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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Universidade Federal de Ouro Preto Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental – PROAMB THAÍSSA JUCÁ JARDIM OLIVEIRA FOSSA SÉPTICA BIODIGESTORA: LIMITAÇÕES E POTENCIALIDADES DE SUA APLICAÇÃO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUAS FECAIS EM COMUNIDADES RURAIS OURO PRETO – MG 2018
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
Universidade Federal de Ouro Preto
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental – PROAMB
THAÍSSA JUCÁ JARDIM OLIVEIRA
FOSSA SÉPTICA BIODIGESTORA: LIMITAÇÕES E POTENCIALIDADES
DE SUA APLICAÇÃO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUAS FECAIS EM
COMUNIDADES RURAIS
OURO PRETO – MG
2018
THAÍSSA JUCÁ JARDIM OLIVEIRA
FOSSA SÉPTICA BIODIGESTORA: LIMITAÇÕES E POTENCIALIDADES DE SUA
APLICAÇÃO PARA O TRATAMENTO DE ÁGUAS FECAIS EM COMUNIDADES
RURAIS
Dissertação apresentada ao Programa de Pos-
Graduação em Engenharia Ambiental da
Universidade federal de Ouro Preto como
requisito para a obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Aníbal da Fonseca
Santiago
Coorientadora: Prof.ª Dr.ª Maria Célia da Silva
Lanna
OURO PRETO – MG
2018
Catalogação: www.sisbin.ufop.br
O482f Oliveira, Thaíssa Jucá Jardim. Fossa Séptica Biodigestora [manuscrito]: limitações e potencialidade de suaaplicação para o tratamento de águas fecais em comunidades rurais / ThaíssaJucá Jardim Oliveira. - 2018. 106f.: il.: color; grafs; tabs.
Orientador: Prof. Dr. Aníbal da Fonseca Santiago. Coorientadora: Profª. Drª. Maria Célia da Silva Lanna.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Pró-Reitoria dePesquisa e Pós-Graduação. PROAMB. Programa de Pós-Graduação em EngenhariaAmbiental. Área de Concentração: Tecnologias Ambientais.
1. Tratamento de águas fecais. 2. Saneamento rural. 3. Sistemas locais. I.Santiago, Aníbal da Fonseca. II. Lanna, Maria Célia da Silva. III. UniversidadeFederal de Ouro Preto. IV. Titulo.
CDU: 502:004
DEDICATÓRIA
Dedico o esforço empreendido na execução
desta pesquisa a todas as comunidades rurais
que ainda não têm acesso a condições
adequadas de saneamento básico.
Na certeza de que não existe ciência, tampouco
tecnologia, que seja neutra.
“Quem dança com as ideias descobre que
pensar é alegria. Se pensar lhe dá tristeza
é porque você só sabe marchar, como soldados
em ordem unida.
Saltar sobre o vazio, pular de pico em pico.
Não ter medo da queda. Foi assim que se
construiu a ciência: não pela prudência dos
que marcham, mas pela ousadia dos que
sonham.
Todo conhecimento começa com o sonho. ”
Rubem Alves
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a meus pais, meus avós, meu tio Jr. e meu irmão por terem incentivado
desde a minha infância meu gosto pela ciência e pela leitura. Obrigada pelo carinho, pelo apoio
e por entenderem minha ausência em momentos tão delicados quanto os que nós passamos nos
últimos anos.
Ao meu orientador, Aníbal Santiago, por ter confiado no meu trabalho e por ter enfrentado junto
comigo as dificuldades que tivemos na execução desta pesquisa. Todos os seus
questionamentos, indicações e reflexões contribuíram demais, não só para a minha formação
profissional, quanto para a pessoal.
À minha co-orientadora, Prof. Maria Célia, por ter me introduzido no universo da microbiologia
e por ter me ensinado, ainda que sem perceber, sobre o amor à pesquisa e ao ensino.
À Thalita e Natália, pela dedicação e pelas inúmeras horas que passamos no LSA apanhando
dos equipamentos e aprendendo juntas as metodologias de análise. Sem vocês, essa pesquisa
certamente não teria sido possível.
À toda a equipe do Laboratório de Saneamento Ambiental, em especial à Raquel, Grazielle e
Fábio, por terem me ensinado a operar o laboratório e estarem sempre presentes para tirar
minhas dúvidas.
À D. Graça, Sr. Geraldo e Ricardo por disponibilizarem sua residência para a realização desta
pesquisa, pelas conversas maravilhosas e por todo o apoio logístico ao meu trabalho.
À equipe do LIGA (Ludmila, Everton, Thiago, Sara e Lilian) por me acolherem enquanto
“sociopessoa”e pela valorosa troca de experiências. Um agradecimento especial à Ludmila por
ser o anjo da guarda de praticamente toda a turma de mestrado de 2016.
Ao Ricardo e ao Paulo Bernardo, pelo companheirismo e pelos bons momentos que tivemos
juntos durante o mestrado. Foi um privilégio ter construído essa amizade com vocês.
À Andreíza, Andressa, Laís, Grazielle e Ricardo (novamente), pelo apoio prático na reta final
da escrita. A contribuição de vocês foi muito importante para a qualidade deste trabalho.
A todos os meus colegas do ProAmb, pela parceria nos estudos e nos bares da Bauxita. Pois
nem só de trabalho vivem os pós-graduandos!
Ao Vinícius, pela companhia leve em praticamente todas as madrugadas e finais de semana que
eu passei na UFOP. Agradeço por sempre incentivar o meu trabalho, por me dar colo quando
eu precisava descansar e por compreender minhas limitações durante este período. Ter você
perto de mim tornou tudo mais fácil.
Aos companheiros do OcupaUFOP por estarem ao meu lado na pelo direito à uma educação
pública e de qualidade para todos.
Ao Sr. José Carlos e ao Márcio pelo cuidado que tiveram comigo no nosso dia-a-dia de trabalho.
À equipe de motoristas da UFOP por ter possibilitado a realização dos nossos campos.
À Prof. Silvana de Queiroz e ao Prof. Marcos Von Sperling pelas valorosas contribuições e pelo
incentivo que me deram na banca de defesa desta dissertação.
Feitos todos os agradecimentos, aproveito este espaço para negar a meritocracia e lembrar a
todas as leitoras que fazer pós-graduação no Brasil ainda é um privilégio da classe média/alta e
da população branca, que ocupa a maior parte das vagas, notadamente nos cursos de engenharia.
Nesse sentido, ainda temos um longo caminho a percorrer em busca de um ambiente acadêmico
menos elitizado e mais próximo das causas populares.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal
de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
RESUMO
A Fossa Séptica Biodigestora – FSB é uma tecnologia social desenvolvida em 2001 pela
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, com a finalidade de promover o tratamento
anaeróbio de águas fecais no meio rural, produzindo um efluente adequado para o uso agrícola.
Com o objetivo de avaliar o desempenho da Fossa Séptica Biodigestora no tratamento de águas
fecais, o presente trabalho buscou sistematizar e analisar os principais dados produzidos sobre
o desempenho da FSB no período de 2001 a 2018 e complementá-los com um estudo pioneiro
do ciclo de funcionamento do sistema, a partir de uma unidade da FSB instalada em Cachoeira
do Campo, Ouro Preto – MG. Além dos parâmetros físicos e químicos convencionais, foram
avaliados os seguintes indicadores biológicos: E. coli, Enterococcus spp., Salmonella sp. e
adenovírus humanos (HAdV). Na revisão de literatura, constatou-se que existe uma
concentração da produção científica sobre a FSB no eixo Sul-Sudeste e que apenas 16% das
publicações apresentam dados primários sobre o desempenho deste sistema no tratamento de
águas fecais. Dentre as publicações referentes ao desempenho da FSB, foram selecionados 14
estudos, que tiveram suas informações sistematizadas e comparadas com unidade instalada em
Cachoeira do Campo (FBCC) em busca de um padrão de funcionamento do sistema. A FBCC
apresentou resultados próximos daqueles identificados na literatura e seu efluente atingiu
qualidade satisfatória para uso nos seguintes casos: a) fertirrigação no caso de culturas que se
desenvolvem distantes do nível do solo; b) cultivos de alto nível tecnológico e produção
mecanizada; c) por meio de técnicas de irrigação com elevado potencial de minimização de
exposição. O sistema apresentou uma capacidade de remoção de 6,63 unidades logarítmicas
para E.coli; 1,2 unidades para Samonella sp.; 3,06 para Enterococcus spp.; e 2,5 para HAdV.
Ademais, a análise em diferentes dias do ciclo apontou que a inserção do esterco na FBCC
resultou em um salto da eficiência de remoção interna de DBO de 16% para 90%, indicando
que o período no qual é realizado a coleta influencia diretamente nos dados apresentados pelas
pesquisas. Também foram verificadas alterações devido ao inóculo em toda a série de sólidos,
nos parâmetros microbiológicos, no oxigênio dissolvido e na temperatura interna dos três
reatores.
Palavras-chave: “tratamento de águas fecais”; “saneamento rural”; “sistemas locais”
ABSTRACT
The Biodigester Septic Tank (FSB) is a social technology developed in 2001 by the Brazilian
Agricultural Research Corporation (Embrapa), with the purpose of promoting the anaerobic
blackwater treatment in the rural environment, producing an effluent suitable for agriculture. In
order to evaluate the performance of the Embrapa FSB in blackwater treatment, this research
intended to systematize and analyze the main data produced about the performance of the FSB
in 2001 to 2018 period, complementing them with a pioneer evaluation of the system's operating
cycle using a FSB installed in Cachoeira do Campo, Ouro Preto - MG. In addition to the
conventional physical and chemical wastewater parameters, were analyzed four biological
indicators: Echerichia coli, Enterococcus spp., Salmonella sp. and human adenovírus (HAdV).
In the literature review, it was verified that there is a concentration of scientific production
about the FSB in the Brazil South/ Southeast and that only 16% of the publications present
primary data on the performance of this system in blackwater treatment.Of these, 14 studies
were selected and had their information compared with the unit installed in Cachoeira do
Campo (FBCC) in search of a system operation standard. FBCC presented results close to the
literature, and its effluent reached a satisfactory quality for use in the following cases: a)
fertirrigation in the case of crops that develop far from the soil; b) high technology crops and
mechanized production; c) through irrigation techniques with high potential for minimization
of exposure. The system had a removal capacity of 6.63 log units for E. coli; 1.2 log units for
Samonella sp.; 3.06 for Enterococcus spp.; and 2.5 for HadV. In addition, the analysis on
different days of the cycle indicated an increase in the BOD removal of 16% to 90% in the days
after inoculum insertion, which indicate that the collection’ period has direct influence in the
data presented by the surveys about FSB. Changes due to the inoculum were also observed in
the solids set, microbiological parameters, dissolved oxygen and in the internal temperature of
the three reactors.
Keywords: “blackwater treatment”; “rural sanitation”; “on-site systems”; “EcoSanitation”.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Fossas Sépticas Biodigestoras construídas em diversos materiais: a) amianto; b)polietileno;
c)fibra de vidro; d)manilhas de concreto ............................................................................................19
Figura 2- Esquema de funcionamento da FSB. .................................................................................23
Figura 3 – Diretrizes do Saneamento Ecológico para a elaboração de tecnologias para tratamento de
esgoto em áreas rurais. ......................................................................................................................28
Figura 4 – Fossa Séptica Biodigestora instalada no distrito de Cachoeira do Campo (FBCC). ............43
Figura 5 – Croqui da FBCC e identificação dos pontos de coleta .......................................................44
Figura 6 - Coleta do efluente no Reator 1 e detalhamento da bomba peristáltica ................................46
Figura 7 - Porcentagem de publicações sobre a FSB obtidas em cada base de dados analisada. ..........47
Figura 8 - Tipos de publicações disponíveis sobre a FSB nas bases de dados analisadas ....................48
Figura 9 – a) Distribuição das publicações sobre a FSB nos diversos estados brasileiros – classificação
quanto ao local de aplicação da pesquisa. b) Estados nos quais localizavam-se as instituições que
produziram as publicações que continham informações gerais sobre a FSB (coluna N/A). .................49
Figura 10 – Número de estudos relacionados à FSB publicados no período de 2001 a 2018* .............50
Figura 11 – Abordagem dos estudos publicados sobre a FSB no período de 2002 a 2018. ..................51
Figura 12 – Abordagens principais em cada tipo de publicação .........................................................51
Figura 13 – pH nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC e valores de referência ..54
Figura 14 – Temperatura nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC e valores de
referência. .........................................................................................................................................56
Figura 15 – Série de Sólidos nos reatores da FBCC: efluente coletado a 30 e 120 cm de profundidade.
Concentração expressa em mg.L-1 ....................................................................................................58
Figura 16 - Série de Sólidos nos reatores da FBCC. Amostras coletadas a 30cm de profundidade.
Concentração expressa em mg.L-1. ....................................................................................................59
Figura 17 – DBO e DQO nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: valores de referência dispostos
no Gráfico A e dados da FBCC (profundidade = 30 cm) no Gráfico B ...............................................61
Figura 18- NH4+ nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC....................................66
Figura 19 - Concentração de NTK nos reatores da FSB de acordo com a literatura ............................67
Figura 20- Fósforo total nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: valores de referência e dados da
FBCC ...............................................................................................................................................68
Figura 21 – Concentração de E. coli na Fossa Séptica Biodigestora: dados da literatura. ....................71
Figura 22 – Concentração de E. coli na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC .........................72
Figura 23 – Concentração de Enterococcus spp. na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC .......74
Figura 24 - Concentração de HAdV na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC ........................77
Figura 25 – Variação das concentrações de ST, SST e SSV ao longo do ciclo da FSB* .....................81
Figura 26 - Variação das concentrações de DBO, DQO e OD ao longo do ciclo da FSB* ..................82
Figura 27 - Variação das concentrações de E. coli, Enterococcus spp. e HAdV ao longo do ciclo da
FSB* ................................................................................................................................................83
Figura 28- Variação das concentrações de Salmonella, NH +4 e Fósforo Total ao longo do ciclo da
FSB ..................................................................................................................................................84
Figura 29 - Variação das concentrações de pH e temperatura ao longo do ciclo da FSB ....................85
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - pH médio nos reatores da FSB: amostras da FBCC e valores de referência (da literatura) ..54
Tabela 2 - Concentração de DBO e DQO na FSB: valores de referência e FBCC (amostras coletadas
em p= 30 cm). ...................................................................................................................................63
Tabela 3 - Concentração de DBO e DQO na FSB: FBCC ( p=120 cm) ..............................................64
Tabela 4 – Concentração de Nitrogênio na FSB: valores de referência e da FBCC (p=30cm) .............65
Tabela 5 - Concentração de Fósforo na FSB: valores de referência e FBCC (p=30cm) .......................68
Tabela 6 - Concentração de fósforo no lodo da FBCC .......................................................................69
Tabela 7- Concentração de E. coli nos reatores da FSB: dados da FBCC e valores de referência ........72
Tabela 8 – Concentração de Enterococcus spp nos reatores da FBCC (NMP/100ml) .........................74
Tabela 9 – Concentração de Salmonella sp. nos reatores da FBCC (UFC/ml) ....................................76
Tabela 10 – Concentração de HAdV nos reatores da FBCC (UFP/ml) ...............................................76
Tabela 11 – Características do inóculo de esterco bovino inserido na FBCC no referido ciclo ............78
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Diretrizes da USEPA para o uso agrícola de esgotos sanitários ........................................32
Quadro 2- Diretrizes da OMS para o uso agrícola de esgotos sanitários .............................................32
Quadro 3- Dispositivos legais e infra legais que regulamentam o uso agrícola de esgotos sanitários ...33
Quadro 4 - Diretrizes do PROSAB para o uso agrícola de esgotos sanitários .....................................34
Quadro 5 - Abordagem principal da publicação em relação à Fossa Séptica Biodigestora ..................39
Quadro 6 – Publicações consideradas na análise de dados da literatura ..............................................41
Quadro 7 – Período de realização das coletas ....................................................................................44
Quadro 8 – Parâmetros físicos, químicos e microbiológicos utilizados para avaliar o desempenho da
FBCC ...............................................................................................................................................45
Quadro 9 – Estudos encontrados na revisão de literatura que contém dados sobre a série de sólidos ..57
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AFB Água Fecal Bruta
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO Demanda Química de Oxigênio
EcoSan Saneamento Ecológico
ERG Eficiência de Remoção Global
ERI Eficiência de Remoção Interna
FBB Fundação Banco do Brasil
FBCC Fossa Séptica Biodigestora de Cachoeira do Campo
FSB Fossa Séptica Biodigestora
LOG10 Unidades logarítmicas
OMS Organização Mundial da Saúde
RTS Rede de Tecnologias Sociais
SDT Sólidos Dissolvidos Totais
SSF Sólidos em Suspensão Fixos
SST Sólidos em Suspensão Totais
SSV Sólidos em Suspensão Voláteis
ST Sólidos Totais
USEPA United States Environmental Protection Agency
WHO World Health Organization
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................14
2 OBJETIVOS ................................................................................................................................17
2.1 Objetivo Geral ...................................................................................................................17
2.2 Objetivos Específicos .........................................................................................................17
3 REVISÃO DE LITERATURA ...........................................................................................................18
3.1 Histórico da Fossa Séptica Biodigestora .............................................................................18
3.2 Princípios de Funcionamento da Fossa Séptica Biodigestora ..............................................22
3.3 Saneamento Ecológico: conceitos e diretrizes para o tratamento de esgoto doméstico na
área rural ......................................................................................................................................26
3.4 Uso agrícola de esgoto doméstico no Brasil .......................................................................30
3.5 O reúso de efluentes domésticos no contexto da agricultura familiar brasileira .................35
4 METODOLOGIA .........................................................................................................................38
4.1 Perfil das produções acadêmicas sobre a FSB.....................................................................38
4.2 Levantamento e análise de dados secundários acerca do desempenho da FSB no
tratamento de águas fecais ...........................................................................................................40
4.3 Análise do desempenho de uma Fossa Séptica Biodigestora instalada no distrito de
Cachoeira do Campo, Ouro Preto – MG .........................................................................................43
4.3.1 Procedimentos de coleta............................................................................................45
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................................................47
5.1 Análise do perfil das produções acadêmicas sobre a FSB no período de 2001 a 2018 .........47
5.2 Princípios de funcionamento e desempenho da FSB no tratamento de águas fecais para uso
agrícola .........................................................................................................................................53
5.2.1. Características da Fossa Biodigestora de Cachoeira do Campo (FBCC) ........................53
5.2.2. Potencial Hidrogeniônico (pH) ....................................................................................53
5.2.3. Temperatura ..............................................................................................................55
5.2.4. Oxigênio Dissolvido ....................................................................................................56
5.2.5. Série de Sólidos ..........................................................................................................57
5.2.6. DBO E DQO ................................................................................................................61
5.2.7. Nitrogênio..................................................................................................................64
5.2.8. Fósforo Total ..............................................................................................................67
5.2.9. Indicadores Biológicos................................................................................................70
a) Escherichia coli ..................................................................................................................70
b) Enterococcus spp. ..............................................................................................................74
c) Salmonella sp. ...................................................................................................................75
d) Adenovírus Humanos (HAdV) .............................................................................................76
5.3. Análise do ciclo de funcionamento da FSB .........................................................................78
5.4. Reflexões sobre a Fossa Séptica Biodigestora.....................................................................86
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................92
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................95
APÊNDICE A – METODOLODIA DE ANÁLISE DE ADENOVÍRUS HUMANOS .........................................104
14
1 INTRODUÇÃO
Desde outubro de 2010, o acesso à água potável e ao saneamento são reconhecidos pela
Organização das Nações Unidas como um direito humano, essencial para a saúde, bem-estar e
qualidade de vida da população em geral (ONU, 2010). Tal reconhecimento configura um
avanço no caminho de sua universalização, ao mesmo tempo em que os números levantados
por esta organização indicam um grande déficit de acesso a estes serviços, sobretudo entre as
populações vulneráveis ou de baixa renda, como é o caso das periferias e comunidades rurais.
De acordo com o Relatório de Acompanhamento dos Objetivos do Milênio, em 2015
aproximadamente 106 milhões de pessoas na América Latina ainda utilizavam estruturas de
saneamento inadequadas, sendo a maior parte desta população habitante da área rural ou
pertencente a grupos pobres e marginalizados (PNUD, 2015). No Brasil, os dados oficiais
(quase sempre superestimados) apontam que em 2012 aproximadamente 28% das residências
na área rural dispunham de fossas sépticas e apenas 5,2% estavam conectadas a rede coleta de
esgoto. Na área urbana – onde historicamente se concentram os investimentos em saneamento
básico – este índice era de 65,3% (PNAD, 2013; ZANCUL, 2016).
Os números apresentados apontam a magnitude dos desafios relacionados à
universalização do saneamento básico no Brasil, chamando atenção para a notável desigualdade
entre os índices do campo e da cidade e para a necessidade de se pensar em uma abordagem
própria para o saneamento rural, que dê conta das condições de pobreza, isolamento e
precariedade dos serviços públicos encontradas no interior do país.
Impulsionados pelas diretrizes da ONU e pelos recursos do Banco Mundial, temos visto
nos últimos anos um esforço crescente em prol da ampliação dos serviços de saneamento na
América Latina, notadamente em suas áreas rurais (MEJÍA et al., 2016). Neste caminho, além
de novas formas de gestão – a maioria baseada na participação comunitária – tem-se estudado
diversas tecnologias sociais que proporcionem o acesso à água potável e ao tratamento de
esgoto a estas populações, considerando principalmente a adaptação à realidade
socioeconômica, cultural e ambiental do local (FUNASA, 2011).
No que diz respeito ao tratamento de esgoto, um dos pontos-chave do desenvolvimento
destas tecnologias é a possibilidade de inserção dos subprodutos do tratamento no ciclo de
produção agrícola, seja por meio de biofertilizantes ou da produção de energia. Neste sentido,
Miller (2006) afirma que o reúso agrícola de águas residuárias pode trazer benefícios
econômicos, sociais e ambientais para as comunidades em que se insere, sendo uma alternativa
sustentável para o aumento da oferta de água e importante elemento do sistema de tratamento
15
e disposição final de esgotos, diminuindo a carga poluente que chega aos corpos hídrico e
reduzindo os custos relacionados ao saneamento.
Dentre os sistemas de tratamento de esgotos que trabalham com o reúso agrícola deste
efluente, encontra-se a Fossa Séptica Biodigestora – FSB, uma tecnologia social desenvolvida
em 2001 pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, no município de São Carlos – SP.
De acordo com Faustino (2007), esta tecnologia promove o tratamento anaeróbio de águas
fecais1, utilizando para isso duas câmaras de fermentação de 1000 L e uma caixa coletora de
efluentes, interligadas por sistema de sifão. O processo inclui a adição mensal de um inóculo
de esterco bovino na entrada do sistema e tem como objetivo produzir um efluente final
adequado para reúso agrícola, rico em nutrientes (fósforo e nitrogênio) e seguro em termos de
concentração de patógenos.
Desde seu lançamento, a Fossa Séptica Biodigestora vem ganhando visibilidade em
projetos de extensão rural e começa a ser inserida também em políticas públicas de âmbito
estadual e nacional, a exemplo do Programa Rio Rural e do Programa Nacional de Habitação
Rural (SILVA et al., 2018). Um estudo realizado pela Embrapa (SILVA; MARMO &
LEONEL, 2017), indica que no início de 2018 a Fossa Séptica Biodigestora já estava presente
em mais de 11.500 residências rurais, espalhadas em todas as regiões do Brasil.
Dezessete anos após seu surgimento, a FSB já foi alvo de diversas pesquisas, que
buscaram investigar diferentes aspectos de seu funcionamento, como: a adaptação das
comunidades ao manejo do sistema e aceitação do uso agrícola do efluente; a qualidade de seu
efluente final; as vantagens e limitações do uso deste efluente na fertirrigação; dentre outras.
Apesar da heterogeneidade desta produção, a maior parte dos trabalhos relacionados à
eficiência do tratamento limita-se a discutir se o sistema atingiu ou não os resultados esperados
em termos de qualidade do efluente e/ou de melhoria das condições de vida das comunidades,
deixando uma lacuna de conhecimento em relação aos processos envolvidos no funcionamento
da Fossa Séptica Biodigestora.
Tal situação mostra-se desfavorável, na medida em que a FSB tem sido disseminada no
país sem que haja uma regulamentação acerca do reúso agrícola de águas residuárias nem
modelos de gestão eficientes na área rural, que permitam o controle da qualidade do efluente
oriundo deste sistema. Dessa forma, o entendimento de questões relacionadas ao manejo e
condições de funcionamento da FSB, além de servir à sua otimização, deve contribuir para a
redução dos riscos à saúde pública decorrentes do reúso agrícola de seu efluente.
1 Destaca-se aqui a substituição do termo “águas negras” por “águas fecais”, conforme recomendado pelos
materiais do Programa Nacional de Saneamento Rural (PNSR) (BRONZATTO, 2018).
