Cloro e ozônio aplicados à desinfecção de efluente hospitalar tratado em contadores biológicos rotatórios, com avaliação de efeitos tóxicos em Daphnia similis

Abstract

Neste trabalho foi avaliado o desempenho do sistema de contatores biológicos rotatórios para a remoção de matéria orgânica de efluente hospitalar e a posterior inativação de coliformes totais, Escherichia coli e Enterococcus sp. com os oxidantes hipoclorito de sódio e ozônio. A toxicidade gerada nos processos de desinfecção foi avaliada em Daphnia similis. Os efluentes hospitalares podem apresentar semelhanças aos efluentes domésticos no que diz respeito à concentração de matéria orgânica, coliformes e pH e ambos são, geralmente, coletados pela rede de esgotos e enviados para mesma estação de tratamento. Contudo, a presença de substâncias como fármacos, desinfetantes e compostos químicos, bem como organismos patogênicos multirresistentes a antimicrobianos podem ocorrer em elevadas contagens nas águas residuárias hospitalares. O sistema biológico de tratamento utilizado nesta pesquisa se mostrou adequado, obtendo-se remoções de matéria orgânica na ordem de 80% em termos de DQO, sendo que no término do experimento atingiu-se 88,5% de remoção de DQO para o tempo de detenção hidráulico de 2,28 horas. Houve a inativação de 1 a 2 unidades logarítmicas para coliformes totais, de 2 a 3 unidades logarítmicas para Escherichia coli e significativa remoção de toxicidade. O desempenho dos desinfetantes hipoclorito de sódio e ozônio mostrou similaridades. Entretanto, ao comparar-se com efluentes domésticos, foram necessárias maiores dosagens para o efluente hospitalar devido ao elevado consumo de oxidante pela presença da matéria orgânica refratária ao tratamento biológico. O processo de desinfecção com hipoclorito de sódio apresentou variabilidade nos resultados, em função da concentração de matéria orgânica, nitrogênio amoniacal e pH do efluente. Para ensaios em bateladas em volumes de amostra de 1 litro, valores de C.t oscilaram entre 20 a 50 mg.min.L-1 para inativação de E. coli. A desinfecção por ozônio também sofreu variações em função da matriz complexa do efluente. A inativação dos organismos somente foi acentuada após adição de 70 a 90 mg.L-1 de ozônio, concentrações estas nas quais se observou grande decaimento na absorbância em UV 254 nm, indicando possivelmente o consumo prioritário de ozônio para outras reações de oxidação, tais como a ruptura de anéis aromáticos e/ou insaturações nas cadeias carbônicas. Efluentes de origem doméstica foram rapidamente desinfetados com ozônio. Os organismos Enterococcus sp. apresentaram decaimento ora semelhante a coliformes totais, ora semelhante a Escherichia coli e ora resistentes frente à ação do desinfetante. Após total inativação de coliformes fecais foram eventua lmente observadas contagens na ordem de 103 UFC.100mL-1 de Enterococcus sp. Dada a prevalência de organismos resistentes a antibióticos que, em função disso, apresentam maior grau de virulência, observou-se que somente o monitoramento de coliformes totais e fecais não seria adequado para a desinfecção e lançamento de efluentes hospitalares. A toxicidade aguda do efluente, verificada em Daphnia similis, aumentou após adição de cloro mas foi reduzida quando houve decloração com tiossulfato de sódio. Com adição de ozônio, verificou-se variabilidade nos resultados, mas geralmente houve aumento da toxicidade após aplicação de elevadas dosagens as quais foram necessárias para desinfecção.

This work evaluated the performance of the rotating biological contactors system for the organic substances removal of hospital effluent with posterior inactivation of total coliforms, Escherichia coli and Enterococcus sp. using the oxidants sodium hypochlorite and ozone. The toxicity generated in the disinfection processes was evaluated in Daphnia similis. Hospital liquid effluents can present similarities to the domestic effluent concerning the concentration of organic substances, coliforms and pH and both are, generally, collected by the sewer system and sent to the same wastewater treatment plants. However, the presence of substances such as pharmaceuticals, disinfectants and chemical compounds, as well as antimicrobial multi-resistant pathogenic organisms present in high concentrations in hospital wastewater. It was verified that the biological system was effective, attaining approximately 80% of organic matter removal referring to COD and at the end of the experimental period it was observed 88.5% of COD removal at hydraulic retention time of 2.28 hours. Escherichia coli levels were reduced by 2 to 3 logs and total coliforms were reduced by 1 to 2 logs. It was verified significant toxicity removal. The disinfectants sodium hypochlorite and ozone provided similar performances however. Though, when comparing to domestic sewage, it was necessary higher dosages due to the raised consumption of oxidant related to the presence of refractory organic substances to the biological treatment. The disinfection with sodium hypochlorite presented variable results depending on ammonium concentration and pH of the effluent. For batch assays using 1 liter sample, C.t values ranged from 20 to 50 mg.min.L-1 to the inactivation of E. coli. Yet, the ozone disinfection process presented great variability due to the complex matrix of the effluent. The inactivation of the organisms was only evident after adding from 70 to 90 mg.L-1 of ozone. In these concentrations it was observed great decay in the UV 254nm absorbance, probably due to the preferential ozone consumption in other reactions such as aromaticity and/or unsaturation removal in the carbonic chains. Effluents of domestic origin were quickly disinfected by ozone. The Enterococcus sp. presented a not well-defined behavior. Sometimes the rate decay during disinfection seems to be similar to the total coliforms or Escherichia coli. In addition, disinfection resistance was verified occasionally. After achieving total inactivation of faecal coliforms, it was observed the presence of 10³ FCU. 100mL-1 Enterococcus sp. Due to the prevalence to antibiotic-resistant organisms and their higher virulence degree, it was observed that monitoring total and faecal coliforms is not satisfactory for the disinfection of hospital effluent. The acute toxicity of the effluent, verified in Daphnia similis, increased after chlorine addition but it was reduced with sodium thiosulfate dechlorination. In ozone disinfection, results were not conclusive, but in most cases there was observed an increase of toxicity after the application of the high dosages required to disinfection.