Remoção de carbono orgânico dissolvido de águas filtradas com tratamento complementar por pré-oxidação com ozônio e adsorção em carvão ativado / Removal of dissolved organic carbon in filtered water complemented with treatment by pre-oxidation with ozone and adsorption on activated carbon

Resumo Este trabalho teve como objetivo avaliar as remoções de carbono orgânico dissolvido presente em águas filtradas de estação de tratamento de água com tratamento complementar por pré-oxidação com ozônio e adsorção em carvão ativado granular. Para o estudo de adsorção foi utilizado o método de ensaio rápido em coluna de escala reduzida, com carvão ativado produzido de cascas de coco. Realizou-se a comparação entre as curvas de ruptura para os ensaios com e sem aplicação de ozônio. Os resultados mostraram reduções nas concentrações de carbono orgânico dissolvido no início dos ensaios e após a passagem da água com e sem pré-ozonização pelas colunas ensaio rápido em coluna de escala reduzida seguida de incrementos progressivos das concentrações à medida que se aumentou o volume de leitos tratados. Na fase final dos ensaios, os aumentos de volume de leitos tratados não causaram mudanças significativas nas concentrações efluentes de carbono orgânico dissolvido. O mesmo comportamento foi observado com relação à absorção em radiação ultravioleta a 254 nm. O uso de ozônio previamente à adsorção em carvão ativado granular, usando o método ensaio rápido em coluna de escala reduzida, resultou em maiores reduções na absorbância da luz ultravioleta em 254 nm do que nas concentrações de carbono orgânico dissolvido. As absorbâncias específicas à radiação ultravioleta das amostras ozonizadas foram menores do que as que não receberam ozônio.

Abstract The objective of this study was to evaluate the removal of dissolved organic carbon in filtered water followed by pre-oxidation with ozone and adsorption on granular activated carbon. The rapid small-scale column test was used for the adsorption essays with activated carbon produced from coconut shells. A comparison was made between the breakthrough curves for tests performed with and without pre-oxidation with ozone. The results showed reductions in dissolved organic carbon concentrations after initial passage of water with and without ozone through the rapid small-scale column test column, followed by progressive increases in concentrations along with the number of the bed volumes. In the final phase of the tests, increases in bed volumes did not cause significative changes in effluent dissolved organic carbon concentrations. The same behavior was also observed with respect to ultra-violet absorbance at 254 nm. The use of ozone prior to adsorption on GAC, using the ERCER method, caused greater reductions on UV254 absorbance than in concentrations of dissolved organic carbon. The specific ultraviolet absorbance values of samples that received ozone were lower than those that were not ozonized.

Caracterização da matéria orgânica dissolvida em processos de tratamento de água para consumo humano usando fracionamento rápido / Characterization of dissolved organic matter in drinking water treatment processes using rapid fractionation

RESUMO Matéria orgânica natural (MON) é uma complexa matriz de compostos orgânicos originados de fontes naturais que estão presentes em corpos hídricos. A MON é comprovada precursora de subprodutos da desinfecção (SPD), além de afetar processos de tratamento de água, tais como a coagulação, a desinfecção, a oxidação, a adsorção em carvão ativado e a filtração em membranas. Por essas razões, a redução da MON no tratamento de água para consumo humano é importante. Vários métodos são usados para caracterizar e quantificar a MON, tais como adsorção em resinas e parâmetros de massa. Carbono orgânico total (COT), carbono orgânico dissolvido (COD), absorção na região do ultravioleta (UV254) e absorbância específica de luz ultravioleta (AEUV) são usualmente utilizados como parâmetros de massa. O fracionamento rápido é uma técnica que usa diferentes resinas para separar frações da MON. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo geral caracterizar a matéria orgânica dissolvida (MOD) em processos de tratamento de água para consumo humano usando o método do fracionamento rápido e os parâmetros COD, UV254 e AEUV. Também foram analisados as variáveis turbidez, cor, pH e alcalinidade. Foram avaliados os efeitos dos processos de coagulação, sedimentação, filtração e adsorção em carvão ativado nas frações que formam a MON. Ácidos muito hidrofóbicos (AMH) constituíram a principal fração da MOD na água estudada, havendo redução de 89% entre a água bruta e o efluente do filtro de carvão ativado granular (CAG). A segunda fração predominante foi de ácidos levemente hidrofóbicos (ALH), reduzidos em 83% ao longo do tratamento. Na água bruta, as frações de matérias hidrofílicas carregadas (MHC) e de neutras (MHN) apresentaram concentrações de 0,11 mg L-1 e 0,04 mg L-1, não sendo removidas pelo tratamento.

ABSTRACT Natural organic matter (NOM) is a complex matrix of organic compounds originated from natural sources that are present in water bodies. NOM is a known precursor of disinfection by-products (DBP) and affects drinking water treatment processes such as coagulation, disinfection, oxidation, activated carbon adsorption, and membrane filtration. For these reasons, the reduction of NOM in water treatment is important. Several methods are used to characterize and quantify NOM, such as resin adsorption and mass parameters. The latter include total organic carbon (TOC), dissolved organic carbon (DOC), ultraviolet absorption at 254 nm (UV254), and specific UV absorption (SUVA). Rapid fractionation is a technique that uses different resins to separate NOM fractions. The objective of this study was to characterize dissolved organic matter (DOM) in drinking water treatment processes using rapid fractionation and the parameters DOC, UV254, and SUVA. Turbidity, color, pH, and alkalinity were also analyzed. The effects of coagulation, sedimentation, filtration, and adsorption processes on the fractions forming the NOM were evaluated. Very hydrophobic acids (VHA) constituted the main fraction of DOM in the studied water, with a reduction of 89% between raw water and granular activated carbon filter (GAC) respect to raw water. The second predominant fraction consisted of slightly hydrophobic acids (SHA), reduced by 83% throughout the treatment processes. In raw water, the hydrophilic charged (MHC) and neutral (MHN) fractions showed concentrations of 0.11 and 0.04 mg L-1, which were not removed during treatment.

Utilização de carvão ativado biológico para o tratamento de água para consumo humano / Use of biological activated carbon for drinking water treatment

RESUMO: Este artigo de revisão aborda o uso do carvão ativado biológico no tratamento das águas para consumo humano. O tratamento biológico tem aplicação na redução da instabilidade da água potável causada por matéria orgânica biodegradável e compostos inorgânicos reduzidos presentes em baixas concentrações. A instabilidade tem efeitos prejudiciais à qualidade da água potável, tais como o crescimento de bactérias e a formação de biofilmes na rede de distribuição. O artigo discute as causas e consequências da instabilidade, as medidas de avaliação da matéria orgânica, os mecanismos de formação e controle de biofilmes no carvão ativado granular e as técnicas de avaliação microbiológica e da biodiversidade nos biofilmes. Além disso, analisa-se também a integração do carvão ativado biológico com outros processos usados no tratamento de água para consumo humano.

ABSTRACT: This review article portrays the use of biological activated carbon for drinking water treatment. Biological treatment has applications in the reduction of drinking water instability caused by the presence of low levels of biodegradable organic matter and reduced inorganic compounds. Instability causes deterioration in the quality of drinking water, such as bacterial growth and biofilm formation in the water distribution system. The article discusses the causes and consequences of instability, the measures used for organic matter evaluation, the formation and control mechanisms of biofilms in granular activated carbon and the techniques used for microbiological and biodiversity assessment of biofilms. In addition, it analyzes the integration of biological activated carbon with other processes used for drinking water treatment.

A influência do tempo de detenção celular e decaimento endógeno na estequiometria de reações em processos biológicos de tratamento de águas residuárias: I - Crescimento quimioheterotrófico / The influence of cell detention time and endogenous decay on the stoichiometry reactions of biological processes in wastewater treatment: I - Chemoheterotrophic growth

No metabolismo quimioheterotrófico, um mesmo substrato orgânico é utilizado como fonte de energia e síntese celular. Este artigo apresenta uma metodologia que pode ser usada para calcular a estequiometria do metabolismo quimioheterotrófico considerando o tempo de detenção celular e o decaimento endógeno. O método se baseia em princípios da bioenergética e é útil para o desenvolvimento de balanços de massa em processos biológicos de tratamento de águas residuárias. Também serve para se estimar as necessidades de nutrientes, alcalinidade e aceptores de elétrons para as reações desejadas, assim como a biomassa formada e gases produzidos.

In chemohetrotrophic metabolism, an organic substrate is used as energy and cell synthesis sources. This article presents a methodology that can be used to calculate the stoichiometry of chemoheterotrophic metabolism, considering solids detention time and endogenous decay. The method is based on bioenergetic principles, and is useful for mass balance calculations for biological processes used in wastewater treatment. It is also applied to estimate nutrients, alkalinity and electron acceptor requirements for the intended reactions, as well as biomass and gas production.