16
Com o objetivo de avançar no entendimento acerca do funcionamento do sistema, o
presente trabalho buscou sistematizar e analisar os principais dados produzidos sobre o
desempenho da FSB no período de 2001 a 2018 e complementá-los com um estudo pioneiro do
ciclo de funcionamento do sistema, que avaliou o comportamento de parâmetros físicos,
químicos e microbiológicos ao longo dos trinta dias que intercalam a adição do inóculo. Dessa
forma, foram levantadas as principais limitações que têm sido encontradas em seu
funcionamento e elencadas possíveis melhorias no manejo do sistema padrão.
17
2 OBJETIVOS
Objetivo Geral
Avaliar o desempenho da Fossa Séptica Biodigestora no tratamento de águas fecais e
identificar as limitações e potencialidades de sua aplicação em comunidades rurais do Brasil.
Objetivos Específicos
• Identificar as principais características da produção científica relacionada à Fossa
Séptica Biodigestora entre os anos de 2001 a 2018 e sistematizar os dados disponíveis nestas
pesquisas sobre o desempenho da FSB no tratamento das águas fecais;
• Avaliar a influência do inóculo de esterco bovino na FSB, por meio do monitoramento
do ciclo mensal de funcionamento de um sistema instalado no distrito de Cachoeira do Campo,
Ouro Preto – MG;
• Avançar no entendimento dos processos de conversão da matéria orgânica carbonácea
e dos nutrientes na FSB;
• Obter dados sobre as concentrações de Enterococcus spp., Salmonela sp.; adenovírus
humanos; e Escherichia coli ao longo da FSB e avaliar o potencial de remoção de patógenos
do sistema a partir destes indicadores;
• Apontar as potencialidades e limitações da FSB para o tratamento de águas fecais em
comunidades rurais do Brasil.
18
3 REVISÃO DE LITERATURA
Histórico da Fossa Séptica Biodigestora
A FSB é uma tecnologia desenvolvida pelo médico veterinário Antônio Pereira de
Novaes, pesquisador da Embrapa Instrumentação Agropecuária (em São Carlos – SP), no ano
de 2001 (FBB, 2010). Apesar dos primeiros materiais sobre a referida fossa terem sido lançados
no início dos anos 2000, a Embrapa já se interessava pelo uso de biodigestores há, pelo menos,
vinte anos. Um documento da década de oitenta registra o início de uma parceria entre a
Embrapa Milho e Sorgo e a Eletrobrás, colocando em funcionamento um biodigestor de modelo
indiano na cidade de Sete Lagoas – MG (FERRAZ & MARRIEL, 1980)
Segundo Ferraz e Marriel (1980), este projeto visava “cooperar para a solução do
problema energético do país” através da produção de biogás e de biofertilizantes, que poderiam
ser utilizados no cultivo de cana-de-açúcar e sorgo sacarino. O biodigestor descrito neste
primeiro estudo utilizava como matéria-prima a biomassa vegetal. Porém, ao longo do tempo a
instituição realizou estudos com dejetos de diversas espécies animais (KUNZ & OLIVEIRA,
2006), até propor um sistema que trabalhasse diretamente com esgoto doméstico.
Um dos primeiros documentos públicos sobre a Fossa Séptica Biodigestora foi um
Comunicado Técnico com o título “Utilização de uma Fossa Séptica Biodigestora para
Melhoria do Saneamento Rural e Desenvolvimento da Agricultura Orgânica”. Segundo ele, a
concepção deste sistema se baseou nas experiências asiáticas, sobretudo da China2, que na
época possuía 4,5 milhões de biodigestores em funcionamento (NOVAES et al., 2002).
2 Segundo Gregory (2010), a construção dos primeiros biodigestores na China remontam ao início do século XX
e constituem iniciativa de algumas companhias privadas que tiveram acesso à tecnologia produzida na Índia. Estes
projetos foram incentivados durante o período do Grande Salto Adiante (1958-1960), quando o ditador Mao Tsé-
Tung declarou que o uso do biogás deveria ser popularizado em todo o país; porém, o suporte técnico fornecido
pelo Estado não foi suficiente para levar à frente o movimento, que acabou sendo assumido apenas pela província
de Sichuan. Nesta província, o goveno aperfeiçoou a tecnologia existente até então e iniciou um programa para
sua disseminação, fornecendo treinamento técnico para os agricultores locais e de outras províncias. Entre 1975 e 1979, o número de digestores em Sichuan cresceu de 400.000 para 5 milhões e, em todo o país, mais de 7 milhões de digestores domésticos foram construídos entre 1973 e 1978, fazendo com que em 1980 o governo
chinês declarasse o biogás como a "principal alternativa" para lidar com a crise de combustíveis nas comunidades
rurais. Em 2009, o número de biodigestores domésticos na China chegava a 30,5 milhões.
Cabe ressaltar que, além das águas fecais – foco do tratamento realizado pela FSB – os biodigestores chineses e
indianos utilizam como substrato efluentes de suinocultura e/ou resíduos sólidos, produzindo uma quantidade
significativamente maior de biogás e de fertilizante. Em condições ideais, um digestor chinês de 10 m³ pode
fornecer gás suficiente para cozinhar e iluminar uma família de até cinco pessoas. Apesar de também contribuir
com o saneamento em áreas rurais, a experiência chinesa com biodigestores foi alavancada sobretudo pela
necessidade de se criar fontes alternativas de energia em áreas rurais e de de garantir a segurança alimentar destas
populações (HENDERSON, 2009).
19
O ‘modelo inicial’ da Fossa Séptica Biodigestora era composto por três caixas de
cimento amianto ou de plástico, de mil litros, sendo as duas primeiras para tratamento do
efluente e a última para a coleta do efluente tratado (NOVAES et al., 2002). Mesmo mantendo
até hoje a proporção de três caixas de mil litros para uma residência de até cinco pessoas, ao
longo do tempo a FSB passou por algumas modificações em seu material principal (Figura 1).
Em 2004, uma cartilha lançada pela Embrapa Instrumentação Agropecuária falava da
utilização de caixas de fibrocimento ou plástico com cloração no efluente da 3ª caixa, caso esta
fosse preenchida em menos de vinte dias. Ou seja, caso o tempo necessário para a biodigestão
não tivesse sido cumprido (EMBRAPA, 2004). Esta recomendação, bem como a possibilidade
de inserção de um filtro de areia no final do tratamento não estão presentes nos últimos materiais
publicados pela instituição (OTENIO et al., 2014; SILVA; MARMO & LEONEL, 2017)
Figura 1 – Fossas Sépticas Biodigestoras construídas em diversos materiais: a) amianto; b)polietileno; c)fibra de
vidro; d)manilhas de concreto
a)
Fonte: Embrapa (2004)
b)
Fonte: Silva et al. (2017)
c)
Fonte: Cordoval (2015)
d)
Fonte: FBB (2010)
Apesar do uso do amianto ter sido proibido no Brasil apenas em 2017, as declarações
da OIT e OMS sobre o potencial cancerígeno deste material contribuíram para a diminuição do
20
seu uso no país na última década (CASTRO; GIANNASI & NOVELLO, 2003). Além disso,
nos primeiros anos de uso da FSB foi constatado que as caixas de polietileno sofriam
deformação pela pressão do solo, tornando este material pouco adequado para sua confecção.
Portanto, em 2006 a Embrapa lançou uma nova versão da cartilha de 2004, sugerindo,no lugar
de amianto ou plástico, caixas de fibra de vidro ou fibrocimento – materiais que suportam altas
temperaturas, são de baixo custo e que apresentam grande durabilidade (EMBRAPA, 2006).
As modificações sugeridas são reafirmadas quando, em 2010, a Embrapa lança um
manual intitulado “Perguntas e Respostas sobre a Fossa Séptica Biodigestora”, no qual se indica
novamente estes materiais como os mais propícios para a construção do sistema, abrindo
precedente para o uso de alvenaria, desde que estas sejam impermeabilizadas e muito bem
vedadas. Este manual também explicita que não deve ser utilizado o polietileno, devido sua
deformação pela pressão do solo e contato com temperaturas mais elevadas (GALINDO et al.,
2010)
Nesse mesmo ano, a Fundação Banco do Brasil (2010) publicou uma cartilha onde
informa que as caixas devem ter formato arredondado e ser fabricadas em fibra de vidro ou
manilhas de concreto. Com a queda no mercado do fibrocimento, atualmente o principal
material utilizado pela Embrapa para a construção da FSB são as caixas d’água de fibra de
vidro, por serem leves, resistentes e de fácil manejo na instalação (SILVA, MARMO &
LEONEL, 2017).
Além de diversos materiais, foram testadas também variações do inóculo utilizado na
Fossa Biodigestora. Porém, até 2018 o esterco bovino continua sendo considerado o mais eficaz
para este processo de biodigestão. Um dos trabalhos mais detalhados sobre esta questão foi o
de Faustino (2007), que constatou que o uso de esterco ovino em substituição ao esterco de
bovinos, não apresentou a mesma eficiência, tanto do ponto de vista de aspectos físico-
químicos, quanto de desinfecção do efluente.
Outra variação proposta foi a utilização de inóculos comerciais em pó, no caso de fossas
instaladas em comunidades ribeirinhas do Pará, onde é pouco comum a atividade de pecuária
(OLIVEIRA et al., 2018). Até o presente momento não foram encontrados estudos sobre o
funcionamento deste inóculo no referido sistema, nem dados sobre os parâmetros físicos
químicos ou microbiológicos do efluente resultante deste processo
21
Com sua potencialidade de aplicação reconhecida nacionalmente, a FSB é atualmente a
Tecnologia Social3 para tratamento local de efluentes domésticos mais popular no país – ainda
que seu percentual de uso seja insignificante se comparado à fossa séptica tradicional e às fossas
secas (SNIS, 2017). De acordo com Silva, Marmo & Leonel (2017), em 2003 esta experiência
ganhou o prêmio da Fundação Banco do Brasil de Tecnologia Social e em 2011 figurou entre
as três melhores tecnologias submetidas ao Prêmio Mercocidades de Ciência e Tecnologia.
Como é próprio das Tecnologias Sociais, ao longo destes 17 anos a Fossa Séptica
Biodigestora passou por algumas adaptações, havendo hoje relatos de sua utilização em todas
as macrorregiões brasileiras. Dentre estas adaptações, provavelmente a mais significativa diz
respeito ao uso da FSB em comunidades ribeirinhas do bioma amazônico, onde o ecossistema
de várzea dificulta consideravelmente a instalação de sistemas deste tipo.
Neste sentido, destaca-se a experiência da Ilha das Cinzas – PA, realizada pela Embrapa
Amapá, em parceria com a Associação de Trabalhadores Agroextrativistas da Ilha das Cinzas
e a FINEP. Tal projeto deu origem a um manual recentemente publicado pela instituição, no
qual são apresentadas as principais modificações do sistema necessárias para sua adaptação em
área de várzea. Nestas áreas, a FSB fica suspensa sobre a água em um tablado de madeira; as
caixas podem ser de polietileno ou de fibras de vidro; o declive necessário para o escoamento
do efluente é feito pelos tubos de conexão; e o inóculo, na ausência de esterco bovino, pode ser
substituído por um artificial em pó (OLIVEIRA et al., 2018).
Ainda sobre a difusão da FSB no país, um passo importante foi sua recente inserção
como referência de tecnologia de saneamento no Programa Nacional de Habitação Rural,
integrante do Programa Minha Casa, Minha Vida, do Governo Federal (BRASIL, 2017). De
acordo com Silva, Marmo e Leonel (2017, p.9):
A Fossa Séptica Biodigestora já está presente em mais de 11.500 residências rurais
em todas as regiões do Brasil, beneficiando diretamente um público estimado de mais
de 57 mil pessoas. Entidades como a CATI/SP, Fundação Banco do Brasil e Programa
Rio Rural - EMATER/RJ já instalaram, juntas, mais de 10.000 unidades da Fossa
Séptica Biodigestora. Trata-se, portanto, de uma tecnologia consolidada para o
saneamento básico rural e de impacto significativo na qualidade de vida no campo.
3 No âmbito deste trabalho, utiliza-se como conceito de Tecnologia social aquele definido pela RTS (2012) que
as classifica como “produtos, técnicas e/ou metodologias reaplicáveis, desenvolvidas na interação com a
comunidade e que representem efetivas soluções de transformação social”. Segundo Costa (2013) é importante
lembrar que o adjetivo “social” não tem a pretensão de afirmar somente a necessidade de tecnologia para os
pobres ou países subdesenvolvidos, mas de fazer uma crítica ao modelo convencional de desenvolvimento
tecnológico e propor uma lógica mais sustentável e solidária de tecnologia para toda as camadas da sociedade.
22
Dentre os projetos que têm contribuído para a disseminação da FSB em Minas Gerais,
destaca-se o Programa Olhos D’água, desenvolvido pelo Instituto Terra em parceira com a Vale
e BHP Billinton, por meio da Fundação Renova. O projeto pretende recuperar, em 10 anos,
5.000 nascentes na área atingida pelo rompimento da barragem de Fundão e implantar uma FSB
em cada propriedade rural atendida. O projeto está em andamento desde dezembro de 2016 e
já atendeu mais de 217 produtores rurais ao longo da bacia (CESAN, 2017).
Como é uma tecnologia de domínio público, a Fossa Séptica Biodigestora tem sido
implantada e estudada por diversas instituições brasileiras que também contribuem para
avanços no seu funcionamento. Porém, a elaboração deste histórico foi centrada na atuação da
Embrapa devido ela ser, atualmente, a maior fonte de dados sobre o tema e principal
articuladora da inserção da FSB em políticas públicas.
Princípios de Funcionamento da Fossa Séptica Biodigestora
A Fossa Séptica Biodigestora é um sistema de tratamento secundário de esgoto
domésticos, composto por dois reatores anaeróbios operando em série, ligados a uma caixa
coletora de mesmo volume (FAUSTINO, 2007). A caraterística deste sistema que o difere dos
tanques sépticos e de outros biorreatores anaeróbios é a configuração de sua tubulação, que
retira o efluente da camada mais baixa do reator e o lança na parte superior do próximo. Assim,
busca-se evitar a formação de zonas mortas e aumentar o contato da biomassa com o líquido ao
longo do tratamento4 (Figura 2). Sua configuração é muito próxima à dos reatores anaeróbios
compartimentados, compostos geralmente por três câmaras anaeróbias que recebem o efluente
em sua porção inferior (BORDA, 2017)
De acordo com Chernicharo (1997), uma das principais vantagens dos processos
anaeróbios é o fato de que a maior parte do material orgânico é convertida em biogás (70 a
90%) e somente 5 a 15% da matéria orgânica é convertida em biomassa bacteriana. Dessa
forma, o tratamento gera um gás com alta aplicabilidade na geração de energia ao mesmo tempo
em que produz menos resíduos do que os tratamentos aeróbios. Contudo, Silva, Marmo e
Leonel (2017) afirmam que, devido a FSB ser um sistema de baixa carga orgânica, o
aproveitamento do seu metano para geração de energia não é viável, já que o volume gerado
4 Segundo Von Sperling (2005) a base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre os organismos e o
material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que este possa ser utilizado como alimento para os
microrganismos.
23
não compensa os investimentos em acessórios para captação, condução, armazenamento e
utilização deste gás.
Figura 2- Esquema de funcionamento da FSB. Fonte: Galindo et al.(2010)
Não sendo aproveitado economicamente, o gás produzido é liberado dos reatores por
meio de um tubo de PVC de 25mm, com um encaixe contendo cinco pequenos furos. Portanto,
ao contrário dos biodigestores utilizados nas comunidades rurais da China e Índia, a FSB tem
como principal objetivo, não a produção de energia, mas a decomposição da matéria orgânica
e a adequação do efluente para o reúso agrícola, mantendo altos níveis de nutrientes.
Assim como o metano, a quantidade de matéria orgânica transformada em biomassa
(lodo) na FSB também é muito baixa, fazendo com que grande parte da literatura existente
sobre este sistema sequer mencione a formação de lodo em seu interior (COSTA &
GUILHOTO, 2014). Além disso, diversos materiais produzidos pela Embrapa afirmam que não
é necessário realizar a limpeza periódica da caixa, na medida em que não há acúmulo de
resíduos sólidos (GALINDO et al, 2010).
Na verdade, a questão do crescimento da biomassa na FSB é um ponto ainda sem
consenso na literatura atual. Enquanto alguns autores enfatizam que não há acúmulo de
biomassa no sistema e que o inóculo deve ser inserido uma vez por mês – o que indica que o
seu tempo de retenção celular depende do tempo de detenção hidráulica e que, portanto, a
biomassa seria descartada junto com o efluente – (FBB, 2010; LEONEL; MARTELLI &
SILVA, 2013) outros evidenciam a formação de lodo nas caixas do sistema e, inclusive,
analisam sua composição (FAUSTINO, 2007; PEREIRA, MIREIA APARECIDA BEZERRA
et al., 2018). Neste contexto, há que se considerar que nenhuma pesquisa utilizou uma
metodologia que coletasse o efluente em diferentes profundidades do reservatório, o que dá
margens para o questionamento sobre a existência ou não desta zona de acúmulo e sobre suas
possíveis características.
24
No último manual publicado pela Embrapa, Silva, Marmo e Leonel (2017) afirmam que
“não é necessário que seja efetuada limpeza das caixas, pois o projeto do biodigestor permite
que o efluente concentrado na parte inferior seja transportado para a próxima caixa à medida
que entra mais água no sistema”.
A configuração com dois reatores de 1m³ e vazão de 100L/dia possibilita um TDH
médio de 25 dias, que aumenta caso o número de pessoas na residência seja menor. Em casos
que a fossa necessite atender uma vazão maior do que 100L/dia, recomenda-se a instalação de
novos “modulos de fermentação” (caixas), de forma a manter este TDH e garantir a eficácia do
tratamento (SILVA, MARMO & LEONEL, 2017). Como forma de aumentar a eficiência deste
processo, utiliza-se como catalizador o esterco de ruminantes (sobretudo de bovinos), que deve
ser injetado na entrada do sistema (por meio da válvula de retenção) com uma frequência de 5L
por mês5.
Chernicharo (1997) afirma que os microrganismos envolvidos na digestão anaeróbia são
muito especializados e que cada grupo atua em reações específicas dentro da degradação do
substrato. Considerando que o ideal para estes processos é a utilização de um inóculo oriundo
de um sistema similar ao que se pretende inocular (AMARAL et al., 2008), o esterco de
ruminantes se apresenta como uma boa alternativa para a FSB, devido à presença de
microrganismos essenciais à degradação anaeróbia, além de protozoários, fungos anaeróbios e
micro-organismos metanogênicos do domínio Archaea em abundância (LIN, RASKIN E
STAHL, 1997). Sobre a preferência por esterco bovino, sabe-se que, além da presença de micro-
organismos anaeróbios, estes apresentam alto teor nutritivo; são ricos em macro e
micronutrientes, material lignocelulósicos, carboidratos simples e proteínas. (BARROS et al.,
2009).
De acordo com Campos (1999), os fatores que mais influenciam a operação dos
biodigestores anaeróbios são a temperatura, o pH, a presença de nutrientes e a ausência de
materiais tóxicos no afluente. Considerando que a presença de nutrientes não é um problema
no caso dos efluentes domésticos e que normalmente águas fecais não apresentam materiais
tóxicos, os principais fatores limitantes para o bom funcionamento deste sistema é a temperatura
interna do reator e seu pH.
Chernicharo (1997) afirma que, como os microrganismos não possuem meios de
controlar sua temperatura interna, a temperatura do interior da célula é determinada pela
temperatura externa, sendo este um dos fatores mais importantes na seleção das espécies.
5 A Embrapa recomenda a adição de uma mistura de 10L de esterco fresco + 10L de água no primeiro mês de
funcionamento do sistema e, depois disso, 5L de esterco + 5L de água a cada 30 dias (GALINDO et al., 2010)
25
Segundo o autor, apesar da formação microbiana do metano ocorrer em uma faixa bastante
ampla de temperatura (0º a 97ºC), dois níveis ótimos de temperatura têm sido associados a
digestão anaeróbia: um na faixa mesófila (30 a 35ºC) e outro na faixa termófila (50 a 55ºC).
Porém, apesar destas temperaturas serem desejáveis, o mais importante é que esta se mantenha
estável, para não causar desequilíbrio na fauna microbiana.
Galindo et al. (2010) avalia que a temperatura de funcionamento da FSB depende do
local onde está instalada e da estação do ano, variando geralmente de 20 e 30ºC – o que significa
que o sistema não costuma funcionar em nenhuma das faixas ótimas da digestão anaeróbia.
Como forma de garantir esta temperatura e o isolamento térmico do sistema, recomenda-se a
instalação destas fossas em um ambiente subterrâneo, a vedação do sistema e a pintura das
tampas com tinta asfáltica, facilitando a absorção da radiação do sol.
Para Soares et al. (2016a) os baixos coeficientes de variação das temperaturas máxima
e mínima dos efluentes brutos contidos na FSB’s indicam que esta tecnologia propicia certa
estabilidade ao processo de decomposição anaeróbia da matéria orgânica, ainda que as
temperaturas obtidas no interior do sistema não sejam as mais adequadas para tal
(CHERNICHARO, 1997).
Segundo a Embrapa, uma das maiores vantagens da Fossa Séptica Biodigestora é sua
alta eficiência de remoção de patógenos, possibilitando maior segurança no reúso agrícola do
efluente (NOVAES et al., 2002; GALINDO et al., 2010; SILVA, MARMO & LEONEL.,
2017). Por outro lado, Chernicharo (1997) e Campos (1999) afirmam que uma das principais
desvantagens dos sistemas anaeróbios é justamente a remoção insatisfatória de patógenos e
nutrientes, tornando necessária a adição de um tratamento terciário que corrija esta falha.
Assim, são necessárias investigações mais aprofundadas para entender o desempenho da FSB
na remoção de microrganismos patogênicos, bem como os fatores que possibilitam tal remoção.
26
Saneamento Ecológico: conceitos e diretrizes para o tratamento de esgoto
doméstico na área rural
De acordo com a Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – SABESP
(2011), um dos grandes desafios do saneamento brasileiro é desenvolver um “modelo
sustentável” para levar água de qualidade adequada ao consumo humano e tratamento de esgoto
às comunidades rurais. Para isso, é necessário utilizar estratégias construídas a partir das
especificidades ambientais e humanas do meio rural, compreendendo que o êxito de projetos
de saneamento nestas regiões depende diretamente da proximidade que eles têm com os valores
e concepções dos atores envolvidos (KAMINSKY & JAVERNICK-WILL, 2013).
Isto posto, desde o início do século, diversas organizações e institutos de pesquisa têm
se voltado ao estudo do saneamento em áreas rurais, sugerindo modelos tecnológicos e de
gestão que possibilitem um maior acesso desta população aos serviços de saneamento. Visando
contribuir para as discussões relacionadas à aplicabilidade da Fossa Séptica Biodigestora, este
item visa apresentar o conceito e as diretrizes do saneamento ecológico (EcoSan), bem como
suas implicações no desenvolvimento de tecnologias para tratamento de esgoto em áreas rurais.
Segundo Bregnhoj (2015), o Saneamento Ecológico baseia-se na visão de que os
recursos presentes nos dejetos humanos podem ser melhor aproveitados caso estejam inseridos
em um sistema de gestão de águas residuárias sustentável, que seja, sobretudo, adaptado às
necessidades da comunidade local.
No caso do tratamento de esgoto, existem atualmente duas abordagens básicas: sistemas
centralizados e descentralizados. Sistemas centralizados são aqueles nos quais, por intermédio
de uma extensa rede de coleta, as águas residuárias são encaminhadas para estações de
tratamento de efluentes com grande capacidade, a fim de permitir ganhos de escala, à medida
que se agregam mais usuários a rede. Por outro lado, sistemas de tratamento de esgoto
descentralizados ou locais (“on-site sanitation”6) costumam atender uma ou poucas famílias e
exigem a participação das comunidades usuárias, que assumem a responsabilidade pela
instalação ou operação dos sistemas de tratamento (ORTUSTE, 2012; SANTOS et al., 2014).
Apesar do paradigma técnico do saneamento básico ser tradicionalmente voltado para
sistemas centralizados, estes são considerados pouco indicados para o meio rural, devido sua
6 “On-site sanitation”: sistemas de saneamento onde os meios de armazenamento estão contidos dentro da parcela
ocupada pela habitação ou em seus arredores imediatos. Em alguns destes sistemas (por exemplo, latrinas de poço
duplo ou de abóbada), todo o tratamento da matéria fecal acontece também no local. Em outros sistemas (por
exemplo, fossas sépticas, instalações de poço único ou abóbada), o lodo deve ser coletado e tratado fora do local
(WHO, 2006).
27
complexidade em termos de construção, operação e manutenção (RODRÍGUEZ, 2009). Dentre
os principais fatores que corroboram com esta inadequação estão: a distância entre as
residências; os custos relativos à energia elétrica; e as dificuldades de construção de uma rede
de coleta e tratamento robusta que se adéque à densidade demográfica atual e futura de
determinada região (KAMINSKY & JAVERNICK-WILL, 2013).
