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Potential application of bank filtration in Santa Catarina, Brasil/Potencial de aplicacao da filtracao em margem em Santa Catarina, Brasil/Aplicacion potencial de la filtracion inducida en Santa Catarina, Brasil.

A situacao hidrica nas regioes urbanas do Brasil indicava, no ano 2010, somente 45% dos 5565 municipios brasileiros, com uma populacao de 52 milhoes de pessoas, apresentaram abastecimento satisfatorio em termos de disponibilidade e qualidade da agua fornecida (ANA, 2010). Afortunadamente, a situacao tem melhorado e, no ano 2014, o Sistema Nacional de Informacoes sobre Saneamento reportou um 93,16% de atendimento urbano de agua (SNIS, 2014). No entanto, de forma geral, os sistemas de tratamento de agua superficial encontram-se em risco pela entrada de nutrientes e contaminantes de origem antropogenica. Por outro lado, as aguas subterraneas sao limitadas ou super exploradas. Diante disso, a busca de novas fontes de agua e melhorias nos sistemas de tratamento ja implantados sao de vital importancia.

A producao de agua a partir de pocos instalados em aquiferos, hidraulicamente conectados a uma fonte de agua superficial (rio, lago ou reservatorio) e uma tecnologia de tratamento de agua alternativa e promissora conhecida como filtracao em margem (FM; bank filtration em ingles). No percurso da agua superficial ao poco, a qualidade da agua e melhorada, por exemplo em termos de particulas, turbidez, materia organica natural (MON), precursores de subprodutos da desinfeccao (Schubert, 2006), micropoluentes organicos como pesticidas, compostos farmaceuticos (Kuehn e Mueller, 2000), bacterias, protozoarios, virus (Hiscock e Grischek, 2002), fitoplancton e cianotoxinas (Chorus et al., 2001; Grutzmacher et al., 2002; Sens et al., 2006; Sens et al., 2013; Romero et al., 2014). Alem disso, a FM e importante na compensacao e amortizacao das variacoes sazonais em temperatura e cargas repentinas de contaminantes (Hiscock e Grischek, 2002; Schubert, 2006).

No entanto, a FM pode trazer efeitos indesejaveis na qualidade da agua como um aumento na dureza da agua, mudanca nas condicoes redox podendo apresentar problemas pelo incremento na concentracao de amonio, ferro, manganes e em alguns casos a formacao de sulfeto de hidrogenio e outros compostos sulfurados de odor desagradavel (Hiscock e Grischek, 2002). Porem, esses problemas podem ser eliminados com pos-tratamento por meio de tecnologias bem conhecidas como aeracao e filtracao em areia.

A eficiencia da FM para o fornecimento de agua para abastecimento publico tem sido mostrada em muitos locais ao redor do mundo. A FM e utilizada no fornecimento de 50% da agua potavel da Republica Eslovaca, 45% na Hungria, 16% na Alemanha e 5% na Holanda (Schubert, 2002). Esta tecnologia vem sendo aplicada em Dusseldorf, Alemanha por mais de 130 anos (Eckert e Irmscher, 2006) e na Holanda foi primeiramente aplicada em 1879 (Stuyfzand et al., 2006). Nos EUA a FM tem cerca de meio seculo de aplicacao (Ray, 2008). A aplicacao da FM como unico tratamento no Rio Nilo, Egito, tem sido estudada por Shamrukh e Abdel-Wahab (2008) e Ghodeif et al. (2016). Na India, Sandhu et al. (2011a) apresentaram a aplicacao da FM nas planicies do Rio Ganga em varias cidades deste pais. No Brasil, a FM vem sendo aplicada com sucesso em escala piloto na Lagoa do Peri, Ilha de Santa Catarina (Sens et al., 2006; Romero et al., 2014) e no Rio Beberibe em Pernambuco (Freitas et al., 2012). Na Bolivia e aplicada com sucesso em forma de galerias filtrantes no rio Parapeti desde os anos oitenta (Camacho, 2003). A caracteristica comum nesses locais e a existencia de depositos de aluviao ou materiais nao consolidados na margem dos rios ou mananciais. No entanto, sao necessarios estudos das condicoes hidrogeologicas locais, economicas e de engenharia para a correta aplicacao da tecnica.

Uma primeira aproximacao para encontrar locais com potencial para a aplicacao da FM seria localizar as regioes com formacoes geologicas tipo aluviao ou formadas por materiais nao consolidados. No Brasil, o tipo de subsolo em cada localizacao, juntamente com informacao sobre a disponibilidade hidrica, pode ser encontrada no Atlas Hidrogeologico do Brasil ao Milionesimo em ambiente SIG, desenvolvido pelo Servico Geologico do Brasil (CPRM, 2014). Utilizando a ferramenta computacional Arc GIS foi possivel determinar as regioes com o tipo de formacao geologica favoravel para a FM, e obter um mapa tematico com lugares com potencial para a aplicacao da FM.

