AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO

AVALIAO DA TOXICIDADE AGUDA E CRNICA DOS

SURFACTANTES DSS E LAS SUBMETIDOS

IRRADIAO COM FEIXES DE ELTRONS

MARIA FERNANDA ROMANELLI

Dissertao apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Mestre em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear-Aplicaes.

Orientadora: Dra. Sueli Ivone Borrely

So Paulo 2004

INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGTICAS E NUCLEARES

"AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE DE SO PAULO"

AVALIAO DA TOXICIDADE AGUDA E CRNICA DOS SURFACTANTES

DSS E LAS SUBMETIDOS IRRADIAO COM FEIXE DE ELTRONS

MARIA FERNANDA ROMANELLI /

Dissertao apresentada como parte dos

requisitos para a obteno do Grau de Mestre

em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear -

Aplicaes.

Orientadora: Dra. Sueli Ivone Borrely

Exemplar revisado pelo autor

So Paulo

2004

Dedico este trabalho, com muito carinho, aos meus pais

Maria Jos e Edgard e ao meu irmo Chico,

minhas fontes mais verdadeiras

de amor e felicidade.

"guas da terra...

guas de maro...

gua dos rios...

guas da fonte...

Que carrega a energia

De onde surge at o ser

De noite, de dia...

Segue o horizonte.

gua que guarda

Ou transporta a vida

gua doce...

gua florida

Salgada...

Ou refletida

Que circunda a terra...

Que permite a vida.

Vem com os ventos do sul...

Ou com os ventos do norte.

Lava o tempo...

Leva a semente.

Lmpida...

Transparente.

Transportando a luz.

Saciando a sede

E ainda.

Acalmando a mente."

Tre Zagonai

Agradecimentos

Ao Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares por possibilitar a realizao deste

trabalho.

minha orientadora Dra. Sueli Borrely pelos ensinamentos, pela ateno e dedicao, e

por ter me apresentado Ecotoxlcologia.

Dra. Anna Lcia, por ter me recebido no IPEN de braos abertos, pela colaborao no

incio do Mestrado como orientadora e, principalmente, pela amizade valiosa.

Dra. Maria Helena e Dra. Celina pelo apoio tcnico e cientfico.

equipe de operao do acelerador de eltrons do CTR, Beth, Carlos e Hlio, pela

pacincia e grande colaborao nas irradiaes.

Aos companheiros de laboratrio Giovana, Cario, VIadimir, Reginaldo e Dna Helena, que

tanto me ajudaram.

A todos os bolsistas do CTR, em especial aos meus amigos Daniela, Icimone, Antnio,

Rita, Tuca, Kely, Selma, Juliana, Elaine, Fbio, Paula, Alan e Michel e s ex-bolsistas do

CTR Paula, Andreia Harumy e Andreia Cercan, pelas dicas to importantes na Ps-

Graduao e pela amizade.

Ao MSc Hiroshi Oikawa pela colaborao neste trabalho com as anlises de COT.

Dra. Kayo, Dra. Mrcia, Lenita e especialmente Mriam, que muito me ajudou nos

ensaios do Cometa!

Ao Dr. Afonso Aquino e Dra. Marta Vieira pela colaborao no PAE e pela amizade.

A Dra. Elisabete Braga por toda a contribuio no trabalho e no Seminrio de rea.

Cristina, companheira de trabalho, um pouco me, um pouco irm, minha amiga.

Ao Dr. Joo Osso, professor e grande amigo.

Ao Rodrigo, que depois de um longo tempo sem dar notcias apareceu e colaborou com a

estatstica complicada.

s minhas amigas irms Kate e Lcia, por todo o carinho e companheirismo.

Ao Rafael, por toda a ajuda neste trabalho, pela pacincia e principalmente por todo o amor e carinho.

toda a minha famlia, por ter compartilhado esta fase to importante da minha vida e

Lady, pela sua alegria contagiante.

AVALIAO DA TOXICIDADE AGUDA E CRNICA DOS SURFACTANTES DSS E

LAS SUBMETIDOS IRRADIAO COM FEIXE DE ELTRONS

Maria Fernanda Romanelli

RESUMO

Os surfactantes so compostos orgnicos sintticos amplamente utilizados nas

indstrias cosmtica, alimentar, txtil, de corantes, de produo de papel e especialmente

na indstria de detergentes e demais produtos de limpeza. O consumo mundial de

surfactantes cerca de 8 milhes de toneladas por ano. Uma das principais implicaes

ambientais do uso destes compostos a sua elevada toxicidade, que pode comprometer

o tratamento biolgico de efluentes e a qualidade de corpos receptores. Este trabalho

teve como objetivo o estudo da aplicao da radiao ionizante por feixe de eltrons na

degradao e na reduo da toxicidade aguda e crnica dos surfactantes dodecilsulfato

de sdio (DSS), cido dodecil p-benzenosulfonato (LAS) e dododecil p-benzenosulfonato

de sdio (LAS). Esta tecnologia de tratamento vem sendo muito estudada como uma

forma de pr-tratamento de efluentes que contenham compostos txicos e no-

biodegradveis, antes do tratamento biolgico. A eficincia do tratamento com feixe de

eltrons foi avaliada sob uma abordagem ecotoxicolgica. Foram utilizados dois ensaios

de toxicidade aguda, o ensaio com o microcrustceo Daphnia similis e o ensaio com a

bactria luminescente Vibro fischer, alm de um ensaio de toxicidade crnica com o

microcrustceo Cerodaphnia dubia (apenas com DSS e LAS cido) para as solues

no-irradiadas e irradiadas com as doses de radiao 3,0kGy, 6,0kGy, 9,0kGy e 12,0kGy.

Parmetros fsico-qumicos foram determinados para o acompanhamento da degradao

das molculas dos surfactantes. A radiao ionizante mostrou-se altamente eficiente na

degradao e tambm na reduo da toxicidade do DSS e do LAS. As redues de

toxicidade aguda obtidas foram de 72,49% a 90,98% para o DSS, 18,22% a 78,98% para

o LAS cido e 82,66% a 94,25% para o LAS sdico. Com correlao toxicidade crnica,

os percentuais de reduo obtidos estiveram entre 64,03% e 82,01% para o DSS e entre

47,48% e 64,91% para o LAS cido. Considerando a aplicao do feixe de eltrons como

um pr-tratamento de efluentes que contenham surfactantes em concentraes elevadas,

a toxicidade um parmetro essencial para que estes efluentes possam ser,

posteriormente, submetidos ao tratamento biolgico.

EVALUATION OF ACUTE AND CHRONIC TOXICITY OF DSS AND LAS SURFACTANTS UNDERGOING THE IRRADIATION WITH ELECTRON BEAM

Maria Fernanda Romanelli

ABSTRACT

Surfactants are synthetic organic compounds widely used in cosmetic, food,

textile, dyers and paper production industries and in particular detergents and others

cleaning products industries. The world consumption is nearly 8 million tons per year. One

of the main environmental issues coming from the use of these compounds is their toxicity

that compromises the biological treatment of effluents and the quality of receiving waters.

The objective of this work was the application of ionizing radiation by electron beam in the

degradation and reduction of acute and chronic toxicities of surfactants sodium

dodecylsulfate (SDS), dodecyl p-benzenesulfonate acid (LAS) and sodium dodecyl p-

benzenesulfonate (LAS). This treatment technology has been studied as a pre-treatment

for effluents containing toxic and non-biodegradable compounds, before the biological

treatment. Two acute toxicity assays were employed, one with the micro-crustacean

Daphnia similis and the other with the luminescent bacterium Vibrio fischeri along with a

chronic toxicity assay with the micro-crustacean Ceriodaphnia dubia (just for SDS and

acid L^S) for the non-irradiated and irradiated samples and radiation doses S.OkGy,

6.0kGy, 9.0kGy and 12.0kGy. Physical-chemical parameters were evaluated for the

following up the degradation of the surfactant molecules. The reductions of acute toxicity

varied between 72.49% and 90.98% for SDS, 18.22% and 78.98% for acid LAS and

82.66% and 94.26% for sodium LAS. For the chronic toxicity, the reduction percentages

varied between 64.03% and 83.01% for SDS and 47.48% and 64.91% for acid LAS.

When one considers the application of the electron beam as a pre-treatment of effluents

containing high concentrations of surfactants, the toxicity is an essential parameter

allowing the further biological treatment of these effluents.

SUMRIO

1. INTRODUO 1

1.1 A Poluio Ambiental 1 1.2 A Poluio do Ar e do Solo 2 1.3 A Poluio da gua 2 1.4 Aspectos Relevantes do Trabalho 4

2. OBJETIVOS 5

2.1 Objetivo Geral 5

2.2 Objetivos Especficos 5

3. CONSIDERAES TERICAS E REVISO BIBLIOGRFICA 6

3.1 Gerao de Efluentes e a Contaminao Ambiental 6 3.2 Aplicaes da Ecotoxlcologia 6 3.3 Controle da Emisso de Efluentes 13 3.4 Estudos de Toxicidade Realizados com Efluentes 13 3.5 Sabes, Detergentes e Surfactantes 15 3.6 Surfactantes 17

3.6.1 LAS e DSS 20 3.7 Problemas Ambientais Causados pelos Surfactantes 21

3.7.7 Toxicidade de Detergentes e de Surfactantes a Organismos Aquticos 21 3.7.2 Fatores que Influenciam a Toxicidade dos Surfactantes 27 3.7.3 Surfactantes como Dispersantes de leo 28 3.7.4 Surfactantes em Estaes de Tratamento Biolgico 29 3.7.5 Monitoramento de Surfactantes 30 3.7.6 Surfactantes e outros Poluentes no Ambiente 33 3.7.7 Biodegradao dos surfactantes 34

3.8 Tratamento de Efluentes 35 3.8.1 Tratamento Biolgico 35 3.8.2 Processos Oxidativos Avanados 36

3.9 Tratamento de Efluentes com Radiao Ionizante 39 3.9.1 As Radiaes Ionizantes 39 3.9.2Aplicao da Radiao Ionizante em Efluentes 42

3.10 Degradao de Surfactantes Utilizando POAs 48

3.11 Diminuio da Gerao de Efluentes 50

4. MATERIAIS E MTODOS 52

4.1 Preparao das Solues 53 4.2 In^adiao das Solues 53 4.3 Determinao da Concentrao de Surfactantes Aninicos 56 4.4 Avaliao de Parmetros Fsico-qumicos 57

4.4.1 pH 57 4.4.2 Condutividade 57 4.4.3 Carbono Total, Carbono Orgnico Total e Carbono Inorgnico 57

4.5 Dureza 58 4.6 Oxignio Dissolvido na gua 58 4.7 Ensaios Ecotoxicolgicos Aplicados na Avaliao do Processo 58

4.7.1 Microcrustceos 58 4.7.2 Cultivo de microcrustceos 61

4.8 Ensaio de Toxicidade aguda com Daphnia similis 62 4.9 Avaliao da sensibilidade de Daphnia similis substncia de referncia 65 4.10 Ensaio de Toxicidade aguda com Vibrio fischeri 65

4.10.1 A bactria Vibrio fischeri 65 4.10.2 Realizao do Ensaio 67 4.10.3 Avaliao da sensibilidade de Vibrio fischeri substncia de referncia.. 69

