Resumo:
As estações de tratamento de águas residuais (ETARs) são a principal fonte de emissões de bioaerossóis. A cobertura de desodorização dentro das ETARs não apenas gerencia odores, mas também limita a dispersão de bioaerossóis. Este estudo investigou as características de emissão e riscos de exposição de bioaerossóis dentro das coberturas de desodorização de uma ETAR no norte da China. Os resultados revelaram que a concentração de bactérias em bioaerossóis variava de 96 ± 8 a 706 ± 45 CFU/m³, com a maior concentração observada no tanque de reação bioquímica. Os gêneros bacterianos predominantes nos bioaerossóis dentro das coberturas de controle de odores eram Cetobacterium, Romboutsia, Bacteroides, Lactobacillus e Tubricibacter, enquanto os gêneros fúngicos dominantes incluíam Aspergillus, Alternaria, Fusarium e Cladosporium.
Os íons solúveis em água predominantes no ar eram NH4+, Ca2+, SO42− e Cl−. SO42− foi encontrado promovendo a sobrevivência de Cetobacterium, Brevibacterium, Fusarium, Penicillium e Filobasidium, enquanto Cl− exibiu efeitos inibitórios na maioria dos microorganismos em bioaerossóis. A análise de rastreamento de fontes indicou que o esgoto era a principal fonte de bioaerossóis no tanque de reação bioquímica. O risco não cancerígeno associado aos bioaerossóis dentro das coberturas de desodorização foi inferior a 1 (2,34 × 10−9 a 3,08 × 10−2). A previsão funcional fúngica FunGuild sugeriu que a abundância de patógenos animais era mais alta nos bioaerossóis do tanque de sedimentação anaeróbica.
Introdução:
Bioaerossóis são sistemas compostos por suspensões sólidas ou líquidas com um diâmetro aerodinâmico inferior a 100 μm em um meio gasoso, transportando microorganismos ou outros componentes biológicos. A exposição prolongada a bioaerossóis causa consequências significativas à saúde, incluindo distúrbios do sistema respiratório, inflamação pulmonar e doenças alérgicas. Bioaerossóis são um dos principais contaminantes emitidos durante o processo de tratamento de águas residuais. Esgotos urbanos contêm um número significativo de patógenos bacterianos, como Arcobacter, Bacteroides e Mycobacterium. Microorganismos podem se tornar aerosolizados durante o processo de tratamento de águas residuais. Estudos anteriores detectaram vários patógenos em bioaerossóis dentro de ETARs, como Pseudomonas, Escherichia-Shigella, Acinetobacter, Arcobacter, Neisseriaceae, Mycobacterium e Serratia.
Os trabalhadores na indústria de águas residuais são mais vulneráveis à infecção por inalação, ingestão e contato com a pele e membranas mucosas. Trabalhadores em ambientes ocupacionais podem adquirir a “síndrome do trabalhador de esgoto”, manifestada como fadiga, dores de cabeça, tonturas, sinusite, bronquite, alveolite alérgica, distúrbios gastrointestinais e respiratórios. O número e escala de ETARs urbanas na China crescem a cada ano, totalizando 2.894 até 2022, com uma capacidade diária de tratamento de águas residuais de 216,06 milhões de metros cúbicos. Populações microbianas comuns em bioaerossóis de ETARs incluem Pseudomonas, Brevibacterium, Escherichia, Bacillus, Staphylococcus e Corynebacterium. Cladosporidies, Rhodotorula, Fusarium, Penicillium e outros fungos aerotransportados foram encontrados em bioaerossóis de instalações de tratamento de águas residuais.
O processo Anaeróbico-Anóxico-Oxic (A2O) é um método amplamente utilizado para a remoção biológica de nitrogênio e fósforo em ETARs. Aeradores submersos são frequentemente empregados no processo A2O para facilitar o fornecimento adequado de oxigênio para a oxidação biológica de compostos orgânicos (Ferraro et al., 2023). Durante o processo de aeração em instalações de tratamento de águas residuais, como flotação por ar dissolvido, elevação de ar e bioaeração, são gerados numerosos bioaerossóis (Han et al., 2018). A contagem de colônias no ar ao redor do tanque de sedimentação aeróbica pode atingir 3.767 ± 280 CFU/m³ (Xu et al., 2020).
Bioaerossóis são influenciados por fatores ambientais como umidade relativa, temperatura, radiação ultravioleta, íons solúveis em água e velocidade do vento (Szyłak-Szydłowski et al., 2016). A temperatura e umidade adequadas para a sobrevivência de bioaerossóis são de 27,6 a 40,1 °C e 37,8% a 57,4%, respectivamente (Yang et al., 2019a). Íons solúveis em água e material particulado suspenso no ar contribuem para a suspensão e sobrevivência de bioaerossóis (Han et al., 2020). Microrganismos patogênicos podem entrar diretamente no corpo humano por meio da respiração, aderindo a material particulado, representando um risco para a saúde pública. O controle dos níveis de íons solúveis em água e material particulado suspenso pode ajudar a reduzir o risco de transmissão de bioaerossóis. O risco patogênico de bioaerossóis é principalmente determinado pela composição e concentração de microorganismos, assim como pelo tamanho das partículas. É crucial investigar as características de emissão e fatores influentes de bioaerossóis de ETARs e implementar medidas sistemáticas com base nos resultados do estudo, sendo importante para controlar o risco desses bioaerossóis.
As áreas de tratamento, como a sala de grades, os tanques bioquímicos e as instalações de lodo, geram bioaerossóis odoríferos e microbianos de composições e concentrações variadas (Márquez et al., 2022). À medida que as áreas urbanas se expandem, as regiões ao redor de ETARs mudaram de subúrbios para bairros residenciais. As emissões diretas de gases de ETARs têm um impacto prejudicial na saúde dos trabalhadores e das pessoas vizinhas (Rincón et al., 2019). Lagoas de tratamento frequentemente utilizam coberturas e dispositivos de tratamento de odores para reduzir as emissões de odores durante o tratamento de esgoto (Huh et al., 2020). Embora sistemas de controle de odores se mostrem eficazes na remoção de compostos voláteis e odoríferos, sua eficácia no manejo de bioaerossóis pode ser limitada por variações na abertura de diferentes zonas de tratamento, requisitos diversos para coleta e controle de gases, e discrepâncias nas condições de instalação de equipamentos. Patógenos como Arcobacter, Staphylococcus e Aspergillaceae já foram encontrados em amostras de ar não tratado (Ouradou et al., 2023). A maioria das pesquisas sobre bioaerossóis em ETARs focou nas características e fontes de poluentes em ambientes internos ou externos, negligenciando bioaerossóis dentro da cobertura semi-fechada do capô de desodorização (Teixeira et al., 2016; Liu et al., 2020b). A investigação das características de emissão de bioaerossóis sob a cobertura semi-fechada das capas de desodorização fornecerá uma referência para o controle direcionado de microrganismos patogênicos no sistema de controle de odores.
Com base nisso, esta pesquisa investigou os bioaerossóis dentro das coberturas de desodorização de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR). A inovação deste estudo incluiu três pontos. Primeiramente, este artigo comparou as características fugitivas de microorganismos em suspensão no ar nos processos de tratamento de lodo e águas residuais, prevendo a patogenicidade de bactérias e fungos em suspensão no ar por meio do Bugbase e FunGuild. Em segundo lugar, as características de emissão e as fontes de produção de bioaerossóis foram investigadas por meio de sequenciamento de alto rendimento combinado com o Source Tracker. Por fim, o efeito dos íons solúveis em água do ar na sobrevivência de bioaerossóis foi analisado usando análise de correlação. As descobertas deste estudo fornecerão uma base científica para a redução e controle das emissões de bioaerossóis provenientes de ETARs.
Descrição do local de amostragem
A explicação das abreviações deste estudo está apresentada na Tabela 1. Este estudo foi realizado em 1º de abril de 2022, com uma sessão de amostragem em uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) do tipo Anaeróbica-Anóxica-Oxidante (A2O) na região Norte da China. O fluxo do processo da ETE é mostrado na Figura A1. A área de tratamento é equipada com um sistema de ventilação e um sistema de remoção de odores (Zhang et al., 2023). O sistema de ventilação é principalmente responsável por introduzir ar fresco externo na instalação. As instalações de tratamento de esgoto da planta estavam cobertas com
Características de emissão de bioaerossóis
Conforme mostrado na Figura 2(a), a concentração de bactérias no ar variou de 96 ± 8 CFU/m3 a 706 ± 45 CFU/m3, com uma média de 351 ± 256 CFU/m3. O maior conteúdo bacteriano foi observado nos bioaerossóis do Setor de Desidratação (BSD), enquanto o menor foi encontrado nos bioaerossóis do Setor de Sedimentação Secundária (SSD). Na seção de tratamento de águas residuais, o conteúdo bacteriano nos bioaerossóis do BSD foi 5,88 vezes maior do que nos bioaerossóis do Setor de Sedimentação (SMS). Na seção de tratamento de lodo ativado, o conteúdo bacteriano nos bioaerossóis do BSD foi 5,02 vezes maior do que nos bioaerossóis do SSD.
As características dos bioaerossóis sob a capota de desodorização
Pesquisas anteriores em ETEs do tipo Anaeróbica-Anóxica-Oxidante (A2O) encontraram concentrações bacterianas variando de 194 CFU/m3 a 10.000 CFU/m3 no ar (Han et al., 2018). A concentração bacteriana no ar na instalação de tratamento de esgoto A2O semi-subterrânea foi relatada como 21,2 ± 1431,1 CFU/m3 (Zhang et al., 2023). O processo A2O também foi usado na ETE deste estudo, mas o nível de bioaerossóis neste estudo foi menor do que na pesquisa anterior. Isso pode ser atribuído à ventilação e ao controle de odores.
Conclusão
As capotas de desodorização em estações de tratamento de esgoto facilitam o controle de odores. A concentração de bioaerossóis foi maior na seção de aeração em comparação com a seção sem aeração. Os gêneros bacterianos predominantes nas unidades de controle de odores incluíam Cetobacterium, Romboutsia, Bacteroides, Lactobacillus e Tubricibacter. Os principais gêneros fúngicos foram Aspergillus, Alternaria, Fusarium e Cladosporium. O esgoto foi a principal fonte de bioaerossóis no tanque de reação bioquímica.
Declaração de contribuição de autoria CRediT
Shan Zhao: Supervisão, Investigação. Yang Liu: Escrita – revisão e edição. Jiang Chang: Investigação. Jiawei Wang: Análise formal, Curadoria de dados. Hao Peng: Metodologia. Baocong Cui: Supervisão, Conceituação. Jin Bai: Supervisão, Investigação. Yanjie Wang: Administração do projeto, Aquisição de financiamento. Linlin Hua: Curadoria de dados, Aquisição de financiamento.
Informações completares ao texto original:
Cetobacterium, Romboutsia, Bacteroides, Lactobacillus e Tubricibacter são gêneros de bactérias que desempenham diversas funções em diferentes ambientes, incluindo o corpo humano e ecossistemas aquáticos.
Cetobacterium é um gênero de bactérias Gram-negativas, pleomórficas, não formadoras de esporos, em forma de bastonete e não móveis da família Fusobacteriaceae. Foi identificado como um componente significativo do microbioma de certos peixes de água doce, indicando seu papel em ecossistemas aquáticos[1][5].
Romboutsia é um gênero dentro do filo Firmicutes, com espécies como Romboutsia timonensis sendo isoladas do intestino humano. Este gênero foi criado para acomodar espécies anteriormente classificadas em diferentes gêneros, destacando a evolução contínua da taxonomia bacteriana à medida que novas espécies são descobertas e caracterizadas[2].
Espécies de Bacteroides são patógenos clínicos significativos encontrados na maioria das infecções anaeróbias, com uma taxa de mortalidade associada de mais de 19%. Essas bactérias mantêm uma relação complexa e geralmente benéfica com o hospedeiro quando contidas no intestino, mas podem causar patologias significativas se escaparem desse ambiente[3].
Lactobacillus é um gênero de bactérias Gram-positivas, anaeróbias aerotolerantes ou microaerofílicas, em forma de bastonete, não formadoras de esporos. Espécies de Lactobacillus são componentes significativos do microbiota humano e animal em vários locais do corpo, como o sistema digestivo e o sistema genital feminino. São conhecidos por suas propriedades probióticas, contribuindo para o bem-estar humano ao ajudar no tratamento de diarreias, infecções vaginais e distúrbios de pele[4].
Tubricibacter não foi detalhado especificamente nos resultados da pesquisa fornecidos, mas, como os outros gêneros mencionados, provavelmente desempenha um papel em seu nicho ecológico ou ambiente hospedeiro específico.
Esses gêneros exemplificam a diversidade da vida bacteriana e seu impacto na saúde, doença e processos ambientais.
Fontes
[1] Cetobacterium – Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Cetobacterium
[2] Romboutsia timonensis, a new species isolated from human gut – PMC – NCBI https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4864248/
[3] Bacteroides: the Good, the Bad, and the Nitty-Gritty – PMC – NCBI https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2176045/
[4] Lactobacillus – Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Lactobacillus
[5] Cetobacterium Is a Major Component of the Microbiome of Giant … – NCBI https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6262583/
[6] Romboutsia – Midas field guide https://www.midasfieldguide.org/guide/fieldguide/genus/romboutsia[7] Bacteroides – Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Bacteroides
