A dupla filtração pode ser considerada como uma das mais promissoras tecnologias para tratamento de água, estimando-se que grande parte das necessidades de tratamento poderiam ser satisfeitas com o uso desta tecnologia. Alguns aspectos ainda não devidamente esclarecidos até o presente sobre esta tecnologia estão relacionados ao tratamento de água com turbidez elevada. Com a montagem e operação de uma instalação piloto, constituída de dois sistemas de dupla filtração (sistema 1: filtro ascendente de areia grossa e filtro descendente de areia e sistema 2: filtro ascendente de pedregulho e filtro descendente de areia), foi realizada uma investigação experimental com águas de estudo preparadas com caulinita (água tipo I com turbidez em torno de 100 uT e água tipo II com turbidez em torno de 300 uT). A coagulação foi realizada com o sulfato de alumínio, sem o uso de alcalinizante ou de acidificante, para que resultasse potencial zeta próximo de zero. A operação de ambos os sistemas foi efetuada com e sem descargas de fundo intermediárias nos filtros ascendentes, e foram variadas as taxas de filtração em ambos os filtros (de 120 a 240 m&sup3/m&sup2.d nos filtros ascendentes e de 180 a 300 m&sup3/m&sup2.d nos filtros descendentes). Concluiu-se principalmente que os dois sistemas foram capazes de produzir água filtrada com turbidez consistentemente menor que 0,5 uT e que a produção efetiva de água depende da turbidez da água de estudo, das taxas de filtração, da execução das descargas de fundo intermediárias e da carga hidráulica disponível para retenção de sólidos. / Double filtration may be considered one of the most important technologies for water treatment. It has been estimated that most of water treatment can be efficiently achieved with the use of this technology, although some design and operational aspects related to the high turbidity of the influent water have not been fully studied until the present time. A pilot plant was built comprising two double filtration systems (system 1 with an upflow coarse sand filter followed by a downflow fine sand filter; system 2 with an upflow gravel filter followed by a downflow filter identical to that used in system 1). The experimental investigation was carried out using influent waters prepared with kaolin (water type I with turbidity of approximately 100 NTU and water type II with turbidity of approximately 300 NTU). Coagulation was accomplished by using aluminum sulfate (no acid or alkaline products) so that the zeta potential resulted approximately zero. The operation of both systems was carried out with and without intermediate down flushes during the runs. Filtration rates in the filters of both systems varied from 120 to 240 m&sup3/m&sup2.d in the upflow filters and from 180 to 300 m&sup3/m&sup2.d in downflow filters. It was mainly concluded that both systems resulted capable to produce filtered water with turbidity consistently lower than 0.5 NTU and that the net production was related to the influent water turbidity, filtration rates, execution of intermediate down flushes and the hydraulic head provided for solids retention in both filter of each double filtration system.

O abastecimento de água na cidade de Palmas - TO vem passando por sérios problemas de ordem quantitativa desde 2005. As gradativas reduções nas vazões de seus mananciais e o aumento da demanda por água tratada contribuem para a escassez deste bem durante o período de estiagem. Não obstante, a solução mais efetiva para solucionar este problema seria a construção de uma nova estação de tratamento aduzida pela água do reservatório da usina hidroelétrica Luis Eduardo Magalhães (UHE Lajeado). Por outro lado, florações de cianobactérias são recorrentes e o controle mais efetivo seria necessário ao processo de tratamento desta água. Alguns gêneros destes microrganismos produzem e liberam toxinas com potencial cancerígeno, além de gerar transtornos ao tratamento em função da alteração do sabor e odor, e aumento da carga orgânica da água a ser tratada. Diante deste cenário, este trabalho buscou compreender os fatores condicionantes ao surgimento de uma floração de cianobactérias, especialmente ocorrida em 01 de junho de 2012, neste reservatório (S 10°17,215\' / 10°11,284\' e W 48°18,729\' / 48º21,874\'), como também, estudar e avaliar a remoção de células de cianobactérias e cianotoxinas, turbidez, matéria orgânica (MO) e biomassa algal, por meio de uma instalação piloto de dupla filtração (IPDF), composta por colunas de pré-filtro ascendente em areia grossa (FAAG) e filtro rápido descendente em areia (FRD), precedidos ou não de oxidante e adsorvente de natureza carbonácea. A taxa de filtração adotada para o FAAG e FRD foi de 180 m3.m-2.d-1. Sobre a floração, foram realizadas quatro campanhas de coleta e análises de água entre os dias 03 e 14 de junho. Dezessete variáveis limnológicas foram avaliadas a montante e a jusante do local da floração. Foi aplicado o índice de estado trófico proposto por Lamparelli (2004) e análises de correlação entre as concentrações de fósforo total. Para o estudo na IPDF, águas enriquecidas de cianobactérias (AE) foram preparadas com densidades em torno de 200.000 cél.mL-1 para serem testadas em cinco configurações, sendo somente a primeira realizada por dois ensaios, e composta por dupla filtração (DP) seguida de carvão ativado granular (FCAG). A segunda, por adsorção em carvão ativado em pó (CAP) antecedendo a DP. A terceira, por pré-oxidação (PreOx) antecedendo a DP e póstratamento com FCAG. A quarta, constituída por PreOx seguida de CAP e posterior DP. A quinta configuração foi composta por coluna de interoxidação entre os filtros e posterior adsorção por FCAG. Para avaliação das etapas durante os ensaios, foram realizadas análises de turbidez, pH, clorofila a, cianotoxinas, série de carbono, e caracterização físico-química, bacteriológica e hidrobiológica das AE. Sobre a floração, foi registrada a dominância de Dolichospermum solitarium, porém sem apresentar toxicidade para as cianotoxinas testadas. O estudo também permitiu concluir que as contribuições do fósforo efluente da ETE Aureny, e das bacias do ribeirão Taquaruçu Grande, córregos Machado e Tiúba, proporcionaram ao ponto onde ocorreu a floração (ponto 3 S 10º17,304\' / W 48°19,968\') um ambiente potencial para o florescimento de cianobactérias. Foi reconhecido também que o efluente da ETE não contribuiu isoladamente para o episódio, e que uma chuva extemporânea, ocorrida no dia do episódio, certamente contribuiu com o aumento do aporte de fósforo advindo da bacia do Taquaruçu Grande (BRT), e, consequentemente, com a desestabilização térmica do ecossistema. Em relação à eficiência de remoção da dupla filtração, foi possível verificar que a variação da composição físico-química, microbiológica e toxicológica nas águas enriquecidas de cianobactérias (AE) influenciou efetivamente no rendimento dos processos testados. A grande vantagem desta variação foi reconhecer que a dupla filtração conseguiu garantir excelentes resultados na qualidade da água final. Presente em todos os ensaios, Planktothrix isothrix apresentou-se como uma espécie de fácil remoção em um sistema de dupla filtração quando aplicado o cloreto de polialumínio. Não houve formação significativa de produtos secundários da desinfecção e cianotoxinas. / Water supply in the city of Palmas (Tocantins State) has faced severe quantitative problems since 2005. Gradual reductions in flows of their sources and the increased demand for treated water contribute to its scarcity during the dry period. In this context, the most effective solution to this problem is the construction of a new station for treating the water abstracted from the Lajeado Reservoir (Luis Eduardo Magalhães Hydropower Plant). On the other hand, cyanobacterial blooms are recurrent, which requires a more effective water treatment. Some cyanobacteria genera produce and release carcinogenic toxins, and generate disorders to water treatment due to the change of taste and odor, and increased organic load of water to be treated. This study aimed to determine the factors controlling the emergence of a cyanobacterial bloom, especially on June 1st 2012 in that reservoir (S 10°17,215\' / 10°11,284\' e W 48°18,729\' / 48º21,874\'), and to analyze the removal of cyanobacterial cell and cyanotoxin, turbidity, organic matter (MO) and algal biomass through the use of a double filtration pilot plant (IPDF), made up of upward prefilter columns on coarse sand (FAAG) and rapid downward filter on sand (FRD), preceded or not by oxidant and carbonaceous adsorbent. The filtration rate adopted for FAAG and FRD was 180 m3.m-2.d-1. In relation to the bloom, four samplings to collect and analyze the water were carried out between June 03 and 14. Seventeen limnological variables were evaluated upstream and downstream of the bloom location. The trophic state index proposed by Lamparelli (2004) and analysis of correlation between total phosphorus concentrations were applied. For analysis using the IPDF, waters enriched with cyanobacteria (AE) were prepared with densities of about 200.000 cells.mL-1 to be tested in five setups, only the first was carried out with two assays and consisted of double filtration (DF) followed by granular activated carbon (FCAG). The second consisted of adsorption on powdered activated carbon (CAP) before DF. The third setup was made up of pre-oxidation (PreOx) preceding the DF and post-treatment with FCAG. The fourth comprised of PreOx followed by CAP and DF. The fifth setup consisted of interoxidation column between the filters and subsequent adsorption on FCAG. During the tests, we analyzed turbidity, pH, chlorophyll a, cyanotoxins, carbon series, and performed physical, chemical, bacteriological and hydrobiological characterization of the AE. During the bloom, we registered the dominance of Dolichospermum solitarium, without toxicity for the cyanotoxins tested. The contribution of phosphorus from the effluent of the Aureny WWTP and from the basins of the Taquaruçu Grande, Machado and Tiúba streams provided the site 3 (S 10º17,304\' / W 48°19,968\') with favorable conditions for occurrence of blooms. The effluent of the WWTP did not contribute alone to the event, and an out-of-season rain upon the bloom event certainly contributed to the increased input of phosphorus from the Taquaruçu Grande basin, and consequently to the thermal destabilization of the ecosystem. Regarding the removal efficiency of double filtration, the variation in physical, chemical, microbiological and toxicological composition of the waters enriched with cyanobacteria in fact impacted the performance of the tested processes. The great advantage of this variation was the observation that the double filtration had excellent results to the final water quality. Planktothrix isothrix was present in all tests but was easily removed by double filtration combined with polyaluminum chloride. There was no formation of disinfection byproducts and cyanotoxins.

