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Utilização de processos físicos e químicos para redução de contaminantes em água para lastro de navios

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ARTIGO ORIGINAL

ARAUJO, Gustavo Alves de [1], CARMINATTI, Claudimir Antonio [2]

ARAUJO, Gustavo Alves de. CARMINATTI, Claudimir Antonio. Utilização de processos físicos e químicos para redução de contaminantes em água para lastro de navios. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano. 07, Ed. 04, Vol. 02, pp. 95-106. Abril de 2022. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-quimica/contaminantes-em-agua

RESUMO

A utilização da água de lastro no auxílio de operações de embarcações se tornou fundamental a partir do início do século XX. Entretanto, ao captar a água do mar para os tanques de lastro, diversos organismos também são levados e liberados em locais diferentes de seu habitat, podendo propagar doenças e epidemias e, além disso, contribuindo com a bioinvasão, principal problema ecológico enfrentado nos mares. A Organização Marítima Internacional (IMO) estabeleceu, em 2004, a Convenção Internacional para Controle e Gerenciamento da Água de Lastro e Sedimentos de Navios (Convenção BWM), com o objetivo de diminuir os problemas gerados pela água de lastro, tornando obrigatório que as embarcações possuam a bordo um sistema de gerenciamento de água de lastro que cumpra os requisitos da Convenção (Regra D-2). Este trabalho tem como questão norteadora: A utilização dos processos químicos e físicos de filtração, cloração e tratamento térmico é eficaz na redução de organismos contaminantes em água para lastro de navios? Para o objetivo geral, o trabalho analisou a influência da utilização dos processos de filtração, filtração e cloração, e filtração e tratamento térmico na eliminação de microrganismos contidos em água para lastro de navios coletada na Baía da Babitonga em São Francisco do Sul/SC. A água coletada foi filtrada utilizando-se membranas de acetato de celulose com porosidade de 0,45 mm. O permeado foi tratado quimicamente utilizando-se cloro (filtração e cloração) ou fisicamente aquecendo a água filtrada até ebulição (filtração e tratamento térmico). A partir da análise microbiológica, pôde-se concluir que tanto o processo de filtração como os processos combinados de filtração e cloração, e filtração e tratamento térmico conseguiram reduzir a presença de Coliformes Totais em 92,6% e Coliformes Termotolerantes em 99,3%, resultando em valores que atendem aos padrões biológicos para Escherichia Coli estabelecidos pela Convenção BWM, demonstrando que essa água, se for utilizada como lastro em navios, estará de acordo com os padrões estabelecidos pela Convenção BWM da Organização Marítima Internacional (IMO).

Palavras-chave: Transporte marítimo; Água de lastro; Bioinvasão, Convenção BWM; Tratamento de água de lastro.

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, o transporte de grandes quantidades de mercadorias pelo modal marítimo representa cerca de 80% do comércio no mundo. No Brasil, mais de 350 milhões de toneladas de mercadorias são transportadas por navios (CECCATO, 2022). Para realizar este transporte, as embarcações passaram por diversas evoluções tecnológicas para respeitar critérios operacionais de navegação, sendo um destes processos a utilização de lastro no navio (ARAUJO, 2021).

Antigamente, diversos materiais foram utilizados no lastreamento dos navios para garantir seu equilíbrio, como pedras, madeira e areia. No entanto, as embarcações apresentavam instabilidade quando lastreadas com objetos sólidos, sobretudo com o movimento de embarque e desembarque das cargas nos portos (LAMONICA; SANTOS, 2008). A fim de evitar tal instabilidade, as embarcações, a partir do século XX, passaram a utilizar água como lastro, sendo as águas dos mares, rios e lagos mais acessíveis e flexíveis quando comparadas aos objetos sólidos (ARAUJO, 2021).

Estima-se que 10 milhões de toneladas de água de lastro são transportadas para lugares diferentes em um ano. Essa movimentação de água tem contribuído para um dos maiores problemas que o ambiente marinho tem enfrentado: a bioinvasão. Cerca de 3000 espécies de animais e plantas são transportadas junto com a água de lastro para fora de seu habitat natural, acarretando sérios prejuízos ambientais e econômicos (PEREIRA, 2018).

