A expansão agrícola e a urbanização têm agravado a eutrofização artificial dos mananciais superficiais, devido ao aumento de seus níveis de nutrientes, como nitrogênio e fósforo. Nesses episódios, o crescimento excessivo de cianobactérias de elevada capacidade adaptativa e potencial de produção de cianotoxinas pode prejudicar homens e animais. As microcistinas estão entre as cianotoxinas mais encontradas em florações de cianobactérias tóxicas, de difícil remoção pelas tecnologias convencionais de Estações de Tratamento de Água (ETA). Como barreira adicional no tratamento avançado de águas de abastecimento, destaca-se o processo de adsorção com carvão ativado pulverizado (CAP) ou granular (CAG). Esta pesquisa avaliou a eficiência de remoção de microcistina-LR (MC-LR) por oito carvões ativados (7 CAGs e 1 CAP) produzidos a partir de matérias-primas diversificadas. Os carvões foram caracterizados quanto a umidade, teor de cinzas, pH, massa específica aparente, número de iodo, índice de azul de Metileno, coeficiente de desuniformidade, área superficial específica, volume de micro e mesoporos, análise elementar por Espectroscopia de Energia Dispersiva e fotomicrografia por Microscopia Eletrônica de Varredura. Avaliou-se a capacidade adsortiva dos carvões sobre a MC-LR por isotermas descritas pelos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich. Para tais ensaios, foram utilizadas amostras trituradas de carvão. Além disso, foram operadas quatorze colunas CAG em escala de bancada, de modo intermitente, com concentração inicial (Co) de MC-LR na faixa de 69 a 137 µg/L. A concentração de toxina foi estimada pelo método ELISA (Ensaio de Imunoadsorção Enzimática). Os resultados indicaram que as propriedades do CA são influenciadas por seu material de origem e também pelo seu modo de produção, e que tais propriedades têm reflexo direto sobre a eficiência de remoção de MC-LR. Nos ensaios de adsorção de MC-LR com as amostras trituradas, os dados se ajustaram melhor ao modelo de Langmuir. O carvão à base de linhito (CGLIN), em dosagem de 100,0 mg/L e com 4h de tempo de contato, apresentou a maior capacidade de remoção (97,2%) de MC-LR (Co: 115,1 µg/L), com qe,máx de 10,6 mg/g. O bom desempenho do CGLIN foi associado ao seu maior volume de mesoporos (0,53 cm3/g). Correlação significativa foi observada entre volume de mesoporos e qe,máx (r = 0,98, Pearson), o que foi corroborado pela Análise de Componentes Principais. Nos ensaios nas colunas de CAG, o carvão de hulha, CGHU (Co: 85 g/L) apresentou o melhor desempenho, seguido pelo carvão de casca de coco, CGCO4 (Co: 137 µg/L), ambos com remoção média de MC-LR de 99,5%. Nos ensaios com as amostras trituradas, nenhuma das dosagens removeu MC-LR a concentrações menores que 1,0 µg/L – valor máximo permitido pela Portaria MS nº 2.914/11 para água potável – enquanto que no início do tratamento com as colunas de CAG, com exceção do carvão de coco CGCO1, o efluente das demais amostras foi compatível com este limite. A divergência de resultados entre os dois tipos de ensaios indica que os experimentos com amostras de CAG trituradas podem alterar sua capacidade adsortiva e induzir a uma escolha incorreta do carvão mais adequado. Com isso, os resultados oferecem subsídios para o entendimento do desempenho das CAs sobre a remoção de cianotoxinas, amparando a aplicação do processo de adsorção em ETAs para minimização da incidência de intoxicações por água contaminada. / The agricultural expansion and urbanization has aggravated the artificial eutrophication of surface water sources, due to the increase of nutrient levels, such as nitrogen and phosphorus. In these episodes, the excessive growth of cyanobacteria of high adaptive capacity and potential to produce cyanotoxins can harm humans and animals. Microcystins are among the cyanotoxins most found in toxic cyanobacteria blooms, difficult to remove by conventional technologies of Water Treatment Plants (WTP). As an additional barrier in the advanced water treatment, the adsorption process with pulverized (PAC) or granular activated carbon (GAC) is highlighted. This research evaluated the efficiency of microcystin-LR (MC-LR) removal by eight activated carbons (7 GACs and 1 PAC) produced from diversified raw materials. The carbons were characterized by moisture, ash content, pH, bulk density, iodine number, Methylene blue index, desuniformity coefficient, specific surface area, micro and mesopore volume, elemental analysis by Energy Dispersive X-Ray Detector and photomicrography by Scanning Electron Microscopy. The MC-LR adsorptive capacity of the carbons was evaluated by isotherms that follow the mathematical models of Langmuir and Freundlich. For these tests, carbon crushed samples were used. Besides that, fourteen GAC columns were operated on bench scale, intermittently, with initial concentration (Co) of MC-LR in the range of 69 to 137 µg/L. The toxin concentration was measured by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). The results indicate that the AC properties are influenced by their source material and also by their production mode, and these properties have a direct effect on the efficiency of MC-LR removal. In the adsorption tests of MC-LR with the AC crushed samples, the data were better fitted to the Langmuir model. The lignite-based carbon (CGLIN), at a dosage of 100.0 mg/L and 4h of contact time, presented the highest MC-LR (Co: 115.1 µg/L) removal capacity (97.2%), with a qe,máx of 10.6 mg/g. The good performance of CGLIN was associated with its higher volume of mesopores (0.53 cm3/g). Significant correlation was observed between volume of mesopores and qe,max (r = 0.98, Pearson), which was corroborated by Principal Component Analysis. In the GAC columns tests, the coal CGHU (Co: 85 µg/L) presented the best performance, followed by the coconut carbon CGCO4 (Co: 137 µg/L), both with MC-LR average removal from 99.5%. In the trials with the crushed samples, none of the dosages removed MC-LR at values less than 1.0 µg/L – maximum permitted value by Portaria MS nº 2.914/11 for drinking water – while at the beginning of the treatment in the GAC columns, with the exception of the coconut carbon CGCO1, the effluent of the other samples was compatible with this limit. The divergence of results between these two types of assays indicates that the experiments with crushed samples may changes their adsorptive capacity and induce an incorrect choice of the most suitable AC. With this, the results provide support to understand the ACs performance on the cyanotoxins removal, supporting the application of the adsorption process in WTPs to minimize the incidence of poisoning by contaminated water.

A expansão agrícola e a urbanização têm agravado a eutrofização artificial dos mananciais superficiais, devido ao aumento de seus níveis de nutrientes, como nitrogênio e fósforo. Nesses episódios, o crescimento excessivo de cianobactérias de elevada capacidade adaptativa e potencial de produção de cianotoxinas pode prejudicar homens e animais. As microcistinas estão entre as cianotoxinas mais encontradas em florações de cianobactérias tóxicas, de difícil remoção pelas tecnologias convencionais de Estações de Tratamento de Água (ETA). Como barreira adicional no tratamento avançado de águas de abastecimento, destaca-se o processo de adsorção com carvão ativado pulverizado (CAP) ou granular (CAG). Esta pesquisa avaliou a eficiência de remoção de microcistina-LR (MC-LR) por oito carvões ativados (7 CAGs e 1 CAP) produzidos a partir de matérias-primas diversificadas. Os carvões foram caracterizados quanto a umidade, teor de cinzas, pH, massa específica aparente, número de iodo, índice de azul de Metileno, coeficiente de desuniformidade, área superficial específica, volume de micro e mesoporos, análise elementar por Espectroscopia de Energia Dispersiva e fotomicrografia por Microscopia Eletrônica de Varredura. Avaliou-se a capacidade adsortiva dos carvões sobre a MC-LR por isotermas descritas pelos modelos matemáticos de Langmuir e Freundlich. Para tais ensaios, foram utilizadas amostras trituradas de carvão. Além disso, foram operadas quatorze colunas CAG em escala de bancada, de modo intermitente, com concentração inicial (Co) de MC-LR na faixa de 69 a 137 µg/L. A concentração de toxina foi estimada pelo método ELISA (Ensaio de Imunoadsorção Enzimática). Os resultados indicaram que as propriedades do CA são influenciadas por seu material de origem e também pelo seu modo de produção, e que tais propriedades têm reflexo direto sobre a eficiência de remoção de MC-LR. Nos ensaios de adsorção de MC-LR com as amostras trituradas, os dados se ajustaram melhor ao modelo de Langmuir. O carvão à base de linhito (CGLIN), em dosagem de 100,0 mg/L e com 4h de tempo de contato, apresentou a maior capacidade de remoção (97,2%) de MC-LR (Co: 115,1 µg/L), com qe,máx de 10,6 mg/g. O bom desempenho do CGLIN foi