4.11 Ensaio de Toxicidade Crnica com Ceriodaphnia dubia 69 4.11.1 Avaliao da sensibilidade de Ceriodaphnia dubia substncia de

referncia 72

4.12 Avaliao da eficincia do processo por irradiao 72

5. RESULTADOS E DISCUSSES 73

5.1 Ensaios Preliminares 73 5.2 Determinao de Surfactantes Aninicos 74 5.3 Parmetros Fsico-qumicos 78

5.3.1 pH 78 5.3.2 Condutividade 82

5.4 Carbono Total, Carbono Orgnico Total e Carbono Inorgnico 83 5.5 Oxignio Dissolvido e Dureza 87 5.6 Ensaios de Toxicidade Aguda 88

5.6.1 Ensaio de Toxicidade Aguda com Daphnia similis 88 5.7 Ensaios de Toxicidade Aguda com as Substncias de Referncia 95 5.8 Ensaio de Toxicidade Aguda com Vibrio fischeri 98

5.8.1 Ensaios de Toxicidade Aguda com a Substancia de Referncia 105 5.9 Con-elao entre os Ensaios de Toxicidade Aguda 106 5.10 Ensaio de Toxicidade Crnica com Ceriodaphnia dubia 109 5.11 Ensaio de Toxicidade Crnica com a Substncia de Referncia 118 5.12 Correlao de toxicidade entre os surfactantes 119 5.13 Eficincia do Processo de Irradiao 120 5.14 Correlao entre Parmetros Fsico-qumicos e a Toxicidade 129 5.15 Consideraes Finais 131

6. CONCLUSES 134

7. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS 135

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 136

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Organismos-teste empregados na avaliao da toxicidade aqutica 8

Tat>ela 3. Biodegradabilidade dos surfactantes inicos, no-inicos e anfteros 34

Tabela 4. Condies de irradiao utilizadas no acelerador de eltrons para a irradiaac das solues de surfactantes (LAS e DSS) 55

Tabela 5. Valores de dose e taxa de dose correspondentes intensidade de corrente aplicada no acelerador de eltrons 55

Tabela 6. Condies de cultivo dos microcrustceos utilizados nos ensaios de toxicidade 62

Tabela 7. Concentraes de DSS e LAS (%) utilizadas nos ensaios de toxicidade aguda (D. similis) 64

Tabela 8. Concentraes (mg/L) utilizadas nos ensaios de toxicidade aguda com as substncias de referncia 65

Tabela 9. Concentraes (%) utilizadas na realizao dos ensaios de toxicidade crnica com os surfactantes 70

Tabela 10. Degradao do surfactante DSS em funo da dose de radiao 75

Tabela 11. Degradao do surfactante LAS cido em funo da dose de radiao 75

Tabela 12. Degradao do surfactante LAS sdico em funo da dose de radiao 76

Tabela 13. pH das solues de DSS, antes e aps a in^adiao 79

Tabela 14. pH das solues de LAS (cido), antes e aps a irradiao 79

Tabela 15. pH das solues de LAS (sdico), antes e aps a irradiao 79

Tabela 16. Condutividade das solues DSS, antes e aps a irradiao 82

Tabela 17. Condutividade das solues de LAS (cido), antes e aps a in-adiao 82

Tabela 18. CT, Cl e COT das solues de DSS, antes e aps a irradiao 84

Tabela 19. CT, Cl e COT das solues de LAS (cido), antes e aps a irradiao 85

Tabela 20. Toxicidade aguda do DSS no-irradiado ao organismo D. similis 88

Tabela 21. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 3,0kGy ao organismo D. similis 89

Tabela 22. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 6,0kGy ao organismo D. similis 89

Tabela 23. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 9,0kGy ao organismo D. similis 89

Tabela 24. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 12,0kGy ao organismo D. similis. .90

Tabela 25. Toxicidade aguda do LAS no-irradiado ao organismo D. similis 91

Tabela 26. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 3,0kGy ao organismo D. similis 92

Tabela 27. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 6,0kGy ao organismo D. similis 92

Tabela 28. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 9,0kGy ao organismo D. similis 92

Tabela 29. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 12,0kGy ao organismo D. similis. ...93

Tabela 30. Toxicidade aguda do LAS (sal), no-irradiado e irradiado, ao organismo L

similis 94

Tabela 31. Toxicidade aguda do cloreto de potssio ao organismo D. similis 96

Tabela 32. Toxicidade aguda do dicromato de potssio ao organismo D. similis 97

Tabela 33. Toxicidade aguda do DSS no-irradiado ao organismo V. fischeri. 99

Tabela 34. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 3,0kGy ao organismo V. fischeri. ...99

Tabela 35. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 6,0kGy ao organismo V. fischeri. ...99

Tabela 36. Toxicidade aguda do DSS irradiado com 9,0kGy ao organismo V. fischeri.. 100

Tabela 37. Toxicidade aguda do DSS in-adiado com 12,0kGy ao organismo V. fischeri.^QO

Tabela 38. Toxicidade aguda do LAS no-irradiado ao organismo V. fischeri. 101

Tabela 39. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 3,0kGy ao organismo V. fischeri... 102

Tabela 40. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 6,0kGy ao organismo V. fischeri... 102

Tabela 41. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 9,0kGy ao organismo V. fscheri... 102

Tabela 42. Toxicidade aguda do LAS irradiado com 12,0kGy ao organismo V. fischeri. 103

Tabela 43. Toxicidade aguda do LAS (sal) no-irradiado e irradiado (V. fischer) 104

Tabela 44. Toxicidade aguda do fenol ao organismo V. fischer. 105

Tabela 45. Toxicidade crnica do DSS no-irradiado ao organismo C. dubia 110

Tabela 46. Toxicidade crnica do DSS irradiado com 3,0kGy, ao organismo C. dubia. .111

Tabela 47. Toxicidade crnica do DSS irradiado com 6,0kGy, ao organismo C. dubia.. ^^2

Tabela 48. Toxicidade crnica do LAS no-irradiado ao organismo C. dubia 114

Tabela 49. Toxicidade crnica do LAS irradiado com 3,0kGy, ao organismo C. dubia. .115

Tabela 50. Toxicidade crnica do LAS irradiado com 6,0kGy, ao organismo C. dubia. .116

Tabela 51. Resultados obtidos no ensaio com a substncia de referncia KGI 118

Tabela 52. Comparao entre os valores de CE(I)50 (%) obtidos para os surfactantes. 119

"abela 53. Comoarao entre os valores de CENO e CEO obtidos para os surfactantes 120

Tabela 54. Porcentagem de Reduo da Toxicidade Aguda do DSS em funo da dose 121

I aoeia 55. Porcentagem de Reduo da Toxicidade Aguda do LAS, em relao dose de radiao 123

Tabela 56. Porcentagem de Reduo da Toxicidade Aguda do LAS sdico em relao dose de radiao 125

Tabela 57. Porcentagem de Reduo da Toxicidade Crnica do DSS e do LAS, em relao dose de radiao 126

Tabela 58. Eficincia de alguns processos de tratamento de surfactantes, avaliados por parmetros qumicos e fsico-qumicos 128

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Aplicaes de surfactantes em setores distintos, segundo Cunha, et al., 2000.18

Figura 2. Estrutura de um surfactante aninico - grupo hidroflico e hidrofbico 19

Figura 3. Estrutura molecular ramificada do ABS 20

Figura 4. Rio Tiet em Pirapora do Bom Jesus, So Paulo, Junho de 2003 32

Figura 5. Penetrao do feixe de eltrons (cm) na gua versus dose absorvida (%), para diferentes energias do eltron 42

Figura 6. Representao da interao direta e indireta da radiao ionizante por feixe de eltrons 44

Figura 7. Fluxograma da metodologia aplicada 52

Figura 8. Frmulas estruturais e moleculares dos surfactantes DSS e LAS 53

Figura 9. Irradiao das solues de surfactantes no acelerador de eltrons do IPEN.... 54

Figura 10. Morfologia dos organismos Daphnia e Ceriodaphnia 59

Figura 11. Ciclo de reproduo de Daphnia (CETESB, 1997) 60

Figura 12. Daphnia similis adulta, 40x 63

Figura 13. Bactria luminescente Vibrio fischer 66

Figura 14. Equipamento utilizado no ensaio de toxicidade aguda com V. fischer 68

Figura 16. Valores de CE(I)50 obtidos para o DSS nos ensaios preliminares 73

Figura 17. Curva de calibrao para a quantificao do surfactante 74

Figura 18. Reduo da concentrao dos surfactantes pela irradiao 76

Figura 19. Efeito da radiao ionizante no pH das solues dos surfactantes 80

Figura 20. Variao do pH em funo da diluio da amostra do surfactante DSS 81

Figura 21. Variao do pH em funo da diluio da amostra do surfactante LAS cido. 81

Figura 22. Variao da condutividade dos surfactantes em funo da dose de radiao.83

Figura 23. Variao do COT das solues de DSS em funo da dose de radiao 85

Figura 24. Variao do COT das solues de LAS (cido) em funo da dose 86

Figura 25. Variao da CE(I)50 para o DSS em funo da dose (D. similis) 90

Figura 26. Variao da CE(I)50 para o LAS (cido) em funo da dose (D. similis) 93

Figura 27. Variao da CE(I)50 para o LAS (sal) em funo da dose (D. similis) 94

Figura 28. Sensibilidade do organismo D. similis ao cloreto de potssio 96

Figura 29. Sensibilidade do organismo D. similis ao dicromato de potssio 97

Figura 30. Variao da CE(I)50 para o DSS em funo da dose (V. fischen) 101

Figura 31. Variao da CE(I)50 para o LAS em funo da dose (V. fischer) 103

Figura 32. Variao da CE(I)50 para o LAS (sal) em funo da dose {V. fischen) 104

Figura 33. Sensibilidade do organismo V. fischer ao fenol 106

Figura 34. Toxicidade aguda (CE(I)50) do DSS D. similis e ao V fischer. 106

Figura 35. Toxicidade aguda (CE(I)50) do LAS cido D. similis e ao V. fischeri. 107

Figura 36. Toxicidade aguda (CE(I)50) do LAS sdico D. similis e ao V. fischeri. 107

Figura 37. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao DSS no-irradiado.... 110

Figura 38. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao DSS irradiado 111

com 3,0kGy 111

Figura 39. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao DSS irradiado cow 6,0kGy 112

Figura 40. Valor crnico e Unidades Txicas obtidos para o DSS, nas diferentes

doses 114

Figura 41. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao LAS no-irradiado 115

Figura 42. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao LAS irradiado 116

com 3,0kGy 116

Figura 43. Reproduo e sobrevivncia de C. dubia, exposta ao LAS com 6,0kGy 117

Figura 44. Valor crnico e Unidades Txicas obtidos para o LAS, nas diferentes

doses 118

Figura 45. Reduo da Toxicidade Aguda do DSS obtida para D. similis (24h) 122

Figura 46. Reduo da Toxicidade Aguda do DSS obtida para D. similis (48h) 122

Figura 47. Reduo da Toxicidade Aguda do DSS obtida para V. fischer. 122

Figura 48. Reduo da Toxicidade Aguda do LAS obtida para D. similis (24h) 123

Figura 49. Reduo da Toxicidade Aguda do LAS obtida para D. similis (48h) 124

Figura 50. Reduo da Toxicidade Aguda do LAS obtida para V. fischer 124 Figura 51. Reduo das Unidades Txicas Agudas (UTa) do LAS sdico em funo das

doses de radiao 125 Figura 52. Reduo das Unidades Txicas Crnicas (UTc) em funo das doses de

radiao 126

Figura 53. Formao de diferentes espcies radiolticas em funo do pH. G corresponde ao rendimento da reao 131

1. INTRODUO

A populao mundial cresceu de 2,5 bilhes em 1950 para 6 bilhes no ano de

2000, sendo a taxa de crescimento atualmente de 1,3% ao ano. O crescimento

populacional responsvel pelo aumento da demanda de recursos naturais e pela

gerao de resduos lanados no ambiente (Braga et al., 2002).

Os recursos naturais, insumos necessrios para a manuteno dos organismos,

populaes e ecossistemas, podem ser classificados como renovveis, quando ficam

novamente disponveis graas aos ciclos naturais e como no-renovveis quando esses

recursos no podem mais ser reaproveitados. Exemplos de recursos renovveis so a

gua, a biomassa, o ar. Exemplos caractersticos de recursos no-renovveis so os

combustveis fsseis e o urnio. H situaes em que um recurso renovvel passa a ser

no-renovvel, quando a taxa de utilizao supera a capacidade mxima de renovao

do sistema (Braga et al., 2002). Um bom exemplo so os corpos receptores, que quando

apresentam elevada carga de poluentes, muitas vezes txicos, perdem a capacidade de

autodepurao.

1.1 A Poluio Ambiental

A poluio ambiental resultado da utilizao dos recursos naturais pela

populao, e vem causando alteraes prejudiciais tanto fsicas quanto qumicas e

biolgicas, no ar, no solo e na gua (Braga et al., 2002). Essa poluio compromete a

sade, a segurana e o bem estar da populao, criando condies adversas s

atividades sociais e econmicas e causando danos relevantes flora, fauna e ao meio

ambiente. A poluio causada principalmente por (SABESP, 2004):

introduo de substncias antropognicas e naturais em um meio e

alteraes na proporo ou nas caractersticas dos elementos constituintes desse

meio.

Os poluentes so os resduos gerados pelas atividades humanas, que causam um

impacto ambiental negativo. Podem apresentar origem pontual ou localizada, como o

lanamento de efluentes domsticos e industriais, efluentes gasosos, disposio

inadequada de lixo urbano, e origem difusa ou dispersa, como o lanamento de gases

pelo escapamento de automveis, agrotxicos aplicados na agricultura, que acabam

poluindo rios e lenis freticos (Braga et al., 2002).

A estratgia de reduo e eliminao de resduos ou poluentes na fonte geradora

consiste no desenvolvimento de aes que promovam a reduo de desperdcios, a

COMSSA Urnom. X EmOA ?'iCLA.R/SF-IPft

conservao de recursos naturais, a reduo e a eliminao de substncias txicas, a

reduo da quantidade de resduos gerados e, conseqentemente, a reduo de

poluentes lanados no ar, no solo e na gua (CETESB, 2003).

1.2 A Poluio do Ar e do Solo

A poluio do ar conseqncia da presena de substncias qumicas, que

alteram as propriedades da atmosfera, em concentraes suficientes para causar danos

ao seres humanos, fauna, flora ou a materiais (Braga et al., 2002; CETESB, 2003;

Assuno, 2002). A poluio do ar pode ocorrer como conseqncia da poluio de

outros meios, como a gua. Por exemplo, no municpio de Pirapora do Bom Jesus, So

Paulo, onde o Rio Tiet contm grandes quantidades de detergentes e surfactantes, que

formam blocos de espuma de at 4 metros, ocorre a formao do gs sulfdrico, que

disperso para a atmosfera, causando efeitos prejudiciais aos sistemas nervoso e

respiratrio da populao (Home Page do Meio Ambiente, 2004).

A contaminao do solo e das guas subterrneas tem sido objeto de grande

preocupao nas trs ltimas dcadas em pases industrializados, principalmente nos

Estados Unidos e na Europa. A poluio do solo urbano causada pela presena de

resduos gerados por atividades econmicas como as indstrias, alm dos resduos

provenientes das residncias. (CETESB, 2003). A poluio no solo rural causada

principalmente por fertilizantes sintticos e defensivos agrcolas, como os

organoclorados, organofosforados e carbamatos (Braga et al., 2002).

1.3 A Poluio da gua

Segundo a Organizao Mundial de Sade (OMS), 80% das doenas que

ocorrem nos pases em desenvolvimento so ocasionadas por gua contaminada e pela

falta de saneamento bsico e 25 milhes de pessoas no mundo morrem devido a

doenas transmitidas pela gua, como diarrias e clera, anualmente (WHO, 2001). Nos

pases em desenvolvimento, 70% da populao rural e 25% da populao urbana no

dispe de abastecimento adequado de gua potvel (Braga et al., 2002) e dependem de

poos e outras fontes de abastecimento passveis de contaminao. No Brasil, apenas

10% da populao tem o esgoto ligado a uma rede municipal de tratamento e nas reas

rurais estes valores so ainda menores (Eichhorn et al., 2002).

A gua um elemento fundamental para a existncia dos seres vivos.

Aproximadamente % da superfcie da Terra coberta pela gua, sendo 97,4% gua

salgada dos oceanos e 1,8% congelada, localizada nas regies polares. A gua doce

disponvel para a populao do nosso planeta representa apenas 0,8% e, mesmo assim,

no se conhece bem qual a frao que se encontra contaminada. O Brasil concentra

cerca de 15% da gua doce do planeta (Snchez & Sato, 2002).

A contaminao das guas causada, principalmente, pelo desenvolvimento

industrial, crescimento demogrfico e pela ocupao do solo de forma intensa e

acelerada, comprometendo a gua dos oceanos, rios, lagos e reservatrios e

aumentando o risco de doenas de transmisso e de origem hdrica (World Development

Report, 1992; Figueredo, 1994). A contaminao de mananciais, por exemplo, dificulta

seu uso para o abastecimento humano.

A escassez de gua um dos grandes desafios da humanidade no sculo XXI.

A disponibilidade de gua doce limitada pelo alto custo da sua obteno nas formas

menos convencionais, como o caso da gua do mar e das guas subterrneas. Assim,

torna-se prioridade a preservao e a utilizao racional das guas doces superficiais

(CETESB, 2003).

O adensamento populacional aliado ocupao desordenada faz com que o

servio de distribuio de gua potvel torne-se uma tarefa desafiadora para o poder

pblico nas grandes cidades. Alm disso, o problema no processo de urbanizao reflete

diretamente na qualidade da gua dos mananciais que abastecem as cidades (SABESP,

2004).

No Estado de So Paulo esto concentradas as principais atividades industriais

do pas. Os resduos gerados por estas atividades comprometem a qualidade dos corpos

receptores. De acordo com o Relatrio de Qualidade de Aguas Interiores do Estado de

So Paulo, elaborado pela Companhia de Tecnologia de Saneamento do Estado de So

Paulo (CETESB) em 2002, a qualidade da gua de abastecimento pblico imprpria em

27% dos rios e reservatrios existentes. Este estudo incluiu pela primeira vez ndices de

qualidade de gua para a preservao da vida aqutica, que tem 46% dos rios

classificados como ruins ou pssimos. Estes problemas so resultado do lanamento de

esgotos nos rios e seus afluentes, considerando-se que 60% do esgoto coletado em todo

o Estado de So Paulo so lanados nos rios sem nenhum tratamento (Margando, 2003),

alm da existncia de poos clandestinos, que comprometem a qualidade das guas

subterrneas. A falta de investimentos nestas reas impede a aplicao de medidas

corretivas para reverter a situao (CETESB, 2003).

Os investimentos para tornar a gua prpria para o consumo sero cada vez mais

altos e os mananciais utilizados cada vez mais raros. So necessrios a racionalizao

do consumo de gua, investimentos na rea de tratamento de efluentes, o controle da

ocupao populacional em reas de mananciais, fiscalizao e punio de indstrias

poluidoras, conservao dos corpos hdricos e reuso da gua.

1.4 Aspectos Relevantes do Trabalho

As implicaes ambientais da poluio da gua tm levado busca de medidas

que possam amenizar este problema, como o caso de tratamentos alternativos para

compostos txicos presentes em efluentes, especialmente aqueles que apresentam

origem industrial.

Entre os compostos txicos amplamente utilizados atualmente esto os

surfactantes. Considerando a sua grande utilizao, as elevadas concentraes destes

compostos que chegam s estaes de tratamento de efluentes e que so encontradas

em corpos receptores, alm dos efeitos adversos causados a diferentes organismos,

torna-se evidente a necessidade de se estudar formas alternativas de tratamento de

efluentes que contenham surfactantes.

Os Processos Oxidativos Avanados vm sendo estudados como formas

alternativas de tratamento de efluentes, entre eles a radiao ionizante por feixe de

eltrons, que uma das tecnologias mais eficientes na gerao de radicais OH-.

Este trabalho aborda a aplicao da radiao ionizante por feixe de eltrons na

degradao e na reduo da toxicidade aguda e crnica de dois surfactantes aninicos, o

DSS e o LAS, utilizando-se os organismos-teste Daphnia similis, Vibrio fischeri e

Ceriodaphnia dubia. Os dados de reduo de toxicidade so relacionados com os dados

obtidos na avaliao de parmetros fsico-qumicos. A eficincia do tratamento por

radiao ionizante foi determinada, sob o ponto de vista ecotoxicolgico.

Estudos como estes so importantes pois visam atenuao do impacto

ambiental causado pelos surfactantes e a utilizao mais segura destes compostos.

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Esse trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da radiao ionizante por feixe

de eltrons na degradao dos surfactantes DSS e LAS, sob uma abordagem

ecotoxicolgica.

2.2 Objetivos Especficos

Avaliao da sensibilidade dos organismos-teste (Daphnia similis, Vibrio fischeri e

Ceriodaphnia dubia) aos surfactantes DSS e LAS, antes e aps a irradiao com feixe de

eltrons.

Estudo da degradao dos surfactantes pela irradiao utilizando-se parmetros

fsico-qumicos e a determinao da concentrao dos surfactantes aninicos.

Correlao entre as respostas obtidas nos ensaios de toxicidade com os

parmetros fsico-qumicos determinados.

Determinao da eficincia da irradiao na reduo das toxicidades aguda e

crnica do DSS e do LAS.

3. CONSIDERAES TERICAS E REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Gerao de Efluentes e a Contaminao Ambiental

As atividades humanas e industriais tm levado crescente deteriorao do

ambiente pela introduo de diversos poluentes. O principal receptor destes poluentes

o ecossistema aqutico, mesmo que os poluentes sejam lanados no ar ou no solo

(Borrely, 2001). As decorrentes modificaes ambientais podem resultar em mudanas

na estrutura e na dinmica de um ecossistema, como modificaes no fluxo de energia

de um sistema natural (Pereira et al., 1987).

