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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL SIMONE MENDES CABRAL AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE MICROCYSTIS AERUGINOSA E MICROCISTINA-LR DE ÁGUAS EUTROFIZADAS UTILIZANDO FOTOCATÁLISE HETEROGÊNEA CAMPINA GRANDE 2010

SIMONE MENDES CABRAL AVVAALLII A AÇÇÃ ÃOO ODDA ...tede.bc.uepb.edu.br/jspui/bitstream/tede/1660/1/Simone Mendes... · “Pela persistência e fé, respaldadas na sinceridade dos

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Text of SIMONE MENDES CABRAL AVVAALLII A AÇÇÃ ÃOO ODDA...

  • UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARABA

    PR-REITORIA DE PS-GRADUAO E PESQUISA

    CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA

    PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM CINCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

    SIMONE MENDES CABRAL

    AAVVAALLIIAAOO DDAA RREEMMOOOO DDEE MMIICCRROOCCYYSSTTIISS AAEERRUUGGIINNOOSSAA EE

    MMIICCRROOCCIISSTTIINNAA--LLRR DDEE GGUUAASS EEUUTTRROOFFIIZZAADDAASS UUTTIILLIIZZAANNDDOO FFOOTTOOCCAATTLLIISSEE

    HHEETTEERROOGGNNEEAA

    CAMPINA GRANDE

    2010

  • SIMONE MENDES CABRAL

    AAVVAALLIIAAOO DDAA RREEMMOOOO DDEE MMIICCRROOCCYYSSTTIISS AAEERRUUGGIINNOOSSAA EE

    MMIICCRROOCCIISSTTIINNAA--LLRR DDEE GGUUAASS EEUUTTRROOFFIIZZAADDAASS UUTTIILLIIZZAANNDDOO FFOOTTOOCCAATTLLIISSEE

    HHEETTEERROOGGNNEEAA

    Dissertao apresentada ao Mestrado de Cincia e Tecnologia Ambiental da Universidade Estadual da Paraba, em cumprimento s exigncias para obteno do ttulo mestre.

    ORIENTADOR: WILTON SILVA LOPES CO-ORIENTADORA: BEATRIZ SUSANA OVRUSKI DE CEBALLOS

    CAMPINA GRANDE

    2010

  • expressamente proibida a comercializao deste documento, tanto na sua forma impressa como eletrnica. Sua reproduo total ou parcial permitida exclusivamente para fins

    acadmicos e cientficos, desde que na reproduo figure a identificao do autor, ttulo, instituio e ano da dissertao

    FICHA CATALOGRFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL-UEPB

    C117a Cabral, Simone Mendes. Avaliao da remoo de microcystis aeruginosa e

    microcistina - lr de guas eutrofizadas utilizando fotocatlise heterognea [manuscrito] / Simone Mendes Cabral. 2010.

    102 f. : il. color.

    Digitado

    Dissertao (Mestrado em Cincia e Tecnologia Ambiental),

    Centro de Cincias e Tecnologias, Universidade Estadual da

    Paraba, 2010.

    Orientao: Prof. Dr. Wilton Silva Lopes. Co-orientao: Profa. Dra. Beatriz Susana Ovruski de

    Ceballos.

    1. Tratamento de gua. 2.Abastecimento de gua. 3. Fotacatlise Heterognea . 4. Eutrofizao. I. Ttulo.

    21. ed. CDD 628.162

  • Dedicatria:

    Dedico este trabalho aos meus pais...

    Pelo carinho e dedicao e por me ensinaram tudo que eu sei de mais importante .

    Ao meu querido esposo Benildo. Que no mediu esforos ao me apoiar neste sonho.

    A minha filha Lorenna que ainda dentro do meu ventre a razo dos meus sonhos.

    Sem vocs no teria superado mais esta etapa

  • AGRADECIMENTOS

    Meus sinceros agradecimentos ...

    A Deus, primeiramente, por permitir realizao e concluso deste trabalho.

    Sem Ele nada sou.

    A La (Andra), minha irm, pelo apoio, companhia, pelas privaes para me

    favorecer, enfim, obrigada por tudo irm, essa conquista nossa.

    A minha famlia, especialmente painha (Jos Minervino Cabral), mainha

    (Maria Jos Mendes Cabral) e a meus irmos (Josemberg, Joseilton, Junior Cesar,

    Jos Claudio e Sayonara), que me apoiaram sempre em todos o meus desafios.

    Obrigado pela compreenso, confiana, preocupao e amor. Amo muito vocs!

    A minha madrinha Emilia, que sempre me incentivou para continuar na busca

    de melhores oportunidades.

    A meu esposo Benildo (Ben), pelo incentivo e apoio, compreenso, pelas

    privaes durante a realizao deste trabalho, por seu amor, carinho. Para mim meu

    descanso, meu refgio nas horas de estresse, nas inseguranas, nos sucessos e

    fracassos. Obrigada por tudo Meu Amor!!!

    Ao orientador professor Wilton, no tenho palavras para expressar meus

    agradecimentos. Obrigada pela confiana e por ter acreditado em mim.

    Professora Beatriz (Bia) pelos ensinamentos, conselhos e dedicao

    prestados.

    A minha sempre mestre-conselheira Monica Maria, pelos ensinamentos e

    apoio desde tempos da graduao, por mostrar que devemos acreditar sempre e

    lutar em busca dos nossos objetivos. Por permitir que eu nuca desista dos meus

    sonhos.

    Ao professor Valderi, o seu apoio tornou capaz cada uma de nossas

    conquistas.

  • Aos meus amigos da EXTRABES: Wilza, Cssio, Luciana, Gilmara, Nlia,

    Carol, Wanderson, Hndria pelos momentos inesquecveis, pela descontrao, pela

    ajuda nas anlises, pelas conversas, em fim por todos os momentos de companhia e

    divertimento que tornaram mais fceis os interminveis dias de confinamento na

    Extrabes.

    Ao meu Amigo de sempre, companheiro de anlises, Josu. Valeu amigo! Por

    ter dedicado parte do seu tempo na realizao desse trabalho, mas principalmente

    pela amizade sincera, pelos conselhos, por compartilhar comigo momentos difceis

    nesta longa caminhada.

    A Lindenberg pelo apoio e grande ajuda na montagem e monitoramento do

    filtro e reator. Muito obrigada amigo!

    A Lu (Luciene) e Sil (Silvana) obrigada por me ouvirem, pelos conselhos, pela

    amizade, vocs so muito importantes para mim, espero que a amizade construda

    dure para sempre.

    A Dany, Celina, Nalba, Wanessa, Eclesio e Lafaety mais que companheiros

    de mestrado, somos ligados por vnculos de experincias que s amigos de verdade

    compartilham.

    A Deoclcio por ter me ajudado na aprendizagem das anlises e por sua

    amizade sincera.

    A Gaby, a considero uma amiga muito especial. Muito obrigada pelos

    ensinamentos nas anlises do fitoplncton, pelas conversas e conselhos.

    Ao Sr. Marcondes que sempre esteve presente na hora que precisvamos

    urgentemente da manuteno dos equipamentos no laboratrio.

    A Jane, pelas dicas, conselhos e materiais importantes na realizao do

    cultivo de cianobactrias.

    A Ritaci por me apoiar nas minhas lutas constantes, em buscar de melhor

    aperfeioamento profissional. Sem sua compreenso seria difcil conseguir realizar

    esse trabalho.

  • A equipe do Laboratrio de Hidrobiologia da CAGECE, pela oportunidade de

    conhecer o trabalho realizado por eles, pelos ensinamentos e material concedido,

    em especial ao Sr. Manoel Sales, Neuma, Milena, Cleide, Ceclia, Suianne.

    Ao CNPq/CAPES pelo suporte financeiro.

    Aos professores e funcionrios do MCTA pelo apoio, aprendizagem, interesse

    e eficincia na resoluo de nossos problemas acadmicos.

    Aos colegas e s amizades que me acompanharam nestes anos e a todos

    aqueles que direta ou indiretamente contriburam para a realizao deste trabalho.

  • Pela persistncia e f, respaldadas na sinceridade dos que crem na fora

    humana, no tardar que o impossvel mude-se no difcil e este no possvel, a

    depender to s do que tenhamos no intimo.

    No importam e nem contam os tropeos da caminhada; o importante caminhar

    na perseguio consciente da meta a atingir-se, mesmo que custosa e, por vezes,

    aparentemente inatingvel. Walter Miguel

  • RESUMO

    O presente trabalho teve como objetivos: avaliar o processo de fotocatlise heterognea usando TiO2 e radiao UV na remoo de Microcystis aeruginosa e microcistina-LR de guas eutrofizadas; estudar o efeito do pH e tempo de exposio intensidade de radiao UV na remoo de cor, clorofila a e cianobactrias em reator fotocataltico do tipo cilndrico parablico - PTR; avaliar o desempenho de um filtro de areia na remoo de slidos dissolvidos totais, DQO, cor verdadeira, cianobactrias e cianotoxinas e avaliar o desempenho de um reator do tipo cilndrico parablico PTR, na remoo de microcistina-LR utilizando TiO2 e radiao solar. A pesquisa foi realizada na Estao Experimental de Tratamentos Biolgicos de Esgotos Sanitrios EXTRABES. A gua utilizada foi preparada com adio de clulas de Microcystis aeruginosa. O sistema operado foi um reator focataltico do tipo PTR e constou de duas etapas: na primeira utilizou-se radiao artificial UV no comprimento de onda at 256nm e na segunda radiao solar. Na etapa I realizou-se um planejamento fatorial 22, o qual apresenta como fatores, tempo e pH. Cada fator teve dois nveis: tempo de 2 e de 4h, e pH de 6,0 e de 9,0. Foram 4 experimentos realizados em triplicata. Na etapa II, utilizou-se radiao solar, o tempo foi fixo (2h) e o pH variou de 6 9. A amostra inicial passou por um filtro de areia e logo aps, pelo reator fotocataltico. O fotoreator funcionou em regime de batelada com 2L de amostra, e o catalisador foi TiO2 (0,5%). Foram realizadas anlises quantitativas de cianobactrias e cianotoxinas, alm das anlises fsica e qumicas da gua (turbidez, cor, pH, alcalinidade, clorofila a, DQO). Na etapa I todos os tratamentos se mostraram eficientes, mas T3, realizado com 2 horas e pH 9, foi o melhor, pela eficincia de remoo de DQO, clorofila a e clulas de Microcystis aeruginosa. Os resultados da segunda etapa (II) mostraram eficincia na remoo de cianobactrias (89%), clorofila a (73%) quando se utilizou radiao UV solar durante 2h. A fotocatlise heterognea apresenta potencial elevado para o tratamento de gua com cianobactrias e cianotoxinas. Entretanto imprescindvel o reajuste de parmetros operacionais, principalmente o tempo de exposio luz solar e radiao UV para a remoo de microcistina. importante a realizar novos estudos que permitam definir melhor o uso de fotocatlise heterognea na eliminao de cianotoxinas e permitam atingir os valores inferiores ou iguais permitidos pela legislao vigente.

    Palavras-chave: gua; eutrofizao; cianobactrias; cianotoxinas; fotacatlise

    heterognea

  • ABSTRACT

    The present work has the following objectives: to evaluate the process of

    heterogeneous photocatalysis using TiO2 and ultraviolet radiation for the removal of

    Microcystis aeruginosa and microcystin-LR from eutrophic waters; to study the effect

    of pH and time of exposure to UV radiation in removing colour, chlorophyll a and

    cyanobacteria in photocatalytic reactors of the cylindrical, parabolic type-PTR;

    evaluate the performance of a sand filter for the removal of total dissolved solids,

    COD, colour, cyanobacteria and cyanotoxins and evaluate the performance of a PTR

    reactor for the removal microcystin-LR using TiO2 and solar radiation. The research

    was performed at the Experimental Research Station for the Biological Treatment of

    Sewage EXTRABES Campina Grande, Paraiba Brazil. The water used was

    prepared by adding Microcystis aeruginosa cells. The photo-catalytic reactor type-

    PTR was operated in two distinct experimental phases, in the first an artificial source

    of UV was used with a 24 factorial experimental design incorporating time and pH.

    Each factor had two levels: times of 2 and 4 hours and pHs of 6.0 and 9.0. Four

    experiments in triplicate were carried out. In the second phase solar radiation was

    used with a fixed time (2 hours) and pHs of 6,0 and 9.0. The water sample was

    initially passed through a sand filter and then to the photocatalytic reactor. The photo-

    reactor functioned in batch mode with 2L of sample and the catalyst was TiO2

    (0.5%). Quantative analyses were performed for cyanobacteria and cyanotoxins as

    well as physico-chemical analyses of the water for turbidity, colour, pH, alkalinity,

    chlorophyll a and COD. In phase 1 all the treatments were efficient but treatment T3

    of 2h duration and pH 9.0 was the most efficient in terms of the removal of COD,

    chlorophyll a and Microcystis aeruginosa cells. The results from the second phase

    showed removal efficiencies for cyanobacteria of 89% and chlorophyll a of 73% when

    solar radiation was used for 2 hours. Heterogeneous photocatalysis shows good

    potential for the treatment of water containing cyanobacteria and cyanotoxins.

    However, it is essential to readjust the operational parameters, principally the time of

    exposure to solar and UV radiation for the removal of microcystin. It is important to

    carry out additional studies that better define the optimum conditions for

    heterogeneous photocatalysis for the elimination of cyanotoxins to values below

    those permitted in existing legislation.

    Keywords: water; eutrophication; cyanobacteria; cyanotoxins; heterogeneous

    photocatalysis.

