ESTUDOS, PESQUISA E CAPACITAÇÃO PRODUÇÃO MAIS LIMPA EM SANEAMENTO • • • • Plano de Segurança da Água Reuso de Águas Residuárias Reaproveitamento de Lodo de Esgoto Tecnologias de Tratamento PESQUISA E DESENVOLVIMENTO ESTUDOS, PESQUISAS E CAPACITAÇÃO MICROBIOLOGIA SANITÁRIA • Indicadores Bacteriológicos Coliformes totais e termotolerantes E.coli Enterococos • Pesquisa de Patógenos – Significado Ambiental • Avaliação Quantitativa de Risco Microbiológico Ferramenta para Tomadores de Decisão REDE DE LABORATÓRIOS DE REFERÊNCIA EM MICROBIOLOGIA APLICADA AO SANEAMENTO AMBIENTAL Subrede Saneamento - Microrganismos Patôgenicos Período: Novembro de 2007 a Junho de 2010 Rede PROSAB Microbiologia para o Saneamento Básico OBJETIVO DA REDE Constituir uma Rede de Laboratórios de Referência visando dotar o país de infra-estrutura em Microbiologia Aplicada ao Saneamento Ambiental • Pesquisar, desenvolver e validar métodos analíticos: baixo custo e pequena complexidade • Desenvolver e disponibilizar Protocolos (POPs) de métodos microbiológicos clássicos e avançados • Estabelecer indicadores microbianos confiáveis para melhor avaliar a qualidade sanitária ambiental • Capacitação de pesquisadores e profissionais da área de saneamento Instituições Participantes da Encomenda MCT/FINEP e Projetos Aprovados INSTITUIÇÃO Dept. Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, USP – Lab. Virologia Dept. de Prática de Saúde Pública, Faculdade de Saúde Pública, USP – Lab. Saúde Pública em Saneamento Ambiental Dept. Análises Ambientais, Companhia Ambiental do Estado de São Paulo – Lab. Microbiologia e Parasitologia Dept. Engenharia Hidráulica e Saneamento, Escola de Engenharia de São Carlos, USP – Lab. Processos Biológicos Dept. Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA), Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais – Lab. Microbiologia Dept. Microbiologia Geral, Instituto de Microbiologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro – Dept. Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, USP – Lab. Microbiologia Ambiental Dept. Genética, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará. PROJETO Vírus entéricos humanos em água e resíduos sólidos Detecção e genotipagem de Aeromonas, Cryptosporidium e Giardia em amostras ambientais Risco Microbiológico Associado à Água de Reuso e Lodo de Esgoto: Subsídios para a Regulamentação de Critérios Microbiológicos. Desenvolvimento, Consolidação e Aplicação de Técnicas Cromatográficas e Microbiológicas para Monitoramento de Reatores. Consolidação de técnicas para caracterização e quantificação de microrganismos em Sistemas de Tratamento de Efluentes líquidos Desenvolvimento de estratégias polifásicas para biorremediação e monitoramento de solos contaminados por resíduos sólidos urbanos Desenvolvimento e validação de técnicas de análise biofilmes e de isótopos estáveis para o setor de saneamento - SIPFILME RESUMO MATRIZ / LABORATÓRIOS Microrganismo Efluente Líquido ICB/USPa FSP/USP Indicadores Lodo de Esgoto CETESBb ICB/USP FSP/USP X CETESB X A. hydrophilla X Giardia X X X X Cryptosporidium X X X X Enterovirus X X X Adenovirus X X Virus da HepatiteA X X Rotavirus X X Ovos viáveis Ascaris a. ETE b. A – esgoto bruto e tratado Bruto e tratado X X ETEs ESTUDADAS – Efluentes Líquidos PONTOS DE COLETA ETE A ETE B ETE C ETE D TIPO DE TRATAMENTO Lodo ativado convencional, filtração (cesto, areia/antracito e cartucho 1 micron) e desinfecção com cloro Reator anaeróbico de fluxo ascendente, sistema aeróbio MBBR, adição de cloreto férrico antes da decantação, e desinfecção