7 sistemas de tratamento natural

ERNA | 4º ano @2012

7. Sistemas de tratamento natural

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Sistemas naturais de tratamento de efluentesSistemas naturais de tratamento de efluentes

Os sistemas naturais para tratamento de efluentes são projectados para tirar proveito das reacções físicas, químicas e biológicas que ocorrem no ambiente natural, quando o solo, a água, as plantas, os microrganismos e as condições climatéricas interagem.

Estes sistemas de tratamento incluem a utilização das propriedades específicas do solo, das plantas aquáticas flutuantes e das zonas alagadas. Todos os sistemas naturais de tratamento são precedidos por alguma forma de pré-tratamento mecânico para a remoção de sólidos brutos.

Nos locais onde a terra suficiente adequado para a finalidade está disponível, estes sistemas podem muitas vezes ser a opção mais rentável em termos de construção e operação.

Eles são frequentemente bem adaptado para pequenas comunidades rurais e áreas.

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Dado que o ser humano tende a resolver primeiro os problemas que o afectam em maior escala tal como o problema do tratamento de efluentes líquidos domésticos e industriais que acarreta sérios problemas ambientais, surgiu recentemente o conceito de Fito-ETAR ou ETAP (Estação de Tratamento de Águas com Plantas), que é, como o próprio nome indica, uma ETAR, ou seja, uma Estação de Tratamento de Águas Residuais, onde esse tratamento, em vez de ser efectuado pelos métodos tradicionais, é feito utilizando plantas aquáticas, que pelas suas características, filtram, assimilam e depuram em geral a água, dos diversos poluentes com que está carregada, depois de esta ter passado por tanques de decantação para separação de sólidos que poderiam danificar o sistema.

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O efluente a tratar na Fito-ETAR é

recebido na obra de entrada onde

sofre o primeiro tratamento através

do processo de sedimentação que

permite a remoção de grande parte

dos sólidos.

Seguidamente o efluente entra no

leito de macrófitas, no qual ocorre a

remoção dos poluentes através de

diversas interacções de fenómenos de

natureza química, física e biológica

desenvolvidos no complexo

“substrato-microrganismos-plantas”.

Na fase final o efluente é então

descarregado no meio receptor.

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Sistemas naturais Sistemas convencionais

Fonte: Kadlec e Knight (1996), adaptado. (Source: Kadlec e Knight, 1996, adapt.).

Comparação dos tipos de energias de inputs nos sistemas naturais e convencionais de tratamento de águas residuais

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Estes sistemas de tratamento diferem dos convencionais, principalmente pelo facto de os custos de implementação e operação serem muito menores e por oferecerem benefícios adicionais, nomeadamente, espaços verdes, habitats naturais e áreas de recreio ou educacionais.

Como desvantagem surge a necessidade de grandes espaços, uma vez que a implementação de Fito-ETAR’s requer grandes áreas de terreno.

Apesar das diferenças relativamente às ETAR’s convencionais, as Fito-ETAR’s se forem bem exploradas podem garantir o mesmo grau de eficiência no tratamento de águas residuais.

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Os sistemas de tratamento de águas residuais podem dividir-se em dois grupos:

Sistemas intensivos ou convencionais – São sistemas que através de apreciáveis consumos energéticos (equipamentos electromecânicos), utilizam pequenas áreas de implantação por habitante equivalente (e.g. : lamas activadas e leitos percoladores).

Sistemas extensivos ou naturais – Baseiam-se em processos naturais, com pequeno ou nenhum recurso a consumos energéticos e que ocupam áreas superiores de implantação por habitante equivalente (e.g. : lagoas, fito- ETARs e sistemas de tratamento pelo solo).

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A selecção do sistema de tratamento de águas residuais deve atender a diversos factores, nomeadamente:

Qualidade do afluente bruto; Qualidade pretendida do efluente final; Custos do investimento; Custos de exploração; Custos de transporte (Sistemas de

drenagem e bombagem de águas residuais).

O tratamento de águas residuais é tanto mais económico, quanto maior for o número de habitantes equivalentes a tratar num só local, minorando os custos de investimento e exploração per capita. Neste caso, os sistemas intensivos apresentam-se como vantajosos.