associado ao seu maior volume de mesoporos (0,53 cm3/g). Correlação significativa foi observada entre volume de mesoporos e qe,máx (r = 0,98, Pearson), o que foi corroborado pela Análise de Componentes Principais. Nos ensaios nas colunas de CAG, o carvão de hulha, CGHU (Co: 85 g/L) apresentou o melhor desempenho, seguido pelo carvão de casca de coco, CGCO4 (Co: 137 µg/L), ambos com remoção média de MC-LR de 99,5%. Nos ensaios com as amostras trituradas, nenhuma das dosagens removeu MC-LR a concentrações menores que 1,0 µg/L – valor máximo permitido pela Portaria MS nº 2.914/11 para água potável – enquanto que no início do tratamento com as colunas de CAG, com exceção do carvão de coco CGCO1, o efluente das demais amostras foi compatível com este limite. A divergência de resultados entre os dois tipos de ensaios indica que os experimentos com amostras de CAG trituradas podem alterar sua capacidade adsortiva e induzir a uma escolha incorreta do carvão mais adequado. Com isso, os resultados oferecem subsídios para o entendimento do desempenho das CAs sobre a remoção de cianotoxinas, amparando a aplicação do processo de adsorção em ETAs para minimização da incidência de intoxicações por água contaminada. / The agricultural expansion and urbanization has aggravated the artificial eutrophication of surface water sources, due to the increase of nutrient levels, such as nitrogen and phosphorus. In these episodes, the excessive growth of cyanobacteria of high adaptive capacity and potential to produce cyanotoxins can harm humans and animals. Microcystins are among the cyanotoxins most found in toxic cyanobacteria blooms, difficult to remove by conventional technologies of Water Treatment Plants (WTP). As an additional barrier in the advanced water treatment, the adsorption process with pulverized (PAC) or granular activated carbon (GAC) is highlighted. This research evaluated the efficiency of microcystin-LR (MC-LR) removal by eight activated carbons (7 GACs and 1 PAC) produced from diversified raw materials. The carbons were characterized by moisture, ash content, pH, bulk density, iodine number, Methylene blue index, desuniformity coefficient, specific surface area, micro and mesopore volume, elemental analysis by Energy Dispersive X-Ray Detector and photomicrography by Scanning Electron Microscopy. The MC-LR adsorptive capacity of the carbons was evaluated by isotherms that follow the mathematical models of Langmuir and Freundlich. For these tests, carbon crushed samples were used. Besides that, fourteen GAC columns were operated on bench scale, intermittently, with initial concentration (Co) of MC-LR in the range of 69 to 137 µg/L. The toxin concentration was measured by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). The results indicate that the AC properties are influenced by their source material and also by their production mode, and these properties have a direct effect on the efficiency of MC-LR removal. In the adsorption tests of MC-LR with the AC crushed samples, the data were better fitted to the Langmuir model. The lignite-based carbon (CGLIN), at a dosage of 100.0 mg/L and 4h of contact time, presented the highest MC-LR (Co: 115.1 µg/L) removal capacity (97.2%), with a qe,máx of 10.6 mg/g. The good performance of CGLIN was associated with its higher volume of mesopores (0.53 cm3/g). Significant correlation was observed between volume of mesopores and qe,max (r = 0.98, Pearson), which was corroborated by Principal Component Analysis. In the GAC columns tests, the coal CGHU (Co: 85 µg/L) presented the best performance, followed by the coconut carbon CGCO4 (Co: 137 µg/L), both with MC-LR average removal from 99.5%. In the trials with the crushed samples, none of the dosages removed MC-LR at values less than 1.0 µg/L – maximum permitted value by Portaria MS nº 2.914/11 for drinking water – while at the beginning of the treatment in the GAC columns, with the exception of the coconut carbon CGCO1, the effluent of the other samples was compatible with this limit. The divergence of results between these two types of assays indicates that the experiments with crushed samples may changes their adsorptive capacity and induce an incorrect choice of the most suitable AC. With this, the results provide support to understand the ACs performance on the cyanotoxins removal, supporting the application of the adsorption process in WTPs to minimize the incidence of poisoning by contaminated water.

