A T DESEMPENHO DA FILTRAÇÃO LENTA EM AREIA … · ção ineficiente, inadequadas operação e monitoramento do processo de filtração e traspasse na filtração. A contaminação

Eng. sanit. ambient. 27 Vol.11- Nº 1 - jan/mar 2006, 27-38

Filtros lentos submetidos a cargas de pico de protozoários

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DESEMPENHO DA FILTRAÇÃO LENTA EM AREIA SUBMETIDA A

CARGAS DE PICO DE OOCISTOS DE CRYPTOSPORIDIUM SP,BACTÉRIAS E SÓLIDOS: UMA AVALIAÇÃO EM INSTALAÇÃO PILOTO

PERFORMANCE OF SLOW SAND FILTRATION SUBMITTED TO PEAK LOADS OF

CRYPTOSPORIDIUM SP OOCYSTS, BACTERIA AND SOLID: AN EVALUATION

IN PILOT SCALE

INTRODUÇÃO

Nos EUA, Cryptosporidium parvumtem atraído considerável atenção devidoaos surtos de criptosporidiose atribuídosaos suprimentos de água contaminados

com oocistos. Devido à magnitude semprecedentes do surto ocorrido emMilwaukee, em abril de 1993, houveampla divulgação e muitos estudos se ini-ciaram. Informações coletadas duranteeste e em outros surtos posteriores vêm

sendo avaliadas, com o objetivo de se de-finirem medidas efetivas que possam re-duzir o risco de futuros surtos de doençasveiculadas pela água (Widmer et al, 1996).No Brasil, a própria explicitação dessa pre-ocupação na legislação (BRASIL, 2004)

RESUMO

Um tema chave no monitoramento dos sistemas de abasteci-mento de águas é a variação temporal e espacial nas concentra-ções de patogênicos, conduzindo programas de monitoramentobaseados em amostras pontuais geralmente a subestimarem orisco de infecção. Em vista disto, o artigo apresenta pesquisadesenvolvida para verificar o comportamento da filtração lentaem areia, perante um aumento súbito na concentração de oocistosde Cryptosporidium e na turbidez da água, desenvolvida em uni-dades piloto. Os pilotos foram operados em condições estacioná-rias seguidas por um aumento na concentração dos oocistos deCryptosporidium parvum e, após 48h, com a mesma concentra-ção de oocistos, por um aumento nos níveis de turbidez. Ostestes revelaram, para os oocistos, que, enquanto na condiçãoestacionária os efluentes apresentaram concentrações medianasiguais a zero, nas duas condições transientes os efluentes já apre-sentaram oocistos, contudo a diferença não apresentousignificância estatística. Apesar das condições transientes, foi ob-servada elevada remoção percentual média de oocistos deCryptosporidium sp (99,988-99,998%).

PALAVRAS-CHAVE: Cryptosporidium, filtração lenta, cargasde pico, turbidez, surto.

ABSTRACT

Temporal and space variation in the concentrations of pathogens isa key theme in the monitoring of drinking-water systems, resultingin underestimation of the infection risk in those monitoring programsbased on punctual samples. Regarding this issue, the paper presentsresearch carried out in pilot plant, aiming to verify the performanceof the slow sand filtration, in a sudden increase in theCryptosporidium oocysts concentration and in water turbidity. Thepilot plant was operated in stationary conditions followed by theincrease in the Cryptosporidium parvum oocysts concentration and,after 48h, with the same oocysts concentration, by the increase in theturbidity level. The tests revealed, for the oocysts, that, while in thestationary condition the effluent presented null concentrationsmedians, in the two transient conditions the effluent presented oocysts,however this difference did not accuse statistical significance. Despitethe transient conditions, high average removal of Cryptosporidiumsp oocysts (99,988-99,998%) was observed.

KEYWORDS: Cryptosporidium, slow sand filtration, peak load,turbidity, outbreak.

LÉO HELLER

Engenheiro Civil. Mestre em Engenharia Sanitária. Doutor em Epidemiologia. Professor do Departamento de EngenhariaSanitária e Ambiental – UFMG

MARIA BERENICE CARDOSO MARTINS VIEIRA

Bióloga com Bacharelado em Microbiologia. Mestre em Microbiologia. Doutora em Ciência Animal. Pesquisadora III – FUNED

LUDMILA LADEIRA ALVES DE BRITO

Bióloga. Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos. Bióloga do IBAMA

DANIELLA PEDROSA SALVADOR

Bióloga. Bolsista da FAPEMIG

Recebido:19/01/05 Aceito: 04/11/05

Eng. sanit. ambient. 28 Vol.11 - Nº 1 - jan/mar 2006, 27-38

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vem induzindo a avaliações mais cuida-dosas sobre os riscos envolvidos.

Foi realizada uma revisão da litera-tura sobre a epidemiologia e as causas de35 surtos envolvendo Cryptosporidiumnos EUA, Canadá e Reino Unido. Ossurtos foram associados a sistemas de águassuperficiais filtradas e não filtradas e umnúmero significativo a sistemas de águassubterrâneas. Em sua maioria, as fontesde contaminação foram identificadas e asdeficiências no tratamento e operação fo-ram documentadas, incluindo coagula-ção ineficiente, inadequadas operação emonitoramento do processo de filtraçãoe traspasse na filtração. A contaminaçãode sistemas de distribuição também foiidentificada como responsável por surtos(Craun et al, 1998).

