Estudo da biomassa e comunidade bacteriana em filtros lentos retrolaváveis

Abstract

Essa tese teve como objetivo estudar a biomassa em filtros lentos retrolaváveis. A filtração lenta retrolavável foi desenvolvida para facilitar a limpeza de filtros lentos e estudos com retrolavagem focaram-se na hidráulica do filtro e no efluente produzido, sendo a biomassa algo ainda não estudada em relação à retrolavagem. Para isso foram realizados três estudos focados na biomassa, cada um deles empregando um sistema de filtração, um com três colunas retrolaváveis em escala de bancada, outro com um filtro lento convencional e outro com retrolavagem em escala comunitária, e por fim, um sistema com duas colunas retrolaváveis, sendo uma contaminada com 50 µg/L de DEET, cafeína e triclosan em solução de metanol. Para avaliação da biomassa a comunidade bacteriana foi identificada antes e após a limpeza por sequenciamento High-throughput da região 16S do rRNA. Ainda foram utilizadas metodologias quantitativas indiretas em casos específicos, como a contagem de unidades formadoras de colônia de fungos e bactérias (UFC), sólidos voláteis (SV) e biomassa celular (Bio). Microscopia de fluorescência e eletrônica de varredura também foram utilizadas como apoio para observação do meio filtrante. Os sistemas foram eficientes na remoção dos parâmetros selecionados, com efluente abaixo de 1,0 uT. As taxas de filtração influenciaram nas remoções, sendo 4 m³/m².d a taxa que apresentou os melhores resultados. Os filtros estabilizaram-se entre 4 h e 8 h de filtração, com remoção acima de 98% de coliformes totais após 24 h. A biomassa variou ao longo da profundidade da coluna de filtração e a camada superior apresentou maior quantidade em termos de UFC, SV e Bio. A retrolavagem influenciou pouco na quantidade de biomassa na superfície, porém alterou a comunidade bacteriana. Os contaminantes orgânicos estudados apresentaram baixa remoção no sistema (20% a 56%), porém a comunidade microbiana foi influenciada pela contaminação. Concluiu-se que a retrolavagem altera a biomassa de filtros lentos em relação à raspagem, porém sem prejudicar a recuperação dos filtros e produzindo água de acordo com o aceitável para a filtração lenta.

Abstract: This thesis aimed to assess biomass in backwashed slow sand filters. The use of backwashing in slow sand filters was developed to simplify the filter cleaning process. This study focused on filter hydraulics and efficiency. Three studies were carried out with three filtration systems, one with three bench-scale filtration columns, a second one with two different community-scale filters, one scraped and another backwashed, and the third system with two bench-scale filtration columns in which one of them DEET, caffeine, and triclosan were used as contaminants. For biomass evaluation bacteria were identified by High-throughput 16S rRNA sequencing. Indirect quantification methods such as fungi and bacteria colony formation units (CFU), volatile solids (VS), and cells biomass (Bio) were used. Fluorescent and Scanning Electron Microscopy were used for filter media observation. The systems were efficient on selected water quality parameters with effluent turbidity below 1.0 NTU on average. Filtration rates influenced removal and the column operated at 4 m/d presented the best results overall. Filtration stabilized between 4h and 8h operation with over 98% total coliforms removal. Biomass varied along with filtration depth, and upper layers presented higher biomass quantity in terms of CFU, VS and Bio. Backwashing did not affect biomass quantity on upper layers. Nevertheless, bacterial community on surface was more likely changed on filtration column due backwash. Microscopy showed that there was still remaining biomass on sand surface after both cleaning processes. The organic contaminants were not well removed by filtration (20% to 56%), though bacteria community was affected by them. It is concluded that backwashing affects schmutzdecke biomass more than scraping the surface. However, filter efficiency and recovery were not harmed by fluidization at a point that filter effluent was not accepted as good for a slow sand filtration system.