Remoção de microplásticos do Rio Paraíba do Sul via coagulação, floculação e sedimentação

Abstract

A contaminação de ecossistemas aquáticos por microplásticos (MPs) representa uma problemática global, dada a ineficiência dos processos convencionais de tratamento de água em remover completamente estas partículas persistentes e com potencial toxicológico. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência do processo de coagulação, floculação e sedimentação (CFS) para a remoção de MPs de policloreto de vinila (PVC) de amostras de água superficial do Rio Paraíba do Sul, comparando a floculação convencional com a floculação lastreada. Não foram encontrados na literatura estudos que avaliem o uso da técnica de floculação lastreada para remoção de MPs usando como matriz a água superficial e a semente de M. oleifera como coagulante, e este trabalho pretende suprir esta lacuna na literatura. Para isso, a água bruta do rio foi artificialmente contaminada com 30 mg/L de PVC e tratada em equipamento de jar test utilizando o coagulante químico sulfato de alumínio (SA) e o coagulante natural extraído da semente de Moringa oleifera (MO); na abordagem lastreada, foram adicionados microareia e o polímero poliacrilamida (PAM). A eficiência do tratamento foi monitorada indiretamente pela análise de turbidez, que apresentou forte correlação linear (R² = 0,9940) com a concentração de PVC. Os resultados demonstraram que a floculação convencional exigiu longos tempos de sedimentação para atingir alta eficiência, alcançando 97,9% de remoção com SA em 30 minutos e 91,1% com MO em 60 minutos, sendo pouco eficaz em tempos operacionais curtos (3,5 minutos). Em contrapartida, a floculação lastreada se mostrou uma tecnologia de alta performance, atingindo 98,9% de remoção de turbidez em 6 segundos com o SA e 77,2% em 30 segundos com o MO, otimizando drasticamente a velocidade do processo. Conclui-se que a floculação lastreada é uma alternativa robusta e eficiente para a remoção de MPs de PVC em águas superficiais e viabilizando o uso de coagulantes químicos e naturais em tempos operacionais curtos, em alguns casos, aumentando a velocidade de sedimentação em até 300 vezes, se apresentando como uma tecnologia promissora para adequar as estações de tratamento frente a este contaminante emergente.

The contamination of aquatic ecosystems by microplastics (MPs) represents a global issue, given the inefficiency of conventional water treatment processes in completely removing these persistent particles with toxicological potential. This study aimed to evaluate the efficiency of the coagulation, flocculation, and sedimentation (CFS) process for the removal of polyvinyl chloride (PVC) MPs from surface water samples of the Paraíba do Sul River, comparing conventional flocculation with ballasted flocculation. No studies were found in the literature evaluating the use of the ballasted flocculation technique for the removal of MPs using surface water as the matrix and M. oleifera seed as the coagulant, and this work aims to fill this gap in the literature. For this purpose, raw river water was artificially contaminated with 30 mg/L of PVC and treated in Jar Test equipment using the synthetic coagulant aluminum sulfate (AS) and the natural coagulant extracted from Moringa oleifera (MO) seeds; in the ballasted approach, microsand and the polymer polyacrylamide (PAM) were added. Treatment efficiency was monitored indirectly by turbidity analysis, which showed a strong linear correlation (R² = 0.9940) with PVC concentration. The results demonstrated that conventional flocculation required long sedimentation times to achieve high efficiency, reaching 97.9% removal with AS in 30 minutes and 91.1% with MO in 60 minutes, being ineffective at short operational times (3.5 minutes). In contrast, ballasted flocculation proved to be a high-performance technology, achieving 98.9% turbidity removal in just 6 seconds with AS and 77.2% in 30 seconds with MO, drastically optimizing the process speed. It is concluded that ballasted flocculation is a robust and efficient alternative for the removal of PVC MPs in surface waters, enabling the use of synthetic and natural coagulants at extremely short operational times, in some cases increasing settling velocity by up to 300 times, presenting itself as a promising technology to adapt treatment plants to this emerging contaminant.