Nos surtos associados a águas sub-terrâneas, foi observado que poços e fon-tes não estavam devidamente protegidosdo contato com esgotos ou com escoa-mentos superficiais e alguns poços eramlocalizados em áreas adjacentes e influen-ciadas por rios e córregos (Craun et al,1998).

Em todos os países estudados, nossurtos relacionados a águas superficiais, acontaminação foi devida a descargas deesgotos humanos e escoamentos de áreasde agricultura, especialmente onde ester-co tinha sido aplicado ou a área estavasendo usado como área de pastagem. Es-tes surtos ocorreram durante períodos dechuvas fortes, que carrearam os resíduosdos animais até as fontes, ou, em épocade seca, quando as fontes apresentavamuma maior concentração de esgoto(Leland et al, 1993). Uma importantecausa de contaminação em um surto foi areciclagem direta de águas de retrolava-gem dos filtros, sem tratamento prévio(Richardson et al, 1991).

Pesquisas efetuadas sobre o surtoocorrido em Milwaukee avaliaram regis-tros nos níveis de turbidez da água trata-da da ETA Sul, constatando um picoanômalo oito dias antes do máximo decasos confirmados em laboratórios. Evi-dências circunstanciais adicionais incri-minando o sistema da água vieram dasanálises do gelo produzido duranteo tempo da água com alta turbidez, emque foi encontrada concentração de13 oocistos/100L (Widmer et al, 1996).

Um tema chave no monitoramentodos sistemas de distribuição das águas deabastecimento é a variação nas densida-des dos microrganismos. A variação étemporal - dia a dia, estação a estação - eespacial, entre as diferentes partes do sis-

tema de distribuição ao mesmo tempo. Amaioria das amostras de sistemas de dis-tribuição de água potável de países de-senvolvidos registra contagens iguaisa zero, particularmente nos casos das bac-térias do grupo coliforme e E.coli(em 100mL) e de patógenos (em 100L)(Christian & Pipes, 1983; Gale, 1996).

Ainda não está clara a associaçãoentre as densidades de oocistos deCryptosporidium sp medidas nos supri-mentos de águas de abastecimento e orisco de ocorrência de um surto transmi-tido por estas águas. Algumas vezes, ocor-reram surtos quando oocistos não foramdetectados nas amostras de águas (Craunet al, 1998). Ao contrário, nem sempreocorreram surtos quando oocistos foramdetectados em sistemas de águas. A relati-va falta de sensibilidade dos métodos ana-líticos para Cryptosporidium e Giardia emágua e a falta de esclarecimento sobre orisco da doença não sustentam recomen-dação de um nível de ação para oocistosem águas potáveis (Gale & Stanfield,2000).

Bastos et al (2001) destacam sobreo uso de modelos de avaliação de risco(AR) e, mais especificamente, do estabe-lecimento de “níveis de alerta” em algunspaíses, enquanto persistirem as limitaçõesanalíticas de pesquisa de protozoários emamostras de água.

Programas de monitoramento ba-seados em amostras pontuais geralmentetendem a subestimar o risco, sobretudoquando valorizam as médias aritméticasda concentração de oocistos nas águas deabastecimento, pois a contagem maisfreqüente é zero e, as raras, mas todas im-portantes, amostras com contagens altas,podem ser perdidas nos cálculos estatísti-cos. Isto poderia contribuir para se cons-tatar a falta de uma associação clara entreas concentrações de oocistos medidas naágua e o risco de surtos de criptosporidiosena população, veiculados pela água (Gale& Stanfield, 2000).

Podem ser destacados, como causasnaturais das alterações nas característicasdas águas, o clima, a topografia e a geolo-gia do terreno, a presença de nutrientes,os incêndios e as estratificações térmicasem lagos e reservatórios. Dentre estas, éde destaque a freqüência e a intensidadedas precipitações. Os períodos de estia-gem favorecem a estagnação da água noslagos e reservatórios e o florescimento dealgas. Adicionalmente, a ocorrência dequeimadas aumenta a erosão da baciahidrográfica. Em contrapartida, os perío-dos chuvosos acarretam a ressuspensão do

material sedimentado no fundo de lagose rios, favorecendo a elevação das con-centrações de partículas e, conseqüente-mente, os cistos de Giardia e oocistos deCryptosporidium a elas associadas(Atherholt et al, 1998; Hroncich, 1999).

A influência das precipitações nadisseminação das doenças de veiculaçãohídrica foi confirmada em pesquisa reali-zada por Rose et al (2000), que analisa-ram os registros de surtos do período de1971 a 1994, envolvendo 2.105 baciashidrográficas nos EUA. Foi verificado quede 20 a 40% dos surtos registrados na-quele período estavam associados a even-tos de precipitações intensas. A maioriados casos que envolveram hospitalização(80%) foi devido a Cryptosporidiumparvum e Giardia lamblia. Foramregistrados 89 óbitos, sendo que 79% ocor-reram durante surtos de criptosporidiose.

