I-139 REMOÇÃO DE CÉLULAS DE CIANOBACTÉRIAS UTILIZANDO FILTRAÇÃO EM MÚLTIPLAS ETAPAS, COM E SEM USO DE MANTAS NÃO TEXTURIZADAS. Edson Pereira Tangerino Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP. Alameda Bahia, 550, Ilha Solteira SP Brasil - CEP 15385-000 email: edtang@dec.feis.unesp.br Carlos Roberto Lisboa Bolsista DTI CNPq PROSAB 4 Juliano Rodrigo Alves Espíndola Bolsista IC CNPq PROSAB 4 Laryssa Melo Rosa Araújo Bolsista IC CNPq PROSAB 4 Roberto Martins de Alencar Bolsista AT CNPq PROSAB 4 RESUMO O projeto proposto tem como meta principal a obtenção de informações sobre a remoção de algas e cianobactérias de fontes eutrofizadas utilizando filtração em múltiplas etapas e carvão ativado granular. O aparato experimental para Filtração em Múltiplas Etapas (FiME) consta de duas unidades-piloto de filtração lenta com camadas intermediárias de carvão ativado granular, precedida de pré-filtro dinâmico e de pré-filtro vertical de escoamento ascendente. Num dos filtros foi instalada uma manta não tecida. Ao aparato experimental serão associadas quatro colunas de carvão ativado granular como polimento final do efluente da instalação. A presente proposta tem como objetivo principal avaliar a remoção de algas e cianobactérias de lagos e represas eutrofizadas utilizando a filtração em múltiplas etapas, com filtros lentos com camada intermediária de carvão ativado recobertos com manta não texturizada, e sistema de polimento final em coluna de carvão ativado granular. Estão sendo analisados parâmetros como cor aparente e verdadeira, turbidez, coliformes, clorofila a, contagem de algas e cianobactérias, sendo que esses últimos estão em fase inicial de determinação. Pelas análises dos parâmetros cor verdadeira e aparente e clorofila a pode-concluir que o filtro com manta não apresentou melhor remoção, com valores em torno de 86%, mas quanto à remoção de turbidez os resultados foram melhores, com remoção final acima de 90%. PALAVRAS-CHAVE: Algas, filtração lenta, mantas não texturizadas. INTRODUÇÃO As cianobactérias, ou algas azuis, são geralmente encontradas em reservatórios, nas regiões com grande concentração de indústrias e elevada população, onde recebem maior quantidade de poluentes orgânicos. As células costumam ficar agregadas em colônias, localizadas na superfície ou em profundidade maior, dependendo da oferta de luz, fósforo e nitrogênio. Podem ocorrer num reservatório mesmo que ocorra ausência de algas na superfície. Quando ocorre morte ou lise celular das algas, há a liberação de toxinas, que podem lesar o fígado (hepatotoxinas), o sistema nervoso (neurotoxinas), ou somente irritar a pele. A ingestão por água ou peixe contaminados pode causar cefaléia, febre, dor abdominal, náusea e vômitos Apenas uma parcela das espécies de cianobactérias produzem toxinas, sendo mais conhecida a microcistina, produzida pela espécie Microcystis aeruginosa. Esta toxina é altamente estável na água e pode resistir a grandes variações de temperatura e de ph. Essa pesquisa tem como objetivo básico a avaliação da capacidade da tecnologia FiME em remover células de cianobactérias do tipo Microcystis aeruginosa, empregando filtro lento de areia, com e sem camada intermediária de carvão ativado granular, e utilizando mantas não texturizadas na camada superior. OBJETIVOS O projeto proposto tem como meta principal a obtenção de informações sobre: ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
- a remoção de algas e cianobactérias de fontes eutrofizadas utilizando filtração em múltiplas etapas e carvão ativado granular; - a ação do carvão ativado granular na qualidade final dos efluentes; - a influência da manta não texturizada na remoção de algas e cianobactérias e no aumento do tempo das carreiras de filtração; - a viabilidade da filtração lenta na redução de algas e cianobactérias no tratamento de águas eutrofizadas. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A filtração lenta em areia é uma tecnologia de tratamento de água eficiente, que pode produzir efluentes com baixa turbidez, baixa quantidade de impurezas dissolvidas, de bactérias, de vírus entéricos e de protozoários. Contudo, para que a filtração lenta apresente resultados satisfatórios, é necessário que as características da água afluente estejam limitadas a valores relativamente baixos de turbidez, cor verdadeira, sólidos suspensos, coliformes, etc. Da literatura sabe-se que altas concentrações de microalgas na água bruta afluente ao filtro lento pode provocar a rápida colmatação do meio filtrante exigindo freqüentes limpezas. A remoção da camada biológica superficial, por sua vez, pode ter efeitos negativos sobre a capacidade de remoção de substâncias orgânicas dissolvidas, inclusive cianotoxinas. Estudos realizados por Di Bernardo et al (1993) sugerem que o problema da colmatação dos filtros lentos pelo excesso de microalgas e cianobactérias pode ser contornado com a adoção de pré-filtros de