No Brasil, o maior exemplo de bioinvasão é o mexilhão-dourado, uma espécie oriunda da China e do Sudeste Asiático, encontrado hoje em inúmeras regiões do país. Trazido em águas de lastro, esse mexilhão interfere na reprodução de espécies nativas e é responsável pelo desequilíbrio ecológico na região onde se encontra. Além disso, também está associado a prejuízos econômicos como, por exemplo, na Usina Hidrelétrica de Itaipu, onde os mexilhões geraram prejuízos estimados de aproximadamente US$ 1 milhão a cada dia de paralisação devido a obstrução das turbinas e alteração na rotina de manutenção da Usina (COLLYER, 2007).

No que diz respeito a problemas de saúde pública, há espécies invasoras trazidas em água de lastro que podem provocar doenças como cólera e infecções intestinais, como as bactérias Vibrio cholerae, Enterococcus faecalis e Escherichia coli (FORTE, 2019). Faz-se necessário, portanto, o uso de sistemas de tratamento de água de lastro nos navios com o intuito de evitar a propagação de espécies invasoras e assim evitar os danos ambientais, econômicos e à saúde causados pela bioinvasão.

Em 2004, a Organização Marítima Internacional (IMO) formulou a Convenção Internacional de Controle e Gerenciamento de Água de Lastro e Sedimentos de Navios (Convenção BWM – Ballast Water Management), com a finalidade de prevenir, minimizar e eliminar os riscos provocados por espécies invasoras que são transportadas na água de lastro (IMO, 2004). A Convenção BWM estabelece, entre outras regras, que toda embarcação deve possuir um sistema de tratamento de água de lastro para impedir a descarga e a captação desses organismos invasores, além de possuir um Certificado Internacional de Gerenciamento de Água de Lastro, indicando que a embarcação segue os requisitos impostos pela Convenção BWM (IMO, 2004). No Brasil, a norma responsável por regular o gerenciamento da água de lastro é a NORMAM-20, que é aplicada a todas as embarcações, nacionais ou internacionais, que utilizam a água do mar nos processos de lastreamento e navegam em Águas Jurisdicionais Brasileiras (MARINHA DO BRASIL, 2019).

Segundo a IMO (2004), a Convenção BWM dispõe de uma regra para a troca da água de lastro (Regra D-1) e seu desempenho (Regra D-2). A Regra D-1 estabelece que toda embarcação deve realizar a troca de 95% de seu volume de água de lastro a, no mínimo, 200 milhas náuticas da costa num local com pelo menos 200 metros de profundidade, enquanto a Regra D-2 diz respeito aos padrões biológicos da água, sendo que para atender aos padrões da Regra D-2 as embarcações devem ter a bordo um sistema de tratamento de água de lastro.

A Convenção BWM estabelecia que até 2016 as embarcações deveriam providenciar a troca da água de lastro (Regra D-1) ou satisfazer o requisito da água de lastro (Regra D-2). Porém, após 2016 a Regra D-2 seria o único requisito a ser cumprido após a instalação do sistema de gerenciamento de água de lastro, uma vez que a Regra D-1 foi vetada devido à incerteza da eficácia dos métodos utilizados (ARAUJO, 2021). A Convenção BWM entraria em vigor depois que 30 países membros, no mínimo, correspondessem a 35% da arqueação bruta no mundo. A convenção entrou em vigor, de fato, em setembro de 2017 com a adesão da Finlândia como 52º país, correspondendo a 35,14% da arqueação bruta mundial (FORTES, 2019).

Com o objetivo de atender a Regra D-2, as embarcações iniciaram a instalação a bordo de um sistema de tratamento para a água de lastro, sendo que diversas técnicas foram desenvolvidas para este fim, como processos físicos (tratamento térmico, filtração e irradiação por raios ultravioleta), e processos químicos (ozonização, eletrólise e cloração) (GOMES, 2017).