O efeito das chuvas nas concentra-ções dos parasitas foi documentado porStewart et al (1997) quando encontra-ram concentrações muito altas de Giardiae Cryptosporidium numa amostragemlogo após uma tempestade. Eles alertaramsobre a necessidade de se fazerem amos-tragens durantes as chuvas fortes.

Atherholt et al (1998) também es-tudaram a prevalência de cistos deGiardia e oocistos de Cryptosporidium emáguas superficiais. Os períodos chuvososaumentaram as concentrações destesprotozoários na água bruta, primariamen-te afetando a turbidez. As concentraçõesde bactérias do grupo coliformes,Escherichia coli, enterococos e enterovírustambém foram aumentadas. Encontra-ram ainda que apenas 1,9% dos cistos deGiardia observados tinham mais do queuma estrutura interna e 25% dos oocistosde Cryptosporidium detectados conti-nham um ou mais esporozoítos, ambosindicativos de viabilidade potencial.

Apesar das limitações das avaliaçõesde viabilidade de cistos e oocistos nessesestudos, deve ser enfatizado que a maio-ria dos surtos de criptosporidiose veicula-dos pela água, incluindo o surto de 1993em Milwaukee, ocorreu durante ou apóschuvas fortes e com aumento de turbidezinduzido pelos escoamentos ocorridos(Morris et al, 1996).

Com o objetivo de verificar o com-portamento da filtração lenta em areia,caso ocorresse um aumento súbito na con-centração de oocistos de Cryptosporidiume na turbidez da água sintética, a presen-te pesquisa investiga uma simulação decondições transientes, que poderiam seridentificadas antes do surgimento de um



surto de criptosporidiose, com caracterís-ticas semelhantes à ocorrência de umachuva forte, e avalia suas conseqüênciasno tratamento dessas águas.

MATERIAL E MÉTODOS

Aparato experimental

Foram utilizadas duas unidades pi-loto de filtros lentos em areia, uma comsentido de escoamento descendente ea outra com escoamento ascendente,operadas com taxa de filtração igual a6 m3/m2.dia, conforme ilustrado naFigura 1.

Cada filtro era constituído de doistubos flangeados de acrílico superpostos,de 0,20 m de diâmetro e 1,50 m de altu-ra. Na parte inferior de cada filtro foifixada uma placa perfurada para susten-tação dos leitos granulares, localizada a0,10 m da base.

No filtro lento descendente, a en-trada de água localizava-se a 0,30 m abai-xo da borda superior do filtro (1,45 macima do leito filtrante) e a saída logo abai-xo da placa perfurada, com a forma de“U” invertido, visando manter um nívelmínimo de água sobre o leito de 0,45 m.Já no filtro lento ascendente, a entradadava-se 0,10 cm acima da base inferiordo filtro e a saída a 0,30 cm abaixo daborda superior (1,45m acima do leitofiltrante).

O leito filtrante de ambos os filtrosfoi constituído por areia, com espessurade 0,75 m, tamanho efetivo de 0,25 mm,coeficiente de uniformidade de 2,40, di-âmetro mínimo de 0,084 mm e diâme-tro máximo de 1,00 mm. A camada su-porte constituiu-se de três camadas deseixos rolados, de granulometria varian-do entre 1,20 e 19,10 mm.

A unidade ascendente já estava 30dias em operação, período que foi consi-derado neste estudo como fase estacioná-ria do filtro. A unidade descendente foicolocada em operação para que quandocompletasse 12 h de carreira fosse feita asimulação do pico.

Água sintética

Para o preparo da água sintética, foicaptada água da rede pública, que foiposteriormente desclorada por filtros decarvão ativado e nela acrescentados:

• bentonita, para geração deturbidez;

• efusão de erva mate, para produ-ção de cor verdadeira;

• ácido sulfúrico 1N para correçãode pH;

• alíquota de esgoto, que forneceuos microrganismos analisados (coliformestotais, Escherichia coli, esporos de bactéri-as anaeróbias e Clostridium perfringens,esporos de bactérias aeróbias e Bacillussubtilis, cistos de Giardia);

• oocistos de Cryptosporidium, pro-duzidos em um bezerro neonato.

As concentrações das substâncias,oocistos e esgotos adicionadas nas águaspara caracterizar as condições estacionári-as e transientes estão descritas abaixo, naTabela 1.

Inicialmente foram preparados 400 Lda água sintética e, diariamente, 200 L erampreparados e adicionados à caixa de abaste-cimento de forma a deixar sempre um nívelde água que permitisse uma mistura homo-gênea. Não houve um propósito de aumen-tar as concentrações de Giardia spp porqueé conhecido que se houver remoção dosoocistos de Cryptosporidium sp os cistos deGiardia spp também serão removidos.