A proposta desta pesquisa consistiu na avaliação da microfiltração tangencial para o tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. Neste trabalho foram avaliados métodos de limpeza física (retrolavagem com ar comprimido) e química (ácida e básica) das membranas, bem como análise comparativa da colmatação e do desempenho de membranas de tamanhos de poro de 0,2 e 1,0 'mü'm, quando aplicadas ao pós-tratamento de efluentes do tanque de aeração em diferentes concentrações de SST. Foram contemplados ainda estudos de desinfecção de efluentes da microfiltração por radiação UV e aplicação do processo de coagulação antecedendo a microfiltração tangencial. Os experimentos foram realizados em unidade piloto com membranas tubulares de polipropileno com área efetiva de filtração de 0,036 'M POT.2'. Constatou-se que a limpeza física foi essencial para obtenção de maiores valores de fluxo de permeado na unidade de microfiltração. A limpeza química das membranas por solução básica foi mais eficiente quando comparada a limpeza ácida. Foram obtidos melhores resultados com a membrana de 0,2 'mü'm, quando comparada a membrana de 1 'mü'm, a qual apresentou intensa colmatação interna de seus poros. Para membrana de 0,2 'mü'm obteve-se permeado de excelente qualidade microbiológica (E.Coli < 1 UFC/100 mL e Colifagos < 16 UFP/100 mL), bem como valores de turbidez inferiores a 1,46 uT e remoção praticamente completa de SST. A prévia coagulação das amostras de licor misto do tanque de aeração contribuiu para obtenção de maiores taxas e melhor remoção de P-'PO IND.4'POT.3-' e DQOt na unidade de microfiltração. Para dosagem de 40 mg/L de cloreto férrico obteve-se a maior taxa média (139,7 L/'M POT.2'.h), concentrações residuais de P-'PO IND.4'POT.3-' inferiores a 1,4 mgP/L e DQOt menor que 33 mg/L. A radiação UV permitiu inativação completa de E.Coli e Colifagos das amostras de permeado. Concluiu-se que a microfiltração tangencial apresentou grande potencialidade para ser aplicada no tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. / The proposal of this research was to evaluate the crossflow microfiltration as an alternative for an advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank. This work aimed to evaluate the membranes physical cleaning methods (backwashing with compressed air) and the chemical ones (acid and basic), as well as the comparative analysis between the fouling event and the 0,2 and 1,0 'mü'm pore size membranes performance, when applied to the aeration tank effluents in a post-treatment stage at TSS different concentrations. Studies for microfiltration effluents disinfection by UV radiation and the application of the coagulation process preceding the crossflow microfiltration were also developed. The experiments were performed in a pilot unit with polypropylene tubular membranes with 0.036 'M POT.2' of effective filtration area. It was verified that the physical cleaning was essential to the attainment of higher permeate flux values in the microfiltration unit. The chemical cleaning of the membranes through basic solution was more efficient when compared to their acid cleaning. Better results were attained when the 0,2 'mü'm membrane was employed in comparison with the 1 'mü'm membrane, which presented intense internal blocking of its pores. It was attained an excellent microbiological quality (E.Coli < 1 FCU/100 mL and Coliphages < 16 FPU/100 mL) for the 0,2 'mü'm membrane, as well as turbidity levels under 1,46 uT and almost total removal of TSS. The previous mixed liquor samples coagulation of the aeration tank contributed to the attainment of higher rates and better removal of P-'PO IND.4'POT.3-' and CODt in the microfiltration unit. It was attained, for the ferric chloride 40 mg/L dosage, the higher mean rate (139,7 L/'M POT.2'.h), P-'PO IND.4'POT.3-' remaining concentrations under 1,4 mgP/L and CODt lesser than 33 mg/L. The UV radiation allowed the complete inactivation of E.Coli and Coliphages from the permeate samples. It was concluded that the crossflow microfiltration presents great possibilities of application in the advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank.