Massoud, Tarhini e Nasr (2009) afirmam que a aplicação de sistemas de tratamento de
esgoto tradicionais em comunidades rurais não é apenas cara, mas muito difícil de ser
implementada na ausência de assistência técnica e financiamento necessário. Desse modo, a
gestão descentralizada do esgoto é a alternativa mais considerada no meio rural, principalmente
devido sua menor demanda por recursos e maior sustentabilidade.
Como vantagens destes sistemas destacam-se: sua simplicidade, a proximidade com o
ponto de geração do efluente, menor impacto ambiental, maior possibilidade de reúso dos
subprodutos do tratamento e seu baixo custo de implantação e manutenção (LENS et al., 2001;
MOUSSAVI; KAZEMBEIGI & FARZADKIA, 2010; USEPA, 1980). Ainda neste sentido,
Maurer (2009) sugere que o tratamento descentralizado tem um bom potencial de aplicação em
áreas com incerteza de previsão, já que eles respondem às mudanças da demanda flexivelmente
e diminuem os custos relativos à capacidade ociosa do sistema.
Ao lado da utilização de sistemas descentralizados, a separação dos efluentes em sua
fonte de produção (entre águas cinzas e águas fecais7) é um dos pilares do Saneamento
Ecológico para o manejo de esgotos no meio rural. Neste sentido, Fagundes e Scherer (2009)
afirmam que a separação de efluentes permite empregar processos mais específicos,
econômicos e adequados ao nível de contaminação de cada tipo de água residuária. Esta
separação, além de diminuir a quantidade de águas fecais (potencialmente mais poluentes),
permite o reúso de água cinza como uma alternativa para suprir as demandas não potáveis e a
aplicação de tratamentos mais simples para este tipo de efluente (PETERS, 2006).
7 De acordo com o “Guia da Organização Mundial da Saúde (OMS) para o uso seguro de águas residuárias, excretas
e águas cinzas” (WHO, 2006), a água fecal (blackwater) é definida como uma água residuária separada na fonte, proveniente dos banheiros, contendo fezes, urina e água de descarga; enquanto que a água cinza (greywater) é
aquela proveniente da cozinha, banheiro (chuveiro e pia) e lavanderia, que geralmente não contém concentrações
significativas de excretas.
Friedler et al (2013) afirma que as águas residuárias domésticas são compostas por três principais resíduos: i)
urina, que contém aproximadamente 80% do nitrogênio, 45% do fósforo e 70% das cargas de potássio; (ii) fezes,
que contém a maioria dos metais pesados, quantidades menores nitrogênio, fósforo e potássio, e a maior parte da
carga microbiológica; e (iii) águas cinzas, que apesar de serem altamente diluídas, concentram a maior parte da
carga de DBO, DQO, COT, e enxofre, e são relativamente pobres em macronutrientes como nitrogênio, fósforo e
potássio.
28
Ridderstolpe (2004) afirma que o reúso da água cinza é relativamente fácil e pode ser
feito com aplicação direta no solo ou para irrigação de árvores, desde que sejam seguidos alguns
critérios de ordem sanitária. Além disso, este efluente pode ser utilizado para irrigação de
jardins residenciais, lavagem de veículos e de áreas impermeáveis e descarga de vasos sanitários
(ERIKSSON et al., 2002).
Conforme dito anteriormente, a implantação e gestão de sistemas de tratamento de
esgoto costuma ser cara e inacessível à grande parte dos núcleos populacionais. Portanto, faz-
se necessário o desenvolvimento de soluções simplificadas, com baixo custo de implantação,
manutenção e que possibilitem o aproveitamento econômico de seus subprodutos (UNESCO,
2015). Tal reaproveitamento constitui o terceiro pilar do EcoSan e se apresenta atualmente
como uma das principais tendências no tratamento de esgotos, notadamente em áreas rurais
(Figura 3).
Figura 3 – Diretrizes do Saneamento Ecológico para a elaboração de tecnologias para tratamento de esgoto em
áreas rurais.
Dentre os subprodutos do tratamento de esgoto que podem ser aproveitados
economicamente destacam-se: o biogás, água para reúso e os nutrientes contidos nos efluentes
e no lodo de esgotos. Além dos ganhos econômicos, o aproveitamento destes recursos pode
promover a educação ambiental, a mobilização social e a informação para a gestão integrada
dos recursos hídricos, de forma a minimizar os custos de tratamento e evitar a contaminação
ambiental (FLORENCIO; BASTOS; AISSE, 2006).
De acordo com o Clean Air Institute (2015), existe uma clara necessidade de reúso da
água e de integração dos sistemas de tratamento de esgoto com os demais desafios que
permeiam a questão ambiental. Considerando esta necessidade, destaca-se o uso do lodo
Diretrizes do Saneamento
Ecológico
Descentralização("on-site sanitation")
ReúsoSeparação na fonte
29
produzido como biofertilizante em culturas agrícolas, diminuindo o consumo de fertilizantes
químicos e os impactos ambientais decorrentes destes produtos (ANDREOLI, 2009). A água
efluente dos sistemas de tratamento também pode ser reutilizada de diversas formas,
dependendo do seu nível de contaminação. Dentre as alternativas para reúso direto destacam-
se a fertirrigação, o uso em descarga de sanitários e lavagem de pátios (FLORENCIO; BASTOS
E AISSE, 2006). Por fim, o biogás produzido nos tratamentos anaeróbios pode ser utilizado
para a geração de energia elétrica, aquecimento de água, ou como combustível, dependendo do
pós-tratamento empregado.
O aproveitamento dos subprodutos do tratamento de esgoto está diretamente
relacionado com a separação do efluente na fonte, possibilitando a inserção de cada tipo de água
em seu ciclo correto de reaproveitamento. Sobre este assunto, Pires (2012, p.8) afirma que:
[...] os sistemas de saneamento sustentáveis, no que diz respeito à dimensão ecológica,
abordam a segregação das correntes de efluentes domésticos em um ciclo das águas e
outro de nutrientes/energia, conforme suas características em termos de volume, teor
de nutrientes e contaminação biológica. Assim, urina e fezes se relacionam
predominantemente com o ciclo dos nutrientes, enquanto as águas cinzas integram-se ao ciclo das águas.
Segundo Roefs et al. (2016), a segregação na fonte possibilita também uma melhoria
da recuperação de energia, nitrogênio e fósforo, uma vez que as águas estão mais concentradas
e seus fluxos são mais homogêneos. Destaca-se que a água fecal contém cerca de 90% do
nitrogênio, 77% do fósforo e 55% da matéria orgânica, enquanto representa apenas cerca de um
terço do volume de águas residuais municipais (KUJAWA-ROELEVELD & ZEEMAN, 2006).
No aspecto tecnológico, constata-se que não existe um conjunto específico de
tecnologias que se encaixe dentro do paradigma do saneamento ecológico; já que as próprias
tecnologias de saneamento não são sustentáveis por si, mas apenas em relação a como elas são
utilizadas em seu ambiente imediato (LANGERGRABER & MUELLEGGER, 2005). Mesmo
não podendo ser utilizadas como um padrão, existem hoje na América Latina alguns sistemas
de tratamento de águas fecais que vêm obtendo resultados positivos em projetos deste tipo,
como os tanques de evapotranspiração (TEvap’s), reatores anaerobios compartimentados
(RAC’s), biodigestores com filtro anaerobio interno e a própria Fossa Séptica Biodigestora.
As diretrizes apresentadas neste item têm sido bastante discutidas, porém ainda pouco
aplicadas no contexto nacional, devido a um conjunto de entraves técnicos e políticos que
permeiam o tema. Dentre estes entraves é importante citar a insuficiência de estudos científicos
acerca de tecnologias alternativas para tratamento de esgoto na área rural e a carência de
30
legislações que estabeleçam padrões de qualidade para o reúso dos subprodutos do esgoto em
nosso país.
Uso agrícola de esgoto doméstico no Brasil
De acordo com CALVERT et al.(2004), apesar de ser visto com certo receio por boa
parte da população ocidental, o uso agrícola dos subprodutos do tratamento de esgoto não é
necessariamente uma novidade. O autor afirma que sistemas de saneamento ecológicos têm
sido utilizados há centenas de anos por diversos povos e continuam sendo amplamente
difundidos em algumas partes do leste e sudeste asiático. No ocidente, a cultura de uso destes
subprodutos foi teoricamente esquecida com o advento do sistema de descargas, mas sempre
configurou uma prática inconsciente na maior parte dos países em desenvolvimento, através do
que se chama de “reúso indireto não planejado” da água8 (NATIONAL ACADEMY OF
SCIENCE, 1998).
Esta situação tem sido revertida durante as três últimas décadas, a partir de diversos
fatores de ordem econômica e sociocultural que têm impulsionado o reúso indireto planejado
das águas residuárias domésticas, sobretudo em atividades agrícolas. Segundo Hespanhol
(2006), os principais fatores que têm contribuído para este aumento são:
a) a dificuldade crescente de identificar fontes alternativas de águas para irrigação;
b) o custo elevado de fertilizantes;
c) a segurança de que os riscos de saúde pública e impactos sobre o solo são mínimos, se
as precauções adequadas são efetivamente tomadas;
d) os custos elevados dos sistemas de tratamento necessários para descarga de efluentes
em corpos hídricos receptores;
e) a aceitação sociocultural da prática do reúso agrícola e reconhecimento, pelos órgãos
gestores de recursos hídricos, do valor intrínseco da prática.
Em 2006, a Organização Mundial da Saúde (WHO, 2006) declarou que mais de 10% da
população mundial consumia alimentos produzidos por irrigação com águas residuárias, sendo
8 a. Reúso indireto não planejado: ocorre quando a água utilizada em alguma atividade humana é descarregada no
meio ambiente e novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e não controlada
(ex: lançamento de esgoto em corpos hídricos que serão utilizados como mananciais de abastecimento de água á
jusante)
b. Reúso indireto planejado: ocorre quando os efluentes, depois de tratados, são descarregados de forma planejada
nos corpos de águas superficiais ou subterrâneas, para serem utilizadas a jusante, de maneira controlada, no
atendimento de algum uso benéfico. (LAVRADOR-FILHO, 1987).
31
esta porcentagem ainda maior em países de clima árido e semiárido. A organização destacou
que, em situações de estresse hídrico, as águas residuárias são consideradas recursos valorosos
e que o uso de fertilizantes para a produção agrícola é ainda mais importante. Dessa forma, as
águas fecais e cinzas podem ajudar a atender a demanda de água na agricultura, ao mesmo
tempo em que permitem a preservação de recursos hídricos de alta qualidade para
abastecimento de água potável.
Além de reduzir os impactos ambientais causados pelo lançamento do esgoto no
ambiente, o uso agrícola das águas fecais e cinzas significa a existência de fontes de água
disponíveis durante todo o ano para a irrigação e possibilita o aumento da produção agrícola
sem que haja mais gastos com fertilizantes (WHO, 2006). A substituição dos fertilizantes
químicos pelo efluente tratado pode significar, assim, redução nos custos da produção e um
ganho em termos de saúde pública, na medida em que atenua os impactos ambientais e as
doenças decorrentes do uso indiscriminado destes produtos (FLORENCIO; BASTOS; AISSE,
2006)
Para Bastos et al. (2008), ao mesmo tempo em que não restam dúvidas sobre a
possibilidade de riscos à saúde ligados a práticas de reúso, ainda há muito o que se discutir
sobre a definição de um padrão de qualidade dos efluentes que garanta segurança sanitária deste
reúso. Neste sentido, o autor afirma que
[...] embora esta seja uma prática bastante antiga, apenas recentemente foram se
consolidando as bases técnicas e científicas para o ‘reúso controlado’, entendido como
seguro do ponto de vista sanitário, sustentável do ponto de vista ambiental e viável do
ponto de vista de financeiro. (Bastos et al., 2008, pg.1)
Nas últimas décadas muitos países definiram seus padrões de qualidade para reúso, com
diferentes graus de exigência. Em países desenvolvidos, as diretrizes de reúso costumam ser
bastante rígidas, baseadas em um baixo risco e utilização de tecnologias de alto custo. Por outro
lado, países em desenvolvimento costumam elaborar suas legislações com base nas diretrizes
da OMS, enfatizando a restrição de cultivos ao invés do estabelecimento de padrões explícitos
de qualidade microbiológica (BAZZARELLA, 2005). Os Quadro 1 e Quadro 2 apresentam os
dois principais padrões utilizados como base para regulamentação do reúso agrícola de
efluentes domésticos no mundo: o da U.S. Environmental Protect Agency (USEPA, 2012) –
mais restritivo – e o da Organização Mundial da Saúde (WHO, 2006).
32
Quadro 1 – Diretrizes da USEPA para o uso agrícola de esgotos sanitários
Tipo de irrigação e cultura Processo de tratamento Qualidade do efluente
Culturas alimentícias não processadas
comercialmente
Irrigação superficial ou por aspersão de
qualquer cultura, incluindo culturas a serem
consumidas cruas.
Secundário + filtração +
desinfecção
pH 6 a 9
DBO ≤ 10 mg/L
Turbidez ≤ 2 UNT (1)
CRT ≥1 mg/L
CTer: ND (3)
Organismos patogênicos: ND
Culturas alimentícias processadas
comercialmente
Irrigação superficial de pomares e vinhedos
Silvicultura e irrigação de áreas com acesso
restrito ao público.
Secundário + desinfecção
pH 6 a 9
DBO ≤ 30 mg/L
SST ≤ 30 mg/L
CRT ≥ 1 mg/L
CTer ≤ 200 por 100ml (4)
Culturas não alimentícias
Pastagens para rebanhos de leite(5),
forrageiras, cereais, fibras e grãos.
Secundário + desinfecção (2)
pH 6 a 9
DBO ≤ 30 mg/L
SST ≤ 30 mg/L
CRT ≥ 1 mg/L
CTer ≤ 200 por 100 ml (4)
(1) Turbidez pré-desinfecção, média diária; nenhuma amostra > 5 uT (ou 5 mgL SST L-1). (2) CRT: cloro residual total após tempo de contato mínimo de trinta minutos; residuais ou tempos de contato mais elevados podem ser necessários para a garantia de inativação de vírus e parasitas. (3) CTer: coliformes termotolerantes; ND: não detectável; média móvel de sete dias; nenhuma amostra > 14 CTer por 100 mL. (4) Média móvel de sete dias; nenhuma amostra > 800 CTer por 100 mL; lagoas de estabilização podem alcançar o critério de qualidade sem a necessidade de des- infecção. (5) O consumo das culturas irrigadas não deve ser permitido antes de 15 apos a irrigação; desinfecção mais rigorosa (≤ 14 CTer por 100 mL) se o período de 15 dias não for observado.
Fonte: Bastos et al. (2008) adaptado de USEPA (2004)
Quadro 2- Diretrizes da OMS para o uso agrícola de esgotos sanitários
Categoria
irrigação Opção (1)
Tratamento de esgotos
e remoção de patógenos
(Log10) (2)
Qualidade do efluente
E. coli/ 100 ml (3) Ovos de
helmintos/ L
Irrestrita
A 4 ≤ 10³
≤ 1 (4) (5)
B 3 ≤ 104
C 2 ≤ 105
D 4 ≤ 10³
E 6 ou 7 ≤10¹ ou 100
Restrita
F 4 104
G 3 105
H <1 106
(1) Combinação de medidas de proteção à saúde. (A): cultivo de raízes e tubérculos; (B): cultivo de folhosas; (C): irrigação localizada de plantas que se desenvolvem distantes do nível do solo; (D): irrigação localizada de plantas que se desenvolvem rentes ao nível do solo; (E): qualidade de efluentes alcançável com o emprego de técnicas de tratamento tais como tratamento secundário + coagulação +filtração + desinfecção; qualidade dos efluentes avaliada ainda com o emprego de indicadores complementares (por exemplo, turbidez , SST, cloro residual ; (F): agricultura de baixo nível tecnológico e mão de obra intensiva; G: agricultura de alto nível tecnológico e altamente mecanizada; (H): técnicas de tratamento com reduzida capacidade de remoção de patógenos (por exemplo, tanques sépticos ou reatores UASB) associada ao emprego de técnicas de irrigação com elevado potencial de minimização da exposição (irrigação subsuperficial). (2) Remoção de vírus que
associada a outras medidas de proteção à saúde corresponderia à uma carga de doenças virais tolerável ≤ 10-6 DALY pppa e riscos menores de infecções bacterianas e por protozoários. (3) Qualidade do efluente (média geométrica durante o período
33
de irrigação) correspondente à remoção de patógenos indicada em (2). (4) No caso de exposição de crianças (15 anos)
recomenda-se um padrão e, ou, medidas complementares mais exigentes: ≤ 0,1 ovo por L, utilização de equipamentos de proteção individual, tratamento quimioterápico. No caso da garantia da remoção adicional de 1 Log10 na higiene dos alimentos pode-se admitir ≤ 10 ovos por L. (5) Média aritmética em pelo menos 90 % do tempo, durante o período de irrigação. A remoção requeria de ovos de helmintos (Log10) depende a concentração presente no esgoto bruto. Com o emprego de lagoas de estabilização, o tempo de detenção hidráulica pode ser utilizado como indicador de remoção de helmintos. No caso da utilização de técnicas de tratamento mais complexas (opção E), o emprego de outros indicadores (por exemplo, turbidez ≤ 2 uT ) pode dispensar a verificação do padrão ovos helmintos. No caso de irrigação localizada, em que não haja contato da água com as plantas e na ausência de riscos para os agricultores (por exemplo, opção H) o padrão ovos
de helmintos poderia ser dispensável.
Fonte: Bastos et al. (2008) adaptado de WHO (2006).
Embora não exista no Brasil nenhuma legislação defina os padrões para reúso agrícola
de esgoto doméstico (Quadro 3), esta prática atende perfeitamente aos objetivos da Política
Nacional de Recurso Hídricos e é incentivada pelas resoluções nº 54 e nº 121 do Conselho
Nacional de Recursos Hídrico, que estabelecem modalidades, diretrizes e critérios gerais para
a prática de reúso direto não potável de água (CNRH, 2005; CNRH, 2010). Sobre isso, Bastos
et al. (2008, p.2) afirma que
[...] não somente no Brasil, mas em muitos países, a legislação sobre o reúso é inexistente, muito branda ou muito restritiva, faltando estudos que evidenciem quais
as taxas seguras de aplicação para cada cultura e quais os reais danos cada
contaminante podem ocasionar ao sistema solo-água-planta.
Quadro 3- Dispositivos legais e infra legais que regulamentam o uso agrícola de esgotos sanitários
Tipo de dispositivo Nome Relação com o reúso agrícola de esgoto
Dispositivos legais
Lei n° 9.433/97 –
Política Nacional de
Recursos Hídricos
Oferece fundamentação legal para a racionalização do uso da
água, além de requisitos jurídicos para o reúso como alternativa
para a preservação ambiental (ALMEIDA, 2011).
Lei no 6.938/ 81 –
Política Nacional de
Meio Ambiente
Ressalta a busca de formas de racionalização do uso da água,
portanto, é considerada precedente para a definição de uma
legislação que trate do reúso – incluindo o agrícola – de forma
mais específica.
Dispositivos infra-
legais
Resolução nº 54/
2005, do Conselho
Nacional de
Recursos Hídricos
Estabelece modalidades, diretrizes e critérios gerais para a
prática de reúso direto não potável de água
Resolução nº 121/
2010, do Conselho
Nacional de
Recursos Hídricos
Estabelece diretrizes e critérios para a prática de reúso direto
não potável de água na modalidade agrícola e florestal, definida
na Resolução CNRH no 54, de 28 de novembro de 2005.
Resolução nº
357/2005, do
Conselho Nacional
de Meio Ambiente
Insere entre os usos previstos nas classes de enquadramento a
irrigação de hortaliças, plantas frutíferas, culturas arbóreas,
cerealíferas e forrageiras; estabelecendo, portanto, algum
critério de qualidade da água indicada para este uso.
Deliberação
Normativa nº
164/2011, do
Conselho Estadual
estabelece normas complementares para usinas de açúcar e
destilarias de álcool, referentes ao armazenamento e aplicação
de vinhaça e águas residuárias no solo agrícola
34
de Política
Ambiental –
COPAM (MG)
NBR 13.969/ 97
Trata sobre providências e cuidados necessário com o esgoto
de origem doméstica, citando que este esgoto pode ser
reutilizado para fins em que não seja exigido o uso de água
potável, desde que este seja sanitariamente seguro (ex:
lavagem de pisos e veículos, descarga de vasos sanitários e
irrigação de jardins)
Deliberação
Normativa Conjunta
COPAM/CERH - MG nº 01
Dispõe sobre a classificação dos corpos d’água e diretrizes
ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece
as condições e padrões de lançamento de efluentes para o Estado de Minas Gerais.
Fonte: (ANA, 2015)
Visando subsidiar a regulamentação do reúso da água no Brasil, Florencio, Bastos e
Aisse (2006) sugerem alguns critérios de qualidade para a utilização de esgotos sanitários na
esfera agrícola, que atualmente configuram uma das principais referências para se discutir a
adequação – ou não – de determinado efluente para esta finalidade (Quadro 4).
Tais critérios foram elaborados a partir dos estudos realizados no âmbito do PROSAB
(Programa de Pesquisa em Saneamento Básico) e – assim como aqueles da OMS – restringem-
se a avaliar parâmetros microbiológicos, numa perspectiva de proteção à saúde. Dessa forma,
as concentrações efluentes dos parâmetros físicos e químicos devem ser uma consequência das
técnicas de tratamento compatíveis com a qualidade microbiológica estipulada.
Quadro 4 - Diretrizes do PROSAB para o uso agrícola de esgotos sanitários
Categoria CTer/ 100ml (4) Ovos de
helmintos/L (5) Observações
Irrigação irrestrita (2) ≤ 10³ ≤1
≤ 104 CTer/100ml no caso de irrigação por
gotejamento de culturas que se desenvolvem distantes do nível do solo ou
técnicas hidropônicas em que o contato
com a parte comestível da planta seja
minimizado.
Irrigação restrita (3) 104 ≤ 1
≤ 105 CTer/100ml no caso da existência de
barreiras adicionais de proteção ao
trabalhador (6)
É facultado o uso de efluentes (primários e
secundários) de técnicas de tratamento
com reduzida capacidade de remoção de
patógenos, desde que associado à irrigação subsuperficial (7)
(1) O padrão de qualidade de efluentes expresso apenas em termos de coliformes termotolerantes e ovos de helmintos aplicam-se ao emprego de sistemas de tratamento por lagoas e por disposição no solo. Admite-se que nesses sistemas a remoção de (oo)cistos de protozoários é indicada pela remoção de ovos de helmintos. No caso de filtração terciária a turbidez
35
deve ser utilizada como parâmetro indicador da remoção de protozoários. Para a irrigação irrestrita recomenda-se um padrão
de turbidez ≤ 5 uT. Além disso, em sistemas que incluam a desinfecção deve-se recorrer aos parâmetros de controle da desinfecção (residual desinfetante e tempo de contato) necessários ao alcance do padrão estipulado para coliformes termotolerantes e para a remoção efetiva de vírus. (2) Irrigação superficial ou por aspersão de qualquer cultura, ou cultivo hidropônico, inclusive culturas alimentícias consumidas cruas. (3) Irrigação superficial ou por aspersão ou cultivo hidropônico de qualquer cultura não ingerida crua, inclui culturas alimentícias e não alimentícias, forrageiras, pastagens e árvores. (4) Coliformes termotolerantes: média geométrica durante o período de irrigação, alternativa e preferencialmente pode-se determinar E.coli. (5) Nematóides intestinais humanos: média aritmética durante o período de irrigação (6) Barreiras adicionais de proteção encontradas em agricultura de elevado nível tecnológico, incluindo o emprego de irrigação localizada
e equipamentos de proteção individual. Exclui-se desta nota a irrigação de pastagens e forrageiras destinadas à alimentação animal. (7) Neste caso não se aplicam os limites estipulados de coliformes e ovos de helmintos, sendo a qualidade do efluente uma consequência das técnicas de tratamento empregadas
Fonte: Bastos et al., (2008)
O reúso de efluentes domésticos no contexto da agricultura familiar brasileira
Tendo em conta que a Fossa Séptica Biodigestora é uma tecnologia voltada notadamente
para o tratamento de esgoto em residências rurais (NOVAES, 2002); mais do que entender os
riscos e potencialidades gerais do uso agrícola do esgoto doméstico, faz-se necessário deslindar
esta prática à luz da realidade da agricultura familiar no Brasil e do modelo de tratamento
descentralizado. Assim, visando subsidiar uma discussão mais aprofundada neste aspecto, o
presente item sintetiza as informações sobre o reúso de águas residuárias que dialogam com a
cultura e com os problemas enfrentados pelas comunidades rurais em nosso país.
