JBCS

INTRODUÇAO

Nas últimas décadas, a poluiçao ambiental alcançou proporçoes globais, principalmente em funçao do grande crescimento populacional. Esse aumento populacional propiciou a urbanizaçao mal planejada e o desenvolvimento inadequado da atividade industrial, incluindo nesta última categoria a atividade agrícola e o uso exacerbado de agrotóxicos, também fortemente pressionada pelas demandas da crescente populaçao. Em funçao desta realidade, grandes volumes de resíduos sólidos, líquidos e gasosos sao gerados constantemente, os quais, tratados ou dispostos de maneira imprópria, apresentam um elevado potencial poluente de todos os compartimentos ambientais.^1,2

Particularmente relevante se mostra a poluiçao do meio hídrico, usualmente utilizado como vertedouro de resíduos líquidos oriundos das mais diversas atividades antrópicas. Dentro do contexto do saneamento, o tratamento e a disposiçao adequada de esgoto se mostra especialmente importante em razao da incessante geraçao de grandes volumes de esgoto doméstico e da diversidade química das espécies que caracterizam o esgoto industrial.

Nos últimos anos, grandes esforços têm sido dedicados ao estabelecimento de programas para gerenciamento de resíduos em serviços de saúde (hospitais, clínicas médicas, odontológicas e veterinárias; além de outras unidades de saúde). Destaque deve ser dado à Resoluçao da Diretoria Colegiada (RDC) ANVISA n.° 306, de 7 de dezembro de 2004,³ que dispoe sobre o Regulamento Técnico para o gerenciamento de resíduos oriundos de instituiçoes de atençao a saúde. Trata-se de um documento importante, uma vez que considera a necessidade de prevenir e reduzir os riscos à saúde e ao meio ambiente dos inúmeros resíduos gerados pelos serviços de saúde. Entretanto, grande parte das açoes se relaciona com o manejo dos resíduos sólidos, admitindo-se, de maneira geral, que os resíduos líquidos podem ser descartados no esgoto sanitário das cidades, desde que exista um sistema de tratamento coletivo.

O potencial poluente deste tipo de resíduo líquido se mostra bastante elevado, nao apenas em funçao da presença de agentes patogênicos (vírus e bactérias), mas também em razao da presença de excretas de pacientes tratados com quimioterápicos, antineoplásicos, antibióticos, dentre outros fármacos de relevância ambiental. A integraçao desses dois fatores, alta quantidade de agentes patogênicos e alta concentraçao de fármacos, propiciam o surgimento de bactérias multirresistentes no esgoto hospitalar, o que contribui com o surgimento e a disseminaçao da resistência bacteriana.^4,5

Levando-se em consideraçao o fato de que os micropoluentes veiculados pelo esgoto dificilmente sao removidos pelos sistemas convencionais de tratamento, a necessidade de programas de gerenciamento que incluam controles e rotinas de tratamento sao evidentes.⁶

Para contribuir com a implementaçao deste tipo de programa de gerenciamento de resíduos, no presente trabalho pretendeu-se diagnosticar a situaçao de um estabelecimento de serviço de saúde modelo. Caracterizou-se as águas residuais, enfatizando parâmetros físico-químicos e espécies inorgânicas descritos na legislaçao específica, assim como algumas espécies orgânicas que possam ser utilizadas como traçadores.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Coleta das amostras

Inicialmente foi realizado um estudo de caracterizaçao do local selecionado, Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná (HC/UFPR), objetivando-se identificar as principais linhas de resíduos (esgoto), assim como a sua provável composiçao.

Com a intençao de auxiliar no rastreamento de possíveis focos de contaminaçao foi encaminhada uma consulta às diferentes repartiçoes do Hospital, solicitando informaçoes sobre os produtos químicos mais utilizados nos setores. Após a coleta de dados, foi estabelecida a listagem dos contaminantes com maior potencial tóxico e maior concentraçao, que poderiam ser encontrados em cada saída de esgoto do HC/UFPR.

Em funçao de várias ampliaçoes realizadas desde 1961, o Hospital conta com inúmeras bifurcaçoes em seu sistema hidráulico e sanitário, sendo necessário o rastreamento das saídas de esgoto com um corante, para identificar os pontos de interesse.