O artigo apresenta aspectos sobre o funcionamento, capacidade depuradora e condicoes hidrologicas, hidrogeologicas e morfologicas para a aplicacao da FM como uma alternativa para a producao de agua potavel. O objetivo e a construcao de um mapa tematico com indicacao dos locais com potencial para a aplicacao de FM no estado de Santa Catarina. Finalmente, e apresentado um estudo de caso da Lagoa do Peri em Santa Catarina.

Funcionamiento da Filtracao em Margem

Durante o percurso da agua na filtracao em margem (FM), o material do fundo do manancial e do aquifero funcionam como meio filtrante. Ambos materiais devem ser formados por aluvioes ou outra formacao geologica nao consolidada que permita a conexao hidraulica entre a agua superficial e a agua subterranea local (Figura 1). Quando a diferenca de nivel entre a agua superficial e a agua subterranea for positiva a agua vai escoar em direcao a agua subterranea. Essa movimentacao pode ser natural ou induzida por meio de bombeamento. Hiscock e Grischek (2002) identificaram a biodegradacao e a sorcao como os responsaveis pela mudanca nas caracteristicas da agua filtrada em margem. Esses processos acontecem em duas zonas: uma biologicamente ativa nos primeiros decimetros de infiltracao no fundo da fonte de agua (camada de colmatacao ou zona hiporreica) e a outra que abrange a passagem no aquifero ate o poco de producao, onde, as velocidades de degradacao e sorcao sao menores. Outros processos importantes sao a dispersao e mistura com agua subterranea local que diminuem e equilibram as concentracoes dos constituintes da agua do manancial (Kuehn e Mueller, 2000; Hiscock e Grischek, 2002).

A zona hiporreica e particularmente importante, porque, como mencionado, nela ocorrem grande parte dos processos de remocao de contaminantes. No entanto, essa regiao pode tambem atuar como uma barreira fisica e consequentemente reduzir a taxa de infiltracao. De acordo com Gunkel e Hoffmann (2009) a colmatacao do sistema pode ser devida a processos mecanicos, quimicos e biologicos, como por exemplo a deposicao de materiais finos (silte, argila e materia organica particulada), precipitacao (como carbonato de calcio) e desenvolvimento de biomassa (algas, bacterias e sustancias polimericas extracelulares), respectivamente. No entanto, segundo os mesmos autores, existem mecanismos que permitem a regeneracao da area de infiltracao. O proprio fluxo do rio ou um aumento da vazao durante epocas de cheia realizam a limpeza do sistema. No caso de lagos e outros reservatorios, as ondas e o movimento gerado pelo vento permitem a re-suspensao dos materiais finos. Alem disso, no fundo do manancial o movimento e migracao da meiofauna (organismos pequenos, mas nao microscopicos, que habitam os sedimentos) abrem os intersticios do sedimento permitindo a infiltracao. Esses pequenos organismos podem inclusive se alimentar de parte da materia organica particulada presente nos poros do sistema, tendo como resultado a desobstrucao e recuperacao da capacidade hidraulica do sistema de FM (Gunkel e Hoffmann, 2009).

Premissas para a aplicacao da FM

Para a operacao de um sistema de FM o primeiro pre-requisito e a disponibilidade de fontes de agua superficial e subterranea perenes (Hulshoff et al., 2009). Em seguida deve-se considerar a hidrogeologia do aquifero, hidrologia do corpo de agua, morfologia e composicao do fundo do manancial superficial e a qualidade e temperatura da agua superficial e subterranea. As seguintes seccoes resumem essas condicoes conforme recomendado por Grischek et al. (2007) e Grischek e Ray (2009).

Hidrogeologia. A primeira condicao para a aplicacao com sucesso da FM e a interacao entre o manancial superficial e a agua subterranea. A producao e qualidade da agua tratada por FM sao determinadas pelo: a) tamanho do manancial superficial e do aquifero, b) as condicoes do limite hidrogeologico, c) a composicao do material do aquifero, e d) as caracteristicas do fundo e a margem conhecida como zona hiporreica. Normalmente, a FM e aplicada com sucesso em aquiferos de aluvioes formados por areia e cascalho, assim como em locais que apresentam preferencialmente espessura de aquifero >10m e condutividade hidraulica entre [10.sup.-2] e [10.sup.-4]m x [s.sup.-1]. No entanto, podem apresentar espessura e condutividade hidraulicas inferiores e menores respectivamente. Nao ha preferencia entre aquiferos confinados ou nao-confinados, contudo em alguns casos a presenca de uma pequena camada de silte ou argila na superficie protege-os da contaminacao por microrganismos patogenicos durante periodos de alagamento (no caso de aquiferos nao-confinados). Finalmente, nos casos em que ocorre infiltracao natural (sem bombeamento) da agua superficial ao aquifero sao obtidas condicoes estaveis de qualidade de agua e remocao de compostos organicos em menor tempo apos o inicio da operacao de um sistema de FM. Isto devido a presenca de microrganismos importantes habituados aos sedimentos do leito do rio e da zona hiporreica que contribuem na mudanca da qualidade da agua infiltrada.

Hidrologia. A dinamica e o volume de escoamento devem ser avaliados cuidadosamente ao estudar a morfologia, o canal do rio, as modificacoes no leito do rio, o transporte de solidos e a interacao entre o rio e a agua subterranea local. Eventuais periodos de alta vazao trazem beneficios porque podem causar a erosao ou limpeza no fundo do rio permitindo a remocao de materiais previamente depositados. Contrariamente, a construcao de barragens, por exemplo, podem mudar as caracteristicas dos rios, afetando o transporte e deposicao de sedimentos, a erosao no leito do rio e consequentemente as interacoes com a agua subterranea.

Morfologia e composicao do fundo do rio. A premissa principal para considerar um local para FM e a existencia de um rio com margens estaveis e um fundo arenoso em contato com um aquifero aluvial formado por areia ou cascalho. Numa segunda estimativa, para evitar a colmatacao, devese considerar a declividade da superficie do rio, a velocidade da agua e a composicao do material no fundo do rio.

O perfil de um rio mostra nas partes altas muita declividade que provoca uma alta velocidade da agua acarretando em maior erosao. Normalmente, nas partes altas os aquiferos sao de pouca espessura e os sedimentos do fundo sao muito grosseiros. Ja na parte baixa dos rios a declividade e menor e consequentemente a velocidade da agua diminui ao ponto que os sedimentos finos sao depositados. Nos pontos medios do perfil do rio os processos de erosao e deposicao dos materiais, devido a declividade intermedia, acontecem alternativamente permitindo a formacao de locais mais apropriados para a FM. Nos EUA e na Europa uma grande quantidade de sistemas de FM sao operados com sucesso em rios com declividade superficial entre 0,2 e 0,8m x [km.sup.-1].

A velocidade da agua no rio varia substancialmente com a declividade e com a forma da calha do rio. Nas regioes planas os rios formam curvas devido a inercia do fluxo, nessas regioes curvas e favorecida a obtencao de agua filtrada em margem sobre agua subterranea (Figura 2). Na parte externa da curva existe uma maior velocidade de agua causando aumento da erosao. Consequentemente, a profundidade do rio e a presenca de materiais resistentes a erosao (por exemplo pedregulho, seixo) sao maiores, gerando um leito do rio estavel e eventualmente compactado. A inducao da infiltracao nessa regiao do rio faz que materiais mais finos colmatarem os espacos entre os materiais maiores. Esses materiais finos nao sao removidos mesmo durante enchentes, gerando uma regiao pouco favoravel para a FM. O comportamento em regioes internas da curva a velocidade da agua e menor e permite processos alternados de deposicao e erosao gerando um leito do rio com materiais que permitam a infiltracao. Em muitos locais de FM na Europa a velocidade da agua e >1m x [s.sup.-1] e a tensao de cisalhamento e >5N x [m.sup.-2].

A permeabilidade no leito do rio e controlada pelos materiais depositados no seu leito. A infiltracao de agua superficial e maior em regioes com materiais com granulometria maior encontrados em trechos do rio com alta velocidade. Porem, a simples analise granulometrica nao e suficiente para selecionar um local para utilizar a tecnica da FM, dados hidrologicos e de tensao de cisalhamento sao necessarios. O uso do diagrama de Hjulstrom pode ser um guia util uma vez que relaciona o diametro das particulas com os processos de erosao, transporte e deposicao dos sedimentos conforme o fluxo permitindo estimar o tipo de material presente no leito do rio. Nessa regiao, uma mistura de sedimentos de varios tamanhos e o mais apropriado para aumentar a mobilidade e evitar a colmatacao. Dessa forma, e dependendo da vazao de bombeamento, a localizacao do poco, a turbidez e conteudo de materia organica particulada na agua do rio pode-se garantir uma taxa de infiltracao <0,2[m.sup.3] x [m.sup.-2] x [d.sup.-1], apropriada para evitar a colmatacao. Essas condicoes devem ser consideradas como um guia geral ja que a FM pode ser utilizada numa grande variedade de condicoes locais especificas.

Temperatura e qualidade da agua superficial. A temperatura da agua superficial afeta a viscosidade da agua e consequentemente influencia a taxa de infiltracao. Deve-se esperar variacao sazonal e tambem diaria devido as diferentes temperaturas. Alem disso, a temperatura esta relacionada com processos importantes como a biodegradacao, adsorcao e dissolucao de gases no leito do rio e no aquifero. A biodegradacao de compostos organicos aumenta com a temperatura, porem favorece o aumento do crescimento de algas e menores concentracoes de oxigenio especialmente durante a noite. A concentracao de oxigenio deve ser suficientemente alta para evitar condicoes anoxias no aquifero que ocasionariam a dissolucao de ferro, manganes e arsenico; gerando a necessidade de tratamentos posteriores. A temperatura da agua superficial deve estar idealmente na mesma faixa da temperatura da agua potavel ou com baixas variacoes de temperatura para evitar a formacao de gases e processos de precipitacao que podem colmatar o leito do rio. Caso contrario, uma maior distancia entre os pocos e a fonte de agua superficial e aquiferos com uma espessura maior ajudariam a diminuir esses problemas ao equilibrar a temperatura da agua no aquifero e permitir processos de mistura com a agua subterranea local.

