USE FILTERS IN REMOVING NANOPLASTICS IN BRAZIL
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ra10202505312050
Eduardo Filgueiras de Melo
RESUMO
O sistema de tratamento de água potável tem um grande desafio que é a remoção de micro e nanoplásticos do sistema de abastecimento de água, este último sendo o maior desafio. Estudos realizados em inúmeros países comprovam a presença desses plásticos nos rios que abastecem as cidades, e em alguns casos até mesmo os detectam na água potável. A ingestão do plástico e seus componentes geram malefícios à saúde humana, podendo esses serem de cunho físico, químico ou biológico, e são causados pela liberação de componentes como ftalatos, bisfenol entre outros produtos do processo de degradação do polímero. Atualmente, o plástico é um material onipresente no nosso cotidiano, produzido e consumido em larga escala, no entanto, este grande consumo não vem acompanhado do manejo adequado do resíduo produzido pelo seu uso. Hoje em dia, há estudos quanto à utilização de filtros para a remoção de nanoplástico com resultados promissores. A utilização destes filtros traz consigo a capacidade de remoção destas partículas, por conseguinte enfrenta sua baixa taxa de filtração.
Palavras-chave: plástico, microplástico, nanoplástico, água potável, filtros de areia
ABSTRACT
The drinking water treatment system encounter a larger challenge, which is the removal of micro and nanoplastics from the water supply system, the latter being the greatest challenge. Studies conducted in many countries have proven the presence of these plastics in the rivers that supply cities, and in some cases they have even been detected in drinking water. The ingestion of plastic and its components causes damage to human health, which can be physical, chemical or biological, and is caused by the release of components such as phthalates, bisphenol A and other products of the polymer degradation process. Currently, plastic is an omnipresent material in our daily lives, produced and consumed on a large scale; however, this large consumption is not accompanied by adequate management of the detritus produced by its use. Nowadays, there are studies on the use of filters to remove nanoplastics with promising results. The use of these filters brings with it the ability to remove these particles, therefore encounter their low filtration rate.
Keywords: plastic, microplastic, nanoplastic, drinking water, sand filters
1 INTRODUÇÃO
O plástico é um material muito versátil e devido a isso está presente em diversas tarefas do cotidiano. Isso se deve pelo seu baixo preço, facilidade de produção e adaptabilidade, sendo usado desde utensílios domésticos, industriais e até hospitalares. No entanto, a larga escala de consumo deste produto gera uma grande quantidade de resíduos que em sua maior parte não é reciclado e nem mesmo recebe o destino final adequado, contaminando a água, o solo e o ar.
Este material sintético é formado por polímeros e quando entra em processo de degradação, liberam componentes químicos que fazem parte das mais variadas cadeias como: ftalatos, bisfenol entre outros. Com a degradação, o plástico adquire variados diâmetros, desde macroplásticos até nanoplásticos, este último sendo o maior desafio para as tecnologias atuais pela dificuldade de sua detecção devido ao seu tamanho. Estudos realizados em inúmeros países comprovam a presença de microplásticos e nanoplásticos nos rios que abastecem as cidades, e em alguns casos até mesmo nanoplásticos na água tratada. A ingestão do plástico gera malefícios à saúde humana, estes podendo ser de cunho físico, químico ou biológico.
O sistema de tratamento de água potável tem um grande desafio que é a remoção de micro e nanoplásticos do sistema de abastecimento de água potável. A Suíça tem realizado pesquisas com filtros para a remoção de nanoplásticos da água. Contudo, esta é uma tecnologia ainda em desenvolvimento, ou seja, sua disponibilidade é restrita, então na grande maioria dos casos os nanoplásticos não são identificados por ausência de tecnologia para sua detecção e remoção.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Definições de micro e nanoplásticos
O plástico tem as mais variadas finalidades, entre elas: garrafas PET, vestuário, brinquedos, utensílios hospitalares, em muitos casos substituindo elementos como vidro ou metal. O desenvolvimento de tecnologias ligadas à indústria do plástico, bem como sua resistência em diversas condições térmicas, químicas e/ou mecânicas, flexibilidade, baixo custo de produção e leveza, fez com que o uso do plástico fosse tão difundido segundo (Bertoldi e colaboradores, 2022).
