Filtração em linha para remoção do microplástico policloreto de vinila em águas do rio Paraíba do Sul

Abstract

Este estudo avaliou a remoção do microplástico de policloreto de vinila envelhecido (MP-PVC-ENV) em água natural do Rio Paraíba do Sul, inserindo-se no contexto dos desafios atuais do saneamento ambiental diante da presença crescente de microplástico como poluente emergente em mananciais de abastecimento. A pesquisa partiu da questão sobre a eficiência da filtração em linha, uma combinação de coagulação e filtração granular rápida, para remover esse contaminante em condições próximas às de tratamento real, tendo como objetivo geral avaliar a eficiência de remoção do MP-PVC-ENV por essa tecnologia, comparando os coagulantes químicos sulfato de alumínio e cloreto férrico com o natural do extrato salino da semente de Moringa oleifera (MO). Trata-se de uma pesquisa experimental, desenvolvida em escala de bancada, com ensaios de jar test acoplados a filtro de areia, utilizando água natural do rio Paraíba do Sul, MP-PVC-ENV (15 mg/L, D50 = 15,4 μm) e parâmetros de controle como turbidez, cor aparente, cor verdadeira, absorbância em 254 nm, carbono orgânico dissolvido (COD), absorbância ultravioleta específica (SUVA), potencial zeta e imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A concentração do microplástico foi estimada indiretamente por meio da correlação com a turbidez. Os resultados indicaram elevada eficiência do processo, com remoções superiores a 99% de turbidez, e consequentemente de MP-PVC-ENV, em condições ótimas, além de redução expressiva dos parâmetros de qualidade da água avaliados, evidenciando que a filtração em linha é eficaz para a retenção do microplástico estudado. O índice de filtrabilidade de Ives também foi estatisticamente igual nestas condições ótimas. Observou-se ainda que o MO apresentou desempenho estatisticamente igual ao dos coagulantes químicos em relação à remoção do MP-PVC-ENV, reforçando seu potencial como alternativa sustentável para o tratamento de água. Esse desempenho é atribuído às proteínas catiônicas presentes no MO, que atuam por meio dos mecanismos de adsorção e neutralização de carga, evidenciado pelo aumento do potencial zeta da suspensão, e a formação de pontes poliméricas entre as partículas desestabilizadas, de acordo com a imagem apresentada de MEV das partículas de MP-PVC-ENV agregadas e aderidas aos grãos de areia. O uso do MO aumentou o COD por causa da matéria orgânica residual, mas reduziu a SUVA em 81%, indicando boa remoção da matéria orgânica aromática associada à formação de subprodutos da desinfecção. Assim, o trabalho contribui para o avanço do conhecimento sobre a remoção de microplásticos em matrizes naturais e para o desenvolvimento de soluções tecnicamente viáveis e ambientalmente mais sustentáveis no saneamento básico.

This study evaluated the removal of aged polyvinyl chloride microplastics (MP-PVCENV) from natural water collected from the Paraíba do Sul River, within the current context of environmental sanitation challenges posed by the increasing presence of microplastics as emerging pollutants in drinking water sources. The research addressed the question of whether inline filtration, a combination of coagulation and rapid granular filtration, could effectively remove this contaminant under conditions close to real water treatment practice, with the overall aim of assessing the removal efficiency of MP-PVC-ENV using this technology and comparing two chemical coagulants, aluminum sulfate and ferric chloride, with a natural coagulant based on the saline extract of Moringa oleifera seeds (MO). This was an experimental benchscale study using jar tests coupled to a sand filter, with natural water from the Paraíba do Sul River, MP-PVC-ENV at 15 mg/L with a median diameter (D50) of 15.4 μm, and control parameters including turbidity, apparent color, true color, UV absorbance at 254 nm, dissolved organic carbon (DOC), specific ultraviolet absorbance (SUVA), zeta potential, and scanning electron microscopy images (SEM). Microplastic concentration was indirectly estimated through its correlation with turbidity. The results showed high process efficiency, with turbidity removals above 99%, and consequently removal of MP-PVC-ENV under optimal conditions, along with substantial reductions in the evaluated water quality parameters, demonstrating that inline filtration is effective for retaining the studied microplastic. The Ives filterability index was also statistically equivalent under these optimal conditions. MO performed statistically similarly to the chemical coagulants in terms of MP-PVC-ENV removal, reinforcing its potential as a sustainable alternative for water treatment. This performance is attributed to the cationic proteins in MO, which act through adsorption and charge neutralization, as evidenced by the increase in suspension zeta potential, and through polymer bridging between destabilized particles, as shown by the SEM image of MP-PVC-ENV particles aggregated and attached to sand grains. The use of MO increased DOC due to residual organic matter, but reduced SUVA by 81%, indicating effective removal of aromatic organic matter commonly associated with the formation of disinfection by-products. Overall, this work advances knowledge on microplastic removal in natural waters and supports the development of technically feasible and more environmentally sustainable solutions for drinking water treatment.