Aula 5 – Tratamento de Águas de Manancial Eutrofizado rev 2010 (1)

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Prof. José Carlos Mierzwa
PHD 5750 – Tratamento 
avançado de águas de 
abastecimento
Tratamento de águas de abastecimento 
provenientes de mananciais eutrofizados, 
otimização de remoção de algas e toxinas.
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EUTROFIZAÇÃO
 Processo relacionado à proliferação de algas 
e macrófitas em corpos d’água;
 Resultado do aumento da concentração de 
nutrientes;
 Como conseqüência o corpo d’água perde 
sua qualidade cênica, seu potencial para 
recreação e valor econômico;
 O uso da água para abastecimento 
doméstico e industrial fica comprometido.
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Excesso deExcesso de
NutrientesNutrientes
Aumento Aumento 
da biomassada biomassa
Redução daRedução da
AeraçãoAeração
Morte deMorte de
OrganismosOrganismos
SensíveisSensíveis
Aumento deAumento de
DBODBO
CondiçõesCondições
AnaeróbiasAnaeróbias
Predomínio de BactériasPredomínio de Bactérias
Anaeróbias e Facultativas no fundo do lago.Anaeróbias e Facultativas no fundo do lago.
Ocorrência de uma estreita camadaOcorrência de uma estreita camada
superficial de algas e superficial de algas e macrófitasmacrófitas
Ocorrência da eutrofização
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Florações de algas na Represa Billings 
(Fonte: Billings 2000, Capobianco e 
Whately).
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Causas da eutrofização
 Naturais:
 É um processo evolutivo dos sistemas 
aquáticos para sistema terrestre;
 Ocorre de maneira muito lenta.
 Artificiais:
 Resultado da ação antrópica:
 Drenagem de áreas agrícolas;
 Drenagem de áreas urbanas;
 Poluição por lançamento de esgotos e efluentes 
industriais.
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Problemas dos mananciais da RMSP
 Ocupação das áreas de proteção de 
mananciais;
 Serviços de coleta e tratamento de esgotos 
deficientes;
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Represa Guarapiranga
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Braço Rio Grande da Represa Billings
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Sistema Produtor de Água para a Região Sistema Produtor de Água para a Região 
Metropolitana de São PauloMetropolitana de São Paulo
Sistema Disponibilidade no Manancial (m3/s)
Capacidade da 
Estação (m3/s)
Produção
Out/02 a Set/03
População 
(milhões)
Cantareira 31,1 33,0 31,7 8,8
Guarapiranga/Billings 14,0 14,0 13,2 3,7
Alto Tietê 9,8 10,0 9,7 2,7
Rio Grande 4,8 4,2 4,7 1,2
Rio Claro 4,0 4,0 3,8 0,9
Alto Cotia 1,2 1,3 1,1 0,4
Baixo Cotia 0,9 1,1 0,9 0,3
Ribeirão da Estiva 0,1 0,1 0,1 0,02
Total 66,1 67,7 65,0 18,0
Fonte: http://www.sabesp.com.br/o_que_fazemos/captacao_e_distribuicao_de_agua/default.htm
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Sistema de Tratamento de EsgotosSistema de Tratamento de Esgotos
Projeto TietêProjeto Tietê
Sistema Capacidade de Projeto (m3/s) Vazão Atual (m
3/s)
ABC 3,0 1,6
Barueri 9,5 7,0
Parque Novo Mundo 2,5 2,0
São Miguel 1.5 0,5
Suzano 1,5 0,8
Total 18,0 11,9
Fonte: 
http://www.sabesp.com.br/CalandraWeb/CalandraRedirect/?temp=4&proj=sabesp&pub=T&db=&docid=FDADB6DE
B2F5B3408325734E005D92CD – acesso em 01/04/2010
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Condição para 2025
 Demanda de água prevista  81,0 m3/s;
 Disponibilidade inferida  83,4 m3/s;
 Déficit em relação à 2004  17,3 m3/s;
 Geração de esgotos (1)  55,1 m3/s;
 Capacidade de tratamento (2) 18,0 m3/s;
 Índice de tratamento possível (2)  32,7%;
 Principais conseqüências:
 Contaminação dos mananciais
 Redução da disponibilidade de água na região.