Os efluentes so classificados de acordo com sua origem em pluviais,

domsticos e industriais. Os efluentes domsticos so as guas utilizadas para fins

higinicos e sanitrios, provenientes de residncias e locais pblicos, constituidos por

99,9% de gua e 0,1% de material slido suspenso, coloidal ou dissolvido. Apenas 30%

do total de slidos correspondem frao inorgnica, composta por minerais, sais e

metais. A frao orgnica (70%) composta de protenas, gorduras e carboidratos

(Borrely, 1995).

Os efluentes industriais so importantes agentes causadores da poluio

ambiental na atualidade, principalmente nos corpos receptores, como conseqncia das

dificuldades nos sistemas de tratamento. Esse tipo de efluente pode conter um grande

nmero de diferentes molculas orgnicas sintticas, com estruturas simples e at

complexas, substncias txicas como os fenis, o benzeno, pesticidas, detergentes e

surfactantes, etc. A presena desses compostos, txicos, no biodegradveis ou de

difcil degradao acaba reduzindo as fontes de oxignio da gua e dificultando os

processos de tratamento (Duarte, 1999). A maioria das substncias txicas afeta direta

e desfavoravelmente quase todas as fomias de vida (Pereira, 2002).

Entre os contaminantes ambientais presentes, os mutagnicos e cancengenos

constituem grande ameaa sade das populaes, considerando-se o dano que

podem causar no material gentico dos organismos, comprometendo geraes futuras e

tambm o papel que desempenham na etiologia do cncer (Sanchez e Sato, 2002).

3.2 Aplicaes da Ecotoxlcologia

A ecotoxlcologia estuda as aes e os efeitos nocivos de agentes fsicos e

qumicos presentes no meio ambiente sobre os constituintes vivos do ecossistema,

avaliando o risco da presena destes agentes (CETESB, 2004). A ecotoxlcologia

7

aqutica uma subdiviso da ecotoxicologia que investiga os efeitos adversos de

agentes qumicos em organismos aquticos, com o objetivo de avaliar e prever impactos

nos ecossistemas aquticos. Com base nos resultados obtidos nos ensaios

ecotoxicolgicos, so formulados padres de emisso de poluentes em corpos

receptores bem como critrios para a avaliao da qualidade da gua e para a proteo

da vida aqutica (Altenburger et al., 1996).

A toxicidade a resposta de um organismo a uma dose de determinada toxina,

que mantida acima de uma concentrao limiar por um perodo de exposio

suficientemente longo. A resposta biolgica a soma de todos os estresses a que o

organismo submetido, bem como a capacidade de compensao desse organismo

(Nipper, 2000).

A presena de compostos txicos numa mistura pode modificar seletivamente a

composio da comunidade biolgica que a degradaria, alterando as atividades da

biodegradao. As espcies diferem na sua tolerncia pela mesma substncia txica,

mas em um determinado nvel, a maioria das substncias txicas destri qualquer forma

de vida (Pereira, 2002).

A poluio de guas superficiais raramente conseqncia da ao de um

composto qumico em uma nica espcie. Os organismos aquticos so normalmente

expostos simultaneamente a numerosas substncias, que podem interagir de forma

antagnica, sinrgica e aditiva (Altenburger et al., 1996). Assim, uma das vantagens da

ecotoxicologia aqutica possibilitar o estudo do efeito das interaes entre diferentes

compostos de uma amostra, que no so medidos em anlises qumicas tradicionais.

Outras interaes podem ocorrer entre os componentes de misturas de modo a

aumentar ou reduzir a taxa de biodegradao como, por exemplo, o co-metabolismo,

que a degradao de um composto resistente facilitada pela decomposio de outros

compostos por microrganismos. Esse fenmeno ocorre, por exemplo, entre

hidrocarbonetos aromticos na presena de misturas de petrleo (Rand, 1995).

Um grande nmero de ensaios de toxicidade pode ser utilizado, dependendo das

diferentes exigncias cientficas e prticas. Entretanto, no existe nenhum ensaio

universal que possa ser utilizado em todas as situaes para a avaliao da toxicidade.

Da mesma forma, um bioensaio no pode substituir os resultados de outros bioensaios,

devido s diferenas biolgicas existentes entre os organismos de espcies diferentes

(Torres et al., 1997).

8

Na Tabela 1 so mostrados alguns exemplos de organismos que podem ser

utilizados para a avaliao dos efeitos txicos de substncias no meio aqutico.

Tabela 1. Organismos-teste empregados na avaliao da toxicidade aqutica.

Grupo de organismos Exemplos de organismos

Bactrias Vibrio fischer"

Algas

Micro-algas Scenedesmus sp.

Selenastrum capricornutum Algas

Macro-algas Ulva lactuca*

Macrocystis pyrifera*

Equinodermos Lytechinus varegatus*

Crustceos Microcustceos Daphnia sp.

Ceriodaphnia dubia

Moluscos Mexilho Perna perna

Moluscos Ostra Crassostrea virginica

Danio rerio

Peixes Pimephales promelas

Poecilia reticulata * Organismos de ambiente marinho.

Por razes tcnicas e econmicas no possvel testar todas as espcies do

ecossistema. Assim, para a avaliao do impacto do lanamento de efluentes em

corpos hdricos recomenda-se a utilizao de, no mnimo, trs diferentes espcies de

organismos, representativos de nveis trficos distintos. Essa prtica permite a deteco

de diferentes classes de substncias txicas, pois os organismos de diferentes gneros

possuem maior sensibilidade a grupos de contaminantes especficos. Posteriormente o

controle da toxicidade do efluente pode passar a ser realizado apenas com a espcie

mais sensvel (Borrely, 2001). No Estado de So Paulo tm sido desenvolvidos e

utilizados, principalmente, ensaios com peixes, microcrustceos, algas e bactrias,

visando o controle de efluentes.

A seleo dos organismos-teste feita de acordo com a disponibilidade do

organismo (cultivados em laboratrio ou disponibilidade no ambiente), distribuio

geogrfica (ensaio padronizado pode ser utilizado em diversas regies de um pas),

relevncia ecolgica e econmica, durao do ciclo de vida, tolerncia ao manuseio em

laboratrio, tolerncia a fatores abiticos, como salinidade e pH, existncia de

metodologia padronizada e sensibilidade reconhecida (Nipper, 2000).

Segundo Pereira et al. (1987), os ensaios ecotoxicolgicos so muito utilizados

para avaliar;

a toxicidade de diferentes efluentes e substncias sobre determinadas espcies;

a qualidade da gua necessria manuteno da vida aqutica e o grau de

tratamento de um efluente para que preencha requisitos determinados por

rgos de controle de poluio;

a eficincia de diferentes mtodos de tratamento de efluentes;

concentraes mximas pennissveis de agentes qumicos e efluentes lquidos,

tratados ou no, em um corpo receptor;

controle de fatores ambientais como pH, salinidade, temperatura, teor de

oxignio dissolvido, luminosidade, turbidez adequados vida aqutica e a

toxicidade de agentes txicos em funo destes fatores;

a toxicidade de um efluente lquido, resultado das interaes entre as diversas

substncias presentes.

Os ensaios de toxicidade podem ser realizados na forma esttica, semi-esttica,

em fluxo contnuo ou em campo. Na forma esttica no h renovao da soluo-teste

durante o ensaio. A forma semi-esttica caracterizada pela renovao peridica da

soluo-teste enquanto que a forma de fluxo continuo emprega o fluxo contnuo das

diluies do efluente para os frascos-teste, durante todo o experimento (Pereira et al.,

1987; Nipper, 2000; Borrely, 2001). A renovao de solues durante ensaios de

durao mais longa, ou ainda os ensaios com fluxo contnuo foram desenvolvidos para

assegurar a eliminao dos excretas dos organismos durante o perodo de ensaio, a

manuteno da concentrao da substncia txica e oxignio dissolvido, alm da

eliminao do excesso de alimento (Pereira et al., 1987).

O estudo dos efeitos dos agentes txicos sobre a vida aqutica, embora possa

ser realizado atravs de ensaios biolgicos "In loco", so freqentemente realizados em

condies laboratoriais pois desta maneira possvel ter um melhor controle de

variveis como temperatura, pH, concentrao, durao da exposio, entre outros

(CETESB, 2003).

Os ensaios de toxicidade podem ser classificados segundo os variados efeitos que

os organismos venham apresentar durante o tempo de exposio dos ensaios (Nipper,

2000; Borrely, 2001) em:

10

Toxicidade Aguda - ensaios de curta durao que abrangem apenas parte

do ciclo de vida do organismo-teste; normalmente avaliam a mortalidade ou a

imobilidade dos organismos, influncia em reaes bioqumicas,

metabolismo, entre outros.

Toxicidade Crnica - ensaios com exposio prolongada, que podem

abranger todo o ciclo de vida dos organismos-teste; avaliam parmetros

subletais como reproduo, crescimento e deformidades.

Toxicidade Crnica de curta durao - perodos de exposio mais curtos

em relao aos ensaios crnicos tradicionais, que abrangem partes sensveis

do ciclo de vida dos organismos-teste, avaliando parmetros subletais.

Biomarcadores - testes que avaliam o efeito de uma toxina em um tecido ou

em rgos especficos de um sistema biolgico, como por exemplo a

genotoxicidade.

Como exemplo de distino entre os ensaios que avaliam efeitos agudos e/ou

crnicos pode ser citada a exposio do organismo Ceriodaphnia dubia substncia

cloreto de potssio. O efeito agudo obsen/ado em 48 horas de exposio do

organismo e a concentrao necessria para observar este efeito igual a 630mg/L

(Mount et al., 1997). Com relao ao efeito crnico do KCI C. dubia, em um tempo de

exposio de 7 dias, a concentrao necessria para se observar o efeito igual a

300mg/L (dados no publicados).

Os resultados dos ensaios de toxicidade so normalmente expressos como CL,

CE, Cl, CENO e CEO. A CL e a CE representam respectivamente a Concentrao Letal

e a Concentrao Efetiva de uma amostra a uma determinada porcentagem de

organismos expostos. A CL50 e a CE50, isto , a Concentrao Letal e a Concentrao

Efetiva a 50% dos organismos expostos, so as mais utilizadas em uma avaliao de

efeito agudo, a Cl a Concentrao Inibitria a uma determinada porcentagem de

organismos-teste, utilizada para ensaios de efeito agudo ou crnico. A CENO e a CEO

representam a Concentrao de Efeito No Observado e a Concentrao de Efeito

Observado, respectivamente (ABNT, 2004). Esses dois parmetros juntos permitem a

detennlnao de uma faixa de sensibilidade e no de um valor absoluto de

concentrao do agente txico, e so utilizados em ensaios de toxicidade crnica.

A avaliao peridica da sensibilidade dos organismos bem como dos

11

procedimentos dos ensaios de toxicidade so realizados com substncias chamadas de

referncia (dicromato de potssio, o cloreto de sdio, cloreto de potssio, fenol, etc.).

Um ensaio de toxicidade considerado aceitvel se a sensibilidade substncia de

referncia estiver dentro dos limites estabelecidos pela mdia da CL50 ou CE50 de um

determinado nmero de ensaios 2 desvios-padro (ABNT, 2004; Nipper, 2000).