com cloro Lodo ativado convencional, filtração (filtro cesto, filtro areia/antracito) desinfecção com cloro LAN / LF / Maturação / Filtro de pedra Amostragem Efluentes Líquidos: • Período: Fevereiro a Dezembro de 2009 • Frequência: Bimestral • Esgoto bruto e tratado • Total de amostras: 24 esgoto bruto e 24 esgoto tratado Indicadores #/100mL CTt E.coli Enterococos C.perfringens Fagos somáticos Fagos F-specificos 103 104 105 106 107 108 Patógenos #/100L 100 101 102 103 104 105 106 Enterovirus Giardia Cryptosporidium Ascaris 100 102 104 106 Concentração (log 10) esgoto bruto 108 100 101 102 103 104 105 Concentração (log 10) esgoto tratado ETE C – Esgoto bruto 1,E+07 4,E+06 5,E+06 NC / 100 mL 1,E+06 1,E+06 2,E+05 3,E+05 1,E+05 1,E+04 1,E+04 1,E+03 CTt E.coli Enterococos C.perfringens Fagos som Fagos F esp ETE C – Esgoto tratado 10000 2290 2360 1159 463 NC / 100 mL 1000 542 73 100 10 1 CTt E.coli Enterococos C.perfringens Fagos som Fagos F esp ETE D – Esgoto bruto 1,0E+08 3,9E+07 2,5E+07 NC / 100 mL 5,9E+06 1,0E+07 1,5E+06 3,8E+05 1,0E+06 1,2E+05 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 CTt E.coli Enterococos C.perfringens Fagos som Fagos F esp ETE D – Esgoto tratado NC / 100 mL 10000 2188 1493 849 1000 197 53 100 10 3 1 CTt E.coli Enterococos C.perfringens Fagos som Fagos F esp Turbidez A B C D Enterovírus - Esgoto bruto RESULTADOS (UFP/L) ETE Concentração Concentração mínima máxima Média Geométrica A 1 117 16,4 B 3 543 18,1 C 4 189 37,7 D 0,5 239 19,3 Enterovírus - Esgoto tratado ETE Número (%) amostras positivas A RESULTADOS (UFP/L) Concentração mínima Concentração máxima 3 (50) <0,025 0,7 B 2 (33) <0,025 1 C 4 (67) <0,025 0,8 D 2 (33) <0,025 0,05 PROTOZOÁRIOS – Giardia sp ETE A B C D Cistos/L (Média Geométrica) Esgoto Bruto 3,3x103 1,0x103 3,9x103 9,3x103 Esgoto Tratado 18,5 5,8 3,3 0,06 Protozoários Cryptosporidium sp – esgoto bruto 100 No oocistos/L 32 12 12 Barueri C M.Alto D 10 1 ABC A Ovos viáveis de Ascaris sp Esgoto bruto RESULTADOS (ovos viáveis/L) ETE Número (porcentagem) de amostras positivas Concentração mínima Concentração máxima A 5 (83) <0,2 1,4 B 2 (33) <0,2 0,5 C 5 (83) <0,2 3,4 LODO DE ESGOTO ETEs Estudadas – Lodo de Esgoto Processo de tratamento ETE 1 2 3 4 5 6 Fase líquida Fase sólida Lodo ativado convencional Lodo ativado convencional Lodo ativado alimentação escalonada e em nível secundário Digestor e filtro prensa Digestor e filtro prensa Filtro biológico Lagoas Aeradas de Mistura Completa / Lagoas de Sedimentação . Lodo ativado com aeração prolongada Q* Atual (L/s) Tempo Adiciona ao processo de Idade detenção Lodo gerado condicionamento lodo digestor (ton/dia) Cal FeCl3 Polímero dia dia 7000 300 - Sim Sim 5 19 750 37 Sim Sim - 6 60 Flotadores seguidos de filtro prensa 2300 88 Sim Sim - 6 Digestor, centrífuga e leito de secagem (15 dias) 110 7 - - Sim Centrífuga e secagem ao ar > 40 dias em leiras com revolvimento 900 28 - - Sim 4-5 Prensa desaguador a 125 10-12 - - Sim 20 10,5 Amostragem – Lodo de Esgoto Tratado 2009: Seis campanhas de amostragem bimestrais, seis diferentes ETEs, ESP Coleta em potes de poliestireno estéreis Transporte sob refrigeração e análise no prazo máximo de 24 horas após a coleta Concentrações de enterovirus (UFP/gST) obtidas por ETE ETEs Média e desvio padrão das porcentagens de recuperação de enterovírus em lodo de esgoto ETEs 1 2 3 4 5 6 Média 15,6 18,0 12,2 13,4 6,1 9,5 Desvio Padrão 19,1 29,1 7,9 15,0 3,3 6,6 Vírus Entéricos – Porcentagem de Amostras Positivas Diversidade de Vírus Entéricos Isolados em Lodo de Esgoto Avaliação Quantitativa de Risco Microbiológico AQRM Grupo de Trabalho: CETESB: Maria Inês Z. Sato e Elayse M. Hachich FSP / USP: Maria Tereza P. Razzolini e Adelaide Nardocci EACH / USP: Marcelo Laureto Aplicação dos dados obtidos no projeto e dados pretéritos da ETE do ABC para a AQRM para diferentes cenários exposição à águas de reúso e lodo de esgoto VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. AVALIAÇÃO DE RISCO POR ENTEROVÍRUS NA APLICAÇÃO DE LODO DE ESGOTO NA AGRICULTURA Maria Inês Z. Sato1, Maria Tereza P. Razzolini2, Adelaide C. Nardocci2, Elayse M. Hachich1, Maria Inés J. N. Gonzales3, Marcelo S. Lauretto4 1 CETESB, 2 FSP/SP, 3UNAM, México, 4EACH/USP VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Materiais e Métodos Avaliação Quantitativa de Risco Microbiológico • Cenário 1: Ingestão direta • Cenário 2: Ingestão de lodo incorporado no solo (lodo/solo) Taxas de aplicação: 2, 5, 10, 15, 20 e 30ton/ha • Taxas de ingestão – adultos, área externa mínima de 50mg/dia (LaGoy, 1987) máxima de 480mg/dia (Hawley, 1985) VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Resultados Concentração média observada nas amostras Recuperação média Concentração média corrigida Percentil 95% das concentrações corrigidas obtidas através das simulações 2,23 UFP/g 17,24% 12,96 UFP/g 546,42 UFP/g VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Resultados Cálculo do risco diário e anual de infecção, considerando ingestão de 50mg/dia e 480 mg/dia de lodo* Ingestão 50mg/dia Ingestão 480mg/dia Risco Diário Risco Anual Risco Diário Risco Anual 1,29E-3 (4,71E-2) 2,56E-2 (6,19E-1) 1,22E-2 (2,70E-1) 2,17E-1 (9,98E-1) *Concentração média de Enterovírus (Percentil 95%) VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Resultados Cálculo do risco diário e anual de infecção, considerando ingestão de 50 e 480mg/dia de mistura solo/lodo, para diferentes taxas de aplicação Taxa Aplic. (ton/ha) 2 5 10 15 20 30 Ingestão 50mg/dia Risco Diário Risco Anual 1,30E-6 2,59E-5 (5,15E-5) (1,03E-3) 3,24E-6 6,48E-5 (1,29E-4) (2,57E-3) 6,48E-6 1,30E-4 (2,57E-4) (5,14E-3) 9,73E-6 1,95E-4 (3,86E-4) (7,69E-3) 1,30E-5 2,59E-4 (5,15E-4) (1,02E-2) 1,95E-5 3,89E-4 (7,71E-4) (1,53E-2) Ingestão 480mg/dia Risco Diário Risco Anual 1,24E-5 2,49E-4 (4,94E-4) (9,83E-3) 3,11E-5 6,22E-4 (1,23E-3) (2,44E-2) 6,22E-5 1,24E-3 (2,46E-3) (4,81E-2) 9,34E-5 1,87E-3 (3,68E-3) (7,11E-2) 1,24E-4 2,49E-3 (4,90E-3) (9,36E-2) 1,87E-4 3,73E-3 (7,32E-3) (1,37E-1) VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Conclusão • Os valores de risco estimados utilizando-se as concentrações de Enterovírus correspondentes ao percentil 95% foram elevados e são relevantes na definição de padrão de referência para exposição ocupacional da aplicação de lodos de esgoto na agricultura uma vez que objetivo é limitar o risco para os indivíduos mais expostos. VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Considerações Estudos futuros devem considerar: • a eficiência de barreiras de proteção, como utilização de equipamentos de proteção individual, técnicas de aplicação, treinamento técnico dos trabalhadores dentre outros; as quais podem reduzir a exposição e, portanto os riscos. • outros genêros de vírus entéricos considerados na Resolução CONAMA 375/2006 (Brasil 2006) incluindo o Adenovírus considerado um indicador de contaminação viral devido a sua maior resistência às condições ambientais REUSO DE AGUA NA AGRICULTURA Consumo de vegetais crus QMRA - REUSO DE AGUA - CENÁRIOS Patógenos de interesse: Vias de exposição Giardia lambia Consumo de vegetais crus irrigados com água de reúso Ascaris lumbricoides Limpeza de ruas Cryptosporidium parvum Irrigação de jardins Enterovirus Exposição de trabalhadores na agricultura População exposta: Crianças < 10 anos e adultos Crianças < 10 anos em área rural e agricultores Vegetais consumidos crus Alface Cebola Cenoura Tomate Morango Agrião QMRA - REÚSO DE AGUA - DADOS d = WWCpat x REtrat x Vveg x IRch x RElav x f Cryptosporidium Giardia Enterovirus Ascaris cistos/L cistos/L UFP/L ovos viáveis/L 33 4376 21 1.5 2 2.5 2 2 Média Redução Tratamento* água retida* (log) tomate agrião cenoura cebola morango alface mL/100g 0.36 13.5 5 5 10.8 10.8 dias 150 52 104 20 24 150 Freq Cultivo Frequência consumo (d/ano) Alface 150 d/ano (WHO, 2006; Shuval, 1997) Cebola 20 d/a (WHO, 2006) Cenoura 2 x semana i.e 104 d/ano Tomate 150 d/ano Morango 2 x semana x 3 meses i.e 24 d/ano Agrião 52 d/ano i.e 1 vez x semana * Dados obtidos da literatura QMRA - REÚSO DE ÁGUA - DADOS d = WWCpat x REtrat x Vveg x IRch x RElav x f Consumo de cultivo x grupos etários* Cultivo 1-4a 5-9a 10-14a 30-39a >60a tomate g/d 60.4 74 80.6 81.3 117.8 agrião g/d 11.5 22.1 28 46.5 47.2 cenoura g/d 101.5 134.1 157.4 156.8 169.4 cebola g/d 101.5 134.1 157.4 156.8 169.4 morango g/d 60.4 74 80.6 81.3 117.8 alface g/d 11.5 22.1 28 46.5 47.2 Barreiras para redução de risco (log) Cryptosporidium Giardia Enterovirus Ascaris Redução Tratamento 2 2.5 2 2 Redução Lavagem (colheita) 1 1 1 1 Redução Lavagem (consumo) 1 1 1 1 * Fonte: EPA, 2009 QMRA - REÚSO DE ÁGUA – CÁLCULO DE DOSE Modelo exponencial Pin = 1− e(-r x d) Patógeno Modelo β-Poisson Pin ≈ 1 – [1 + d/β]-α Pin ≈ 1 – [1 + (d/N50)(21/α – 1)]-α d = dose diária r, α, β, N50 = parâmetros dos modelos d = WWCpat x REtrat x Vveg x IRch x RElav x f Piny = 1 – (1 – Pin)n n ~ Frequência de exposição Pin = probabilidade de infecção pppd (por pessoa por dia) Piny = probabilidade de infecção pppa (por pessoa por ano) QMRA - MODELOS DOSE-RESPOSTA Giardia lambia Exponencial r = 0.0199 Rose & Gerba (1991) Cryptosporidium parvum Exponencial r = 0.0042 Dupont et al (1995) Ascaris lumbricoides Beta-Poisson α = 0.104 β = 1.096 Navarro et al (2009) α = 0.374 β = 186.69 Schiff et al (1984); Regli et al (1991) Enterovirus Echovirus 12 Beta-Poisson QMRA - REUSO DE ÁGUA - RESULTADOS Cultivo Probabilidade de infecção (risco) anual c/tratamento para Cryptosporidium parvum 1-4a 5-9a 10-14a 30-39a >60a tomate 4.52E-05 5.54E-05 6.03E-05 6.08E-05 8.82E-05 agrião 1.12E-04 2.15E-04 2.72E-04 4.52E-04 4.59E-04 cenoura 7.31E-04 9.66E-04 1.13E-03 1.13E-03 1.22E-03 cebola 5.95E-03 7.85E-03 9.21E-03 9.18E-03 9.91E-03 morango 2.17E-04 2.66E-04 2.90E-04 2.92E-04 4.23E-04 alface 2.58E-04 4.96E-04 6.28E-04 1.04E-03 1.06E-03 Probabilidade de infecção (risco) anual c/tratamento para Giardia lambia Cultivo 1-4a 5-9a 10-14a 30-39a >60a tomate 9.05E-03 1.11E-02 1.21E-02 1.22E-02 1.76E-02 agrião 2.22E-02 4.23E-02 5.33E-02 8.69E-02 8.82E-02 cenoura 1.37E-01 1.77E-01 2.04E-01 2.03E-01 2.18E-01 cebola 2.79E-02 3.67E-02 4.29E-02 4.27E-02 4.61E-02 morango 4.27E-02 5.20E-02 5.65E-02 5.70E-02 8.15E-02 alface 5.06E-02 9.49E-02 1.19E-01 1.89E-01 1.92E-01 QMRA - REUSO DE AGUA RESIDUAL - RESULTADOS Cultivo Probabilidade de infecção (risco) anual c/tratamento para Enterovirus (Echovirus 12) 1-4a 5-9a 10-14a 30-39a >60a tomate 1.37E-05 1.68E-05 1.83E-05 1.85E-05 2.68E-05 agrião 3.40E-05 6.53E-05 8.27E-05 1.37E-04 1.39E-04 cenoura 2.22E-04 2.93E-04 3.44E-04 3.43E-04 3.71E-04 cebola 4.27E-05 5.64E-05 6.62E-05 6.60E-05 7.13E-05 morango 6.59E-05 8.07E-05 8.79E-05 8.86E-05 1.28E-04 alface 7.84E-05 1.51E-04 1.91E-04 3.17E-04 3.22E-04 Cultivo Probabilidade de infecção (risco) anual c/tratamento para Ascaris lumbricoides 1-4a 5-9a 10-14a 30-39a >60a tomate 4.64E-05 5.69E-05 6.19E-05 6.25E-05 9.05E-05 agrião 1.15E-04 2.21E-04 2.80E-04 4.64E-04 4.71E-04 cenoura 7.51E-04 9.92E-04 1.16E-03 1.16E-03 1.25E-03 cebola 1.44E-04 1.91E-04 2.24E-04 2.23E-04 2.41E-04 morango 2.23E-04 2.73E-04 2.97E-04 3.00E-04 4.34E-04 alface 2.65E-04 5.09E-04 6.45E-04 1.07E-03 1.09E-03 CAPACITAÇÃO - CURSOS • Fundamentos de técnicas moleculares aplicadas ao saneamento ambiental – FSP /USP • Curso Básico de Culturas celulares – ICB / USP CETESB • Controle de qualidade analítica em laboratórios de análises microbiológicas de água • Técnicas de análise microbiológica da água: membrana filtrante • Interpretação da Norma ABNT NBR ISO 17025 • Análises de Giardia sp e Cryptosporidium sp em amostras de água • Detecção e quantificação de ovos viáveis de Ascaris sp em esgoto bruto e tratado • Introdução a Avaliação Quantitativa de Risco Microbiológico Rede PROSAB Microbiologia para o Saneamento Básico • 74 Procedimentos Descritos: 36 da área de Saneamento • 11 Documentos Básicos Coordenador: Prof. René Schneider – ICB / USP Sub coordenadora: Dra . Maria Inês Z. Sato - CETESB http://www.prosabmicrobiologia.org.br/ http://www.prosabmicrobiologia.org.br/ http://www.cws.msu.edu/ic-sewage/ DESAFIOS • Capacitação de laboratórios na área ambiental e de saneamento para pesquisa de patógenos • Uso da ferramenta de avaliação de risco microbiológico no estabelecimento de regulamentações e para tomada de decisões • Desenvolvimento tecnológico na área de tratamento – Pesquisas Aplicadas WaterMicro2013 17th International Symposium on Health Related Water Microbiology Florianopolis, Brazil : September 15th – 20th ,2013 Organized by: CETESB; Federal University University of São Paulo, FIOCRUZ and AIDIS of Santa Catarina; WaterMicro2013 Topics: • Water pollution and diseases; • Microbial source tracking; • Catchment protection; • Water reuse and health concerns, • Biofilm studies; • Water and sanitation in developing countries; • Global changes and water quality; • Recreational water and health; • Epidemiology of waterborne diseases; • Microbial risk assessment; • Microbial quality of shellfish growing areas. OBRIGADA Maria Inês Zanoli Sato Departamento de Análises Ambientais CETESB [email protected] VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Materiais e Métodos Análise de incerteza: ajuste através estimadores de máxima verossimilhança: de distribuição Log Normal (-0.152, 1.458) para as concentrações de enterovírus distribuição Beta (2.231, 9.442) para as porcentagens de recuperação A partir dessas distribuições ajustadas, foram simulados 10 mil valores de concentração e recuperação, para obter-se a distribuição final de riscos diários e anuais VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Resultados 0 2 4 6 8 Amostras Ajustado 10 Concentração (UFP/gST) 12 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 o Distrib Acum. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Distrib Acum. Distribuições amostrais acumuladas da concentração e das porcentagens de recuperação e respectivas distribuições ajustadas o 0 10 20 30 40 Amostras Ajustado 50 Tx Recuperação (%) 60 70 VII SIMPÓSIO INTERAMERICANO DE BIOSSÓLIDOS – 26 a 28 de outubro de 2010. Materiais e Métodos • Modelo dose-resposta: Beta-Poisson Echovirus 12 (Haas et al 1999) • Risco diário de infecção PI 1 (1 ( N / )) N = dose (# UFP ingeridas) =0.374 =186.69 • Risco anual de infecção PA 1 (1 PI ) d d = # estimado de dias de exposição / ano = 20 dias