Os custos per capita associados à concentração dos efluentes (custos de transporte) num só local, aumentam com a dispersão geográfica dos aglomerados populacionais e relevo acentuado.

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1 - Sistemas de tratamento pelo solo

1.1 - Descrição do ProcessoOs sistemas de tratamento pelo solo

correspondem a uma aplicação planeada e controlada das águas residuais através do solo e/ou plantas sendo tratadas por processos físicos, químicos e biológicos.

Estes tipos de tratamentos são usualmente utilizados a jusante de pré-tratamentos, contribuindo estes últimos para retardar a colmatação do solo (diminuindo a operação e manutenção do sistema) e controlar as cargas orgânicas afluentes.

Estes sistemas têm como desvantagens a necessidade de acautelar a protecção dos lençóis freáticos, caso estes existam. A aplicação requer estudos prévios adequados.

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2.2 - Sistema de Infiltração Lenta no Solo Pelo facto de se tratar de um sistema de efeito combinado solo/plantas, a aplicação deste requer um estudo das necessidades nutricionais das plantas por forma a haver um equilíbrio entre as suas necessidades e a quantidade de água residual a aplicar.Os valores de referência de aplicação de água residual nestes sistemas situam-se no intervalo compreendido entre 3,5 a 10,0 mm/d (Davis, 1998).Este sistema necessita no mínimo de uma camada de 0,60 a 0,90 m de espessura, sendo esta função do tempo de retenção, desenvolvimento das raízes e bactérias (WPCF, 1990). A participação das plantas neste sistema é remover azoto (67 % a 94 %) e fósforo (10 % a 25 %), os restantes elementos constituintes da água residual são tratados pelo solo; CBO 5 (95 %); Sólidos Suspensos Totais (30 kg/ha/d); Patogénicos (99,9 %) (WPCF, 1990).

Figura 1 - Processos de aplicação da água residual pelo sistema de infiltração lenta no solo: a) por escoamento hidráulico, b) por distribuição superficial e c) distribuição por sprinklers.Adaptado : (Qasim, 1999)

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2.3 - Sistema de Infiltração Rápida no Solo Este processo é caracterizado por ser realizado só pelo solo, sendo mais intensivo que o anterior. É o sistema apropriado para tratar grandes cargas hidráulicas e orgânicas. O perfil deste sistema consiste numa lagoa em que a água passa através dos vazios do terreno por percolação descendente. O processo em causa requer mais manutenção e procedimentos de operação do que os outros. O processo poderá ser insatisfatório caso a permeabilidade do solo não seja a adequada.A profundidade necessária para proceder ao tratamento varia entre 1,5 e 2,5 m abaixo da superfície da lagoa (WPCF, 1990). As cargas aplicadas neste sistema são : CBO 5 (45 a 177 kg/ha/d); Azoto (3,4 a 41,5 kg/ha/d); Fósforo (1,0 a 13,2 kg/ha/d); SST (33,6 a 112,1 kg/ha/d) (WPCF, 1990).As remoções atingidas por este sistema são : CBO 5 (86 % a 100 %); Azoto (10 % a 93 %); Fósforo (29 % a 99 %); SST (100 %) (WPCF, 1990).

Figura 2 - Processos de aplicação da água residual pelo sistema de infiltração rápida no solo e métodos de recuperação da água tratada: a) por escoamento hidráulico, b) recuperação por drenos subterrâneos e c) recuperação por poços.Adaptado: (Qasim, 1999)

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2.4 - Sistema de Escoamento Superficial no Solo O sistema de escoamento superficial no solo requer a utilização de solos de baixa permeabilidade (argilas e siltes) permitindo o escoamento das águas residuais.Neste processo o principal responsável pelo tratamento são as plantas, uma vez que o solo apresenta uma fraca contribuição. No sistema de escoamento superficial no solo, a área de aplicação da água residual é caracterizada por um talude revestido por vegetação. A água residual é aplicada no topo do talude sendo a lâmina liquida recolhida em depressões existentes nos vales. O tratamento da água residual processa-se durante o percurso da água pela superfície.A topografia deverá ser escolhida por forma a garantir a inclinação dos taludes entre os 2 % e os 8 % (WPCF, 1990). Inclinações superiores originam fenómenos de erosão, criando assim caminhos preferenciais e um tratamento desadequado. Caso sejam inferiores corre-se o risco de se formarem zonas estagnadas.As remoções atingidas por este sistema são : CBO 5 ( 80 % a 95 %); Sólidos Suspensos Totais (eficaz para velocidades de escoamento da ordem dos 0,3 a 3,0 cm/s); Azoto (20 % a 30 %); Fósforo (20 % a 60 %).