Alguns dos vrios ensaios de toxicidade j se encontram padronizados nacional

e internacionalmente, por associaes e organizaes de normalizao como a

Associao Brasileira de Nomnas Tcnicas (ABNT), Association Franaise de

Normalisation (AFNOR), American Society for Testing and Materials (ASTM), American

Water Works Association (AWWA), International Organization for Standardization (ISO)

e United States Environmental Protection Agency (USEPA). Os mtodos padronizados

apresentam a vantagem de poderem ser utilizados por diferentes laboratrios,

permitindo que os resultados obtidos sejam comparados entre si.

O ensaio de toxicidade aguda com Daphnia similis consiste na exposio de

indivduos jovens a vrias concentraes da substncia-teste (agente txico) por um

perodo de 24 a 48 horas, possibilitando a determinao da concentrao do agente

txico no incio do ensaio, que causa efeito agudo (imobilidade) a 50% dos organismos,

a CE(I)50. A imobilidade corresponde impossibilidade do organismo se movimentar na

gua (CETESB, 1986). Da mesma forma o procedimento para o ensaio com

Ceriodaphnia dubia, cujo o tempo de exposio prolongado por 7 dias. Observa-se o

efeito txico na reproduo e na sobrevivncia dos organismos (CETESB, 1991).

Enquanto o primeiro avalia o efeito agudo, o ensaio com Ceriodaphnia investiga a

possibilidade de existir efeito crnico.

O ensaio com bactrias luminescentes, conhecido como teste Microtox,

tambm um ensaio amplamente utilizado para uma variedade de ensaios toxicolgicos

e apresenta vantagens como rapidez, sensibilidade (detecta substncias txicas em

baixas concentraes), simplicidade e custo relativamente baixo, quando comparado

com o custo de testes que envolvem anlises qumicas. Pode ser utilizado em testes

com amostras de gua doce e gua do mar. E considerado um teste de "screening",

sendo muito utilizado para a realizao de uma tragem inicial dos efeitos adversos

(Sanchez & Sato, 2002).

O sistema Microtox utiliza a bactra luminescente Vibrio fischeri (descrita

anteriormente como Photobacterium phosphoreum) como organismo-teste. O

mecanismo de produo da luminescncia um processo enzimtico do metabolismo

12

bacteriano. Esse processo pode ser modificado ou sofrer danos por substncias txicas

e esse resultado utilizado para a determinao da presena de substncias txicas

(CETESB, 1987). Uma substncia txica pode causar alteraes nas estruturas das

clulas, em diferentes nveis: na membrana celular, na cadeia transportadora de

eltrons - via sistema enzimtico, nos constituintes citoplasmticos, mas que sempre

culminam em uma diminuio da bioluminescncia (Farre et al, 2001). A resposta do

teste normalmente expressa pela CE50, calculada a partir da reduo na quantidade

de luz emitida pelo microrganismo-teste, aps sua exposio ao agente txico

(CETESB, 1987).

Pesquisas recentes tm demonstrado boa correlao entre os resultados obtidos

com os ensaios com Daphnia e ensaios com a bactria luminescente. Assim, o sistema

Microtox vem sendo utilizado na avaliao da toxicidade aqutica e no monitoramento

de estaes de tratamento de gua, esgotos e despejos industriais, de acordo com o

Mtodo de Ensaio CETESB L5.227 (CETESB, 1987).

O ensaio com Vibrio fischeri e o ensaio com o organismo Daphnia similis foram

empregados em um estudo para a avaliao de 2.546 indstrias brasileiras localizadas

na regio do Rio Paraba do Sul, Estado de So Paulo. As indstrias metalrgicas e as

indstrias de fabricao de TNT foram identificadas como as de maior produo de

efluentes txicos (Torres et al., 1997). Os dados obtidos para os dois ensaios utilizados

apresentaram boa correlao de resultados.

Tendo em vista a necessidade de se obter respostas mais rpidas que possam

alertar sobre a possvel presena de cargas relativamente mais crticas e at de

situaes emergenciais, outra modalidade de ensaios tem sido proposta. Trata-se dos

biomarcadores, definidos como indicadores bioqumicos, fisiolgicos ou histolgicos de

exposio ou de efeito (Rand, 1995).

Dentre os biomarcadores de interesse para avaliao ambiental encontra-se o

teste que avalia danos tambm no DNA. Nos ltimos anos houve um interesse cientfico

na tcnica do Ensaio do Cometa ("DNA Cornet Assay") como um mtodo para detectar

danos no DNA de organismos aquticos que so induzidos pela presena de

substncias txicas no ambiente. Sua principal utilizao em estudos toxicolgicos

refere-se ao monitoramento de guas poludas, com peixes marinhos (Belpaeme et al.,

1998).

Conhecer a toxicidade de certos poluentes e sua influncia sobre a biota

constitui um instrumento valioso para a presen/ao da qualidade sanitria e ecolgica

13

do ambiente aqutico (Mucci et al., 1987). Cabe lembrar que a ausncia de toxicidade

aguda no garante que no existam efeitos crnicos, mutagnicos ou carcinognicos.

3.3 Controle da Emisso de Efluentes

Os limites para o lanamento de efluentes industriais, principais contribuintes de

compostos txicos, em corpos receptores so estabelecidos pelo Artigo 18 do

Regulamento da Lei do Estado de So Paulo 997 (1976) e pelo Artigo 21 da Resoluo

Federal CONAMA 12 (1986). As exigncias formuladas estabelecem os padres de

emisso que devem ser atingidos pelos efluentes lquidos, sendo que os padres de

qualidade do corpo receptor devem ser mantidos (Duarte, 1999).

Com o objetivo de reduzir as emisses de substncias txicas, muitos pases

incluram na Legislao medidas de proteo da fauna e da flora aquticas, baseando-

se em estudos ecotoxicolgicos, permitindo assim estabelecer limites permissveis de

poluentes na gua. Em associao ao controle e preveno da poluio das guas tm

sido utilizados ensaios de toxicidade para a determinao do potencial txico de um

agente qumico, que pode ser detectado por meio da observao da resposta de

organismos vivos (Zagatto & Goldstein, 1991).

De acordo com a Resoluo da Secretaria do Meio Ambiente, Artigo 1

(22/02/2000), as substncias qumicas presentes no efluente no devem causar ou

possuir potencial para causar efeitos txicos aos organismos aquticos no corpo

receptor. Esta Resoluo, que implementa o controle ecotoxicolgico de efluentes

lquidos, pioneira no Brasil, pois considera possveis interaes entre compostos

presentes nos efluentes. Os limites de toxicidade so estabelecidos para cada efluente,

podendo ser reavaliados pela CETESB desde que o emissor apresente estudos sobre a

toxicidade do efluente a pelo menos trs espcies de organismos aquticos,

variabilidade da toxicidade ao longo do tempo e disperso de efluente no corpo

receptor.

3.4 Estudos de Toxicidade Realizados com Efluentes

O estudo da toxicidade de efluentes muito importante, especialmente em

efluentes industriais, considerando-se que os destinos destes efluentes so as estaes

de tratamento de efluentes (ETEs) e, muitas vezes, os corpos receptores.

A presena de agentes txicos em estaes de tratamento de efluentes pode

14

causar impacto na atividade biolgica e, conseqentemente, reduo da eficincia do

tratamento. Alguns agentes txicos podem passar atravs do sistema de tratamento

sem sofrerem nenhuma alterao, comprometendo a biota do corpo receptor. Poluentes

txicos podem se concentrar no lodo, dificultando a degradao anaerbica nos

digestores e restringindo a sua disposio pois, uma vez que so dispostos no solo, em

aterros sanitrios ou so utilizados como fertilizantes, podem causar a contaminao de

recursos hdricos pela lixiviao (Goldstein et al., 1983).

Em um estudo realizado por Goldstein et al. (1983), vinte das principais

indstrias da regio de Suzano e Mogi das Cruzes, Estado de So Paulo, foram

avaliadas quanto toxicidade de seus efluentes, utilizando-se como organismo-teste o

crustceo Daphnia sinriilis. Apenas trs das indstrias estudadas no apresentaram

efluentes txicos ao organismo utilizado. Compostos presentes nos efluentes foram

analisados isoladamente quanto toxicidade. Os efluentes que apresentaram nveis

mais elevados de poluentes conhecidamente txicos a tratamentos biolgicos foram

tambm os mais txicos a D. similis.

O trabalho realizado por Mucci et al. (1987) comparou a resistncia dos peixes

Poecilia reticulata e Poecilia vivpara, quando submetidos ao dos resduos lquidos

de uma indstria petroqumica da Grande So Paulo, em ensaio esttico agudo, por 96

horas de exposio. Os efluentes, que so tratados pela prpria indstria, foram

coletados nos decantadores da estao. P. vivpara pareceu ser mais sensvel ao

efluente testado que P. reticulata, afetada apenas em concentraes elevadas (21%),

enquanto que P. vivpara foi afetada j na concentrao de 10%.

Os ensaios de toxicidade tm sido utilizados no s para a determinao da

toxicidade de um efluente mas tambm para a avaliao da eficincia de sistemas de

tratamento.

Bohrer (1995) realizou o biomonitoramento das Lagoas de Tratamento Tercirios

do Sistema de Tratamento de Efluentes Lquidos Industriais da Companhia

Petroqumica do Sul. Neste trabalho foram realizados ensaios de toxicidade aguda e

crnica, com os organismos Moina micrura, Daphnia similis e Ceriodaphnia dubia. O

sistema no apresentou toxicidade, porm foram observados efeitos adversos como

alteraes na morfologia dos organismos expostos aos efluentes.

Villegas-Nagarro et al. (1999) utilizaram ensaios de toxicidade aguda para a

determinao da toxicidade de efluentes de cinco indstrias txteis em Puebla, Mxico,

na entrada e na sada da estao de tratamento biolgico, determinando sua eficincia.

15

A Daphnia magna foi utilizada como organismo-teste. Foi demonstrada uma eficiencia

de remoo de toxicidade entre 33% e 89%, apesar de os efluentes aps o tratamento

ainda apresentarem toxicidade.

Badar-Pedroso (1999) estudou a toxicidade da gua de produo de petrleo

da Petrobrs, antes e aps o tratamento, que realizado pela prpria empresa. Os

organismos utilizados para a avaliao da toxicidade aguda foram dois misidceos e a

bactria Vibrio fischer. Ensaios de toxicidade que avaliaram o efeito crnico foram

realizados com ourios. O processo de tratamento, baseado na flotao e adio de

perxido de hidrognio, mostrou-se ineficiente na reduo da toxicidade dos efluentes

produzidos.

Arajo et al. (2002) estudaram a reduo da toxicidade de efluentes industriais

complexos do Plo Petroqumico de Camaari, Bahia, aps o tratamento biolgico com

lodo ativado. A eficincia do tratamento biolgico foi avaliada com o organismo Vibrio

fischer. Os resultados demonstraram que a estao de tratamento reduz em mdia

92,76% da sua carga txica.

Borrely (2001) utilizou os ensaios de toxicidade aguda com o microcrustceo

Daphnia similis, a bactria Vibrio fischer e o peixe Poecilia reticulata para a avaliao

da reduo da toxicidade aguda de efluentes industriais e domsticos tratados por

irradiao com feixe de eltrons, observando uma reduo estatisticamente significativa

da toxicidade.

3.5 Sabes, Detergentes e Surfactantes

Os sabes j eram produzidos desde o incio da Idade Mdia, especialmente na

Europa, sendo utilizados principalmente para higiene pessoal e lavagem de roupas. So

prontamente biodegradados tanto em ambientes aerbicos como anaerbicos, tratados

nas condies e no tempo de residncia do efluente durante o tratamento de uma

estao. Alm disso, estudos mostram que os sabes so menos txicos que os

surfactantes sintticos, princpio ativo dos detergentes sintticos (Scott & Jones, 2000).

A qumica dos produtos de saboaria permaneceu basicamente a mesma at

1916, quando o primeiro surfactante sinttico surgiu na Alemanha, devido falta de

gorduras utilizadas na fabricao do sabo, em decorrncia da Primeira Guerra Mundial.

A descoberta do surfactante, tambm foi motivada pela necessidade de um agente de

limpeza que no se combinasse com os sais dissolvidos na gua, ao contrrio do sabo

1

(Cosmticos & Perfumes, 2001).

A produo de detergentes sintticos comeou na Europa, na dcada de 1930 e

eram utilizados principalmente para lavar loua e tecidos. Em 1946, surgiu nos Estados

Unidos o primeiro detergente reforado, contendo surfactante e um adjuvante, o

tripolifosfato de sdio. Atualmente, os detergentes so encontrados na forma lquida,

slida (detergente em p) e na forma de gel. So compostos por diferentes

componentes, de acordo com a finalidade do produto, entre eles compostos abrasivos,

adjuvantes, agentes microbianos, agentes de branqueamento, corantes, conservantes,

controladores de espuma, enzimas, perfumes, etc, alm dos surfactantes (Cosmticos

& Perfumes, 2001).

Os detergentes so importantes causadores de poluio na gua pois alm de

conterem fosfato, que influi na propagao de algas e outros organismos aquticos,

dificultam as trocas gasosas entre a superfcie da gua e a atmosfera. Assim, quando o

detergente encontrado na superfcie da gua, o gs carbnico no liberado da gua,

e por sua vez impede nova oxigenao, podendo levar morte organismos aquticos

como os peixes. Esses fatores acabam promovendo a proliferao de bactrias

anaerbicas nesse ambiente perturbado (Rohrer, 1975).

Diferentes tipos de detergentes sintticos causam impactos negativos em corpos

receptores e em organismos aquticos que neles vivem, especialmente aqueles que

dependem da tenso superficial da gua (Rand, 1995).

Os detergentes so muito utilizados por indstrias, potencialmente aquelas que

utilizam uma etapa de limpeza ou lavagem em sua linha de produo. Entretanto, o

consumo domstico destes produtos supera o consumo industrial (Braile & Cavalcante,

1979).

Os detergentes sintticos funcionam da mesma maneira que os sabes mas

oferecem uma vantagem, pois funcionam bem em gua dura, isto , gua contendo ons

Ca^*, Fe^*, Fe^' e Mg''". A reao dos surfactantes sintticos com ons clcio e

magnsio, principais ons responsveis pela dureza da gua, para formar ons

complexos, diminui o potencial de limpeza do surfactante. Os ons polifosfato, que so

nions que contm vrias unidades fosfato ligadas por oxignios comuns

compartilhados, so adicionados aos detergentes como seqestrantes para formar

complexos solveis com os ons metlicos, permitindo assim a atividade limpante dos

detergentes, ao contrrio de complexarem com o Ca^* e Mg " presentes na gua (Baird,

2002).

17

O fsforo tem como origem guas residurias, detergentes, fertilizantes e rochas

fosfticas (Lamparelli, 2002). A presena de ons fosfato (PO/ ) em excesso em guas

naturais pode ter um efeito devastador na ecologia aqutica, pois sua presena causa

eutrofizao. O fsforo um nutriente nos ecossistemas aquticos, pois utilizado nos

processos de produo primria da matria orgnica, pela fotossntese.

Antigamente os detergentes foram a principal fonte de fosfatos poluentes em

guas. Grandes quantidades de tripolifostato de sdio (TPF), NasPOsOio, foram

adicionadas como agente seqestrante na maioria das formulaes dos detergentes

sintticos. Quando as guas de lavagem contendo tripolifosfatos entram em cursos

dgua aps serem descartadas, o excesso de tripolifosfato reage lentamente com a

gua, sendo transformado em ons fosfato (PO/^), de acordo com a Equao 1:

PsOio^ + 2H2O ^ 3 P O / + 4H* (1)

Devido aos problemas ambientais, muitos pases da Europa, Canad e Estados

Unidos tm substitudo os tripolifosfatos pelo nitrilotriacetato de sdio (NTA), citrato de

sdio, carbonato de sdio, silicato de sdio e substncias chamadas zelitas. As

zelitas (trocadores inicos) so aluminossilicatos minerais formados por sdio,

alumnio, silcio e oxignio; na presena de ons Ca^* eles trocam seus ons Na" pelo

Ca " , embora no interajam com o Mg^*. Uma desvantagem das zelitas que so

insolveis e seu uso aumenta a quantidade de sedimento nas guas residuais (Baird,

2002).

3.6 Surfactantes

Os surfactantes podem ser produzidos sinteticamente (os sintticos) ou por

microrganismos (biossurfactantes ou surfactantes biognicos) como bactrias,

leveduras e fungos. Os biossurfactantes so normalmente classificados de acordo com

a sua natureza bioqumica e pela espcie que os produzem. As cinco principais classes

de biossurfactantes so: glicolipdios, fosfolipdios e cidos graxos,

lipopeptdeos/llpoprotenas, surfactantes polimricos e surfactantes particulados

(Edwards et al., 2003).

Os surfactantes sintticos so compostos orgnicos que possuem a capacidade

de reduzir a tenso superficial da gua, facilitando seu contato com os objetos a serem

limpos, sendo por isso, utilizados como principio ativo dos detergentes. So capazes de

18

emulsificar gorduras e mant-las em suspenso. Muitos produtos de limpeza contm

pelo menos dois surfactantes para o desenvolvimento eficaz de suas funes

(Cosmticos & Perfumes, 2001).

O consumo mundial de surfactantes cerca de 8 milhes de toneladas por ano.

So amplamente utilizados nas indstrias cosmtica e alimentar, txtil, de corantes e de

produo de papel e especialmente na indstria de detergentes e demais produtos de

limpeza (Scott & Jones, 2000; Cunha et al., 2000). As principais reas de aplicao dos

surfactantes so ilustradas na Figura 1.

Uma das principais caractersticas dos surfactantes a concentrao micelar

crtica (CMC). A partir desta concentrao as molculas de surfactantes formam

agregados moleculares denominados micelas e a tenso superficial da soluo no

mais reduzida, permanecendo constante (Cunha et al., 2000).

SrfcLantes

90/, 6% 6 %

12%

58'/o

Detergentes de l impeza

Indstria Txtil

i n d u s t ! l a C u s m e i i c a

Rernerti^rO do ?olo

l i iuui i id de Papel

Industria Alimentcia

Indstria de Corantes

Figura 1. Aplicaes de surfactantes em setores distintos, segundo Cunha, et al., 2000.

O nome surfactante vem do ingls "surfactants", que significa "Surface Active

Agents", agentes ativos de superfcie. So compostos por um grupamento hidroflico e

por um grupamento hidrofbico (Figura 2). O grupo hidrofbico formado por uma

cadeia apolar de hidrocarboneto, com 8 a 18 carbonos, linear ou ramificada (Barbieri et

al., 2000).

O grupo hidroflico (extremidade polar) composto por materiais de duas

categorias: aqueles que ionizam em solues aquosas e aqueles que no ionizam

(Rohrer, 1975). Assim, os surfactantes podem ser classificados de acordo com o tipo de

dissociao que sofrem na gua em no-inicos, anfteros, catinicos e aninicos.

omsko HKiom. n t rf:-:-^A MCLEAR/SP-PEN

19

Cadeia apolar de hidrocarboneto

Grupo l-lidrofbico

Extremidade polar de carboxilato

Grupo Hidroflico

Figura 2. Estrutura de um surfactante aninico - grupo hidroflico e hidrofbico.

Os surfactantes no-inicos so aqueles em que a atividade superficial

desempenhada por toda a molcula, sendo uma parte mais polar que a outra.

Normalmente so combinados com os aninicos e catinicos e empregados em

detergentes em p e lquidos. Os principais produtos desta classe so os alquil

etoxilatos, os alquil fenlicos etoxilatos, os steres carboxlicos poligliclicos e as

aminas graxas (Cosmticos & Perfumes, 2001).

Os surfactantes anfteros contm grupos aninicos e catinicos e podem ser

utilizados em combinao, apesar de terem aplicao limitada. As betanas so os

principais anfteros (Cosmticos & Perfumes, 2001).

Os surfactantes catinicos mais comuns so os haletos de trimetilamnio

quaternrio. Apresentam um poder de detergncia fraco, no sendo utilizados como

detergentes domsticos. Sua principal aplicao em amaciantes, germicidas e

emulsificantes especficos (Cosmticos e Perfumes, 2001).

A classe de surfactantes aninicos a mais utilizada atualmente e subdividida

em carboxilatos, sulfatos, sulfonatos e fosfatos. So utilizados em produtos de limpeza

domsticos e industriais para emulsificao de substncias hidrofbicas, como leos,

gorduras e petrleo (Barbieri et al, 2000). Os surfactantes aninicos mais utilizados

mundialmente, em volume, so os alquilbenzeno sulfonatos de sdio lineares (LAS) e o

dodecilsulfato de sdio (DSS) (Sirisattha et al., 2004).

Os surfactantes aninicos tm sido os mais utilizados, porm, a importncia dos

surfactantes catinicos e no-inicos tem aumentado consideravelmente (Sandbacka et

al., 2000),

20

3.6.1 LAS e DSS

O LAS representa de 25 a 30% de todos os surfactantes sintticos utilizados

mundialmente, em formulaes de detergentes domsticos e industriais (Temmink &

Klapwijk, 2004). Foi desenvolvido em 1965 para substituir o alquilbenzeno sulfonato de

sdio - ABS (Figura 3), formado por uma cadeia ramificada, sendo por esse motivo

muito resistente biodegradao. Isso porque apenas poucos microrganismos so

capazes de romper ligaes de tomos de carbono quaternrio, encontradas no ABS

(Braile & Cavalcante, 1979). O LAS pode ser duas a quatro vezes mais txico que o

ABS. Estruturalmente diferente do ABS, o LAS um composto biodegradvel, sendo

que sua cadeia carbnica contm normalmente de 10 a 14 tomos de carbono (Rand,

1995). O LAS com 12 tomos de carbono, o dodecil p-bezenosulfonato de sdio

(Ci2H25C6H4S03Na), uma de suas formas mais utilizadas. Tanto o ABS como o LAS

apresentam um anel benznico em suas estruturas.