Quando os produtos de plástico entram em processo de degradação, seja pela radiação solar, fricção, abrasão entre outros, ele se transforma em partículas menores, originando desde microplásticos até nanoplásticos. Segundo o Painel sobre Contaminantes na Cadeia Alimentar da EFSA de 2016, microplásticos variam de 0,1 a 5.000 μm e nanoplásticos de aproximadamente 1 a 100 nm (0,001–0,1 μm).
Outra definição sobre o diâmetro dos resíduos plásticos é descrita por Sobhani e colaboradores. Os microplásticos são comumente definidos como partículas plásticas com diâmetro entre 0,1 e 5 mm. Já o termo nanoplásticos tem sido utilizado para definir partículas com diâmetro inferior a 0,001 mm, ou 1000 nm (SOBHANI et al., 2020).
O diâmetro do plástico é originado no seu processo de manufaturarão que em muitos casos são em pequeno diâmetro e também os microplásticos secundários originados do processo de degradação.
Os microplásticos primários compreendem os plásticos originalmente manufaturados em tamanho microscópico, por exemplo, aqueles usados em cosméticos, esfoliantes ou pallets de plástico de pré-produção. Por outro lado, são considerados microplásticos secundários os derivados de detritos microscópios originados com a ação de forças mecânicas, oxidação e processos de intemperismo (Strungaru et al., 2019).
2.2 Plásticos no ambiente
O plástico é um produto amplamente consumido e anualmente são produzidas mais de 400 milhões de toneladas de plástico no mundo. O Brasil produz em torno de 11 milhões de toneladas de plástico por ano, posicionando o país como o quarto maior produtor de lixo plástico do mundo, segundo a Fundação Heinrich Boll (VON SSCHOENFELT, 2020). Além disso, o Brasil tem o sistema de coleta, separação e destinação de resíduos ineficientes, destinando grande volume de materiais que poderiam ser reciclados para locais inadequados.
O Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) avalia a quantidade de recicláveis secos recuperados (papel, plástico, metal, vidro e outros), e em 2022 estimou-se que o brasileiro gerou aproximadamente 0,98 quilos (kg) de resíduo sólido por dia. O destino deste resíduo sólido urbano pode ser aterros sanitários (73,7%), aterros controlados (11,9%) ou lixões a céu aberto (14,4%). Dentre os 2.166 municípios participantes, somente 1.579 municípios declararam a composição da massa recuperada de resíduo sólido, neste total se obteve 24,4% de massa de plástico efetivamente reciclada (BRASIL, 2023).
Quando não descartados e reciclados adequadamente, os resíduos plásticos no solo são carreados pelo oceano ou rios, e também pelo ar, chegando em diversos pontos. Já foram detectados microplásticos desde as praias paradisíacas de Fernando de Noronha, até à fossa das Marianas no Oceano Pacífico. Além disso, já foi confirmada a sua presença até mesmo na água engarrafada ou de torneira e também em alimentos consumidos pelo ser humano (Cardoso. S.O.S, Gorish. P, 2023).
Em ambientes aquáticos, a sorção de outros contaminantes no microplásticos pode ocorrer, o que tem sido objeto de estudos, visando elucidar a sua ação como vetores de transporte de outros contaminantes químicos orgânicos utilizados ou não no processamento do polímero. Tais elementos químicos, como ftalatos, bisfenol A e éteres difenílicos polibromados, por exemplo, são conhecidos por interferirem no sistema endócrino. Além desses, compostos inorgânicos, como metais, também podem se associar aos microplásticos (MONTAGNER et al, 2021). No entanto, há um grande desafio para localização de partículas tão pequenas, sendo necessário o emprego de tecnologias avançadas, tanto para sua localização assim como para sua remoção.
Na América do Sul, pesquisas em lagos ou corpos de água são escassos, no entanto, os estudos realizados demonstram a presença de contaminação até nos lugares mais remotos. Pesquisas realizadas nos rios da Patagônia, na Argentina, região com baixo nível de interferência por atividades antropogênicas, encontrou contaminação de microplásticos na faixa de 0,3 a 1,9 itens/m3 (ALFONSO et al., 2020).
