Studies of the liposolubility and the ecotoxicity of MC-LR degradation by-products using computational molecular modeling and in-vivo tests with Chlorella vulgaris and Daphnia magna.

Computational molecular modelling, mass spectrometry and in-vivo tests with Chlorella vulgaris (C. vulgaris) and Daphnia magna (D. magna) were used to investigate the liposolubility and ecotoxicity of MC-LR degradation by-products generated after oxidation by OH• radicals in Fenton process. Exposure of MC-LR (5 µg.L-1) to the most severe oxidation conditions (Fe2+ 20 mM and H2O2 60 mM) resulted in a reduction in the toxin concentration of 96% (0.16 µg.L-1), however, with the formation of many by-products. The by-product of m/z 445 was the most resistant to degradation and retained a toxic structure of diene bonds present in the Adda amino acid. Computational modeling revealed that m/z 445 (tPSA = 132.88 Ų; KOW = 2.02) is more fat-soluble than MC-LR (tPSA = 340.64 Ų; KOW = 0.68), evidencing an easier transport process of this by-product. Given this, toxicity tests using C. vulgaris and D. magna indicated greater toxicity of the by-product m/z 445 compared to MC-LR. When the conversion of MC-LR to by-products was 77%, the growth inhibition of C. vulgaris and the D. magna immobility were, respectively, 6.14 and 0%, with 96% conversion; growth inhibition and the immobility were both 100%  for both species.

Hierarquização da eficiência de remoção de cianotoxinas por meio de adsorção em carvão ativado granular / Evaluation of hierarchy of cyanotoxin removal by adsorption onto granular activated carbon

RESUMO O trabalho objetivou avaliar a remoção concomitante de duas cianotoxinas - microcistina-LR e saxitoxina-STX - por meio da adsorção em carvão ativado granular. Em primeira etapa, três carvões de granulometrias distintas, dois de coco de dendê e um mineral, foram avaliados na adsorção de microcistina-LR em água destilada e tratada com concentrações de 3,9 a 9,4 ug.L-1. O carvão de coco de dendê de menor granulometria apresentou desempenho mais uniforme, tanto no que tange à remoção (%) de microcistina-LR, quanto ao volume de efluente produzido consoante com as recomendações do padrão de potabilidade brasileiro. Em segunda etapa, apenas para o carvão selecionado na etapa precedente, concentrações de microcistina-LR e saxitoxina-STX aproximadamente 50% superiores dos limites do mesmo padrão de potabilidade foram dispersas em água destilada. Tais ensaios de adsorção evidenciaram que apenas a adsorção de saxitonina não foi influenciada pela simultaneidade das duas cianotoxinas.

ABSTRACT This study focused on the simultaneous removal of two cyanotoxins - microcystin-LR and saxitoxin-STX - by means of adsorption onto granular activated carbon. In first step, three carbons with different granulometry (dende coconut and mineral) were evaluated on adsorption of microcystin-LR in distilled and treated waters in concentrations at about 3.9 to 9.4 ug.L-1. The dende coconut carbon with lower granulometry showed higher performance according to the limits established by Brazilian Drinking Water Standards. In second step, with the selected carbon in previous step, concentrations of the two cyanotoxins 50% higher than those limits were dispersed in distilled water. The tests pointed out that only saxitoxin-STX removal was not affect by the presence both cyanotoxins.

Remoção de microcistina-LR de águas eutrofizadas por clarificação e filtração seguidas de adsorção em carvão ativado granular / Removal of microcystin-LR from eutrophic waters through clarification and filtration followed by adsorption on granular activated carbon

RESUMO Usualmente, o tratamento convencional de águas com altas densidades de cianobactérias e concentração de cianotoxinas não garante efluente consoante o padrão de potabilidade vigente (1,0 µg.L-1 de microcistina). Etapas adicionais fazem-se necessárias, destacando-se a adsorção por carvão ativado granular ou pulverizado. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar em escala de bancada a remoção de microcistina em água natural por adsorção em colunas de carvão ativado granular de casca de coco, após as etapas de clarificação e filtração em areia. Os resultados mostraram que o transpasse no carvão de maior granulometria ocorreu em menor tempo de contato (2 h), quando comparado ao de menor granulometria. Tais resultados abrem perspectiva de emprego em escala real por garantir efluente com concentração inferior ao que estabelece a Portaria 2914 por mais tempo e utilizando menor massa de carvão.