A proposta desta pesquisa consistiu na avaliação da microfiltração tangencial para o tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. Neste trabalho foram avaliados métodos de limpeza física (retrolavagem com ar comprimido) e química (ácida e básica) das membranas, bem como análise comparativa da colmatação e do desempenho de membranas de tamanhos de poro de 0,2 e 1,0 'mü'm, quando aplicadas ao pós-tratamento de efluentes do tanque de aeração em diferentes concentrações de SST. Foram contemplados ainda estudos de desinfecção de efluentes da microfiltração por radiação UV e aplicação do processo de coagulação antecedendo a microfiltração tangencial. Os experimentos foram realizados em unidade piloto com membranas tubulares de polipropileno com área efetiva de filtração de 0,036 'M POT.2'. Constatou-se que a limpeza física foi essencial para obtenção de maiores valores de fluxo de permeado na unidade de microfiltração. A limpeza química das membranas por solução básica foi mais eficiente quando comparada a limpeza ácida. Foram obtidos melhores resultados com a membrana de 0,2 'mü'm, quando comparada a membrana de 1 'mü'm, a qual apresentou intensa colmatação interna de seus poros. Para membrana de 0,2 'mü'm obteve-se permeado de excelente qualidade microbiológica (E.Coli < 1 UFC/100 mL e Colifagos < 16 UFP/100 mL), bem como valores de turbidez inferiores a 1,46 uT e remoção praticamente completa de SST. A prévia coagulação das amostras de licor misto do tanque de aeração contribuiu para obtenção de maiores taxas e melhor remoção de P-'PO IND.4'POT.3-' e DQOt na unidade de microfiltração. Para dosagem de 40 mg/L de cloreto férrico obteve-se a maior taxa média (139,7 L/'M POT.2'.h), concentrações residuais de P-'PO IND.4'POT.3-' inferiores a 1,4 mgP/L e DQOt menor que 33 mg/L. A radiação UV permitiu inativação completa de E.Coli e Colifagos das amostras de permeado. Concluiu-se que a microfiltração tangencial apresentou grande potencialidade para ser aplicada no tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. / The proposal of this research was to evaluate the crossflow microfiltration as an alternative for an advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank. This work aimed to evaluate the membranes physical cleaning methods (backwashing with compressed air) and the chemical ones (acid and basic), as well as the comparative analysis between the fouling event and the 0,2 and 1,0 'mü'm pore size membranes performance, when applied to the aeration tank effluents in a post-treatment stage at TSS different concentrations. Studies for microfiltration effluents disinfection by UV radiation and the application of the coagulation process preceding the crossflow microfiltration were also developed. The experiments were performed in a pilot unit with polypropylene tubular membranes with 0.036 'M POT.2' of effective filtration area. It was verified that the physical cleaning was essential to the attainment of higher permeate flux values in the microfiltration unit. The chemical cleaning of the membranes through basic solution was more efficient when compared to their acid cleaning. Better results were attained when the 0,2 'mü'm membrane was employed in comparison with the 1 'mü'm membrane, which presented intense internal blocking of its pores. It was attained an excellent microbiological quality (E.Coli < 1 FCU/100 mL and Coliphages < 16 FPU/100 mL) for the 0,2 'mü'm membrane, as well as turbidity levels under 1,46 uT and almost total removal of TSS. The previous mixed liquor samples coagulation of the aeration tank contributed to the attainment of higher rates and better removal of P-'PO IND.4'POT.3-' and CODt in the microfiltration unit. It was attained, for the ferric chloride 40 mg/L dosage, the higher mean rate (139,7 L/'M POT.2'.h), P-'PO IND.4'POT.3-' remaining concentrations under 1,4 mgP/L and CODt lesser than 33 mg/L. The UV radiation allowed the complete inactivation of E.Coli and Coliphages from the permeate samples. It was concluded that the crossflow microfiltration presents great possibilities of application in the advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank.