Análise da atividade microbiológica através do ensaio enzimático e identificação de microrganismos em filtros lentos intermitentes

Abstract

O acesso à água potável de qualidade ainda é um desafio em comunidades isoladas, demandando soluções acessíveis e eficazes para tratamento de água. A filtração lenta pode ser aplicada como uma solução de uso domiciliar, destacando-se por sua simplicidade, segurança e baixo custo. Essa tecnologia permite melhorar a qualidade da água diretamente na residência do consumidor e pode ser combinada com pré-tratamentos, como soluções baseadas na natureza (coagulante natural com sementes de Moringa oleifera) ou o uso de materiais sintéticos (esponja de poliuretano) aplicados sobre o meio filtrante, sendo uma alternativa para comunidades sem acesso à água própria para consumo humano. No filtro lento, a qualidade da água filtrada depende das interações entre as comunidades microbianas e processos físico químicos de separação. Quando operados de forma intermitente, os filtros enfrentam pausas na alimentação, o que pode impactar a atividade biológica no meio filtrante. Além disso, fatores como a qualidade da água de entrada influenciam diretamente a eficiência do tratamento. Este trabalho avaliou a atividade microbiológica e a eficiência de filtros lentos intermitentes em escala domiciliar, utilizando diferentes configurações: filtro lento sem pré-tratamento (FLI), filtro lento com esponja de poliuretano (FLIE), filtro lento com água decantada (FLICD) e filtro lento com esponja e água decantada (FLIECD). Ao fim das operações das quatro unidades de filtração, a atividade microbiológica ao longo do meio filtrante, composto por areia, foi analisada pelo método de Hidrólise do Diacetato de Fluoresceína (FDA), em conjunto com a avaliação do teor de matéria orgânica, enquanto a microestrutura das esponjas de poliuretano foi observada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados indicaram que as camadas superficiais do meio filtrante apresentam maior atividade microbiológica, podendo estar associada à presença de matéria orgânica. Além de promover o prolongamento da carreira de filtração das unidades, conforme relatado na literatura, a esponja de poliuretano mostrou-se eficaz na retenção de partículas e no suporte ao desenvolvimento do schmutzdecke. Essa eficácia foi comprovada por fotomicrografias que revelaram uma comunidade microbiana mais diversa no material em comparação à camada biológica observada no meio filtrante dos filtros alimentados pela mesma água. O pré-tratamento com sementes de Moringa oleifera influenciou no teor de matéria orgânica, impactando no desenvolvimento da diversidade microbiana no schmutzdecke. Este estudo contribuiu para o desenvolvimento de sistemas de tratamento de água acessíveis e sustentáveis, com potencial aplicação em comunidades de infraestrutura limitada, além de investigar sobre a atividade microbiológica das configurações propostas.

Access to quality potable water remains a challenge in isolated communities, demanding accessible and effective water treatment solutions. Slow sand filtration can be applied as a household solution, standing out for its simplicity, safety, and low cost. This technology improves water quality directly at the consumer's residence and can be combined with pretreatment methods, such as nature-based solutions (natural coagulant Moringa oleifera seeds) or synthetic materials (polyurethane sponge) applied to the filter medium, offering an alternative for communities without access to safe drinking water. In slow filters, the quality of the treated water depends on interactions between microbial communities and physicochemical separation processes. When operated intermittently, the filters face feed interruptions, which may impact biological activity within the filter medium. Additionally, factors such as the quality of the influent water directly influence treatment efficiency. This study evaluated the microbiological activity and efficiency of intermittent household slow sand filters using different configurations: a slow sand filter without pretreatment (ISSF), a slow sand filter with polyurethane sponge (ISSF-S), a slow sand filter with decanted water (ISSF-D), and a slow sand filter with both sponge and decanted water (ISSF-SD). At the end of operations of the four filtration units, microbiological activity along the sand-based filter medium was analyzed using the Fluorescein Diacetate (FDA) hydrolysis method, alongside the assessment of organic matter content. Additionally, the microstructure of the polyurethane sponges was observed using scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the upper layers of the filter medium exhibited higher microbiological activity, potentially linked to the presence of organic matter. In addition to extending the filtration run length of the units, as reported in the literature, the polyurethane sponge proved effective in particle retention and in supporting the development of the schmutzdecke. This effectiveness was confirmed through photomicrographs that revealed a more diverse microbial community in the material compared to the biological layer observed in the filter medium of filters fed with the same water. Pretreatment with Moringa oleifera seeds influenced the organic matter content, impacting the development of microbial diversity within the schmutzdecke. This study contributes to the development of accessible and sustainable water treatment systems with potential applications in infrastructure-limited communities and provides insights into the microbiological activity of the proposed configurations.