A partir disso, este artigo pretende responder à seguinte questão norteadora: A utilização dos processos químicos e físicos de filtração, cloração e tratamento térmico é eficaz na redução de organismos contaminantes em água para lastro de navios? Para tanto, este trabalho tem por objetivo geral analisar a utilização dos processos de filtração, filtração e cloração, e filtração e tratamento térmico na eliminação de microrganismos contidos em amostra de água de lastro para navios, coletada na Baía da Babitonga em São Francisco do Sul/SC, a fim de se verificar se tais procedimentos atendem aos requisitos estabelecidos pela Convenção BWM.

2. METODOLOGIA

2.1 COLETA

Uma amostra de cinco litros de água foi coletada na Baía da Babitonga na cidade de São Francisco do Sul/SC, no dia 18/08/2021, em um local próximo ao Porto de São Francisco do Sul. A amostra foi coletada em um galão de plástico esterilizado previamente com água sanitária. Após o completo enchimento, o recipiente foi fechado ainda dentro da água do mar para evitar a entrada de oxigênio. A amostra foi mantida refrigerada em geladeira por 24 horas para a realização dos tratamentos físicos (filtração e tratamento térmico) e químico (cloração) e posterior análise microbiológica.

2.2 METODOLOGIA EMPREGADA

No momento da realização dos processos de tratamento, a amostra foi homogeneizada por agitação manual e 250 mL foram transferidos para um béquer, sendo este volume de água filtrado em um equipamento de filtração a vácuo Millipore utilizando uma membrana de acetato de celulose com porosidade de 0,45 μm e diâmetro de 47 mm. Este processo foi repetido três vezes, de modo que ao final da etapa de filtração foram obtidas três amostras (A1, A2 e A3), que foram armazenadas sob refrigeração em geladeira para a realização das etapas seguintes. Também foi armazenada uma amostra da água in natura (Amostra A0), que foi utilizada para a análise microbiológica da água da Baía da Babitonga sem nenhum tratamento. As membranas resultantes dos três processos de filtração foram secas em estufa e armazenadas para a determinação da massa do material suspenso por gravimetria.

Após o processo de filtração, a Amostra A1 foi armazenada sob refrigeração para posterior realização da análise microbiológica, pois neste ensaio o objetivo era verificar a influência do processo físico nos parâmetros microbiológicos da água resultante.

A Amostra A2 resultante do processo de filtração foi submetida a um processo químico de cloração adicionando 1,5 mL de uma água sanitária contendo de 2 a 2,5% de cloro ativo. A mistura foi agitada por 1 minuto e após armazenada sob refrigeração para análise posterior.

A Amostra A3 foi submetida a um tratamento térmico por aquecimento. O volume de 250 mL de água foi transferido para um recipiente metálico e aquecido até fervura sob agitação. Após o resfriamento, a amostra foi armazenada em ambiente refrigerado para a análise microbiológica.

2.3 ANÁLISE MICROBIOLÓGICA

A análise microbiológica das amostras foi realizada em um laboratório particular de Análise de Águas da região de Joinville/SC. Foram determinadas as concentrações de coliformes termotolerantes e coliformes totais utilizando a metodologia descrita na Seção 9221 do Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Os resultados foram expressos na unidade de NMP/100 mL baseando-se na Tabela de Número Mais Provável.

3. RESULTADOS

Apesar da sua importância e necessidade para a estabilidade e segurança dos navios, a água de lastro pode ser um importante vetor de disseminação de organismos que, uma vez inseridos em um ambiente, podem impactar consideravelmente a fauna e a flora de uma região portuária. A utilização de processos para o tratamento da água de lastro a bordo das embarcações vem sendo proposto para o cumprimento da Norma D-2 da Convenção BWM. Processos combinados, como filtração e agentes químicos, filtração e tratamento térmico, filtração e radiação ultravioleta, e filtração e eletrocloração estão sendo utilizados como alternativas para o tratamento da água de lastro diretamente a bordo dos navios. Assim, este trabalho analisou a eficiência da utilização do processo de filtração e dos processos combinados de filtração e cloração e filtração e tratamento térmico na eliminação de microrganismos em uma água para utilização como lastro em navios.

