uso de lodo de esgoto em solos: contribuições para a...
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Tiago de Brito Magalhães
Uso de lodo de esgoto em solos:
contribuições para a regulamentação no Brasil
Belo Horizonte - Minas Gerais
Maio de 2018
Riscos microbiológicos associados ao uso
agrícola de biossólidos e a resolução
Conama n°375
2
Experiência acadêmica
Projeto de pesquisa: Avaliação de riscos à saúde associados à utilização agrícola
de Biossólidos. 2009 a 2012.
Dissertação de mestrado: “Uso agrícola de biossólidos: uma análise crítica da
Resolução Conama 375/2006 sob a perspectiva da metodologia de avaliação
quantitativa de risco microbiológico”.
INTRODUÇÃO
Universidade
Federal de Viçosa
AQRM - metodologia consolidada no mundo todo e utilizada pela OMS e USEPA
na definição de normas e guias de qualidade da água para consumo humano e de
usos agrícolas de águas residuárias
AQRM - estimar riscos de infecção ou doença com base na construção de
cenários de exposição a determinados microrganismos patogênicos e em relações
dose-resposta
Cenários de exposição consistentes e representativos melhor aproximação
das doses de patógenos às quais as pessoas estão expostas mais confiáveis as
estimativas de riscos nas práticas estudadas
3
INTRODUÇÃO
Objetivo geral: subsídios para revisão da resolução CONAMA n°375
Capítulo 1: experimento de campo em busca de informações sobre os perigos
associados ao uso de biossólidos na produção de hortaliças
Capítulo 2: aplicação de modelos de AQRM para estimar:
Riscos à saúde dos consumidores de produtos agrícolas produzidos com biossólidos e dos
agricultores envolvidos nas atividades de cultivo
Concentrações de patógenos no biossólidos que resultariam nos níveis de risco toleráveis
adotados pela OMS
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INTRODUÇÃO
Tratamento do lodo proveniente de reator UASB por secagem em estufa
Monitoramento em frequência semanal: ST, pH, E. coli e ovos viáveis de Ascaris sp.
Cultivo de hortaliças com lodo de esgotos e biossólidos
Cultivos utilizando lodo de reator UASB e biossólidos com diferentes níveis de qualidade
microbiológica: 103 a 104; 104 a 105
; 105 a 5x105; > 5x105 E.coli.(gST)-1
Hortaliças: cenoura, alface e couve: tipos de crescimento distintos (sob o solo, rente e
distante do solo) - potenciais diferentes de contaminação
CAPÍTULO 1 – MATERIAL E MÉTODOS
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1. Decaimento dos microrganismos no solo entre o plantio e a colheita
Solo, biossólido e misturas (BS+S): ST, pH, E. coli e ovos viáveis de Ascaris sp.
15-20 dias (2010) e semanalmente (2011)
2. Contaminação microbiológica das hortaliças
E.coli e ovos de helmintos no momento da colheita (≈ 60 dias para alface, 50 dias para
couve e 100 dias para cenoura)
3. Estimativa da quantidade de solo presente nas hortaliças no momento de colheita
Leiras de cultivo previamente regadas pesagem das amostras em balança analítica
e lavagem com água destilada
6
CAPÍTULO 1 – MATERIAL E MÉTODOS
Sementeira (alface) Mudas de couve
7
CAPÍTULO 1 – MATERIAL E MÉTODOS
8
Decaimento dos microrganismos no solo entre o plantio e a colheita
Gráfico de dispersão da concentração de E. coli em função do tempo de cultivo
CAPÍTULO 1 – RESULTADOS
y = 576,651e-0,085x
R² = 0,478
1
10
100
1000
10000
100000
0 15 30 45 60 75 90
E.c
oli
(NM
P/g
ST
)
Tempo (d)
103 a 106 E. coli.(gST)-1 - Decaimento de ~ 1 unidade logarítmica a cada 34 dias
> 5x105 E.coli.(gST)-1 - Decaimento de ~ 1 unidade logarítmica a cada 15 dias
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Contaminação microbiológica das hortaliças
E.coli – concentrações baixíssimas ou mesmo não detectadas nas folhas de alface e
couve; valores ligeiramente mais elevados nas cenouras
Valores <<< ao limite estabelecido pela ANVISA para a hortaliças (102 CTer.g-1)
Ovos de helmintos - não detectados em nenhum caso
Estimativa da quant. de solo presente nas hortaliças na colheita
CAPÍTULO 1 – RESULTADOS
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
mg
de
so
lo /
g d
e a
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ce
25% Mín Máx
Med Média 75%
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
mg
de
so
lo /
g d
e c
en
ou
ra
25% Mín Máx
Med Média 75%
Gráfico Box Plot da quantidade de solo aderido às hortaliças no momento da colheita. 25%
= primeiro quartil; 75% = segundo quartil; med = mediana.
Aplicação da AQRM
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
• Definição dos níveis de qualidade microbiológica dos biossólidos
• Aplicação dos modelos para estimar os riscos
II. Estimativa das concentrações de patógenos nos biossólidos que resultariam
nos níveis de risco toleráveis
• Definição dos valores de risco tolerável
• Aplicação dos modelos para estimar concentrações de patógenos nos biossólidos
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
10
Três cenários de exposição:
Cenário 1: consumidores de hortaliças produzidas com biossólidos
Cenário 2: agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos
Cenário 3: agricultores envolvidos em atividades de manejo dos cultivos
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
Definição dos níveis de qualidade microbiológica dos biossólidos
Classe 1: lodo de esgoto submetido a „Processos de Redução Adicional de Patógenos‟
(qualidade ≈ Classe A da Res. CONAMA n° 375)
Classe 2: lodo de esgoto submetido à estabilização alcalina, compostagem ou secagem em
estufa, considerando que esses sistemas apresentem oscilações de eficiência
Classe 3: lodo de esgoto submetido „Processos de Redução Significativa de Patógenos
(qualidade ≈ Classe B da Res. CONAMA n° 375).
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
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Concentrações de patógenos nas classes idealizadas de biossólidos (Classes 1, 2 e 3).
Concentrações Classe de biossólido
Classe 1 Classe 2 Classe 3
Salmonella (non-Typhi) (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 1,0 1,0 -10
Rotavírus (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 1,0 1 ,0 - 10
Cryptosporidium parvum (org/gST) 0,0 - 0,10 0,10 – 1,0 1,0 - 10
Giardia duodenalis (org/gST) 0,0 - 0,10 0,10 – 0,5 0,5 - 1,0
Ascaris lumbricoides (org/gST) 0,0 - 0,25 0,25 - 2,0 1,0 - 10
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
12 Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo de hortaliças produzidas com
uso de biossólidos
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
Cenário 1: consumidores de hortaliças produzidas com biossólidos
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
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Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo biossólidos durante
aplicação do material
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
Cenário 2: agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
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Esquema representativo do modelo de exposição relativo ao consumo de solo durante atividades
de manejo dos cultivos (após incorporação de biossólido)
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
Cenário 3: agricultores envolvidos em atividades de manejo dos cultivos
I. Estimativa de riscos associados ao uso agrícola de biossólidos
Aplicação dos modelos para estimar os riscos
Salmonella sp., rotavírus, Cryptosporidium sp., Giardia sp. e Ascaris sp.