Investigacoes Previas a Implantacao da FM

No momento de identificar o local para a implantacao da filtracao em margem primeiramente deve-se procurar por informacoes existentes. Nesse sentido os dados hidrogeologicos do Servico Geologico do Brasil sao muito apropriados e, no caso especifico do Estado de Santa Catarina, o mapa desenvolvido neste estudo, pode ser utilizado como primeira aproximacao. Posteriormente, e recomendavel revisar se existe literatura sobre o local, dados geodesicos para determinar o nivel da superficie da terra, localizacao dos pocos, nivel e qualidade da agua. Na ausencia dessa informacao, Sandhu et al. (2011b) recomendam as seguintes etapas: reconhecimento visual das possiveis areas de implantacao e determinar datum do poco e do solo (para determinar o nivel freatico). Escolhido o local e determinadas as referencias, sao efetuados em paralelo estudos de campo e de laboratorio, que compreendem: a) estudo de campo: monitoramento dos niveis de aguas subterraneas e parametros de qualidade de agua em campo: pH, oxigenio dissolvido, temperatura e condutividade eletrica; e b) estudos laboratoriais: determinacao da alcalinidade total, dureza total, [Cl.sup.-], S[O.sub.4.sup.-2], [Mg.sup.2+], [Na.sup.+], [K.sup.+], N[O.sub.3.sup.-], carbono organico dissolvido, metais pesados, coliformes totais e termotolerantes. Os dados do estudo de campo servem como base para a construcao e calibracao de um modelo de simulacao da agua subterranea e obtencao de parametros como tempo de residencia, efeitos sazonais e trajeto da agua filtrada em margem (Sandhu et al., 2011). Os estudos de laboratorio permitem determinar as alteracoes da qualidade da agua filtrada em margem durante o processo de infiltracao. Vale ressaltar novamente, que a agua filtrada em margem e uma mistura da agua superficial com a agua subterranea local.

Determinacao de Locais com Potencial para a Aplicacao da FM

Conforme mencionado anteriormente a aplicacao da FM depende da hidrogeologia, hidrologia, morfologia, da composicao do fundo do rio e da qualidade e temperatura da agua superficial e subterranea presentes no local. Em uma primeira aproximacao, e partindo da experiencia em outras latitudes, as formacoes geologicas aluvionares e de materiais nao consolidados tem sido determinados como locais com maior potencial para aplicar a FM.

No Brasil, o Servico Geologico do Brasil vem desenvolvendo o Atlas Hidrogeologico do Brasil ao Milionesimo (CPRM, 2014) em ambiente SIG. O Atlas esta composto por 46 folhas que compoem a Carta Internacional do Mundo ao Milionesimo, CIM, que cobrem o Brasil. Dessas 46 folhas, os elementos basicos do mapeamento no Atlas, sao definidos por unidades hidroestratigraficas que abrangem formacoes geologicas ou parte delas que armazenam e transmitem agua de forma semelhante e mesma ordem de grandeza (CPRM, 2014). O Estado de Santa Catarina esta representado na folha SG-22 Curitiba e na folha SH-22 Porto Alegre. Dentre dessas folhas, as unidades hidroestratigraficas, que apresentam caracteristicas apropriadas para a FM sao as unidades granulares, especificamente, os depositos aluvionares (Qa) e os depositos litoraneos (QI).

Segundo a caracterizacao dada no Atlas (CPRM, 2014) os depositos aluvionares sao formados por areias grosas, cascalhos e areias finas a medias com silte e argila. Os sedimentos constituem um aquifero livre continuo, com extensao e espessuras limitadas, vazoes de 10-25[m.sup.3] x [h.sup.-1], produtividade definida no Atlas como 'Geralmente Baixa, porem localmente Moderada', e agua de qualidade boa para o consumo humano (CPRM, 2014). Os depositos litoraneos sao depositos eolico-lacustrino-fluviais formados por areias de granulometria fina a media, marinhos com camadas de argilas com variadas espessuras e depositos deltaicos de menor expressao. Segundo o Atlas, as profundidades dos pocos variam entre 20 e 180m, vazao media de 35[m.sup.3]/h, produtividade 'Geralmente Baixa, porem localmente Moderada', a agua produzida apresenta pH medio ~7,5, em alguns locais a concentracao do ferro fica acima do limite (0,3mg x [l.sup.-1]) e acentuado odor de gas sulfidrico (CPRM, 2014). Conforme mencionado, os depositos aluvionares e os depositos litoraneos apresentam carateristicas onde a FM poderia se aplicar, e seria interessante do ponto de vista do abastecimento, pois como os aquiferos sao considerados com produtividade 'Geralmente Baixa, porem localmente Moderada', a construcao do pocos proximo as margens de rios e lagos pode aumentar a produtividade dos mesmos.