Apesar de ter sido substitudo h mais de 30 anos pelo LAS, devido a sua

resistncia biodegradao, o ABS ainda utilizado em pases menos industrializados

que se beneficiam pelo seu custo de produo mais baixo e em algumas aplicaes

com perfil especfico (Eichhorn et al., 2002).

ri CH3

u CH3

H CH3

H

r C C C C C C C

H H H H H H H c H

ABS

o"

Figura 3. Estrutura molecular ramificada do ABS.

Cerca de 85% do LAS utilizado em detergentes lquidos, detergentes em p, e

em outros produtos domsticos. Os detergentes industriais e comerciais so

responsveis pela maioria das outras aplicaes do LAS. Entretanto, pode tambm ser

utilizado como emulsificador, por exemplo, em herbicidas para a agricultura e emulses

para polimerizao, e como agente umidificante. O consumo de LAS nos Estados

Unidos, Europa e Japo foi de aproximadamente 0,9 bilhes de quilos, no ano de 1998

21

(Sirisattha et a., 2004).

O dodecilsulfato de sdio (DSS), surfactante aninico formado por uma cadeia

carbnica com 12 tomos de carbono (Ci2H25S04Na), muito utilizado como um agente

de limpeza em sabonetes lquidos e xampu, espuma e gel de banho, pastas de dente e

em cosmticos (Sirisattha et al., 2004).

Devido ao fato da toxicidade do LAS e do DSS ser bem conhecida, estes

surfactantes so freqentemente utilizados como substncia de referncia em ensaios

de toxicidade, especialmente o DSS, avaliando a sensibilidade dos organismos-teste.

3.7 Problemas Ambientais Causados pelos Surfactantes

Os principais problemas ambientais causados pelo uso indiscrminado dos

surfactantes, de acordo com Cunha et al. (2000), so:

formao de espumas, que causam poluio visual e inibem processos de

depurao dos corpos receptores e nas ETEs, alm de concentrarem e

disseminarem impurezas, bactrias e vrus;

diminuio das trocas gasosas entre a atmosfera e a superfcie da gua pela

formao de uma pelcula isolante na superfcie da gua;

aumento do contedo de fosfatos no meio aqutico, pela utilizao de polifosfatos

em combinao com os surfactantes, favorecendo a eutrofizao;

elevada toxicidade a organismos aquticos presentes nos corpos hdricos

receptores.

Muitos estudos tm demonstrado que a presena de detergentes e surfactantes

pode causar srios distrbios ecolgicos, afetando organismos aquticos, inclusive

peixes (Barbieri et al., 2000).

3.7.1 Toxicidade de Detergentes e de Surfactantes a Organismos Aquticos

Os detergentes e surfactantes esto entre os principais componentes orgnicos

antropognicos em efluentes e lodos no tratados, encontrados em concentraes

suficientes para causar problemas toxicolgicos a organismos aquticos (Sandbacl

22

industriais e domsticos contendo surfactantes (Rocha et al., 1985).

Devido a sua natureza qumica, os surfactantes podem interagir com os

principais componentes da membrana celular, as protenas e os lipdeos,

desestruturando os sistemas de membranas e enfraquecendo as estruturas de proteo

dos organismos (Braga, 2002). Podem apresentar ao bactericida e bacteriosttica em

baixas concentraes devido a sua interao com a membrana celular da bactria

(Gloxhuber, 1980).

Outras aes dos surfactantes j estudadas em sistemas biolgicos so

alteraes na fosforilao oxidativa e alteraes estruturais em mitocndrias, que

aumentam de acordo com o nmero de carbonos presentes na molcula do surfactante,

alteraes na permeabilidade da membrana ao potssio e inibio da sntese de DNA,

estudadas em levedura (Gloxhuber, 1980).

A tecnologia de microarranjos de DNA ("DNA microarray") tem sido utilizada em

Toxicologia para a anlise de alteraes no nvel transcricional (expresso gnica) em

clulas, em resposta ao estresse ambiental. Essa tcnica permite acompanhar a

expresso de milhares de genes ao mesmo tempo. Siristtha et al. (2004) utilizaram os

surfactantes DSS e LAS C12 como modelos de compostos qumicos para o teste de

microarranjo de DNA, em Saccharomyces cerevisiae. Embora neste trabalho no tenha

sido possvel demonstrar a mutagenicidade do LAS e do DSS, foram observados efeitos

diretos destes compostos no sistema de reparo de DNA. Os perfis de expresso do m-

RNA obtidos sugeriram que os surfactantes causam danos membrana e alteraes no

metabolismo de carbono, induzindo a resposta oxidativa ao estresse.

Estudos para a verificao dos efeitos txicos de detergentes e surfactantes em

organismos aquticos tm sido amplamente realizados. Os primeiros organismos

utilizados foram os peixes, no final da dcada de 50, no Reino Unido, Blgica e Rssia

(Malagrino et al., 1985).

A toxicidade dos surfactantes varia muito em relao ao organismo-teste e ao

tipo de surfactante, dentre os quais o crustceo de gua doce Daphnia magna tem se

mostrado mais sensvel toxicidade aguda (Cserht et al., 2000).

Estudos sobre os efeitos txicos crnicos so particularmente importantes

quando organismos aquticos so expostos continuamente a emisses de efluentes. Os

efeitos subletais dos surfactantes incluem o retardamento do crescimento, a alterao

do comportamento alimentar e inibio de rgos qumio-receptores (Malagrino et al..

23

1985). Segundo Lewis (1991) a toxicidade crnica e efeitos subletais dos surfactantes

catinicos so menores em relao aos outros grupos de surfactantes. A toxicidade

crnica dos surfactantes aninicos e no-inicos ocorre em concentraes normalmente

maiores que 0,1 mg/L. Os efeitos destes surfactantes em parmetros comportamentais e

fisiolgicos dos organismos aquticos situam-se nas concentraes entre 0,002mg/L a

40,0mg/L.

Warne & Schifko (1999) avaliaram a toxicidade de vrios componentes dos

detergentes, com o objetivo de determinar quais dos componentes, entre surfactantes,

enzimas, controladores de espuma, branqueadores e corantes, o maior contribuinte

para a toxicidade total. Foram realizados ensaios de toxicidade aguda com o organismo

Ceriodaphnia dubia. Os surfactantes apresentaram uma mdia de contribuio de

40,7% da toxicidade aguda total dos detergentes, sendo o grupo de componentes mais

txico. Entre os surfactantes analisados, o LAS C12 apresentou CE50 igual a 7,81 mg/L e

a sua contribuio para a toxicidade do detergente foi de 50,41%.

Malagrino et al. (1985) estudaram a ao txica do detergente comercial "ODD"

sobre o peixe Poecilia vivpara. Os parmetros observados foram comprimento mdio

(mm), peso mdio (g), comportamento (dificuldade de equilbrio) e sobrevivncia. Em

todas as concentraes, a partir do primeiro dia de exposio, foi observada a

dificuldade de equilbrio dos organismos expostos e a CL50 determinada foi menor que

0,1 mg/L.

Malagrino et al. (1987), tambm estudaram a influncia de uma mistura dos

detergentes "Skip", "ODD" e "Minerva" no crescimento bissal do molusco Brachidontes

solisianus, provenientes de Ubatuba-SP. Na concentrao de 1 mg/L foi observado entre

70% e 80% de animais com crescimento bissal e entre 45% e 55% na concentrao de

10mg/L. Os efeitos observados mostram que os detergentes podem contribuir para o

decrscimo da fauna aqutica, por impedir ou dificultar o comportamento de fixao no

substrato, que realizado pelo bisso.

Ensaios de toxicidade foram realizados na CETESB com diferentes substncias,

entre elas os detergentes comerciais "ODD" e "Extran", utilizando-se coppodos,

ostrcodos e peixe. Para o "ODD" a CL50(96h) obtida no teste esttico com coppodos

foi 0,232mL/L e no teste de fluxo contnuo a CL50(96h) foi 0,015mL/L. Para o detergente

"Extran" a CL50(96h) obtida com coppodos no teste esttico foi igual a 0,225mL/L e

igual a 0,175mL/L no teste esttico com ostrcodos. Os testes realizados com

Brachydanio rerio, fluxo contnuo, utilizando-se o detergente "ODD" resultaram em uma

24

CL50(96h) igual a 0,030mUL (Pereira et al, 1987).

Em peixes, as branquias so os primeiros alvos dos surfactantes e de outras

substncias txicas presentes na gua, pois apresentam uma superfcie relativamente

grande, recoberta por um epitelio fino. Assim, o epitelio branquial torna-se um candidato

a modelo "In vitro" para a toxicologia aqutica (Sandbacka et al., 2000). Segundo

Cserht et al. (2000), altas concentraes de surfactantes modificam o comportamento

de peixes, que passam a apresentar movimentos errticos, espasmos musculares e

toro do corpo.

Sandbacka et al., 2000, analisaram a toxicidade de 10 tipos de surfactantes

(aninicos, catinicos e no aninicos), entre eles o DSS, em peixes, em culturas de

clulas de peixes e em Daphnia magna e observaram que a Daphnia foi mais sensvel

maioria dos surfactantes quando comparada ao peixe e muito mais sensvel aos

surfactantes catinicos. A CE50 obtida com D. magna para o DSS foi igual a 28,8mg/L,

enquanto que para o peixe a CL50 obtida foi de 42,1 mg/L. Para os surfactantes

catinicos, a Daphnia foi muito mais sensvel que as clulas em cultura, demonstrando

ser especialmente sensvel a essa classe de surfactantes. Lewis & Suprenant (1983),

concluram que, das espcies utilizadas em ensaios toxicolgicos, os dafndeos esto

entre as espcies mais sensveis aos surfactantes.

Para a avaliao dos nveis txicos dos surfactantes Marin A (alquilbenzeno

sulfonato, biodegradvel) e do Oronite-60 (Tetrapropileno benzeno sulfonato,

fracamente biodegradvel) fauna malacolgica da regio de Ubatuba-SP, foram

realizados ensaios de toxicidade aguda com os moluscos Littorina flava e Littorina zic

zac, organismos que vivem presos ao substrato rochoso. O Marin A apresentou

toxicidade acentuada a partir de 2,7mg/L (1,8mg/L e 3,2mg/L) e o Oronite-60 foi txico

em concentraes abaixo de 2,5mg/L (entre 1,0mg/L e 1,8mg/L), evidenciadas por

modificaes no comportamento dos organismos (Malagrino et al., 1986).

Em um trabalho desenvolvido por Rocha et al. (1985), foi avaliada a toxicidade

do surfactante Oronite-60 sobre o molusco Tivela mactroides, de Ubatuba-SP. Os

resultados indicaram efeitos subletais nas caractersticas estudadas como diminuio da

atividade de escavao, danos aos sifes inalante e exalante, alm de danos nos

msculos de abertura e fechamento das valvas, que so importantes adaptaes dos

animais s condies ambientais. Os autores concluram que a presena de

surfactantes na gua do mar pode contribuir para a degradao das comunidades

marinhas.

25

Os autores Li & Sclirder (2000) determinaram a toxicidade aguda de 10

diferentes surfactantes, 2 aninicos, 2 catinicos, 4 no-inicos e 2 anfteros, utilizando

os organismos Daphnia magna e Vibrio fischeri. Os surfactantes aninicos utilizados

foram alquilter carboxilato e sulfoxinato. De uma forma geral, a D. magna foi mais

sensvel que a bactria, porm para os dois surfactantes aninicos estudados, a

bactria foi mais sensvel que a Daphnia. Os valores de CE50 obtidos para o alquilter

carboxilato foram 198mg/L (D. magna) e 90mg/L {V. fischen) e para o sulfoxinato foram

30mg/L (D. magna) e 27mg/L (V. fischeri).

Farre, et al, 2001, ilustraram a curva de inibio da bioluminescncia emitida

pela bactria Vibrio fischeri, sinalizando a toxicidade de surfactantes no inicos

presentes em efluentes industriais, com o sistema Microtox.

Normalmente os biossurfactantes so menos txicos que os surfactantes

sintticos. Edwards et al. (2003) compararam a toxicidade de surfactantes sintticos

com a toxicidade dos biossurfactantes, para as duas espcies estuarinas Menidia

beryilina (peixe) e l\/lysidopsis bahia (crustceo). Foram utilizados 3 biossurfactantes

(BioEM, Emulsan, PES-51) e 3 surfactantes sintticos (PES-61, Corexit 9500, Triton X-

100). A toxicidade aguda foi determinada em ensaios estticos com 96h de durao,

observando-se a sobrevivncia. O ensaio de toxicidade crnica foi realizado com a

exposio de larvas jovens, das duas espcies, sendo observados a sobrevivncia, o

crescimento e a fecundidade. Os resultados mostraram que M. bahia foi a espcie mais

sensvel aos surfactantes. De uma forma geral, os surfactantes PES-61 (CL50=20mg/L;

CENO=1000mg/L; CEO>1000mg/L) e o Emulsan (CL50= 20mg/L; CENO=120-200mg/L;

CEO>200mg/L) foram os menos txicos e o Triton X-100 (CL50=6,0mg/L; CENO= 0,8-

2,2mg/L e CEO= 1,3-3,6mg/L) foi o mais txico; as toxicidades dos biossurfactantes

foram intermedirias quelas apresentadas pelos surfactantes sintticos.

Atualmente o mecanismo de toxicidade do DSS bem caracterizado. Os

primeiros alvos de DSS so as estruturas membranosas das clulas. Tem sido sugerido

que o DSS causa peroxidao lipdica, aumento da produo de glutationa e alteraes

no metabolismo do carbono. Com base na similaridade entre as estruturas qumicas,

aceito que o modo de ao do LAS seja semelhante ao do DSS (Sirisattha et al., 2004).

De acordo com Eichhorn et al. (2002), concentraes de LAS acima de

0,155mg/L podem causar efeitos negativos vida aqutica. Segundo Cserht et al.

(2000) a toxicidade aguda para o LAS varia entre 1,7mg/L e 270mg/L, para vrios

invertebrados cujos efeitos j foram estudados.

26

Aidar et al. (1995) realizaram a avaliao da toxicidade aguda e crnica do

surfactante LAS C12 para a alga diatomcea Phaeodactyium trcomutum, da regio

estuarina de Canania-SP. Os valores encontrados para CL50 foram 1,94mg/L (48h) e

1,90mg/L (96h). Os valores de CENO (48 e 96h) obtidos estiveram acima de 0,5mg/L.

Paixo et al. (2002) avaliaram a toxicidade aguda do DSS para a microalga

Tetraselmis chuii, durante 96 tioras de exposio. Os valores mdios de CI50

encontrados atravs do percentual de inibio do crescimento das microalgas foram de

11,21mg/La21,87mg/L.

Villegas-Navarro et al. (1999) determinaram a toxicidade aguda do DSS para o

crustceo Daphnia magna, e obtiveram a CL50 entre 14,5mg/L e 16,2mg/L.

Kaiser & Palabrica (1991) determinaram a toxicidade aguda para diversos

compostos orgnicos, entre eles o LAS C12, utilizando a bactria luminescente Vibro

fischer. A CE50 obtida para o LAS foi igual a 1,51 mg/L.

Alteraes induzidas quimicamente na bioqumica e na fisiologia dos organismos

podem ser utilizadas como ferramenta de diagnstico no estudo de impactos ambientais

potenciais em ambientes aquticos. Os surfactantes podem prejudicar as funes

metablicas de um organismo, incluindo a inativaao de enzimas como as esterases e

as fosfatases e alterao da permeabilidade da membrana celular (Cotou et al., 2001).

Guilhermino et al. (2000) estudaram o efeito dos surfactantes DSS e DBS

(dodecilbenzil sulfonato) na atividade enzimtica da acetilcolinesterase de Daphnia

magna. Organismos jovens foram expostos aos surfactantes por 48 horas. A partir dos

dados obtidos sobre a inibio enzimtica, foram calculadas a CENO e a CEO. Para o

DBS os resultados obtidos foram CENO

27

3.7.2 Fatores que Influenciam a Toxicidade dos Surfactantes

Alguns fatores afetam o potencial txico dos surfactantes, entre eles a sua

estrutura molecular, a dureza da gua, temperatura e concentrao de oxignio

dissolvido (Rocha et al., 1985; Lewis, 1992).

A determinao da influncia da temperatura na toxicidade do LAS C12 ao

organismo Mugil platanus (peixe) foi realizada por Barbieri et al. (2000). Os organismos

foram submetidos medio do consumo de oxignio em respirmetros. Os resultados

demonstraram que o consumo de oxignio aumenta em funo da concentrao de

LAS, especialmente a partir da concentrao de 2,5mg/L de LAS, e tambm em funo

do aumento das temperaturas empregadas, sugerindo que com o aumento da

temperatura ocorre tambm um aumento da toxicidade do surfactante.

A maioria dos estudos ecotoxicolgicos com surfactantes no considera a sua

biodjsponibilidade, j que em testes laboratoriais as suas concentraes so mantidas

constantes. Entretanto, no ambiente trs mecanismos alteram a biodisponibildade dos

surfactantes: a biodegradao, a adsoro e a precipitao.

A adsoro do LAS na matria orgnica suspensa um fenmeno bem

conhecido. Isto tambm ocorre nas estaes de tratamento, diminuindo a toxicidade dos

surfactantes, j que as bactrias s utilizam compostos que esto em soluo.

Dependendo da concentrao de Ca^", o LAS pode ser solubilizado ou precipitado,

causando uma diminuio na biodisponibilidade para organismos aquticos e

conseqentemente a diminuio da toxicidade (Verge et al., 2001).

Verge et al. (2001) estudaram o efeito da precipitao do LAS (Ga(LAS)2), devido

dureza da gua, na sua biodisponibilidade e conseqentemente na sua toxicidade.

Foram utilizados 3 homlogos de LAS (Cio, C12 e o C M ) em concentraes entre 5mg/L

e 25mg/L. O organismo D. magna foi utilizado no ensaio de toxicidade aguda de 48h de

durao e os valores de dureza utilizados nas exposies foram 200mg/L, 500mg/L,

2000mg/L e 2500mg/L de CaCOs.

Outro ensaio foi realizado utilizando o LAS C10 e aumentando-se a dureza da

gua para 8500mg/L de CaCOa. Os ensaios de toxicidade realizados com dureza de

200mg/L demonstraram um aumento da toxicidade em relao ao aumento do tamanho

da cadeia do LAS, cuja CE50 foi reduzida de 13,9mg/L (Cio) para 1,22mg/L (C14). Os

resultados mostraram ainda que h um aumento da toxicidade em relao ao aumento

da dureza da gua, que funciona como um fator de estresse para os organismos, neste

28 :

caso. Utilizando os homlogos C12 e C14 os autores demonstraram que o LAS

precipitado mais rapidamente quanto maior for o seu peso molecular. Enquanto que o

LAS Cio mais solvel, sofrendo menor precipitao, C12 e C14 precipitam mais

rapidamente, implicando em uma reduo da toxicidade pela diminuio da frao

disponvel e conseqentemente da concentrao. Os autores concluram que a

toxicidade um resultado da presena da forma Inica do LAS (Ca"' - LAS") (Verge et

al., 2001).

Sandbacka et al. (2000), utilizando 10 tipos de surfactantes (aninicos,

catinicos e no aninicos), estudaram a influncia do tamanho da cadeia alquil na

toxicidade, observando que quanto maior o tamanho da cadeia, maior a toxicidade do

surfactante.

3.7.3 Surfactantes como Dispersantes de Oleo

Aproximadamente 5 milhes de toneladas de leo bruto e leo refinado entram

no ambiente a cada ano como um resultado de fontes antropognicas como o

derramamento de leo. Muitos processos de biorremediao tm sido aplicados para

reduzir os impactos causados, entre eles o estmulo da microbiota a degradar o leo,

pela adio de fertilizantes ricos em nitrognio e fsforo, semeando a rea afetada com

microbiota que degrade hidrocarbonetos. Uma outra forma de remediao a aplicao

de surfactantes nas reas contaminadas (Edwards et al., 2003).

Os acidentes em terminais petroleiros, derrames de leos de navios-tanque e o

vazamento de oleodutos implicam na utilizao de surfactantes para resolver o

problema da mancha de leo no mar, mas acabam prejudicando a biota marinha

(Malagrino et al., 1986). Isso acontece porque os surfactantes, presentes nos

detergentes, so mais txicos que o prprio petrleo e em combinao, apresentam um

sinergismo altamente txico (Thompson & Wu, 1981; Lewis, 1992). O impacto dos

dispersantes de leo no ecossistema marinho freqentemente estudado com base nos

dados de toxicidade aguda (Cotou et al., 2001).

Os dispersantes de leo so misturas de dois ou mais surfactantes aninicos e

no-inicos e solventes. Sua toxicidade influenciada pelo tipo especfico e

concentrao de cada surfactante presente. Cotou et al. (2001) estudaram o efeito de

um dispersante de leo base do surfactante Finasol OSR 5 na enzima ATPase

durante dois estgios nauplianos de Artemia (instar I e II). Foi observada inibio na

29

atividade enzimtica da ATPase para os ons Na* e K" e estimulao da atividade

enzimtica para o Mg " .

3.7.4 Surfactantes em Estaes de Tratamento Biolgico

Os surfactantes so os principais componentes orgnicos antropognicos em

efluentes e lodos no tratados. Segundo Brunner et al. (1988), concentraes entre

3mg/L e 21mg/L de surfactantes aninicos so encontradas em efluentes no tratados,

que chegam s estaes de tratamento, sendo que quantidades significativas de

surfactantes acabam sendo transportadas para o ambiente a partir de estaes de

tratamento.

Devido natureza ambiflica dos surfactantes, eles podem ser adsorvidos na

superficie do material particulado, associados ao lodo slido de efluentes. Alguns

autores relataram a presena de 10% a 35% de LAS adsorvido em material particulado,

em um efluente no tratado. Podem tambm precipitar na presena de ons metlicos,

particularmente o Ca^*. Esse comportamento pode resultar em urna proporo

significativa de surfactantes na frao particulada (Scott & Jones, 2000).

Embora o LAS e outros surfactantes comuns sejam rapidamente degradados por

processos biolgicos, grande parte dos surfactantes (20% a 50%) carregada em uma

estao de tratamento associada a slidos em suspenso, escapando do tratamento

aerbico, sendo diretamente depositado no lodo (Dentei et al., 1993). O lodo, q