3.1 PROCESSOS DE TRATAMENTO

A primeira etapa deste trabalho foi a utilização do processo de filtração da água coletada na Baía da Babitonga com o objetivo de retirar partículas suspensas e diminuir a quantidade de organismos presentes na amostra. A Figura 1 apresenta as amostras após a realização do processo de filtração em comparação com a amostra A0, que é a água in natura coletada.

Figura 1 – Comparação visual entre as amostras após o processo de filtração (A1, A2 e A3) e a água in natura (A0).

Comparação visual entre as amostras após o processo de filtração (A1, A2 e A3) e a água in natura (A0).
Fonte: Araujo (2021).

Analisando a Figura 1, percebe-se que há pouca diferença entre a água coletada e as amostras filtradas, demonstrando que a água coletada possuía uma baixa quantidade de material em suspensão. A determinação por gravimetria da quantidade de resíduos nas membranas após o processo de filtração demonstrou que a quantidade de material suspenso era, em média, de apenas 0,1103 g. A Figura 2 e a Tabela 1 mostram, respectivamente, as membranas após utilização no processo de filtração (e uma membrana limpa) e a quantidade em massa de resíduos retidos.

Figura 2 – Comparação entre uma membrana limpa e as membranas utilizadas no processo de filtração da amostra de água coletada.

 

Comparação entre uma membrana limpa e as membranas utilizadas no processo de filtração da amostra de água coletada.
Fonte: Araujo (2021).

Tabela 1 – Quantidade de material retido no processo de filtração das amostras de água.

Amostra Massa (g)
A1 0,1130
A2 0,1095
A3 0,1084

Fonte: Araujo (2021).

Após a filtração, a Amostra A2 foi submetida ao processo químico de cloração, enquanto a Amostra A3 foi aquecida até fervura (tratamento térmico), resultando em processos combinados de filtração e cloração e de filtração e tratamento térmico. Após a realização dos dois processos não foi possível perceber diferenças visuais na água, sendo que as duas amostras após um período de 1 hora (para estabilização e resfriamento) foram armazenadas para a realização da análise microbiológica juntamente com as amostras A0 e A1.

3.2 ANÁLISE MICROBIOLÓGICA

Para mostrar a eficácia dos métodos de tratamento realizados na água da baía da Babitonga, as amostras A0 (água in natura), A1 (filtração), A2 (filtração + cloração) e A3 (filtração + tratamento térmico) foram submetidas à análise microbiológica com o objetivo de determinar o número de coliformes termotolerantes e coliformes totais presentes em cada amostra. Os resultados da análise microbiológica das amostras são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2 – Resultados da análise microbiológica das amostras de água in natura (A0) e após os processos de filtração (A1), filtração e cloração (A2) e filtração e tratamento térmico (A3).

Parâmetros Resultados Unidade
A0 A1 A2 A3
Coliformes Termotolerantes 270 < 20 < 20 < 20 NMP/100mL
Coliformes Totais 2800 < 20 < 20 < 20 NMP/100mL

Fonte: Araujo (2021).

Analisando a Tabela 2, pode-se perceber uma redução significativa no número de coliformes termotolerantes (92,6%) e coliformes totais (99,3%) nas amostras A1, A2 e A3 quando comparadas aos valores obtidos na Amostra A0. Os resultados demonstram que o número de coliformes está bem enquadrado nos padrões exigidos pela Regra D-2 da IMO, que exige que para a bactéria Escherichia coli o valor seja menor do que 250 UFC por 100 mL.

Os valores obtidos após a análise microbiológica demonstram que a utilização da água in natura como lastro em navios não estaria de acordo com as normas, não sendo possível a sua descarga no porto de destino sem a realização de um tratamento. Também demonstra que a utilização de processos de tratamento a bordo das embarcações, como os processos de filtração, filtração e cloração, e filtração e tratamento térmico utilizados neste trabalho, permitirão que a água utilizada como lastro esteja de acordo com os parâmetros microbiológicos para Escherichia coli exigidos pela convenção BWM. Entretanto, devido à limitação da análise microbiológica, não foi possível determinar o número exato de coliformes presentes nas amostras A1, A2 e A3, impedindo assim uma análise conclusiva em relação à eficiência dos processos empregados

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O uso da água do mar no lastreamento de embarcações, apesar de essencial para a sua estabilidade, também pode se tornar um problema do ponto de vista ecológico no que diz respeito à bioinvasão e problemas sanitários. A fim de conter essa problemática, este artigo buscou sanar a questão norteadora: A utilização dos processos químicos e físicos de filtração, cloração e tratamento térmico é eficaz na redução de organismos contaminantes em água para lastro de navios?