Neste estudo, a partir dos shapefiles das folhas SG-22 e SH-22 do Atlas e dos shapefiles dos espelhos d'agua de Santa Catarina, foi possivel elaborar o mapa da Figura 3. Conforme o mapa construido, as regioes apresentam formacoes do tipo aluviao e depositos litoraneos sao encontradas proximas ao litoral. A area marcada no mapa de formacoes do tipo aluvial e do tipo litoraneo abrangeram 1,557 e 3,113[km.sup.2] respectivamente, o que representa 4,88% da area total do Estado de Santa Catarina. Essas regioes sao predominantemente planas onde o gradiente e a velocidade da agua sao baixos favorecendo a deposicao de sedimentos. No entanto, nas regioes curvas dos rios poderiam se mostrar promissoras. A presenca de lagoas costeiras nesse tipo de formacoes tambem apresentam potencial para a FM, principalmente em regioes onde os ventos possam gerar movimento suficiente para limpar o leito do manancial. Como mencionado na seguinte secao, a Lagoa do Peri e um exemplo desse tipo de local.

Como exemplos de locais importantes, onde a FM se poderia considerar uma opcao sao os municipios de Balneario Camboriu e Camboriu e do sistema integrado de Florianopolis, especificamente no rio Cubatao do Sul. Como pode se observar no mapa da Figura 3, ao redor do Rio Camboriu existem depositos aluviais e o rio Cubatao do Sul esta localizado sobre depositos litoraneos. Da mesma forma outras regioes no litoral catarinense poderiam apresentar potencial para a FM. Adicionalmente, a FM poderia ser uma boa opcao no caso de alguns contaminantes especificos como as cianobacterias derivadas da poluicao antropica ou natural como no caso da Lagoa do Peri, como sera exposto a seguir.

Estudo de Caso: Lagoa do Peri, Santa Catarina

A Lagoa do Peri encontrase localizada na parte sul da Ilha de Santa Catarina (Figura 4). As atividades na lagoa eram limitadas a fins recreativos, no entanto, no ano 2000, a Companhia Catarinense de Agua e Saneamento (CASAN) comecou a tratar agua para consumo humano por meio de uma estacao de tratamento de filtracao direta. Durante o inverno a producao media e de 178 l x [s.sup.-1] e no verao ~197 l x [s.sup.-1]. Essa producao garante o abastecimento na regiao sul e parte do leste da ilha de ~102.000 e 113.000 habitantes respectivamente.

Caracteristicas da Lagoa do Peri

Nas seguintes seccoes sao apresentadas informacoes existentes previas ao presente estudo. Posteriormente, sao detalhados a metodologia e os resultados do estudo realizado durante o ano 2011.

Aspectos geograficos e morfologicos. O manancial Lagoa do Peri tem area superficial de 5,2[km.sup.2], area de drenagem de 20,1[km.sup.2] e profundidade media de 4,2m. A lagoa e alimentada principalmente por dois rios, o Rio Cachoeira Grande e o Rio Ribeirao Grande, tem contato com o mar atraves de um canal (canal sangradouro). A Lagoa do Peri fica ~3m acima do nivel do mar, isso faz com que a lagoa nao receba agua salgada, portanto sendo totalmente doce.

Qualidade da agua. A agua da Lagoa do Peri tem mostrado homogeneidade tanto horizontal (Laudares-Silva, 1999; Simonassi, 2001; Hennemann e Petrucio, 2011) como verticalmente (Laudares-Silva, 1999; Hennemann e Petrucio, 2011). Segundo os autores a influencia dos ventos N-NE e S-SE sao os responsaveis da homogeneidade das aguas da lagoa.

Durante o estudo realizado por Hennemann e Petrucio, (2011) a agua da lagoa apresentou pH 7,0, oxigenio ~90% (5,6-9,4m x [gl.sup.-1]) e condutividade eletrica entre 61,0 e 88,0[micro]S x [cm.sup.-2], confirmando a ausencia da influencia marinha. A concentracao de nitrogenio total e fosforo total foram consideradas baixas para uma lagoa costeira (maximo 1,096[micro]g x [l.sup.-1] e 2,5[micro]g x [l.sup.-1] respectivamente). No mesmo periodo, a lagoa mostrou condicoes mesotroficas quanto a clorofila-a (intervalo 4,5-32,3[micro]g x [l.sup.-1]; media 17,7[micro]g x [l.sup.-1]) e transparencia (0,8-1,35m). Esses altos valores de clorofila-a normalmente sao associados com problemas de eutrofizacao. No entanto, no caso da Lagoa do Peri a aparente contradicao entre a baixa concentracao em nutrientes e os valores de transparencia e clorofila-a pode-se explicar pelas altas densidades e monodominancia da especie de cianobacteria Cilindrospermopsis raciborski (biovolume 9,63 -36,39[mm.sup.3] x [l.sup.-1]) (Grellmann, 2006). A presenca dessa especie de cianobacteria, potencialmente toxica, exigiria sistemas de tratamento de agua em varias etapas ou no caso, a FM tem se mostrado efetiva (Sens et al., 2006).