Figura 3 - Processos de aplicação da água residual pelo sistema de escoamento superficial no solo e métodos de aplicação da água tratada: a) por escoamento hidráulico, b) corte esquemático do sistema com aplicação por sprinklers.Adaptado: (Qasim, 1999)

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2 - Sistemas de Tratamento por

Lagoas

Os sistemas de lagunagem são

constituídos por grandes bacias e com

elevados tempos de retenção e

limitadas por diques construídos com

o próprio material do terreno, nas

quais a depuração das águas se

processa por meios inteiramente

naturais, através da actividade

biológica das bactérias e algas.

De acordo com o processo

predominante pelo qual ocorre a

degradação da matéria orgânica as

lagoas podem classificar-se em

anaeróbias, aeróbias, facultativas e de

maturação.

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2.1 - Anaeróbia Predominam os processos de

decomposição anaeróbia na lagoa. É caracterizado pela inexistência de oxigénio (livre ou combinado).

Aplicam-se no tratamento de águas residuais com cargas orgânicas elevadas e com grande concentração de sólidos em suspensão. As lagoas anaeróbias têm alturas de coluna de água da ordem de 2,5 a 5,0 m (WPCF, 1990).

As remoções atingidas por este sistema são : CBO5 (50 % a 80 % )

2.2 - Aeróbias Predominam os processos de

decomposição aeróbia da lagoa. Caracterizam-se por ter oxigénio dissolvido em toda a massa líquida.

As lagoas aeróbias tem alturas de coluna de água da ordem de 0,30 a 0,45 m (WPCF, 1990).

As remoções atingidas por este sistema são : CBO5 (80 % a 95 %).

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2.3 - Facultativa Predominam os processos de

decomposição aeróbia na superfície e anaeróbias no fundo. A zona de separação entre as duas anteriormente referidas é caracterizada por processos anóxicos (biodegradação na presença de apenas oxigénio combinado). As lagoas facultativas têm alturas de coluna de água da ordem de 1,20 a 2,50 m (WPCF, 1990).

As remoções atingidas por este sistema são : CBO5 (80 % a 90 %); Azoto Orgânico (75 % a 95 %); Azoto Amoniacal (51 % a 82 %); Fósforo (32 % a 98 %); Coliformes Fecais (99,9 %)

2.4 - Maturação As lagoas de maturação são lagoas

aeróbias ou por vezes facultativas. Recorre-se a este tipo de lagoas para tratamentos terciários ou de afinação cuja função principal consiste na redução dos germes patogénicos. As lagoas facultativas tem alturas de coluna de água da ordem de 1,00 a 3,00 m.

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3 - Fito-ETARs O processo consiste em fazer passar a

água residual através do solo (normalmente depois de pré-sedimentada em decantadores, fossas sépticas ou tanques Imhoff).

O solo apresenta-se preenchido com as raízes de macrófitas e comunidades microbianas, que degradam a matéria orgânica da água residual, assimilando ao mesmo tempo os nutrientes nela existentes. O oxigénio é o produto que resulta deste processo, permitindo trocas gasosas ao nível dos rizomas, contribuindo para o desenvolvimento das comunidades microbianas aeróbias. As comunidades microbianas aeróbias são as principais responsáveis pela decomposição dos componentes poluentes.

As Fito-ETARs recebem, retêm e reciclam continuamente nutrientes de uma forma natural

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3.2 - Tipos de Sistemas

Os sistemas podem ser

classificados pelo:

Tipo de escoamento : vertical ou

horizontal; ascendente ou

descendente; superficial ou

subsuperficial.