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1. Bloom de Microcystis aeruginosa e Anabaena circinales ..................26

    Figura 2. Florao de Microcystis no Reservatrio Armando

    Ribeiro Gonalves...................................................................................26

    Figura 3. Estrutura qumica de microcistinas .......................................................31

    Figura 4. Estrutura qumica das principais neurotoxinas.........................34

    Figura 5. Esquema representativo da partcula do semicondutor......................48

    Figura 6. Fluxograma das atividades desenvolvidas nas etapas

    experimentais I e II ..................................................................................53

    Figura 7. Cultivo de Microcystis aeruginosa.........................................................55

    Figura 8. Comportamento do crescimento de clulas cultivadas de

    Microcystis aeruginosa ...........................................................................55

    Figura 9. Colorao das clulas em diferentes fases do cultivo.........................56

    Figura 10. Esquema do reator PTR (Parabolic Trungh Reactor...........................58

    Figura 11. Filtro descendente de areia...................................................................59

    Figura 12. Reator de fotocatlise com luz artificial ..............................................61

    Figura 13. Sequncia da preparao da amostra na etapa I................................61

    Figura 14. Sequncia da preparao da amostra na etapa II...............................64

    Figura 15. Esquema do processo fotocataltico com luz solar............................64

    Figura 16. Diagrama de pareto dos efeitos padronizados para remoo

    de clorofila a........................................................70

    Figura 17. Grfico de interao para remoo de clorofila a...............................71

    Figura 18. Diagrama de pareto dos efeitos padronizados para remoo

    de Microcystis aeruginosa.....................................................................72

    Figura 19. Grfico de interao para remoo de clulas de

    Microcystis aeruginosa.........................................................................73

    Figura 20. Diagrama de pareto dos efeitos padronizados para remoo

    de cor.......................................................................................................74

    Figura 21. Grfico de interao para remoo de cor..........................................75

    Figura 22 Grfico de distribuio dos valores de pH obtidos no

    afluente,efluente do filtro e efluente do reator....................................77

  • Figura 23. Grfico de distribuio dos valores da alcalinidade

    obtidos no afluente, efluente do filtro e efluente do reator ...............78

    Figura 24. Grfico BOX PLOT de distribuio dos valores de slidos

    dissolvidos totais no afluente, efuente do filtro e efluente do

    reator......................................................................................................79

    Figura 25. Grfico de distribuio dos valores de DQO obtidos no

    afluente, efluente do filtro e efluente do reator.................................80

    Figura 26. Grfico de distribuio dos valores de cor verdadeira

    obtidos no afluente, efluente do filtro e efluente do reator ...............81

    Figura 27. Grfico de distribuio dos valores de clorofila a obtidos

    no afuente, efluente do filtro e efluente do reator...................................83

    Figura 28. Grfico de distribuio dos valores de clulas de

    Microcystis aeruginosa no afluente, efluente do filtro e efluente do

    reator..................................................................................................... 84

    Figura 29. Grfico de distribuio dos valores de microcistina no

    afluente, efluente do filtro e efluente do reator...................................85

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1. Cianotoxinas e seus modos de ao.....................................................35

    Tabela 2. Tcnicas mais usuais de tratamento de gua.......................................40

    Tabela 3. Caractersticas do reator.........................................................................57

    Tabela 4. Caractersticas do filtro de areia.....................................................58

    Tabela 5. Dados operacionais do sistema experimental da etapa I ...................61

    Tabela 6. Planejamento experimental.....................................................................62

    Tabela 7. Geratriz do planejamento experimental.................................................62

    Tabela 8. Dados operacionais do sistema experimental da etapa II ..................63

    Tabela 9. Parmetros fsicos e qumicos...............................................................66

    Tabela 10. Valores mdios de entrada e sada de SDV, alcalinidade, turbidez

    e DQO.......................................................................................................67

    Tabela 11. Valores mdios de entrada e sada de cor verdadeira, clorofila a

    e clulas de Microcystis aeruginosa .................................................68

    Tabela 12. Mdias da eficincia de remoo de cor verdadeira, clorofila a e Microcystis aeruginosa........................................................................68

  • SUMRIO

    RESUMO

    LISTA DE FIGURAS

    LISTA DE TABELAS

    1INTRODUO .............................16

    2 OBJETIVOS............................................................................................................19

    2.1 Objetivo geral ....................................................................................................19

    2.2 Objetivos especficos.........................................................................................19

    REVISO DA LITERATURA...............................20

    3.1 Qualidade da gua e a importncia de seus usos mltiplos.........................20

    3.2 Eutrofizao........................................................................................................22

    3.2.1 Cianobactrias.................................................................................................26

    3.2.2 Cianotoxinas....................................................................................................30

    3.2.2.1 Classificao das cianotoxinas..................................................................30

    3.2.2.1.1Hepatotoxinas.............................................................................................30

    3.2.2.1.2 Neurotoxinas..............................................................................................33

    3.2.2.1.3 Dermatoxinas.............................................................................................35

    3.2.3 Floraes de cianobactrias e riscos a sade....................36

    3.3 Tecnologias para o tratamento de guas.....................33

    3.3.1 Processos e tratamentos para remoo de

    cianobactrias cianotoxinas..........................................................................40

    3.4 Processos Oxidativos Avanados (POA).........................................................46

    3.4.1 Fotocatlise heterognea e suas aplicaes................................................47

    4 MATERIAIS E MTODOS......................................................................................52

    4.1 Caracterizao da rea de estudo....................................................................53

    4.2 gua utilizada para tratamento e cultivo de Microcystis aeruginosa................54

    4.3 Catalisador..........................................................................................................56

    4.4 Descrio do reator............................................................................................56

    4.5 Descrio do filtro descendente de areia........................................................58

    4.6 Descrio do sistema experimental.................................................................59

    4.6.1 Descrio da etapa I: avaliao do pH e do tempo de exposio..............60

    4.6.2 Descrio da etapa II: tratamento fotocataltico com radiao solar.........62

  • 4.7 Anlises...............................................................................................................64

    4.7.1 Anlise quantitativa do fitoplncton .............................................................64

    4.7.2 Anlise de cianotoxinas..................................................................................65

    4.7.3 Anlises fsicas e qumicas............................................................................66

    5 RESULTADOS E DISCUSSO .............................................................................67

    5.1 Etapa I- Reator fotocataltico com radiao artificial..............................................67

    5.1.2 Valores de SDV, alcalinidade, turbidez e DQO.............................................67

    5.1.3 Valores de cor verdadeira, clorofila a e Microcystis aeruginosa...............68

    5.2 Tratamento estatstico dos dados....................................................................69

    5.2.1 Remoo de clorofila a...................................................................................69

    5.2.2 Remoo de clulas de Microcystis aeruginosa..........................................72

    5.2.3 Remoo de cor verdadeira...........................................................................73

    5.3 Resultados da etapa II.......................................................................................75

    5.3.1 Potencial hidrogeninico (pH).......................................................................75

    5.3.2 Alcalinidade total............................................................................................78

    5.3.3 Slidos dissolvidos totais.............................................................................79

    5.3.4 Demanda qumica de oxignio......................................................................80

    5.3.5 Cor verdadeira.................................................................................................81

    5.3.6 Clorofila a ........................................................................................................82

    5.3.7 Microcystis aeruginosa...................................................................................83

    5.3.8 Microcistina......................................................................................................85

    6 CONCLUSES.......................................................................................................87

    REFERNCIAS..........................................................................................................88

    APNDICE...............................................................................................................102

  • 16

    ____________________________________________________________Introduo

    1 INTRODUO

    A gua desempenha papel essencial para sobrevivncia humana e para o

    desenvolvimento das civilizaes. Contudo, a sua disponibilidade na natureza tem

    sido insuficiente para atender demanda em muitas regies do planeta, fenmeno

    que vem se agravando.

    A degradao dos recursos hdricos aumenta rapidamente devido ao

    crescimento populacional e desenvolvimento de atividades agrcolas e industriais,

    que causam a eutrofizao das guas, ou seja, o enriquecimento com nutrientes,

    principalmente o nitrognio e o fsforo que estimulam o crescimento massivo de

    cianobactrias e algas. O uso inadequado dos recursos hdricos, aliado

    urbanizao desordenada, so causas da poluio dos mananciais e um dos

    principais problemas em todo o mundo. Em conseqncia, ocorre diminuio da

    disponibilidade de gua de boa qualidade para consumo humano.

    A deteriorao da qualidade das guas superficiais causa impactos

    econmicos e sociais e, at alteraes permanentes e irreversveis em lagos, rios e

    represas. Os custos para sua recuperao e para o tratamento de guas

    eutrofizadas podem ser muito elevados (TUNDISI, 1999; TUNDISI-MATSUMURA,

    2008). Tendo em vista todos esses problemas, a Organizao da Naes Unidas

    (ONU) prev que 2,7 bilhes de seres humanos (45% da populao mundial)

    podero ficar sem gua para consumo no ano de 2025 (VIERA et al., 2002).

    Algumas da cianobactrias que surgem durante a eutrofizao so

    consideradas potenciais produtoras de toxinas (cianotoxinas). Uma das espcies

    mais freqentes de cianobactrias nos mananciais de todo o mundo Microcystis

    aeruginosa, que pode produzir microcistinas (cianotoxinas).

    Nas Estaes de Tratamento de guas (ETAs), os tratamentos habituais

    (tratamento convencional de ciclo completo - coagulao, floculao, decantao,

    filtragem e desinfeco) no so eficazes na remoo de todas cianotoxinas, e

    muitas vezes, tambm no removem de forma adequada algas e cianobactrias

    (MOLICA,1996).

    Simone Mendes Cabral

  • 17

    ____________________________________________________________Introduo

    Dessa forma, buscam-se intervenes nas ETAs que minimizem, na gua

    tratada, os efeitos das toxinas e danos a sade pblica.

    No Brasil, a legislao que regula a densidade mxima de cianobactrias no

    ambiente aqutico para a utilizao da gua a Resoluo CONAMA 357/05 e a

    Portaria do Ministrio da Sade n 518/04 contempla como parmetro de controle de

    qualidade da gua potvel, as anlises de cianobactrias e cianotoxinas na gua.

