ABSTRACT Due to the increasing susceptibility of water bodies used as sources for public supply to various contaminants and the limited efficiency of conventional water treatment, there is a need to investigate complementary and/or alternative treatment techniques. The aim of this study was to evaluate the efficiency of different biofiltration conceptions, on a bench scale, for the removal/biodegradation of diuron and microcystins, in concentrations of the order of 1000 μg·L−1 of diuron and 50 μg·L−1 of microcystins, in the granular materials slow filter sand, rapid filter sand and granular activated carbon in a laboratory filter. The study was carried out in two distinct experimental phases: with natural biological activation (Phase 1) and with specific biological activation, with the addition of a bacterial culture proven to be active for the degradation of microcystins Sphingosinicella microcystinivorans — B9 (Phase 2). Natural activation showed greater efficiency in relation to the removal of diuron and microcystins, as well as the complementary parameters for all granular media. Specific activation with B9 bacteria proved to be complex in relation of controlling its activity and interfered negatively in the removal of diuron and microcystins when compared to natural activation, including in the granular activated carbon filter. For sand filters, the use of coarser granulometry, such as the rapid filter sand, may be promising because it presents easier handling and cleaning, slower clogging and lower cleaning frequency, in addition to a similar performance to the filter with slow filter sand in relation to the removal of diuron and microcystins.

RESUMO Devido à susceptibilidade crescente dos mananciais utilizados como fontes para abastecimento público aos diversos contaminantes e à limitada eficiência do tratamento convencional de águas, há a necessidade de se investigarem técnicas complementares e/ou alternativas de tratamento. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de diferentes concepções de biofiltração, em escala de bancada, para a remoção/biodegradação de diuron e microcistinas, em concentrações da ordem de 1.000 μg·L−1 de diuron e 50 μg·L−1 de microcistinas, nos materiais granulares areia de filtro lento, areia de filtro rápido e carvão ativado granular em filtro de laboratório. O estudo foi realizado em duas fases experimentais distintas: com ativação biológica natural (Fase 1) e com ativação biológica específica, com adição de cultura de bactéria comprovadamente ativa para degradação de microcistinas Sphingosinicella microcystinivorans — B9 (Fase 2). A ativação natural apresentou maior eficiência em relação à remoção de diuron e microcistinas, bem como aos parâmetros complementares para todos os meios granulares. A ativação específica com bactéria B9 mostrou ser complexa em relação ao controle de sua atividade e interferiu negativamente na remoção de diuron e de microcistinas quando comparada à ativação natural, inclusive no filtro de carvão ativado granular. Para os filtros de areia, o emprego de granulometria mais grossa, como a areia de filtro rápido, pode ser promissor por apresentar manejo e limpeza facilitados, colmatação mais lenta e menor frequência de limpeza, além de desempenho similar ao do filtro com areia de filtro lento em relação à remoção de diuron e microcistinas.

Abstract The increase in polluting contaminants in the environment, due to agriculture, industrial activities, and urban population growth, has contributed to the introduction of new compounds in water sources that are not efficiently removed by conventional water treatment techniques, requiring complementary studies regarding the application of alternative techniques, such as biofiltration, which uses biological activity for biodegradation of contaminants associated with granular media filtration. Thus, the objective of this work was to evaluate the efficiency of different conceptions of biofiltration, on a bench scale, concerning the removal of atrazine (ATZ), simazine (SMZ), 17β-estradiol (E2), diclofenac (DCF), and microcystin-LR (MC-LR) using as granular media fast-sand filter (FSF), slow-sand filter (SSF), and granular activated carbon (GAC) for drinking water pre-treatment. Among granular media, the filter with CAG showed better performance stability concerning contaminants removal, with median removal values ranging from 95,8% for ATZ, 81,0% for SMZ, 89,0% for E2, 97,2% for DCF and 93,4% for MC-LR. The efficiencies obtained prove the potential of the application of biofiltration as a pre-treatment of drinking water.

Resumo O aumento das cargas poluidoras decorrentes das atividades agrícolas, industriais e do crescimento populacional urbano tem contribuído para a introdução de novos compostos nos mananciais para abastecimento de água que são persistentes ao tratamento pelas técnicas convencionais, sendo necessário realizar estudos de técnicas complementares e/ou alternativas de tratamento, como a biofiltração, que utiliza a atividade biológica para a biodegradação dos contaminantes associada à filtração em meio granular. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de diferentes concepções de biofiltração, em escala de bancada, com relação à remoção de atrazina (ATZ), simazina (SMZ), 17β-estradiol (E2), diclofenaco (DCF) e microcistina-LR (MC-LR), empregando-se como materiais granulares areia de filtro lento (AFL), areia de filtro rápido (AFR) e carvão ativado granular (CAG), visando ao pré-tratamento de águas para consumo humano. Entre os materiais granulares, o filtro de CAG apresentou maior estabilidade de desempenho quanto à remoção dos contaminantes, com valores medianos de remoção de 95,8% para ATZ, 81,0% para SMZ, 89,0% para E2, 97,2% para DCF e 93,4% para MC-LR. As remoções obtidas comprovam o potencial da aplicação da biofiltração como pré-tratamento de águas.

RESUMO A presença das cianobactérias é uma das grandes preocupações para o tratamento de água, uma vez que esses microrganismos podem ser produtores de metabólitos tóxicos, como as microcistinas (MCs), que não são efetivamente removidas no tratamento usualmente empregado de ciclo completo. Para a remoção dessas toxinas, pode-se, de forma complementar, utilizar adsorvedores como o carvão ativado (CA), que apresenta eficiência variada, em função de suas características. Este trabalho teve como objetivo fornecer subsídios técnicos e científicos para a seleção de carvões ativados pulverizados (CAPs) e carvões ativados granulares (CAGs) como adsorvedores de MCs. Para tanto, foi realizado, primeiramente, um experimento de seleção de CAs com maior capacidade adsortiva para MCs, em escala de bancada. Em seguida, para os CAPs e CAGs selecionados, foi realizada caracterização complementar para a distribuição de volume específico em função do tamanho do poro. Posteriormente, foram elaboradas isotermas de adsorção de Freundlich e curvas de ruptura. Pôde-se constatar que, dentre os CAs amostrados, os importados apresentaram maior capacidade adsortiva para MCs do que os nacionais. Além disso, foi possível concluir que a escolha do CA pode ser determinada pelos parâmetros índice de azul de metileno (IAM), volume de mesoporos e coeficiente Kf, associados aos resultados do experimento de seleção, considerado uma ferramenta técnica alternativa de simples aplicação e suficiente para esse fim.

ABSTRACT The presence of cyanobacteria is a major concern for water treatment, since these microorganisms can be toxic metabolic producers, such as microcystins (MCs), which are not effectively removed in the usually employed full cycle treatment. In order to remove these toxins, it is possible to use absorbers such as activated carbon (AC), which presents a varied efficiency, depending on its characteristics. The general objective of this research was to provide technical and scientific subsidies for the selection of powdered activated carbons (PACs) and granular activated carbons (GACs) in relation to the adsorption of microcystins. A bench scale experiment was carried out to select activated carbons with higher adsorptive capacity for microcystins. Then, for the selected PACs and GACs, complementary characterization was performed for the specific volume distribution as function of pore size and, afterwards, Freundlich adsorption isotherms and breakthrough curves were elaborated. It was possible to verify that among the sampled activated carbons, the imported ones presented greater adsorption capacity for microcystins in relation to the nationals. In addition, it was possible to conclude that the selection of an activated carbon can be done regarding methylene blue index (MBI) parameters, volume of mesoporous and Kf, associated to the selection experiment’s results, considered an alternative technical tool of simple application and sufficient for this purpose.

O objetivo deste estudo foi investigar a ocorrência de Cryptosporidium spp. e Giardia spp. em um sistema público de tratamento de água. Amostras de água bruta e tratada foram coletadas e concentradas, utilizando-se a técnica de filtração em membranas. Foi realizada a técnica de Imunofluorescência Direta nas amostras. A extração de DNA foi realizada, utilizando-se um kit comercial, e o DNA extraído foi submetido a uma reação de nested-PCR (n-PCR). Na imunofluorescência, 2/24 (8,33%) amostras de água bruta foram positivas para Giardiaspp.. Na n-PCR, 2/24 (8,33%) amostras de água bruta foram positivas para Giardia spp., e 2/24 (8,33%) amostras foram positivas para Cryptosporidium spp.. O sequenciamento demonstrou DNA de Cryptosporidium parvum e de Giardia duodenalis. Na água bruta, houve correlação moderada entre turbidez, cor e Cryptosporidium spp. e entre a turbidez e Giardia spp.. A presença desses protozoários na água indica a necessidade de monitoramento pelas empresas de tratamento de água.

The purpose of this study was to investigate the occurrence of Cryptosporidium spp. and Giardia spp. in a public water-treatment system. Samples of raw and treated water were collected and concentrated using the membrane filtration technique. Direct Immunofluorescence Test was performed on the samples. DNA extraction using a commercial kit was performed and the DNA extracted was submitted to a nested-PCR reaction (n-PCR) and sequencing. In the immunofluorescence, 2/24 (8.33%) samples of raw water were positive for Giardia spp.. In n-PCR and sequencing, 2/24 (8.33%) samples of raw water were positive for Giardia spp., and 2/24 (8.33%) samples were positive for Cryptosporidium spp.. The sequencing showed Cryptosporidium parvum and Giardia duodenalis DNA. In raw water, there was moderate correlation among turbidity, color and Cryptosporidium spp. and between turbidity and Giardia spp.. The presence of these protozoans in the water indicates the need for monitoring for water-treatment companies.

Vários estudos têm mostrado a eficiência das técnicas naturais de desaguamento do lodo das estações de tratamento de água no Brasil. O objetivo deste estudo foi avaliar o sistema de desaguamento por leito de drenagem/secagem, com manta geotêxtil dos lodos de decantadores de duas diferentes estações de tratamento de água, em ensaios de laboratório e escala reduzida. Foram considerados os parâmetros técnicos de projeto: densidade da manta; taxa de aplicação dos sólidos; taxa de aplicação volumétrica e secagem em diferentes condições climáticas. Na fase de drenagem, entre 78 a 91% do volume total dos líquidos percolados apresentaram qualidade compatível com o padrão de enquadramento dos corpos de água doce classes I e II, segundo a Resolução 357/05 do Conama. Na fase de secagem, foi possível obter teores de sólidos totais entre 15,9 e 20,3%, cujos valores são da mesma ordem de grandeza que aqueles obtidos por desaguamentos mecânicos, mesmo em condições críticas de secagem.

Several studies have showed the efficiency of natural techniques to dewater the sludge from water treatment plants in Brazil. The objective of this study was to evaluate the dewatering system through drainage/drying with a geotextile blanket using the sludge of decanters from two types of water treatment plants, in laboratory experiments and reduced scale. The following technical parameters of project were considered: density of blanket, application rate of solids, volumetric application rate, and drying in different climate conditions. In the drainage phase, 78 to 91% of the total volume of percolated liquid presented a compatible quality to the standardized limits for freshwater bodies from classes I and II, according to Resolution 357/05 from the National Council of Environment. In the drying phase, it was possible to obtain total solid rates between 15.9 and 20.3%, values of the same magnitude order as those obtained by mechanical drainages, even in critical drying conditions.

Para minimizar os problemas relacionados à ocorrência de cianobactéria em águas destinadas ao consumo humano há necessidade de se realizar estudos de alternativas técnicas de tratamento com destaque aos biofilmes com potencial de degradação de microcistinas (MC). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de degradação de MC pela bactéria Sphingosinicella microcystinivorans B9, diferentes cepas de leveduras e bactérias probióticas. O teste foi efetuado com extrato de MC e diferentes quantidades de biovolume e densidade celular dos microrganismos. Os tratamentos foram mantidos a 27ºC com rotação de 100 rpm e as amostras para análise de MC e contagem dos microrganismos foram retiradas após 0 e 96 horas de contato. A bactéria B9 apresentou maior degradação de MC, chegando a 98% após 96 horas.

To minimize problems related to the occurrence of cyanobacteria in water for human consumption there is need to investigate alternative treatment techniques with emphasis on biofilms with the potential degradation of microcystins (MC). This study aimed to evaluate the potential degradation of MC by bacteria Sphingosinicella microcystinivorans B9, different strains of yeast and probiotic bacteria. The test was carried out with the extract obtained from strain Microcystis sp. In the tests biomass and cultures of microorganisms were used and the treatments were maintained at 27ºC with 100 rpm. Samples for analysis of MC and for counting the microorganisms were collected at 0 and 96 hours. The bacterium B9 presented the highest potential of degradation of MC reaching 98% after 96 hours.

This work investigated the effects of co-occurring aflatoxin B1 (AFB1) and microcystin (MC) in aquaculture, using immunohistochemistry and genotoxicity methods. Tilapia (Oreochromis niloticus) were exposed to AFB1 by intraperitoneal and MC (cell extract of Microcystis aeruginosa) by intraperitoneal and immersion routes. The interaction of MC-AFB1 was evaluated co-exposing the intraperitoneal doses. Blood samples were collected after 8, 24, and 48h to analyze the micronucleus frequency and comet score. The interaction of MC-AFB1 showed a synergic mutagenic response by higher micronucleus frequency of co-exposed group. A slight genotoxic synergism was also observed in the comet score. Immunohistochemistry detected MC in al lthe fish liver tissues exposed to MC by intraperitoneal route, and only the immersed group with the highest dose of MC showed a positive response. Although MC was non-detectable in the edible muscle, the combination of immunohistochemistry with genotoxicity assay was an attractive biomonitoring tool in aquaculture, where the animals were frequently exposed to co-occurring synergic hazards.

Este estudo teve como objetivo complementar a caracterização da toxicidade de uma cepa de Microcystis spp., por meio de testes de toxicidade aguda com camundongos, após caracterização química preliminar de microcictinas - MCs realizada por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de diodo HPLC-PDA e espectrometria de massas com ionização por electrospray MS-ESI. Os testes de toxicidade aguda com camundongos demonstraram, segundo classificação proposta por Lawton et al (1994b), que a cepa tóxica testada enquadra-se no grau de elevada toxicidade com valor de DL50 24h de extrato seco menor que 100 mg/kg p.c. (peso corpóreo) (13,7 mg/kg p.c.), de DL50 24h de microcistinas totais estimada de 24,2 µg/kg p.c. e concentração de MCs no material seco maior que 1,0 µg/mg p.s. (entre 1,64 e 1,86 µg/mg p.s.).

This study was carried out to evaluate the toxicity of a strain of Microcystis spp, using acute toxicity bioassays with swiss albino mice and to characterize chemically the microcistins using high efficiency liquid chromatography with photodiode array detector (HPLC-PDA) and mass spectrometry with electrospray ionization (MS-ESI). The acute toxicity tests with mice showed that according to the classification proposed by Lawton et al (1994b), the toxic strain here tested corresponds to the degree of high toxicity with DL50 24h values for the dry extract lower than 100 mg/kg corporal weight (13,7 mg/kg corporal weight), while DL50(24h) for total microcystin - MCs concentration around 24,2 µg/kg corporal weight. and concentration of MCs in the dry material higher than 1,0 µg/mg dry weight (between 1.64 and 1.86 µg/mg d.w.).