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TRATAMENTO DE EXCEDENTES ATRAVÉS DE LEITOS DE MACRÓFITAS
Joana PISOEIRO1; Ana GALVÃO2; Filipa FERREIRA2, José MATOS3, Paulo INOCÊNCIO4
Resumo
A utilização de leitos de macrófitas para o tratamento de águas residuais constitui
actualmente uma tecnologia considerada sustentável, uma vez que procura recriar
condições naturais com reduzida utilização de recursos materiais e humanos, apresentando
igualmente mais valias como sendo uma boa integração paisagística.
Tendo sido usualmente aplicada para o tratamento de efluentes domésticos pequenos
aglomerados, esta tecnologia tem vindo a ser aplicada progressivamente a outras origens
de águas residuais, como para o tratamento de excedentes de águas residuais em sistemas
pseudo-separativos. O presente estudo analisa o desempenho de leitos de macrófitas no
tratamento de excedentes simulados da ETAR de Frielas, através da avaliação da eficiência
de tratamento relativa à Carência Química de Oxigénio, Sólidos Suspensos Totais e
Enterococos. Os resultados dizem respeito à monitorização de uma instalação experimental
durante o segundo ano de operação, tendo-se igualmente comparado resultados com o
primeiro ano de operação (ano de arranque).
Palavras-chave: excedentes; águas residuais; leitos de macrófitas; soluções naturais.
1 Aluna finalista de Engenharia Civil, IST, Portugal ([email protected])
2 Professora Auxiliar, IST, Lisboa, Portugal ([email protected])
3 Professor Catedrático, IST, Lisboa, Portugal ([email protected])
4 SIMTEJO. Saneamento Integrado dos Municípios do Tejo e Trancão, S.A.
2
1. INTRODUÇÃO
O tratamento de água através de leitos de macrófitas é um tratamento que procura recriar
sistemas naturais baseados em processos físicos, químicos e biológicos idênticos aos que
surgem em habitats de zonas húmidas. Esta tecnologia apresenta grandes vantagens,
nomeadamente baixos custo de manutenção, não necessitando de mão de obra
especializada e sendo de fácil integração paisagística. Os leitos de macrófitas podem ser
divididos em dois grupos distintos no que diz respeito às características do escoamento, que
pode ser do tipo subsuperfícial ou superficial.
Um leito de macrófitas com escoamento do tipo subsuperficial, cuja representação
esquemática se apresenta na Figura 1.1, é constituído por uma bacia impermeabilizada de
pequena profundidade preenchida com um meio poroso no interior, na qual o afluente é
inserido através de um tubo perfurado colocado a meia altura de uma das extremidades. À
superfície são estabelecidas plantas do tipo macrófitas, com elevada capacidade de
adaptação a terrenos inundados, sendo o controlo do nível de água realizado a jusante, por
forma a manter o nível desejado.
Figura 1.1 – Leito de macrófitas de escoamento subsuperficial predominantemente horizontal
(adaptado de EPA, 1999)
No caso de um leito de escoamento do tipo superfícial, cuja representação esquemática se
apresenta na Figura 1.2, o leito é totalmente preenchido com água, apresentado macrófitas
à superfície, flutuantes, submersas ou ainda emergentes.
Zona de
tratamento
Comprimento
Zona de entrada
Superfície de declive
nulo Zona de
saída
Zona de
tratamento
Controle do
nível
Efluente
Superfície com declive (<1%)
Largura
Efluente gradado
Profundidade
Camada Impermeabilizante
3
Figura 1.2 – Leito de macrófitas de escoamento superficial predominantemente horizontal
(adaptado de EPA,1999)
Embora os leitos de macrófitas sejam usualmente aplicados no tratamento de águas
residuais domésticas, com ênfase para pequenos aglomerados, actualmente esta técnica
encontra-se referênciada para aplicação a efluentes diversos como é o caso do tratamento
de, por exemplo, águas lexiviantes (aterros, minas), efluentes industriais, escorrências
pluviais e excedentes de sistemas de tratamento de águas residuais.