    O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) fixa valores para a

    classificao das guas doces por meio da resoluo 357/05, e define seus usos. A

    classificao baseia-se na avaliao da qualidade das guas usando parmetros

    especficos que permite separar os usos preponderantes de cada classe.

    A portaria 518/2004-MS estabelece o padro de qualidade da gua para

    consumo humano, ou seja, da gua potvel, a qual define de forma clara e precisa

    os Valores Mximos Permissveis (VMP) de numerosos parmetros para a gua de

    beber. A legislao estabelece que em nenhuma situao as pessoas devem

    consumir gua contaminada, sendo imprescindvel a adoo de mtodos de

    tratamento e desinfeco.

    Nesse contexto, a aplicao de tecnologias inovadoras, simples, sustentveis

    e de baixo custo pode ser soluo alternativa para o tratamento das guas

    destinadas ao consumo humano, na reduo ou eliminao da contaminao por

    cianobactrias e cianotoxinas.

    Uma das alternativas de tratamento que alvo de vrios estudos o

    processo de fotocatlise heterognea, que faz parte dos Processos Oxidativos

    Avanadas (POA). Estes tem recebido grande ateno, devido capacidade de

    converter poluentes em espcies qumicas incuas, como gs carbnico e gua, ou

    seja, pode causar a mineralizao total do poluente orgnico (TEXEIRA e JARDIM,

    2004).

    A fotocatlise heterognea se mostra interessante devido sua eficincia na

    oxidao de poluentes quando comparado a outros processos. No processo um

    semicondutor utilizado na fotooxidao de poluentes orgnicos. Muitos

    semicondutores podem ser empregados como catalisadores, por exemplo o dixido

    Simone Mendes Cabral

  • 18

    ____________________________________________________________Introduo

    de titnio (TiO2), xido de zinco (ZnO), xido de ferro (Fe2O3), caulim, xido de silcio

    (SiO2) e xido de alumnio (Al2O3). Dentre eles o TiO2 o mais empregado, pois

    apresenta vrias vantagens, como o baixo custo, a no toxicidade, a insolubilidade

    em gua, a fotoestabilidade, a estabilidade qumica em ampla faixa de pH, a

    possibilidade de imobilizao sobre slidos e de ativao por luz solar e, ainda,

    porque pode ser recuperado e reutilizado (DANIEL, 2001).

    Considerando mananciais que se encontram eutrofizados e so utilizados

    para abastecimento por meio de tratamento convencional, e devido s dificuldades

    de remoo de cianobactrias e cianotoxinas, no presente trabalho a proposta foi

    estudar uma alternativa que poder contribuir no processo de tratamento da gua

    nas estaes de tratamento. Para isso foi montado um sistema experimental o qual

    foram utilizados a fotocatlise heterognea com dixido de titnio utilizando-se de

    luz artificial e em outra etapa utilizando luz solar, alm de filtro descendente de areia.

    Simone Mendes Cabral

  • 19

    _____________________________________________________________Objetivos

    2 OBJETIVOS

    2.1 Geral

    Avaliar o processo de fotocatlise heterognea usando TiO2 e radiao

    UV na remoo de Microcystis aeruginosa e microcistina-LR de guas

    eutrofizadas.

    2.2 Especficos

    Estudar o efeito do pH e tempo de exposio intensidade de radiao

    UV na remoo de cor, clorofila a e cianobactrias em reator

    fotocataltico do tipo cilndrico parablico - PTR;

    Avaliar o desempenho de um filtro de areia na remoo de slidos

    dissolvidos totais, DQO, cor verdadeira, cianobactrias e cianotoxinas;

    Avaliar o desempenho de um reator do tipo cilndrico parablico PTR,

    na remoo de microcistina-LR utilizando TiO2 e radiao solar.

    Simone Mendes Cabral

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    ____________________________________________________Reviso de Literatura

    3 REVISO DA LITERATURA

    3.1 Qualidade da gua e a importncia de seus usos mltiplos

    Todos os organismos vivos dependem da gua para sua sobrevivncia. um

    recurso natural uma vez que os organismos, as populaes e os ecossistemas

    necessitam dela para sua manuteno (TUNDISI, 2008; BRAGA et al., 2007).

    Segundo Heller e Padua (2006), a gua um alimento, embora no tenha valor

    energtico, contribui para a edificao do organismo, pela presena de sais e gases

    dissolvidos, contribuindo para o equilbrio osmtico celular e por ser um solvente

    universal.

    A disponibilidade de gua de boa qualidade indispensvel para a vida e,

    mais que qualquer outro fator, a qualidade da gua condiciona a qualidade de vida.

    O entendimento de como a gua, sua qualidade e a sade esto relacionados

    permite a tomada de decises com mais efetividade. A gua necessria em

    quantidade adequada e, tambm, com qualidade satisfatria para suprir as

    necessidades dos organismos.

