Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-23T16:32:20Z No. of bitstreams: 1 2014_OlgaRubêniadaSilvaCaminhadeMenezes.pdf: 2448261 bytes, checksum: 4e109a8a6eb6567d48a2d2ed9db955e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-26T13:48:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_OlgaRubêniadaSilvaCaminhadeMenezes.pdf: 2448261 bytes, checksum: 4e109a8a6eb6567d48a2d2ed9db955e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-26T13:48:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_OlgaRubêniadaSilvaCaminhadeMenezes.pdf: 2448261 bytes, checksum: 4e109a8a6eb6567d48a2d2ed9db955e5 (MD5) / A utilização de filtros com meios filtrantes diversos como alternativa de pós-tratamento de efluentes de lagoas de estabilização, com os custos e simplicidade compatível aos das lagoas, vêm sendo estudada desde a década de 1970. Apesar disso, sua aplicação à situações específicas demandam estudos detalhados sobre os parâmetros de projetos dos filtros. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da distribuição granulométrica e da taxa de filtração na eficiência de filtros de escoamento vertical ascendente na remoção de algas de efluentes de lagoas de estabilização de alta taxa. Osistema piloto utilizado no estudo consistia em dois filtros com escoamento ascendente,sendo um filtro preenchido com pedregulho de granulometria decrescente (FP) e o outro preenchido com brita nº 2 (FB), ambos com espessura de 1,5m, alimentados com e fluente de lagoa de estabilização de alta taxa da ETE Paranoá, Brasília. Os filtros operaram com taxa de filtração de 3 e 1 m3/m2.dia (2 e 0,7 m3/m3.dia), em duas fases experimentais. Odesempenho dos filtros foi avaliado a partir dos dados de Clorofila-a, DQO e SST, tendocomo parâmetros complementares a turbidez, o fósforo, o nitrogênio (amoniacal, nitrito enitrato) e o pH. Esporadicamente, foi realizada a quantificação do fitoplâncton presente nalagoa e nos filtros. Apesar dos filtros FP e FB demonstrarem potencial para redução deSST, DQO e clorofila-a com uso da taxa de filtração de 3 m3/m2.dia, as eficiências deremoção foram baixas. A eficiência de remoção de clorofila-a, DQO e SST aumentou significativamente nos dois filtros quando a taxa de filtração de 1 m3/m2.dia foi utilizada.Os valores médios de remoção de clorofila-a foram de 61% e 71%, respectivamente no FPe no FB e a remoção média de DQO no FP foi de 37% e no FB de 41%. A remoção de SST aumentou cerca de 40% da primeira para a segunda taxa. De modo geral, o FB se mostrou mais eficiente do que o FP, porém o teste de Mann-Whitney indicou não haver diferenças significativas entre os filtros. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT / The use of roughing filters with different media as an alternative post-treatment ofwastewater stabilization ponds, with the cost and simplicity compatible with the lagoons,has been studied since 1970 decade. Nevertheless, its use for a specific effluent demandsdetailed investigation about the design parameters of the filters. In this context, this studyaimed to evaluate the influence of the media size distribution and filtration rate on theefficiency of upflow vertical roughing filters in removing algae of high rate stabilizationpond. The pilot system used consisted of two upflow filters fed with effluent of high ratestabilization pond of Paranoá WWTP, Brasilia - Brazil. A 1.5m media layer was used inboth filters, however, one filter was filled with a five sub-layer of decreasing grain size inthe range of 50 to 6.4 mm (FP) and other filter was filled with grain size in the range of 19-50 mm (FB). The filters were operated with a filtration rate of 3 and 1 m3/m2.day (2 e 0.7m3/m3.day) in two experimental phases. The performance of each filter was estimatedbased on Chlorophyll-a, COD and TSS data. Turbidity, phosphorous, nitrogen(ammonium, nitrite and nitrate) and pH were used as complementary parameters.Occasionally, quantification of phytoplankton in the pond and filters was performed.Although the FP and FB filters operating with filtration rate of 3 m3/m2.day have shownpotential to reduce TSS, COD and chlorophyll-a, the removal efficiencies were low. Theremoval efficiency of chlorophyll-a, COD and TSS was significantly increased when filterswere operated with the lower filtration rate, 1 m3/m2.day. The average removal ofchlorophyll-a was 61% and 71%, respectively, for FP and FB. The FP was able to remove,in average, 37% of COD and the FB 42% of COD. The TSS removal increased about 40%from first to second filtration rate. In general, FB was slightly more efficient than FP,however, the Mann-Whitney hypothesis test showed no significant difference between thetwo filters.