Tipo de substratos: matriz de

recepção líquida e não líquida;

baseada ou não baseada em solo

coeso (saibro, cascalho, gravilha)

Tipo de plantas utilizadas:

plantas aquáticas flutuantes ou

fixas; submersas ou emergentes

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3.3 - VegetaçãoAs plantas desempenham um papel eficaz no

tratamento de águas residuais, pelo facto destas disporem de uma capacidade de criar em torno das raízes e rizomas um meio rico em oxigénio, onde se geram condições de oxidação que estimulam a decomposição aeróbia da matéria orgânica e o crescimento das bactérias nitrificantes.

A vegetação (raízes e rizomas) garante uma superfície onde se desenvolvem biofilmes, que ajudam na filtração e adsorção dos constituintes existentes na água residual.

O sistema radicular das plantas, para além de formar uma espécie de habitat para as comunidades microbianas, tem por outro lado um papel drenante no substrato minorando os efeitos de colmatação.

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Leitos de Macrofitas de Escoamento SuperficialOs leitos de macrófitas de escoamento superficial

(LM-ES) apresentam a superfície livre de água exposta ao ar e permitem boas condições para a formação de biofilmes.

De acordo com a configuração do leito, a altura no nível do líquido, as características do efluente e da planta usada, a temperatura e outras condições ambientais, podem predominar mecanismos de remoção aeróbios, anaeróbios e anóxicos.

Os leitos de macrófitas com escoamento superficial são geralmente classificados em função do tipo de plantas existentes no leito, emergentes, flutuantes ou submersas.

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Ilustração 13 – Caracterização dos leitos de macrófitas. Esquema de um leito com macrófitas emergentes de escoamento superficial.

Ilustração 14 – Caracterização dos leitos de macrófitas. Esquema de um leito com macrófitas emergentes de escoamento superficial, com plantas fixas submersas .

Ilustração 15 – Caracterização dos leitos de macrófitas. Esquema de um leito com macrófitas emergentes de escoamento superficial, com plantas aquáticas flutuantes .

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Leitos de Macrofitas de Escoamento Superficial Os leitos de macrófitas representados apresentam

escoamento superficial e fluxo horizontal, diferindo no modo de fixação e desenvolvimento das plantas que constituem os leitos.

1ª apresenta plantas do tipo emergente ou seja, plantas enraizadas no solo com a maior parte dos caules e folhas fora de água como por exemplo o caniço (Phragmites australis) e as espadanas (Typha latifolia).

2ª caracteriza um leito de macrófitas colonizado com plantas fixas submersas, que têm as partes vegetativas abaixo da superfície da água embora, muitas vezes, os órgãos reprodutores estejam à superfície ou acima dela, como por exemplo o limo (Potamogeton pectinatus) e Elodea canadensis.

3ª representa um exemplo esquemático de leitos de macrófitas de fluxo superficial com plantas flutuantes que se caracterizam por boiarem à superfície da água, sem estarem ligadas ao fundo do leito, como por exemplo, o jacinto-aquático (Eichhornia crassipes), as lentilhas-de-água (Lemna spp.) e a azola (Azolla filiculoides).

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Leitos de Macrofitas de Escoamento SubSuperficial Os leitos de macrófitas de escoamento subsuperficial

(LM-ESS) são caracterizados por apresentarem um meio de enchimento poroso no interior do leito, através do qual flui o efluente. O enchimento pode ser constituído por gravilha de granulometria diversa, ou solo, que serve de suporte para a fixação das plantas macrófitas.

O efluente permanece abaixo da superfície do leito e flui para dentro e ao redor das raízes e rizomas das plantas, podendo a sua profundidade variar de 0,3 a 1,0 m, sendo 0,6 m a mais vulgar .

A água distribui-se à entrada do leito, atravessando-o ao longo da zona das raízes e rizomas durante um tempo mais ou menos prolongado, variável em função da perda de carga total no leito de macrófitas e ajustável em função dos níveis à entrada e à saída do leito.

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Os leitos de macrófitas com escoamento subsuperficial são geralmente classificados em função da direcção predominante do escoamento, designadamente:

i. Escoamento vertical (LM-ESSV) - o afluente é distribuído pela superfície do leito num escoamento preferencialmente vertical, através do meio poroso. A base do leito, de geometria plana, dispõe de um sistema de drenagem, geralmente tubagens perfuradas, destinadas a recolher o efluente tratado e conduzir para uma caixa de saída.