    A disponibilidade de gua em quantidade e qualidade adequadas para o

    consumo humano, para a preparao de alimentos, para a higiene pessoal e

    domstica, para a agricultura, para a produo de energia e para as atividades

    industriais fundamental para garantir a sade, o desenvolvimento econmico e o

    bem-estar dos seres humanos (TRAVERSO, 1996). A demanda de gua cada vez

    maior, pelo maior uso da gua imposto pelos padres de conforto e bem estar da

    vida moderna, a maior produo agrcola e industrial (REBOUAS et al., 2006).

    As alteraes qualitativas da gua, na maioria das vezes, ocorrem por ao

    Simone Mendes Cabral

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    ____________________________________________________Reviso de Literatura

    antrpica. A qualidade da gua de um manancial funo do uso e da ocupao do

    solo na bacia hidrogrfica (MARGALEF, 1993). A qualidade da gua define as

    condies de vida e de desenvolvimento das comunidades aquticas, dentre elas o

    fitoplncton. O monitoramento das condies fsicas e qumicas da gua permite

    identificar as condies de evoluo da eutrofizao, e se as condies so

    favorveis ao crescimento intenso de microrganismos, entre eles as cianobactrias,

    que podem ser causa de riscos sade pblica (TUNDISI, 2003). O estudo das

    inter-relaes dos fatores fsicos, qumicos e biolgicos do ambiente aqutico

    contribui na tomada de decises relacionadas ao controle e preservao da

    qualidade da gua, bem como na adoo de medidas relacionadas ao

    gerenciamento dos usos mltiplos do reservatrio e da preveno da sade pblica

    (SANTANNA e AZEVEDO, 2000).

    De acordo com Heller (2006), um dos maiores problemas mundiais a

    deficincia de instalaes de abastecimento de gua para as populaes, que

    forneam gua em quantidade e de boa qualidade. Devido deteriorao dos

    mananciais, a gua vem se tornado um recurso escasso e com sua qualidade

    comprometida (BRASIL, 2006). Dados da Organizao das Naes Unidas (ONU)

    mostram que em algumas dcadas, aproximadamente dois bilhes de pessoas

    sero atingidas pela escassez de gua, adequada para o consumo.

    O Brasil possui entre 12% a 16% de toda gua doce do planeta, distribuda

    desigualmente (TUNDISI e MATSUMURA- TUNDISI, 2003). Se h abundancia de

    gua em muitas regies, existe constante necessidade de gua nas regies

    industriais e nas metrpoles, colocando em risco o suprimento e ao mesmo tempo

    expondo a sade pblica a diferentes riscos (TUNDISI, 1999). A m distribuio

    dessas guas faz com que algumas regies apresentem srios problemas de

    escassez. A maior parte da gua doce do pas encontra-se na regio amaznica, a

    qual habitada por pouco mais de 5% da populao, enquanto que a seca assola o

    serto e o semi-rido nordestino onde vivem 28,94% da populao (SETTI et al.,

    2000).

    A Pesquisa Nacional por Amostra de Domiclio (PNAD) revela que em 2008 o

    Simone Mendes Cabral

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    ____________________________________________________Reviso de Literatura

    percentual de domiclios atendidos no Brasil por rede geral de abastecimento de

    gua (83,9%) se manteve em crescimento: mais 0,7 pontos percentuais ou 1,9

    milhes de unidades em relao a 2007. No Nordeste, o acrscimo foi de 2,3 pontos

    percentuais, ou mais 770 mil domiclios (IBGE, 2008).

    A regio nordeste do Brasil apresenta a juno de dois graves problemas: m

    distribuio e armazenamento de gua e falta de saneamento bsico, ou seja,

    carncias de abastecimento de gua potvel encanada e de coleta e tratamento dos

    esgotos e resduos slidos. Em conseqncia, os escassos recursos hdricos

    disponveis recebem descargas de esgotos, o qual facilita a disseminao de

    doenas infecciosas de veiculao hdrica.

    As bacias hidrogrficas do Nordeste brasileiro apresentam forte impacto

    antrpico, devido as atividades que incluem piscicultura, agricultura, pecuria entre

    outros. Programas de desenvolvimento para a regio devem ser realizados

    vinculados a estudos bsicos que analisem, de forma integrada, variveis

    endgenas dos sistemas e variveis ambientais exgenas que influenciam na

    qualidade das guas. Na Paraba encontram-se vrias reas degradadas pelo mau

    uso dos recursos naturais.

    As leis ambientais tem se tornado mais restritivas em todo o mundo, como

    conseqncia da conscientizao da importncia da sade ambiental associada

    sade humana. Devido aos riscos ecolgicos associados poluio ambiental,

    vrias pesquisas foram e so realizadas visando o desenvolvimento e

    aprimoramento de tecnologias de tratamento de resduos, baseadas no requisito

    custo-benefcio (DANIEL, 2001).