Este trabalho consiste na avaliação do desempenho do sistema composto por filtração direta ascendente em pedregulho seguida de filtração rápida descendente. A investigação experimental foi realizada em instalação piloto, variando-se a taxa de filtração nos filtros ascendente (60 a 240 m3/m2.d) e descendente (100 a 240 m3/m2.d) com e sem execução de descargas de fundo intermediárias no ascendente. A água bruta foi proveniente de um manancial superficial com pH entre 6,5 a 7,5, valores de turbidez compreendidos entre 8,5 e 21 uT, cor verdadeira entre 19 e 50 unidades Hanzen e alcalinidade entre 6,7 e 10 mg CaCO3/L. Adicionalmente, verificou-se o comportamento da instalação, para uma condição simulada de ocorrência de pico de turbidez de 380 uT, com curta duração. Em função dos resultados obtidos foi possível realizar considerações com relação à ocorrência de desprendimento/carreamento contínuo de flocos no filtro ascendente e constatar as influências da execução de descargas de fundo intermediárias, com produção de efluentes de melhor qualidade e carreiras de filtração mais prolongadas. O filtro ascendente com taxa de filtração de 120 m3/m2.d, foi capaz de absorver o pico de turbidez de 380 uT, produzindo efluente pré-filtrado com valores de turbidez entre 0,3 e 5,7 uT, e o filtro descendente, com taxa de filtração de 180 m3/m2.d, produziu efluente final com valores consistentemente menores que 1 uT, e na maior parte do tempo menores que 0,1 uT. / This work consists of a performance evaluation of the system composed by direct upflow filtration in gravel followed by rapid downflow filtration in sand. The experimental investigation was accomplished in pilot installation, being varied the filtration rate in the upflow (60 to 240 m3/m2.d.) and downflow (100 to 240 m3/m2.d.) filters with and without execution of intermediate downflushes in the first one. The raw water was provided from a superficial source with pH between 6,5 to 7,5, turbidity values between 8,5 and 21 UT, visible colour between 19 and 50 uH and alkalinity between 6,7 and 10 mg CaC03/L. ln addition, the behavior of the installation was verified, for a simulate condition of turbidity peak occurrence of 380 uT, with short duration. From the obtained results it was possible to accomplish considerations concerning the detachment occurrence/continuous flowing of flakes in the upflow filter and to verify the influences of the execution of intermediate downflushes, with production of better quality effluents and longer filter runs. The upflow filter with filtration rate of 120 m3/m2.d. was able to attenuate the turbidity peak of 380 uT, producing prefiltered effluent with turbidity values between 0,3 and 5,7 uT, and the downflow filter, with filtration rate of 180 m3/m2.d. produced final effluent with consistently values lower than 1 uT and in most of time lower than 0,1 uT.

O abastecimento de água na cidade de Palmas - TO vem passando por sérios problemas de ordem quantitativa desde 2005. As gradativas reduções nas vazões de seus mananciais e o aumento da demanda por água tratada contribuem para a escassez deste bem durante o período de estiagem. Não obstante, a solução mais efetiva para solucionar este problema seria a construção de uma nova estação de tratamento aduzida pela água do reservatório da usina hidroelétrica Luis Eduardo Magalhães (UHE Lajeado). Por outro lado, florações de cianobactérias são recorrentes e o controle mais efetivo seria necessário ao processo de tratamento desta água. Alguns gêneros destes microrganismos produzem e liberam toxinas com potencial cancerígeno, além de gerar transtornos ao tratamento em função da alteração do sabor e odor, e aumento da carga orgânica da água a ser tratada. Diante deste cenário, este trabalho buscou compreender os fatores condicionantes ao surgimento de uma floração de cianobactérias, especialmente ocorrida em 01 de junho de 2012, neste reservatório (S 10°17,215\' / 10°11,284\' e W 48°18,729\' / 48º21,874\'), como também, estudar e avaliar a remoção de células de cianobactérias e cianotoxinas, turbidez, matéria orgânica (MO) e biomassa algal, por meio de uma instalação piloto de dupla filtração (IPDF), composta por colunas de pré-filtro ascendente em areia grossa (FAAG) e filtro rápido descendente em areia (FRD), precedidos ou não de oxidante e adsorvente de natureza carbonácea. A taxa de filtração adotada para o FAAG e FRD foi de 180 m3.m-2.d-1. Sobre a floração, foram realizadas quatro campanhas de coleta e análises de água entre os dias 03 e 14 de junho. Dezessete variáveis limnológicas foram avaliadas a montante e a jusante do local da floração. Foi aplicado o índice de estado trófico proposto por Lamparelli (2004) e análises de correlação entre as concentrações de fósforo total. Para o estudo na IPDF, águas enriquecidas de cianobactérias (AE) foram preparadas com densidades em torno de 200.000 cél.mL-1 para serem testadas em cinco configurações, sendo somente a primeira realizada por dois ensaios, e composta por dupla filtração (DP) seguida de carvão ativado granular (FCAG). A segunda, por adsorção em carvão ativado em pó (CAP) antecedendo a DP. A terceira, por pré-oxidação (PreOx) antecedendo a DP e póstratamento com FCAG. A quarta, constituída por PreOx seguida de CAP e posterior DP. A quinta configuração foi composta por coluna de interoxidação entre os filtros e posterior adsorção por FCAG. Para avaliação das etapas durante os ensaios, foram realizadas análises de turbidez, pH, clorofila a, cianotoxinas, série de carbono, e caracterização físico-química, bacteriológica e hidrobiológica das AE. Sobre a floração, foi registrada a dominância de Dolichospermum solitarium, porém sem apresentar toxicidade para as cianotoxinas testadas. O estudo também permitiu concluir que as contribuições do fósforo efluente da ETE Aureny, e das bacias do ribeirão Taquaruçu Grande, córregos Machado e