Geologia e sedimentologia. De acordo com Oliveira (2002) a regiao ao redor da Lagoa de Peri apresenta dois setores geologicos principais: um embasamento cristalino e uma planicie costeira. A primeira regiao esta formada por granito (Granito Ilha) e rocha vulcanica do tipo riolito (Riolito Cambirela). O granito abrange a regiao N-NE, O, SO, S e SE ao redor da lagoa e a rocha vulcanica encontra-se numa pequena faixa ao SE da lagoa e tambem em quantidade pequenas na parte NE da mesma. A planicie costeira de ~1,6[km.sup.2] separa a lagoa do Oceano Atlantico. Distribuida de sul a norte a zona apresenta face arenosa de predominio marinho-eolico de origem holocenica e pleistocenica. Os depositos constituidos principalmente por areia fina e media ate uma profundidade ~20m, onde uma camada de areia argilosa limita o aquifero (Sens et al., 2006).

A analise sedimentar do leito da Lagoa do Peri apresentou duas regioes claramente diferenciadas: sedimentos ricos em materia organica e sedimentos inorganicos (Simonassi, 2001; Mondardo, 2004). A primeira regiao, localizada no sector central, SO e O apresenta concentracoes de materia organica >10% (media de 20 amostras= 33,4%). Os sedimentos foram classificados como siltico -argilosos e argilo-siltosos. A origem desses sedimentos sao a materia organica da vegetacao e a erosao da rocha cristalina circundantes respectivamente. A zona rica em sedimentos inorganicos reflete a regiao costeira localizada na parte leste da lagoa mencionada no paragrafo anterior. Os sedimentos sao constituidos em mais de 75% por areia quartzosa fina e media com um baixo conteudo de materia organica (medida por perda por ignicao).

Metodologia

Considerando as caracteristicas da agua da lagoa e as caracteristicas geologicas e sedimentologicas da regiao costeira da Lagoa do Peri, varios estudos foram realizados para determinar a possivel aplicacao da FM como sistema de tratamento.

Caracterizacao hidrogeologica

A condutividade hidraulica foi determinada utilizando os metodos de permeametro de carga constante e o metodo de conduto de carga variavel descritos por Klute e Dirksen (1986) e Chen (2000) respectivamente. As determinacoes foram realizadas nos primeiros 20cm do leito da lagoa e no solo entre a margem da lagoa e o poco colocado a 20m da mesma.

A condutividade hidraulica horizontal e vertical no aquifero foram determinadas mediante um teste de bombeamento. A analise dos dados foi realizada pelos metodos de Cooper-Jacob, Moench, Neuman e Theis utilizando o Teste de Aquifero software 3.5 (Waterloo Hydrogeologic, Inc., Kitchener, ON, Canada).

Testes granulometricos foram realizados em amostras coletadas a cada 10cm ate uma profundidade de 50cm o leito da lagoa. O teste foi realizado de acordo com a norma ASTM D422-63 (ASTM, 2003).

Amostragem e analises da agua bruta e da agua filtrada

Um poco de producao foi instalado a 20m da margem da lagoa, com profundidade de 12m e 50mm de diametro. Os aspectos construtivos foram de acordo com a norma ABNT 15495-1:2007 (ABNT, 2007). Utilizando uma bomba de 1/2 CV marca Schneider modelo BCR 2000 foi iniciado o bombeamento no poco (~35[m.sup.3]/dia).

Amostragem da agua bruta da lagoa e da agua filtrada em margem foi realizado no poco de captacao desde o inicio de maio ate o final de julho do 2011. Com o auxilio de sonda multiparametros modelo MP 20 marca QED Environmental System (Dexter, MI, EEUU) foram obtidos os parametros pH, oxigenio dissolvido, saturacao de oxigenion (%), temperatura, condutividade e potencial redox (Eh). Os parametros turbidez e cor aparente foram determinados com equipamentos marca Hach modelos 2100P e DR 2010 respectivamente. Ferro (II), manganes (II) e sulfeto foram determinados imediatamente apos a coleta usando um espectrofotometro 2010 Hach seguindo os metodos 8146 (1,10 Phenanthroline Method), 8149 (PAN method) e 8131 (Methylene Blue Method) respectivamente (Hach, 2000). Os ions sulfato e nitrato foram determinados por cromatografia de ions usando um cromatografo DIONEX 100 seguindo metodos padrao (APHA, 2005). A alcalinidade, e durezas total, calcio e magnesio, foram mensuradas por titulacao seguindo os metodos e recomendacoes da APHA (2005).

Resultados e Discussao

Caracterizacao hidrogeologica

Varios testes foram realizados para determinar o potencial da FM na Lagoa do Peri. Os testes de condutividade hidraulica mostraram que o leito da lagoa apresenta valores proximos a 10-4m x [s.sup.-1] na regiao da captacao da estacao de tratamento de aguas (ETA) da CASAN. No aquifero, por meio de teste de bombeamento, a condutividade hidraulica estimada foi de 1,5x[10.sup.-4]m x [s.sup.-1] calculado pelo metodo de Theis, e de Kv (condutividade hidraulica vertical) de 1,42x[10.sup.-5]m x [s.sup.-1] e Kh (condutividade hidraulica horizontal) de 1,42x[10.sup.-4]m x [s.sup.-1] (Kh/Kv= 10) pelo metodo de Moench. Esses valores sao condizentes com a granulometria encontrada nos primeiros 50cm do leito da lagoa, onde a media de cinco analises mostrou perto de 13% de areia media (0,25-0,5mm), 83% areia fina (0,125-0,25mm), 3,5% areia muito fina (0,063-0,125mm) e <0,02% de finos (silte e argila, <0,063mm). Tanto as caracteristicas granulometricas quanto os valores de condutividade hidraulica no leito da lagoa e no aquifero sao similares aos encontrados em outras latitudes (Grischek et al., 2007; Grischek e Ray, 2009).

