A filtração lenta comumente é empregada como única etapa de purificação de águas de baixas cor verdadeira, turbidez e concentração de algas. Operam em taxa de 2 a 6 m3 m-2 dia-1, não necessitam de prévia coagulação e embora estejam
presentes em alguns países desenvolvidos, sua aplicabilidade mais evidente é em pequenas comunidades. É uma tecnologia de baixo custo de implantação e operação, fácil operação e requer manutenção mínima (Huisman & Wood 1974; Logsdon 1991). Uma das principais vantagens atribuídas à filtração lenta é a elevada eficiência de remoção de bactérias, vírus, cistos de Giardia, oocistos de
Cryptosporidium, além da produção de efluente com baixa turbidez (< 1 NTU)
(Logsdon 1991, Logsdon et al 2002).
Segundo Di Bernardo & Dantas (2005), diversos trabalhos de pesquisas encontrados em literatura, em escala piloto e em escala real, reportam a limitação dos filtros lentos em relação à remoção de turbidez, limitando esse parâmetro em cerca de 10 NTU para que tais unidades apresentem efluente abaixo de 2 NTU, valor máximo recomendado pela Portaria do Ministério da Saúde 518/2004. A Portaria do Ministério da Saúde 2914/2011, vigente atualmente, estipulou a meta de 1 NTU em 95 % das amostras de água efluente ao filtro lentro ao final do 4º. ano após a publicação da Portaria.
De acordo com Veras & Di Bernardo (2008), no início da carreira da filtração lenta, a altura d’água sobre o leito é mínima, crescendo gradualmente para compensar a resistência hidráulica devido à retenção de impurezas e da formação de uma película biologicamente ativa formada no topo da camada filtrante. Quando o nível d’água atinge a altura máxima permitida, o filtro é retirado de operação para limpeza. O filtro é então drenado e o topo da camada de areia (entre 0,5 a 2 cm) são removidos por
raspagem. Depois de muitas raspagens, o meio filtrante fica reduzido à uma profundidade mínima e requer reposição com areia nova ou areia lavada (Gottinger et al. 2011).
Uma opção para aumentar a duração da carreira de filtração inclui a colocação de manta não tecida sobre a superfície de areia do filtro lento (Mbwette et al. 1990). Conforme a norma NBR-13370 (ABNT 2002), não tecido é uma estrutura plana, flexível e porosa, constituída de véu ou manta de fibras ou filamentos, orientados direcionalmente ou ao acaso, consolidados por processo mecânico (fricção) e/ou químico (adesão) e/ou térmico (coesão) e combinações destes.
A limpeza do filtro com os não tecidos consiste na retirada e lavagem destas mantas que após secagem são recolocadas na superfície do meio filtrante, tornando este procedimento facilitado quando comparado ao filtro lento somente com areia e diminuindo o custo operacional do tratamento (Di Bernardo et al. 1999). Paterniani (1991) verificou que o uso de mantas sintéticas não tecidas aumentam de 1,1 até 3,6 vezes a duração da carreira de filtração. Verificou ainda que o uso de mantas sintéticas não tecidas possibilita a redução da espessura da camada de areia, além de tornar possível a aplicação de taxas de filtração em torno de 9 a 12 m3 m-2 dia-1,
sem comprometer a qualidade da água tratada.
Santos (2015) realizou um estudo de filtração lenta em meio filtrante composto exclusivamente por manta não tecida de 1 a 40 cm de altura e comparou com a filtração lenta em areia com taxa de filtração de 3, 6 e 9 m3 m-2 dia-1. Foram
avaliadas a perda de carga de cada filtro, além de parâmetros físico-químicos e bacteriológicos ao longo da altura do meio filtrante. Segundo os resultados obtidos, o meio filtrante constituído exclusivamente por não tecido sintético de 25 cm de espessura demonstrou potencial para substituir a areia no tratamento de água por filtração lenta, uma vez que obteve-se desempenho similar ao filtro lento de areia, além de simplificar os procedimentos operacionais e de manutenção do filtro.
Paterniani et al. (2010) avaliaram a eficiência do coagulante de moringa na remoção de turbidez de 50-100 NTU por sedimentação e por filtração lenta em manta não tecida. Os autores demonstraram uma diminuição de turbidez e de cor aparente de 90 % na sedimentação simples e de 96 % na filtração lenta em manta não tecida. Arantes et al. (2014) avaliaram a eficiência dos coagulantes extraídos de
Moringa oleifera e à base de tanino (compostos fenólicos hidrossolúveis extraídos de
espécies vegetais) como auxiliares da filtração lenta com manta não tecida. Os resultados demonstraram que águas afluentes aos filtros lentos com turbidez entre 101 e 110 NTU tiveram diminuição significativa deste parâmetro, chegando à < 5 NTU para ambos coagulantes.
O uso do coagulante da moringa também foi relatado como promissor no auxílio da filtração lenta em instalações de filtração em múltiplas etapas com uso de manta não tecida (Franco et al. 2012) e em filtração lenta em areia (Beltran-Heredia & Sanchez-Martin 2009).
Pereira et al. (2012) usou a filtração lenta em areia para tratar a água de uma represa no Ceará, Brasil, contendo densidade de fitoplâncton da ordem de 105
células mL-1, sendo 90 % constituído de cianobactérias. Os autores relataram uma
remoção de 97 % de fitoplâncton, com carreira de filtração de mais de 70 dias, porém alertaram ser essencial o uso de um pré-filtro de pedregulho antes da filtração lenta.
3.3.1 Princípio biológico da filtração lenta
A ausência da pré-desinfecção e as baixas taxas de filtração favorecem o desenvolvimento de uma película biológica de 2 a 5 cm de espessura no topo do meio filtrante. Esta película é um biofilme composto de algas, bactérias, protozoários, vermes e invertebrados, que competem pelo substrato disponível (Libânio 2010). Assim, a purificação da água se dá pela atividade biológica do schmutzdecke (termo em alemão que significa “película de sujeira” traduzido literalmente para o português) (Ellis 1985). O desenvolvimento biológico do schmutzdecke depende de muitos
fatores, incluindo pH, temperatura, nutrientes orgânicos disponíveis, taxa de filtração e qualidade da água bruta, podendo alcançar a maturação em alguns dias a vários meses (Gottinger et al. 2011).
Assumiu-se que a atividade biológica do schmutzdecke auxilia a retenção de partículas através da adsorção aos biopolímeros excretados pelas bactérias do biofilme, além de predação das bactérias da água afluente por organismos de ordem superior (Bellamy et al. 1985, Weber-Shirk & Dick 1997).
Com relação à remoção de cianobactérias e cianotoxinas, Grutzmacher et al. (2002) conduziram dois experimentos em escala real para estudar a remoção de microcistinas produzidas por uma cepa de Planktothrix agardhii pela atividade biológica da filtração lenta. Durante os meses de verão, com o schmutzdecke intacto, a remoção de microcistinas dissolvidas foi maior do que 95 %, enquanto que durante no outono a remoção diminuiu para 65%. O principal processo de eliminação de microcistina intracelular foi físico pela retenção de células de cianobactérias (Grutzmacher et al. 2002). A toxina extracelular demonstrou ser biodegradável pela atividade de schmutzdecke ativo (Bourne et al. 2006, Grutzmacher et al. 2002, Ho et al. 2007, Ho et al. 2006a).
Bourne et al. (2006) testou a inoculação de bactérias (MJ-PV) comprovadamente degradadoras de microcistinas no tratamento de água contaminada com microcistinas. Os tratamentos constituíram-se de filtros lentos de areia, cuja eficiência da biodegradação de microcistina-LR não foi aumentada devido ao enriquecimento com bactérias degradadoras. Assim, os autores concluíram que a filtração lenta em areia, uma tecnologia de tratamento de água de baixo custo, demonstrou ser efetiva na remoção de microcistinas, mesmo sem a adição de bactérias degradadoras isoladas.
Há muitos estudos na literatura mostrando uma ampla gama de linhagens de microrganismos isolados de biofilmes de filtração biologicamente ativa capazes de biodegradar compostos de cianobactérias. Entretanto, apenas após seu isolamento e
cultivo em laboratório destes microrganismos foi possível identificá-los (Dziga et al. 2013, Ho et al. 2007, Kormas & Lymperopoulou 2013). Haig et al. (2011) aponta que, com as recentes técnicas de biologia molecular, especialmente à de sequenciamento de próxima geração (next-generation sequencing - NGS), a tarefa de explorar comunidades microbianas da biofiltração aderidas ao meio filtrante, sem a necessidade de isolamento e cultivo de microrganismos, tem se tornado mais acessível. Este aspecto é importante pois estima-se que os biomas microbianos são compostos em sua maioria por microrganismos não-cultiváveis em laboratório (Rappe & Giovannoni 2003).
4.0 METODOLOGIA