pedregulho. Mello (1998) apresenta resultados de experimentos realizados em instalação piloto tipo FiME. Operando com as unidades de tratamento cobertas, o sistema de tratamento como um todo apresentou remoção média de cianobactérias de 98%, sendo que 80% das amostras coletadas na saída do filtro lento apresentavam teor de clorofila-a inferior a 1µg/L. A remoção desses organismos no pré-filtro dinâmico foi em média próxima de 50%. No pré-filtro ascendente a remoção média foi de pouco mais que 30%. A perda de carga no filtro lento, após 34 dias de operação, era de 8,7cm, indicando que o filtro poderia operar por alguns meses. Operando sem cobertura obteve eficiências parciais e globais similares ao caso anterior, porém a perda de carga nas várias unidades foi bastante superior. Após 36 dias de funcionamento, o filtro lento atingiu sua perda de carga limite, cerca de 100 cm. A atividade desordenada do homem no meio ambiente tem acarretado diversos problemas nos corpos d água e uma das conseqüências é a alta concentração de nutrientes nesses corpos d água, com florações de algas e cianobactérias, que no Brasil vêm aumentando em intensidade e freqüência. Dentre os gêneros mais freqüentemente observados nas florações de cianobactérias no Brasil destacam-se Microcystis e Cylindrospermopsis, descritos na literatura como potencialmente produtores de cianotoxinas. As cianotoxinas são compostos intracelulares presentes na maioria das cianobactérias. Essas cianotoxinas podem ser classificadas como neurotoxinas, hepatotoxinas, e dermatotoxinas. As hepatotoxinas são responsáveis pela maioria das intoxicações causadas por cianobactérias. As toxinas já caracterizadas desse grupo são as microcistinas, as nodularinas, e a mais recentemente descoberta, a cilindrospermopsina. As microcistinas são reconhecidas como potentes promotores de tumores hepáticos. Os sinais clínicos de intoxicação por hepatotoxinas em animais de laboratório e silvestres são, principalmente, fraqueza, anorexia, vômito, extremidades do corpo frias, palidez e diarréia (Carmichael, 1994 apud Sá (2003)). As intoxicações de populações humanas pelo consumo de água contaminada por cepas tóxicas de cianobactérias já foram descritas em vários países. Entretanto, o primeiro caso confirmado de mortes humanas causadas por cianotoxinas ocorreu em 1996, com pacientes de hemodiálise na cidade de Caruaru, Estado de Pernambuco/Brasil (Carmichael et al., 2001 apud Sá(2003)). Em 1998, a Organização Mundial de Saúde recomenda um valor guia de 1 µg/l de microcistina-lr para água de consumo humano. Posteriormente, a Portaria 1469 de 29 de dezembro de 2000, que "estabelece os procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade", inseriu a microcistina como parâmetro obrigatório de monitoramento em águas tratadas (VMP=1 mg/l) e, ao mesmo tempo, recomenda o monitoramento de cilindrospermopsina e saxitoxinas nessas águas. O carvão ativado granular é utilizado no tratamento de águas de abastecimento pela sua capacidade de adsorção de compostos orgânicos que causam odor e gosto na água, além da remoção de produtos orgânicos ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
sintéticos, como pesticidas. Tem sido relatada na literatura a sua capacidade de remover cianotoxinas dissolvidas. Ensaios realizados por Di Bernardo e colaboradores (1998) com o emprego de mantas não texturizadas na filtração lenta indicaram que as características físicas das mantas influem na sua capacidade de retenção de algas, mantas com baixa superfície específica e pequena espessura apresentam pouca eficiência. Além da capacidade de retenção de impurezas, a escolha da manta deve levar em conta a perda de carga que se desenvolve na mesma. Como justificativa maior da realização da presente pesquisa destaca-se o baixo custo de implantação e de operação da filtração em múltiplas etapas, os resultados encontrados na literatura dessa tecnologia no tratamento de águas de abastecimento, principalmente quando utilizada com camada intermediária de carvão ativado granular, e a necessidade de se cumprir a Portaria 518. MATERIAIS E MÉTODOS Na presente pesquisa esta sendo utilizada água proveniente de lago artificial (AB) em fase inicial de eutrofização. A princípio esta sendo realizado uma caracterização da água quanto às características: turbidez, cor, ph, dureza, contaminação por bactérias fecais e verificação se há florescimento de cianobactérias. O processo a ser utilizado é o da filtração em múltiplas etapas, com ou sem manta não texturizadas, com e sem camada intermediária de carvão ativado granular nos filtros lentos. A estação experimental de filtração em múltiplas etapas (FiME) constará de: - um pré-filtro dinâmico (PFD) de escoamento horizontal com área de 1,125m 2 de pedregulho; - um pré-filtro de escoamento ascendente (PFVA) com área de 0,50m 2 de pedregulho; - filtro lento (FLCM) com 0,50m 2 com pedregulho e areia com camada intermediária de carvão ativado e manta não texturizada na parte superior do meio filtrante. - filtro lento (FLC) com 0,50m 2 de com pedregulhos e areia com camada intermediária de carvão ativado sem manta O PFD consta de unidade de chapa metálica, possuindo leito de pedregulho com granulometria crescente de cima para baixo. Os PFVA são de chapas metálicas, de diâmetro de 0,80m, com três metros de altura e com camadas de pedregulho de diâmetro decrescente no sentido do fluxo. Os filtros lentos são de forma cilíndrica, com diâmetro de 0,80m e 2,95m de altura. O carvão ativado granular tem diâmetros dos grãos de 0,30 a 0,84mm e índice de iodo de 800mg/g. As características da manta acrílica não texturizadas utilizada na filtração é a seguinte: manta acrílica não texturizada com espessura de 0,45mm, porosidade >90%. Os ensaios estão sendo realizados desde out./2004 objetivando contemplar a sazonalidade das florações algais no lago. O tempo de duração de cada ensaio será igual ao tempo de duração da carreira dos filtros lentos. Estão sendo aplicadas taxas de filtração de 24 m/dia no PFD, 12 m/dia no PFVA e 3 m/dia nos filtros lentos. Eventualmente poderão ser realizados ensaios com outras taxas, dependendo do tempo de duração das carreiras. Estão sendo monitorados os seguintes parâmetros: condutividade, cor aparente e verdadeira, oxigênio consumido e dissolvido, ph, sólidos suspensos, temperatura, turbidez, vazões, níveis piezométricos, clorofilaa e E.coli e coliformes totais. Estamos iniciando também a contagem de algas e cianobactérias e análise de microcistina. ANÁLISES DOS RESULTADOS A água em estudo caracteriza-se pela baixa turbidez e cor verdadeira, ocorrendo grande quantidade de algas e cianobactérias, com predominância dos gêneros fitoflagelado, pseudoanabaena sp, staurodesmus spp, entre outros. Os resultados finais ainda não foram colhidos, pois os ensaios estão em andamento; porém observou-se nessa fase inicial de operação uma redução média em torno de 72 % da cor aparente afluente aos filtros lentos, não ocorrendo diferença significativa com a presença da manta para essa água. A remoção de cor aparente nos pré- ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
filtros foi de 63,8%. A Tabela 1 mostra os valores máximos, médios e mínimos de cor aparente ocorridos nessa fase do ensaio. TABELA 1: Valores de cor aparente FAIXA DE VALORES DE COR APARENTE (uh) PONTO VALORES MÁXIMO MÉDIA MÍNIMO DESVPAD AB 96 45 14 18 PFD 60 23 5 11 PFVA 40 16 3 8 FLCM 26 5 <1 4 FLC 20 5 <1 4 CP1 15 4 <1 3 CP2 21 4 <1 4 Já no caso da remoção de turbidez, mostrado na Figura 1, houve uma redução de 69% para o filtro com manta e carvão ativado e 63% para o filtro com manta sem carvão ativado. Observa-se então que o filtro lento com manta e carvão ativado tem melhor eficiência na remoção de turbidez. A remoção de turbidez observada nas colunas de polimento foi relativamente baixa, pois ocorreu formação de algas na parte superior das colunas. 100 90 % DE REMOÇÃO DE TURBIDEZ 80 70 60 50 40 30 20 10 0 PFD PFVA FLCM FLC CP1 CP2 Componentes da instalação Remoção no componente Remoção acumulada FIGURA 1: Remoção de turbidez em cada componente e acumulada A avaliação da remoção de algas nessa fase do trabalho foi efetuada através da análise de remoção de clorofila-a, mostrada da Figura 2. Nessa figura pode ser observado que a maior porcentagem de remoção ocorreu nos pré-filtros PFD e PFVA, com 68% de remoção da clorofila-a afluente.o filtro com manta removeu em média 40%, enquanto que o filtro sem manta removeu em torno de 54%, devendo ser ressaltado que são poucos os dados disponíveis até o momento. A remoção total obtida até na saída dos filtros lentos, com base nos dados obtidos até o momento, ficou em torno de 86%, não ocorrendo diferenças 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. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
18,000 16,000 14,000 12,000 Clorofia a (μg/l) 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 AB PFVA FLC1 FLCM1 CP1 CP2 9/4/2005 12/4/2005 13/4/2005 FIGURA 2: Remoção percentual de clorofila-a CONCLUSÕES Com base nos dados levantados até o presente momento pode ser concluído 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. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DI BERNARDO, L. (1993). Métodos e técnicas de tratamento de água. ABES, RJ, 2 vol. 2. DI BERNARDO, L. et. al. (1998). Remoção de algas por meio da sedimentação e da filtração em mantas sintéticas, XXVI Congresso interamericano de ingerieria sanitária y ambiental, Lima - Peru 01-05 de novembro de 1998. 3. MELLO, O. M. T. (1998). Avaliação do desempenho da filtração da filtração em múltiplas etapas no tratamento de águas com elevadas concentrações de algas. Brasília. Dissertação de mestrado Universidade de Brasília. 4. SÁ, J.C. et al (2003), Remoção de microcystis aeruginosa e microcistina com a utilização de filtro lento sanduíche. 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5