Cálculo dos riscos referentes a uma única exposição:
Modelo exponencial - riscos de infecção por Giardia e Cryptosporidium
Modelo beta-Poisson - Salmonella, rotavírus e Ascaris Lumbricoides
Extrapolados para múltiplas exposições (risco anual)
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
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Resumo dos modelos de dose-resposta assumidos para as estimativas de risco
Patógeno Modelo Parâmetros Referência
Salmonella (non-typhi) β –Poisson α = 0,3136; β = 3007,9; DI50 = 24420 FAO/WHO (2000)
Campylobacter jejuni β –Poisson α = 0,15; β = 7,903; DI50 = 795 Teunis et al. (1999)
Rotavírus β –Poisson α = 0,253; β = 0,422; DI50 = 6,11 Teunis et al (1996)
Cryptosporidium parvum Exponencial r = 4,01x10-3; DI50 = 173,2 Teunis et al (1996)
Giardia duodelalis Exponencial r = 0,0199; DI50 = 34,8 Teunis et al (1996)
Ascaris lumbricoides β –Poisson α = 0,104; β = 1,096; DI50 = 859 Navarro et al. (2009)
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
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I. Estimativa de riscos aos consumidores de hortaliças (biossólido ‘Classe 1’)
Riscos pppa associados ao consumo de hortaliças produzidas com biossólidos ‘Classe 1’
Consumo de tubérculos Consumo de folhosas Consumo de frutosas
Co
nsu
mo
espe
cific
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por
Un
idad
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ção
Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) <10-14 10-10 10-12 10-10 <10-14 10-10
rotavírus 10-9 10-6 10-8 10-6 10-9 10-6
Cryptosporidium parvum 10-12 10-9 10-10 10-8 10-12 10-9
Giardia 10-11 10-8 10-10 10-7 10-11 10-8
Ascaris lumbricoides 10-6 10-5 10-5 10-5 10-5 10-5
Co
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mo
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l Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) <10-14 10-10 10-12 10-10 <10-14 10-10
rotavírus 10-9 10-6 10-8 10-5 10-9 10-6
Cryptosporidium parvum 10-12 10-9 10-10 10-8 10-12 10-9
Giardia 10-12 10-8 10-10 10-7 10-11 10-8
Ascaris lumbricoides 10-6 10-5 10-5 10-5 10-5 10-5
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
17
Riscos pppa associados ao consumo de hortaliças produzidas com biossólidos ‘Classe 2’
Consumo de tubérculos Consumo de folhosas Consumo de frutosas
Co
nsu
mo
espe
cific
ado
por
Un
idad
es d
e F
ed
era
ção
Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-12 10-9 10-11 10-9 10-12 10-9
rotavírus 10-8 10-6 10-7 10-5 10-8 10-5
Cryptosporidium parvum 10-11 10-8 10-9 10-7 10-11 10-8
Giardia 10-11 10-7 10-9 10-7 10-10 10-7
Ascaris lumbricoides 10-5 10-4 10-5 10-4 10-5 10-4
Co
nsu
mo
espe
cific
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por
faix
as d
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ensa
l Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-12 10-9 10-11 10-9 10-12 10-9
rotavírus 10-8 10-5 10-7 10-5 10-8 10-5
Cryptosporidium parvum 10-11 10-8 10-9 10-7 10-11 10-8
Giardia 10-11 10-7 10-9 10-7 10-10 10-7
Ascaris lumbricoides 10-5 10-4 10-5 10-4 10-5 10-4
I. Estimativa de riscos aos consumidores de hortaliças (biossólido ‘Classe 2’)
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
18
Riscos pppa associados ao consumo de hortaliças produzidas com biossólidos ‘Classe 3’
Consumo de tubérculos Consumo de folhosas Consumo de frutosas
Co
nsu
mo
espe
cific
ado
por
Un
idad
es d
e F
ed
era
ção
Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-11 10-8 10-10 10-8 10-11 10-8
rotavírus 10-7 10-5 10-6 10-4 10-7 10-4
Cryptosporidium parvum 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7
Giardia 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7
Ascaris lumbricoides 10-4 10-3 10-4 10-3 10-4 10-3
Co
nsu
mo
espe
cific
ado
por
faix
as d
e r
end
a m
ensa
l Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-11 10-8 10-10 10-8 10-11 10-8
rotavírus 10-7 10-5 10-6 10-4 10-7 10-4
Cryptosporidium parvum 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7
Giardia 10-10 10-7 10-8 10-6 10-10 10-7
Ascaris lumbricoides 10-4 10-3 10-4 10-3 10-4 10-3
I. Estimativa de riscos aos consumidores de hortaliças (biossólido ‘Classe 3’)
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CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
I. Riscos aos agricultores envolvidos na aplicação de biossólidos
Riscos pppa associados à ingestão de patógenos durante a aplicação de biossólidos Classes 1, 2 e 3
Aplicação de biossólido Classe 1
Patógeno Aplicação em pequenas propriedades Aplicação em larga escala
Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-5 10-4 10-6 10-5 rotavírus 10-1 10-1 10-2 10-2 Cryptosporidium parvum 10-4 10-3 10-5 10-4 Giardia 10-3 10-2 10-4 10-3 Ascaris lumbricoides 10-2 10-1 10-3 10-2
Aplicação de biossólido Classe 2
Patógeno Aplicação em pequenas propriedades Aplicação em larga escala
Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-4 10-4 10-5 10-5 rotavírus 10-1 10-1 10-1 10-1 Cryptosporidium parvum 10-2 10-2 10-4 10-3 Giardia 10-2 10-2 10-3 10-3 Ascaris lumbricoides 10-1 10-1 10-2 10-1
Aplicação de biossólido Classe 3
Patógeno Aplicação em pequenas propriedades Aplicação em larga escala
Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-3 10-3 10-4 10-4 rotavírus 100 100 10-1 10-1 Cryptosporidium parvum 10-2 10-1 10-3 10-2 Giardia 10-2 10-1 10-3 10-2 Ascaris lumbricoides 10-1 10-1 10-1 10-1
20
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
I. Riscos aos agricultores envolvidos no manejo de cultivos com biossólido
‘Classe 1’
Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 1’
durante atividades de manejo do sistema solo-planta
Patógeno Hortaliças Culturas anuais
(peq. propriedades)
Culturas anuais
(larga escala)
Inte
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a 6
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o Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) < 10-14 10-9 < 10-14 10-10 < 10-14 x10-11
Rotavírus 10-10 10-5 10-10 10-6 10-12 10-7
Cryptosporidium parvum < 10-14 10-8 < 10-14 10-9 < 10-14 10-10
Giardia < 10-14 10-8 < 10-14 10-8 < 10-14 10-10
Ascaris lumbricoides 10-3 10-3 10-4 10-3 10-5 10-5
Não
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o Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-7 10-6 10-7 10-7 10-9 10-8
rotavírus 10-3 10-2 10-3 10-3 10-5 10-4
Cryptosporidium parvum 10-5 10-5 10-6 10-5 10-7 10-6
Giardia 10-5 10-5 10-6 10-5 10-7 10-6
Ascaris lumbricoides 10-3 10-3 10-4 10-3 10-5 10-5
21
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
I. Riscos aos agricultores envolvidos no manejo de cultivos com biossólido
‘Classe 2’
Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 2’ durante
atividades de manejo do sistema solo-planta
Patógeno Hortaliças Culturas anuais
(peq. propriedades)
Culturas anuais
(larga escala)
Inte
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ses
entr
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o Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-13 10-8 < 10-14 10-9 < 10-14 10-10
Rotavírus 10-9 10-5 10-10 10-5 10-11 10-6
Cryptosporidium parvum 10-12 10-7 10-13 10-7 < 10-14 10-9
Giardia 10-12 10-7 10-13 10-8 < 10-14 10-9
Ascaris lumbricoides 10-3 10-2 10-3 10-3 10-5 10-4
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o Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-6 10-5 10-6 10-6 10-8 10-7
rotavírus 10-2 10-1 10-3 10-2 10-4 10-3
Cryptosporidium parvum 10-4 10-4 10-5 10-4 10-6 10-5
Giardia 10-4 10-4 10-5 10-5 10-6 10-6
Ascaris lumbricoides 10-3 10-2 10-3 10-3 10-5 10-4
22
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
I. Riscos aos agricultores envolvidos no manejo de cultivos com biossólido
‘Classe 3’
Riscos pppa associados à ingestão acidental de solo adubado com biossólidos ‘Classe 3’
durante atividades de manejo do sistema solo-planta
Patógeno Hortaliças Culturas anuais
(peq. propriedades)
Culturas anuais
(larga escala)
Inte
rva
lo d
e 4
a 6
me
ses
entr
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plic
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e c
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o Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-12 10-7 10-12 10-8 < 10-14 10-9
Rotavírus 10-8 10-4 10-9 10-4 10-10 10-5
Cryptosporidium parvum 10-11 10-6 10-12 10-6 10-13 10-8
Giardia 10-12 10-6 10-12 10-7 < 10-14 10-8
Ascaris lumbricoides 10-2 10-1 10-2 10-2 10-4 10-3
Nã
o c
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do
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terv
alo
entr
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o Patógeno Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95% Mediana Perc. 95%
