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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-21062021-140310
Documento
Autor
Nome completo
Antonio Wagner Lamon
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
Paz, Lyda Patricia Sabogal (Presidente)
Aguiar, Fernando Guimarães
Campos, Jose Roberto
Nery, Valeria Del
Sarti, Arnaldo
Título em português
Caracterização de biofilmes em filtros lentos domiciliares operados em fluxo contínuo e intermitente com o uso de microssensores
Palavras-chave em português
biofilmes
filtro lento em areia domiciliar
microssensores
oxigênio dissolvido
potencial de oxidação-redução
Resumo em português
O panorama social e econômico e as características regionais diferenciadas colocam o Brasil em condição distinta no que concerne ao acesso à água potável. No entanto, a Organização Mundial de Saúde alerta que no país, aproximadamente 4 milhões de pessoas não têm acesso à água potável, dos quais 91% estão localizados na região rural. A falta de condições sociais e econômicas impõe barreiras efetivas para a instalação de estações para tratamento de água, fazendo com que a busca por soluções a nível doméstico se torne opção disponível para comunidades localizadas em regiões isoladas do país. Dentro desse prisma, a utilização de filtros de areia em escala familiar (FLDs) é uma tecnologia acessível e perfeitamente adaptável à realidade de famílias que não dispõem de água tratada. O desempenho dos filtros de areia em pequena escala tem sido estudado por inúmeros pesquisadores, entretanto, a participação dos biofilmes que naturalmente se formam nas diferentes camadas filtrantes, ainda necessita de aprofundamento para melhor entendimento de seu funcionamento, no contexto do abastecimento familiar. A qualidade da água produzida por dois filtros lentos em areia, sendo um operado em fluxo contínuo (F1) e outro em fluxo intermitente (F2) durante 8 meses de operação foi avaliada. O filtro em fluxo contínuo apresentou remoção média de turbidez de 75,9% ± 3,99; a remoção de coliformes totais foi de 1,6 ± 0,04 log e para E. coli 2,2 ± 1 log. O filtro em fluxo intermitente removeu 74,8% ± 4,11 de turbidez; a remoção de coliformes totais foi de 1,4 ± 0,06 log e para E.coli 1,6 ± 0,01 log. Não foi constatada diferença significativa na eficiência de remoção da água produzida pelo filtro intermitente (F2) e a produção do mesmo filtro no período de pausa maior (15 h) (F2pp) para os parâmetros de turbidez (p = 0,304); cor aparente (p = 0,216) e cor verdadeira (p = 0,891). Por meio de análises de coupons submetidos à água de diferentes camadas dos filtros lentos em areia, foram constatadas diferenças significativas na espessura dos biofilmes formados em diferentes camadas dos filtros operados em modo contínuo e intermitente, cuja composição essencialmente química, conduziu à formação de gradientes de oxigênio dissolvido em seu interior. Nos coupons instalados nos FLDs também foi evidenciada a presença de micro-organismos como: bactérias, ciliados, rotíferos, flagelados, amebas tecadas e hifas de fungos. Mediante a avaliação da depleção de OD que ocorre nas amostras de manta não tecida dos filtros lentos em areia para uso doméstico, conforme análise de variância; pôde ser observado não haver diferença significativa entre as amostras de F1 e F2 (p = 0,985). No entanto, foi possível se estabelecer uma relação entre o progressivo aumento da depleção de OD que ocorre nas mantas não tecidas durante o tempo de operação dos FLDs e a eficiência de remoção de turbidez dos filtros. O aumento da depleção de OD nas mantas não tecidas foi associado à deposição de material particulado de coloração amarelada.
Título em inglês
Characterization of biofilms at household slow filters operated in continuous and intermittent flow by using microsensors
Palavras-chave em inglês
biofilms
dissolved oxygen
household slow sand filter
microsensors
oxidation-reduction potential
Resumo em inglês
The social and economic outlook and the differentiated regional characteristics put Brazil in a different condition concerning access to quality drinking water. However, the World Health Organization alerts that in the country, approximately 4 million people don't have access to drinking water, of which 91% are located in the rural area. The lack of social and economic conditions imposes effective barriers for the installation of treatment plants, and the search for point of use (POU) solutions becomes an available option for communities located in isolated areas of the country. From this point of view, the use of slow sand filters in family scale (SSF) corresponds to the accessible technology and perfectly adaptable to the reality of families that don't have access to treated water. The performance of slow sand filters has been studied by countless researchers, however, the functioning of the biofilms that naturally form in the different filtering layers, still needs to be deepened to better understand its functioning, in the context of family supply. The water quality produced by two slow sand filters, one operated in continuous flow (F1) and the other in intermittent flow (F2) during 8 months operation was evaluated. The continuous flow filter showed an average turbidity removal of 75.9% ± 3.99; the total coliforms removal was 1.6 ± 0.04 log and for E. coli 2.2 ± 1 log. The intermittent flow filter removed 74.8% ± 4.11 of turbidity, the total coliforms removal was 1.4 ± 0.06 log and for E. coli 1.6 ± 0.01 log. There was no significant difference in the removal efficiency of the water produced by the intermittent filter (F2) and the production of the same filter in the longest pause period (15 h) (F2pp) for turbidity parameters (p = 0.304); apparent color (p = 0.216) and true color (p = 0.891). By analyzing coupons subjected to water from different layers of the slow sand filters, significant differences were found in the thickness of the biofilms formed in different layers of the filters operated in continuous and intermittent mode, whose essentially chemical composition led to the formation of dissolved oxygen gradients inside. The coupons installed in the SSFs also showed the presence of microorganisms such as: bacteria, ciliate, rotifers, flagellates, woven amoebae and fungus hyphae. For the evaluation of DO depletion that occurs in samples of non-woven blanket from slow sand filters for domestic use, according to analysis of variance; it was observed that there was no significant difference between the F1 and F2 samples (p = 0.985). However, it was possible to establish a relationship between the progressive increase in the DO depletion that occurs in non-woven blankets during the operation time of the SSFs and the turbidity removal efficiency of the filters. The increase in DO depletion in the non-woven blankets was associated with the deposition of yellowish-colored particulate matter.
 
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Data de Publicação
2021-06-21
 
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