Operação

Os filtros piloto foram operados emparalelo. A água, ao chegar da rede públi-ca de distribuição, era filtrada em carvãoativado para remoção do cloro seguindoaté um reservatório de 500 L onde foramincorporadas as substâncias descritas naTabela 1, caracterizando a água experi-mental. Esta foi recalcada através de bom-ba peristáltica de múltiplos canais até osfiltros piloto, utilizando-se a taxa de fil-tração de 6 m3/m2.d. O reservatório dealimentação distribuiu o mesmo efluentepara cada um dos filtros, permitindo as-sim uma avaliação da resposta aos dife-rentes sentidos dos fluxos, descendente eascendente.

As vazões afluentes foram verificadasdiariamente, assim como as perdas de car-ga e o funcionamento geral do sistema.As taxas de filtração foram aferidasvolumetricamente, por envolver vazõesmuito pequenas e a sensibilidade dosrotâmetros não atender a esta necessidade.

Planejamento de coleta eanálise das amostras

A) Condição estacionária• Filtros Lentos Descendentes

(FLD): foram realizados dois experimen-tos - a primeira carreira iniciou-se nodia 18/12/2000 e terminou no dia24/12/2000 e a segunda foi de07/02/2001 a 13/02/2001.

• Filtros Lentos Ascendentes (FLA):foram realizados dois experimentos - simul-taneamente com o filtro descendente na pri-meira carreira, a carreira começou no dia18/12/2000, mas somente terminou no dia17/01/2001, após os 30 dias corridos esti-pulados inicialmente; e sua duplicata foi de24/06/2001 a 30/07/2001.

Figura 1 - Esquema da planta piloto

LEGENDA

1. Entrada de água da rede2. Filtro de Carvão Ativado3. Caixa de preparação de água bruta - 250 L4. Bomba centrífuga5. Misturador6. Caixa de armazenamento de água bruta (500 L)7. Bomba peristáltica para alimentação dos filtros8. FLD9. Entrada de água bruta no FLD10. Saída de água filtrada do FLD11. FLA12. Entrada de água bruta no FLA13. Saída de água filtrada do FLA

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* Proveniente do interceptor de esgotos do Ribeirão Arrudas.** Solução estoque com 7,8x105 oocistos/mL, armazenada a 10ºC.

Tabela 1– Características gerais da água sintética

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B) Condições transientes

As condições transientes caracteri-zaram-se, inicialmente, por um aumen-to na concentração dos oocistos deCryptosporidium parvum (condiçãotransiente 1) e, posteriormente (após 48h),mantendo-se a concentração dos oocistosda condição 1, por um aumento na con-centração de bentonita e, conseqüente-mente, uma elevação na turbidez (condi-ção transiente 2). Em resumo, foram si-mulados dois picos: um de oocistos e ou-tro de oocistos mais turbidez (Figura 2).

Amostragem

As amostras das águas foram cole-

tadas na água bruta e na água filtrada.Para as análises bacteriológicas foramcoletados, assepticamente, 500mL deamostra em frascos esterilizados e volu-mes de 10 L em galões desinfetados, paraas análises de protozoários.

Análises físico-químicas

Os seguintes parâmetros físico-quí-micos foram monitorados diariamente:cloro total, cloro livre, cor aparente, corverdadeira, pH e turbidez. As análisestradicionais seguiram aquelas delineadaspela 20a ed. do Standard Methods for theExamination of Water and Wastewater(1998) e se encontram referenciadas naTabela 2.

Análises microbiológicas

Na Tabela 3 estão sumarizados osmétodos microbiológicos dos parâmetrosmonitorados.

Os protozoários Cryptosporidium spe Giardia spp, microrganismos aos quaisfoi dada maior ênfase neste estudo, fo-ram concentrados usando-se o métododa floculação com carbonato de cálcio de-senvolvido por Vesey et al (1993). Paraidentificação dos cistos e oocistos nas amos-tras concentradas, foi aplicada a técnicade imunofluorescência direta, utilizando-se o “kit” Merifluor® C/G (Cod.250050).

Figura 2 – Diagrama da condução das condições transientes



Análises estatísticas erecursos computacionais

As análises estatísticas foram efe-tuadas através dos softwares Microsoft Excelfor Windows, Kruskal (LCC – UFMG) eStatistica 5.0 (Statsoft inc.), de acordo comas especificidades de cada pacote e com asdemandas do estudo.

O pacote Kruskal, com adaptaçõesrealizadas pelo Prof. Ivan Sampaio (Esco-la de Veterinária – UFMG) e com versãodo Laboratório de Computação Científi-ca da UFMG, foi utilizado para executara análise não paramétrica de Kruskal –Wallis dos dados físico-químicos, bacte-riológicos e parasitológicos. O programaStatistica 5.0 foi utilizado em análises deestatística descritiva e para cálculo dascorrelações de Spearman.

RESULTADOS

Turbidez

Durante a condição transiente 2, amediana do pico de turbidez afluente pas-sou da faixa de 12 a 15 uT para 31,5 uT,atendendo ao inicialmente planejado.

A estatística descritiva dos valores daturbidez dos efluentes dos filtros nas di-

versas condições de tratamento está apre-sentada na Tabela 4.

