Resumo
O objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência da tecnologia de membranas filtrantes de microfiltração e ultrafiltração (MF e UF) para a remoção de microrganismos indicadores de contaminação fecal como método alternativo ao uso de desinfetantes químicos, bem como, avaliar a interferência da turbidez no desempenho do processo. Para tal, foram realizados ensaios de filtração em equipamento piloto de membranas filtrantes, empregando água bruta de um rio utilizado como manancial de abastecimento público municipal. A efetividade da desinfecção foi verificada através dos exames dos microrganismos indicadores de contaminação fecal: Coliformes Totais (CT), Escherichia coli, colifagos e Clostridium perfringens. Para a bactéria E. coli obteve-se 100% de eficiência de remoção para 120 minutos de operação na unidade piloto de filtração, demonstrando excelente eficiência de resultados para as duas membranas. Para Coliformes totais a eficiência de remoção na membrana de MF foi de 94,1% e na UF a remoção chegou a 98,8%. Para o indicador de protozoário C. perfringens a membrana de UF propiciou remoção de 99,5%, comparado com 99,0% obtido na MF. Para a remoção de colifagos ambas as membranas foram eficientes, removendo 100% nos primeiros 60 minutos de operação. Os valores residuais de turbidez para os tempos de operação de 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 e 120 minutos foram em média de 36; 3,78; 4,53; 0,18; 0,16; 0,19; 0,35; 0,24; 0,22 uT, o que pode ser considerado excelente desempenho após 45 minutos de operação.
Introdução
O objetivo principal da desinfecção das águas e águas residuárias é, sem dúvida, a proteção da saúde da população, de acordo com os possíveis usos pretendidos para a água, a saber: abastecimento público, irrigação, uso agrícola, recreação, entre outros. Sendo que, para cada um destes usos aplicam-se critérios e padrões de qualidade, em que não apenas as incidências e concentrações máximas de organismos são consideradas, mas também os próprios organismos, grupos e tipos.
A eficiência da desinfecção é avaliada pela redução do número (concentração) de organismos patogênicos. Entretanto, é inviável econômica e operacionalmente detectar todos os potenciais organismos patogênicos presentes em uma amostra, assim, empregam-se microrganismos indicadores de contaminação fecal. As fezes humanas contêm coliformes totais, nos quais está incluída a bactéria Escherichia coli, indicadora exclusiva de humanos. Dependendo da concentração destas bactérias, a água pode ser imprópria para um uso específico. Por exemplo, de acordo com os padrões de potabilidade, definidos na Portaria MS 2.914 de 12 de dezembro de 2011 (BRASIL, 2011), as águas destinadas ao consumo humano, uma vez desinfetadas, não poderão conter coliformes totais e E. coli em qualquer amostra (REALI, SABOGAL PAZ E DANIEL, 2013).
Entretanto, como existem alguns patogênicos mais resistentes à ação dos desinfetantes do que os coliformes totais e E. coli, torna-se importante estudar também outros microrganismos indicadores de contaminação fecal mais resistentes como os colifagos e C. perfringens.
A desinfecção pode ser feita pela adição de produtos químicos, como cloro (gasoso, hipoclorito de sódio e cálcio) dióxido de cloro, ozônio, entre outros, por processos físicos como os que utilizam as radiações, como a solar e a UV e, no caso específico da presente pesquisa, a remoção física dos microrganismos pelas membranas filtrantes.
Tecnologias como a de separação por membranas de microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e osmose reversa possuem elevado potencial para aplicação no tratamento de água para abastecimento. Nessa tecnologia é utilizada a pressão hidráulica como força motriz para separar a água dos contaminantes. Esses sistemas são caracterizados por apresentarem elevada eficiência de remoção de poluentes, aliado ao requerimento de menor área construída, sendo o maior fator limitante, no Brasil, o custo mais elevado quando comparado às tecnologias convencionais de tratamento (MIERZWA, et al. 2008).
As membranas filtrantes constituem-se em barreiras seletivas com espessuras reduzidíssimas (da ordem de 0,20 a 0,25 μm) que atuam limitando de forma parcial ou total a passagem de partículas (sólidos em suspensão, matéria orgânica, organismos patogênicos, nutrientes e outras substâncias dissolvidas) que se deseja reter, sem que ocorra a transformação química ou biológica dos componentes durante a filtração. Para que algumas partículas transponham as membranas e outras sejam retidas é necessário haver um gradiente de potencial entre os dois lados da membrana, tipicamente um gradiente de pressão, concentração, temperatura, ou de potencial elétrico (JORDÃO; PESSÔA, 2014).
No que se refere às características das membranas, as de microfiltração (MF) apresentam como configuração mais comum o formato cilíndrico, possuem porosidade de 0,1 μm a 5 μm; pressão de operação < 200 KPa e retém materiais como protozoários, bactérias, vírus (maioria) e partículas.
As membranas de ultrafiltração (UF) possuem porosidade que variam de 0,001 μm a 0,1 μm; trabalham em pressão de operação de 0,1 Mpa a 1,0 Mpa; também apresentam o formato cilíndrico como configuração mais comum e possibilitam, além de material removido na MF, os coloides, a totalidade de vírus e perturbadores endócrinos. No entanto, a operação econômica de sistemas de membranas depende da capacidade de garantir o permeado na pressão de operação mais baixa possível durante longos períodos e sem perda de eficiência. Assim, a compactação e o acúmulo reversível ou irreversível de material na superfície das membranas são fatores relevantes, sendo a tendência da água de alimentação bloquear as membranas, um dos parâmetros de projeto mais importantes no dimensionamento do sistema de membranas (REALI, SABOGAL PAZ E DANIEL, 2013).
A remoção de microrganismos por membranas, depende do tamanho dos poros como parâmetro crítico para desinfecção. O diâmetro do poro da membrana deve ser menor do que o tamanho dos microrganismos. Entretanto, testes com membranas têm demonstrado que, em razão da propriedade de rejeição das membranas, microrganismos menores que o tamanho do poro também podem sofrer retenção significativa (GONÇAVES, 2003).
Entretanto, Gonçalves (2003) baseado em estudos da literatura aborda que, levando em conta apenas o tamanho dos poros, pode-se considerar que vírus não teriam possibilidade de penetrar em membranas de ultrafiltração. Estudos desenvolvidos por Urase et al. (1994) mostraram que a passagem de vírus através de membranas delgadas de ultrafiltração sucedeu pela ocorrência de certa fração de poros com tamanho superior ao indicado pelo fabricante das membranas. Também, resultados obtidos por Otaki et al. (1998), referentes ao desempenho de unidades piloto de ultrafiltração e nanofiltração para a separação de colifagos e poliovírus, indicaram que, apesar de os organismos estudados terem tamanhos similares, a remoção dos fagos foi inferior à obtida para poliovírus, evidenciando diferentes capacidades de rejeição de uma mesma membrana.
Atualmente na área de Saneamento Ambiental e mais particularmente no tratamento de águas e águas residuárias as membranas filtrantes aparecem como uma alternativa interessante, por estarem na vanguarda do avanço tecnológico, especialmente pelo fato de que mais recentemente os aspectos de competitividade de custos e de implementação das membranas tenham tornado as membranas mais favoráveis (GRULL, 2013).
Na presente pesquisa foi investigado o emprego de membranas filtrantes como alternativas ao uso de desinfetantes químicos, para a remoção de microrganismos indicadores de contaminação fecal, abordando em particular as modalidades de microfiltração e ultrafiltração.
Autores: Venício Stefler; Carlos Raphael Pedroso; Jeanette Beber de Souza e Carlos Magno de Sousa Vidal.