Considerando que os índices de desenvolvimento humano municipais (IDHM) são
significativamente menores nas áreas rurais do que nas áreas urbanas do Brasil, um dos
primeiros pontos nesta discussão é a comprovada relevância política do reúso de efluentes
domésticos em relação à redução da pobreza, segurança alimentar, dependência de energia e à
proteção da saúde pública e do meio ambiente (WHO, 2006)
Além de configurar um destino adequado ao esgoto nas comunidades rurais – que
historicamente apresentam índices baixíssimos de coleta e tratamento – o reúso agrícola deste
efluente contribui com a diminuição dos gastos que o produtor rural terá na compra de
fertilizantes e simboliza mais um passo no caminho da transição agroecológica, já que contribui
para um ciclo de produção autossuficiente e com o mínimo de impactos ambientais negativos
(PERMINIO, 2013).
Para Hespanhol (2006), o aumento da produção de alimentos pode elevar o nível
nutricional, a qualidade de vida e as condições sociais das populações beneficiadas pelo sistema
de reúso, principalmente em países em desenvolvimento. Contudo, isso deve ser feito com a
segurança adequada, maximizando os ganhos em saúde pública e os benefícios ambientais
decorrentes desta prática.
36
De acordo com a OMS, o uso agrícola de efluentes domésticos oferece riscos tanto aos
consumidores das culturas irrigadas com este efluente, quanto aos seus produtores e à
comunidade local. Portanto, os projetos de reúso devem priorizar métodos de irrigação que
minimizem o contato destes três atores com o efluente e, consequentemente, os riscos de
contaminação microbiológica inerente a esta prática (WHO, 2006).
Para além da escolha do método de irrigação, esta organização listou alguns cuidados
que podem ser tomados pelos agricultores e consumidores com o objetivo de evitar esta
contaminação:
a. Restrição de culturas/produtos irrigados com o efluente doméstico → limitar o uso apenas
às culturas que não são consumidas e àquelas que são sempre processados ou cozidas antes de
serem consumidas;
b. Utilização de Equipamentos de Proteção Individual (EPI’s) nas atividades de manejo do
esgoto;
c. Escolha de técnicas de aplicação de resíduos que permitam tempo suficiente para a
inativação dos patógenos no ambiente antes da colheita.
d. Tratamento adequado dos alimentos: lavar, desinfetar e cozinhar os alimentos (no caso dos
consumidores)
e. Controle de vetores de doenças ocasionadas por microrganismos na comunidade onde é feito
o uso do esgoto;
f. Tratamento adequado dos doentes, visando a redução de entradas de patógenos nas águas
residuais.
Se administrados apropriadamente, os sistemas de tratamento de esgotos
descentralizados podem ter um desempenho efetivo, proteger a saúde humana e o meio
ambiente. No entanto, o tratamento de pequenos volumes de água provenientes de fontes
limitadas é desafiador e abre possibilidade para a existência de sistemas mal projetados ou
operados. Isto porque variações significativas na quantidade e qualidade influente podem
ocorrer em curtos períodos de tempo, dependendo dos estilos de vida, hábitos e atividades
cotidianas da comunidade. Consequentemente, são esperadas variações significativas nas
concentrações de vários parâmetros (ex: matéria orgânica, pH, surfactantes e nutrientes),
podendo afetar adversamente a eficiência dos processos biológicos (FRIEDLER & BUTLER,
1996; ZAPATER; GROSS & SOARES, 2011)
Outro fator a ser considerado em projetos de reúso agrícola de efluentes domésticos é o
“nojo”, definido por Rozin et al. (2008) como a sensação de repulsa associada à ingestão
percebida de contaminantes desagadáveis. De acordo com Rosenquist (2005), a reação natural
à sensação de nojo é o comportamento da evitação, o que inclui tanto o contato físico com o
esgoto quanto com o cheiro e visão dele. Dessa forma, mudanças que resultam na diminuição
37
da distancia real ou percebida entre nós e nossos excrementos (ou de outros) pode provocar
uma resistência significativa, comprometendo o sucesso destes projetos (BRANDS, 2014)
Por outro lado, Van Vliet et al. (2011) e Van Vliet & Spaargen (2010) discutem que as
práticas de saneamento em que os excrementos se tornam mais visíveis têm um desafio grande,
mas não intransponível, de adoção. Para eles, fatores como o envolvimento do usuário com o
sistema, funcionalidade e características culturais são variáveis importantes nesta relação.
Sobre a regulamentação do uso agrícola de esgoto no Brasil, Bastos et al.,(2008)
defendem que esta questão cultural deve ser adequadamente dimensionada, porém não deve
servir de argumento para o estabelecimento de padrões excessivamente restritivos ou à mera
proibição de algumas práticas (ex: exemplo do cultivo de produtos comestíveis). Para os
autores, as legislações muito rigorosas podem ser tornar insustentáveis – na medida em que
demandam sistemas de tratamento inacessíveis à população – ao passo que a proibição de
práticas de reúso pode se revelar inócua, já que o reúso (não planejado) indireto ainda é uma
realidade no país, inclusive para a irrigação de produtos comestíveis
38
4 METODOLOGIA
Visando uma avaliação mais abrangente do desempenho da Fossa Séptica Biodigestora
no tratamento de águas fecais, bem como o entendimento das potencialidades e desafios deste
sistema, o presente estudo dividiu-se em três etapas.
A primeira corresponde a uma revisão de literatura sobre o tema, com o objetivo de
sistematizar as principais características das produções acadêmicas e técnicas sobre o sistema
em questão. A partir desta revisão, foram selecionadas doze publicações que apresentavam
dados quantitativos sobre o desempenho da FSB no tratamento de águas fecais, utilizadas como
base para a análise do padrão de comportamento desta tecnologia em relação a diversos
parâmetros físicos, químicos e microbiológicos. A sistematização destes dados consistiu na 2ª
etapa do trabalho.
Por fim, a 3ª etapa diz respeito à análise de desempenho de uma Fossa Séptica
Biodigestora implantado no distrito de Cachoeira do Campo (Ouro Preto – MG), visando
fornecer bases para o entendimento do ciclo de funcionamento mensal deste sistema.
Perfil das produções acadêmicas sobre a FSB
A revisão de literatura sobre a Fossa Séptica Biodigestora considerou todos os tipos de
publicações técnicas e acadêmicas referentes a este tema, produzidas entre os anos de 2001 a
2018. As buscas foram conduzidas nas bases de dados: Scopus, Scielo, Technology Research
Database, Directory of Opena Acess Journals (DOAJ), Engineering Research Database, Base
de Dados da Pesquisa Agropecuária (BDPA), Biblioteca Digital Brasileira de Teses e
Dissertações (BDTD), Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade de São Paulo
(USP) e Google Acadêmico.
Devido à tecnologia ser desenvolvida por uma instituição brasileira e sua repercussão
fora do país ainda ser pequena, a busca foi feita utilizando apenas o seu nome em português:
“fossa séptica biodigestora” – disposto entre aspas, sinalizando uma busca pela ocorrência exata
das três palavras, agrupadas obrigatoriamente na mesma ordem.
As publicações foram analisadas em função dos seguintes critérios e categorias:
❖ Ano de publicação: 2001 a 2018;
❖ Localidade: por estado;
39
❖ Tipo de publicação: a) artigos publicados em periódicos; b) trabalhos de conclusão de curso;
c) dissertações de mestrado; d) teses de doutorado; e) manuais técnicos ou cartilhas; f) capítulo
de livro; g) anais de eventos científicos; h) ‘periodicos publicados pela Embrapa’; i) outros.
❖ Abordagem (análise baseada no objetivo principal e resumo): a) eficiência do tratamento;
b) uso agrícola do efluente; c) eficiência do tratamento & uso agrícola do efluente; d) revisão
de literatura; e) projetos de implantação e/ou apropriação tecnológica da FSB; f) inserção da
FSB em políticas públicas; g) diretrizes para a construção e manutenção do sistema; h)
descrição da tecnologia; e i) fora do tema. As características utilizadas para definir a abordagem
de cada publicação estão descritas no Quadro 5, a seguir.
❖ Dados utilizados9: primários ou secundários.
❖ Vínculo com a Embrapa: sim ou não10.
Quadro 5 - Abordagem principal da publicação em relação à Fossa Séptica Biodigestora
Categoria Descrição
a. Eficiência do tratamento
Publicações que tinham como objetivo descrever o desempenho da fossa
séptica biodigestora no tratamento de efluentes domésticos, trazendo dados
quantitativos sobre parâmetros físicos, químicos e/ou microbiológicos
b. Uso agrícola do efluente
Publicações que tinham como objetivo discutir a adequação do efluente
produzido pela FSB às atividades de reúso de águas residuárias, trazendo
dados quantitativos sobre parâmetros físicos, químicos e/ou microbiológicos.
c. Eficiência do tratamento & uso agrícola do
efluente
Publicações que agrupavam os objetivos das categorias 1 e 2
d. revisão de literatura
Publicações de caráter teórico, cujo objetivo principal era reunir dados
quantitativos ou qualitativos acerca da fossa séptica biodigestora usando como
base estudos de outros autores.
e. projetos de implantação
e/ou apropriação da
tecnologia
Publicações cujo objetivo principal era apresentar projetos de implantação da
FSB em comunidades rurais, discutir a aceitação/apropriação desta tecnologia
ou temas relacionados
9 Critério analisado apenas no caso de publicações referentes às categorias “a”, “b” e “c”.
10 As publicações foram consideradas como vinculadas à Embrapa nos seguintes casos:
a) artigos ou livros em que um ou mais autores mantinham vínculo empregatício com a instituição na época da
publicação;
b) monografias, teses ou dissertações produzidas, orientadas ou co-orientadas por pesquisadores com vínculo
empregatício com a instituição na época da publicação;
c) materiais de qualquer tipo publicados pela editora da Embrapa.
40
f. políticas públicas
Publicações que discutiam ou relatavam experiências do uso da FSB em
políticas públicas de âmbito municipal, estadual ou federal. Não estão inclusos
relatos de projetos realizados em parceria com órgãos governamentais.
g. diretrizes para a
construção e manutenção do
sistema
Publicações que tinham como objetivo principal apresentar a FSB e fornecer
informações básicas sobre sua construção e manejo.
h. descrição da tecnologia
Publicações que não tinha como objetivo principal analisar a FSB, porém
relatavam de forma detalhada o seu modo de funcionamento, vantagens,
desvantagens ou outros aspectos do sistema.
i. Fora do Tema Publicações que não se encaixavam em nenhuma das categorias acima.
Destaca-se que, nos casos de pesquisas publicadas mais de uma vez, foi analisada apenas
a publicação mais recente. Assim, nos casos de dissertações de mestrado que já se encontravam
publicadas na forma de artigos em periódicos, foi analisada somente a última fonte. O mesmo
aconteceu com pesquisas disponíveis tanto em anais de congresso quanto em periódicos.
Segundo Nascimento (2018) esta estratégia mostra-se necessária para evitar múltiplas
contagens de um mesmo estudo, mas pode alterar os dados sobre os tipos de publicações
disponíveis e omitir outras informações relevantes para a pesquisa.
Levantamento e análise de dados secundários acerca do desempenho da FSB no
tratamento de águas fecais
A partir da revisão de literatura realizada durante a etapa anterior, foram identificadas
17 pesquisas que produziram dados primários sobre a eficiência da FSB no tratamento de águas
fecais. Dentre estas, três encontravam-se indisponíveis para leitura on-line (CORREA, et al.,
2010; ESNARRIAGA, 2010; PEREIRA et al., 2010), uma dizia respeito a uma FSB modificada
com configuração muito diferente das demais (SAVEGNAGO & FERRI, 2014) e outra
abordava apenas as características da matéria orgânica após o tratamento (FAUSTINO, 2006).
Excluindo estes casos, foram analisadas 12 publicações que possuíam informações
sobre a composição do afluente e do efluente da FSB – ou apenas de seu efluente – e permitiram
a obtenção de dados quantitativos acerca do desempenho do sistema.
Os dados apresentados nestes estudos foram tabulados e analisados por meio dos
programas Microsoft Excel 2013 e Origin Pro 2015, produzindo informações sobre as
concentrações médias afluentes e efluentes da FSB em relação aos parâmetros: temperatura,
oxigênio dissolvido, DBO, DQO, sólidos totais, sólidos suspensos totais, sólidos suspensos
41
voláteis, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total kjeldahl e E. coli. A partir destas análises, foram
feitas comparações entre os diversos modelos e formas de manejo do sistema identificados nos
estudos e destas com o exemplar da FSB instalado no distrito de Cachoeira do Campo (Ouro
Preto – MG).
Para que isso fosse possível, as publicações que apresentaram dados sobre dois ou mais
modelos de FSB foram contabilizados duas ou mais vezes, de forma a evidenciar a diferença
de comportamento do sistema de acordo com suas configurações ou formas de manejo. As
principais características das publicações avaliadas neste estudo estão descritas no Quadro 6 a
seguir:
Quadro 6 – Publicações consideradas na análise de dados da literatura
Trabalho Local Tipo de publicação Especificidades do Sistema e
Metodologia de coleta
Barboni &
Rochetto (2014)
Espírito Santo do
Pinhal – SP. Anais de congresso
• Sistema modificado: entrada pela
parte inferior e saída pela parte superior
dos reatores.
• Esterco inoculado apenas uma vez,
no início do funcionamento.
• Coleta realizada após 2 meses de funcionamento.
• Amostras da água fecal bruta (AFB)
e do efluente final (3º reator).
Faustino (2007) São Carlos – SP Dissertação de
mestrado
• Compara sistemas inoculados com
esterco bovino e ovino11
• 3 coletas de efluentes em diferentes
períodos do ano.
• Amostras do 1º reator e do efluente
final (3º reator).
Pereira et al.
(2013) Gurupi – TO Anais de congresso
• Sistema padrão Embrapa
• 3 coletas, em períodos diferentes do
mesmo ano.
• Amostras do 1º reator e do efluente
final (3º reator).
Freitas et al.,
(2015)
Gurupi – TO Anais de congresso
• Sistema padrão Embrapa
• Apenas uma coleta.
• Amostras da AFB e do efluente final.
Galavotti (2011) São Carlos – SP Tese de doutorado
• Sistema modificado: filtro de areia no
lugar do 3º reator.
• Inoculação interrompida após alguns
meses de funcionamento do sistema.
• 15 campanhas de amostragem ao
longo de 3 anos.
11As publicações de Faustino (2007) e Campos et al. (2015) apresentam dados sobre duas formas de manejo da
FSB, bastante diferentes entre si. Portanto, cada um deles será tratado no âmbito desta revisão como se fossem
dois estudos:
✓ Faustino (2007) “A”: resultados obtidos com esterco bovino
✓ Faustino (2007) “B”: resultados obtidos com esterco ovino
✓ Campos et al. (2015) “A”: sistema com caixas de polietileno e inoculo artificial
✓ Campos et al. (2015) “B”: sistema com caixas de fibrocimento e inoculado com esterco bovino.
42
• Amostras do 1º reator e do efluente
final (3º reator).
•
Leonel, Martelli
e Silva (2013) São Carlos – SP Anais de congresso
• Sistema modificado: 5 caixas de
fibrocimento de 1.000 L
• Inocula-se 5L de esterco+água por
mês.
• 3 coletas, no verão.
• Amostras do 1º reator e do efluente
final (5º reator).
Lotfi (2016) São Carlos – SP Trabalho de Conclusão
de Curso (Graduação)
• Sistema padrão Embrapa
• Análise do efluente de 7 FSB’s
• 1 coleta em cada sistema, realizada
em períodos diferentes do ano.
• Amostras do 1º reator e do efluente
final (3º reator).
•
Novaes et al.
(2002)
São Carlos –SP
Periódico publicado
pela Embrapa
• Primeira publicação acerca da FSB
• Sistema padrão Embrapa
• Coleta mensal durante tempo não
informado
• Amostra do 3º reator
Peres, Hussar &
Belli (2010)
Espírito Santo do
Pinhal - SP
Artigo publicado em
periódico
• Sistema padrão Embrapa
• 3 coletas, realizadas na mesma semana, após aproximadamente 270 dias de
funcionamento.
• Amostras da AFB e do efluente final (3º
reator)
Soares et al.,
(2016) Corumbá- MS Anais de congresso
• Sistema modificado: 4 reservatórios de
1.000L
• 7 coletas, realizadas de 2 em 2 meses
• Amostras do 1º reator e do efluente final
(3º reator)
• Análise de parâmetros microbiológicos
Soares et al.
(2016b) Corumbá- MS Anais de congresso
• Sistema modificado: 4 reservatórios de
1.000L
• 7 coletas, realizadas de 2 em 2 meses
• Amostras do 1º reator e do efluente final
(3º reator)
• Análise de parâmetros físicos e
químicos.
Campos et al.
(2015) Manhuaçu - MG. Anais de congresso
• Analisa dois sistemas modificados7:
a) Caixas de polietileno com um filtro de
areia após o 3º reator. Inserção de inoculo
artificial (ME’s) a cada 6 meses;
b) Caixas de fibrocimento. Inóculo de
esterco bovino inserido apenas uma vez, há
sete anos.
• Coleta do efluente bruto e do efluente
final
Pereira et al.,
(2018) Gurupi- TO
Artigo publicado em
periódico
• Sistema padrão Embrapa
• Uma coleta, no mês de novembro
• Amostras da AFB e do efluente final (3º
reator).
43
Análise do desempenho de uma Fossa Séptica Biodigestora instalada no distrito de
Cachoeira do Campo, Ouro Preto – MG
Visando complementar as informações obtidas a partir da revisão de literatura, a terceira
etapa desta pesquisa consistiu na avaliação do desempenho de uma Fossa Séptica Biodigestora
instalada no distrito de Cachoeira do Campo, no município de Ouro Preto – MG. O sistema em
questão – nomeado de FBCC (Figura 4) – estava ativo há dois anos e meio e foi construído em
anéis de concreto, segundo as especificações do manual elaborado pela Fundação Banco do
Brasil (2010).
Figura 4 – Fossa Séptica Biodigestora instalada no distrito de Cachoeira do Campo (FBCC).
Ao longo de um mês, foram realizadas seis coletas, que permitiram a avaliação do
sistema em diferentes fases do seu ciclo de funcionamento, bem como a identificação de
alterações ocasionadas pela adição do inóculo no decorrer do tratamento. Nestas ocasiões,
foram coletados não só os afluentes e efluentes do sistema, mas amostras do inóculo, da água
fecal bruta e do interior de cada um dos reatores12, em duas profundidades diferentes (30 e 120
12Todos os demais estudos referem-se às unidades da FSB como “caixas” e afirmam que a função da última unidade
seria apenas acondicionar o efluente. Porém, a partir da constatação de que ocorrem reações químicas nas três
unidades, convencionou-se chama-las, neste trabalho, de reatores.
44
cm). A localização dos pontos de coleta está indicada na Figura 5 e os detalhes das campanhas
realizadas estão descritos nos Quadro 7 e 8.
Figura 5 – Croqui da FBCC e identificação dos pontos de coleta
É importante ressaltar que a 1ª coleta desta campanha foi realizada 18 dias após a inserção
do inóculo no mês de novembro de 2017. Da mesma forma, a 2ª coleta foi realizada 24 dias
após a inserção do inóculo e assim sucessivamente. Desde que foi instalada, a FBCC recebia
mensalmente uma injeção de 20L de esterco. Portanto, partindo do pressuposto de que o dia de
inserção do inóculo é o 1º dia do ciclo, foram obtidas três amostras referentes ao final de um
ciclo e três amostras referentes ao início de outro. Além de doze parâmetros físicos e químicos,
foram analisados quatro parâmetros microbiológicos, com destaque para o Adenovírus Humano
(HAdV) e Enterococcus spp., que estão sendo estudados pela primeira vez neste tipo de sistema.
Quadro 7 – Período de realização das coletas
Coleta
01
Coleta
02
Coleta
03
Adição do
inóculo
Coleta
04
Coleta
05
Coleta
06
Data 22/11 28/11 04/12 05/12 12/12 15/12 19/12
Dia do
Ciclo 18º*dia 24º dia 30º dia 1º dia 8º dia 11º dia 15º dia
* 18 dias após a inserção de esterco do mês anterior, que ocorreu no dia 05/11.
Obs1: a água fecal bruta foi analisada apenas nas três últimas campanhas
Obs2: na coleta do 22/11 não foram analisados os parâmetros DBO e SST; no dia 28/11 não foram analisados
os ST’s e SSTs; e no dia 04/12 não foram analisados os parâmetros microbiológicos.
Conforme observa-se na figura acima, a FBCC apresentava algumas modificações em relação ao sistema
padrão proposto pela Embrapa (SILVA et al., 2007). Dentre elas, as principais são o fato de que, na 1ª caixa,
a entrada do esgoto acontecia pela parte inferior do reservatório; e que na 3ª caixa não havia uma tubulação de
saída, sendo o efluente retirado a cada 20 dias, por meio de uma bomba de sucção.
45
Quadro 8 – Parâmetros físicos, químicos e microbiológicos utilizados para avaliar o desempenho da FBCC
Parâmetro Método de Análise
Sólidos Totais 2540B (APHA, 2012)
Sólidos totais dissolvidos e em suspensão 2540D (APHA, 2012)
Sólidos em suspensão fixos e voláteis 240E (APHA, 2012)
Sólidos sedimentáveis 2540 A (APHA, 2012)
Temperatura Sonda HACH 40 D HQ com eletrodo LDO101
pH pHmetro Digimed
Oxigênio Dissolvido (OD) Sonda HACH 40 D HQ com eletrodo LBDO101
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) 5210 B (APHA, 2012)
Demanda Química de Oxigênio (DQO Total*) 522 D (APHA, 2012)
Nitrogênio Amoniacal 4500 NH3 D (APHA, 2012)
Fósforo Total 4500 P B (APHA, 2012)
Escherichia coli Método Colilert 9223 B (APHA, 2012)
Salmonela sp.
Cultivo em Ágar Salmonella-Shighella e
identificação em teste bioquímico para família
Enterobacteriaceae (BECTON DICKINSON, 2013)
Enterococcus faecalis Método Enterolert
Adenovírus (HAdV) Titulação viral (Apêndice 1)
*DQO não filtrada
4.3.1 Procedimentos de coleta
O material era coletado dos reatores por meio de uma bomba peristáltica conectada à
uma mangueira de silicone, que sugava a amostra nas profundidades pré-determinadas e
direcionava-o para os frascos específicos de cada parâmetro (Figura 6). Como forma de
diminuir o risco de contaminação das amostras, foi separada uma mangueira de acesso para
cada reator e a mangueira fixa da bomba passava por um processo de “descontaminação
simplificada” apos amostragem em cada ponto de coleta. Tal processo incluía as seguintes
etapas:
a) Lavagem interna com água proveniente da rede pública de abastecimento durante 2
minutos;
b) Lavagem interna com sabão líquido diluído em água durante 2 minutos;
c) Lavagem interna com água proveniente da rede pública durante 4 minutos
d) Lavagem interna com água destilada durante 2 minutos
e) Ambientação da mangueira com efluente do próximo ponto a ser coletado por 2
minutos.
46
Figura 6 - Coleta do efluente no Reator 1 e detalhamento da bomba peristáltica
Devido à dificuldade de coleta na profundidade de 120cm, foi necessário acoplar um
peso de chumbo ao final de cada mangueira, que possibilitou a correta aferição da profundidade
e a obtenção de uma amostra mais homogênea.
Durante os dias de campanha, em cada ponto foram coletadas três amostras de mesmo
volume, de 2 em 2h. As amostras compostas foram homogeneizadas em um único frasco,
preservadas de acordo com as diretrizes do Guia Nacional de Coleta e Preservação de Amostras
(CETESB, 2011) e depois analisadas em duplicata no Laboratório de Saneamento Ambiental –
LSA e Laboratório de Microbiologia e Bioprospecção Tecnológica – LMBT do Departamento
de Ciências Biológicas do Instituto de Ciências Exatas e Biológicas da Universidade Federal
de Ouro Preto. As análises de HAdV foram feitas no Laboratório de Virologia Aplicada (LVA)
da Universidade Federal de Santa Catarina.
O pH, OD e temperatura também eram medidos três vezes ao dia, sendo os valores
apresentados neste estudo a média aritmética destas três medições. Para a análise destes
parâmetros, o efluente era retirado dos reservatórios com a mesma bomba peristáltica e
transferido para um béquer, onde eram inseridas as sondas de medição.
Cabe destacar que tanto as amostras coletadas a 30 cm de profundidade quanto aquelas
coletadas a 120 cm foram analisadas a partir das mesmas metodologias, aplicadas a efluentes
líquidos. Portanto, não houve tratamento diferenciado para o que se entende como o lodo destes
reatores.
47
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Análise do perfil das produções acadêmicas sobre a FSB no período de 2001 a
2018
O levantamento bibliográfico sobre a fossa séptica biodigestora resultou em 262
publicações, obtidas a partir de seis bases de dados. Deste total, 136 foram classificadas como
fora do tema – por não abordarem diretamente a FSB – e 19 foram excluídas por repetição de
dados. Portanto, as informações aqui descritas foram produzidas pela análise de 107
publicações.
O primeiro ponto a ser discutido sobre este levantamento é a escassez de artigos
científicos sobre a FSB disponíveis em bases de dados internacionais ou mesmo em bases de
dados brasileiras mais consolidadas. Reunindo os periódicos Scopus, TRD, DOAJ e ERD,
foram encontradas apenas 04 publicações; enquanto que nas bases de dados nacionais (Scielo,
BDPA, BDTD e BDTD/USP) registraram-se 17 publicações, sendo a maior parte proveniente
dos arquivos da Embrapa. O pequeno número de artigos sobre esta tecnologia nas referidas
bases de dados resultou na inclusão do Google Acadêmico como uma fonte de pesquisa,
responsável por 80% das publicações analisadas. A contribuição de cada uma das fontes em
termos percentuais está descrita na Figura 7, a seguir.
Figura 7 - Porcentagem de publicações sobre a FSB obtidas em cada base de dados analisada.
Conforme descrito na Figura 8, a maior parte das pesquisas conduzidas a respeito da
FSB foram publicadas em anais de eventos, sobretudo de âmbito nacional e regional. Ao mesmo
48
tempo, percebe-se que ainda é muito baixo o número de estudos sobre a FSB publicados em
periódicos de alto impacto ou com maior reconhecimento no meio acadêmico. Após os anais e
artigos científicos, os tipos de publicações mais abundantes foram os Trabalhos de Conclusão
de Curso (TCC’s) e manuais ou cartilhas que tratam de aspectos construtivos e de manejo do
sistema. Ressalta-se que, em se tratando de uma tecnologia social, este último tipo de
publicação é de importante para a disseminação e incorporação de suas práticas na sociedade.
Figura 8 - Tipos de publicações disponíveis sobre a FSB nas bases de dados analisadas
Outra constatação relevante do ponto de vista da produção científica é a distribuição
desigual destas publicações entre as regiões do país. Conforme exposto na Figura 9 – que
classifica as pesquisas quanto ao seu local de desenvolvimento – das 107 publicações, 38
tratavam de projetos ou pesquisas aplicadas na região sudeste (sobretudo no estado de São
Paulo); 11 foram desenvolvidas no Mato Grosso do Sul; 09 no Paraná; 07 no Tocantins; e 28
publicações continham informações gerais sobre a FSB, sem especificar o estado ou região para
a qual direcionava-se o estudo (N/A13); Também foram identificadas pesquisas voltadas para
aplicação da FSB no Distrito Federal, Mato Grosso, Pará, Paraíba, Rondônia, Rio Grande do
Sul, Santa Catarina.
A revisão de literatura indica registros de estudos relacionados à FSB em todas as
regiões do país, porém, com uma clara concentração da produção escrita sobre este tema no
eixo Sul-Sudeste. Neste contexto, a predominância absoluta do estado de São Paulo no ranking
de produção é algo bastante previsível, na medida em que nele está localizada a Embrapa
Instrumentação Agropecuária: principal responsável pelo desenvolvimento e disseminação
desta tecnologia no Brasil. Assim como em São Paulo, a maior parte das publicações produzidas
13 No gráfico da Figura 9a este número está identificado na coluna N/A: critério não aplicável.
49
no Mato Grosso do Sul (2º colocado no ranking) possuem relação com a Embrapa Pantanal,
que desde 2010 tem impulsionado o desenvolvimento de pesquisas sobre o tema.
Figura 9 – a) Distribuição das publicações sobre a FSB nos diversos estados brasileiros – classificação quanto ao
local de aplicação da pesquisa. b) Estados nos quais localizavam-se as instituições que produziram as publicações
que continham informações gerais sobre a FSB (coluna N/A).
a) b)
Apesar da FSB ser uma tecnologia social, e, portanto, de domínio público, até hoje a
instituição na qual ela foi desenvolvida continua tomando a frente da maior parte das pesquisas
e projetos de implantação deste sistema. Prova disso é que cerca de 42% de todas as publicações
analisadas neste estudo possuem alguma ligação com a Embrapa.
É possível admitir que a predominância de estudos sobre a FSB no estado de São Paulo
e seus arredores é algo normal, já que a tecnologia foi desenvolvida por pesquisadores desta
região. Porém, esta situação se torna inoportuna na medida em que a FSB tem sido divulgada
como uma das principais alternativas para o tratamento de esgotos domésticos nas áreas rurais
de todo o país, sendo inclusive, citada em políticas públicas de âmbito nacional, como o
Programa Nacional de Habitação Rural (BRASIL, 2017).
Sabendo que um dos principais fatores que influenciam o sucesso de determinada
tecnologia de saneamento rural é sua adequação às características ambientais e socioculturais
do local (AL-SA’ED; MUBARAK, 2006), entende-se como extremamente necessário o
incentivo à formulação de pesquisas voltadas para a aplicabilidade da FSB nas demais regiões
do país.
Partindo para a análise do número de publicações por ano, a Figura 10 demonstra que a
FSB manteve-se numa média de uma a duas publicações por ano, até 2007, quando foram
publicados sete estudos, incluindo a primeira dissertação detalhando as características físicas e
50
químicas do efluente deste sistema (FAUSTINO, 2007). Depois disso, verifica-se um pico de
produtividade no ano de 2010, devido a uma maior atividade do grupo de pesquisa da Embrapa
Pantanal (Corumbá -MS). Neste ano também foram lançadas duas importantes cartilhas
explicativas sobre o sistema, publicadas pela Fundação Banco do Brasil e Embrapa
Instrumentação Agropecuária (BANCO DO BRASIL, 2010; GALINDO et al., 2010). Apesar
da literatura relatar que o sistema foi criado em 2001, não foi encontrado nenhuma publicação
sobre a FSB neste ano.
Figura 10 – Número de estudos relacionados à FSB publicados no período de 2001 a 2018*
*Dados coletados no mês de julho/2018.
Até o presente momento, 2014 foi o ano em que mais se produziu estudos sobre a FSB,
com destaque para a publicação do único artigo científico de revisão de literatura encontrado
nesta pesquisa (COSTA & GUILHOTO, 2014) e para o aumento da quantidade de publicações
no estado do Paraná.
Em relação às abordagens das publicações (Figura 11), 36% fazem relatos de projetos
de implantação da FSB, discutindo a apropriação desta tecnologia pelas comunidades, seus
impactos no saneamento básico local, dentro outros aspectos. A segunda abordagem mais
comum é a “descrição da tecnologia”, ou seja, publicações que descrevem o funcionamento da
FSB em seu conteúdo, porém não aplicaram este sistema em nenhum local e apenas reproduzem
dados secundários.
Destaca-se que os estudos relacionados ao desempenho da FSB para o tratamento de
esgoto doméstico e/ou à viabilidade do reúso agrícola de seu efluente somam apenas 29% de
todos os materiais publicados até hoje sobre o assunto (31 publicações no total). Ou seja,
provavelmente existe um maior interesse geral na avaliação de aspectos políticos, econômicos
51
e sociais dos projetos de implantação da FSB do que na análise da eficiência deste sistema e
nos riscos relacionados ao uso agrícola de seu efluente.
Figura 11 – Abordagem dos estudos publicados sobre a FSB no período de 2002 a 2018.
Este fato contraria de certa forma aquilo que foi relatado por van Vliet et al. (2011) na
Holanda, onde as pesquisas que abordam o saneamento a partir das ciências sociais são bastante
escassas se comparadas com os vastos materiais produzidos pelas áreas de engenharia e saúde
pública. Por um lado, tal situação é positiva, já que demonstra uma preocupação crescente com
as “formas de gestão” do saneamento e com o impacto das tecnologias na vida das
comunidades. Por outro, demonstra certa negligência das instituições na avaliação dos
resultados práticos do tratamento realizado pela FSB e no esforço de otimização desta
tecnologia.
Figura 12 – Abordagens principais em cada tipo de publicação
52
Ao cruzar as informações de sobre os tipos de publicações e suas abordagens (Figura
12), percebe-se que a maior parte dos dados disponíveis sobre o desempenho da FSB e sobre a
qualidade do seu efluente foram publicados sob a forma de anais de eventos. Importantes para
a divulgação das pesquisas e discussão entre pares, este tipo de publicação costuma ter conteúdo
muito limitado e não passa por uma avaliação criteriosa antes de sua publicação. Corroborando
com a linha de raciocínio anterior, a maior parte dos artigos publicados em periódicos está
relacionada à avaliação dos projetos de implantação ou descreve o funcionamento desta
tecnologia a partir de dados secundários.
53
Princípios de funcionamento e desempenho da FSB no tratamento de águas fecais
para uso agrícola
A combinação das informações obtidas a partir do tratamento de dados secundários e
das análises realizadas no sistema FBCC permitiu a identificação de alguns padrões de
funcionamento na Fossa Séptica Biodigestora, assim como uma avaliação mais consistente do
desempenho desta tecnologia em relação à remoção de matéria orgânica carbonácea, nutrientes
e indicadores biológicos. Por conseguinte, o presente item tem como propósito apresentar os
principais resultados desta análise conjugada, ora comparando a FSB com outras tecnologias
locais para o tratamento de águas fecais, ora apontando as condições construtivas ou de manejo
que apresentaram as melhores – e piores – respostas em termos de eficiência.
Como uma parte dos estudos sobre a FSB utilizou as concentrações obtidas no Reator 1
como ponto de partida para avaliar o desempenho do sistema e outra parte considerou a água
fecal bruta (AFB), serão avaliados neste trabalho dois índices de eficiência:
a. Eficiência de Remoção Global do sistema (ERG) = [reator3] – [AFB]
b. Eficiência de Remoção Interna do sistema (ERI) = [reator3] – [reator1]
5.2.1. Características da Fossa Biodigestora de Cachoeira do Campo (FBCC)
A FSB analisada estava instalada em uma residência de 03 habitantes, com contribuição
média de 15l/hab.dia. Este valor é menor do que a produção média de 20l/hab.dia estimados
para as águas fecais (SILVA, MARMO & LEONEL, 2017), provavelmente devido à residência
ser equipada com uma válvula de descarga com duplo acionamento.
Considerando as dimensões de 1m³ de volume ocupado pelo esgoto em cada um dos
reatores, o TDH do sistema estudado é de aproximadamente 67 dias. Portanto, três vezes maior
do que o mínimo recomendado pelos manuais de construção da FSB.
5.2.2. Potencial Hidrogeniônico (pH)
Considerado um dos parâmetros mais significativos no processo de digestão anaeróbia
(CHERNICHARO, 1999), o pH foi analisado em 12 dos 15 estudos considerados na revisão de
literatura, sendo que 06 levantaram dados sobre o afluente e efluente do sistema; 04 coletaram
amostras do 1ª reator e do efluente final; e 02 informaram apenas os dados relativos ao efluente
54
final da FSB. Os resultados obtidos por estes estudos estão descritos na Figura 13 como “valores
de referência”.
Figura 13 – pH nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC e valores de referência
*Legenda: AFB: água fecal bruta; R1: Reator 1; R2: Reator 2; R3: Reator 3
Estes estudos apontam que a Fossa Séptica Biodigestora apresenta um pH médio de 6.95
na entrada do sistema, passando para 7.74 dentro do 1º reator e 8.08 na saída do 3º reator; o que
indica a alcalinização do efluente ao longo do tratamento. Conforme ilustrado na Figura 13 e
na Tabela 01, tal comportamento também foi verificado nas amostras da FBCC, tanto na porção
superior dos reatores, na porção inferior. Para Silva et al. (2007), a alteração do pH de neutro
para alcalino após o tratamento com a FSB pode ser decorrente da degradação de proteínas e
aminoácidos em meio anaeróbio, gerando uma quantidade substancial de amônia, que, ao reagir
com o ácido carbônico em meio aquoso, passa para a forma de hidróxido de amônio.
Tabela 1 - pH médio nos reatores da FSB: amostras da FBCC e valores de referência (da literatura)
Água Fecal Bruta Reator 1 Reator 2 Reator 3
Valores de
referência 6,95 7,74 Não identificado 8,08
FBCC (p = 30cm) 7,42 7,95 8,1 8,39
FBCC ( p=120cm) 7,42 7,86 7,69 8,01
Além da alcalinização ao longo do tratamento, outro fato notável em relação à FBCC é
que os valores de pH no fundo dos reatores foram ligeiramente menores do que aqueles
identificados na porção superior do sistema. Tal constatação pode significar uma maior
55
produção de ácidos orgânicos voláteis na parte inferior destes reservatórios, indicando que esta
é uma zona mais reativa, onde os compostos orgânicos complexos ainda não foram totalmente
convertidos em seus produtos finais (VON SPERLING, 2005).
Sobre a adequação do pH destes reatores ao tratamento anaeróbio, Chernicharo (1999)
informa que as bactérias metanogênicas apresentam um crescimento ótimo na faixa de pH entre
6.6 e 7.4, embora seja possível atingir estabilidade na formação de metano em toda a faixa de
6.0 e 8.0. Este dado é reiterado por Speece (1996), que afirma que os reatores anaeróbios são
operados de maneira satisfatória na faixa de pH de 6,5 a 8,2. Portanto, os valores de pH dentro
das FSB se mostraram, de forma geral, adequados para o processo de decomposição em
questão.
Em relação ao uso agrícola deste efluente, os valores de pH, tanto na revisão de literatura
(7.0 a 8.7) quanto nas amostras da FBCC (8.05 a 8.53), estão dentro da faixa de 6 – 9,
estabelecida pela USEPA (2004) como aceitáveis para esta finalidade.
5.2.3. Temperatura
A temperatura foi mensurada em 06 estudos dentro da revisão de literatura, sendo que
05 deles forneceram informações sobre o afluente e efluente do sistema e 01 forneceu apenas
dados sobre o interior do 2ª reator.
Conforme observa-se na Figura 14, a temperatura no interior da FSB está dentro da faixa
mesófila (20 – 45°C), tanto nos estudos incluídos na revisão de literatura (valores de referência)
quanto nos experimentos realizados na FBCC (LETTINGA et al., 1996). Considerando o
conjunto destes dados, o sistema registra em seu interior valores que vão de 22 a 27ºC, estando,
portanto, dentro da faixa definida por Galindo et al. (2010) em sua cartilha sobre a FSB
publicada pela Embrapa. De acordo com a autora, a temperatura dentro da fossa biodigestora
pode variar de 20 a 30°C, dependendo do local onde o sistema foi instalado e da estação do ano
– ou seja, da temperatura externa.
Quanto às temperaturas identificadas na FBCC, verifica-se que ela tende a se estabilizar
na medida em que adentra o sistema e que as amostras retiradas do 3º reator costumam ter
temperaturas ligeiramente menores do que a das outras duas, o que pode ser explicado por uma
menor atividade microbiológica nesta fase do tratamento (PEREIRA et al., 2018). Além disso,
a temperatura média da FSB estudada (23 a 24°C) está um pouco abaixo da média obtida na
literatura, provavelmente devido ao clima da região de Ouro Preto.
56
Figura 14 – Temperatura nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC e valores de referência.
Legenda: AFB: água fecal bruta; R1: Reator 1; R2: Reator 2; R3: Reator 3
Ao contrário do que acontece com a FBCC, os dados secundários apresentam a
temperatura como um fator com pouca variabilidade ao longo do tratamento, com valores
médios de entrada e saída bem próximos (25.9ºC e 26.3ºC, respectivamente). Por outro lado, a
maior parte dos estudos relata que a variação de temperatura se dá ao longo das coletas – a
partir da influência da temperatura externa – e não da passagem pelos reatores. Tal situação
pode ser exemplificada pelo estudo de Soares et al. (2016), que registou variações de até 6ºC
dentro de um mesmo reservatório, de acordo com a estação do ano e horário de coleta. Outro
ponto interessante do estudo de Soares et al. (2016) é a constatação de que a FSB é capaz de
manter o seu interior com temperaturas acima de 20ºC, mesmo quando a temperatura ambiente
é da ordem de 4ºC.
De acordo com Soares et al. (2016b) “as temperaturas encontradas no interior da FSB
propiciam certa estabilidade ao processo de decomposição anaeróbia da matéria orgânica,
favorecendo especialmente o trabalho das bactérias metanogênicas, que se reproduzem mais
lentamente e são mais sensíveis às condições ambientais ou às condições adversas”.
5.2.4. Oxigênio Dissolvido
O oxigênio dissolvido foi monitorado em apenas 3 dos 15 trabalhos analisados e
apesentou valores de 0 a 1mg/L em todas as coletas registradas, conforme o esperado para um
sistema anaeróbio (PEREIRA et al., 2018).
57
Na FBCC, os valores de OD nas amostras dos dois primeiros reatores estão quase
sempre na faixa de 0 a 1 mg/L e a amostra coletada na porção superficial do 3º reator apresenta
concentrações de OD mais altas do que todas as outras (0,99 a 2,4 mg/L). Tal situação era
esperada, na medida em que a carga orgânica volumétrica – que garante a situação de
anaerobiose – deve ser sempre menor no efluente do que no afluente do sistema (VON
SPERLING, 1996).
Além disso, verificou-se que a água fecal bruta apresentou concentração de OD muito
superiores àquelas do interior do reator (devido ter passado por turbulência pouco antes de sua
aferição) e que as amostras do fundo dos reatores apresentaram OD menor do que as da porção
superior, o que pode significa uma maior concentração de matéria orgânica nesta primeira
região.
5.2.5. Série de Sólidos
Conforme disposto no Quadro 9, a série de sólidos foi analisada em 07 dos 15 estudos
utilizados na revisão bibliográfica, sendo que apenas um deles (GALAVOTI, 2011) analisou
todos os seus componentes. Ademais, 03 estudos analisaram as variáveis SST, SSV e SSF; 02
estudos forneceram dados relativos apenas aos Sólidos Totais e 01 estudo avaliou as variáveis
ST, STV e STF.
Quadro 9 – Estudos encontrados na revisão de literatura que contém dados sobre a série de sólidos
Estudo ST
(mg L-1)
SST
(mg L-1)
SSV
(mg L-1)
SSF
(mg L-1)
STF
(mg L-1)
STV
(mg L-1)
Faustino (2007)14 ● ● ●
Soares et al. (2016b) ● ● ●
Galavotti (2011) ● ● ● ● ● ●
Campos et al. (2015)¹ ●
Pereira et al. (2018) ● ● ●
Como o número de autores que analisaram cada parâmetro é pouco significativo, a
inferência de padrões de funcionamento das FSB’s por meio dos dados obtidos na literatura foi
prejudicada. Dessa forma, a dinâmica dos sólidos dentro dos reatores será discutida
principalmente com base nos dados obtidos por meio do sistema FBCC (Figura 15), apoiados
nestes estudos quando pertinente.
14 Conforme informado na metodologia, as publicações de Faustino (2007) e Campos (2015) são
entendidas como dois estudos, cada uma.
58
Figura 15 – Série de Sólidos nos reatores da FBCC: efluente coletado a 30 e 120 cm de profundidade. Concentração
expressa em mg.L-1
Legenda: AFB: água fecal bruta; R1: Reator 1; R2: Reator 2; R3: Reator 3
Iniciando a discussão sobre o fracionamento dos sólidos no interior dos reatores, o
primeiro ponto a ser notado na Figura 15 é diferença entre a concentração de sólidos totais nas
amostras coletadas nas profundidades de 30 e de 120 cm. Tal informação indica um acúmulo
de material sedimentado no fundo dos reservatórios, ratificado pelas concentrações de sólidos
sedimentáveis, que apresentaram valores médio de 0 a 2.5 ml/L nas amostras superficiais e de
576 a 777 ml/L nas amostras retiradas na parte inferior dos reatores (Figura 16).
Sabendo que o lodo de esgoto é definido por Metcalf & Eddy (2003) como “os solidos
removidos do esgoto durante o processo de tratamento, resultante da sedimentação de sólidos
em suspensão, areia e microrganismos”, pode-se afirmar que os sólidos acumulados nos fundos
do reservatório constituem um tipo de lodo. Tal constatação é apoiada ainda pelas informações
de pH e OD desta região, que dão indícios de que ela é mais reativa do que a porção superficial
do reator e possui maior concentração de matéria orgânica.
Ainda em relação aos sólidos totais, a FBCC registrou uma redução média de 41.26%
dos sólidos entre a AFB e as amostras superficiais do Reator 1, o que confirma que a maior dos
sólidos afluentes tende a ficar retida na porção inferior do reservatório, por onde entra a AFB.
Após esta primeira etapa, a concentração de sólidos totais se mantém relativamente estável nas
amostras superficiais dos reatores, registrando um aumento de apenas 9% entre as médias do
R1 e R3.
59
Figura 16 - Série de Sólidos nos reatores da FBCC. Amostras coletadas a 30cm de profundidade. Concentração
expressa em mg.L-1.
Legenda: AFB: água fecal bruta; R1: Reator 1; R2: Reator 2; R3: Reator 3
A FBCC apresentou uma Eficiência de Remoção Global (ERG) média de sólidos totais
de 46%, muito próxima dos 50% e 39% obtidos por Campos (2015) e Galavoti (2011) para este
mesmo sistema; e dos 47,6 % registrados por Dias Postigo et al. (2017) para a fossa séptica
econômica. Cabe ressaltar que a quantificação de sólidos totais no caso de efluentes destinados
à fertirrigação é bastante relevante, já que a irrigação com líquidos contendo altas concentrações
de sólidos pode provocar alteração na capacidade de infiltração de água no solo, devido ao
entupimento dos macroporos e à formação de crostas em sua superfície (OLIVEIRA et al.,
2000).
Quanto ao teor de sólidos em suspensão, a primeira consideração a ser feita é que: ao
comparar os valores descritos na literatura com aqueles das amostras coletadas na FBCC,
percebe-se que apenas as amostras coletadas na profundidade de 30 cm apresentam
correspondência com os valores de sólidos em suspensão de outros estudos (FAUSTINO, 2007;
GALAVOTI, 2011; PEREIRA et al., 2018; SOARES et al., 2016b). Tal situação se repete em
diversos outros parâmetros avaliados e dá indícios de que todos os demais autores coletaram
amostras apenas na porção superior da FSB, ainda que a profundidade de coleta não tenha sido
especificada em nenhuma das pesquisas publicadas. Partindo deste pressuposto, deste momento
em diante serão confrontadas com os valores da literatura somente as amostras da água fecal
bruta e as amostras superficiais.
Diferente do que ocorre com sólidos totais, a concentração de sólidos suspensos na parte
superior da FBCC é maior no 1º reator do que na AFB e diminui ao longo do tratamento,
60
registrando um ERG média de 48%. Em termos percentuais, a relação SST/ST passa de 7% na
AFB para 22% no primeiro reator para 6% no efluente final. Do mesmo modo, a porcentagem
média de sólidos em suspensão no lodo é de 81,61%, no 1º reator; 81,07 %, no 2º e 72,3% no
3º reator. O estudo realizado comprova que a FSB (dependendo do TDH) pode atingir uma
ERG de sólidos em suspensão satisfatória se comparada a de outras tecnologias locais para
tratamento de águas fecais, como o sistema fossa-filtro (33± 27%) e o biodigestor pré-fabricado
com filtro anaeróbio interno (83 ± 5%) (IDUPHUV et al., 2014; SHARMA & KAZMI, 2015).
O fato da concentração de SST ser maior dentro do sistema do que no próprio afluente
indica a formação de biomassa, presente tanto no sobrenadante quanto no fundo dos reatores.
Este crescimento foi confirmado pela observação dos sólidos em suspensão voláteis (SSV), que
também foram 22% maiores no sobrenadante do R1 do que na água fecal bruta. Conforme
esperando, os dados da FBCC apontam que esta biomassa diminui de concentração na medida
em que o tratamento se desenvolve, passando de 287 mg/L de SSV no R1 para 71 mg/L no
efluente do sistema.
A questão da existência do lodo na FSB é um tema delicado, na medida em que
publicações oficiais da Embrapa enfatizam que não há acúmulo de resíduos sólidos ao longo
do sistema e que “todos os dejetos são consumidos durante o processo de biodigestão”.
(GALINDO et al., 2010). Avançando um pouco na discussão, o último material divulgado pela
instituição afirma também que “não é necessário que seja efetuada limpeza das caixas, pois o
projeto do biodigestor permite que o efluente concentrado na parte inferior seja transportado
para a proxima caixa à medida que entra mais água no sistema” (SILVA, MARMO &
LEONEL, 2017).
Os estudos realizados na FBCC apontam que, mesmo com o decaimento endógeno, é
possível verificar acúmulo de biomassa ao longo do sistema. Do mesmo modo, a saída da
biomassa junto com o efluente líquido da FSB é uma condição possível, porém que oferece
riscos ainda pouco avaliados. Em meio aos estudos utilizados nesta análise, somente Pereira et
al. (2018) cita que deve haver a retirada periódica do lodo formado ao fim do processo. Além
disso, como evidência deste acúmulo, Faustino (2007) declarou que realizou “coleta do lodo
presente nas três caixas” para análise da matéria orgânica por meio de Espectroscopia de
Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE).