(1) – Mantendo-se as perdas em 15%; (2) – Não havendo investimento em coleta e tratamento de esgotos
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Dados de qualidade de água de 
mananciais
 Índice de Estado Trófico (IET), utilizado pela 
CETESB;
 Baseado no Índice de Carlson Modificado;
 Utiliza três variáveis para classificação dos 
corpos d’água:
 Fósforo (mg P/L);
 Clorofila (mg/L);
 Transparência Secchi (m).
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Dados de qualidade de água de 
mananciais
 IET = [IET(P) + IET(CL)]/2
 IET (PT) = 10x(6-(1,77-0,42x(ln PT)/ln 2))
 IET (CL) = 10x(6-((0,92-0,34x(ln CL))/ln 2))
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Dados de qualidade de água de 
mananciais
Fonte: Relatório de qualidade de águas interiores do Estado de São Paulo 2008 - CETESB
Classificação do Estado Trófico - Reservatórios
Categoria
(Estado Trófico) Ponderação
Secchi - S
(m)
P-total - P
(mg.m-3)
Clorofila a
(mg.m-3)
Ultraoligotrófico IET ≤ 47 S ≥ 2,4 P ≤ 8 CL ≤ 1,17
Oligotrófico 47 < IET ≤ 52 2,4 > S ≥ 1,7 8 < P ≤ 19 1,17 < CL ≤ 3,24
Mesotrófico 52 < IET ≤ 59 1,7 > S ≥ 1,1 19 < P ≤ 52 3,24 < CL ≤ 11,03
Eutrófico 59 < IET ≤ 63 1,1 > S ≥ 0,8 52 < P ≤ 120 11,03 < CL ≤ 30,55
Supereutrófico 63 < IET ≤ 67 0,8 > S ≥ 0,6 120 < P ≤ 233 30,55 < CL ≤ 69,05
Hipereutrófico IET> 67 0,6 > S 233 < P 69,05 < CL
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Dados de qualidade de água de 
mananciais
Índice de Estado Trófico da Represa Billings 2004
Fonte: Relatório de qualidade de águas interiores do Estado de São Paulo 2008 - CETESB
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Dados de qualidade de água de 
mananciais
Índice de Estado Trófico do Reservatório Guarapiranga 2004
Fonte: Relatório de qualidade de águas interiores do Estado de São Paulo 2008 - CETESB
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Algas em Mananciais para 
Abastecimento Público
Divisão Classe
Cyanophyta Cyanophyceae
Rodophyta Bangiophyceae
Florideophyceae
Chrysophyta Chrysophyceae
Xantophyceae
Haptophyceae
Bacillariophyceae
Cryptophyta Phaeophyceae
Fonte: Bicudo, C.E.M. e Menezes, M. Gêneros de algas de águas continentais do Brasil, 2005
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Algas em Mananciais para 
Abastecimento Público
Divisão Classe
Pyrrophyta Desmophyceae
Dinophyceae
Euglenophyta Euglenophyceae
Chlorophyta Charophyceae
Bryopsidophyceae
Conjucatophyceae
Oedogoniophyceae
Chlorophyceae
Prasinophyceae
Fonte: Bicudo, C.E.M. e Menezes, M. Gêneros de algas de águas continentais do Brasil, 2005
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Critérios para classificação das algas
 As algas são classificadas de acordo com a 
morfologia da célula móvel de reprodução e 
na composição dos pigmentos e substâncias 
de reserva alimentícia;
 Com relação à morfologia da célula móvel 
considera-se:
 Número de flagelos por célula móvel;
 Tipo de flagelo;
 Tamanho relativo dos flagelos;
 Local de inserção do flagelo na célula móvel.