Como os resultados obtidos paraturbidez não apresentaram uma distribui-ção normal, foram tratados estatisticamen-te como dados não paramétricos, sendoaplicado o método de Kruskal-Wallis(Sampaio, 1998), o que pemitiu concluirque, apesar de a turbidez da água afluen-te ter dobrado de valor, as concentraçõesnos efluentes filtrados foram levementesuperiores, mas estatisticamente equiva-

lentes, independente também do senti-do do fluxo.

Esporos de bactériasanaeróbias

Os resultados permitem observarque, mesmo com o nível elevado da con-centração dos esporos anaeróbios nas con-dições transientes, com destaque para acondição transiente 1, os efluentes dosfiltros não apresentaram esporos anae-róbios, em termos medianos. Na Tabela5 está representada a análise estatística des-critiva dos resultados dos esporos anae-róbios obtidos nos efluentes dos filtrosnos diversos tratamentos.

Pela comparação da ordenação mé-dia dos resultados obtidos para esporosanaeróbios, resultante da aplicação do tes-te de Kruskal-Wallis (Sampaio, 1998), ob-servou-se que os diversos tratamentos es-tatisticamente equivalentes.

Clostridium perfringens

Os resultados mostraram que todasas medianas dos resultados dos efluentesforam zero, a despeito do aumento dasconcentrações nas águas sintéticas dascondições transientes devido ao aumen-to da concentração dos esgotos adiciona-dos.

Na Tabela 6 pode-se visualizar aanálise estatística descritiva dos dados deC. perfringens obtidos nos efluentes dosfiltros nos diversos tratamentos. Na Tabela 7 estão os resultados doTeste de Kruskal-Wallis para os dados nãoparamétricos obtidos de C. perfringens nosefluentes dos filtros durante os experi-mentos das condições transientes e esta-cionária.

Tabela 2 – Parâmetros e métodos físico-químicos analisados

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Tabela 4 - Estatística descritiva dos valores da turbidez nas diversas condiçõesde tratamento estabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

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Tabela 3 – Parâmetros e métodos microbiológicos analisados

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Houve diferença estatisticamentesignificativa entre a condição estacionáriae a condição transiente-2 do filtro des-cendente, quando houve aumento daturbidez. Isto sugere que, com o aumen-to da turbidez, as concentrações deC. perfringens aumentaram significativa-mente no efluente do filtro descendente,mas distinguindo apenas da condição es-tacionária. Indica maior vulnerabilidadedo filtro nessa condição.

Esporos de bactériasaeróbias

Os valores medianos dos esporos dasbactérias, durante a aplicação das condi-ções transientes e estacionárias, estão apre-sentados na Figura 3.

Pode-se observar que, durante a con-dição estacionária, as concentrações dosesporos aeróbios nos efluentes dos filtrosdiminuíram em pequena quantidade. Aocontrário, durante a condição transiente1, a concentração dos esporos aeróbios au-mentou no FLA, diminuindo muito pou-co no FLD. Na condição transiente 2, noFLA manteve-se igual, e no FLD obser-vou-se comportamento semelhante.

Na Tabela 8 está apresentada a esta-tística descritiva dos dados obtidos paraos esporos aeróbios durante as condiçõestransientes.

Os resultados encontrados por meiodo teste de Kruskal-Wallis estão ordenadosna Tabela 9. Houve diferença significativanas concentrações entre a condição estaci-onária e a transiente-1 do FLA, quando seaumentaram apenas os oocistos.

Bacillus subtilis

Na Tabela 10 está apresentada a es-tatística descritiva dos B. subtilis nas di-versas condições de tratamentos efetua-dos. Pode ser observado que existiramvalores numéricos para as médias aritmé-ticas das concentrações dos microrganis-mos, mas a mediana só não foi zero para oefluente do filtro A6 na condiçãotransiente 1.

A estatística não paramétrica deKruskal-Wallis está apresentada na Ta-bela 11.

Houve diferença significativa nasconcentrações de B. subtilis do efluentedo filtro A6 quando a turbidez foi au-mentada na condição transiente-2, masobservando que houve redução da con-centração do microrganismo quando sub-metido à nova condição.

Coliformes totais

Na Figura 4 estão representados osresultados obtidos das medianas das con-centrações de coliformes totais nas águasafluentes e efluentes dos filtros nas diver-sas condições de tratamento. É interes-sante observar, nas condições transientes1 e 2, que as medianas das concentraçõesdos coliformes totais nos efluentes do fil-tro ascendente sempre foram menores doque no filtro descendente, nas duas con-dições, provavelmente devido à influên-cia de início de carreira.

A estatística descritiva dos dadossobre os coliformes totais está apresenta-da na Tabela12. Aqui também se podeobservar que as médias aritméticas dasconcentrações dos coliformes totais repe-tem o verificado para as medianas: no fil-tro ascendente sempre em menores con-centrações do que no filtro descendente,nas condições transientes.

Na Tabela 13 estão os resultados ob-tidos do teste de Kruskal-Wallis.

Constata-se que houve diferençasignificativa nas concentrações doscoliformes totais entre a condição estacio-

*Unidade (UFC/100mL)a Medianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

Tabela 5 - Estatística descritiva dos esporos de bactérias anaeróbias nasdiversas condições de tratamento estabelecidas nos filtros lentos

descendente e ascendente

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Tabela 6 – Estatística descritiva dos C.perfringens nas diversas condições detratamento estabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

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Tabela 7 - - - - - Ordenações médias e comparação deC. perfringens pelo teste não paramétrico de Kruskal-Wallis

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Figura 3 – Esporos de bactérias aeróbias, em mediana, nas diversas condições de tratamento

Legenda:Bruta da Condição Estacionária doFLD Taxa 6 – BrutaEstD6Filtrada da Condição Estacionária doFLD Taxa 6 – EstD6Bruta da Condição Estacionária doFLA Taxa 6 – BrutaEstA6Filtrada da Condição Estacionária doFLA Taxa 6 – EstA6Bruta da Condição Transiente 1 –BrutaTran1Filtrada da Condição Transiente 1do FLD Taxa 6 – Tran1D6Filtrada da Condição Transiente 1do FLA Taxa 6 – Tran1A6Bruta da Condição Transiente 2 –BrutaTran2Filtrada da Condição Transiente 2do FLD Taxa 6 – Tran2D6Filtrada da Condição Transiente 2do FLA Taxa 6 – Tran2A6

a,bOrdenações médias com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

Tabela 9 - Ordenações médias e comparação dos esporos aeróbios peloteste não paramétrico de Kruskal-Wallis

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Tabela 8 – Estatística descritiva dos esporos de bactérias aeróbias nas diversas condições detratamento estabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

*Unidade (UFC/100mL)a,b Medianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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Tabela 10 - Estatística descritiva dos B.subtilis nas diversas condições de tratamento estabelecidasnos filtros lentos descendente e ascendente

*Unidade (UFC/100mL) a,bMedianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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a,b Ordenações médias com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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Tabela 12 – Estatística descritiva dos coliformes totais nas diversas condições de tratamentoestabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

* Unidade (NMP/100mL)a,b Medianas com pelo menos uma letra em comuns são equivalentes

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nária e a condição transiente-1 no filtroD6, quando apenas os oocistos foramaumentados.

Escherichia coli

Os perfis das concentrações de E.colinos efluentes são semelhantes aos obser-vados para os coliformes totais: as con-centrações são bem menores nos efluentesdo filtro ascendente do que no descen-dente, em todas as condições. Foi encon-trado valor mediano zero para a concen-tração de E.coli na água bruta da condi-ção transiente 2, o que encontra respaldoem Pipes et al (1977) e Christian e Pipes(1983), em sua advertência sobre aheterogeneidade espacial nas contagensde coliformes. Mesmo usando volumesde 10 L para amostragem, pode haveruma subestimativa da carga microbiana.Outra possibilidade também cogitada éocorrência de erro técnico de análise.

Na Tabela 14 estão os dados da es-tatística descritiva de E.coli, nas diversascondições de tratamento. Aqui tambémse confirma, observando as médias dasconcentrações obtidas para o filtro ascen-dente, nas condições transientes, o assi-nalado para os coliformes: valores bemmenores para este tipo de filtro.

Na Tabela 15 estão os resultadosobtidos do teste de Kruskal-Wallis.

Verifica-se que houve diferença sig-nificativa entre a condição estacionária e acondição transiente-1 no FLD, quando seaumentaram apenas os oocistos, repetin-do-se o ocorrido para os coliformes totais.

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Tabela 14 - Estatística descritiva de E.coli nas diversas condições detratamento estabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

* Unidade (NMP/100mL)a Medianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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Figura 4 – Coliformes totais, em mediana, nas diversas condições de tratamento

Legenda:Bruta da Condição Estacionária doFLD Taxa 6 – BrutaEstD6Filtrada da Condição Estacionáriado FLD Taxa 6 – EstD6Bruta da Condição Estacionária doFLA Taxa 6 – BrutaEstA6Filtrada da Condição Estacionáriado FLA Taxa 6 – EstA6Bruta da Condição Transiente 1 –BrutaTran1Filtrada da Condição Transiente 1do FLD Taxa 6 – Tran1D6Filtrada da Condição Transiente 1do FLA Taxa 6 – Tran1A6Bruta da Condição Transiente 2 –BrutaTran2Filtrada da Condição Transiente 2do FLD Taxa 6 – Tran2D6Filtrada da Condição Transiente 2do FLA Taxa 6 – Tran2A6

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Tabela 13 – Ordenações médias e comparação doscoliformes totais pelo teste não-paramétrico

de Kruskal-Wallis


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Tabela 15 – – – – – Ordenações médias e comparação de E.colipelo teste não paramétrico de Kruskal-Wallis


Heller, L. et al.

