Eficiência do eletroflotafiltro com eletrodos DSA e múltiplas camadas filtrantes no tratamento de água para consumo humano proveniente de manancial com presença de cianobactérias

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2023.

A presença de cianobactérias em corpos hídricos é recorrente em países tropicais, no entanto, quando esses mananciais são utilizados como fontes de abastecimento público, se faz necessário o monitoramento e remoção desses organismos. Neste contexto, esta pesquisa teve o objetivo de avaliar uma unidade única composta de eletroflotação com eletrodos de titânio e filtração granular descendente em múltiplas camadas na remoção de cianobactérias. Para tanto, utilizou a água do manancial de abastecimento público da Lagoa do Peri, localizado em Florianópolis/SC, uma vez que tal manancial possui como característica a presença de cianobactérias, principalmente da espécie Cylindrospermopsis raciborski. Neste sentido, foram realizadas contagem de cianobactérias, cianotoxinas, avaliação de fitoxicidade, viabilidade celular, além da verificação de parâmetros físicos e químicos. Também foram obtidos os parâmetros ótimos de operação por meio de planejamento experimental em operação por 90 minutos com 11 configurações distintas variando a taxa de escoamento superficial e densidade de corrente elétrica. Os resultados do planejamento experimental foram confirmados pela análise de variância (ANOVA). Por meio dos resultados obtidos o sistema de eletroflotação apresentou remoção dos parâmetros avaliados em relação a água bruta utilizada. As taxas operacionais ótimas, obtidas com auxílio do planejamento experimental foram de 100,06 m3 m?2 d?1 taxa de escoamento superficial e 72,10 Am?2 de densidade de corrente elétrica. O sistema operando por 6 h como unidade única de pré-tratamento, composto por eletroflotação exclusivamente, alcançou redução de 55% para turbidez 52% para cor aparente, 41% para carbono orgânico dissolvido. Em relação a remoção de cianobactérias, o sistema apresentou redução de 97% de indivíduos ao final do tratamento. Em relação a viabilidade celular, observou-se uma possível ruptura e perda do conteúdo celular para o meio extracelular dos organismos expostos a eletrólise, enquanto que os organismos observados na água bruta apresentavam os componentes preservados. Apesar do rompimento celular, não foram identificadas cianotoxinas na água produzida pelo sistema e nem toxicidade da água produzida, uma vez que a água eletroflotada não promoveu aspectos negativos ao desenvolvimento das sementes de lactuca sativa. Por fim, a integração dos processos, apresentou redução dos parâmetros observados para a filtração, entretanto, carreiras de filtração curtas, sendo a maior carreira de filtração observada na camada tripla com 260 min.

Abstract: The presence of cyanobacteria in water bodies is recurrent in tropical countries, however, when these sources are used as sources for public supply, monitoring and removal of these organisms are necessary. In this context, this research aimed to evaluate the removal of cyanobacteria on a single treatment unit composed by electroflotation with titanium electrodes and descending granular filtration in multiple layers. For this purpose, raw water from the water treatment plant of Lagoa do Peri, located in Florianópolis/SC, was used since this source is characterized by the presence of cyanobacteria, mainly the Cylindrospermopsis raciborskii species. In this sense, counting of cyanobacteria, cyanotoxins, assessment of phytotoxicity, cell viability, in addition to verification of physical and chemical parameters were carried out. Optimum operational parameters were also obtained through experimental planning carried out for 90 minutes and 11 settings, changing the water flow rate and current density. Results were confirmed by analysis of variance ANOVA. Through the results obtained, the electroflotation system showed removal of the parameters evaluated in relation to the raw water used. The optimal operational rates, provided with the aid of the experimental design, were 100,06 m3 m-2 d-1 water flow rate and 72,10 A m-2 electrical current density. The system operating for 6 hours, settled with the optimal operational rates, as a single pre-treatment unit, composed exclusively of electroflotation, achieved a reduction of 55% for turbidity, 52% for apparent color, 41% for Dissolved Organic Carbon. Regarding the removal of cyanobacteria, the system showed a reduction of 97% of individuals at the end of the treatment. Regarding cell viability, a possible rupture and loss of cellular content to the extracellular medium of organisms exposed to electrolysis was observed, while those observed in raw water had preserved celular estructure. Despite the possible cell rupture, no cyanotoxins were identified in the water produced by the system and no toxicity in the produced water, since the water produced by the electroflotation system did not promote negative aspects to the development of lactuca sativa seeds. Finally, the integration of processes showed a reduction in the parameters observed for filtration, however, short filtration runs, with the longest filtration run observed in the triple layer with 260 min.