61
5.2.6. DBO E DQO
Os processos de conversão da matéria orgânica na Fossa Séptica Biodigestora foram
avaliados por meio dos parâmetros Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e Demanda
Química de Oxigênio (DQO), que indicam, respectivamente, a fração de matéria orgânica
biodegradável e a matéria orgânica total contida em determinado efluente. Dentre os estudos
considerados nesta análise, a DBO foi apresentada em 08 pesquisas, sendo que em 03 delas
foram fornecidas as concentrações afluentes e efluentes da FSB; em 03 foram analisadas
amostras do 1º reator e do efluente final; e 02 avaliaram apenas a concentração efluente. Os
mesmos números se aplicam à variável DQO, porém não necessariamente as duas foram
analisadas pelos mesmos autores.
Isso posto, a Figura 17 e a Tabela 2 apresentam as concentrações de DBO e DQO no
sobrenadante de cada um dos reatores, comparando os dados obtidos na FBCC com os dados
descritos na literatura15.
Figura 17 – DBO e DQO nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: valores de referência dispostos no Gráfico
A e dados da FBCC (profundidade = 30 cm) no Gráfico B
Em relação à água fecal bruta, percebe-se que o valores de DBO e DQO na literatura
apresentaram desvio padrão muito amplo, apesar de todos os estudos teoricamente trabalharem
apenas com afluente composto de água, urina e fezes. Nas pesquisas apresentadas, a DBO
média afluente da FSB variou entre 384 mg/L (BARBONI & ROCHETTO, 2014) e 4950 mg/L
(PEREIRA et al., 2018); enquanto que no estudo de Cachoeira do Campo obteve-se uma
15Conforme explicado anteriormente, os dados da literatura serão comparados somente com aqueles das amostras
coletadas na superfície da FSB modelo. Como em nenhum dos estudos de referência foi especificada a
profundidade das amostras coletadas, as concentrações dos diversos tipos de sólidos nos dados apresentados
permitem inferir que todas dizem respeito ao sobrenadante, e não à fração sólida acumulada no fundo dos reatores.
A B
62
concentração média de 266±16 mg/L. Para a DQO, estes valores ficaram entre 753 e 7936 mg/L
na literatura e 333 a 455 mg/L nos experimentos.
De forma geral, os valores de DBO e DQO afluentes na FBCC estão bem abaixo daquele
descritos na literatura para as águas fecais, tanto nos estudos relacionados à FSB quanto em
outros – como o de Sharma & Kazmi (2015a), que obteve valores de 997 mg/L de DBO e
1352 mg/L de DQO; ou o de Silva et al. (2013), que apresentou DQO de 989 mg/L. Outro
estudo que obteve concentrações de matéria orgânica menores do que as esperadas foi o de
Rebelo (2011), com valor médio de 69 mg/L para DBO e 422 mg/L para DQO. Apesar da autora
ter atribuído estes valores à coleta do afluente em uma zona de menor concentração de matéria
orgânica, no caso da FBCC este argumento não se aplica, haja vista que a água fecal bruta foi
coletada na tubulação de entrada da fossa, em diferentes profundidades.
Quanto à razão DBO/DQO na entrada da FSB, esta apresentou uma média de 57 ± 8 %
na literatura16 e 68 ± 11% nos experimentos da FBCC, valores que comprovam a alta
biodegradabilidade das águas fecais brutas e assemelham-se com aqueles apresentados por
Sharma & Kazmi (2015a). De acordo com Von Sperling (2005), águas residuárias com razão
DBO/DQO > 40% têm porção biodegradável elevada e, portanto, são passíveis de tratamento
por vias biológicas.
Nas amostras da FBCC, a DBO da água fecal bruta diminui cerca de 54% ao adentrar
no Reator 1, enquanto que a relação DBO/DQO passa de 68 para 31%. Percebe-se, portanto,
que a maior parte da matéria orgânica biodegradável foi digerida já na primeira etapa do
tratamento. Até o presente momento, não há nenhum estudo publicado que compare as
concentrações da AFB e do 1º reator. Porém, levanta-se a hipótese de que o alto potencial de
remoção verificado na FBCC tenha relação com a configuração diferenciada de sua tubulação.
Diferente do que ocorre na FSB tradicional (modelo Embrapa), o afluente da FBCC é inserido
a cerca de 15 cm de seu fundo, ou seja, na altura da manta de lodo. De acordo com Chernicharo
(1997), tal configuração possibilita maior contato do afluente com a biomassa e aumenta a
eficiência do tratamento.
16 O estudo de Pereira et al. (2015) apresentou um aumento de 10% na relação DBO/DQO ao longo do tratamento
e eficiência de remoção de DBO de 2%, o que sugere algum desvio no funcionamento do sistema estudado ou erro
de análise laboratorial. Dessa forma, os dados relativos à matéria orgânica de Pereira et al. (2015) foram
desconsiderados no cálculo das médias apresentadas neste item.
63
Tabela 2 - Concentração de DBO e DQO na FSB: valores de referência e FBCC (amostras coletadas em p= 30 cm).
Água Fecal
Bruta
Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm)
ERI
(p=30cm)
ERG
(p=30cm)
DBO
(mg/L)
FBCC 266±16 132±43 67 ±49 34 ±50 54,6±29% 89 ±7%
Valores de
referência 2667±3229 444±260 - 575 ±978 74±13 41 ± 10%
DQO
(mg/L)
FBCC 397 ±61 530 ±220 484 ±145 495 ±219 2,7 ± 37% -36 ± 10
Valores de
referência 2667±5079 1459±612 - 1199±1743 58 ± 11% 33 ±3%
𝐷𝐵𝑂
𝐷𝑄𝑂
(%)
FBCC 68 ± 11% 31 ± 21 16 ±17 14 ±13,5 - -
Valores de
referência 57 ±8 % 37 ±3,5% - 50 ±20 - -
A diminuição da DBO prossegue ao longo dos reatores, com uma ERI de 54,6 ± 29%
nos experimentos da FBCC e 74 ± 13% na literatura. O estudo que apresentou maior ERI (87%)
foi o de Soares et al. (2016b), que utilizava 04 reatores em série e, portanto, tinha um TDH
maior do que os demais. O que obteve menor ERG foi o de Barboni e Rochetto (2014) – cuja
configuração interna dos tubos era invertida em todas as caixas (entrada por baixo e saída por
cima), propiciando acúmulo do lodo nos reatores ao invés de sua movimentação ao longo do
sistema. Quanto às concentrações efluentes de DBO, estas ficaram entre 59 e 2575 mg/L
(SOARES et al., 2016b; PEREIRA et al., 2018) na literatura, dependendo da concentração
afluente; e entre 8,7 e 92 mg/L na FBCC.
De modo geral, percebe-se que a Fossa Biodigestora apresenta uma eficiência de
remoção de DBO média menor do que outras tecnologias utilizadas para o tratamento de águas
fecais, como o Tanque de Evapotranspiração (DBO:80%), a Fossa Séptica Econômica (DBO:
47%) e o biodigestor pré-fabricado com filtro anaeróbio interno (DBO: 78,9%). (DIAS
POSTIGO et al., 2017; GALBIATI, 2009; SHARMA & KAZMI, 2015b). Contudo, em
condições ideais de funcionamento, este sistema pode atingir até 98% de eficiência (SOARES
et al., 2016b).
Levanta-se a hipótese de que ótima eficiência de remoção de matéria orgânica registrada
pela FBCC (89 ±7%) pode estar ligada ao Tempo de Detenção Hidráulica deste sistema que,
conforme dito anteriormente, é três vezes maior do que o mínimo recomendado pela Embrapa.
São necessários mais estudos correlacionando estes dois fatores para que se tenha uma
discussão mais aprofundada sobre a necessidade de adicionar ou não mais módulos de
fermentação ao sistema original da Embrapa.
64
Conforme descrito na Tabela 2, mesmo com uma notável redução da fração orgânica
biodegradável, a FBCC registra entre a AFB e o R1 um aumento de 76% na concentração de
DQO, seguido de uma redução de apenas 2,7% até o R3. Como o efluente não foi filtrado antes
de sua análise, infere-se que o acréscimo na concentração de DQO após a passagem pelo
sistema é devido principalmente à produção de biomassa não-biodegradável dentro dos
reatores. De acordo com Faustino (2007) a DQO residual presente no efluente demonstrou
efeitos positivos após aplicação no solo, na medida em que aumenta teor de carbono orgânico
total e favorece o desenvolvimento das culturas agrícolas.
A eficiência de remoção de matéria orgânica da FSB foi bastante variável nos estudos
analisados, o que pode estar associado a diversos fatores como: as diferenças nas datas de coleta
(em relação ao dia da inoculação mensal de esterco bovino); a obtenção de amostras em
diferentes fases do processo de biodigestão; a intensidade de uso do vaso sanitário; e a diferença
de microclima dos locais de estudo, que pode ter favorecido ou não o processo de biodigestão.
(SOARES et al., 2016b)
A Tabela 3 informa as concentrações de DBO e DQO relativas às amostras de lodo
coletadas na FBCC. Conforme descrito, a concentração de matéria orgânica no lodo tende a
diminuir ao longo da FSB, apresentando uma redução maior entre o Reator 2 e o Reator 3.
Tabela 3 - Concentração de DBO e DQO na FSB: FBCC ( p=120 cm)
Reator 1
(p=120cm)
Reator 2
(p=120cm)
Reator 3
(p=120cm)
ERI
(p=120cm)
DBO (mg/L) 1289 ± 332 1052 ±578 731 ± 407 47 ±26%
DQO (mg/L) 15325 ±7062 15091 ±7365 9801±5773 31 ± 38%
𝐷𝐵𝑂
𝐷𝑄𝑂 (%) 10,8 ±8% 8 ±6% 8,5 ±6,2 -
5.2.7. Nitrogênio
Os processos de conversão da matéria nitrogenada na FSB foram avaliados por meio
dos parâmetros Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) e Nitrogênio Amoniacal (NH4+ e NH3), sendo
que o primeiro será discutido com base apenas em dados secundários. Ao todo, o NTK foi
analisado em 07 estudos, sendo que 02 deles apresentaram dados sobre o afluente e efluente da
FSB; 02 retiraram amostras do 1º reator e do efluente final; e 03 forneceram dados apenas sobre
o efluente do sistema. Do mesmo modo, o NH4+ foi analisado em 04 estudos, sendo que 01
65
deles apresentou dados do afluente e efluente; 01 retirou amostras do R1 e do efluente final; e
02 forneceram apenas dados relativos ou efluente final.
As análises realizadas na FBCC informam que a concentração média de NH4+ na água
fecal bruta é de 74,4± 32 mg/L; valor próximo do que foi identificado por Sharma et al. (2016)
(88.7 ± 19 mg/L), porém bastante superior à média dos esgotos sanitários brutos (20 a 35 mg/L
de NH4+).
Conforme exposto na Tabela 4, tanto os estudos de referência quanto as análises
realizadas na FBCC indicam que a concentração de NH4+ é maior dentro da FSB do que na
água fecal bruta, o que confirma a ocorrência do processo de amonificação ao longo deste
tratamento anaeróbio. De acordo com Metcalf & Eddy (2003) a amonificação consiste na
decomposição biológica dos compostos orgânicos nitrogenados – encontrados no esgoto bruto
sob a forma de proteínas, aminoácidos e ureia – que levam à formação do nitrogênio amoniacal.
Apesar da relação NH4+ /NTK ter sido abordada em apenas 04 estudos (o que dificulta a
inferência de dados acerca desta relação) os dados obtidos confirmam que este coeficiente é
maior na saída do que na entrada da FSB.
Nas análises realizadas nas amostras superficiais da FBCC, a concentração média de
amônia aumentou 4,5 vezes ao entrar na FSB, subiu 8% entre os reatores R1 e R2 e diminuiu
4% entre os reatores R2 e R3. Portanto, pode-se afirmar que a maior parte da matéria
nitrogenada é convertida em amônia logo no 1º reator, fazendo com a concentração deste íon
se mantenha quase constante ao longo do tratamento. Tal comportamento também foi relatado
por Pereira et al. (2018), que registou um aumento de 997% na concentração de NH4+ do esgoto
após a passagem pela FSB. Quanto à ligeira queda na concentração de amônia entre os reatores
R2 e R3, suspeita-se que esteja ligada ao aumento do oxigênio dissolvido, que poderia
contribuir para a nitrificação de parte dos íons NH4+ presentes no efluente.
Tabela 4 – Concentração de Nitrogênio na FSB: valores de referência e da FBCC (p=30cm)
Água
Fecal
Bruta
Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm)
ERI
(p=30cm)
ERG
(p=30cm)
NH4+
(mg/L)
FBCC 74,5±33 353,5±23 393±45 372,6±15 0.01% - 446%
Valores de
referência 16,8² 314,5 -- 361,8±158 12% - 997%
NTK
(mg/L) FBCC -- -- -- -- -- --
66
Valores de
referência
77,10 ± 6,64
304,33 ±112,43
-- 339,82 ±225
19% 49%17
𝑁𝐻4
𝑁𝑇𝐾 FBCC 21% 96% -- 87% -- --
-- : não se aplica
Observando a Figura 18, percebe-se que as amostras de lodo apresentam concentrações
de NH4+ um pouco superiores às das amostras superficiais, já que neste local existe uma maior
atividade microbiológica, que intensifica a degradação da matéria (orgânica) nitrogenada. Cabe
ressaltar que as concentrações de NH4+ encontradas no lodo da FSB nos três reatores (381 ± 41
mg/L; 403 ± 96 mg/L; e 407 ± 18 mg/L) foram muito acima daquelas registradas nos estudos
do PROSAB sobre lodo de fossa séptica (53 a 138 mg/L) (ANDREOLI, 2009).
Figura 18- NH4+ nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC
Os valores de saída da FSB apresentaram uma média de 372 ± 15 mg/L na FBCC e de
361±158 mg/L na literatura. Portanto, conforme esperado em um tratamento secundário, o
efluente deste sistema é bastante rico em nitrogênio amoniacal e apresenta grande potencial de
reúso em atividades agrícolas; já que a amônia é uma forma de fácil absorção deste nutriente
para os vegetais (CAMPOS, 1999).
Em se tratando do nitrogênio total (NTK), os estudos de Galavoti (2011) e Lotfi (2017)
apresentaram uma ERI média de 22% e 16%, respectivamente; enquanto Freitas et al. (2015)
obteve uma ERG de 49%. Estes números demonstram que, apesar do acúmulo de amônia ao
17 Apenas dois estudos apresentaram dados sobre a eficiência global de remoção do NTK. Como Campos et al.
(2015) apresentou um resultado incoerente em relação a este parâmetro (acúmulo de 135%, passando de 82 mg/L
na AFB para 192 mg/L no efluente), o valor de referência é baseado nos dados de Freitas et al. (2015)
67
longo do tratamento, a FSB é capaz de remover do efluente quantidades consideráveis de
nitrogênio, provavelmente devido à sedimentação do nitrogênio orgânico na forma de sólidos
em suspensão (CAMPOS, 1999). Na contramão dos outros estudos, Pereira (2018) registrou
um acúmulo de 135% na concentração de NTK ao longo da FSB. Este aumento não foi
justificado, podendo ser atribuído a falhas no processo de amostragem ou análise do efluente.
Figura 19 - Concentração de NTK nos reatores da FSB de acordo com a literatura
Legenda: AFB: água fecal bruta; C1: reator 1; C3: reator 3
Sobre as concentrações de NTK na saída da FSB, percebe-se que estas oscilaram
bastante nos estudos analisados, com uma média de 340 ± 225 mg/L. Os maiores valores foram
apresentados por Faustino (2007b), quando a autora utilizou inóculo de esterco ovino ao invés
do bovino. No geral, a eficiência de remoção de NTK na FSB é bem maior do que aquelas
registradas por outros sistemas locais de tratamento de efluentes, como o biodigestor pré-
fabricado com filtro anaeróbio interno (ERG: 20%) (SHARMA & KAZMI, 2015).
5.2.8. Fósforo Total
O Fósforo Total foi avaliado em 08 estudos, sendo que 03 apresentaram dados do
afluente e efluente da FSB; 02 retiraram amostras do R1 e do efluente final; e 03 forneceram
apenas dados relativos ao efluente final.
Na FBCC a concentração de fósforo na AFB variou de 12,5 mg/L – em um dia no qual
coletou-se exclusivamente urina – a 36 mg/L. Enquanto isso, nos estudos de referência, a
concentração média de fósforo na água fecal bruta foi de 10.5 ± 8.6 mg/L. Tais concentrações
estão bem acima da média dos esgotos sanitários brutos (7 mg/L) e próximas do resultado
68
apresentado por Gonçalves et al. (2014), de 20± 10mg/L de fósforo em águas fecais contendo
fezes, urina, água e papel higiênico.
Figura 20- Fósforo total nos reatores da Fossa Séptica Biodigestora: valores de referência e dados da FBCC
Analisando a Figura 20 percebe-se que a concentração de fósforo tende a ser maior no
interior do Reator 1 do que na AFB, o que pode ser explicado tanto pela influência do inóculo
no sistema – já que a concentração de fósforo no inóculo é seis vezes maior do que na AFB
quanto pela variabilidade na composição da água fecal bruta, típica de sistemas
descentralizados (ZAPATER; GROSS & SOARES, 2011). Neste caso, é importante lembrar
que a composição do esgoto no R1 (e nos demais) é resultado não do afluente do último dia,
mas de todo o último mês; o que pode significar que, em algum momento, os valores afluentes
foram maiores ou iguais ao do R1.
Tabela 5 - Concentração de Fósforo na FSB: valores de referência e FBCC (p=30cm)
AFB Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm) ERI ERG
Ptotal
(mg/L)
FBCC 27,2±13 38,3±2 34,9±4 34,6±2 9 ± 6 % - 62 ± 100%
Valores de
referência 10 ± 8,5 72,1 ± 22 - 35 ±18 34 ± 29 % -121 ± 147%
Conforme exposto na Tabela 5, a concentração média de fósforo no sobrenadante do R1
da FBCC é de 38,3 mg/L, ou seja, 84% a mais do que a concentração afluente. Apesar deste
pico no início do tratamento, a quantidade de fósforo no esgoto diminui gradativamente ao
longo da FSB, atingindo uma eficiência de remoção (ERI) de 9%±6%. Tal comportamento
69
também foi identificado por Galavoti (2011), Lotfi (2017) e Pereira et al. (2018), que
registraram ERI de 3; 37%; e 61% respectivamente.
Quanto à Eficiência de Remoção Global (ERG) deste nutriente, tanto os dados primários
quanto os secundários configuram valores negativos (expressando acúmulo) e com desvio
padrão muito alto. Este coeficiente depende diretamente da concentração de fósforo na AFB,
que, conforme exposto na Figura 20, é bastante instável.
De acordo com Lotfi (2017), a remoção de fósforo entre o 1º e o 3º reator da FSB está
associada com a capacidade das bactérias incorporaram o fósforo à massa de lodo. Tal hipótese
pôde ser confirmada pelos experimentos realizados na FBCC, que comprovam que a
concentração aumenta nas amostras inferiores na medida em que diminuem nas superiores. Isso
porque, no caminho que os flocos de biomassa percorrem no sistema (passando do R1 para o
R2 e R3) eles incorporam cada vez mais fósforo do sobrenadante, atingindo sua concentração
máxima no último reator.
Segundo Von Sperling (2007), a remoção eficiente de fósforo no tratamento biológico
de esgotos ocorre por meio da desfosfatação seguida da retenção da biomassa; o que ocorreria
somente a partir da alternância entre tratamentos aeróbios e anaeróbio. Considerando tais
condições, não é esperado de um tratamento anaeróbio uma remoção significativa de fósforo.
Porém, nos estudos de Lofti (2017) e Pereira et al. (2018) foi possível observar ERI’s de 30 e
67%, respectivamente, indicando que, por vezes, a FSB pode fugir à esta regra. Cabe ressaltar
que a eficiência de remoção de fósforo no sistema fossa-filtro é menor do que 35% (VON
SPERLING, 2007).
A concentração média de fósforo no efluente da FSB foi 34,7 mg/L ±1,7 nos dados
primários e 35,05 ±18 mg/L nos dados secundários. Tais valores são muito próximos um do
outro e assemelham-se aos 32,3 mg/L encontrados por Sharma et al.(2016) em seu estudo sobre
biodigestores pré-fabricados. Conforme explicitado no item 3.4, a concentração de nitrogênio
e fósforo no efluente não são fatores limitantes para o seu reúso agrícola, sendo inclusive,
desejadas grandes concentrações destes nutrientes.
Tabela 6 - Concentração de fósforo no lodo da FBCC
Reator 1
(p=120cm)
Reator 2
(p=120cm)
Reator 3
(p=120cm) ERI
Ptotal
(mg/L) FBCC 64,6±30.65 67,9 ±32 76,1 ± 37
- 25 ±
32%
Os valores expostos na Tabela 6 evidenciam um aumento progressivo da concentração
de fósforo no lodo dos reatores, com um acúmulo de 25 ± 32% após a passagem pelo tratamento
70
e valor final de 76,1 ± 37 mg/L no R3. Tais valores estão bem abaixo daqueles descritos por
Sharma et al. (2016), que obteve 296 ± 83 mg/L de fósforo no lodo de seu biodigestor anaeróbio
e dos 250 mg/L considerados como usuais para os lodos de tanques sépticos (METCALF &
EDDY, 2003). Cabe ressaltar que, se a incorporação do fósforo na biomassa ativa é uma forma
de remoção deste nutriente ao longo do tratamento, a concentração de fósforo no lodo é
proporcional à idade do lodo.
5.2.9. Indicadores Biológicos
Sabendo que a FSB tem como finalidade o tratamento de águas fecais visando sua
adequação aos padrões de reúso agrícola, os microrganismos patogênicos e os indicadores de
contaminação fecal devem ser o cerne da discussão sobre o desempenho desta tecnologia. A
despeito da importância de tais parâmetros, apenas 10 estudos inclusos na revisão de literatura
produziram dados quantitativos acerca deles. Ainda assim, a única a realizar análise de
patógenos foi Soares et al. (2016a), que apresentou as concentrações de Escherichia coli, ovos
de helmintos, Ballantidium coli e Salmonela sp. no afluente e efluente final do sistema. Todos
os outros se ativeram apenas à quantificação do indicador de contaminação fecal mais comum,
isto é, a E. coli.
a) Escherichia coli
Em relação a este indicador, 05 estudos apresentaram dados do afluente e efluente do
sistema; 04 apresentaram dados sobre o Reator 1 e o efluente final; e 01 informou apenas a
concentração de E. coli no efluente final. Dentre eles, os estudos de Novaes (2002)18, Freitas et
al. (2015) e Campos et al. (2015) apresentam a FSB como um sistema de altíssima capacidade
de desinfecção, atingindo até 0 NMP/100 ml em seu efluente final. Devido tais valores serem
muito discrepantes em relação às demais pesquisas sobre a FSB e aos valores típicos de
efluentes de sistemas de tratamento de esgoto em geral (VON SPERLING, 2005), tais
publicações não foram utilizadas como referência nesta discussão. Os dados apresentados em
cada um dos estudos estão dispostos na Figura 21.
18 O comunicado técnico publicado por Novaes et al. (2002) afirma que a concentração de coliformes totais no
efluente da FSB foi de 1100 NMP/100ml em todas as análises realizadas. Para os coliformes fecais, esta foi de
3NMP/100ml nos dois primeiros meses e ausente nos subsequentes. Vale ressaltar que, por ter sido uma das
primeiras publicações sobre a FSB, o estudo de Novaes et al. (2002) tem sido citado em diversos materiais de
divulgação da FSB e em trabalhos científicos, ainda que estes valores pareçam pouco confiáveis se comparados
com os demais estudos que se tem até hoje sobre este sistema.
71
Figura 21 – Concentração de E. coli na Fossa Séptica Biodigestora: dados da literatura.
*Legenda: AFB: água fecal bruta; R1: Reator 1; R3: Reator 3
Excetuando-se as três referidas pesquisas, a água fecal bruta apresentou uma média
geométrica de 4,9.108 NMP de E.coli/100ml nos experimentos da FBCC e 4,6.109 NMP de
E.coli/100ml na revisão de literatura. Tais concentrações estão dentro da faixa esperada pera
esgotos domésticos tradicionais (VON SPERLING, 2005) e acima daquelas amostradas em
diversos outros estudos, que registraram valores na ordem de 106 a 107 NMP de E.coli/100ml
na água fecal bruta (REBELO, 2011; SILVA et al.; 2013; SHARMA & KAZMI, 2015). Por
outro lado, as concentrações de E. coli identificadas no afluente FBCC estão muito próximas
daquelas registradas por Lanna (2018) na área rural de Ouro Preto, também na ordem de 108 a
1010 NMP/ 100ml. Esta semelhança apenas reforça a hipótese de que a composição da água
fecal varia de acordo com as características culturais e ambientais de cada localidade.