Este trabalho dá seguimento a um estudo de monitorização de uma instalação experimental
de leitos de macrófitas para o tratamento de excedentes. A análise incidiu sobre o
desempenho na remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO), Sólidos Suspensos
Totais (SST) e Enterococos.
2. MATERIAIS E MÉTODOS UTILIZADOS
2.1 Características da instalação experimental
A instalação experimental foi implementada na Estação de Tratamento de Águas Residuais
(ETAR) de Frielas, localizada no município de Loures. Esta ETAR iniciou o seu
funcionamento em 1999, servindo parte dos concelhos de Lisboa, Loures, Odivelas,
Amadora, Mafra, Sintra e Vila Franca de Xira, e estando dimensionada para um caudal de
ponta igual a 2300 L/s, com capacidade de resposta para cerca de 70 000 m3/dia. Na Figura
2.1 apresenta-se uma vista aérea da ETAR de Frielas, incluindo a localização da instalação
experimental.
Tubo de
saída
Superfície livre
Plantas emergentes Plantas flutuantes
Plantas submersas
Controlo do nível
Tubo distribuidor de afluente
Entrada
4
Figura 2.1 – Localização da instalação de Frielas e delimitação da própria estação
A linha de tratamento adoptada na ETAR de Frielas é constituída pelas seguintes etapas
principais (Amaral et al., 2011):
Fase líquida: Elevação com parafusos Arquimedes em dois estágios, gradagem
(média e fina), desarenação/desengorduramento (com injecção de ar), decantação
primária lamenar com tratamento físico-químico, elevação intermédia com parafusos
de Arquimedes, homogeneização/equalização, tratamento biológico por lamas
activadas em média carga (com difusão de ar em bolha fina), decantação
secundaria, biofiltração e desinfecção UV.
Fase sólida: Espessamento gravítico de lamas primárias, flotação das lamas
biológicas em excesso, mistura de lamas espessadas e flotadas, digestão primária
com cogeração de energia e desidratação de lamas por centrifugação.
Desodorização: Por lavagem química, ácida e alcalina/oxidante, em duas
instalações: uma para a elevação inicial e gradagem, e outra para o espessamento,
flotação e desidratação das lamas.
A instalação experimental é composta por quatro leitos cada um com dimensões de
555x361x400 mm, sendo a alimentação realizada através de baldes com capacidade de 10
5
litros (aos quais foram adicionadas válvulas) e um bidon de 75 litros a partir do qual se fez o
enchimento dos respectivos baldes. Os 4 leitos foram divididos em dois grupos distintos, A e
B. O grupo A é constituído pelo primeiros dois leitos (LM1 e LM2) os quais foram
alimentados semanalmente com 10 litros, enquanto que o grupo B, englobando os restantes
dois leitos (LM3 e LM4), foi alimentado com 20 litros semanalmente.
Cada grupo contém um leito plantado com Phragmites australis (LM2 e LM4) e outro sem
plantas (LM1 e LM3) por forma avaliar o efeito depurador das plantas.
Figura 2.2 – Vista geral da instalação experimental e identificação dos 4 leitos
Relativamente ao substrato colocado nos 4 leitos, foi escolhida gravilha de granulometria 4-8
mm, com uma profundidade de 40 cm e uma porosidade de cerca de 30%. Cada leito
contém também uma tubagem perfurada a montante, por forma a alimentar uniformemente
todo o leito, um tubo com cotovelo a jusante, controlando o nível de água no interior do leito,
e um tubo vertical perfurado através do qual se fez a medição do nível de água no interior do
leito.
O estudo foi realizado simulando excedentes de ETAR através da diluição do efluente após
gradagem com água do sistema de abastecimento público (numa relação de cerca de 2/3 de
água e 1/3 de afluente), previamente colocada no bidon durante uma semana para que o
cloro pudesse ser libertado.
2.2 Procedimentos
As campanhas foram realizadas duas vezes por semana de 3 de Abril de 2012 a 8 de Junho
de 2012, tendo-se analisado no local alguns dos parâmetros, como é o caso do pH, do
potencial redox, condutividade, temperatura e oxigénio dissolvido (em percentagem e em
concentração). Uma vez que a análise de CQO, SST e Enterococos intestinais é feita
laboratorialmente, foram recolhidas as amostras necessárias e transportadas em frio até ao
laboratório do IST.
LM11
LM21
LM31
LM41
6
Semanalmente foi executado o seguinte procedimento:
1) Recolha de amostras para análises; 2) Esvaziamento de todos os leitos, com leitura do volume retirado, e leitura do nível no
final; 3) Bombeamento do afluente primário para o bidon (previamente cheio, até 2/3 do seu
volume com água); 4) Recolha de amostras do bidon e alimentação do grupo A com 10 L e do grupo B com
20L, agitando continuamente o efluente no bidon; 5) Após 24h recolha de amostras para análises.
2.3 Estudo antecedente
O presente estudo dá continuidade ao trabalho desenvolvido por Amaral (2011), que
analisou o desempenho da instalação experimental no seu período de arranque, entre Abril
e Julho de 2011. Os procedimentos adoptados no presente trabalho reproduziram os
procedimentos efectuados no ano de arranque, e em igual período do ano.
3. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS
Durante a monitorização da instalação experimental realizada na fase de arranque (ano de
2011), verificou-se um crescimento das macrófitas superior no leito LM4 comparativamente
ao leito LM2, atribuído a um stress hídrico sentido no leito LM2, o qual recebeu um menor
volume de afluente (Amaral, 2011). Em 2012, decorrido um ano do estabelecimento da
instalação, as condições de crescimento e sobrevivência das plantas no leito LM2 foram
agravadas devido provavelmente ao forte período de seca a que os leitos estiveram
expostos, resultado de um Inverno excepcionalmente seco. Esta situação pode ser
observada na Figura 3.1.
Figura 3.1 – Evolução das macrófitas no LM2 entre 2011 e 2012.
Já no leito LM4 verificou-se um crescimento normal e uma taxa de sobrevivência alta como
se pode analisar na Figura 3.2 onde se encontra apresentada a evolução das plantas nos
anos de 2011 e 2012.
2011 2012
7
Figura 3.2 – Evolução das macrófitas no LM4 num ano
Na Figura 3.3 encontram-se representadas as variações Abril e Junho de 2012, da concentração da CQO, SST e Enterococos intestinais estando também representada a precipitação e identificado como “alimentação” as concentrações do afluente aos leitos. Os dados apresentados de precipitação diária são referentes à estação de Caneças, pertencente ao SNIRH (estação 21B/11UG) a qual se situa a aproximadamente 3,5 km da ETAR de Frielas. De notar que na primeira semana de campanhas se verifica uma certa variabilidade relativamente às concentrações de CQO e SST, tendo depois assumido um padrão mais estável nas restantes semanas, facto que poderá ser devido à estabilização do biofilme nos leitos. A analise da Figura 3.3 e da Figura 3.4 permite verificar que no decorrer das primeiras 24h se dá uma redução significativa das concentrações da CQO e SST no efluente, sendo que nos restantes dias a redução de concentração é apenas ligeiramente atenuada. Este facto deve-se possivelmente a um efeito filtrante que o substrato assume inicialmente, ocorrendo posteriormente uma degradação pela acção dos microrganismos e pela assimilação por parte da vegetação nos leitos plantados. Note-se que por vezes não são apresentados dados relativos ao leito LM4 o que se deveu à falta de volume de efluente suficiente para a realização das análises, resultado da elevada taxa de evapotranspiração observada.
2011 2012
8
Figura 3.3 – Variação da concentração de CQO nos 4 leitos durante os meses de Abril e Maio
de 2012.
Figura 3.4 – Variação da concentração de SST nos 4 leitos durante os meses de Abril e Maio de
2012.
A redução acentuada da CQO e SST nas primeiras 24 horas tinha já sido observada no
estudo antecedente (Amaral et al., 2011).
Relativamente à redução da concentração de Enterococos, e igualmente à semelhança do
estudo antecedente, observou-se uma redução aproximadamente linear à escala
lologaritmo, conforme se pode observar através da Figura 3.4.