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Cyanophyta
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Pediastrum sp.
Mougeotia sp.
Chlorophyta
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Centrales
Pennales
Vaucheria sp.
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Algas e seus efeitos em sistemas de 
tratamento de água
Gênero de Alga Problema
Anabaena Odor, interferência na 
coagulação e toxinas.
Chlorella Odor, coloração e persistência 
no sistema de distribuição
Asterionella Odor, persistência no sistema de 
distribuição e interferência na 
coagulação.
Euglena Odor, corrosão em concreto e 
interferência na coagulação.
Spirogyra Odor e produção de lodo, 
Fonte: Di Bernardo, L. Algas e suas influências na qualidade das águas e nas tecnologias de 
tratamento, 1995.
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Impactos sobre os sistemas de 
tratamento
 A presença de algas na água bruta dos 
sistemas de tratamento podem resultar em:
 Problemas operacionais;
 Problemas de qualidade;
 Potencial de formação de subprodutos tóxicos 
nas etapas onde se utiliza oxidantes químicos;
 Potencial de liberação de toxinas.
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Problemas operacionais
Manancial Coagulação / FloculaçãoSedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoDistribuição
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Problemas operacionais
 Coagulação / floculação:
 A presença de algas implica em uma maior 
estabilidade das partículas em suspensão;
 Necessidade de uma maior dosagem de 
produtos químicos;
 Aumento do custo de tratamento;
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Problemas operacionais
 Sedimentação:
 Como o peso específico das algas é menor, 
há uma tendência de que ocorra flotação de 
uma parcela dos sólidos;
 Deterioração da qualidade da água 
decantada;
 Com a maior utilização de produtos químicos 
ocorre maior formação de lodo;
 Aumento dos custos de desidratação e 
disposição de lodos.
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Problemas operacionais
 Filtração:
 Com a maior carga de sólidos na água 
decantada as carreira de filtração são 
menores;
 Maior freqüência nas operações de lavagem 
dos filtros;
 Menor produtividade pelo aumento no 
consumo de água de lavagem.
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Problemas operacionais
 Desinfecção:
 Aumento no consumo do agente de 
desinfecção;
 Maior quantidade de matéria orgânica no efluente 
dos filtros.
 Maior possibilidade do desenvolvimento de 
gosto e odor na água.
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Problemas operacionais
 Distribuição:
 Maior potencial de recrescimento bacteriano;
 Presença de matéria orgânica que é utilizada 
como substrato;
 Potencial do aumento da taxa de corrosão na 
rede de distribuição de água tratada:
 Estabelecimento de biofilme e desenvolvimento 
de condições anaeróbias sob o biofilme, 
resultando em:
 Corrosão por aeração diferencial;
 Corrosão devido a formação de ácidos. 
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Problemas de qualidade
Manancial Coagulação / Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoDistribuição
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Problemas de qualidade
 Água tratada:
 Presença de substâncias potencialmente 
tóxicas:
 Compostos organoclorados;
 Ácidos halo-acéticos.
 Gosto e odor na água:
 2,6-dimetil biciclo decan-1-ol
Geosmina – utilizado na fabricação de perfumes;
 2-Metil-isoborneol (MIB).
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Formação de sub-produtos tóxicos
Manancial Coagulação / Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoDistribuição
Pré-oxidação
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Formação de sub-produtos tóxicos
 Pré-oxidação:
 Rompimento das células de algas;
 Aumento na concentração de matéria 
orgânica;
 Aumento no potencial de formação de sub-
produtos tóxicos (SPT);
 A extensão do problema está associada ao 
tipo de agente de pré-oxidação e de sua 
dosagem.
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Formação de sub-produtos tóxicos
 Desinfecção e distribuição:
 Formação de sub-produtos de desinfecção 
(SPD);
 Presença de matéria orgânica não removida nas 
etapas anteriores do sistema de tratamento;
 Continuidade das reações de formação de 
SPD no sistema de distribuição.
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Potencial de liberação de toxinas
 Alguns tipos de algas, como as cianofíceas, na 
ocorrência de florações produzem toxinas;
 A hipótese é que estas toxinas têm a função de 
proteger as algas;
 De acordo com a ação farmacológica, as toxinas 
podem ser hepatotóxicas ou neurotóxicas;
 Durante o processo de tratamento de água, estas 
toxinas podem ser liberadas;
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Potencial de liberação de toxinas
 Processo de pré-oxidação:
 A dosagem do agente oxidante é suficiente para 
romper a célula das algas;
 Processo de coagulação e floculação:
 As algas são submetidas a um estresse, o 
que pode ocasionar a lise celular;
 Processo de sedimentação:
 Com o acúmulo do lodo e condições 
estabelecidas no fundo do sedimentador, ocorre 
morte das algas e lise celular.
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Algas potencialmente tóxicas
 As algas potencialmente tóxicas pertencem à divisão 
Cyanophyta, geralmente denominadas de 
cianobactérias;
 Vários gêneros e espécies de cianobactérias que 
formam florações produzem toxinas, conhecidas 
como Cianotoxinas;
 Algumas das toxinas produzidas pelas 
cianobactérias têm ação rápida, podendo causar a 
morte de mamíferos.
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Características gerais das cianotoxinas
Fonte: WHO, 1999. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, 
monitoring, and management. 1999.
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Estrutura das microcistinas
X e Z são L-amino ácidos variáveis.
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Estrutura das nodularinas
X e Z são L-amino ácidos variáveis.
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Estrutura da cilinrospermopsina
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Tratamento de água de mananciais 
eutrofizados
 Tratamento de água envolve todas as 
atividades que vão do manejo do manancial 
até a distribuição de água;
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Conceitos básicos
 Conforme recomendações da OMS, para 
tratamento de água deve ser utilizado o 
conceito de múltiplas barreiras;
1) Evitar a proliferação de algas nos 
reservatórios;
2) Minimizar a entrada de algas na estação de 
tratamento;
3) Remover as algas presentes na água.
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Evitar a proliferação de algas nos 
mananciais
 Controle do aporte de nutrientes;
 Recomposição da vegetação no entorno do 
manancial;
 Coleta e tratamento de esgotos;
 Controle da drenagem de áreas urbanas que 
podem atingir o manancial;
 Controle do florescimento de algas, por meio 
da utilização de algicidas.
É vedado o uso de algicidas para
o controle do crescimento de
cianobactérias ou qualquer
intervenção no manancial que
provoque a lise celular, quando a
densidade é superior a 20.000
células/mL.
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Minimizar a entrada de algas na 
estação de tratamento
 Locação do ponto de captação onde o 
potencial de acúmulo de algas é menor;
 Geralmente os ventos apresentam direção 
predominante;
 Isto faz com que ocorra o acúmulo de algas 
nas margens dos mananciais, principalmente 
em baias;
 Avaliação do perfil vertical de distribuição das 
algas ao longo do dia, para promover a 
captação em pontos de menor concentração;
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Minimizar a entrada de algas na 
estação de tratamento
 Utilização de barreira para impedir que a 
escuma de algas atinja o ponto de captação.
 Filtração em margem:
 Utiliza o próprio solo como barreira para as 
algas e outros contaminantes;
 Como limitação deve ser considerada a taxa 
de permeabilidade do solo;
 É mais adequada para sistemas de pequeno 
porte.