Salmonellas (non-typhi) 10-5 10-4 10-5 10-5 10-7 10-6
rotavírus 10-1 10-1 10-2 10-1 10-3 10-2
Cryptosporidium parvum 10-3 10-3 10-4 10-3 10-5 10-4
Giardia 10-4 10-4 10-5 10-4 10-6 10-5
Ascaris lumbricoides 10-2 10-1 10-2 10-2 10-4 10-3
II. Estimativa das concentrações de patógenos no biossólido que
resultariam em níveis de risco tidos como toleráveis
Definição dos valores de risco tolerável
Valores de risco toleráveis (OMS, 2006) - indicador DALY no estabelecimento dos
níveis de proteção (10-6 DALY pppa) probabilidade - riscos de infecção de 7,7x10-4
para rotavírus, 3,1x10-4 para Campylobacter e 2,2x10-3 para Cryptosporidium
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
23
CAPÍTULO 2 – MATERIAL E MÉTODOS
24 Esquema representativo do modelo utilizado para estimar a concentração de patógenos no
biossólido a partir do nível de risco tolerável
I. Estimativa das concentrações de patógenos no biossólido
Cenários 1, 2 e 3
25
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado do
consumo de hortaliças cultivadas 48 e 5 meses após aplicação de biossólidos
Intervalo de 48 meses entre aplicação e cultivo (resolução CONAMA n° 375)
Patógeno Tubérculos Folhosas Frutosas
Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%
Campylobacter spp. 1061 1023 1059 1022 1059 1021
Rotavírus 1060 1022 1059 1022 1059 1022
Cryptosporidium parvum 1069 1024 1067 1024 1068 1024
Intervalo de 2 meses entre aplicação e cultivo (cenário alternativo)
Tubérculos Folhosas Frutosas
Patógeno Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%
Campylobacter spp. 108 103 105 102 106 102
rotavírus 107 102 105 102 106 102
Cryptosporidium parvum 1010 105 108 104 109 105
II. Concentrações de patógenos no biossólido que resultariam em níveis de
risco toleráveis (consumo de hortaliças)
26
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
II. Concentrações de patógenos no biossólido que resultariam em níveis de
risco toleráveis (aplicação de biossólidos)
Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado da ingestão
de partículas de biossólido durante sua aplicação em pequenas propriedades e em larga escala
Intervalo de 48 meses entre aplicação e cultivo (resolução CONAMA n° 375)
Patógeno Pequenas propriedades Grandes propriedades
Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%
Campylobacter spp. 10-3 10-3 10-2 10-2
rotavírus 10-3 10-3 10-1 10-2
Cryptosporidium parvum 10-2 10-2 100 10-1
27
CAPÍTULO 2 – RESULTADOS
II. Concentrações de patógenos no biossólido que resultariam em níveis de
risco toleráveis (manejo dos cultivos)
Concentração de patógenos que resultariam em 10-6 DALY pppa em como resultado
da ingestão de partículas de solo durante cultivo em pequena e larga escala
Intervalo de 48 meses entre aplicação e cultivo (resolução CONAMA n° 375)
Patógeno Pequenas propriedades Grandes propriedades
Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%
Campylobacter spp. 1059 1022 1061 1023
rotavírus 1060 1022 1061 1023
Cryptosporidium parvum 1067 1023 1068 1024
Intervalo de 5 meses entre aplicação e cultivo (cenário alternativo)
Patógeno Pequenas propriedades Grandes propriedades
Mediana Perc. 5% Mediana Perc. 5%
Campylobacter spp. 106 102 108 103
rotavírus 107 102 108 104
Cryptosporidium parvum 109 103 1010 105
CONSIDERAÇÕES FINAIS
28
Proibição do uso de “qualquer classe de lodo” em cultivos de culturas alimentícias
Riscos estimados de infecção (Salmonella, rotavírus, Cryptosporidium e Giardia)
decorrentes do consumo de hortaliças (biossólidos Classe 1) inferiores aos níveis
toleráveis pela OMS e pela USEPA
Proibição de uso dos biossólidos Classe B
Se respeitados intervalos suficientes entre aplicação e cultivo, a aplicação de
biossólidos Classe B resultaria em baixos níveis de risco aos consumidores de
hortaliças e aos agricultores envolvidos no cultivo
Utilização de EPI poderiam reduzir consideravelmente os riscos aos trabalhadores
durante aplicação de biossólidos
Restrições dos intervalos entre aplicação de biossólidos e cultivo agrícola
Cerca de 5 meses (<<< 48 meses da norma) mostraram-se suficientes para reduzir
os riscos aos níveis admitidos como toleráveis pela OMS
“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará
ao seu tamanho original.” (Albert Einstein)