01/Abr
08/
Abr
15/Abr
22/
Abr
29/Abr
06/
Mai13/
Mai20/
Mai27/
Mai03/
Jun
10/Jun
0
10
20
30
40
50
60
70
80
900
50
100
150
200
250
300
350
01/Abr 08/Abr 15/Abr 22/Abr 29/Abr 06/Mai 13/Mai 20/Mai 27/Mai 03/Jun 10/Jun
Precip
itação(m
m)
CQO(mg/L)
CQO
Precipitação
LM1
LM2
LM3
LM4
Alimentação
01/Abr
08/
Abr
15/Abr
22/
Abr
29/Abr
06/
Mai13/
Mai20/
Mai27/
Mai03/
Jun
10/Jun
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
500
50
100
150
200
250
01/Abr 08/Abr 15/Abr 22/Abr 29/Abr 06/Mai 13/Mai 20/Mai 27/Mai 03/Jun 10/Jun
Precip
itação(m
m)
SST(m
g/L)
SólidosSuspensosTotais
Precipitação
LM1
LM2
LM3
LM4
Alimentação
9
Figura 3.5 – Variação da concentração de Enterococos nos 4 leitos no decorrer dos meses de
Abril e Maio de 2012.
As eficiências de remoção para cada um dos parâmetros anteriormente apresentados foram
igualmente analisadas, apresentando-se os resultados relativos à CQO, SST e Enterococos
nas Figura 3.6, 3.7 e 3.8.
Figura 3.6 – Eficiência de remoção de CQO ao fim de 7 dias de retenção.
01/Abr
08/
Abr
15/Abr
22/
Abr
29/Abr
06/
Mai13/
Mai20/
Mai27/
Mai03/
Jun
10/Jun
0
10
20
30
40
50
60
70
80
900
1
2
3
4
5
6
7
8
9
01/Abr 08/Abr 15/Abr 22/Abr 29/Abr 06/Mai 13/Mai 20/Mai 27/Mai 03/Jun 10/Jun
Precip
itação(m
m)LO
G(NMP/100ml)
Enterococos
Precipitação LM1 LM2 LM3 LM4 Alimentação
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Efic
iên
cia
de
re
mo
ção
de
CQ
O (
%)
Semana
LM1
LM2
LM3
LM4
10
Figura 3.7 – Eficiência de remoção de SST ao fim de 7 dias de retenção.
Figura 3.8 – Eficiência de remoção de enterococos ao fim de 7 dias de retenção.
Como esperado, o leito LM4 apresenta uma eficiência inferior em comparação com o leito
leito LM2. Esta situação deve-se, possivelmente, ao efeito de diferentes factores,
nomeadamente o facto de o LM4 receber uma carga hidráulica superior e apresentar já uma
certa colmatação. DE FACTO, Aquando da instalação da tubagem vertical perfurada que
permite recolher amostras no interior do leito, verificou-se que as raízes das plantas
apresentavam uma densidade extremamente elevada, que poderá ter contribuído para a
redução da área útil disponível para o desenvolvimento do biofilme.
A evolução da eficiência de SST e de enterococos intestinais apresentou uma tendência de
crescimento ao longo das semanas, sendo que a eficiência apresentada na remoção de
SST apresentou nas últimas 4 semanas do estudo eficiências muito próximas de 100%. A
eficiência de remoção de CQO apresentou alguma variabilidade, sobretudo no caso dos
leitos plantados. A análise da Figura 3.6 permite identificar dois patamares distintos, sendo
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Efic
iên
cia
de
re
mo
ção
de
SST
(%
)
Semana
LM1
LM2
LM3
LM4
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Efic
iên
cia
de
re
mo
ção
de
En
t. (
log)
Semana
LM1
LM2
LM3
LM4
11
um de eficiência de cerca de 90% nos leitos LM1 e LM3 (ambos sem macrófitas) e o
segundo outro de eficiência de 80% nos leitos LM2 e LM4.
No Quadro 3.1 apresentam-se as eficiências médias de remoção da CQO, SST e
Enterococos, ao fim de 1 dia e após 7 dias, para o estudo de Amaral et al., (2011), assim
como os valores obtidos no presente estudo.