Uma pesquisa realizada no Brasil, no estado do Rio Grande do Sul, analisou um dos principais mananciais do estado, o Lago Guaíba, que é responsável por fornecer água doce para a capital (Porto Alegre) com seus mais de 1 milhão de habitantes. Nesse estudo foram encontradas concentrações mais elevadas de microplásticos, na faixa de 11,9 a 61,2 itens/m3, o que está relacionado diretamente à densidade populacional da região (BERTOLDI et al., 2021).
Compreender a contaminação dos sistemas de água doce por micro e nanoplásticos é fundamental, sobretudo, pois estes sistemas comportam grande biodiversidade e são constantemente ameaçados por atividades antrópicas. Além disso, a proteção dos mananciais de água doce é primordial, uma vez que todos os seres vivos, dependem desses sistemas para sua sobrevivência (BERTOLDI, 2022).
2.3 Efeitos Biológicos de Partículas de Plástico nos Seres Vivos
A degradação dos polímeros do plástico o transforma em partículas menores e favorece a liberação dos aditivos químicos que foram necessários para a produção do produto final tais como, estabilizantes, corantes, plastificantes, retardantes de chama, entre outros (Montagner et al, 2021).
Os microplásticos, e principalmente nanoplástico possuem maior potencial de adentrar o corpo humano devido ao seu reduzido diâmetro e podem gerar danos físicos, químicos e biológicos. No primeiro, ocorre a associação do plástico a barreiras físicas, induzindo processos de inflamação; no segundo, ocorre a associação de microplásticos com alguns organismos possivelmente patogênicos; já no terceiro, o papel biológico está relacionado com o fenômeno da adsorção de substâncias nocivas (BUGATTI at al. 2022). Portanto, é fundamental a realização de pesquisas que englobem a retirada desses produtos plásticos do meio ambiente, incluindo das águas de abastecimento (BERTOLDI at al, 2022).
2.4 Tratamento de Água
As tecnologias de tratamento de água no Brasil podem ser classificadas em dois grandes grupos: as de ciclo completo/convencionais e as de filtração direta. O ciclo completo inclui todas as etapas tradicionais do processo (coagulação, floculação, decantação ou flotação, filtração em meio granular e desinfecção) e as de filtração direta englobam filtração ascendente e descendente, dupla filtração e filtração lenta, seguida de desinfecção, que dispensa as etapas de coagulação/flotação e floculação (DUARTE, M. A. C, 2011, pg 41-42).
A metodologia de tratamento de água a ser escolhida depende das características da água a ser tratada. O ciclo completo ou convencional é indicado para água com maior turbidez, mais impurezas, que serão aglomeradas e decantadas. Já quando se utiliza água de maior qualidade, há possibilidade de utilizar metodologias com menos ciclos de tratamento, neste caso utiliza-se filtração direta. Uma variação da filtração direta é a filtração lenta, que é indicada para o tratamento de água de boa qualidade, ou seja, baixa turbidez, cor e densidade de algas. (SILVA. K.M.S, 2020).
As metodologias de tratamento de água utilizadas no Brasil apresentam eficiência adequada quanto à turbidez, presença de algas e coloração entre outras, no entanto, não há descrição sobre a eficiência do sistema quando relacionado à micro ou nanoplásticos. Em uma pesquisa realizada em 2021 foram analisados um total de 9 estudos de 6 países para estações de tratamento de água e 11 estudos de 20 países para água encanada, podendo variar a eficiência da remoção de microplásticos e microfibras entre 78% e 98% se utilizado o tratamento primário em conjunto com o pré-tratamento (Sol et al., 2021).
Esses resultados mostram uma grande variação na eficiência dos sistemas de tratamento de água, desta forma há necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias para a remoção destas partículas da água potável.
2.4.1 Experimento e Modelagem piloto realizada por Eawag do Instituto Federal Suíço de Ciências Aquáticas e Tecnologia.
A utilização de filtros é uma opção para a remoção de nanoplásticos da água potável, principalmente por não destoar da metodologia já utilizada nas estações de tratamento de água. No Brasil, os filtros de camada simples ou dupla já são utilizados em larga escala em diversos sistemas de tratamento de água.
O Instituto Federal de Água, Ciência e Tecnologia da Suíça desenvolveu um experimento piloto que consiste em um sistema de dois filtros protótipos para obtenção de parâmetros. Um dos filtros é de filtragem rápida de areia descendente e outro com carvão ativado, com as dimensões de 2,65 m de altura e meio filtrante de 1,85m por 1,1 m de diâmetro, com maior eficiência na presença de biofilme (PULLIDO at al, 2022).
