1024

Intervalo de 2 meses entre aplicação e cultivo (cenário alternativo)

Tubérculos Folhosas Frutosas


Campylobacter spp. 108 103 105 102 106 102

rotavírus 107 102 105 102 106 102

Cryptosporidium parvum 1010 105 108 104 109 105

II. Concentrações de patógenos no biossólido que resultariam em níveis de

risco toleráveis (consumo de hortaliças)

26



risco toleráveis (aplicação de biossólidos)

Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado da ingestão

de partículas de biossólido durante sua aplicação em pequenas propriedades e em larga escala


Patógeno Pequenas propriedades Grandes propriedades


Campylobacter spp. 10-3 10-3 10-2 10-2

rotavírus 10-3 10-3 10-1 10-2

Cryptosporidium parvum 10-2 10-2 100 10-1

27



risco toleráveis (manejo dos cultivos)

Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado

da ingestão de partículas de solo durante cultivo em pequena e larga escala




Campylobacter spp. 1059 1022 1061 1023

rotavírus 1060 1022 1061 1023

Cryptosporidium parvum 1067 1023 1068 1024

Intervalo de 5 meses entre aplicação e cultivo (cenário alternativo)



Campylobacter spp. 106 102 108 103

rotavírus 107 102 108 104

Cryptosporidium parvum 109 103 1010 105

CONSIDERAÇÕES FINAIS

28

Proibição do uso de “qualquer classe de lodo” em cultivos de culturas alimentícias

Riscos estimados de infecção (Salmonella, rotavírus, Cryptosporidium e Giardia)

decorrentes do consumo de hortaliças (biossólidos Classe 1) inferiores aos níveis

toleráveis pela OMS e pela USEPA

Proibição de uso dos biossólidos Classe B

Se respeitados intervalos suficientes entre aplicação e cultivo, a aplicação de

biossólidos Classe B resultaria em baixos níveis de risco aos consumidores de

hortaliças e aos agricultores envolvidos no cultivo

Utilização de EPI poderiam reduzir consideravelmente os riscos aos trabalhadores

durante aplicação de biossólidos

Restrições dos intervalos entre aplicação de biossólidos e cultivo agrícola

Cerca de 5 meses (<<< 48 meses da norma) mostraram-se suficientes para reduzir

os riscos aos níveis admitidos como toleráveis pela OMS

“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará

ao seu tamanho original.” (Albert Einstein)

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