Tiúba, proporcionaram ao ponto onde ocorreu a floração (ponto 3 S 10º17,304\' / W 48°19,968\') um ambiente potencial para o florescimento de cianobactérias. Foi reconhecido também que o efluente da ETE não contribuiu isoladamente para o episódio, e que uma chuva extemporânea, ocorrida no dia do episódio, certamente contribuiu com o aumento do aporte de fósforo advindo da bacia do Taquaruçu Grande (BRT), e, consequentemente, com a desestabilização térmica do ecossistema. Em relação à eficiência de remoção da dupla filtração, foi possível verificar que a variação da composição físico-química, microbiológica e toxicológica nas águas enriquecidas de cianobactérias (AE) influenciou efetivamente no rendimento dos processos testados. A grande vantagem desta variação foi reconhecer que a dupla filtração conseguiu garantir excelentes resultados na qualidade da água final. Presente em todos os ensaios, Planktothrix isothrix apresentou-se como uma espécie de fácil remoção em um sistema de dupla filtração quando aplicado o cloreto de polialumínio. Não houve formação significativa de produtos secundários da desinfecção e cianotoxinas. / Water supply in the city of Palmas (Tocantins State) has faced severe quantitative problems since 2005. Gradual reductions in flows of their sources and the increased demand for treated water contribute to its scarcity during the dry period. In this context, the most effective solution to this problem is the construction of a new station for treating the water abstracted from the Lajeado Reservoir (Luis Eduardo Magalhães Hydropower Plant). On the other hand, cyanobacterial blooms are recurrent, which requires a more effective water treatment. Some cyanobacteria genera produce and release carcinogenic toxins, and generate disorders to water treatment due to the change of taste and odor, and increased organic load of water to be treated. This study aimed to determine the factors controlling the emergence of a cyanobacterial bloom, especially on June 1st 2012 in that reservoir (S 10°17,215\' / 10°11,284\' e W 48°18,729\' / 48º21,874\'), and to analyze the removal of cyanobacterial cell and cyanotoxin, turbidity, organic matter (MO) and algal biomass through the use of a double filtration pilot plant (IPDF), made up of upward prefilter columns on coarse sand (FAAG) and rapid downward filter on sand (FRD), preceded or not by oxidant and carbonaceous adsorbent. The filtration rate adopted for FAAG and FRD was 180 m3.m-2.d-1. In relation to the bloom, four samplings to collect and analyze the water were carried out between June 03 and 14. Seventeen limnological variables were evaluated upstream and downstream of the bloom location. The trophic state index proposed by Lamparelli (2004) and analysis of correlation between total phosphorus concentrations were applied. For analysis using the IPDF, waters enriched with cyanobacteria (AE) were prepared with densities of about 200.000 cells.mL-1 to be tested in five setups, only the first was carried out with two assays and consisted of double filtration (DF) followed by granular activated carbon (FCAG). The second consisted of adsorption on powdered activated carbon (CAP) before DF. The third setup was made up of pre-oxidation (PreOx) preceding the DF and post-treatment with FCAG. The fourth comprised of PreOx followed by CAP and DF. The fifth setup consisted of interoxidation column between the filters and subsequent adsorption on FCAG. During the tests, we analyzed turbidity, pH, chlorophyll a, cyanotoxins, carbon series, and performed physical, chemical, bacteriological and hydrobiological characterization of the AE. During the bloom, we registered the dominance of Dolichospermum solitarium, without toxicity for the cyanotoxins tested. The contribution of phosphorus from the effluent of the Aureny WWTP and from the basins of the Taquaruçu Grande, Machado and Tiúba streams provided the site 3 (S 10º17,304\' / W 48°19,968\') with favorable conditions for occurrence of blooms. The effluent of the WWTP did not contribute alone to the event, and an out-of-season rain upon the bloom event certainly contributed to the increased input of phosphorus from the Taquaruçu Grande basin, and consequently to the thermal destabilization of the ecosystem. Regarding the removal efficiency of double filtration, the variation in physical, chemical, microbiological and toxicological composition of the waters enriched with cyanobacteria in fact impacted the performance of the tested processes. The great advantage of this variation was the observation that the double filtration had excellent results to the final water quality. Planktothrix isothrix was present in all tests but was easily removed by double filtration combined with polyaluminum chloride. There was no formation of disinfection byproducts and cyanotoxins.

A ocupação desordenada das bacias hidrográficas provocou a aceleração da eutrofização que, além de problemas meramente estéticos e paisagísticos, resulta na ocorrência de elevadas densidades de fitoplâncton com dominância de cianobactérias potencialmente tóxicas nos mananciais. Paralelamente ao envelhecimento e deterioração física das instalações, as tecnologias usuais de tratamento não reúnem condições para tratar adequadamente águas de mananciais onde ocorre aporte de substâncias químicas recalcitrantes como agrotóxicos, fertilizantes e disruptores endócrinos. O presente trabalho teve como objetivo estudar e avaliar a técnica da dupla filtração em leitos de pedregulho e areia, com pré ou interoxidação e adsorção com carvão ativado granulado e pulverizado, para a potabilização de água de reservatório eutrofizado com elevada densidade de cianobactérias - Açude Gargalheiras, Acari, semiárido do RN. A pesquisa constou de quatro fases: fase 01 caracterização físico-química e biológica contínua da água bruta do manancial e realização de ensaios estáticos de filtração direta em equipamento de jarteste e filtros de laboratório de areia, fase 02 - avaliação de pré-filtração ascendente em pedregulho com camadas filtrantes de diferentes granulometrias, fase 03 - comportamento da dupla filtração sob quatro taxas de filtração e quatro pré-filtros e fase 04 - estudo de arranjos da instalação piloto com pré e interoxidação e adsorção com carvão ativado granulado e pulverizado. Concentrações médias da série nitrogenada, fósforo total e ortofosfato solúvel enquadraram o Açude Gargalheira como eutrófico. Elevadas densidades de cianobactérias mostraram necessidade de monitoramento semanal do manancial (bioensaios de toxicidade e análise de cianotoxinas). Ensaios estáticos em bancada definiram dosagens de coagulante hidróxicloreto de alumínio entre 13 mg/L e 15 mg/L e pH de coagulação de 7,6, sob gradiente e tempo de mistura rápida de 700/s e 17 s; dosagens de oxidante (cloro) entre 2,0 mg CL 2.L-1 e 3,0 mg CL2.L-1 e tempo de oxidação de 20 minutos, com eliminação da acidificação e dosagem de CAP de 15 mg/L com tempo de adsorção de 30 minutos. FAP4 (pré-filtro com camada filtrante entre 2,0 mm e 3,2 mm) apresentou menores médias de turbidez e cor aparente remanescentes. Taxa de filtração entre 160 m3.m-2.dia-1 e 200 m3.m-2.dia-1 foi a faixa escolhida pela melhor performance e menores custos financeiros de implantação e reforma e ampliação de unidades existentes. Dupla filtração com granulometria, espessura das camadas suporte e filtrante e taxas de filtração escolhidas e nas condições operacionais aplicadas, mostrou bom desempenho em relação à remoção de flocos de células de cianobactérias e, consequentemente, de microcistinas totais-LR. As remoções de cianobactérias nos pré-filtros variaram entre 52% (FAP2) e 96% (FAP4), representando densidades remanescentes entre 20.000 células/mL e 13.000 células/mL. Os filtros descendentes de areia atuaram como sistemas de polimento final com remoção na faixa de 61% a 98% (9.400 células/mL a 5.800 células/mL). Oxidação com cloro (inter e pré-oxidação), com residual de cloro livre da ordem de 0,1 mg/mL, associada à adsorção com CAP e CAG produziu efluentes finais com qualidade aceitável quanto aos níveis de TAM, turbidez e cor verdadeira. Arranjos de pré e interoxidação, dupla filtração e adsorção com CA (exibiram melhores desempenhos de remoção de MON, COT, ABS254, cor aparente verdadeira e turbidez e foram eficientes para assegurar a qualidade dos efluente finais especialmente em relação à remoção de MCT-LR e TAM: efluentes da colunas FCAG tiveram concentração de MCT-LR reduzida, consistentemente, para valores inferiores a 1,0 µg/L. / Disordered basins occupation provoked acceleration of eutrophication, which besides purely aesthetic and landscaping problems, results in occurrence of high phytoplankton densities with potentially toxic cyanobacteria dominance. Alongside physical aging and consequent deterioration of installations, usual treatment technologies do not provide adequate conditions for treating water from reservoirs where occurs recalcitrant chemicals such as pesticides, fertilizers and endocrine disrupters. This work aimed to evaluate double filtration in gravei and sand filters, pre and interoxidation and adsorption with powdered and granulated activated carbon, for water potabilization from eutrophic reservoir with high cyanobacteria density - Gargalheira Weir, Acari, semi-arid region of RN Brazil. The survey consisted of four phases: phase 1 - continuous physic-chemical and biological raw water characterization and static tests in jartest equipment and direct filtration with laboratory sand filters, phase 2 - evaluation of up flow prefiltration with different graded layers, phase 03 - double filtration behavior under four filtration rates and four pre filters and phase 04 - double filtration arrangements study with pre and interoxidation and adsorption with PAC and GAC columns. The average concentrations of nitrogen series, total phosphorus and soluble orthophosphate classified the Gargalheira Weir as eutrophic. High cyanobacteria densities showed the need for weekly monitoring (toxicity bioassays and cyanotoxins analysis). Static bench tests established aluminum hidroxicloride dosages from 13 mg/L to 15 mg/L and pH coagulation 7.6, with flash mixing gradient 700/s and contact time 17 s; oxidant (chlorine) dosages 2.0 mg CL2.L-1 and 3.0 mg CL2.L-1 and 20 minutes for oxidation time, with acidification elimination; 15 mg/L CAP dosage with 30 minutes adsorption time. FAP4 (pre filter with layer size 2.0 mm - 3.2 mm) had lower average turbidity and apparent color remnants. Flow rate between 160 m3.m-2.dia-1 and 200 m3.m-2.dia-1 was chosen for its performance and lower financial costs of deployment, reform and expansion of existing units. Double filtration with particle size, thickness of layers and filter support and filtration rates choosed under operational conditions applied showed good performance regarding removal of cyanobacteria cells flakes and total microcystin-LR. Cyanobacteria removal in pre filters ranged from 52% (FAP2) and 96% (FAP4), representing remaining densities between 20,000 and 13,000 cells/mL. Down flow sand filters done final polishing with removal 61% to 98% (9,400 cells/mL to 5,800 cells/mL). Oxidation with chlorine in both inter and pre oxidation with free chlorine residual of about 0.1 mq/L, associated with GAC and PAC adsorption produced final effluent with acceptable quality for TAM, turbidity and true color levels. Pre and interoxidation arrangements with double filtration and GAC adsorption as post treatment stage showed betler performances in removal MON, TOC, ABS254, true and apparent color and turbidity and exhibitid efficience to ensure final effluent quality in particular MCT-LR and TAM removing: GAC columns effluents had reduced MCT-LR concentrations consistently to less than 1.0 µg/L.

Este trabalho consiste na avaliação do desempenho do sistema composto por filtração direta ascendente em pedregulho seguida de filtração rápida descendente. A investigação experimental foi realizada em instalação piloto, variando-se a taxa de filtração nos filtros ascendente (60 a 240 m3/m2.d) e descendente (100 a 240 m3/m2.d) com e sem execução de descargas de fundo intermediárias no ascendente. A água bruta foi proveniente de um manancial superficial com pH entre 6,5 a 7,5, valores de turbidez compreendidos entre 8,5 e 21 uT, cor verdadeira entre 19 e 50 unidades Hanzen e alcalinidade entre 6,7 e 10 mg CaCO3/L. Adicionalmente, verificou-se o comportamento da instalação, para uma condição simulada de ocorrência de pico de turbidez de 380 uT, com curta duração. Em função dos resultados obtidos foi possível realizar considerações com relação à ocorrência de desprendimento/carreamento contínuo de flocos no filtro ascendente e constatar as influências da execução de descargas de fundo intermediárias, com produção de efluentes de melhor qualidade e carreiras de filtração mais prolongadas. O filtro ascendente com taxa de filtração de 120 m3/m2.d, foi capaz de absorver o pico de turbidez de 380 uT, produzindo efluente pré-filtrado com valores de turbidez entre 0,3 e 5,7 uT, e o filtro descendente, com taxa de filtração de 180 m3/m2.d, produziu efluente final com valores consistentemente menores que 1 uT, e na maior parte do tempo menores que 0,1 uT. / This work consists of a performance evaluation of the system composed by direct upflow filtration in gravel followed by rapid downflow filtration in sand. The experimental investigation was accomplished in pilot installation, being varied the filtration rate in the upflow (60 to 240 m3/m2.d.) and downflow (100 to 240 m3/m2.d.) filters with and without execution of intermediate downflushes in the first one. The raw water was provided from a superficial source with pH between 6,5 to 7,5, turbidity values between 8,5 and 21 UT, visible colour between 19 and 50 uH and alkalinity between 6,7 and 10 mg CaC03/L. ln addition, the behavior of the installation was verified, for a simulate condition of turbidity peak occurrence of 380 uT, with short duration. From the obtained results it was possible to accomplish considerations concerning the detachment occurrence/continuous flowing of flakes in the upflow filter and to verify the influences of the execution of intermediate downflushes, with production of better quality effluents and longer filter runs. The upflow filter with filtration rate of 120 m3/m2.d. was able to attenuate the turbidity peak of 380 uT, producing prefiltered effluent with turbidity values between 0,3 and 5,7 uT, and the downflow filter, with filtration rate of 180 m3/m2.d. produced final effluent with consistently values lower than 1 uT and in most of time lower than 0,1 uT.

A dupla filtração pode ser considerada como uma das mais promissoras tecnologias para tratamento de água, estimando-se que grande parte das necessidades de tratamento poderiam ser satisfeitas com o uso desta tecnologia. Alguns aspectos ainda não devidamente esclarecidos até o presente sobre esta tecnologia estão relacionados ao tratamento de água com turbidez elevada. Com a montagem e operação de uma instalação piloto, constituída de dois sistemas de dupla filtração (sistema 1: filtro ascendente de areia grossa e filtro descendente de areia e sistema 2: filtro ascendente de pedregulho e filtro descendente de areia), foi realizada uma investigação experimental com águas de estudo preparadas com caulinita (água tipo I com turbidez em torno de 100 uT e água tipo II com turbidez em torno de 300 uT). A coagulação foi realizada com o sulfato de alumínio, sem o uso de alcalinizante ou de acidificante, para que resultasse potencial zeta próximo de zero. A operação de ambos os sistemas foi efetuada com e sem descargas de fundo intermediárias nos filtros ascendentes, e foram variadas as taxas de filtração em ambos os filtros (de 120 a 240 m&sup3/m&sup2.d nos filtros ascendentes e de 180 a 300 m&sup3/m&sup2.d nos filtros descendentes). Concluiu-se principalmente que os dois sistemas foram capazes de produzir água filtrada com turbidez consistentemente menor que 0,5 uT e que a produção efetiva de água depende da turbidez da água de estudo, das taxas de filtração, da execução das descargas de fundo intermediárias e da carga hidráulica disponível para retenção de sólidos. / Double filtration may be considered one of the most important technologies for water treatment. It has been estimated that most of water treatment can be efficiently achieved with the use of this technology, although some design and operational aspects related to the high turbidity of the influent water have not been fully studied until the present time. A pilot plant was built comprising two double filtration systems (system 1 with an upflow coarse sand filter followed by a downflow fine sand filter; system 2 with an upflow gravel filter followed by a downflow filter identical to that used in system 1). The experimental investigation was carried out using influent waters prepared with kaolin (water type I with turbidity of approximately 100 NTU and water type II with turbidity of approximately 300 NTU). Coagulation was accomplished by using aluminum sulfate (no acid or alkaline products) so that the zeta potential resulted approximately zero. The operation of both systems was carried out with and without intermediate down flushes during the runs. Filtration rates in the filters of both systems varied from 120 to 240 m&sup3/m&sup2.d in the upflow filters and from 180 to 300 m&sup3/m&sup2.d in downflow filters. It was mainly concluded that both systems resulted capable to produce filtered water with turbidity consistently lower than 0.5 NTU and that the net production was related to the influent water turbidity, filtration rates, execution of intermediate down flushes and the hydraulic head provided for solids retention in both filter of each double filtration system.

A ocupação desordenada das bacias hidrográficas provocou a aceleração da eutrofização que, além de problemas meramente estéticos e paisagísticos, resulta na ocorrência de elevadas densidades de fitoplâncton com dominância de cianobactérias potencialmente tóxicas nos mananciais. Paralelamente ao envelhecimento e deterioração física das instalações, as tecnologias usuais de tratamento não reúnem condições para tratar adequadamente águas de mananciais onde ocorre aporte de substâncias químicas recalcitrantes como agrotóxicos, fertilizantes e disruptores endócrinos. O presente trabalho teve como objetivo estudar e avaliar a técnica da dupla filtração em leitos de pedregulho e areia, com pré ou interoxidação e adsorção com carvão ativado granulado e pulverizado, para a potabilização de água de reservatório eutrofizado com elevada densidade de cianobactérias - Açude Gargalheiras, Acari, semiárido do RN. A pesquisa constou de quatro fases: fase 01 caracterização físico-química e biológica contínua da água bruta do manancial e realização de ensaios estáticos de filtração direta em equipamento de jarteste e filtros de laboratório de areia, fase 02 - avaliação de pré-filtração ascendente em pedregulho com camadas filtrantes de diferentes granulometrias, fase 03 - comportamento da dupla filtração sob quatro taxas de filtração e quatro pré-filtros e fase 04 - estudo de arranjos da instalação piloto com pré e interoxidação e adsorção com carvão ativado granulado e pulverizado. Concentrações médias da série nitrogenada, fósforo total e ortofosfato solúvel enquadraram o Açude Gargalheira como eutrófico. Elevadas densidades de cianobactérias mostraram necessidade de monitoramento semanal do manancial (bioensaios de toxicidade e análise de cianotoxinas). Ensaios estáticos em bancada definiram dosagens de coagulante hidróxicloreto de alumínio entre 13 mg/L e 15 mg/L e pH de coagulação de 7,6, sob gradiente e tempo de mistura rápida de 700/s e 17 s; dosagens de oxidante (cloro) entre 2,0 mg CL 2.L-1 e 3,0 mg CL2.L-1 e tempo de oxidação de 20 minutos, com eliminação da acidificação e dosagem de CAP de 15 mg/L com tempo de adsorção de 30 minutos. FAP4 (pré-filtro com camada filtrante entre 2,0 mm e 3,2 mm) apresentou menores médias de turbidez e cor aparente remanescentes. Taxa de filtração entre 160 m3.m-2.dia-1 e 200 m3.m-2.dia-1 foi a faixa escolhida pela melhor performance e menores custos financeiros de implantação e reforma e ampliação de unidades existentes. Dupla filtração com granulometria, espessura das camadas suporte e filtrante e taxas de filtração escolhidas e nas condições operacionais aplicadas, mostrou bom desempenho em relação à remoção de flocos de células de cianobactérias e, consequentemente, de microcistinas totais-LR. As remoções de cianobactérias nos pré-filtros variaram entre 52% (FAP2) e 96% (FAP4), representando densidades remanescentes entre 20.000 células/mL e 13.000 células/mL. Os filtros descendentes de areia atuaram como sistemas de polimento final com remoção na faixa de 61% a 98% (9.400 células/mL a 5.800 células/mL). Oxidação com cloro (inter e pré-oxidação), com residual de cloro livre da ordem de 0,1 mg/mL, associada à adsorção com CAP e CAG produziu efluentes finais com qualidade aceitável quanto aos níveis de TAM, turbidez e cor verdadeira. Arranjos de pré e interoxidação, dupla filtração e adsorção com CA (exibiram melhores desempenhos de remoção de MON, COT, ABS254, cor aparente verdadeira e turbidez e foram eficientes para assegurar a qualidade dos efluente finais especialmente em relação à remoção de MCT-LR e TAM: efluentes da colunas FCAG tiveram concentração de MCT-LR reduzida, consistentemente, para valores inferiores a 1,0 µg/L. / Disordered basins occupation provoked acceleration of eutrophication, which besides purely aesthetic and landscaping problems, results in occurrence of high phytoplankton densities with potentially toxic cyanobacteria dominance. Alongside physical aging and consequent deterioration of installations, usual treatment technologies do not provide adequate conditions for treating water from reservoirs where occurs recalcitrant chemicals such as pesticides, fertilizers and endocrine disrupters. This work aimed to evaluate double filtration in gravei and sand filters, pre and interoxidation and adsorption with powdered and granulated activated carbon, for water potabilization from eutrophic reservoir with high cyanobacteria density - Gargalheira Weir, Acari, semi-arid region of RN Brazil. The survey consisted of four phases: phase 1 - continuous physic-chemical and biological raw water characterization and static tests in jartest equipment and direct filtration with laboratory sand filters, phase 2 - evaluation of up flow prefiltration with different graded layers, phase 03 - double filtration behavior under four filtration rates and four pre filters and phase 04 - double filtration arrangements study with pre and interoxidation and adsorption with PAC and GAC columns. The average concentrations of nitrogen series, total phosphorus and soluble orthophosphate classified the Gargalheira Weir as eutrophic. High cyanobacteria densities showed the need for weekly monitoring (toxicity bioassays and cyanotoxins analysis). Static bench tests established aluminum hidroxicloride dosages from 13 mg/L to 15 mg/L and pH coagulation 7.6, with flash mixing gradient 700/s and contact time 17 s; oxidant (chlorine) dosages 2.0 mg CL2.L-1 and 3.0 mg CL2.L-1 and 20 minutes for oxidation time, with acidification elimination; 15 mg/L CAP dosage with 30 minutes adsorption time. FAP4 (pre filter with layer size 2.0 mm - 3.2 mm) had lower average turbidity and apparent color remnants. Flow rate between 160 m3.m-2.dia-1 and 200 m3.m-2.dia-1 was chosen for its performance and lower financial costs of deployment, reform and expansion of existing units. Double filtration with particle size, thickness of layers and filter support and filtration rates choosed under operational conditions applied showed good performance regarding removal of cyanobacteria cells flakes and total microcystin-LR. Cyanobacteria removal in pre filters ranged from 52% (FAP2) and 96% (FAP4), representing remaining densities between 20,000 and 13,000 cells/mL. Down flow sand filters done final polishing with removal 61% to 98% (9,400 cells/mL to 5,800 cells/mL). Oxidation with chlorine in both inter and pre oxidation with free chlorine residual of about 0.1 mq/L, associated with GAC and PAC adsorption produced final effluent with acceptable quality for TAM, turbidity and true color levels. Pre and interoxidation arrangements with double filtration and GAC adsorption as post treatment stage showed betler performances in removal MON, TOC, ABS254, true and apparent color and turbidity and exhibitid efficience to ensure final effluent quality in particular MCT-LR and TAM removing: GAC columns effluents had reduced MCT-LR concentrations consistently to less than 1.0 µg/L.

Este trabalho consiste na avaliação do desempenho de uma instalação piloto de dupla filtração no tratamento de água superficial, apresentando turbidez entre 8,5 e 21 uT. A instalação piloto constituída de um sistema de filtração de duas fases, com filtração direta ascendente em areia grossa seguida da filtração rápida descendente em areia fina. A taxa de filtração variou de 120 a 360 m3/m2.dia no filtro ascendente e de 200 a 400 m3/m2.dia no filtro ascendente. Foram executadas descargas de fundo intermediários no filtro ascendente durante a carreira de filtração para avaliar a instalação piloto. Além disso, simulou pico de turbidez, para avaliar as condições. Baseado no trabalho experimental concluiu-se que: (i) a eficiência global do sistema de dupla filtração ascendente em areia grossa foi satisfatória, apresentando efluente final com turbidez inferior a 1 uT e cor verdadeira inferior a 1 uH; (ii) a distribuição da perda de carga nas camadas do meio granular do FAAG não apresentou diferenças significativas para as variadas taxas de filtração e modo de operação (com e sem execução de DIFs); (iii) os ensaios que foram realizados com a execução de DIFs apresentaram carreiras de filtração mais longas. / This work concerns the study of the performance of a double filtration pilot plant whom treating surface water, presenting turbidity between 8,5 and 21,0 NTU. The pilot plant consisted of a two-stage filtration system, with an upflow coarse sand direct filtrer followed by a dowflow fine sand filter. Filtration rats varied from 120 to 360 m/day in the upflow filter and from 200 to 400 m/day in the downflow filter. Intermediate downflow in the upflow filter were performed during the run length do evaluate the performance of the pilot plant in addition, a peak of turbidity in the for influent selected filter operating varabile, was studied here in. Based on the experimental work carried out, it was concluded that: (i) the global efficiency of the system of double filtration with upflow filtration in coarse sand was satisfactory, presenting final efflents with inferior turbidity to 1,0 NTU and inferior true color to 1 uH; (ii) the distribution of the load loss in the layers of the granular middle of FAAG didn\'t present significant differences for the varied filtration taxes and operation way (with and without execution of DFIs); (iii) the rehearsals that were accomplished with the execution of DFIs presented longer filtration runs.

Para estudar a remoção de substâncias húmicas da água, foi utilizada uma instalação piloto de pré-oxidação e dupla filtração com filtro ascendente de areia grossa (FAAG) e filtro rápido descendente (FRD). Ozônio, peróxido de hidrogênio, peroxônio, tricloro-s-triazina-triona, dióxido de cloro, permanganato de potássio e hipoclorito de sódio foram utilizados como pré-oxidantes. A água de estudo era proveniente do Ribeirão do Feijão (São Carlos - SP) com adição de extrato de substâncias húmicas até cor verdadeira de 90 a 110 uH. O trabalho experimental foi realizado em quatro etapas: i) extração de substâncias húmicas; ii) ensaios em reatores estáticos; iii) ensaios na instalação piloto em escoamento contínuo sem pré-oxidação com taxas de filtração no FAAG entre 120 e 240 m3/m2d e no FRD entre 160 e 280 m3/m2d e; iv) ensaios na instalação piloto em escoamento contínuo sem e com pré-oxidação com taxas de filtração de 180 m3/m2 d no FAAG e 280 m3/m2d no FRD. Houve eficiência de remoção de substâncias húmicas nos ensaios sem pré-oxidação e com variação de taxas de filtração, eventualmente, observou-se residual de alumínio maior que 0,2 mg/L no efluente do FRD. Nos ensaios com pré-oxidação obteve-se redução de 50% na dosagem de coagulante, resultando em menores concentrações de alumínio residual nos filtros, e redução de 43 a 63% na perda de carga final do FAAG, comparando-se com o ensaio sem pré-oxidação. As amostras pré-oxidadas com ozônio apresentaram maiores concentrações de ácidos haloacéticos. No efluente do FRD, observou-se aumento das concentrações de trialometanos com o aumento do pH. Nos ensaios com dióxido de cloro e permanganato de potássio observaram-se menores concentrações de subprodutos. / A pilot plant of preoxidation and double filtration with coarse sand upflow filter (CSUF) and downflow filter (DF) was used with the purpose of removing humic substances of the water. Ozone, hydrogen peroxide, peroxone, chlorine, chlorine dioxide and potassium permanganate were used as preoxidants. The water of study was originating from Ribeirão Feijão (São Carlos - SP) with addition of extract of humic substances until true color from 90 to 110 uH. The experimental work was accomplished in four stages: i) extraction of humic substances; ii) tests in static reactors; iii) runs in the pilot plant in continuous flow without preoxidation with filtration rates in the upflow filter between 120 and 240 m3/m2d and in the downflow filter between 160 and 280 m3/m2d and; iv) runs in the pilot plant in continuous flow with and without preoxidation with filtration rates of 180 m3/m2d in the upflow filter and 280 m3/m2d in the downflow filter. There was efficiency of removal of humic substances in the runs without preoxidation with variation of filtration rates, but the effluent of the downflow filter presented aluminum residual larger than 0,2 mg/L. In the runs with preoxidation a reduction in the coagulant dosage of 50% was observed and consequently smaller concentration of aluminum residual in the effluent of the downflow filter, and reduction of 43 to 63% in the final load loss in the upflow filter, compared with the run without preoxidation. The preoxidaded water with ozone was verified higher concentration of haloacetic acids. In the effluent of the downflow filter was observed increase of trihalomethane concentrations with the increase of the pH. In the runs with chlorine dioxide and potassium permanganate were observed lower concentrations of byproducts.