Qualidade da agua filtrada em margem

Tendo que as caracteristicas hidrogeologicas na Lagoa de Neri sao promissoras, foi avaliada as diferencas entre a agua bruta e a agua do poco de producao. Os resultados sao apresentados na Tabela I e em seguida sao discutidos cada um dos parametros avaliados.

Mesmo que neste estudo nao foram avaliados parametros microbiologicos como coliformes termotolerantes, a turbidez encontrada na agua filtrada em margem (Tabela I) indica uma boa qualidade microbiana. A turbidez normalmente e utilizada como um indicador da quantidade de materiais suspensos e estes sao relacionados com a qualidade microbiana da agua (Ray et al., 2002). Adicionalmente, num estudo anterior, no mesmo local e em um poco tambem a 20m da margem da lagoa foi mostrado uma reducao do 100% de celulas de fitoplancton total, em comparacao com a agua bruta, que apresentam valores de cianobacterias da ordem de 105-106 celulas/ ml (Sens et al., 2006).

Alem da turbidez, a agua bruta da lagoa apresenta valores superiores a norma em cor aparente, no entanto, na passagem pelo subsolo a cor e reduzida ate atingir valores inferiores a regulamentacao (Tabela I). Essa reducao em cor aparente esta relacionada com uma reducao de materia organica dissolvida responsavel pela cor. Alem de eliminar a cor na agua, a reducao da materia organica dissolvida na agua esta associada com a producao de agua biologicamente estavel e uma diminuicao no consumo de desinfetantes como tambem na producao de subprodutos da desinfecao (Kuehn e Mueller, 2000).

O principal mecanismo de remocao de materia organica durante a FM e devido principalmente a processos de biodegradacao e em menor proporcao de sorcao (Grunheid et al., 2005). Durante a biodegradacao da materia organica os microrganismos consomem primeiramente oxigenio e posteriormente outros receptores de eletrons na ordem nitrato, manganes (IV), ferro (III), sulfato e materia organica. Os resultados da Tabela I indicam um rapido consumo do oxigenio disponivel na agua da lagoa gerando condicoes anoxicas como o indica o valor negativo do potencial oxido reducao (ORP). O ion nitrato na agua bruta e muito baixo e o gerado durante a biodegradacao e consumido rapidamente no caminho pelo subsolo. As concentracoes de ferro (II), manganes (II) e sulfeto de hidrogenio na agua do poco sao baixas, a pesar das condicoes anoxicas geradas. No entanto, se faz necessario uma etapa de tratamento posterior para eliminar esses subprodutos da degradacao. Nesse sentido, poderia se aproveitar a infraestrutura da ETA existente no local para introduzir as etapas de areacao e filtracao necessarias para obter agua de boa qualidade.

Finalmente, durante o percurso da agua ate o poco observa-se um incremento nos parametros condutividade, alcalinidade, dureza total, dureza calcio e dureza magnesio. Esse aumento e devido a erosao dos materiais de origem marinha que compoem o aquifero. Situacao similar tem sido observada no Lagoa Nainitial na India (Dash et al., 2008).

Conclusoes e Consideracoes Finais

Para a correta aplicacao da FM deve se contar com fontes de agua superficial e subterranea perenes e em conexao hidraulica com o aquifero local formado por materiais aluviais ou nao consolidados. A hidrogeologia do aquifero, hidrologia do corpo de agua, morfologia do rio, composicao do fundo do rio, a qualidade e temperatura da agua superficial e subterranea sao outros caracteristicas locais a considerar para aplicar a FM.

A partir do Atlas Hidrogeologico do Brasil ao Milionesimo (CPRM, 2014) em ambiente SIG e possivel determinar as regioes com potencial para a aplicacao de FM no pais. Em geral, os depositos aluvionares e os depositos litoraneos sao os mais promissores. No estado de Santa Catarina esse tipo de formacoes geologicas encontram-se nas regioes litoraneas. Em muitas dessas zonas, dependendo das condicoes locais, poderiam se explorar o uso de lagoas costeiras e nas regioes planas proximas as curvas de rios, como alternativa de obtencao de manancial para abastecimento publico.

A partir do mapa tematico desenvolvido foi determinado que no estado de Santa Catariana cerca de 4,88% da area apresenta caracteristicas com potencial para a FM. Essa percentagem corresponde com formacoes do tipo aluvial e do tipo litoraneo que abrangeram 1,557 e 3,113[km.sup.2] respectivamente. No caso dos locais em potencial estiverem proximo ao oceano, e preciso despender especial atencao quanto a cunha salina, necessitando de sistemas piloto e modelagem para garantir o sucesso da tecnica. Os modelos devem ser desenvolvidos de modo a evitar a intrusao da cunha salina, fornecendo com dados como distancia e vazao maxima de producao.