Ilustração 17– Caracterização dos leitos de macrófitas. Esquema de um leito com macrófitas emergentes de escoamento subsuperficial de fluxo vertical.

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Os leitos de macrófitas com escoamento subsuperficial são geralmente classificados em função da direcção predominante do escoamento, designadamente:

ii. Escoamento horizontal (LM-ESSH) - o afluente é descarregado numa das extremidades do leito, deslocando-se horizontalmente, penetrando através do meio poroso e da rizosfera, que apresenta geralmente uma pequena inclinação, num movimento predominantemente horizontal.

Ilustração 16 – Caracterização dos leitos de macrófitas. Esquema de um leito com macrófitas emergentes de escoamento subsuperficial de fluxo horizontal.

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Os leitos de macrófitas representados evidenciam as principais diferenças entre escoamento horizontal e vertical.

Enquanto em leitos de macrófitas de escoamento horizontal, a distribuição do efluente é feita de ao longo do leito longitudinal e horizontalmente, em leitos de macrófitas de escoamento vertical, a distribuição de efluente é efectuada transversalmente em vários pontos do leito

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De modo geral, as principais vantagens dos leitos de macrófitas face ao sistemas convencionais, incluem reduzidos custos de construção e de exploração, manutenção relativamente simples e boa integração paisagística e ecológica.

Os sistemas de tratamento de efluentes naturais têm as seguintes características: taxas de remoção de poluentes idênticos aos sistemas convencionais; baixos consumos energéticos; utiliza mão de obra não especializada; área de ocupação proporcional à população.

Estes sistemas são adequados para pequenos aglomerados populacionais, onde haja disponibilidade de terreno e pretenda-se um tratamento de águas residuais com baixos custos de investimento, manutenção e operação per capita.

Podem também ser utilizados como sistemas de afinação ou de reabilitação de sistemas de tratamento convencionais.

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Sistemas naturais de tratamento de efluentesAplicações – Piscinas Biológicas

As piscinas biológicas assentam na tecnologia das ETAP’s e classificam-se normalmente em função de 3 critérios fundamentais:

- tipo de escoamento;- tipo de substrato;- tipo de plantas utilizadas.

As piscinas mais frequentes têm escoamento horizontal superficial com substrato de areia e com macrófitas aquáticas fixas emergentes e submersas e, flutuantes emergentes e submersas, ou seja, derivam do tipo mais frequente de escoamento das ETAP’s, com mistura de vários tipos de macrófitas com o intuito de optimizar a sua actuação na depuração da água da piscina.

Algumas das espécies mais utilizadas são: Aucuba, Bambus sp, Calycantus floridos, Cornus alba, Cornus floridos, Phragmites communis, Phragmites australis, Scirpus sp.,Rhamus frangola, Juncus inflexus, Juncus effusus, Íris pseudocorus, Íris kaempferi, Lithum officinalis, Petacites officinalis, Auruncus sylvester, etc...

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No que respeita ao substrato destas piscinas, combina-se areia lavada com seixo, para que não exista matéria orgânica disponível, para que as plantas retirem a maior parte dos nutrientes apenas da água e ainda, por questões sanitárias. O seixo por razões de permeabilidade, assegura o escoamento sub-superficial da água e ao aquecer esteriliza as partículas que escoam à superfície.

Para além da função de remoção de diversas substâncias do meio aquático e sua acumulação nos tecidos, as plantas contribuem também para: evapotranspiração, atenuação da absorção luminosa pelos substratos, redução do transporte eólico de substâncias para a água, diminuição dos riscos de ressuspensão, transporte convectivo de gases e produção de antibióticos, entre outros.

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A água a utilizar numa Piscina Biológica pode ser da rede pública ou qualquer outra, que contenha baixos níveis de matéria orgânica e resíduos. No Verão uma parte da água evapora e deve ser reposta para não expor demasiado as plantas, e no Inverno a chuva provoca excesso de água pelo que deve incluir-se na piscina um dreno horizontal para escoar o mesmo.

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BOM FIM DE

SEMANA!!!

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