A utilização de filtros com camada sobrenadante propicia a geração de biofilme e auxilia na geração de uma comunidade microbiana.
O biofilme auxilia na remoção de impurezas da água e funciona como uma parte adicional do filtro, desta forma a sua presença deve ser conservada. Esta camada biológica formada nos primeiros centímetros de meio filtrante auxilia diretamente na remoção e redução de diversos patógenos, além de impactar positivamente nas características físicas e químicas da água, sendo assim dispensável o uso de produtos químicos na filtração (FUNASA, 2019).
Os dados obtidos com o estudo piloto foram utilizados no software “Micro and Nanoparticle transport, filtration and clogging Model – Suite (MNMs)” para estimar a remoção de nanoplástico em uma estação de tratamento de água em escala real utilizando dados do experimento piloto. Os resultados obtidos com a utilização dos dados do sistema piloto foram redução de 58% com a utilização do filtro rápido de areia, já com a interligação deste com o filtro de carvão ativado houve retenção que chegou a 73,4% e por último, a filtragem com os dois anteriores mais o filtro lento de areia, chegou-se a uma eficiência maior que 99% na retenção de nanoplástico (PULLIDO at al, 2022).
A utilização de filtro rápido de areia, carvão ativado e filtro lento de areia conectados em série mostram-se promissores, o último filtro é o que traz maior desafio filtragem devido a sua baixa vazão.
2.5 Filtros e Nanoplásticos
Conforme a Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) 12216 de 1992, o país utiliza de forma normatizada alguns tipos de filtros, são eles: filtros rápidos de camada simples ou dupla, filtro de camada ascendente, filtro lento. Cada tipo de filtro é utilizado conforme padrões de potabilidade da água pré-estabelecidos.
O filtro lento é destinado a águas do tipo B, águas subterrâneas ou superficiais, bacias não tratadas, com processos de tratamento que não exijam coagulação, com taxa de filtração máxima de 6m³/m² x dia. Já o filtro rápido de camada simples tem taxa de 180 m3/m2 x dia e o de camada dupla 360 m3/m2 x dia, enquanto o filtro de fluxo ascendente tem a taxa de filtração de no máximo 120 m3/m2 x dia.
A utilização de filtro lento se mostra superior na remoção de nanoplásticos da água potável, no entanto, sua baixa taxa de filtração comparada aos demais modelos implica na construção de filtros com grandes dimensões.
Conforme o estudo piloto desenvolvido por Pullido e colaboradores, há possibilidade de remoção de grande parte dos nanoplásticos presentes na água com utilização de três filtros intercalados, são eles filtro de areia rápido, filtro de carvão ativado e filtro de areia lento. Na norma brasileira, filtro lento tem como taxa máxima de filtração em 6m³/m² x dia, desta forma são necessárias grandes áreas de filtros para obter vazão mínima de água consumida por médias e grandes cidades (PULLIDO at al, 2022).
2.5.1 Definição de Filtros Lentos
A utilização de filtros lentos de areia tem sido usada no tratamento de água para abastecimento público desde o começo do século XIX e apesar de ser antiga, continua tendo significativa utilidade. O seu processo de tratamento se baseia na purificação de água por meio do uso da areia como meio filtrante, para reter as impurezas (MICHELAN at al. 2015). Esse tem se mostrado um sistema eficaz de tratamento, desde que projetado e dimensionado de forma correta e aplicado conforme as especificações estabelecidas.
O método de filtração lento, tem como característica reservada vazão na relação m³/m²xdia, e devido a isso, há um maior tempo de detenção da água sobre o meio filtrante e no seu interior. No entanto, a pequena vazão ainda se torna um limitador para este método (DI BERNARDO et al.1999).
Conforme a NBR 12216-92, a camada filtrante deve seguir as especificações técnicas, que envolvem o tipo de material, a sua espessura mínima, tamanho efetivo do grão de areia e o seu coeficiente de uniformidade. A camada filtrante deve ser constituída de areia, com as seguintes características:
a) espessura mínima de 0,90 m;
b) tamanho efetivo do grão de areia de 0,25 a 0,35 mm;
c) coeficiente de uniformidade menor que 3.
