Filtração em margem inversa aplicada no tratamento de água de ecossistemas lênticos

Abstract

Tecnologias para serem aplicadas sob o contexto de proteção e revitalização de corpos hídricos superficiais devem serem desenvolvidas e aperfeiçoadas para assim melhorar a qualidade dos ecossistemas aquáticos. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar o desempenho de tratamento de um sistema de filtração em margem inversa (FMI) empregado no tratamento de água de um ambiente lêntico. Para isso, foram utilizados dois procedimentos experimentais (PE) distintos conduzidos em paralelo. O PE-I, foi realizado para avaliar o desempenho de tratamento de um sistema de FMI implantado em escala real. Esse sistema foi implantado para o tratamento de água de um lago. Além disso nesse PE-I, foi avaliada também, a influência do percurso de filtração, por meio de coletas de amostras em distintos pontos ao longo do percurso de filtração (2 m, 5,5 m e 8 m). Concomitantemente, a dinâmica da comunidade bacteriana foi identificada ao longo do período de operação, por meio de análises de sequenciamento de nova geração do 16S rRNA de eubactérias. Enquanto isso, no PE-II, foi implantado e monitorado um sistema piloto de FMI, o qual simulou as condições operacionais do sistema de FMI do PE-I. Esse PE teve como objetivo identificar parâmetros de projeto para a tecnologia de FMI. Ambos os PE, foram monitorados ao longo de 1 ano de operação por meio dos parâmetros clássicos de qualidade da água, e com isso o desempenho de tratamento de cada unidade de FMI foi identificado. Os resultados do PE-I mostram uma eficiência média de remoção na ordem de 41% para turbidez, 35% para cor aparente, 43% para cor verdadeira, 26% para sólidos suspensos totais e carbono orgânico total, 53% para nitrogênio, 46% para fósforo, 91% para ferro, 8% para manganês, e 100% para coliformes fecais. A distância do percurso de filtração favoreceu o desempenho de tratamento, apresentando melhorias significativas na qualidade da água com o aumento do percurso de filtração. Maior diversidade bacteriana foi identificada nos primeiros 30 cm do sistema de FMI. Além disso, bactérias nitrificantes e desnitrificantes foram identificadas ao longo do perfil vertical, indicando a possibilidade de nitrificação e desnitrificação sequencias existirem nesse sistema. Enquanto isso, os resultados do PE-II mostraram uma eficiência média de remoção de 96% para turbidez e para cor aparente, 84% para cor verdadeira, 51% para sólidos suspensos totais e carbono orgânico total, 37% para nitrogênio, 61% para fósforo, 93% para ferro, 9% para manganês, e 100% para coliformes fecais. Como parâmetros de projeto para o sistema de FMI, indica-se a confecção de uma vala de infiltração com uma seção de 1 m² e comprimento linear de 5 m, uma vazão de infiltração de 2,5 m³ dia-1 e uma taxa de filtração de 0,147 m dia-1. Baseado nos resultados obtidos por esse estudo, o sistema de FMI apresentou ser uma tecnologia passível de ser aplicada para o tratamento de água de ambientes lênticos.

Abstract: Technologies to be applied under the context of protection and revitalization of surface water must be developed and improved in order to enhance the quality of aquatic ecosystems. In this way, this study aimed to evaluate the treatment performance of an inverse margin filtration system (IMF) applied for a lentic environment water treatment. For the analysis, two different experimental procedures (EP) were conducted in parallel, the EP-I and EP-II. The EP-I was performed to assess the treatment performance of an IMF system implanted on a full scale. This system was implemented for the treatment of water in a lake. Furthermore, the influence of the filtration path was also evaluated, through sample collections at the different points along the filtration path (2 m, 5.5 m and 8 m). Concomitantly, bacterial community dynamics were identified throughout the period of operation, through analysis of new generation sequencing of the 16S rRNA of eubacteria. Meanwhile in the EP-II, an IMF pilot system was implemented and monitored, which simulated the operational conditions of the IMF system from EP-I, to identify design parameters for the IMF technology. Both EP were monitored over 1 year of operation by the classic water quality parameters, and with that, the treatment performance of each IMF unit was identified. The PE-I results showed an average removal efficiency of 41% for turbidity, 35% for apparent color, 43% for true color, 26% for total suspended solids (TSS) and total organic carbon (TOC), 53% for nitrogen (N), 46% for phosphorus (P), 91% for iron (I), 8% for manganese(Mn), and 100% for fecal coliforms (FC). The distance of the filtration path favored the treatment performance, showing improvements in water quality with the increase of the filtration path. Greater bacterial diversity was identified in the first 30 cm of the IMF system. In addition, nitrifying and denitrifying bacteria were identified along with the vertical profile, indicating the possibility of sequential nitrification and denitrification in this system. Meanwhile, the EP-II results showed an average removal efficiency of 96% for turbidity and for apparent color, 84% for true color, 51% for TSS and TOC, 37% for N, 61% for P, 93% for I, 9% for Mn, and 100% for FC. As design parameters for the IMF system, the construction of an infiltration ditch with a section of 1 m² and a linear length of 5 m, an infiltration flow of 2.5 m³ dia-1 and a rate of filtration of 0.147 m day-1 are recommended. Based on the results obtained in this study, the IMF system proved to be a technology that can be applied for the treatment of water in lentic environments.