Cryptosporidium sp

Na Figura 5 estão apresentados osdados medianos para Cryptosporidium sp,no afluente e efluente dos filtros quandooperados sob as condições transientes eestacionária. Verifica-se que, de efluentescom concentrações medianas iguais a zerona condição estacionária, com o aumentodas concentrações de oocistos – condiçãotransiente 1 – e depois, aumento daturbidez e oocistos – condição transiente2 – os efluentes dos filtros já apresentaramconcentrações de oocistos, principalmen-te nos efluentes do filtro descendente.

Na Tabela 16 estão apresentadosos dados obtidos do protozoárioCryptosporidium sob forma de estatísticadescritiva.

Os resultados do teste de Kruskal-Wallis a que foram submetidos os dadospara os oocistos de Cryptosporidium reve-laram que, apesar da impressão transmiti-da pelo gráfico da Figura 5, de que o fil-tro ascendente possa ter uma melhor efi-ciência em termos de remoção dos oocistos,não se verifica diferença significativa nasconcentrações de oocistos, nos efluentesdos filtros, nas diversas condições de tra-tamento. Talvez o pequeno número deamostras analisado nas condições tran-sientes possa estar influenciando os resul-tados, mas o número de amostras é omesmo para os dois filtros, nas duas con-dições.

Giardia spp

Todos os efluentes apresentarammedianas zero, independente da condi-ção aplicada.

Na Tabela 17 está apresentada a es-tatística descritiva dos resultados obtidosna pesquisa dos cistos de Giardia spp nosdiversos tratamentos impostos nos filtros.Pode ser salientado que apenas na condi-ção estacionária foram observados valoresmaiores que zero.

A comparação da ordenação médiados dados obtidos para os cistos deGiardia spp, aplicando-se o método deKruskal-Wallis, mostrou que todos osefluentes foram equivalentes estatistica-mente.

DISCUSSÃO

Apesar das condições transientes, foiobservada remoção percentual média,muito elevada dos oocistos deCryptosporidium sp (99,988-99,998%)e integral dos cistos de Giardia spp, in-dependente do sentido do fluxo dos fil-tros lentos. Os esporos de bactériasanaeróbias e Clostridium perfringens fo-ram os parâmetros que apresentaram ospercentuais de remoções mais semelhan-tes aos dos protozoários. Os coliformestotais, a turbidez e a E.coli apresentarampercentuais um pouco menores e simila-res. Os esporos de bactérias aeróbias jun-tamente com os B.subtilis não foram re-

movidos no FLA. Talvez possa ter havidocrescimento dentro dos leitos filtrantes;excetuando o caso do FLD que removeu93,750% dos B. subtilis.

Bellamy et al (1985), em estudopioneiro sobre a remoção de cistos deGiardia lamblia em filtros lentos de areia,observaram, para todas as condições deoperações testadas, que a remoção dos cis-tos excedeu a 98%. Uma vez que a po-pulação microbiológica dentro do leitofiltrante está estabelecida, a remoção foivirtualmente de 100%. O percentual deremoção é influenciado muito mais for-temente pela maturidade microbiológicado leito filtrante de areia do que pelasconcentrações de cistos no afluente, se-gundo os autores.

Fogel et al (1993), estudando a re-moção de Cryptosporidium e Giardiausando processo de filtração lenta em areia,também encontraram que mudanças nosníveis de turbidez nos afluentes não tive-ram nenhum efeito perceptível na remo-ção de cistos ou oocistos. A carga afluentede coliformes totais e fecais também nãoinfluenciou sobre a remoção dosprotozoários. Concluíram que os filtroslentos de areia, quando propriamenteprojetados, construídos, operados e man-tidos, podem ser efetivos na remoção decistos de Giardia de uma fonte de águacom uma contaminação acima da faixaconsiderada dentro das condições de ope-ração. A explicação encontrada sobre opor quê dos oocistos de Cryptosporidium

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Figura 5 – Cryptosporidium sp, em mediana, nas diversas condições de tratamento

Legenda:Bruta da Condição Estacionária doFLD Taxa 6 – BrutaEstD6Filtrada da Condição Estacionáriado FLD Taxa 6 – EstD6Bruta da Condição Estacionáriado FLA Taxa 6 – BrutaEstA6Filtrada da Condição Estacionáriado FLA Taxa 6 – EstA6Bruta da Condição Transiente 1 –BrutaTran1Filtrada da Condição Transiente 1do FLD Taxa 6 – Tran1D6Filtrada da Condição Transiente 1do FLA Taxa 6 – Tran1A6Bruta da Condição Transiente 2 –BrutaTran2Filtrada da Condição Transiente 2do FLD Taxa 6 – Tran2D6Filtrada da Condição Transiente 2do FLA Taxa 6 – Tran2A6



não terem sido efetivamente removidosfoi devido à redução da atividade bioló-gica dentro do leito filtrante, causada pe-las condições de operação no frio, combi-nada com a uniformidade da areia, nãoencontrada normalmente nos projetospadronizados.

Murtha e Heller (2003), analisan-do a influência de fatores como taxas defiltração, sentido de fluxo, profundidadedo leito filtrante e características da águabruta na eficiência de filtros lentos de areia,em escala piloto, também encontraramque o filtro de fluxo ascendente demons-trou uma ótima capacidade de amorteci-mento de picos de turbidez, funcionan-do ininterruptamente por mais de trêsmeses, sem perda de carga e deterioraçãoda qualidade do efluente significativas.

