Avaliação da filtração lenta na remoção de células de Cylindrospermopsis raciborskii e saxitoxinas

Abstract

O presente trabalho apresenta uma avaliação do desempenho da filtração lenta na remoção de células viáveis de Cylindrospermopsis raciborskii e de saxitoxinas na água para consumo humano. Também foi realizada uma investigação preliminar da potencialidade da pré-filtração ascendente em pedregulho como sistema de pré-tratamento para a filtração lenta no tratamento de águas com elevada presença de células de C. raciborskii. O trabalho foi desenvolvido em escala piloto, e divido em duas etapas experimentais. Na 1ª Etapa Experimental, a instalação piloto era constituída por um sistema de filtração lenta, composto por dois filtros lentos operando em paralelo. Já na 2ª Etapa Experimental, foi adicionada à instalação piloto uma unidade de pré-filtração ascendente em pedregulho precedendo os filtros lentos. Os filtros lentos foram operados com taxa de filtração de 3m3/m2.dia e o pré-filtro ascendente em pedregulho com taxa de filtração de 10m3/m2.dia. Durante a 1ª Etapa Experimental, foi avaliado o desempenho dos filtros lentos quando alimentados com água bruta (lago Paranoá) inoculada com diferentes concentrações de células de C. raciborskii (105 a 6x106céls./mL) ou saxitoxinas extracelulares (3μg/L). De acordo com os resultados obtidos, o processo de filtração lenta foi bastante eficiente na remoção de células de C. raciborskii com concentrações da ordem de 105 céls./mL. Entretanto, para as concentrações mais elevadas de C. raciborskii (acima de 1x106 céls./mL), a filtração lenta como única etapa de tratamento não se apresentou como alternativa mais apropriada, pois permite o traspasse de turbidez, clorofila-a, saxitoxinas intra e extracelulares, além de apresentar acelerado desenvolvimento da perda de carga. Nos períodos de traspasse, ocasionados pelo carreamento de células de C. raciborskii previamente retidas no meio filtrante, os filtros lentos produziram efluentes com valores de turbidez, clorofila-a, saxitoxinas intracelulares em torno de 2UT, 10μ/L e 5μg/L, respectivamente. Foi detectada a presença de saxitoxinas extracelulares na água filtrada quando o filtro lento era alimentado com 106 céls./mL de C. raciborskii, confirmando a ocorrência de lise de parte das células retidas no meio filtrante. Foi também observado um impacto negativo da presença de saxitoxinas na água bruta sobre a remoção de coliformes. Os resultados da 2ª Etapa Experimental sugerem que pré-filtração antecedendo a filtração lenta apresenta grande potencial de aplicação no tratamento de águas com elevadas concentrações de células de C. raciborskii (acima de 106 céls./mL). O pré-filtro ascendente em pedregulho conseguiu remover parte das células de C. raciborskii presentes na água bruta produzindo efluentes capazes de evitar o desenvolvimento acelerado da perda de carga nos filtros lentos. Diferentemente do observado com o uso de filtro lento como unidade única de tratamento, a turbidez, o teor de clorofila-a e saxitoxinas totais (intra + extracelulares) dos efluentes dos filtros lentos se mantiveram abaixo de 0,3UT, 2μg/L e 0,2μg/L, respectivamente, mesmo quando a água bruta que alimentava o sistema apresentava concentrações de células de C. raciborskii muito elevadas (7x106 céls./mL). Entretanto, a remoção de turbidez e clorofila-a no pré-filtro ascendente em pedregulho apresentaram valores abaixo dos verificados para essa unidade na literatura. Dessa forma, faz-se necessário a realização de estudos para otimização dos parâmetros de projeto e operação da unidade de pré-filtração. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work presents an evaluation of the performance of the slow sand filtration in the removal of viable cells of Cylindrospermopsis raciborskii and extracellular saxitoxin from raw water. Also, it was carmed out a preliminary investigation on the use of the upflow roughing filtration as pretreatment stage for slow sand filtration in treatment of raw water with very high concentration Cylindrospermopsis raciborskii cells. The work was developed in a pilot scale and was carried out in two experimental stages. In the first stage, the pilot plant comprises two slow sand filtration units operated in parallel. In the second stage, an upflow rough filter was installed before the slow sand filters. The slow sand filters were operated at filtration rate of 3m3/m2.day and the upflow rough filter at filtration rate of 10m3/m2.day. During the 1st stage, the slow sand filters were fed with raw water (Paranoá lake water) spiked with different concentrations of a cultived toxic strain C. raciborskii (105 to 6x106cells/mL) or with extracellular saxitoxins (3μg/L). Based on the results, the process of slow sand filtration is very efficient in the removal of cells of C. raciborskii in the range of 105cells/mL. However, for a raw water with higher concentrations of cells of C. raciborskii (>1x106 cells/mL), the slow sand filtration as sole treatment step don’t seems to be the adequate alternative of treatment, once it was observed the occurrence of turbity, chlorophyll-a, intra and extracellular saxitoxins breakthrough. Furthermore a high head-loss development was observed during the filtration process. Breakthrough occurred mainly as a result of detachment of part of the cells previously retained in the filter. During breakthrough periods the slow sand filters produce effluents with concentration of turbity, chlorophyll-a and intracellular saxitoxins higher than 2NTU, 10μg/L and 5μg/L, respectively. When the presence of saxitoxins in the raw water was mostly in the intracellular fraction, raw water with 106cells/mL of C. raciborskii, it was detected presence of extracellular saxitoxins in the filtered water, confirming that cells lyses was occurring in the filter bed. It was confirmed that presence of saxitoxins in the raw water has a negative impact in the removal of coliforms. The results of the 2nd stage suggest that the use of upflow filter before the slow sand filtration shows great potential for the treatment of waters with high concentrations of cells of C. raciborskii (higher than 1x106 cells/mL). The upflow rough filter was able to prevent the high rate of the head-loss development in the slow sand filters that was observed in the 1st stage. The use of the roughing filtration as pretreatment for the slow sand filters allowed these units to produce effluents with turbity, chlorophyll-a and total saxitoxins (intra+extracellular) lower than 0,3NTU, 2μg/L e 0,2μg/L, respectively, even when the concentration of C. raciborskii in the raw water was 7x106cells/mL. However, the removal efficiency of turbity and chlorophyll-a in the upflow rough filter was lower than that reported in the literature. Thus, future studies aiming the optimization of project and operational parameters must be pursued.