Esta pesquisa propôs o desenvolvimento de um sistema de biofiltros submersos, modificados com base na configuração de filtros de pedra, visando o pós-tratamento do efluente de lagoas de estabilização, inicialmente para a remoção de algas. A modificação consiste na variação das alturas da camada filtrante e na colocação de tampa na superfície do BS, evitando o acesso da luz. O esgoto tratado captado na lagoa de maturação foi feito em duas profundidades – a 60 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona superficial) e a 180 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona intermediárias). O experimento foi composto por 8 BS sendo 4 BS alimentados pelo esgoto captado na zona superficial (60 cm) e outros 4 BS alimentados pela esgoto captado na zona intermediária (180 cm). Foi utilizado, como recheio dos biofiltros submersos, pedra brita nº 3, nas seguintes alturas de camada filtrante: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, tendo por objetivo avaliar a influência deste fator sobre a eficiência de remoção de algas mediante análise de Clorofila a, e outras 16 variáveis de qualidade associadas neste estudo. Concluiu-se que a extração a partir da zona superficial da lagoa de maturação, e uma profundidade de leito entre 150 cm e 200 cm, foram os parâmetros operacionais que levaram a um melhor desempenho global dos biofiltros submersos modificados, e mais especificamente quanto às seguintes variáveis: Clorofila a, DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e sólidos totais. / This research proposed the development of a submerged bio filters system, modified based in rock filters configuration, aiming the post treatment of the effluent of stabilization lagoons, for algae removal first. The modification consists invariance of the heights of the filter layer and the cover placed on the surface of the BS, preventing access of light. The treated sewage captured in the maturation lagoon was made at two depths – at 60cm depth of the lagoon surface (called superficial zone) and at 180cm depth of the lagoon surface (called intermediary zone). The experiment consisted of 8 BS, with 4 BS being fed by sewage captured in the superficial zone (60 cm) and other 4 BS fed by sewage captured in the intermediary zone (180 cm). It was used, as a stuff of submerged biofilters, rock number three, at the following heights of filtering layers: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, aiming to evaluate the influence of this factor over algae removal efficiency towards chlorophyll a, and other 16 quality variables associated in this study. It was concluded that the collecting from superficial zone of the maturation lagoon, and a layer depth between 150 cm e 200 cm, were the operational parameters that lead to a better overall performance of modified submerged biofilters, and more particularly to the following variables: Chlorophyll a, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biochemical Oxygen Demand) and total solids.

Nessa pesquisa são relatados os resultados da determinação das concentrações de microcistina e de biomassa algal após as várias etapas de tratamento de amostras de água coletadas junto ao reservatório de Barra Bonita-SP visando obtenção de água potável. O tratamento foi realizado em escala de laboratório com e sem aplicação de carvão ativado em pó (CAP) e as etapas foram: coagulação com aplicação de cloreto férrico, sedimentação, filtração em papel de filtro. Foi possível observar que a pré-clarificação desse tipo de água por coagulação seguida de sedimentação requereu dosagens relativamente elevadas de cloreto férrico (80 mg/L), tendo sido verificada eficiência muito baixa de remoção de microcistina nas etapas de tratamento por sedimentação seguida de filtração, quando não foi aplicado CAP. Apenas com a aplicação de CAP a microcistina foi reduzida à níveis que atendessem os padrões de potabilidade previstos na Portaria 518/04 (concentração menor que 1 &#956g/L). A determinação de microcistina pelo método que utiliza Imunoadsorventes Ligados à Enzima (ELISA) mostrou-se uma ferramenta útil e confiável para detectar e quantificar essa toxina, embora ainda apresente custo relativamente elevado. / This report presents the results of the quantification of microcystins and algae biomass concentrations after treatment of water samples taken from the Barra Bonita reservoir, for production of potable water. Bench-scale tests were carried out with and without powdered activated carbon (PAC) and the treatment processes used were: coagulation with ferric chloride (FeCl3), sedimentation and filtration with paper filter. It was determined that pre-clarification followed by sedimentation required substantial dosages of ferric chloride (80 mg/L). The removal of microcystins using sedimentation followed by filtration was ineffective without PAC. The use of PAC is required to produce water that meets current potability standards for microcystins removal as specified in Decree 518/04 (concentration less than 1 &#956g/L). Analysis of microcystins using the Enzime-Linked Immunosorbent Assay Method (ELISA) has proven to be an effective and reliable procedure to detect and quantify this toxin, although relatively expensive.

Esta pesquisa propôs o desenvolvimento de um sistema de biofiltros submersos, modificados com base na configuração de filtros de pedra, visando o pós-tratamento do efluente de lagoas de estabilização, inicialmente para a remoção de algas. A modificação consiste na variação das alturas da camada filtrante e na colocação de tampa na superfície do BS, evitando o acesso da luz. O esgoto tratado captado na lagoa de maturação foi feito em duas profundidades – a 60 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona superficial) e a 180 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona intermediárias). O experimento foi composto por 8 BS sendo 4 BS alimentados pelo esgoto captado na zona superficial (60 cm) e outros 4 BS alimentados pela esgoto captado na zona intermediária (180 cm). Foi utilizado, como recheio dos biofiltros submersos, pedra brita nº 3, nas seguintes alturas de camada filtrante: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, tendo por objetivo avaliar a influência deste fator sobre a eficiência de remoção de algas mediante análise de Clorofila a, e outras 16 variáveis de qualidade associadas neste estudo. Concluiu-se que a extração a partir da zona superficial da lagoa de maturação, e uma profundidade de leito entre 150 cm e 200 cm, foram os parâmetros operacionais que levaram a um melhor desempenho global dos biofiltros submersos modificados, e mais especificamente quanto às seguintes variáveis: Clorofila a, DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e sólidos totais. / This research proposed the development of a submerged bio filters system, modified based in rock filters configuration, aiming the post treatment of the effluent of stabilization lagoons, for algae removal first. The modification consists invariance of the heights of the filter layer and the cover placed on the surface of the BS, preventing access of light. The treated sewage captured in the maturation lagoon was made at two depths – at 60cm depth of the lagoon surface (called superficial zone) and at 180cm depth of the lagoon surface (called intermediary zone). The experiment consisted of 8 BS, with 4 BS being fed by sewage captured in the superficial zone (60 cm) and other 4 BS fed by sewage captured in the intermediary zone (180 cm). It was used, as a stuff of submerged biofilters, rock number three, at the following heights of filtering layers: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, aiming to evaluate the influence of this factor over algae removal efficiency towards chlorophyll a, and other 16 quality variables associated in this study. It was concluded that the collecting from superficial zone of the maturation lagoon, and a layer depth between 150 cm e 200 cm, were the operational parameters that lead to a better overall performance of modified submerged biofilters, and more particularly to the following variables: Chlorophyll a, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biochemical Oxygen Demand) and total solids.

Nessa pesquisa são relatados os resultados da determinação das concentrações de microcistina e de biomassa algal após as várias etapas de tratamento de amostras de água coletadas junto ao reservatório de Barra Bonita-SP visando obtenção de água potável. O tratamento foi realizado em escala de laboratório com e sem aplicação de carvão ativado em pó (CAP) e as etapas foram: coagulação com aplicação de cloreto férrico, sedimentação, filtração em papel de filtro. Foi possível observar que a pré-clarificação desse tipo de água por coagulação seguida de sedimentação requereu dosagens relativamente elevadas de cloreto férrico (80 mg/L), tendo sido verificada eficiência muito baixa de remoção de microcistina nas etapas de tratamento por sedimentação seguida de filtração, quando não foi aplicado CAP. Apenas com a aplicação de CAP a microcistina foi reduzida à níveis que atendessem os padrões de potabilidade previstos na Portaria 518/04 (concentração menor que 1 &#956g/L). A determinação de microcistina pelo método que utiliza Imunoadsorventes Ligados à Enzima (ELISA) mostrou-se uma ferramenta útil e confiável para detectar e quantificar essa toxina, embora ainda apresente custo relativamente elevado. / This report presents the results of the quantification of microcystins and algae biomass concentrations after treatment of water samples taken from the Barra Bonita reservoir, for production of potable water. Bench-scale tests were carried out with and without powdered activated carbon (PAC) and the treatment processes used were: coagulation with ferric chloride (FeCl3), sedimentation and filtration with paper filter. It was determined that pre-clarification followed by sedimentation required substantial dosages of ferric chloride (80 mg/L). The removal of microcystins using sedimentation followed by filtration was ineffective without PAC. The use of PAC is required to produce water that meets current potability standards for microcystins removal as specified in Decree 518/04 (concentration less than 1 &#956g/L). Analysis of microcystins using the Enzime-Linked Immunosorbent Assay Method (ELISA) has proven to be an effective and reliable procedure to detect and quantify this toxin, although relatively expensive.

Tendo em vista a potencialidade da remoção de algas utilizando a flotação por ar dissolvido, foi proposto o desenvolvimento de um equipamento de laboratório de fácil operação e manutenção, denominado Floteste, integrando as características geométricas do equipamento Jarteste neste trabalho. Foram realizados ensaios, utilizando água sintética contendo algas da ordem de 108 ind/L e natural proveniente de curso d\'água eutrofizado, possibilitando o aprimoramento do estudo das condições de coagulação, mistura rápida, floculação e flotação. Também, ensaios de flotação seguida de filtração em areia foram feitos visando melhorar a qualidade da água flotada. O jarro do Floteste possui placa de orifícios que proporciona perda de carga suficiente para a distribuição uniforme de água saturada pela seção quadrada do mesmo. Concluiu-se que, principalmente, que a dosagem de coagulante e o respectivo pH de coagulação, tempo e gradiente de velocidade médio de mistura rápida, tempo e gradiente de velocidade médio de floculação, tempo e pressão de saturação e a quantidade de ar fornecido exercem influência significativa na remoção de algas, turbidez, cor verdadeira e do número de partículas nos dois tipos de águas estudadas. / Due to the potentiality of the algae removal by dissolved air flotation, it was proposed the development of an equipment in laboratory scale of easy operation and maintenance, dominated Floteste, integrating the geometric characteristics of the Jarteste equipment in this work. Tests were carried out with synthetic water containing a high concentration of algae (~108 ind/L) and natural water from and eutrophicated source. Besides several improvements in the equipment developed in this study, the rapid mixing can be considered the most important, followed by flocculation and flotation. Also, flotation and sand filtration tests were performed to simulate the floto-filtration technology. The Flotateste vessel have a perforated plate that provides enough loss of load in order to uniform the distribution of saturated water in the bottom. It was concluded, mainly, that the coagulant dose and the pH of coagulation, time and velocity gradient of rapid mixing, time and velocity gradient of flocculation, time and saturation pressure chamber and the amount of air supplied played a significant role in the removal of algae, turbidity, true color and of the number of particles in the two types of water studied.

Tendo em vista a potencialidade da remoção de algas utilizando a flotação por ar dissolvido, foi proposto o desenvolvimento de um equipamento de laboratório de fácil operação e manutenção, denominado Floteste, integrando as características geométricas do equipamento Jarteste neste trabalho. Foram realizados ensaios, utilizando água sintética contendo algas da ordem de 108 ind/L e natural proveniente de curso d\'água eutrofizado, possibilitando o aprimoramento do estudo das condições de coagulação, mistura rápida, floculação e flotação. Também, ensaios de flotação seguida de filtração em areia foram feitos visando melhorar a qualidade da água flotada. O jarro do Floteste possui placa de orifícios que proporciona perda de carga suficiente para a distribuição uniforme de água saturada pela seção quadrada do mesmo. Concluiu-se que, principalmente, que a dosagem de coagulante e o respectivo pH de coagulação, tempo e gradiente de velocidade médio de mistura rápida, tempo e gradiente de velocidade médio de floculação, tempo e pressão de saturação e a quantidade de ar fornecido exercem influência significativa na remoção de algas, turbidez, cor verdadeira e do número de partículas nos dois tipos de águas estudadas. / Due to the potentiality of the algae removal by dissolved air flotation, it was proposed the development of an equipment in laboratory scale of easy operation and maintenance, dominated Floteste, integrating the geometric characteristics of the Jarteste equipment in this work. Tests were carried out with synthetic water containing a high concentration of algae (~108 ind/L) and natural water from and eutrophicated source. Besides several improvements in the equipment developed in this study, the rapid mixing can be considered the most important, followed by flocculation and flotation. Also, flotation and sand filtration tests were performed to simulate the floto-filtration technology. The Flotateste vessel have a perforated plate that provides enough loss of load in order to uniform the distribution of saturated water in the bottom. It was concluded, mainly, that the coagulant dose and the pH of coagulation, time and velocity gradient of rapid mixing, time and velocity gradient of flocculation, time and saturation pressure chamber and the amount of air supplied played a significant role in the removal of algae, turbidity, true color and of the number of particles in the two types of water studied.