O processo de filtração mostrou-se eficaz, visto que boa parte do material suspenso na água coletada ficou retida. As amostras que foram submetidas aos processos combinados de filtração e cloração e filtração e tratamento térmico não apresentaram mudanças expressivas em suas características visuais.

A análise microbiológica das amostras tratadas apresentou uma grande redução no número de microrganismos presentes, chegando a valores expressivos de 92,6% para coliformes termotolerantes e 99,3% para coliformes totais, estando a água resultante dos três processos testados dentro dos padrões exigidos pela Convenção BWM. Entretanto, essa análise mostrou-se limitada por não fornecer o número exato de coliformes nas amostras, impossibilitando uma análise mais conclusiva na comparação entre os métodos aplicados (filtração, filtração e cloração, e filtração e tratamento térmico).

REFERÊNCIAS

ARAUJO, G. A. Utilização de processos químicos e físicos para a redução de contaminantes em água para lastro em navios. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Naval) – Centro Tecnológico de Joinville, Universidade Federal de Santa Catarina, Joinville, 2021.

CECATTO, C. A Importância do transporte marítimo no Brasil. Disponível em: http://www.ecivilnet.com/artigos/transporte_maritimo_importancia.htm. Acesso em: 03 abr. 2022.

COLLYER, W. Água de lastro, bioinvasão e resposta internacional. Revista Jurídica, Brasília, v. 9, n. 84, p.145-160, abr./maio, 2007.

FORTE, R. C. A gestão de água de lastro nas frotas dos principais armadores do mundo. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Naval) – Centro Tecnológico de Joinville, Universidade Federal de Santa Catarina, Joinville, 2019.

GOMES, F. S. Fotocatálise heterogênea usando nanocompósito celulose/TiO2 para redução de impurezas e bioinvasões da água de lastro. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Naval) – Centro Tecnológico de Joinville, Universidade Federal de Santa Catarina, Joinville, 2017.

IMO – ORGANIZAÇÃO MARÍTIMA INTERNACIONAL. Convenção internacional para o controle e gerenciamento da água de lastro e sedimentos de navios. CONVENÇÃO BWM, 2004. Disponível em: https://www.imo.org/en/OurWork/Environment/Pages/BWMConventionandGuidelines.aspx. Acesso em: 03 abr. 2022.

LAMONICA, M. N. SANTOS, Julio Gustavo da Silva. Água de lastro e bioinvasão: introdução de espécies exóticas associada ao processo de mundialização. Revista Vértices, Campos dos Goytacazes, vol. 10, nº1, 2008. Disponível em: https://essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/vertices/article/view/1809-2667.20080012 Acesso em: 03 abr. 2022.

MARINHA DO BRASIL. Normas da Autoridade Marítima para o Gerenciamento da Água de Lastro de Navio. 2. rev. 2019. Disponível em: https://www.marinha.mil.br/dpc/sites/www.marinha.mil.br.dpc/files/NORMAM20_REV2_MOD1.pdf. Acesso em: 03 abr. 2022

PEREIRA, N. N. Água de lastro: gestão e controle. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 2018.

STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER. American Public Health Association, American Water Works Association Water Environmental Federation, 23th ed. Washington.

[1] Graduação em Engenharia Naval. ORCID: 0000-0003-0012-5092.

[2] Orientador. Doutorado em Engenharia Química, Mestrado em Engenharia Química, Graduação em Engenharia Química. ORCID: 0000-0002-8064-7300.

Enviado: Março, 2022.

Aprovado: Abril, 2022.

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