Contudo deve-se ressaltar que tanto devem ser observados aspectos quantitativos como qualitativos para que a FM seja aplicada com eficiencia, no entanto como mostrado no caso especifico da Lagoa do Peri, pode ser uma tecnica importante como pre-tratamento no caso da agua bruta conter contaminantes especificos como as cianobacterias. Especial atencao se deve dar no caso da agua filtrada em margem apresentar condicoes anoxicas necessitando um pos tratamento de aeracao e filtracao por exemplo.

Recebido: 14/01/2016. Modificado: 18/10/2016. Aceito: 21/10/2016.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Consejo Nacional para Investigaciones Cientificas de Costa Rica, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico do Brasil e ao Instituto Tecnologico de Costa Rica pela bolsa de Doutorado do Luis G. Romero; a Vicerrectoria de Investigacion y Extension del Instituto Tecnologico de Costa Rica pela sua contribuicao na publicacao desde documento; a Andersom Paiva, Universidade Federal de Pernambuco, por sua colaboracao na realizacao dos calculos do teste de bombeamento; e a Jose Andres Araya, Instituto Tecnologico de Costa Rica, por a sua colaboracao na confeccao do mapa tematico a partir do Atlas.

REFERENCIAS

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Bruno S. Pizzolatti. Doutor em Engenharia Ambiental, UFSC, Brasil. Professor, Universidade Federal de Santa Maria, Brasil.

Mauricio L. Sens. Doutor em Engenharia Ambiental, Universite de Rennes I, Francia. Professor, UFSC, Brasil.

TABELA I
COMPARACAO DA QUALIDADE DA AGUA BRUTA E FILTRADA EM MARGEM COM A
PORTARIA No. 2.914 *

Parametros                                    AB

Turbidez (NTU)                     6,70 (a) [+ or -] 0,89 (b)

Cor aparente (uH)                        90 [+ or -] 3
Temperatura ([degrees]C)              20,67 [+ or -] 3,95
Condutividade ([micro]S x                64 [+ or -] 4
  [cm.sup.-1])
pH                                     7,38 [+ or -] 0,64
Alcalinidade (mg x [l.sup.-1])          7,4 [+ or -] 0,27
Dureza total (mg x [l.sup.-1])           11 [+ or -] 0,8
Dureza calcio (mg x [l.sup.-1])         7,8 [+ or -] 3,1
Dureza magnesio                         4,2 [+ or -] 2,6
  (mg x [l.sup.-1])
OD (mg x [l.sup.-1])                   8,64 [+ or -] 0,68
N[O.sub.3.sup.-1]                     <0,018
  (mg x [l.sup.-1])
[Mn.sup.2+] (mg x [l.sup.-1])         0,017 [+ or -] 0,003
[Fe.sup.2+] (mg x [l.sup.-1])         0,013 [+ or -] 0,014
[H.sub.2]S (mg x [l.sup.-1])          0,007 [+ or -] 0,002
S[O.sub.4.sup.2-] (mg x                3,06 [+ or -] 0,17
  [l.sup.-1])

Parametros                                 P20             Portaria
                                                           No. 2.914

Turbidez (NTU)                       0,19 [+ or -] 0,07    0,5 (c)/
                                                            1,0 (d)
Cor aparente (uH)                       6 [+ or -] 3          15
Temperatura ([degrees]C)            22,35 [+ or -] 0,18
Condutividade ([micro]S x             235 [+ or -] 10
  [cm.sup.-1])
pH                                   7,86 [+ or -] 0,13
Alcalinidade (mg x [l.sup.-1])        105 [+ or -] 5
Dureza total (mg x [l.sup.-1])         96 [+ or -] 8          500
Dureza calcio (mg x [l.sup.-1])        85 [+ or -] 4,7
Dureza magnesio                       1 0 [+ or -] 10
  (mg x [l.sup.-1])
OD (mg x [l.sup.-1])                 0,22 [+ or -] 0,23
N[O.sub.3.sup.-1]                   <0,018                     10
  (mg x [l.sup.-1])
[Mn.sup.2+] (mg x [l.sup.-1])       0,094 [+ or -] 0,036
[Fe.sup.2+] (mg x [l.sup.-1])       0,010 [+ or -] 0,009      250
[H.sub.2]S (mg x [l.sup.-1])        0,018 [+ or -] 0,020
S[O.sub.4.sup.2-] (mg x               <0,52
  [l.sup.-1])

* Brasil (2011). (a) media, (b) desvio padrao, (c) filtracao rapida,
(d) filtracao lenta.
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Title Annotation:texto en portugues
Author:Romero-Esquivel, Luis G.; Pizzolatti, Bruno S.; Sens, Mauricio L.
Publication:Interciencia
Date:Nov 1, 2016
Words:7137
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