UTILIZAÇÃO DA FILTRAÇÃO EM MÚLTIPLAS ETAPAS, COM O USO DE CARVÃO ATIVADO GRANULAR E MANTAS NÃO TEXTURIZADAS NA REMOÇÃO DE ALGAS E CIANOBACTÉRIAS

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1 UTILIZAÇÃO DA FILTRAÇÃO EM MÚLTIPLAS ETAPAS, COM O USO DE CARVÃO ATIVADO GRANULAR E MANTAS NÃO TEXTURIZADAS NA REMOÇÃO DE ALGAS E CIANOBACTÉRIAS Edson Pereira Tangerino (1) Co-autores: Tsunao Matsumoto Jefferson Nascimento de Oliveira José Augusto de Lollo (1): Alameda Bahia, 550. Ilha Solteira SP Brasil CEP edtang@dec.feis.unesp.br RESUMO A filtração lenta em areia constitui-se tecnologia de tratamento caracterizada como eficiente barreira microbiológica, apta a produzir efluentes com baixa quantidade de impurezas suspensas e dissolvidas, de bactérias, de vírus entéricos e de protozoários. Contudo, para que a filtração lenta apresente resultados satisfatórios há limitações das características da água bruta. A progressiva poluição das águas tem acarretado aumento da concentração de nutrientes, favorecendo as florações de algas e de cianobactérias. Visando ampliar o espectro de aplicação da filtração lenta, no que tange à qualidade do efluente e à duração das carreiras, a filtração em múltiplas etapas (FiME) apresenta-se como alternativa para essa finalidade. A utilização do carvão ativado granular (CAG) como camada intermediária no filtro lento tem se mostrado eficiente na adsorção de compostos orgânicos naturais e sintéticos, e de cianotoxinas. O emprego de mantas não-texturizadas como primeira camada do meio filtrante tem apresentado bons resultados na remoção de sólidos suspensos e algas. Em vista do exposto, nessa pesquisa avaliou-se a tecnologia FiME associada a uma coluna de CAG como polimento final do efluente. Foram realizados cinco ensaios em instalação piloto composta de quatro filtros lentos(fl) precedidos de pré-filtros e com colunas de polimento(cp) na saída de cada FL. Os ensaios visaram submeter a instalação a sobrecarga de algas e cianobactérias, utilizando água natural de lago em estágio inicial de eutrofização, água preparada com água de pesque-pague e outro ensaio com água do lago com aplicação de cianobactérias cultivadas em laboratório, simulando florações no manancial. Obtiveram-se remoções de clorofila a acima de 95% na instalação. Os pré-filtros foram os maiores responsáveis pela remoção das células algas verdes, cianobactérias, fitoflagelados e diatomáceas. Os pré-filtros têm papel importante na duração da carreira nos FL, mostrando a importância do condicionamento da água para a filtração lenta. As colunas de polimento apresentaram bons resultados na remoção de cor verdadeira, indicando que o CAG pode ser utilizado após os FL. O sistema proposto apresenta-se como uma tecnologia de fácil aplicação e baixos custos de implantação, manutenção e operação, passível de ser aplicada em diversos sistemas de abastecimento de pequeno porte do País. Palavras chave: Cianobactérias; filtração lenta; filtração em múltiplas etapas, algas

2 INTRODUÇÃO Os corpos d água têm se tornado cada vez mais eutrofizados em conseqüência do crescimento populacional e da produção agrícola e industrial. Essa eutrofização ocorre principalmente devido aos lançamentos de esgotos domésticos, aos efluentes líquidos industriais, carreamento de fertilizantes utilizados na lavoura e dejetos oriundos da criação de animais domésticos nas proximidades dos cursos d água. Em razão dessa eutrofização as águas apresentam condições propícias à proliferação das algas e cianobactérias. A ocorrência de florações de algas e cianobactérias em reservatórios utilizados para abastecimento público, tem sido muito freqüente nestes últimos anos, em várias partes do mundo, incluindo o Brasil. Há a necessidade de serem feitas investigações de tecnologias alternativas, no que concerne ao tratamento de águas de abastecimento. Dentre as tecnologias alternativas utilizadas na redução dos problemas de cor, turbidez, algas, sabor e odor em águas de abastecimento, existe a aplicação do carvão ativado, seja carvão ativado em pó (CAP) ou carvão ativado granular (CAG). Vários pesquisadores, segundo LANGLAIS et al. (1991), estudaram o uso do carvão ativado na filtração lenta. Todos confirmaram que o carvão proporciona aumento de remoção de cor, sabor e odor no efluente do filtro lento, reduzindo também os subprodutos da desinfecção. A camada de carvão ativado granular em geral localiza-se sob uma camada de areia, que protege o carvão de uma carga excessiva de matéria orgânica particulada, sendo que a camada superior de areia funciona como filtro lento natural e o carvão como adsorvedor. A filtração lenta em areia constitui-se tecnologia de tratamento caracterizada como eficiente barreira microbiológica, apta a produzir efluentes com baixa quantidade de impurezas suspensas e dissolvidas, de bactérias, de vírus entéricos e de protozoários. Contudo, para que a filtração lenta apresente resultados satisfatórios há limitações das características da água bruta. Neste contexto, a progressiva poluição das águas tem acarretado aumento da concentração de nutrientes, favorecendo as florações de algas e de cianobactérias. Dentre os gêneros mais freqüentemente observados no Brasil destacamse Microcystis aeuroginosa e Cylindrospermopsis, potencialmente produtores de cianotoxinas. Visando ampliar o espectro de aplicação da filtração lenta, no que tange à qualidade do efluente e à duração das carreiras, a filtração em múltiplas etapas (FiME) apresenta-se como melhor alternativa para essa finalidade. A inserção de carvão ativado granular como camada intermediária no filtro lento tem se mostrado eficiente na adsorção de compostos orgânicos naturais e sintéticos, descortinando-se seu emprego também para adsorção de cianotoxinas. Com o intuito de facilitar a limpeza e prolongar a duração das carreiras, o emprego de mantas não-texturizadas como primeira camada do meio filtrante apresentou bons resultados na remoção de sólidos suspensos e algas. Em vista do exposto, nessa pesquisa pretende-se avaliar a tecnologia FiME, associada às vantagens da utilização de camada intermediária de carvão ativado granular e de mantas não texturizadas, prevendo-se ainda uma coluna de carvão ativado granular como polimento final do efluente, principalmente quanto à remoção de microcistina. O sistema proposto apresenta-se como uma tecnologia de fácil aplicação e baixos custos de implantação, manutenção e operação, passível de ser aplicada em diversos sistemas de abastecimento de pequeno porte do País. OBJETIVO A presente pesquisa teve como objetivo principal avaliar a remoção de algas e cianobactérias de águas provenientes lagos e represas eutrofizadas utilizando a filtração em múltiplas etapas, com pré-filtros de pedregulho: um de fluxo descendente seguido por um outro de fluxo ascendente; e filtros lentos: um de areia, outro de areia com camada intermediária de carvão ativado e dois com os arranjos anteriores recobertos com manta não texturizada na camada superior, cada efluente dos filtros lentos passava por um sistema de polimento final em coluna de carvão ativado granular individual.

3 MATERIAIS E MÉTODOS A instalação foi montada às margens de um pequeno lago em fase inicial de eutrofização. O aparato experimental para Filtração em Múltiplas Etapas (FiME) constituia-se de quatro unidades-piloto de filtração lenta (FL), cujo afluente provinha de pré-filtro dinâmico () e de pré-filtro vertical de escoamento ascendente (). Ao aparato experimental estavam associadas quatro colunas de carvão ativado granular (CP), conforme mostrado no fluxograma da Figura 1. Os efluentes da lavagem dos pré-filtros e demais componentes da instalação eram encaminhados a um leito de secagem, onde eram removidos os materiais em suspensão. Como medida preventiva todos efluentes que retornavam ao lago eram desinfetados adequadamente. O constava de unidade de chapa metálica, possuia leito de pedregulho com granulometria crescente de cima para baixo. O constava de unidade de chapa metálica, de diâmetro de 0,80 m, com camadas de pedregulho de diâmetro decrescente no sentido do fluxo. As CP eram de PVC, com diâmetro de 150 mm, com meio filtrante de 1,0 m de espessura, diâmetro dos grãos de 0,30 a 0,84 mm e índice de iodo de 800 mg/g. Os filtros lentos eram de forma cilíndrica, com diâmetro de 0,80 m e 2,95 m de altura. O meio filtrante de cada filtro lento tinha as seguintes composições: i) FLACM - camada superior de 40 cm de areia, com granulometria de 8 a 1,0 mm de diâmetro, com coeficiente de desuniformidade inferior a 3,0 e diâmetro efetivo entre 0,20 e 0,25 mm, camada intermediária de 30 cm de carvão ativado granular de mesmas características ao do empregado nas colunas de polimento, camada inferior de areia com 10 cm de espessura. Acima do leito filtrante de areia estava disposta manta não-texturizada; ii) FLAM - camada superior de 80 cm de areia (mesma granulometria do FLACM), dispondo de manta não-texturizada na parte superior do leito; iii) FLAC - idêntico meio filtrante do FLACM, mas sem a manta; iv) FLA - idêntico meio filtrante do FLAM, mas sem a manta. Foram realizados cinco ensaios descritos a seguir: - Ensaio 1: água do lago do Ipê utilizando a instalação FiME completa; - Ensaio 2: água do lago do Ipê utilizando apenas os filtros lentos; - Ensaio 3: água diluída do pesque-pague utilizando a instalação FiME completa; - Ensaio 4: água do lago do Ipê utilizando a instalação FiME completa. - Ensaio 5: água do lago do Ipê utilizando a instalação FiME completa, mas com duas modificações: foram instaladas mantas não texturizadas nos outros dois filtros lentos e aplicação das cianobactérias do tipo Microcystis aeruginosa. A aplicação da água com as cianobactérias foi feita em duas linhas, uma passando pelos pré-filtros ( e ) e outra diretamente nos filtros lentos, isto é, aplicação da água bruta preparada nos filtros lentos sem pré-filtração.

4 FIGURA 1: Fluxograma da instalação RESULTADOS OBTIDOS Foram realizados quatro ensaios exploratórios, a avaliação da remoção de algas nessa fase do trabalho foi efetuada principalmente através da análise de remoção de clorofila-a, mostrada na Figuras 2, referente aos quatro primeiros ensaios. Nessa figura pode ser observado que a maior porcentagem de remoção ocorreu nos pré-filtros e, com mais de 80% de remoção da clorofila-a afluente. Os filtros com manta removeram em média mais de 50% da clorofila afluente aos mesmos, enquanto que os filtros sem manta removeram mais de 40%. A remoção total obtida até na saída dos filtros lentos ficou acima de 90%, ocorrendo pouca diferença entre os valores do filtro com manta em relação ao sem manta. As colunas de polimento apresentaram baixos valores de remoção de clorofila-a, sendo a causa mais provável a formação de algas na parte superior dessas colunas, onde estava ocorrendo incidência de luz solar, problema esse resolvido com o fechamento e pintura dessas colunas.

5 60 50 Valores de Clorofila-a (µg/l) a CARREIRA FLACM FLAM FLAC Pontos de coleta FLA 3a CARREIRA 2a CARREIRA 1a CARREIRA Ensaio 1a CARREIRA 2a CARREIRA 3a CARREIRA 4a CARREIRA Figura 2: Comparação dos valores remanescente de clorofila-a nos efluentes das unidades da instalação piloto nos quatro ensaios. Na figura 3 estão mostrados os dados de remoção de clorofila a no quinto ensaio, pode ser observado que a maior porcentagem de remoção ocorreu nos pré- filtros e, com remoção da clorofila-a afluente próxima de 90%. A remoção total obtida até na saída dos filtros lentos, com base nos dados obtidos ficou acima de 95% CLOROFILA a (ppb) FL1 FL2 9/2/ DATAS 11/2/ /2/2006 FL2 FL1 0 Figura 3: Valores remanescentes de clorofila-a nos efluentes das unidades da instalação FiME no quinto ensaio. Algas e cianobactérias Na Figura 4 são apresentados os valores de algas verdes, cianobactérias, fitoflagelados e diatomáceas verificados na água bruta e nos efluentes das colunas de polimento, observados no quinto ensaio. Pode ser observado que ocorreu remoção praticamente total na instalação, com remoções médias acima de 98%. Os pré-filtros foram os maiores responsáveis por essa remoção.

6 ALGAS VERDES(cel/mL) CIANOBACTÉRIAS(cel/mL) DATAS... DATAS DAS. 9 35,0 8 3 FITOFLAGELADOS(cel/mL) DATAS DAS... DIATOMÁCEAS(cel/mL) 25,0 2 15,0 1 5,0 DATAS DA FIGURA 4: Remoção de algas verdes, cianobactérias, fitoflagelados e diatomáceas na instalação no quinto ensaio. Perda de carga Na Figura 5 são mostradas as leituras piezométricas efetuadas nos quatro filtros ao longo dos quatro primeiros ensaios realizados. No primeiro ensaio foi utilizada água do lago aplicada na caixa de nível constante antes do, passando por esse e depois pelo, filtros lentos e colunas. No segundo ensaio a água do lago foi lançada diretamente no FLs, sem passar pelo pré-filtros. No terceiro ensaio a água utilizada foi a do pesque pague diluída com água do lago, lançada no,, FLs e colunas de polimeto. No quarto ensaio voltou-se à configuração do primeiro ensaio. Através da análise das figuras do 1º e do 2º ensaios pode ser observado que o desenvolvimento da perda de carga nos filtros lentos é bem menor quando os mesmos são precedidos de pré-filtros. A figura correspondente ao terceiro ensaio mostra claramente que se a água bruta não apresentar característica dentro de certas faixas recomendadas, para a tecnologia de filtração em múltiplas etapas, certamente esse tecnologia não será a mais indicada para essa água. A duração dessa carreira foi de apenas 4 dias, enquanto que a carreira do primeiro ensaio com água do lago durou mais de 250 dias. No quarto ensaio, com a água normal do lago, as leituras piezométricas são compatíveis com as do primeiro ensaio.

7 Leitura Piezométrica (cm) 1 8,0 6,0 4,0 2,0 1º ensaio 2º ensaio Leitura Piezométrica (cm) Leitura Piezométrica (cm) 10 3º ensaio Leitura Piezométrica (cm) 1 4º ensaio 8,0 6,0 4,0 2, FIGURA 5: Desenvolvimento das leituras piezométricas nos quatro primeiros ensaios. CONCLUSÕES Com base nos dados levantados até o presente momento pode ser verificado que a utilização da manta não tecida apresenta melhor remoção de turbidez do que os filtros sem manta, mas quanto à remoção de cor aparente e clorofila-a os resultados obtidos foram semelhantes. O desenvolvimento da perda de carga nos filtros lentos é bem menor quando os mesmos são precedidos de pré-filtros, mostrando a importância do condicionamento da água para a filtração lenta, principalmente com relação à duração das carreiras de filtração. A remoção de algas verdes, cianobactérias, fitoflagelados e diatomáceas na instalação FiME situa-se em torno de 99%, sendo que essa remoção ocorre principalmente nos pré-filtros. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DI BERNARDO, L.; BRANDÃO, C.C.S.; HELLER, L. (1999). Tratamento de águas de abastecimento por filtração em múltiplas etapas. PROS Programa de Pesquisa em Saneamento Básico. Rio de Janeiro, ES. 114p 2. DI BERNARDO, L. (1993). Métodos e técnicas de tratamento de água. ES, RJ, 2 vol; 3. LANGLAIS, B.; RECKHOW, D.ª; BRINK, D.R. (1991). Ozone in water treatment. Application and engineering. Lewis Publishers, Inc., Chelsea, Micg. 569 p.