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Uso de barreira para impedir que as algas atinjam o 
ponto de captação
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Representação esquemática do processo de filtração em margem 
(Projeto desenvolvido pela UFSC, PROSAB-4)
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0
0 20 40 60 80 100 120
10
20
30
40
SEDFAD
ou
SED
FDD
Turbidez (uT)
C
lo
ro
fil
a-
a 
(m
g/
L)
FD - Filtração direta FAD - Flotação por ar dissolvido
FDD - Filtração dupla direta SED - Sedimentação
FD
FAD
Fonte: Janssens e Buekens, 1993 apud FUNASA, 2003
Diagrama de seleção de processos de tratamento
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Remoção em sistema convencional
 Utilização de pré-oxidação como cloro ou ozônio:
 Pode conduzir ao rompimento da membrana celular 
das algas e ocasionar a liberação de toxinas e 
precursores de THM’s.
 A presença de algas em sistemas convencionaisde 
tratamento, no processo de coagulação floculação 
resulta em flocos mais leves;
 Como conseqüência, a eficiência da sedimentação é 
reduzida.
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Pré-oxidação com permanganato de 
potássio
 Para evitar a liberação de toxinas, é necessário 
que as algas sejam removidas intactas;
 Como alternativa aos oxidantes tradicionais 
pode-se utilizar o permanganato de potássio;
 Estudos têm mostrado que o uso deste produto 
seguido da coagulação com sais de ferro e 
polímero catiônico melhora a eficiência de 
remoção de partículas.
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Pré-oxidação com permanganato de 
potássio
 Uma preocupação com o permanganato de potássio 
é a dosagem de utilização;
 Se esta for muita alta pode resultar em na coloração 
da água;
 Com dosagens relativamente baixas (1,0 mg/L), após 
o processo de coagulação a sedimentação pode 
resultar em remoções de algas superiores a 90%;
 A hipótese para a eficácia do permanganato de 
potássio na remoção de células é a agregação de 
matéria orgânica extracelular e do óxido de 
manganês sobre a superfície da célula das algas.
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Micrografia de uma célula de alga após pré-oxidação com 
permanganato de potássio
(Fonte: CHEN, J.J. e YEH, H.H., Water Research, 39 (2005))
Adsorção do MnO2
na superfície da alga
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Processo de coagulação e floculação
 Para que possa ser obtida uma boa eficiência 
de remoção de algas é necessário elevar a 
dosagem dos agentes de coagulação;
 O excesso de coagulante visa compensar a 
baixa massa específica das algas e a carga 
negativa da superfície;
 Em função das carga negativa da superfície 
das algas o uso de polímeros catiônicos 
possibilita uma maior eficiência de remoção.
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Micrografias de flocos de 
hidróxido de alumínio e algas 
(Nitzschia)
Fonte: konno et al. JEOL News Vol.37E 
No.1 34 (2002))
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Micrografias de flocos de 
hidróxido de ferro III e algas 
(Nitzschia)
Fonte: konno et al. JEOL News Vol.37E 
No.1 34 (2002))
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Flotação por ar dissolvido
 Em função da menor massa específica das 
algas, o processo de flotação por ar 
dissolvido é uma opção;
 De maneira geral pode-se obter elevadas 
eficiências de remoção de células;
 O processo de pré-oxidação também não é 
necessário.
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Processos de separação por 
membranas
 Os processos de micro e ultrafiltração podem 
ser utilizados para a remoção de algas,
 Como o diâmetro dos poros das membranas 
são significativamente menores que o 
tamanho das algas, a remoção é bastante 
eficiente;
 Não é necessário fazer a pré-oxidação das 
algas e nem adicionar produtos químicos;
 Como limitação, há o potencial de formação 
de depósitos na superfície da membrana.
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Unidade Piloto de Ultrafiltração na Guarapiranga
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Procedência: Guarapiranga Data de Emissão: 22/12/05
Coletor: 0 Data da Coleta: 20/12/05
chuvas : não
Dados de Coleta e Análise
Laudo nº 270/05
Tipo de Água - B
Ponto de Coleta - GU001 Alimentação Permeado Concentrado 00:00
Hora da Coleta h 08:30 08:30 08:30 08:30
Temperatura ar ºC
Temperatura água ºC 23,5 26,5 26,5 27,0
Dados do Exame Microscópico e Conclusões
1 - Cianofíceas n°/mL 952,1 252,4 77,1
UPA/mL 654,4 183,2 46,8
2 - Clorofíceas n°/mL 1173,5 657,8 771,4
UPA/mL 922,9 469,4 411,2
3 - Bacilarofíceas n°/mL 1509,8 325,3 248,1
UPA/mL 875,8 166,4 235,9
4 - Outras Algas n°/mL 15,1 18,2
UPA/mL 15,1 16,6
5 - Outros Microorganismos n°/mL 284,4 124,1 167,9
UPA/mL 285,8 68,07 48,4
TOTAL n°/mL 3919,8 1374,7 1282,6
UPA/mL 2738,9 902,2 759,1
Remoção nesta etapa % 67,06 100,000
Remoção até esta etapa % 67,06 100,000
(1) = Cianobactérias (2) = Clorofíceas (3) = Bacilarofíceas (4) = Outras algas (5) = Outros microoganismos
Organismos Predominantes UPA/mL Significado Sanitário
Pseudanabena(1) 403,4 109,9 Potencialmente tóxica
Mougeotia(2) 540,2 290,9 226,7 Entope filtros
Pennales(3) 597,6 115,0 196,6 Entope filtros
Contagem de células 
Aphanocapsa cel/mL 2586,4 862,1
Microcystis cel/mL 226,9 90,7
Oscillatoriales cel/mL 3408,9 852,2 525,8
Pseudanabaena cel/mL 6455,1 1758,8 398,9
TOTAL cel/mL 12677,4 3563,9 924,7
Laudo de Exame Hidrobiológico
MARS - Divisão de Recursos Hídricos Metropolitanos Sudoeste
sabesp
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Foto da amostra de água bruta da Guarapiranga
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Foto da amostra de permeado UF da Guarapiranga
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Remoção de toxinas
 As principais toxinas liberadas pelas algas são 
as Cianotoxinas:
 Neurotoxinas:
 Anatoxina-a – DL50(camundongos) = 200 mg/Kg;
 Anatoxina-a(s) – DL50(camundongos) = 20 mg/Kg;
 Saxitoxinas – DL50(camundongos) = 10 mg/Kg.
 Hepatotoxinas:
 Microcistinas – DL50(camundongo) = 25 a 150 mg/Kg;
 Nodularinas – DL50(camundongos) = 50 a 200 mg/Kg.
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Remoção de toxinas
 As cianotoxinas são compostos orgânicos com peso 
molecular variado;
 Hepatotoxinas – 800 a 1.100 g/mol;
 Neurotoxinas - < 1000 g/mol.
 Por se tratar de compostos orgânicos, a sua 
remoção pode ser feita por:
 Oxidação química com ozônio (após decantação), 
cloro (após filtração) e permanganato de potássio;
 Adsorção em carvão ativado em pó ou granular;
 Adsorção e degradação em carvão ativado granular 
com crescimento biológico.
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Eficiência de remoção de microcistinas
Técnica de tratamento
Eficiência de remoção (%)
Intracelular Extracelular
Coagulação / sedimentação / flotação  80 < 10
Precipitação / sedimentação  90 < 10
Filtração rápida  60 < 10
Filtração lenta > 99 Significante
Coagulação, sedimentação e filtração 90 < 10
Adsorção em carvão ativado em pó e granular Desprezível > 80
Carvão ativado granular com crescimento biológico Desprezível > 90
Ozonização (após clarificação) --x-- 98
Cloração (após filtração) --x-- 80
Permanganato de potássio --x-- 95
Membranas 90 Depende da membrana
Fonte: WHO, 1999. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring, and 
management. 1999.