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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-10062021-165741
Document
Author
Full name
Fernando Cesar Andreoli
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Paz, Lyda Patricia Sabogal (President)
Benetti, Antônio Domingues
Borges, Alisson Carraro
Oliveira, Sílvia Maria Alves Corrêa
Silva, Wilson Tadeu Lopes da
Title in Portuguese
Filtros lentos de areia em escala domiciliar como alternativa de tratamento de águas subterrâneas com risco microbiológico em comunidades isoladas
Keywords in Portuguese
Água subterrânea
Filtração lenta domiciliar
Transferência de tecnologia
Tratamento de Água
Abstract in Portuguese
Comunidades isoladas geralmente utilizam poços para o consumo de água. Apesar de aparentar melhor qualidade do que a água superficial, a água subterrânea pode conter diversos microrganismos patogênicos que são responsáveis por vários problemas de saúde. Entre as alternativas para o tratamento de água nessas comunidades, existem os filtros lentos de areia em escala domiciliar – FLD. Tal tecnologia é considerada simples, de baixo custo e eficiente, porém, requer certo período para a formação da camada biológica, especialmente se utilizadas águas mais clarificadas, como as subterrâneas. Este fato pode permitir a passagem de patógenos no efluente, sendo requeridos processos de desinfecção posteriores ao tratamento. Nesta pesquisa avaliou-se o desempenho de duas configurações de FLD, uma com operação em fluxo contínuo e outra em fluxo intermitente, na remoção de E. coli, cistos de Giardia muris e oocistos de Cryptosporidium parvum em água subterrânea. Objetivou-se: estudar o desempenho dos FLDs com e sem uma alternativa para a redução do tempo de amadurecimento dos mesmos (inclusão semanal de água de manancial superficial); estudar a desinfecção do efluente dos FLDs com hipoclorito de sódio na redução dos riscos associados e; avaliar aspectos econômicos e operacionais em relação à transferência de tecnologia. Primeiramente, realizou-se a aquisição e preparação dos materiais e a montagem de 4 FLDs (duplicatas dos fluxos contínuo e intermitente). Os filtros foram operados diariamente introduzindo água subterrânea inoculada com os organismos de interesse. Duas temporadas de operação foram realizadas, uma (237 dias) com e outra (128 dias) sem uma alimentação semanal com água de manancial superficial. Como resultados, foram obtidos remoção de E. coli e coliformes totais em torno de 3,5 log para os FLDs contínuos e 1,5 log para os intermitentes. Análises estatísticas dos dados e modelagem do fator de maturação indicaram que a alimentação semanal com água de manancial acelerou o desempenho dos filtros em cerca de 80 dias quando comparado sem essa alternativa. A desinfecção da água filtrada melhorou a qualidade do tratamento e aumentou a permeabilidade da membrana de (oo) cistos. Uma proposta de análise da estimativa de risco microbiológico foi testada comprovando a redução do risco quando desinfetada a água. Por fim, as análises de custo e desafios operacionais culminaram na confecção de um manual de operação visando facilitar a transferência de tecnologia.
Title in English
Slow household-scale sand filters, as an alternative for treating groundwater with microbiological hazardous, in isolated communities
Keywords in English
Slow home filtration
Subterranean water
Technology transfer
Water Treatment
Abstract in English
Generally, isolated communities use wells for water consumption. Although it looks better than surface water, groundwater may contain several pathogenic microorganisms that are responsible for various health problems. Among the alternatives for water treatment in these communities, there are the Household-scale Slow Sand Filters - HSSF. Such technology is considered simple, low cost and efficient, but it requires a certain period for the formation of the biological layer, especially if clearer waters such as groundwater are used. This fact may allow the passage of pathogens in the effluent, requiring disinfection processes after treatment. This research evaluates the performance of two HSSF configurations: one with continuous flow and one with intermittent flow, in the removal of E. coli, Giardia muris and Cryptosporidium parvum in groundwater. The objective was to study the performance of HSSF with and without an alternative to reduce their ripening time (weekly inclusion of river water) study disinfection of effluent from HSSF with sodium hypochlorite to reduce associated risks and; evaluate economic and operational aspects in relation to technology transfer. Firstly, materials were acquired and prepared, and four HSSFs (duplicates of continuous and intermittent flows) were assembled. The filters were operated daily by introducing groundwater inoculated with the organisms of interest. Two seasons of operation were performed, one with and one without a weekly supply of river water. The results demonstrated the removal of E. coli and total coliforms around 3.5 log for continuous HSSF and 1.5 log for intermittent HSSF. Statistical analysis of the data and maturation factor modeling concluded that weekly feed with river water accelerated filter performance up to 80 days when compared without this alternative. Disinfection of filtered water improved treatment quality and increased membrane permeability of (oo) cysts. A proposal for analysis of microbiological risk estimation was tested proving the reduction of risk when disinfected water. Finally, analysis of cost and operational difficulties culminated in the preparation of an operation manual to facilitate technology transfer.
 
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Publishing Date
2021-06-29
 
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