Quadro 3.1 – Eficiência média de remoção, para tempos de retenção distintos, nos 4 leitos
estudados
Parâmetro LM1 LM2 LM3 LM4
1 dia 7 dia 1 dia 7 dia 1 dia 7 dia 1 dia 7 dia
CQO [%]
Amaral et al.,
2011 88,0 97,0 88,0 96,0 83,0 93,0 82,0 93,0
Presente
estudo 84,0 89,5 75,5 82,4 80,0 88,8 68,3 74,4
SST [%]
Amaral et al.,
2011 95,0 99,0 94,0 96,0 94,0 99,0 86,0 94,0
Presente
estudo 85,6 97,4 94,3 97,2 87,8 95,2 84,6 88,2
Enterococos
[log]
Amaral et al.,
2011 2,3 5,0 2,7 5,0 2,1 4,8 2,1 5,7
Presente
estudo 2,0 4,8 1,9 4,6 1,7 4,8 1,6 4,3
A análise dos resultados permite salientar os seguintes aspectos:
A principal redução observada na CQO e SST verificou-se ao fim de 1 dia, para
ambos os estudos, tendo-se obtido, no entanto, eficiências de remoção no presente
estudo ligeiramente inferiores ao estudo de Amaral et al., (2011).
As eficiências de remoção da CQO ao fim de 7 dias obtidas no presente estudo,
foram geralmente inferiores às obtidas por Amaral et al., (2011), em especial nos
leitos plantados.
As eficiências de remoção de SST ao fim de 7 dias, obtidas no presente estudo,
foram semelhantes a Amaral et al., (2011), par aos leitos 1 e 2, sendo ligeiramente
inferiores para os leitos 3 e 4.
As eficiências de remoção de Enterococos foram de uma maneira geral, inferiores no
presente estudo face a Amaral et al., (2011).
12
4. SÍNTESE CONCLUSIVA
A utilização de leitos de macrófitas para tratamento de excedentes em sistemas de
drenagem de águas residuais, apresenta-se como uma solução sustentável dada a
simplicidade de operação e manutenção, os baixos consumos de recursos e a sua fácil
integração paisagística.
Os resultados obtidos no presente estudo foram comparados com o trabalho anteriormente
desenvolvido por Amaral et al. (2011) tendo-se verificado uma diminuição nas eficiências de
remoção de CQO e enterococos intestinais para tempos de retenção de 1 dia e de 7 dias. O
maior decréscimo de eficiência de remoção ocorreu no leito LM4, possivelmente devido à
colmatação parcial do leito e à grande densidade de raízes que poderá ter contribuido para
a colmatação e dificultado o desenvolvimento do biofilme.
As eficiências de remoção dos 3 parâmetros analisados apresentaram uma menor
variabilidade no segundo ano de operação, possivelmente devido a que no estudo de
Amaral et al. (2011) não existir inicialmente biofilme instalado nos leitos.
A reduzida taxa de sobrevivência das macrófitas observada no leito LM2, assim como o seu
reduzido desenvolvimento relativamente ao ano anterior, pode ser resultado da carga
hidráulica a que o leito esteve sujeito (metade da carga hidráulica aplicada nos leitos LM3 e
LM4) juntamente com um Inverno excepcionalmente seco.
No entanto, é de salientar que a redução acentuada da concentração de poluentes nas
primeiras 24h foi semelhante em ambos os estudos.
AGRADECIMENTOS
s autores ostariam de a radecer entidade estora da de rielas
ela dis oni ili ação do es aço ara a reali ação do resente estudo e ela cola oração
nas campanhas de amostragem.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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poluídos de sistemas de águas residuais. Tese de Mestrado. Instituto Superior Técnico.
Lisboa.
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Galvão, A. (2009) – Comportamento hidráulico e ambiental de zonas húmidas construídas
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Lisboa.
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Cincinnati, Ohio: United States Environmental Protection Agency, Office of Research and
Development.
Vymazal, J. (2005) – Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed Wetands systems
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