Todos os estudos encontrados na literatura declaram uma remoção de E. coli ao longo do
tratamento, que ocorre em maior ou menor grau, de acordo com a configuração da FSB ou sua
forma de manejo. Dentro do universo analisado, a ERG mínima (0,34 unidades logarítmicas)
foi registrada por Pereira et al. (2018) e a ERI máxima (3,04 Log10) foi registrada por Galavoti
(2011). O primeiro estudo analisou uma FSB padrão, construída e operada de acordo com as
instruções da Embrapa, enquanto que a FSB de Galavoti (2011) já não recebia inóculo e
continha um filtro de areia no lugar do 3º reator; o que auxiliou na remoção de sólidos suspensos
e, consequentemente, dos microrganismos.
Na FBCC, o ERI e o ERG médio foram respectivamente a 0,87 Log10 e 3,63 Log10. Um
fator a ser considerado ao comparar a eficiência FBCC frente a de outros sistemas é seu tempo
de detenção hidráulica (67 dias), quase três vezes maior do que aquele recomendado pela
72
Embrapa (25 dias). Apesar de não haverem estudos correlacionando o TDH da FSB e a
eficiência de remoção de E. coli, entende-se que este TDH atípico favorece os processos de
remoção de patógenos do efluente.
Figura 22 – Concentração de E. coli na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC
Quanto às concentrações de E. coli no 1º reator, os quatro autores que analisaram estas
amostras encontraram valores entre 106 e 107 NMP/100 ml, enquanto que a FBCC registrou
uma média de 5,8.105 NMP/100ml. Por meio das análises na FBCC, foi possível comprovar a
informação descrita na cartilha da Fundação Banco do Brasil (2010) de que a maior parte dos
microrganismos de origem fecal são removidos do efluente no 1º reator do sistema, já que a
concentração média passou da ordem de 109 NMP de E.coli/100ml na AFB para 105 NMP de
E. coli /100ml no R1.
Tabela 7- Concentração de E. coli nos reatores da FSB: dados da FBCC e valores de referência
Água Fecal
Bruta Reator 1 Reator 2 Reator 3
Estudos de
referência 4,69E+09 3,74E+06 - 5,67E+05
FBCC (30cm) 3,58E+09 2,18E+05 1,47E+05 2,88E+04
FBCC (120cm) - 1,06E+06 2,95E+05 2,16E+05
Conforme descrito na Tabela 7, as concentrações de E. coli nos lodos dos reatores é cerca
de 0,5 unidades logarítmicas maior do que no sobrenadante, o que sugere que parte dos
microrganismos removidos do efluente na verdade foram sedimentados nesta fração. De toda
forma, ainda que as concentrações de E. coli sejam maiores no fundo dos reatores, estas são
sempre menores do que na AFB e tendem a decair também ao longo do tratamento, atingindo
uma ERI média de 0,81 Log10. Este fato comprova a eficiência da FSB na remoção de
73
patógenos, combinando os mecanismos de sedimentação com a redução devido a condições
ambientais adversas, como falta de alimento, variações no pH e competição/predação por outras
espécies (VON SPERLING, 2005).
Em relação ao efluente final, as concentrações de E. coli apresentadas pela FBCC
estiveram entre 3.103 e 1,5.105 NMP/100ml. Tais valores são muito próximos daqueles
apresentados nos demais estudos analisados (também na ordem de 103 a 105 NMP/100ml),
indicando que existe certo padrão de funcionamento desta tecnologia19. De forma geral, os
valores afluentes de E.coli registrados pela Fossa Séptica Biodigestora estão dentro da média
daqueles identificados em outros sistema locais para tratamento de águas fecais, como o reator
anaeróbio com chicanas (105 NMP/100ml), o sistema fossa-filtro (10³ NMP/100ml) e o
biodigestor pré-fabricado com filtro anaeróbio interno (105 NMP/100ml) (SILVA et al., 2013;
REBELO, 2011; SHARMA & KAZMI, 2015).
Estes resultados apontam que as concentrações efluentes da FSB estariam próximas do
limite sugerido por Bastos et al. (2008) para a irrigação restrita20, que deve ser ≤ 104
NMP/100ml no caso de contato do produtor rural com o fertilizante e ≤ 105 NMP/100ml caso
existam barreiras adicionais de proteção ao trabalhador. Segundo as diretrizes da OMS (WHO,
2006), considerando apenas a concentração de E. coli, este efluente poderia ser utilizado para:
fertirrigação no caso de culturas que se desenvolvem distantes do nível do solo (ex: frutíferas);
em cultivos de alto nível tecnológico e produção mecanizada; ou por meio de técnicas de
irrigação com elevado potencial de minimização da exposição (ex: irrigação subsuperficial)21.
Mesmo com as divergências relacionadas ao destino do lodo na FSB, sabe-se que, seja
em conjunto com o efluente, seja em um processo de remoção específico, o excesso de biomassa
depositado no fundo dos reatores deve ser retirado do sistema de tempos em tempos. Dessa
forma, torna-se oportuno avaliar também o potencial de uso agrícola deste resíduo, que
inclusive possui valor nutricional maior do que o próprio efluente.
19 O único estudo que apresentou desempenho insatisfatório em relação a este parâmetro foi o de Barbonni &
Rochetto (2014), no qual os locais de entrada e saída do efluente estavam invertidos. Neste caso, a concentração
de E. coli variou de 2,8.1013 NMP/100ml na AFB a 4,9.1012 NMP/100ml no efluente do sistema.
20 Irrigação superficial ou por aspersão ou cultivo hidropônico de qualquer cultura não ingerida crua, incluindo
culturas alimentícias e não alimentícias, forrageiras, pastagens e árvores.
21 Observar o Quadro 4 na revisão de literatura (pag. 28).
74
b) Enterococcus spp.
Avançando na discussão sobre os riscos de contaminação microbiológica associados ao
efluente da FSB, o estudo realizado na FBCC inclui também os parâmetros “Enterococcus sp.”;
“Salmonella sp” e Adenovírus Humano (HAdV).
Conforme descrito na Figura 23, os Enterococcus apresentaram comportamento próximo
ao que foi observado para a E. coli, com maiores concentrações nas amostras de lodo e remoção
ao longo do tratamento, em ambas as fases dos reatores. A água fecal bruta apresentou
concentração média de 2,1.106 NMP de Enterococcus/100ml, valor ligeiramente mais altos do
que os 104 a 105 NMP/100ml apontados por Von Sperling (2005) como comuns no esgoto
doméstico.
Figura 23 – Concentração de Enterococcus spp. na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC
Tabela 8 – Concentração de Enterococcus spp nos reatores da FBCC (NMP/100ml)
AFB Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm)
ERI
(Log10)
ERG
(Log10)
FBCC (30cm) 2,12E+06 1,38E+05 3,43E+03 1,26E+03 1,87 3,06
FBCC (120cm) -- 8,69E+05 8,83E+04 7,22E+04 1,16 --
-- : Não se aplica
A principal diferença observada entre os Enterococcus spp. e a E. coli. foi a menor
redução entre a AFB e o R1, tanto no sobrenadante quanto no lodo. Percebe-se que, ao entrar
no sistema, o afluente sofre uma redução de apenas 1,2 Log10 de Enterococcus, apresentando
concentrações na ordem de 105 tanto no lodo quanto no sobrenadante. Por outro lado, a maior
remoção destas bactérias acontece entre os reatores 1 e 2, quando o sobrenadante passa
apresentar concentrações na ordem de 10³ e o lodo na ordem de 104 NMP/100ml.
75
Tal comportamento pode ser explicado por uma maior resistência dos Enterococcus às
condições adversas existentes dentro do reator (METCALF & EDDY, 2003), fazendo com que
o TDH necessário para sua inativação seja maior do que para a E. coli; o que resulta também
em um maior acúmulo destes microrganismos no lodo dos reatores.
A legislação francesa para reúso agrícola de águas residuárias (JORF, 2016), também
baseada nas diretrizes da OMS (WHO, 2006), apresenta a concentração de Enterococccus spp.
como um dos critérios utilizados para a definição de suas classes de uso. Isolando este
parâmetro dos demais critérios utilizados, os valores efluentes obtidos pela FBCC permitiram
o uso do seu efluente para irrigação de: hortaliças, frutíferas e leguminosas transformadas por
um tratamento térmico industrial adaptado; pastagem (desde que os animais estejam distantes
no momento da aplicação); flores vendidas individualmente; viveiros, arbustos e outras culturas
ornamentais; forragem fresca; cereais e outras culturas forrageiras; e culturas frutíferas22.
A diferença de comportamento entre os indicadores E. coli e Enterococcus spp. alerta
para as limitações deste primeiro indicador, que ainda é o mais utilizado no Brasil, mas
apresenta-se como menos resistente do que outros grupos de microorganismos.
c) Salmonella sp.
A análise das amostras da FBCC em relação à Salmonella sp. demonstrou certa
irregularidade de sua presença ao longo das coletas. Contudo, também foi possível perceber a
redução tanto de sua frequência quanto de suas concentrações ao longo dos três reatores.
A Salmonella sp. esteve presente em todas as amostras de AFB coletadas, com
concentração entre 102 e 104 UFC/ml, exatamente na faixa esperada para os esgotos domésticos
segundo Von Sperling (2005).
Também foi identificada a presença deste patógeno em 60% das amostras coletadas no
Reator 01; 40% das amostras do R2; e 20% do R3. Estes valores, em conjunto com as
concentrações apresentadas na Tabela 9, evidenciam a remoção de Salmonella sp. ao longo do
tratamento na FSB, de modo que ela apresentou ausência em 80% das amostras do efluente
final. Tal frequência foi exatamente a mesma do que a encontrada por Soares et al. (2016b) em
seu estudo sobre este sistema.
22 Proibido durante o período de floração até a colheita de frutos não processados, exceto no caso de
irrigação por gotejamento.
76
Tabela 9 – Concentração de Salmonella sp. nos reatores da FBCC (UFC/ml)
Coletas AFB Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm)
Reator 1
(p=120cm)
Reator 2
(p=120cm)
Reator 3
(p=120cm)
A * 1** 1 2,0E+03 1 1,0E+02 1
B * 1,0E+02 1 1 1 8,0E+02 1
C 2,0E+04 1,5E+02 2,0E+02 1 2,0E+03 1,0E+02 1
D 1,0E+03 1 2,0E+01 1 1 3,0E+01 5,0E+01
E 1,0E+02 4,0E+03 1 1 2,5E+03 1,0E+03 1,0E+02
Média G. 7,25E+01 3,59E+01 5,25E+00 4,57E+00 2,19E+01 1,89E+02 5,49E+00
*Amostras não coletadas
** Nas ocasiões em que houve ausência de Salmonella sp. utilizou-se o número 1 para tornar possível o cálculo
da média geométrica.
Assim como para os demais indicadores biológicos analisados, verificou-se que parte
das salmonellas também sedimentam no fundo do reator, sofrendo um decaimento natural ao
longo do tratamento. Destaca-se a maior concentração desta patógeno no lodo do Reator 2, no
qual as Salmonellas estiveram presentes em todas as amostras coletadas.
d) Adenovírus Humanos (HAdV)
Assim como para os Enterococcus, a concentração de adenovírus identificada na água
fecal bruta (1,8.107 UFP/ml) foi bem acima do padrão encontrado em esgotos domésticos brutos
(102 a 104 vírus entéricos/ml) segundo Von Sperling (2005); o que indica uma maior
periculosidade da água fecal se comparada com o esgoto doméstico. Porém, se os Enterococcus
(bactérias) se apresentaram em concentrações próximas no lodo e no sobrenadante do Reator
01, o extremo contrário aconteceu com os HAdV (indicadores virais).
Devido a maior parte dos vírus ficar retida na camada de lodo presente na entrada da
FBCC, este sistema apresentou grande diferença entre as concentrações de vírus na AFB e
amostra superficial do R1, o que não significa necessariamente que houve uma redução na
concentração destes microrganismos dentro do reator.
Tabela 10 – Concentração de HAdV nos reatores da FBCC (UFP/ml)
AFB Reator 1
(p=30cm)
Reator 2
(p=30cm)
Reator 3
(p=30cm)
ERI
(Log10)
ERG
(Log10)
FBCC (30cm) 1,84E+07 3,52E+04 1,09E+04 1,81E+04 0,25 2,5
FBCC (120cm) - 3,35E+06 1,41E+06 5,08E+04 1,82 -
Segundo Silva (2010), um dos principais fatores que influenciam o comportamento dos
vírus em estações de tratamento de efluentes é o teor de sólidos suspensos nos reatores, já que
estes tendem a adsorvem as partículas virais e ‘ditar’ sua movimentação ao longo do tratamento
(BRADFORD et al., 2006). Comparando o gráfico apresentado na Figura 24, com os valores
77
de SST da Figura 15 percebe-se com clareza essa correlação; que explica tanto a diferença entre
as concentrações de vírus no lodo e no sobrenadante, quanto a “remoção” destes
microrganismos em cada estágio do tratamento.
Figura 24 - Concentração de HAdV na Fossa Séptica Biodigestora: dados da FBCC
A persistência dos adenovírus junto ao lodo do reator, ao mesmo tempo que resulta em
uma redução de 2,5Log10 destes patógenos após o tratamento na FSB, torna ainda mais
preocupante a incerteza sobre o destino final do lodo deste sistema. Isto porque a concentração
média de HAdV presente no lodo do Reator 3 é 100 vezes maior do que costuma ser encontrado
em esgotos brutos e 100.000 vezes maior do que a dose infectante para seres humanos (VON
SPERLING, 2005).
78
5.3. Análise do ciclo de funcionamento da FSB
Um dos fundamentos da Fossa Séptica Biodigestora é o percurso diferenciado de sua
biomassa, que, à priori, seria deslocada de um reator para o outro, até ser eliminada do sistema
em conjunto com o efluente ou ser reduzida via metabolismo endógeno (SILVA; MARMO &
LEONEL, 2017). Dessa forma, não haveria acúmulo significativo de biomassa nos reatores e,
portanto, sua eficiência na remoção de matéria orgânica seria prejudicada (VON SPERLING,
1996).
Como forma de “corrigir” esta situação, convencionou-se inserir mensalmente 10L de
uma mistura com 50% de água e 50% esterco bovino, que serviria como um inóculo de
biomassa, capaz de aumentar a eficiência do sistema na remoção de matéria orgânica e
contribuir para a remoção de microrganismos patogênicos em seu interior (GALINDO et al.,
2010; SILVA, 2012).
O Quadro 6 (pag. 37) aponta que a inserção mensal de inóculo foi um fator questionado
por pelo menos cinco das doze publicações analisadas na revisão de literatura. Contudo,
nenhum deles apresentou resultados conclusivos sobre a real necessidade de inserção periódica
deste inóculo, nem sobre sua quantidade ou frequência de aplicação. Buscando contribuir com
este processo, a terceira parte desta pesquisa expõe as variações percebidas nos parâmetros
analisados na FCBB ao longo dos seis dias amostrados, sendo três anteriores à inserção do
esterco e três posteriores à esta inserção. As características do inóculo, já diluído na proporção
supracitada, e os gráficos explicitando a variação de cada parâmetro analisado estão dispostos
nas Figuras 25, 26, 27, 28 e 29.
Tabela 11 – Características do Inóculo de esterco bovino inserido na FBCC no referido ciclo
Quantidade DQO
(mg/L)
Fósforo Total
(mg/L)
Nitrogênio Amoniacal
(mg/L)
10L 19472,3 165 mg/L 61,5
E. coli
(NMP/100ml)
Enterococcus spp
(NMP/100ml)
HAdV
(UFP/ml)
Salmonela sp.
(UFC/ml)
3,69E+07 2,42 E+07 Não detectado Não detectado
A primeira alteração percebida em decorrência da adição de esterco foi o aumento súbito
na concentração de sólidos totais da amostra superficial do primeiro reator. Este comportamento
– conforme descrito na Figura 25 – relaciona-se principalmente com o acréscimo na
concentração dos sólidos em suspensão voláteis, que por sua vez indica uma maior atividade
microbiológica neste reator (biomassa ativa). Com a inserção do inóculo, o R1 recebe, ao
mesmo tempo, uma grande carga de microrganismos e um aporte incomum de matéria orgânica;
79
já que o esterco possui uma concentração de DQO aproximadamente 50 vezes maior do que a
da água fecal bruta.
Enquanto estes dois fatores propiciam um aumento de 350 mg/L na concentração de
biomassa (SSV) do R1, o R2 se mantém estável em relação a este parâmetro e registra
aditamento apenas na concentração de sólidos dissolvidos – o que sugere uma intensificação da
digestão da matéria orgânica neste reator nos primeiros dias do ciclo. Esta hipótese é
confirmada pela Figura 25, no qual observa-se que existe uma diferença de aproximadamente
80 mg/L entre a DBO registrada um dia antes da inserção do esterco e aquela do 11º dia do
ciclo, tanto no R2 quanto no R3.
A inserção do esterco na FBCC resultou em um salto da eficiência de remoção interna
(ERI) de DBO, de 16% – no dia antes da inserção do esterco – para 90% – no 11º dia do ciclo.
A partir deste dia, a eficiência voltou a diminuir, tendendo a atingir concentrações próximas
àquelas verificadas nas primeiras coletas. Com esta constatação, é possível fazer as seguintes
reflexões:
a. O fato da eficiência na remoção de DBO aumentar nos dias subsequentes à adição de
esterco sugere que, caso este inóculo não seja inserido, a FSB tende a se manter – a longo prazo
– nos níveis de remoção verificados antes da inserção do inóculo. Esta tese é corroborada pelos
resultados da FSB de Galavotti (2011) que, mesmo após a passagem do efluente por um filtro
de areia, obteve uma ERI média de 45%. Portanto, a inserção de esterco parece ser importante
para manter uma boa remoção de matéria orgânica no sistema.
b. Se a concentração de DBO no interior dos reatores muda de acordo com o dia do ciclo de
funcionamento da FSB, o período no qual é realizado a coleta influencia diretamente nos dados
apresentados pelas pesquisas, tanto em termos de desempenho do sistema na remoção de
matéria orgânica, quanto em suas concentrações efluentes. Dessa forma, em estudos futuros é
necessário especificar o dia do ciclo em que se coletou a amostra para que possam ser feitas as
comparações necessárias.
Partindo para uma análise do lodo na FSB, percebe-se uma nítida queda na concentração
de sólidos totais de todos os reatores a partir do dia da inserção do inóculo. Portanto, se a carga
afluente anômala de DBO aumentou a concentração de matéria orgânica no sobrenadante do
R1, no fundo deste reator a adição de esterco ocasionou o processo de decaimento endógeno,
aumentando a concentração de microrganismos sem prover substrato o suficiente para o
desenvolvimento de todos. Tal interferência ocasionou um rápido consumo do excedente de
matéria orgânica existente nos lodos e propiciou a autodigestão da massa celular dentro dos três
reatores da FBCC.
80
Diferente do que aconteceu com a DBO da fase líquida, que permaneceu baixa mesmo
vários dias após a adição do esterco, a concentração de SSV nos lodos dos reatores voltou à
suas condições “originais” entre o 8º e o 11º dia do ciclo. Dessa forma, a adição do esterco não
contribuiu de forma concreta para a estabilização da biomassa no sistema, nem em termos de
redução da relação SSV/SST nem de remoção de patógenos.
Em relação à E. coli, os dados obtidos demonstram que a inserção do inóculo ocasionou
um aumento de sua concentração no sobrenadante de todos os reatores, ainda que o esterco
tenha apresentado concentração próxima e até mesmo inferior à da AFB. Tal fato pode estar
ligado à movimentação de sólidos decorrente deste processo, ocasionando um deslocamento
destes microrganismos do lodo para a fração líquida. Comportamento semelhante foi verificado
para os Enterococcus, que aumentaram de concentração apenas na fase líquida do R1 e
mantiveram-se em concentrações estáveis nos outros dois reatores, o que também pode estar
relacionado com o fato de que o inóculo apresenta concentração de Enterococcus spp. 1,06
unidades logarítmicas maior do que a água fecal afluente.
Quantos aos adenovírus e Salmonella sp., identificou-se uma ampla variação de sua
concentração ao longo dos dias coletados, porém não foi possível estabelecer correlação entre
essa e a inserção do inóculo. De qualquer maneira, sendo a E. coli o indicador de contaminação
fecal mais consolidado neste âmbito, a variação de sua concentração efluente ao longo do ciclo
sugere também uma variação do desempenho da FSB em relação à remoção de patógenos.
Assim como para a DBO, esta informação deve ser levada em consideração, tanto em projetos
que preveem a utilização deste efluente como fertilizante quanto em pesquisas científicas
dedicadas a este aspecto.
Outro parâmetro que apresentou comportamento cíclico no sistema foi o oxigênio
dissolvido. Conforme esperado, todas os pontos da FSB apresentaram menor teor de oxigênio
dissolvido no 8º dia do ciclo, quando a atividade microbiológica atingiu sua maior intensidade.
Ademais, esta etapa do trabalho pôde confrontar hipótese levantada no item anterior, de que a
temperatura interna dos reatores é influenciada mais pelo ambiente externo do que pelos
processos de degradação da matéria orgânica (SOARES et al., 2016b). Conforme observa-se
na Figura 30, tanto no lodo quanto na fase líquida, as temperaturas apresentaram valores mais
altos entre o 8º e o 15º dia do ciclo, quando a atividade de degradação da matéria orgânica foi
maior em todos os reatores. Tal fato, porém, não significa necessariamente uma independência
em relação ao meio externo, na medida em que também houve um ligeiro aumento na
temperatura ambiente no referido período. Por fim, não foi possível identificar qualquer
influência do inóculo na concentração de nutrientes nem no pH dos reatores.
81
Figura 25 – Variação das concentrações de ST, SST e SSV ao longo do ciclo da FSB*
Profundidade de 30 cm (sobrenadante)
Profundidade de 120 cm (lodo)
*Obs: No 18º dia não foram analisadas as amostras de lodo e no 24º dia não foi feita análise de nenhum tipo de sólido.
82
Figura 26 - Variação das concentrações de DBO, DQO e OD ao longo do ciclo da FSB*
Profundidade de 30 cm (sobrenadante)
Profundidade de 120 cm (lodo)
*Obs: Não foi realizada análise de DBO no 24º dia.
83
Figura 27 - Variação das concentrações de E. coli, Enterococcus spp. e HAdV ao longo do ciclo da FSB*
Profundidade de 30 cm (sobrenadante)
Profundidade de 120 cm (lodo)
*Obs: Os indicadores microbiológicos não foram analisados no 24º dia.
84
Figura 28- Variação das concentrações de Salmonella, NH +4 e Fósforo Total ao longo do ciclo da FSB
Profundidade de 30 cm (sobrenadante)
Profundidade de 120 cm (lodo)
*Obs: Os indicadores microbiológicos não foram analisados no 24º dia.
85
Figura 29 - Variação das concentrações de pH e temperatura ao longo do ciclo da FSB
H= 30 cm
H = 120 cm
86
5.4. Reflexões sobre a Fossa Séptica Biodigestora
Os estudos publicados de 2001 a 2018 sobre a FSB apresentam diversas variações
construtivas e, principalmente, de manejo do sistema. De toda forma, o conjunto dos resultados
obtidos demonstra que esta tecnologia apresenta um bom desempenho no tratamento anaeróbio
de águas fecais, cumprindo satisfatoriamente os objetivos de um tratamento secundário como
entendido por Metcalf e Eddy (2003); ou seja, a remoção de matéria orgânica biodegradável e
de sólidos em suspensão.
Os valores da literatura e da FBCC comprovam uma ótima capacidade de remoção de
matéria orgânica biodegradável, atingindo índices maiores do que 90% de remoção de DBO,
dependendo da época da coleta (em relação à adição de inóculo) e do TDH do sistema. Em
relação à matéria orgânica não biodegradável, parte dela é retida nos reatores via sedimentação
e parte é descartada junto com o efluente final, notadamente na forma de biomassa. Conforme
verificado no estudo de Faustino (2007), tal “excedente” de matéria orgânica presente no
efluente tem mostrado efeitos positivos após aplicação no solo, aumentando o teor de carbono
orgânico total e favorecendo, portanto, o desenvolvimento das culturas agrícolas.
Além da redução do teor de matéria orgânica a concentrações adequadas às atividades
agrícolas, outro ponto positivo da FSB é sua capacidade e gerar um efluente com altos teores
fósforo e nitrogênio. Tais nutrientes configuram substâncias essenciais ao crescimento dos
vegetais e estão presentes na maior parte dos adubos químicos utilizados na agricultura familiar.
A partir dos dados apresentados, o presente trabalho confirma o grande potencial de uso
da FSB dentro das diretrizes do saneamento ecológico, fornecendo um efluente que atua como
condicionador do solo e contribui para a diminuição da dependência da agricultura familiar em
relação aos insumos do agronegócio. Entretanto, o fato da FSB fornecer um efluente adequado
do ponto de vista agrícola (FAUSTINO, 2007) não é suficiente para que esta tecnologia seja
entendida como apropriada para uso em projetos de saneamento rural.