    3.2 Eutrofizao

    O aumento das atividades urbanas e industriais gera resduos e a descarga

    de efluentes acarretam o acmulo de nutrientes, como compostos de fsforo e

    nitrognio nos corpos d'gua. O fenmeno causado pelo excesso desses compostos

    Simone Mendes Cabral

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    ____________________________________________________Reviso de Literatura

    nutrientes denominado eutrofizao, Uma das conseqncias a rpida

    proliferao de organismos autotrficos no ambiente aqutico, conhecida como

    "florao" ou "bloom" (WOLLEWEIDER, 1981; MOLICA, 2004; CARNEIRO e LEITE,

    2007).

    Floraes de cianobactrias txigenicas so mais freqentes em ambientes

    aquticos lnticos continentais de clima tropical, onde as temperaturas elevadas

    parecem estimular seu desenvolvimento (CEBALLOS, et. al., 2006). O processo de

    eutrofizao uma das principais conseqncias da m gesto das bacias

    hidrogrficas e de seus recursos hdricos, e, a falta de acesso gua de boa

    qualidade favorece a disseminao de doenas de veiculao hdrica. So

    registradas por causa do uso de gua de m qualidade mais de cinco milhes de

    mortes a cada ano no mundo (TUNDISI, 2003).

    Na regio Nordeste, alm da baixa disponibilidade de gua, os poucos

    mananciais da regio que apresentam maiores volumes esto impactados por aes

    humanas (BRASIL, 2000).

    A eutrofizao natural resulta da descarga de nutrientes ao longo do tempo de

    forma natural nos sistemas aquticos. A eutrofizao cultural proveniente dos

    despejos de esgotos domsticos e industriais e da descarga de fertilizantes

    aplicados na agricultura. Pode ser caracterizada como a acelerao do processo

    natural de produo biolgica em rios, lagos e reservatrios. Este fenmeno resulta

    no crescimento exagerado de organismos fotossintetizantes como cianobactrias,

    algas e macrfitas.

    As cianobactrias podem habitar os mais diferentes ambientes, porm

    ambientes de guas doces quentes so mais favorveis para o seu crescimento.

    Tambm em guas alcalinas apresentam um melhor crescimento, temperaturas

    entre 15 a 30C e altas concentraes de macronutrientes (GRAHAM e WILCOX,

    2000).

    Dentre os efeitos da eutrofizao destacam-se: (1) problemas recreacionais e

    estticos, como proliferao de insetos, gerao de maus odores, cor e sabor na

    Simone Mendes Cabral

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    ____________________________________________________Reviso de Literatura

    gua, ocorre devido a capacidade das cianobactrias em sintetizarem substncias

    que geram gosto e odor desagradveis, como por exemplo a geosmina e a 2-

    metilsoberneol (2- MIB), afetando a qualidade destas guas quando destinadas ao

    consumo humano e at mesmo em reas recreacionais; (2) condies anaerbias e

    redutoras nas camadas mais profundas do corpo aqutico (pelo crescimento

    excessivo de bactrias degradadoras aerbias); (3) eventuais condies de

    anaerobiose no corpo d'gua como um todo; (4) mortandades ocasionais de peixes;

    (5) modificaes quali-quantitativas de espcies de peixes de interesse comercial;

    (6) maiores dificuldades e altos custos do tratamento da gua; (7) liberao de

    toxinas pelas cianobactrias (TUNDISI, 1999; TUNDISI e MATSUMURA-TUNDISI,

    2008). Ocorrem perdas da biodiversidade aqutica, proliferao de macrfitas e

    maior freqncia de floraes de microalgas e de cianobactrias (TUNDISI e

    MATSUMURA-TUNDISI, 1992).

    Alm disso, o aumento de cianobactrias nas guas destinada ETAs

    favorece o aumento de consumo de produtos qumicos empregados na coagulao,

    reduo de sedimentabilidade dos flocos e das carreiras de filtrao, elevao da

    demanda de cloro na desinfeco, com maior possibilidade de formao de

    trihalometanos, ocossionando riscos sade. Dificultam tambm seu uso para

    consumo humano, por onerar o tratamento de potabilizao e inviabilizam sua

    aplicao industrial e no corpo aqutico, reduzem seu potencial bitico e podem

    provocar impactos diretos no turismo e no lazer (DI BERNARDO, 1995).

    Diversos pesquisadores procuram explicar as causas da dominncia de

    cianobactrias nos florescimentos (CALIJURI et al., 2006). Em geral, concordam que

    ocorre pela presena de algumas caractersticas tpicas e interessantes das prprias

    cianobactrias, tais como:

    capacidade de adaptao em guas de temperaturas mornas e

    quentes;

    possibilidade de captar baixa intensidade luminosa;

    Simone Mendes Cabral