A amostragem foi realizada em triplicata, em três campanhas amostrais (06/08/2013, 16/10/2013 e 15/01/2014). Nos três dias as amostras foram coletadas no período da manha, para otimizar o tempo e facilitar o processamento das análises.

Para a coleta das amostras foram seguidas as orientaçoes do método EPA-821-R-02-012,⁷ que orienta a preparaçao da amostra para analitos totais recuperáveis em águas subterrâneas, potáveis e residuais.⁸

Caracterizaçao físico-química

Os parâmetros temperatura, pH e condutividade elétrica das amostras foram registrados logo após a coleta, utilizando-se termômetro (Promolab), potenciômetro portátil digital (Digimed, 330i) e condutivímetro digital portátil (Digimed, DM-32), respectivamente.

A determinaçao da demanda química de oxigênio foi realizada de acordo com o especificado no Standard Methods (1995),⁹ em que a amostra é aquecida em recipientes fechados, com dicromato de potássio em meio fortemente ácido. As análises foram realizadas adicionando-se ao frasco de digestao 2,0 mL de amostra do esgoto devidamente homogeneizada, 1,5 mL de soluçao digestora, contendo dicromato de potássio, ácido sulfúrico e sulfato de mercúrio, e 3,0 mL de soluçao catalítica de sulfato de prata em ácido sulfúrico. A mistura foi aquecida a 150 °C ± 20 por 120 minutos. Após o resfriamento, a absorbância da amostra foi medida em 600 nm (Shimadzu, UV-2401PC), comprimento de onda absorvido pela soluçao de Cr (III) resultante da reduçao do íon dicromato.¹⁰

A DQO da amostra foi obtida por interpolaçao na curva analítica, expressa em mg O₂ L^-1, preparada a partir de padrao de biftalato de potássio, na faixa compreendida entre 200 e 2000 mg O₂ L^-1. Para amostras com DQO superior a 2000 mg O₂ L^-1 foram utilizadas alíquotas diluídas.

A demanda biológica de oxigênio (DBO) foi avaliada pelo método 5210 B da NBR 12614.¹¹ A DBO é medida pela quantidade de oxigênio consumido na degradaçao biológica da matéria orgânica. O método consiste em determinar o consumo de oxigênio dissolvido quando a amostra é inoculada com um consórcio de microorganismos (semente) e mantida em estufa por 5 dias a 20 °C.¹²

Determinaçao de espécies elementares

Espécies elementares foram determinadas por espectrometria de emissao ótica com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP OES), utilizando-se equipamento Thermo Scientific, modelo ICAP 6500.

A digestao das amostras foi realizada por dois processos distintos, um efetuado por tratamento ácido em ambiente aberto (método USEPA, 200.7)^13,14 e outro assistido por micro-ondas (método USEPA SW 846 3051).^15,16

A digestao em ambiente aberto foi realizada utilizando-se um béquer de 250 mL, e uma fraçao de 100 mL da amostra, 2 mL de ácido nítrico (1:1 v/v) e 1 mL de ácido clorídrico (1:1 v/v). O béquer foi tampado com vidro de relógio e aquecido em chapa de aquecimento à temperatura de aproximadamente 85 °C, até reduçao do volume inicial para aproximadamente 20 mL. Após resfriamento, a soluçao foi transferida para balao volumétrico de 50 mL e aferido com água deionizada.

A digestao assistida por micro-ondas foi realizada em tubos de teflon, utilizando-se 20 mL de amostra, 1,8 mL de ácido nítrico e 0,5 mL de ácido clorídrico concentrados. Em seguida, os frascos de teflon foram transferidos para o forno, sendo iniciado o programa de aquecimento (170 °C, em potência de 1000 W por 20 min). Posteriormente, o extrato foi transferido para um frasco previamente pesado, determinando-se novamente a massa em balança analítica da marca Acculab modelo ALC-210.4.¹⁶

A calibraçao foi realizada com padroes aquosos contendo as espécies de interesse (As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Se, Zn, Ag, Sb e V) na faixa de concentraçao compreendida entre 0,01 e 10 mg L^-1.

Outras determinaçoes

A determinaçao de espécies fenólicas foi realizada segundo método padrao do Standard Methods (1995). O método fundamenta-se na reaçao de óxido-reduçao entre espécies de caráter fenólico e o reagente de Folin (ácidos tungstofosfórico e molibidofosfórico), em tampao carbonato-tartarato, com formaçao de um complexo com absorçao máxima em 700 nm. Acido gálico foi utilizado como padrao de calibraçao de fenóis, obtendo-se curvas lineares na faixa compreendida entre 2 e 50 mg L^-1.^9,17

O teste de toxicidade da água residual hospitalar foi realizado utilizando-se como bioindicador exemplares da espécie Artemia salina e procedimentos fundamentados na metodologia padrao US EPA-821-R-02-012.⁷

Tratamento de uma das linhas de resíduo

A amostra de esgoto hospitalar escolhida para a realizaçao dos testes de tratamento foi a amostra coletada no ponto dos equipamentos da Unidade de Apoio ao Diagnóstico do HC/UFPR. Essa escolha se deve ao fato que nesse ponto ocorre o despejo direto de produtos químicos utilizados nos laboratórios, o que leva à geraçao de um resíduo de elevada carga orgânica e forte coloraçao.

Um dos corantes presentes na rotina dos laboratórios é o conhecido na área médica com "MAY GRÜNWALD - GIEMSA". Esse corante é utilizado com a finalidade de corar células de sangue periférico, medula óssea ou para estudo citológico de elementos celulares. Na composiçao desse corante utilizado no setor de Hematologia do HC/UFPR está presente o azul de metileno. No espectro de absorçao no UV-VIS do azul de metileno é possível visualizar 2 bandas: a primeira, em aproximadamente 670 nm, correspondente à forma monomérica do corante, e um ombro nas imediaçoes de 610 nm, que se refere a uma transiçao com acoplamento vibracional, característico do corante.¹⁸

Outro corante muito empregado no setor de Bacteriologia do HC/UFPR é a fucsina. Esse corante é um pigmento utilizado para corar bactérias do tipo Gram positivo e negativo, além de outros microrganismos. A banda de absorçao na regiao do visível pode ser verificada em torno de 545 nm.¹⁹

Os tratamentos realizados na amostra modelo para a reduçao da cor e DQO foram: adsorçao em carvao ativado, processo Fenton e processo foto-Fenton.

Tratamento de uma das linhas de resíduo: adsorçao em carvao ativado preparado no laboratório

Para a produçao da amostra de carvao ativado foi utilizada como matéria prima o bagaço de cana de açúcar e o processo de ativaçao química. Foram misturados manualmente 20 g de bagaço de cana de açúcar seco, com 40 g do reagente químico ativante, ZnCl₂ dissolvido em água (proporçao 1:2). Essa mistura foi deixada em estufa (Gehaka) a 90 - 115 ºC por 13 h para a impregnaçao do reagente. Após esse período, a amostra foi carbonizada em forno cilíndrico (EDG, FT-40). A carbonizaçao consistiu em um patamar de 30 minutos na temperatura de 250 ºC (taxa de aquecimento de 3 ºC min^-1) e 1 hora na temperatura de 600 ºC (taxa de aquecimento de 5 ºC min^-1). Em seguida foram feitas lavagens com HCl 10% (V/V) e água destilada, finalizando com filtraçao a vácuo. O sólido filtrado foi seco em estufa a 105 - 110 ºC por 1 hora e caracterizado pelo método BET quanto à área superficial específica (1279 m² g^-1).²⁰

Para a realizaçao do tratamento, 2,5 g da amostra de carvao ativado foi colocada em seringa de plástico de 50 mL com fibra de vidro na extremidade para impedir a passagem do carvao. Foram filtradas 5 porçoes de 100 mL do efluente, sendo os eluídos coletados em frascos âmbar.²⁰

Tratamento de uma das linhas de resíduo: técnica do processo fenton e foto-Fenton

O tratamento Fenton foi executado transferindo-se 200 mL da amostra em um Becker e ajustando o pH em 3 com soluçao de H₂SO₄. O recipiente foi condicionado em um agitador magnético e envolvido em papel alumínio para a proteçao da luz, sendo adicionados a ele, posteriormente, sulfato ferroso e peróxido de hidrogênio, em concentraçoes previamente otimizadas por sistemas de planejamento fatorial de experimentos.

O tratamento foto-Fenton foi realizado em idêntica condiçao. Porém, para a produçao da radiaçao foi usada uma lâmpada a vapor de mercúrio de 125 W, a qual foi mergulhada na soluçao com auxílio de um bulbo de vidro Pyrex (radiaçao UVA).²¹

Durante os dois processos utilizados foram coletadas alíquotas de 10 mL, em intervalos periódicos, em que metade foi filtrada em membrana de acetato de celulose (0,45 mm) e submetidas à verificaçao pelo espectrofotômetro UV-VIS, e a outra metade seguiu para a caracterizaçao da DQO.

 

RESULTADOS E DISCUSSAO

Coleta das amostras

A definiçao dos pontos de coleta foi estabelecida mediante uma análise detalhada das possíveis contaminaçoes por setor no HC/UFPR. Com base nas informaçoes preliminares foi organizada uma lista de compostos que poderiam ser encontrados no esgoto do HC/UFPR, grande parte dos quais estao associados ao preparo e à administraçao de medicamentos nos pacientes, à limpeza de materiais e/ou equipamentos e a derramamentos em saídas para o esgoto. Alguns compostos sao descartados separadamente no setor de resíduos químicos, e assim, em princípio, nao devem estar presentes no esgoto.

De acordo com as informaçoes coletadas, os setores que possuem potencial de contaminaçao do efluente hospitalar sao: a farmácia de manipulaçao, a radiologia médica, a área de quimioterapia, a manutençao, a anatomia patológica e os laboratórios. Após o rastreamento feito através do corante azul, foram identificadas as quatro saídas de interesse, as quais estao listadas na Tabela 1.

 

 

Caracterizaçao físico-química

Na Tabela 2 sao apresentados os resultados das caracterizaçoes físico-químicas dos resíduos amostrados, nos quatro pontos do efluente do HC/UFPR.

 

 

A temperatura da amostra coletada no Prédio Central foi mais elevada que as demais, em razao da presença do esgoto da área da lavanderia. Por outro lado, no mês de agosto o efluente líquido apresentou temperatura mais elevada nas quatro amostras monitoradas, provavelmente em decorrência do maior consumo de água quente. Também analisando efluente hospitalar, Sarafraz, Khani e Yaghmaeian²² encontraram valores de temperatura análogos aos desse trabalho. De qualquer forma, todos os resultados foram inferiores ao limite máximo estabelecido pela lei vigente (CONAMA 430/2011),²³ a qual define o valor máximo da temperatura da amostra em 40 °C.

O pH registrado nas amostras, entre 7,3 - 8,5, foram semelhantes aos encontrados por Aziz et al.,²⁴ 7,3 - 8,0, e Kumarathilaka et al.,²⁵ 6 - 8,5, e encontra-se dentro dos limites estabelecidos pela legislaçao (5-9). Os maiores valores observados na amostra do prédio central provavelmente estao associados ao setor da lavanderia, que utiliza agentes branqueadores e detergentes que elevam o pH.

A condutividade nao é um parâmetro legislado, mas fornece informaçoes sobre a concentraçao de espécies iônicas. Neste caso, o maior valor de condutividade foi observado nos resíduos coletados no laboratório de equipamentos, em razao desse ponto de efluente nao ser diluído. Os produtos químicos sao descartados de forma direta, sem misturar com outras saídas de efluentes menos concentrados.

Determinaçao de espécies elementares

Das espécies inorgânicas monitoradas por espectrometria de emissao ótica com fonte de plasma indutivamente acoplado (ICP OES), a maioria ficou abaixo do limite de quantificaçao. Apenas o zinco alcançou concentraçoes próximas ao limite máximo permitido para descarte (5,0 mg L^-1), principalmente nas amostras coletadas nos setores de laboratório (3,94 mg L^-1). Este fato é influencia da rotina do setor da parasitologia, que utiliza sulfato de zinco para realizar a técnica de centrífugo/flutuaçao para o diagnóstico de helmintos (Método de Faust).

A comparaçao entre a utilizaçao da digestao ácida por chapa de aquecimento e a digestao por micro-ondas mostra que as duas técnicas trazem resultados similares.

Outras determinaçoes

Existem estudos na literatura que classificam os esgotos em forte, médio e fraco, em funçao dos teores de DBO e DQO.²⁶ Assim, esgoto forte corresponde a uma DBO de até 400 mg L^-1 e DQO de até 1000 mg L^-1, esgoto médio diz respeito a DBO de até 220 mg L^-1 e DQO de até 500 mg L^-1, enquanto que esgoto fraco envolve DBO de até 110 mg L^-1 e DQO de até 250 mg L^-1. Desta forma, as amostras coletadas no prédio central apresentam uma carga orgânica característica de esgoto médio, enquanto que as amostras dos três setores restantes ultrapassam largamente o valor de DQO considerado limite para esgotos fortes (Tabela 3).

 

 

Particularmente elevado foi o valor de DQO medido nas amostras coletadas no prédio novo. Nessa ala do HC/UFPR estao localizados os setores de quimioterapia, manutençao e anatomia patológica. O fato de este resíduo apresentar valor de DQO cinco vezes superior ao de um esgoto doméstico reforça a necessidade de sistemas de tratamento especificamente orientados a este tipo de efluente.²⁷

Os resultados da análise de DBO (Tabela 3) permitem o cálculo da razao DBO/DQO, que é uma medida da fraçao da matéria orgânica susceptível a biodegradaçao, sendo relevante para a determinaçao do melhor método para o tratamento dos resíduos.

Dos resíduos monitorados, somente o do Prédio Novo se mostrou altamente biodegradável, podendo ser convenientemente tratado por processos biológicos convencionais. Para os outros, a razao de biodegradabilidade é praticamente nula, o que implica elevada recalcitrância e necessidade de sistemas de tratamento diferenciados. Isso se deve, provavelmente, ao fato do ponto do Prédio Novo possuir os setores de Quimioterapia e UTI. Nessas alas existe uma maior demanda de pacientes internados e, portanto, uma maior concentraçao de excretas em sua água residual.

Embora a determinaçao de fenóis totais sofra interferência de espécies químicas capazes de reagir com a mistura de ácidos tungstofosfórico e molibidofosfórico, o que pode resultar em falsos positivos, as concentraçoes medidas se mostram bastante superiores (Tabela 4) ao limite máximo permitido pela legislaçao para lançamento de resíduos (0,5 mg L^-1).

 

 

Destaque deve ser dado ao elevado teor observado nas amostras coletadas na saída do Prédio Novo, provavelmente em decorrência do uso elevado de medicamentos com o grupamento fenol, como o paracetamol (acetominofeno), o qual mesmo depois de metabolizado permanece com o grupo fenol em sua estrutura.¹⁹

A amostra coletada no ponto do laboratório central também apresentou nível elevado de fenol, provavelmente nao apenas em decorrência da presença de medicamentos, mas também de reagentes contendo fenol. No setor de bioquímica dos laboratórios de análise clinica, por exemplo, utiliza-se um reativo para a determinaçao de colesterol, o qual contém elevadas concentraçoes de compostos fenólicos.¹⁴

Os resultados da análise toxicológica, apresentados como o número de organismos mortos (Artemia salina), ou inativos, em funçao da diluiçao do resíduo (Figura 1), permitem estimar o valor da DL50, que representa a diluiçao necessária para provocar a morte de 50% da populaçao de indivíduos em avaliaçao quando expostos ao agente estressante por 24 h.

 

 

Estes resultados indicam que a maior toxicidade está associada ao resíduo coletado no setor do Laboratório de Equipamentos, o que era esperado, em razao do uso de produtos químicos na realizaçao das análises clínicas, como por exemplo: ácido clorídrico, tetracloreto de carbono e metanol, utilizados nas reaçoes de eletroforese, além da lavagem dos equipamentos também ser efetuada com a utilizaçao de grandes quantidades de metanol (para a remoçao dos corantes) e agentes antimicrobianos, para a desinfecçao dos mesmos. Essa carga de compostos torna a amostra do Laboratório de Equipamentos altamente tóxica, causando a morte rápida do bioindicador.

Esta toxicidade particularmente alta também explica as dificuldades observadas na determinaçao de DBO, provavelmente decorrentes de inativaçao do inoculo utilizado nesta determinaçao.

Tratamentos realizados com uma das amostras

Para verificar a tratabilidade deste tipo de resíduo foram utilizados um tratamento físico fundamentado em adsorçao em carvao ativado e um tratamento químico fundamentado em processos Fenton. Os estudos foram realizados com uma amostra coletada na unidade de apoio ao diagnóstico do HC/UFPR, a qual apresenta elevada carga orgânica e forte coloraçao, esta última em razao da presença de corantes.

No processo de adsorçao, 5 amostras foram passadas sequencialmente pela coluna, o que envolveu tempos de retençao crescentes (21 a 133 min), em funçao da compactaçao progressiva do adsorvente. Utilizando-se espectroscopia UV-Vis como técnica de controle (Figura 2), foi possível verificar a remoçao praticamente completa dos sinais que caracterizam o resíduo bruto, o que implica em eficiente adsorçao das espécies coloridas. Por sua vez, a avaliaçao da DQO demonstra eficiente adsorçao da matéria orgânica, com remoçoes da ordem de 95% na primeira etapa de extraçao. A partir da segunda etapa de tratamento a remoçao de espécies coloridas e de carga orgânica (DQO) se mostra menos eficiente, provavelmente em decorrência de saturaçao de sítios de adsorçao e/ou entupimento de poros em razao da presença de material particulado.

 

 

No monitoramento espectroscópico foi possível verificar eficiente degradaçao dos grupos cromóforos presentes no resíduo pelo processo Fenton (Figura 3A), o que permitiu remoçao praticamente completa da cor em tratamentos de 30 min. Maiores tempos de tratamento nao provocaram melhora significativa no processo de degradaçao, provavelmente pelo rápido consumo de íons ferrosos. Resultados similares foram observados na presença de radiaçao (Figura 3B).

 

 

O monitoramento da DQO permitiu verificar degradaçao progressiva da carga orgânica, com remoçao máxima da ordem de 70% nos processos Fenton e de 90% nos processos foto-Fenton.

 

CONCLUSOES

O Hospital de Clínicas da UFPR possui um plano de gerenciamento de resíduos de serviços de saúde (PGRSS), o qual está centrado na questao dos resíduos sólidos. Desta forma, nao existem políticas, procedimentos e fiscalizaçao específica para o gerenciamento de águas residuais, o que faz com que os referidos resíduos sejam diretamente descartados na rede de esgoto da cidade de Curitiba.

O Hospital de Clinicas da UFPR nao possuía uma descriçao das saídas de esgoto, para facilitar o rastreamento e tratamento específico da água residual de cada setor.

Em funçao dos parâmetros físico-químicos monitorados neste trabalho, percebe-se que as características do esgoto hospitalar sao diferentes das do esgoto doméstico, o que, em princípio, sugere a necessidade de tratamentos especiais.

As análises de espécies elementares realizadas por ICP OES mostraram resultados dentro da conformidade, o que sugere que a toxicidade da água residuária hospitalar está relacionada principalmente à presença de fármacos e fenóis.

Ensaios preliminares permitiram verificar uma elevada eficiência dos processos de adsorçao e Fenton na remediaçao de um resíduo modelo contendo elevada carga orgânica e forte coloraçao. Maior destaque deve ser dado ao processo Fenton tradicional, que proporcionou eficiente descoloraçao e significativa remoçao da carga orgânica, por meio de um sistema operacional extremamente simples e econômico. Pode-se projetar também a passagem do esgoto líquido do HC/UFPR, ou de sistemas de saúde similares, por coluna de carvao ativado, preparado segundo o que foi feito neste trabalho, que se mostrou eficiente e de baixo custo quando comparado a outros tratamentos.

 

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