Influência do uso de esponjas de poliuretano e sementes de Moringa oleifera na filtração lenta de regime intermitente

Abstract

Atualmente, a insuficiência no acesso à água adequada para consumo humano é uma realidade persistente que afeta muitas populações, especialmente em comunidades isoladas, desafiando os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável relativos à gestão sustentável da água e saneamento universal. Diante desse cenário, tecnologias descentralizadas emergem como soluções promissoras, habilitando os indivíduos a melhorar a qualidade da água consumida e aplicar tais inovações em diferentes contextos, do indivíduo à coletividade. O filtro lento de regime intermitente (FLI) se destaca como uma tecnologia alternativa, apresentando vantagens notáveis, como custo acessível, facilidade de construção, operação simples e baixa manutenção. Nesta pesquisa, buscou-se aumentar as possibilidades de uso do FLI, utilizando a tecnologia em águas de qualidade inferior do que as recomendadas. Para isso, as sementes de Moringa oleifera e esponjas de poliuretano foram empregadas em um pré-tratamento. Após adaptação da coagulação em garrafas Pet, a água decantada foi coletada e colocada em um filtro com uma esponja como primeira barreira, com o intuito de melhorar a qualidade da água bruta e aumentar as carreiras de filtração dos filtros estudados. Durante o tempo de operação, de 167 dias, foi avaliado o desempenho de quatro configurações distintas de uso do FLI: (a) FLI (controle); (b) FLIE com esponja no topo do leito filtrante; (c) FLICD sem esponja, com adição da água decantada pelo coagulante natural; (d) FLIECD com esponja e adição da água decantada pelo coagulante natural. Por meio de alimentações a cada 24 horas, foram monitorados parâmetros físico-químicos e microbiológicos da água bruta, decantada e filtradas. Além dos parâmetros de qualidade da água mencionados, realizaram-se testes toxicológicos e acompanharam-se os parâmetros operacionais (vazão inicial e a duração das carreiras de filtração). Mesmo com a água bruta não sendo adequada à tecnologia, as diferentes configurações tiveram desempenhos positivos com relação aos parâmetros de turbidez e cor aparente, apesar de não estarem em conformidade com a Portaria nº 888/2021. Não houve remoção significativa do parâmetro de cor verdadeira em nenhum dos filtros, indo de acordo com a literatura. Os parâmetros de pH e temperatura estiveram em conformidade e mostraram-se favoráveis ao desenvolvimento de microrganismos dentro dos filtros, evidenciado pela diminuição na concentração de oxigênio dissolvido, sinalizando atividade biológica. Houve o incremento de sólidos totais dissolvidos e condutividade elétrica na água decantada e filtradas, mudança possivelmente atribuída pela carga orgânica elevada, variações sazonais e ação antropogênica. Os filtros submetidos aos dois pré-tratamentos demonstraram uma eficácia superior na redução de clorofila -a, alcançando a 100% de remoção do parâmetro em determinados momentos, resultado que a água decantada não atingiu. Durante toda a pesquisa, os dois filtros que possuíam o pré-tratamento com as sementes de Moringa oleifera atingiram 100% de remoção de E. coli, apontando uma eficácia na associação da coagulação natural com a filtração lenta. Os filtros com a esponja de poliuretano (FLIE e FLIECD) obtiveram carreiras de filtração consideravelmente superiores em relação aos filtros sem esponja, sendo assim reduzindo a frequência entre limpezas do sistema. Nos ensaios toxicológicos com Lactuca sativa, a água bruta, decantada e filtradas não apresentaram toxicidade. Em função dos resultados obtidos, pode-se considerar que o trabalho contribui para facilitar a operação de filtros lentos, com adoção do pré-tratamento (coagulação e esponjas de poliuretano), possibilitando a utilização da tecnologia quando a água bruta não possuir uma qualidade de acordo com a recomendada, resultando no aumento do uso do FLI, principalmente em comunidades isoladas, desprovidas de tratamento e abastecimento de água.

Abstract: Currently, the inadequacy in access to suitable water for human consumption is a persistent reality that affects many populations, especially in isolated communities, challenging the Sustainable Development Goals related to sustainable water management and universal sanitation. In this scenario, decentralized technologies emerge as promising solutions, enabling individuals to improve the quality of the water consumed and to apply such innovations in different contexts, from the individual to the community. The intermittent slow sand filter (ISSF) stands out as an alternative technology, presenting notable advantages such as affordable cost, ease of construction, simple operation, and low maintenance. This research aimed to increase the possibilities of using the ISSF, utilizing the technology with water of lower quality than recommended. For this purpose, Moringa oleifera seeds and polyurethane sponges were used in a pre-treatment. After adapting the coagulation in PET bottles, the decanted water was collected and placed in a filter with a sponge as the first barrier, with the intention of improving the quality of the raw water and increasing the filtration runs of the studied filters. During the operation time of 167 days, the performance of four different ISSF configurations was evaluated: (a) ISSF (control); (b) ISSFE with a sponge on top of the filter bed; (c) ISSFCD without a sponge, with the addition of water decanted by the natural coagulant; (d) ISSFECD with a sponge and addition of water decanted by the natural coagulant. Through feedings every 24 hours, physicochemical and microbiological parameters of the raw, decanted, and filtered water were monitored. In addition to the water quality parameters mentioned, toxicological tests were conducted, and operational parameters (initial flow and duration of filtration runs) were monitored. Even with the raw water not being suitable for the technology, the different configurations had positive performances regarding turbidity and apparent color parameters, although they were not in compliance with Ordinance No. 888/2021. There was no significant removal of the true color parameter in any of the filters, in accordance with the literature. The pH and temperature parameters were in compliance and proved favorable for the development of microorganisms within the filters, evidenced by the decrease in dissolved oxygen concentration, signaling biological activity. There was an increase in total dissolved solids and electrical conductivity in the decanted and filtered water, a change possibly attributed to the high organic load, seasonal variations, and anthropogenic action. The filters subjected to the two pre-treatments demonstrated superior efficacy in reducing chlorophyll-a, achieving 100% removal of the parameter at certain times, a result that the decanted water did not achieve. Throughout the research, the two filters that had the pre-treatment with Moringa oleifera seeds achieved 100% removal of E. coli, pointing to an efficacy in the association of natural coagulation with slow filtration. The filters with the polyurethane sponge (ISSFE and ISSFECD) obtained considerably longer filtration runs compared to the filters without a sponge, thus reducing the frequency between system cleanings. In toxicological assays with Lactuca sativa, the raw, decanted, and filtered water did not show toxicity. Based on the results obtained, it can be considered that the work contributes to facilitating the operation of slow sand filters, with the adoption of pre-treatment (coagulation and polyurethane sponges), enabling the use of the technology when the raw water does not have a quality according to the recommended, resulting in an increased use of the ISSF, especially in isolated communities deprived of water treatment and supply.