De acordo com ESREY et al., (1998), um sistema de saneamento que vise contribuir
com a redução da desigualdade social e a sustentabilidade de forma ampla deve atender – ou
pelo menos estar a caminho – dos seguintes critérios:
1. Prevenir doenças: O sistema de saneamento deve ser capaz de destruir ou
isolar patógenos fecais; 2. Ser acessível: Um sistema de saneamento deve ser acessível às pessoas mais pobres do mundo; 3. Proteger o meio ambiente: Um
sistema de saneamento deve prevenir a poluição, devolver os nutrientes ao
solo e conservar os valiosos recursos hídricos; 4. Ser aceitável pela
comunidade: Um sistema de saneamento deve ser esteticamente inofensivo e
coerente com valores culturais e sociais; 5. Simples: Um sistema de
87
saneamento deve ser robusto o suficiente para ser facilmente mantido com as
limitações da capacidade técnica local, estrutura institucional e recursos
econômicos; 6 Estar alinhado aos princípios do saneamento ecológico: a
implementação bem-sucedida da visão de EcoSan e a aplicação desses
critérios exigem um entendimento do saneamento como um sistema (ESREY
et al., 1998, p.5).
Entendo a importância de uma análise sistêmica das tecnologias voltadas para o
saneamento rural, o presente item visa reunir as informações coletadas a partir de todas as etapas
desta pesquisa e avaliar a FSB a partir dos critérios estabelecidos pelo autor acima.
Prevenção de doenças
A avaliação do desempenho da FSB na redução do teor de patógenos do efluente final
foi um dos principais avanços alcançados por meio deste estudo. Conforme descrito no item
5.2.9, a remoção de indicadores biológicos foi bastante satisfatória para um sistema anaeróbio,
atingindo concentrações efluentes de E. coli na ordem de 10³ a 105 NMP/100ml e eficiência de
remoção por volta de 3,6 unidades logarítmicas (Log10). Ademais, foram alcanças eficiências
de remoção de 1,2 unidades logarítmicas para Salmonella sp.; 3,06 para Enterococcus spp. e
2,5 para HAdV.
Se por um lado tal desempenho é superior ao do tanque séptico convencional e da fossa
seca – principais formas de tratamento de esgoto em comunidades rurais brasileiras –, por outro,
é importante lembrar que ele ocorre majoritariamente às custas de sedimentação destes
patógenos no lodo dos reatores. Assim, além da concentração de patógenos no efluente, há que
se considerar também a fração que ficou retida nos reatores e que, em algum momento, deverá
ser tratada. Como a necessidade de remoção da biomassa nos reatores ainda é uma questão sem
consenso na literatura, este fato reforça a importância da realização de pesquisas que
aprofundem o entendimento sobre a cinética das reações na FSB, com ênfase no processo de
respiração endógena – que segundo Silva, Marmo & Leonel (2017) é o mecanismo que
possibilita a não retirada de lodos do sistema.
Apesar dos valores efluentes de E. coli serem, na média, adequados para as categorias
de irrigação restrita, alguns estudos sobre a FSB apresentam valores efluentes próximos ou até
mesmo acima dos limites recomendado pela Organização Mundial da Saúde (WHO, 2006) e
por Bastos et al. (2008). Portanto, dependendo das características do afluente (água fecal bruta),
tais concentrações podem facilmente chegar a níveis não aceitáveis, acarretando em riscos à
saúde pública maiores do que aqueles previstos nestas diretrizes. Outro fator agravante é o
pequeno número de estudos que avaliaram outros indicadores microbiológico no efluente da
FSB, o que dificulta um enquadramento mais adequado destes nas referidas classes de uso. Um
88
exemplo disso é a concentração de ovos de helmintos, que, a despeito de ser um dos principais
parâmetros utilizados pela OMS, só foi avaliado até hoje por uma autora (SOARES et al.,
2016b) e somente em relação à presença/ausência.
Visando contribuir para uma diminuição dos riscos associados ao uso agrícola do
efluente da FSB, sugerem-se os seguintes cuidados adicionais no manejo da FSB:
• Utilização de EPI’s e vestimentas adequadas no momento de contato com o efluente;
• Retirada do efluente preferencialmente por meio de uma bomba se sucção lenta, que
não provoque o revolvimento dos sólidos sedimentados no fundo do Reator 3 e ofereça
ao produtor a possibilidade de visualizar a cor e turbidez do líquido que está sendo
coletado. Dessa forma, será possível identificar visualmente a concentração de sólidos
em suspensão do efluente e interromper a coleta no limite em que ela seja maior do que
a usual, evitando coletar os vírus e bactérias normalmente agregados a estes sólidos.
• Utilizar o efluente da FSB preferencialmente através de métodos de irrigação que
minimizem a exposição do produtor (irrigação subsuperficial ou irrigação por
gotejamento) e que permitam tempo suficiente para decomposição dos patógenos antes
das colheitas.
• Ainda como forma de minimizar os riscos desta atividade, sugere-se que sejam
realizadas mais pesquisas que abordem a concentrações de ovos de helmintos, vírus e
outros patógenos no efluente da FSB, bem como o comportamento destes indicadores
no solo e nos vegetais com ele irrigados. Sabendo que tanto a E. coli quanto os
Enterococcus spp. apresentaram concentrações maiores no período próximo à adição do
esterco, um objeto de estudo interessante seria também o comportamento cíclico destes
microrganismos a longo prazo, buscando a identificação padrões que possibilitem
estipular dias de menor e maior concentração de patógenos, tanto no sobrenadante
efluente quanto no lodo.
Por fim, caso se chegue à conclusão de que é necessária a remoção periódica do lodo
dos reatores, outro desafio – que influenciaria totalmente a viabilidade de implantação da FSB
em áreas rurais – seria desenvolver formas de extração e manejo do lodo, propiciando a inserção
segura deste recurso no ciclo dos nutrientes em propriedades rurais.
89
Proteção do meio ambiente
A FSB é, desde sua concepção, uma tecnologia bastante avançada em termos de redução
de impactos ambientais. Transformando um resíduo líquido em fonte de nutrientes e matéria
orgânica para o solo, este sistema não só contribui para a manutenção do equilíbrio ecológico
das áreas onde é implantado, como diminui a demanda por adubos químicos e os diversos
impactos associados fabricação e uso destes adubos.
Além do bom desempenho da FSB no tratamento secundário, a disposição do efluente
da FSB no solo também configura um tipo de “pos-tratamento”, favorecendo a absorção dos
nutrientes pelos vegetais e até certo grau de remoção de patógenos. Este último acontece por
meio da filtração em biofilmes que se criam na superfície do solo, predação, adsorção nas
partículas de solo, irradiação solar e dessecamento (CHERNICHARO, 1997).
Acessibilidade e aceitação/ apropriação pela comunidade
De acordo com Silva (2013), o preço médio de construção de uma FSB para uma família
de até 5 pessoas é de R$1.500,00. Apesar deste valor estar próximo do investimento necessário
para implantação do tanque séptico – R$1.100,00 a R$ 2.400,00 (GIGLIO, 2011) – e de outros
sistemas do mesmo tipo – ex.: biodigestor pré-fabricado: R$1.600,00 (ACQUALIMP, 2017) é
importante levar em conta que a maior parte da população no campo não tem condições
financeiras de arcar com os custos de um sistema de tratamento de esgoto. Em 2010, dos quase
30 milhões de residentes nas zonas rurais do Brasil, 16.5 milhões (55% do total) integram
famílias com renda mensal per capita inferior a meio salário mínimo, sendo consideradas pobres
pelos critérios oficiais do IBGE (HESPANHOL, 2014).
Isto posto, um fator de primeira importância quando se fala de “acessibilidade às
comunidades” é justamente a responsabilidade do Estado na garantia de meios adequados de
saneamento para o atendimento da população rural, incluindo neste campo os serviços de coleta
e tratamento do esgoto doméstico (BRASIL, 2007). Dessa forma, pode-se dizer que a FSB e
qualquer outra tecnologia com a mesma finalidade apenas será acessível ao seu público-alvo se
desenvolvidas políticas públicas que propiciem esta acessibilidade. Exemplo disso foi o caso
dos biodigestores de domo fixo na China, onde o Estado promoveu formações técnicas e
incentivos fiscais que propiciaram a disseminação desta tecnologia ao longo das últimas
décadas (GREGORY, 2010).
Outro ponto relevante no diálogo ente a FSB e as questões socioeconômicas do campo
é o potencial do uso agrícola de esgotos na redução da pobreza e segurança alimentar das
comunidades (WHO, 2006). Diante disso, técnicas de manejo ou modificações construtivas que
90
tornem este sistema mais eficaz na remoção de patógenos seriam importantes para ampliar suas
categorias de uso, atingindo, além de “culturas que se desenvolvem distante do nível do solo”,
hortaliças e plantas medicinais, essenciais para a manutenção da saúde e segurança alimentar
dos agricultores familiares.
As formas de apropriação da FSB e sua “aceitação” em projetos de saneamento rural no
Brasil não puderam ser abordadas de forma qualitativa nesta pesquisa. Para mais informações
sobre o assunto, sugere-se a consulta dos estudos publicados por Ramos (2017); Martinetti
(2015) e Britto (2009).
Simplicidade
A FSB, da forma como se apresenta hoje nas cartilhas e manuais de construção, é um
sistema bastante simples, que utiliza como técnicas de manejo apenas a inserção mensal de
esterco e a retirada do efluente do último reator após o seu preenchimento. Todavia, os
resultados obtidos nesta pesquisa apresentam indícios de que tais técnicas de manejo não
fornecem a segurança adequada aos produtores que a utilizam, na medida em que possibilitam
o contato com um efluente ainda com elevadas concentrações de patógenos. A inserção de
“cuidados adicionais”, conforme sugerido nos itens anteriores, deve agregar certa
complexidade ao manejo do efluente, o que ocasionalmente pode influenciar em sua
acessibilidade e aceitação pela comunidade.
A grande questão é: como tornar seguro e “simples” o reúso agrícola do efluente de um
sistema local, considerando as significativas variações na qualidade e quantidade da água fecal
bruta afluente do sistema? E mais: como viabilizar isso em um país ainda sem uma
regulamentação do reúso agrícola de águas residuárias e sem modelos de gestão em saneamento
adequados à realidade socioeconômica e cultural das áreas rurais? Longe de ser uma razão para
vetar o uso da Fossa Séptica Biodigestora, todos estes desafios devem ser considerados quando
se reflete sobre a simplicidade que se requer para este tipo de sistema.
Ainda no tema simplicidade x eficácia/segurança, outra questão pertinente são as
diversas adaptações construtivas e de manejo identificadas no estudos aqui discutidos (Quadro
6). A exemplo do sistema de Cachoeira do Campo (FBCC), cuja motivação da entrada pela
parte inferior do Reator 1 foi resultado de uma simples “confusão” do pedreiro que a construiu,
estas adaptações são inevitáveis e, inclusive, fazem parte do caráter de Tecnologia Social da
FSB. Ou seja, de uma tecnologia que se propõe “a ser desenvolvida e praticada na interação com a
população e apropriada por ela”(RODRIGUES; BARBIERI, 2008).
91
Sobre os desafios que permeiam a disseminação de tecnologias sociais em políticas públicas,
Costa (2013, p.13) afirma que:
“Pensar em tecnologia social como estratégia de inclusão pela via governamental
requer uma série de cuidados e a superação de muitos desafios (...). Por exemplo, ao
implementar uma tecnologia social como política pública, corre-se o risco de impor
uma padronização desta tecnologia, perdendo de vista a dimensão da produção e
construção com os saberes, práticas e especificidades das comunidades participantes.
A depender da metodologia adotada para reaplicação e dos arranjos desenhados entre
Estado e sociedade civil, essas características seminais de uma tecnologia social
podem se perder, levando a situações de replicação de tecnologias em uma perspectiva
difusionista, o que obviamente deixaria de se caracterizar como tecnologia social. ”
Tendo em vista o desafio inerente à escolha de tecnologias sociais como propostas para
o tratamento de esgoto em áreas rurais, é importante lembrar que a participação da população
é sempre sugerida como forma de garantir a efetividade da solução tecnologica, pois “a vivência
cotidiana da população com a situação problema, aliada a seus conhecimentos e suas diferentes
formas de saberes, lhes confere capacidade de participar do processo de pesquisa e
desenvolvimento da tecnologia” (COSTA, 2013, p.19).
Partindo deste pressuposto, uma possível alternativa para minimizar os riscos à saúde
associados ao reúso agrícola do efluente da FSB seria o desenvolvimento de métodos
qualitativos – e participativos – de análise deste efluente. Um exemplo disso são os Protocolos
de Avaliação Rápida – PAR de rios, que geram dados representativos da qualidade dos
ecossistemas fluviais ao longo do tempo, sem que sejam necessários custos altos e profissionais
especializados no assunto (BIZZO; MENEZES & ANDRADE, 2014).
Alinhamento com as diretrizes do saneamento ecológico
A partir do que se discutiu no item 3.3, a priori a FSB cumpre todos os principais requisitos para
ser considerada uma tecnologia alinhada ao saneamento ecológico. Ou seja: é um sistema
descentralizado; que trata um efluente separado desde a sua fonte; e que tem como objetivo principal o
reúso de um dos subprodutos deste tratamento. Por outro lado, destaca-se que estes critérios também
não são suficientes e que “não existe um conjunto específico de tecnologias que se encaixe dentro do
paradigma do saneamento ecológico; já que as próprias tecnologias de saneamento não são sustentáveis
por si, mas apenas em relação a como elas são utilizadas em seu ambiente
imediato”(LANGERGRABER & MUELLEGGER, 2005).
Desse modo, não cabe neste item uma avaliação da FSB como tecnologia isolada de sua
realidade, mas sim de como tem ocorrido a integração da FSB com os demais subsistemas de produção
e a adaptação das propriedades rurais à atividade de reúso agrícola de águas residuárias. Tais
informações não puderam ser levantadas por meio desta pesquisa, devendo também ser investigadas
com mais profundidade em estudos futuros.
92
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
1. A revisão de literatura identificou uma clara concentração da produção científica sobre a
FSB no eixo Sul-Sudeste e principalmente no estado de São Paulo, onde localiza-se a
Embrapa Instrumentação Agropecuária. Junto a isso, foi constatado que cerca de 42% dos
materiais publicados sobre este sistema possui algum tipo de ligação com a Embrapa, o
que significa que até hoje esta instituição continua à frente de grande parte das pesquisas
relacionadas à FSB e de seus projetos de implantação. A abordagem mais recorrente nas
publicações avaliadas foram os relatos de projetos de implantação da FSB (36%), seguida
de materiais que fazem a descrição da tecnologia a partir de dados secundários (24%).
Estudos que produziram dados primários sobre o desempenho da FSB no tratamento de
águas fecais somam 16% do total, ou seja, 17 estudos.
2. A FSB apresenta um bom desempenho no tratamento anaeróbio de águas fecais e alcança
satisfatoriamente os objetivos de um tratamento secundário. A temperatura, o oxigênio
dissolvido e o pH interno do sistema mostraram-se adequados à digestão anaeróbia em
todos os estudos analisados. Os dados da literatura e da FBCC apontaram uma ótima
capacidade de remoção de matéria orgânica biodegradável, atingindo índices maiores do
que 90% de remoção de DBO, dependendo da época da coleta e do TDH do sistema. O
tratamento também possui capacidade de gerar um efluente com altos teores fósforo e
nitrogênio, que pode atuar como condicionador do solo e contribuir para a diminuição da
dependência da agricultura familiar em relação aos insumos agrícolas externos.
3. A amostragem em duas profundidades diferentes na FBCC evidenciou o acúmulo de lodo
na parte inferior dos reatores, onde ficou retida parte da matéria orgânica carbonácea, do
fósforo e dos microrganismos patogênicos removidos do efluente. Por conseguinte,
constatou-se que todos os valores apresentados na literatura estavam muito distantes das
características identificadas neste lodo, o que dá indícios de que os demais autores que
avaliaram o desempenho da FSB coletaram amostras apenas na porção superior dos
reatores. Dessa forma, não existe até o momento dados sobre a taxa de produção de lodo
neste sistema nem consenso sobre a necessidade ou periodicidade de remoção de tal
resíduo.
93
4. A FBCC apresentou uma capacidade de remoção de 3,63 Log10 para E. coli; 1,2 Log10
para Salmonella sp., 3,06 Log10 para Enterococcus spp. e 2,5 Log10 para HAdV. As
concentrações médias destes indicadores no efluente foram respectivamente 2,8.104
NMP/100 ml; 4,57 UFC/ml de Salmonella sp; 1,26.10³ NMP/100ml de Enterococcus spp.
e 1,81.104 UFP/ml de HAdV. Considerando as recomendações da OMS, este efluente pode
ser utilizado para: fertirrigação no caso de culturas que se desenvolvem distantes do nível
do solo (ex: frutíferas); em cultivos de alto nível tecnológico e produção mecanizada; ou
por meio de técnicas de irrigação com elevado potencial de minimização da exposição (ex:
irrigação subsuperficial)
5. O estudo de um ciclo de funcionamento da FSB revelou que após a adição de esterco
bovino na FSB registra-se o aumento da concentração de biomassa no sobrenadante do
Reator 1 e um processo de decaimento endógeno no lodo dos três reatores. Além disso,
verificou-se um incremento de 74% na eficiência de remoção da DBO nos dias posteriores
à adição do inóculo e aumento da concentração de E. coli no sobrenadante de todos os
reatores. Não foram identificadas alterações relevantes decorrentes da adição do inóculo
no pH, na concentração de nutrientes, nas concentrações de Salmonella sp e de HADV.
6. Potencialidades da FSB: é uma tecnologia social de baixo custo e simples manejo, capaz
de transformar um efluente que normalmente seria descartado em corpos hídricos em fonte
de nutrientes e matéria orgânica para o solo; obedece aos princípios do saneamento
ecológico; contribui para a autonomia produtiva e segurança alimentar dos agricultores
familiares e para a diminuição do consumo de fertilizantes químicos; ajuda na manutenção
do equilíbrio ambiental nas áreas onde está implantada.
7. Limitações da FSB: a variabilidade na qualidade e na vazão do afluente dificulta o controle
dos usuários sobre as concentrações efluentes de sólidos, matéria orgânica, nutrientes e,
principalmente, de indicadores microbiológicos; as alterações em aspectos construtivos e
no manejo resultantes da interação da tecnologia com a comunidades também dificultam o
controle sobre o desempenho do sistema, agregando maior risco ao uso agrícola de seu
efluente; ausência de regulamentação brasileira sobre o reúso agrícola de efluentes
domésticos; possível necessidade de remoção periódica do lodo; risco de contaminação de
produtores e consumidores em caso do manejo inadequado do efluente.
94
8. Sugere-se como temas para estudos futuros:
▪ O monitoramento a longo prazo do ciclo de funcionamento da FSB, buscando padrões
de comportamento nos parâmetros físicos, químicos e, sobretudo, nos indicadores
microbiológicos;
▪ A cinética das reações na FSB, com ênfase no processo de respiração endógena;
▪ Desenvolvimento de formas de extração e manejo seguro do lodo produzido na FSB;
▪ Análise do desempenho do sistema na remoção de ovos de helmintos em termos
quantitativos;
▪ Avaliação da correlação entre o TDH do sistema e sua eficiência de remoção de
patógenos e matéria orgânica;
▪ Testes com inserção do inóculo em intervalos maiores do que um mês e
acompanhamento dos sistemas a longo prazo;
▪ Avaliação do nível de integração da FSB com os demais subsistemas existentes em
propriedades rurais de pequeno porte;
▪ Desenvolvimento de métodos qualitativos de análise do efluente da FSB (Protocolos de
Avaliação Rápida);
95
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104
APÊNDICE A – METODOLODIA DE ANÁLISE DE ADENOVÍRUS HUMANOS
Concentração das amostras para análise viral:
As partículas virais foram concentradas pelo método de Polietilenoglicol, seguindo o
protocolo descrito por Fongaro et al. (2014). Para este procedimento foram utilizados 20mL de
amostras dos sistemas, acrescidas de 20 ml de solução fosfato-salina (PBS 1×). Em tubos de
centrífuga, foram adicionados 20 ml de cada amostra e inoculados 200 µL de Cloreto de
alumínio (AlCl3), o pH foi ajustado para 3,5 e as amostras permaneceram em agitação durante
30 min. Após 2500 g por 30 min de centrifugação, o sobrenadante foi descartado e
o pellet ressuspendido em 10 ml de tampão glicina [0,25M – pH 9,5]. As amostras
permaneceram sob agitação durante 1h e posteriormente o pH foi ajustado para 7,0. As amostras
foram novamente centrifugadas, a uma velocidade de 10.000 g durante 30 min a 4ºC e
posteriormente o sobrenadante foi coletado e transferido para um novo tubo de centrifuga.
Adicionou-se 8% de Polietielenoglicol (PEG) 6000 ao sobrenadante coletado, deixando-se sob
agitação por 2h a 4ºC. Após isso, as amostras foram centrifugadas a 10000 g por 90 min a 4ºC,
o sobrenadante foi descartado e o pellet ressuspendido em 20 ml de PBS 1× [0,1 M – pH 7,2].
Por fim, as amostras foram aliquotadas em tubos Eppendorf de 2 ml de onde seguiram para
análises de viabilidade viral, imediatamente.
Cultivo de células animais
Células A549, derivada de carcinoma de pulmão humano, permissivas à infecção in
vitro pela maioria dos Adenovírus humanos, obtida através da American Type Culture
Collection (ATCC), foram cultivadas em garrafas com filtros acoplados às tampas e área de
crescimento de 125 cm², utilizando Meio Minimo Essencial Dulbecco com sais de Eagle’s e
alta concentração de glicose (DMEM high glucose 1x) (Gibco), suplementado com 5% de Soro
Fetal Bovino (SFB) (Gibco) e 1% de Piruvato de Sódio [100 mM] (Gibco).
Citotoxicidade amostraL
Para determinação da citotoicidade das amostras, as células A549 foram cultivadas na
densidade 3,0×105 células/ml em placas de 24 poços, durante 24h até atingirem a confluência.
Inicialmente, foram realizadas diluições das amostras em Minimum Essential Medium Eagle
(MEM 1×) nas proporções: 1:10; 1:100 e 1:1000. Em seguida, a monocamada celular foi lavada
uma vez com PBS 1×. Foram inoculados 150 µL das amostras nas respectivas diluições, em
duplicada, permanecendo durante 60 min a 37ºC sob atmosfera de 5% de CO2, com intervalos
105
de 15 min para homogeneização das amostras. Posteriormente, o inóculo foi aspirado e o meio
de manutenção (DMEM high glucose suplementado com 4% de SFB, 2% de antibióticos PS
[(Penicilina G [100 U/ml] e Sulfato de estreptomicina [100 µg/ml]), 2% de Anfotericina B
[0,025 µg/ml], 2% de Cloreto de Magnésio (MgCl2 [25 mM] e 1% de Piruvato de sódio [100
mM]), foi adicionado. Durante o período de 5 dias, foram realizadas observações diárias em
microscópio invertido, a fim de verificar possíveis alterações morfológicas nas células.
Quantificação de Adenovírus infecciosos
a. Ensaios de Placas de lise
Com objetivo de quantificar os Adenovírus humano infecciosos, utilizou-se o ensaio de
formação de Placas de Lise, adaptado de Cromeans et al., 2008. As células A549 foram
cultivadas na densidade de 3,0x105 células/ml em placas de 6 cavidades. Após 2 confluência,
as células foram infectadas com o fluído viral de HAdV-2 (controle positivo), meio de
crescimento (controle negativo) e com amostras concentradas para quantificar HAdV
infecciosos.
Para as amostras, foram utilizadas diluição não citotóxica (1:100) inoculado diretamente
em DMEM alta glicose 1×. As monocamadas celulares foram inoculadas com 300 ul de cada
diluição amostral, em triplicata, incubadas por 60 min a 37ºC sob atmosfera de 5% de CO2,
realizando homogeneização em intervalos de 15 min. Após, adicionou-se o meio de manutenção
composto por DMEM alta glicose 2× suplementado com 2% de piruvato de sódio [100 mM],
2% de PS, 2% de Anfotericina B [0,025µg/mL], 2% de MgCl2 e de 4% SFB, sendo diluídos
em volume igual de Bacto-ágar (BD Biosciences) a 0,6%, previamente aquecido a 56°C. Em
cada cavidade da placa, adicionou-se 2,5 ml dessa mistura e incubou-se a 37°C em atmosfera
de 5% de CO2. Após o período de incubação de 5 dias o meio foi aspirado e a monocamada
celular fixada e corada com 1 ml da solução de Cristal Violeta. O número de Unidades
Formadoras de Placas (UFP) foi contabilizado.