ABSTRACT Conventional treatment process of natural waters with high densities of cyanobacteria and cyanotoxins usually presents low efficiency according to the present drinking water standard (maximum permissible value of 1.0 µg.L-1 of microcystin). Additional steps, such as activated carbon, commonly become necessary to achieve the maximum permissible value of microcystin (1.0 µg.L-1) set up by Brazilian Drinking Water Regulation 2914. In this context, the main objective of this work was to evaluate microcystin removal from natural waters by means of two granular activated carbons after clarification and sand filtration in bench scale. The results pointed out that the breakthrough happened in activated carbon with highest grain sizes in lower contact time (2 h) , when compared with that with smaller grain sizes. These results open the perspective of an application of the activated carbon in actual scale, assuring the treated water quality in compliance with the Brazilian Drinking Water Standards Regulation 2914.

Remoção biológica de fósforo em reatores em bateladas sequenciais com diferentes tempos de retenção de sólidos / Biological phosphorus removal in sequencing batch reactors with different solid retention times

Nos últimos anos, tem surgido a necessidade de se projetarem sistemas de tratamento de águas residuárias que, além de remover carga orgânica, sejam capazes de remover nutrientes, particularmente nitrogênio e fósforo. Este trabalho avaliou a remoção biológica de fósforo em sistemas de lodo ativado, tratando esgoto doméstico por meio de reatores em bateladas sequenciais (RBS), monitorado com diferentes tempos de retenção celular (TRC): 20, 5 e 3 dias. Esses experimentos foram avaliados em escala de bancada com o uso da respirometria, utilizando-se acetato como fonte de carbono orgânico. Os resultados mostraram satisfatória remoção de fósforo total nos três experimentos, com valores médios entre 79 a 82 por cento, sendo que o sistema RBS que operou com TRC de cinco dias obteve resultados melhores.

In recent years, there has been an increasing need to design wastewater treatment systems that are capable of removing both organic material and nutrients, notably nitrogen and phosphorus. This study evaluated biological phosphorus removal by activated sludge systems fed with domestic sewage and operating as sequencing batch reactors (SBR) with different solids retention times (SRT) namely 20, 5 and 3 days. This was supported by respirometry experiments at bench scale using acetate as the source of organic carbon. The results showed satisfactory total phosphorus removal efficiencies mean values between 79-82 percent for the three regimes with the best removal efficiency occurring in the SBR operating with a five-day SRT.

Efeito da oxigenação por agitação manual da água na eficiência de inativação de coliformes termotolerantes utilizando luz solar para desinfecção em batelada / Effect of oxygenation by manual agitation of water on inactivation efficiency of thermotolerant coliforms using solar light batch disinfection

Foi avaliado o efeito da agitação manual de amostras de água submetidas à desinfecção solar na eficiência de inativação de coliformes termotolerantes. Garrafas com agitação prévia e sem agitação foram expostas à radiação solar no horário das 9h às 15h (seis horas no total) e analisados o teor de oxigênio dissolvido (OD) e concentração de coliformes termotolerantes de hora em hora. A desinfecção com luz solar mostrou-se capaz de melhorar a qualidade sanitária da água, reduzindo a concentração de coliformes termotolerantes em até quatro unidades logarítmicas (de 1,03 x 10(6) até 2,6 x 10¹NMP/100 mL). Com a agitação manual, houve oxigenação considerável nas amostras de água (máxima concentração de OD de 6,61 mg/L nas amostras de águas agitadas e de 5,56 mg/L nas amostras sem agitação), porém o aumento de OD na água não teve efeito significativo sobre a inativação dos coliformes termotolerantes (p>0,05).

This study aimed at evaluating the manual agitation effect on inactivation efficiency of thermotolerant coliforms of water bottles submitted to solar disinfection. Agitated bottles and non-agitated bottles were exposed to sunlight from 9:00 a.m. to 3:00 p.m. Dissolved oxygen (DO) and thermotolerant coliforms concentrations were analyzed hourly. The solar disinfection improved the water quality, reducing thermotolerant coliforms concentration by 4 logs (from 1.0 x 10(6) to 2.6 x 10¹MPN/100 mL). With the manual agitation, there was considerable oxygenation in the water samples (maximum of 6.61 mg/L in samples with manual agitation and of 5.56 mg/L for those without agitation), but the increase in DO had no significant effect on the inactivation of thermotolerant coliforms (p>0.05).