As características da camada filtrante assumem diferentes parâmetros conforme diferentes autores, no entanto, a variação é reduzida em comparação com a norma brasileira, e outros parâmetros encontram-se dentro do intervalo descrito, conforme o filtro descrito abaixo desenvolvido na Holanda.
Nesse caso, o meio filtrante caracteriza-se pelo seu diâmetro efetivo e pelo coeficiente de uniformidade. Normalmente escolhe-se um diâmetro efetivo entre 0,15 e 0,35mm. O coeficiente de uniformidade deve ser de preferência menor que 2, ainda que se possam aceitar valores até 5 e um leito filtrante com espessura mínima de 0,6 metros (Van Dijk et al.1978).
Além disso, conforme Di Bernardo e colaboradores, é importante lembrar que o excesso de material em suspensão na água afluente ao filtro lento tem como efeito a diminuição da duração da camada de filtração (DI BARNARDO, at al, 1999).
2.6 Utilização dos valores de referência em uma planta real
A planta em escala real opera com filtros mais curtos e em diferentes taxas de fluxo em comparação com as condições usadas para os experimentos pilotos.
Serão utilizados os valores de referência coletados no experimento suíço adequados com a taxa de filtração conforme norma brasileira. A obtenção da vazão com taxa de filtragem, tendo como base o filtro à jusante do sistema, o número 3, por apresentar menor vazão.
Fonte: Eawag, 2022.
Ao utilizar os dados descritos no modelo piloto da Eawag, com velocidade de 0,480m/h, altura de 1 m e diâmetro arbitrado em 1 m para facilitar nas comparações. No modelo brasileiro a taxa de filtração máxima para filtros lentos é 6m3/m².dia, então os valores obtidos deverão ficar neste intervalo.
Valores Hipotéticos para estimar a vazão dos filtros com a velocidade utilizada pela Eawag.
Para manter a taxa de filtração máxima conforme a norma brasileira que é de 6m³/m². dia, foi necessário criar dois filtros.
Com o intuito de obter a taxa de filtração conforme a norma do Brasil, utilizou-se a velocidade de 0,319 m/h, desta forma obteve-se a vazão de:
Obtivesse a taxa de filtração de:
Ao se empregar os valores descritos para o último filtro, foi necessário reduzir a velocidade de filtração para respeitar os limites estabelecidos pela Norma Brasileira, já que filtros lentos tem como limitador sua baixa taxa. Inúmeros autores apontam que a filtração lenta necessita de grandes áreas para sua instalação, o que inviabiliza a sua adoção quando se trata do abastecimento de água com grandes vazões (Di Bernardo, at al. 1999).
3 RESULTADOS
Os resultados obtidos indicam que o filtro lento para remoção de nanoplásticos com a taxa de filtração conforme norma brasileira necessitaria de grandes áreas para obtenção de filtração. Sendo áreas muito extensas para a área de filtragem, tendo em vista que ela é a parte integrante de um conjunto de componentes da estação de Tratamento de Água, além disso, seria necessário grande dispêndio de recursos para sua limpeza, assim encarecendo a operação do sistema.
4 CONCLUSÃO
A presença de micro e nanoplásticos na água potável suscita a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias de filtração que sejam capazes de reter essas partículas. A retenção de partículas tão pequenas mostra-se um desafio à tecnologia de filtração atual. O projeto piloto suíço citado com filtros em série mostra eficiência na remoção, mas tem como limitador sua baixa vazão de filtragem, vazão esta que é ainda mais reduzida quando utilizado com água que tenha presença de turbidez e cor elevada, causando a redução do tempo de vida útil do leito filtrante.
No momento atual, nas pesquisas realizadas não foi localizado se o sistema de Tratamento de Água Brasileiro ou convencional tem capacidade ou não de reter essas partículas, ou seja, se o sistema convencional é capaz ou não de retêlas, mas a exposição e degradação de partículas de plástico em partículas cada vez menores se mostra um grande desafio futuro.
Pesquisas sobre a redução ou retenção de micro ou nanoplástico da água tem mostrado grande importância pela grande exposição que os seres vivos têm a o plástico, isso se estendendo até a água potável, de alguma forma pode contribuir para o aparecimento de enfermidades.
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