Atherholt et al (1998) estudaram avariabilidade das concentrações deprotozoários patogênicos e de indicado-res da qualidade da água no rio Delaware–NJ – por mais de um ano. O estudomostrou que o aumento nos níveis dos

protozoários foi associado com os eventosde chuvas fortes, que aumentavam aturbidez no rio. Isto foi atribuído àressuspensão dos sedimentos ou suspen-são de solos e matéria fecal antiga, mas osautores assinalaram que as descargas deesgotos são também possíveis fontes.Durante este período de amostragem in-tensiva, foram detectados níveis de picosde cistos e oocistos, e em muitos casos,o pico foi notado somente em um únicodia, com os níveis retornando aos níveisde base no dia seguinte. Foram encontra-das correlações entre concentraçõesde parasitas e coliformes totais e termo-tolerantes, e colifagos.

Craun et al (1998) levantaram umquestionamento sobre se o monito-ramento pode ou não prevenir surtos decriptosporidiose. Foram examinadas situ-ações em que não foram encontradosoocistos durante os surtos e em que fo-ram reportados níveis de oocistos quepoderiam contribuir para um surto, ba-seado no modelo de Haas e Rose (1995),

sem que houvesse um aumento nas do-enças diarréicas. Os autores concluíramque “existem poucas evidências para umaassociação entre o risco de surtos decriptosporidiose veiculados pela água e asconcentrações de oocistos detectadas naságuas de abastecimento, com os métodosanalíticos atuais”. Dados publicados porLeChevalier e Norton (1995), Lisle eRose (1995), McTigue et al (1998) eBastos et al (2004) mostram que a pre-sença de cistos de Giardia e oocistos deCryptosporidium em águas tratadas nãoé rara.

Fogel et al (1993) detectaramoocistos nos efluentes de filtros lentos, masnão na água bruta afluente. Sugeriramdois fatores para explicar o ocorrido. Um,seria a relativa falta de precisão de amos-tras de pequenos volumes, gerando re-sultados falso negativos. O segundo, se-ria a habilidade observada dos leitosfiltrantes de fluxo lento em deter orga-nismos e, após um tempo, liberá-los demaneira não uniforme.

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Tabela 16 - - - - - Estatística descritiva do Cryptosporidium sp nas diversas condições detratamento estabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

* Unidade (oocistos/100L) a Medianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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Tabela 17 – – – – – Estatística descritiva de Giardia spp nas diversas condições de tratamentoestabelecidas nos filtros lentos descendente e ascendente

* Unidade (cistos/100L) a Medianas com pelo menos uma letra em comum são equivalentes

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Heller, L. et al.

Embora os filtros lentos de areia se-jam capazes de eficiências de remoçãobastante altas, controles sobre as cargasafluentes contaminadas são medidas crí-ticas para assegurar níveis satisfatoriamentebaixos de protozoários nas águas filtra-das. Deste modo, um programa efetivo degerenciamento da bacia hidrográfica, pro-jetado especialmente para limitar a cargade protozoários contaminantes da águabruta, poderia ser uma adição útil para asETAs serem operadas com sucesso.

Com o atual nível de informaçãodisponível, os dados sobre a eficiência dasestações de filtração lenta na remoção deoocistos de Cryptosporidium, sobretudoem situações de cargas de pico e conside-rando o impacto potencial deste micror-ganismo na saúde pública e a sua ocor-rência nos mananciais, um número adici-onal de pesquisas na área conduziria a umamaior segurança.

CONCLUSÕES

• Apesar das condições transientes,foi observada remoção percentual média,bastante elevada para os oocistos deCryptosporidium sp (99,988-99,998%)e integral para os cistos de Giardia spp.

• O filtro ascendente apresentou ín-dices de remoção levemente superiores aosdo filtro descendente.

• Os esporos de bactérias anaeróbiase Clostridium perfringens foram os parâ-metros que apresentaram os percentuaisde remoções mais semelhantes aos dosprotozoários. Coliformes totais, turbidez eE.coli apresentaram percentuais um poucomenores e similares.

• Os esporos de bactérias aeróbiasjuntamente com B.subtilis não foram re-movidos nos filtros lentos, excetuando ocaso do filtro descendente que removeu93,750% de B. subtilis.

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de reconhecer eagradecer a contribuição do Prof. Ivan B.M. Sampaio, da Escola de Veterinária daUFMG, pelo apoio no tratamento estatís-tico dos dados; à FAPEMIG e à FUNASA,por meio do Projeto VIGISUS, pelo apoiofinanceiro à pesquisa, e ao CNPq, pela con-cessão de bolsas.

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Endereço para correspondência:

Léo HellerUniversidade Federal de Minas GeraisDep. de Engenharia Sanitária eAmbientalAv. do Contorno, 842 - 7° Andar30130-000 Belo Horizonte - MG -BrasilTel.: (31) 3238-1978E-mail: [email protected]

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