Assessment of conventional water treatment processes in cyanobacteria and cyanotoxin removal and oxidative processes for microcystins removal

Foram realizados ensaios em escala de bancada e escala piloto simulando florações das espécies Microcystis aeruginosa NPLJ-4 e Cylindrospermopsis raciborskii T3 para avaliar suas remoções em processos convencionais de tratamento de água. Em escala de bancada observaram-se remoções da ordem de 6 unidades logarítmicas, sendo C. raciborskii removida de forma mais eficiente que M. aeruginosa, notadamente na filtração. M. aeruginosa apresentou remoções similares na sedimentação e na filtração, com remoções da ordem de duas unidades logarítmicas em cada etapa nos testes de bancada. Nos testes em escala piloto as remoções de M. aeruginosa foram da ordem de 2 a 3 unidades logarítmicas nos ensaios com água típica da estação seca e de até 4 unidades logarítmicas no período chuvoso. Em todos os testes em escala piloto houve remoção de C. raciborskii até valores não detectáveis na água filtrada, indicando novamente a maior eficiência de remoção desta em relação a M. aeruginosa. Esses resultados indicam a remoção de células de M. aeruginosa, porém as mesmas ficam retidas principalmente no decantador e no filtro, podendo liberar microcistina na água. Dessa forma, foi realizado um experimento onde após a inoculação de M. aeruginosa na ETA em escala piloto, amostras do lodo do decantador e da água de lavagem de filtros foram coletadas e armazenadas, sendo avaliada a concentração de microcistina no sobrenadante, indicando que a liberação de toxina começa já no primeiro dia e atinge seu máximo no terceiro dia, período após o qual começa a cair, sendo que após o décimo dia a concentração da toxina cai até níveis não detectáveis. Esses resultados indicam que o lodo deve ser removido diariamente e ser armazenado por pelo menos dez dias para minimizar os riscos devido à microcistina. Outro resultado obtido nos experimentos em escala piloto é a pouca eficiência na remoção de toxinas dissolvidas, sendo realizados testes com diferentes processos oxidativos na busca de uma maior remoção de microcistina dissolvida. Foram testados cloro, dióxido de cloro, ozônio, fotocatálise heterogênea e luz ultravioleta, além de se avaliar se os produtos da degradação da microcistina por esses processos são tóxicos ao organismo aquático Daphnia similis. Ozônio, luz ultravioleta e fotocatálise heterogênea mostraram uma elevada eficiência, porém houve aumento da toxicidade nos testes com ozônio e fotocatálise heterogênea, indicando a formação de subprodutos tóxicos que necessitam de mais investigações. O ozônio foi o oxidante mais eficiente, com remoções superiores a 99%, a um valor CT de 10,5 mg min L-1. O cloro apresentou remoções de 99% a um valor CT de 128 mg min L-1. Radiação ultravioleta e fotocatálise heterogênea apresentaram remoções similares em tempo de contato de 15 minutos, com remoção acima de 97%. O dióxido de cloro, dentre os oxidantes testados, foi o que apresentou a menor eficiência de remoção, com remoções de até 89% em valores CT elevados, acima 677 mg min L-1. Nos testes onde houve o uso de dióxido de cloro foi observada a presença de toxicidade aguda ao cladócero Daphnia similis, com resultados preliminares sugerindo que o clorito, subproduto da degradação desse oxidante, seja o agente responsável.Bench scale and pilot scale assays were performed in order to simulate blooms of the cyanobacteria Microcystis aeruginosa NPLJ-4 and Cylindrospermopsis raciborskii T3 and study there removal during conventional water treatment processes. Removals on the order of 6 log units were observed in bench scale assays, with C. raciborskii removed more efficiently than M. aeruginosa, especially during filtration. M. aeruginosa showed similar removals during sedimentation and filtration, with removal of two log units at each step in bench scale assays. In pilot scale assays M. aeruginosa removals achieved 2-3 log units in water typical of the dry season and up to 4 log units in water typical of the rainy season. In all pilot scale assays C. raciborskii was removed to undetectable levels in filtered water, indicating again the better removal of this species than M. aeruginosa. These results indicate the removal of M.aeruginosa cells that are mostly retained in the clarifier and filter, where they may potentially release microcystin to the treated water. Thus, pilot-scale assays were performed with clarifier sludge and filter wash water inoculated with M.aeruginosa and stored in the dark to evaluate release of microcystin to the supernatant. It was found that toxin release began on the first day and reached its peak on the third day, after which it began to fall, reaching non-detectable levels after the tenth day. These results suggest that sludge must be removed daily and stored for at least ten days to minimize the risks due to microcystin. Another result obtained in pilot scale experiments was the low removal efficiency of dissolved toxins, and therefore tests were performed with different oxidative processes aimed at greater removal of dissolved microcystins. Chlorine, chlorine dioxide, ozone, ultraviolet light and heterogeneous photocatalysis were tested to evaluate whether microcystin degradation byproducts from such processes are toxic to the aquatic organism Daphnia similis. Ozone, ultraviolet light and heterogeneous photocatalysis presented high microcystin removal efficiencies, but toxicity was increased in tests with ozone and heterogeneous photocatalysis, indicating the formation of toxic byproducts that require further investigation. Ozone was the most efficient oxidant, with removals greater than 99%, with CT values of 10.5 mg min L-1. Removals above 99% were observed for chlorine with CT values of 128 mg min L-1. Ultraviolet light and heterogeneous photocatalysis showed similar removals, above 97%, in a contact time of 15 minutes. Chlorine dioxide, among the oxidants used, showed the least removal efficience, with removal of 89% in CT of 677 mg min L-1. In the former tests acute toxicity to Daphnia similis was observed, with preliminary results suggesting that chlorite, a byproduct of chlorine dioxide degradation, was the origin of this toxicity.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio