CARACTERIZAÇÃO DOS SÓLIDOS RETIDOS PARA

ESTUDO DA GÊNESE DA COLMATAÇÃO EM

SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS DE

ESCOAMENTO HORIZONTAL SUBSUPERFICIAL

Autores:

Mateus Pimentel de Matos – Doutorando em Saneamento (UFMG);

Prof. Marcos von Sperling – DESA/UFMG (orientador);

Prof. Antonio Matos – DEA/UFV (co-orientador);

Suymara Miranda – Doutoranda em Engenharia Agrícola (UFV);

Tamara Souza – Doutoranda em Engenharia Agrícola (UFV).

1. INTRODUÇÃO• Princípio de tratamento

– Físico: adsorção, sedimentação e filtração;

– Químico: precipitação;

– Biológico: Degradação por ação microbiana (Biofilme);

Colmatação

Zona

morta

Caminho

preferencial

Filtração + Sedimentação +

Formação de biofilme + Precipitação

Colmatado

Escoamento

superficialDiminuição da k

Redução do TDH

1. INTRODUÇÃOFatores interferentes

– Carga de sólidos suspensos (SS) provenientes da água residuária;

• Sólidos de colmatação têm características diferentes daqueles aplicados

(BAVEYE et al., 1998; CASELLES-OSORIO et al., 2007);

– Biofilme

• Certo equilíbrio entre o crescimento e o decaimento após envelhecimento

do SAC (SULIMAN et al., 2006);

• Seifert e Engesgaard (2007): Diminuição de ks, mesmo no filtro que

recebeu apenas água.

– Precipitados

• Magnitude dependente de condições como pH, POR e tipo de meio suporte

(SAKADEVAN; BAVOR, 1998; KORKUSUZ et al., 2005).

1. INTRODUÇÃOFatores interferentes

– Plantas

• Reduziriam a ks pela ocupação dos poros por raízes e rizomas e sólidos

vegetais (TANNER; SUKIAS, 1995; KNOWLES et al., 2010);

• Causariam o “empolamento” e a criação de canais após a morte de partes

vegetais, além de melhores condições para degradação (BRIX, 1997;

TURON et al., 2009; FU et al., 2013; HUA et al., 2014).

– Desgaste do material suporte

• > 80% dos sólidos de colmatação: inorgânicos (CASELLES-OSORIO et

al., 2007);

• Similaridade mineral entre o substrato (meio suporte) e os sólidos de

colmatação (PEDESCOLL et al., 2009).

1. INTRODUÇÃOEscória

– Resíduo da produção do ferro-gusa;

– Composto por óxidos, silicatos e carbonatos;

– Potencial uso como corretivo do pH de solos Poder de Neutralização

(PN) Propriedade a ser comparada com os sólidos de colmatação;

– Outra variável que pode indicar a origem: massa específica (ρ);

– Sólidos orgânicos menor ρ (LLORENS et al, 2009; FU et al, 2013).

2. OBJETIVOS

– Caracterizar química e fisicamente os sólidos acumulados nos poros de

SACs de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS),

preenchidos com escória de alto forno como substrato;

– Propor um modelo conceitual de gênese da colmatação nesses sistemas.

3. MATERIAIS E MÉTODOSUnidades avaliadas

– Experimento conduzido no CePTS, localizada na ETE Arrudas, Belo

Horizonte, Minas Gerais;

– 2 SACs-EHSS: 1 plantado com taboa (Typha latifolia), SAC P; outro

mantido sem plantas, SAC C;

SAC PSAC C

B = 3,0 m

hu = 0,3 mht = 0,4 m

Escória de alto forno:

d10=19,1 mm;

Ɛ=0,35 m3 m-3

N.A

i = 0,5%

Vazão afluente: 7,5

m3 d-1

(50 habitantes)

TDH: 1,2 d

3. MATERIAIS E MÉTODOSColeta de material SAC P

P30-15; P315-40; P11; P21.

SAC C

C30-15; C315-40; C11; C21.

3. MATERIAIS E MÉTODOSSeparação do material

COLETAAMOSTRAS PENEIRAMENTO

SÓLIDOS DE

COLMATAÇÃO

LAVAGEM

< 1,0 mm

ESCÓRIA

“SUJA”

ESCÓRIA

“LIMPA”

SECAS AO AR

3. MATERIAIS E MÉTODOSAnálises

ST

ABRASÍMETRO

SÓLIDOS DE

COLMATAÇÃO

ESTUFA

(65 oC)

ESCÓRIA

“LIMPA”

MUFLA

(550 oC)

SV PM

E0-15; E15-40

< 1,0 mm

LSRS / DEA / UFV

GN

LMC / DEC / UFV

P30-15; P315-40; P11; P21.

C30-15; C315-40; C11; C21.

< 1,0 mm

GN

PN

ρ

LSRS

3. MATERIAIS E MÉTODOSPN

– Metodologia presente em Brasil (1983) e Matos (2014);

– 1,0 g de resíduo em 50 mL de H2SO4 (0,1 molc L-1);

– Titulação com NaOH (0,1 molc L-1) até a viragem de cor (indicador

fenolftaleína) ou observação de pH 7,0 no peagâmetro;

Massa específica (ρ)– Determinação da massa necessária para ocupar determinado volume na

proveta.

PN % CaCO3 =5 x N x (Vb-Va) m (1)

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

RESULTADOSTabela 1 – Teor de sólidos voláteis (SV/ST), em porcentagem, média do poder de neutralização e massa específica das

amostras do pó de escória coletada a duas diferentes profundidades (E15 e E40), de material gnáissico (GN), de sólidos

colmatantes coletados nos SACs plantado (P), controle (C) e pós mufla (PM).

Amostras SV/ST (%) PN (% CaCO3) Massa Específica (g cm-3

)

E15 - 16,48 1,69

E40 - 15,69 1,71

P315 38,36 6,42 0,60

P340 22,76 9,11 0,63

P11 19,56 10,20 0,69

P21 9,96 14,66 0,90

C315 23,15 8,17 0,68

C340 17,08 8,89 0,74

C11 17,06 11,66 0,76

C21 13,08 12,11 0,85

PM - 10,69 0,90

GN - 2,58 1,43

Em que, E0-15 é escória coletada de 0 a 15 cm e E15-40, de 15 a 40 cm, PM, sólidos pós-mufla e GN, material gnáissico, P

refere-se à unidade plantada e C, à controle.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– Teor de SV decresceu à medida que se afastou da entrada, tal como

verificou Paoli e von Sperling (2013);

– Maior parte dos sólidos é inorgânica (sempre > 60%), assim como

Miranda (2014) e outros autores;

– No final, SF/ST > 80%;

– PN e ρ dos sólidos de colmatação se aproximam mais dos valores do

substrato, à medida que SF/ST aumenta;

– Material orgânico influencia mais na massa específica do que no PN;

– PN(P21)/PN(E): 0,91;

– ρ(P21)/ ρ(E): 0,53.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– A remoção dos SV via calcinação, na mufla, não propiciou maior

aproximação das propriedades do substrato;

– Perda de carbonatos e vitrificação dos silicatos?

– Perda de reatividade ao longo do tempo?

– GN: Baixo valor de PN Material inorgânico é de origem do desgaste

do material suporte.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Figura 1. Relação entre o poder de neutralização das amostras e o teor de sólidos fixos.

SAC P

PNn/PNE = 1,7283.SF/ST **- 0,709

R² = 0,9144

SAC C

PNn/PNE = 1,9075.SF/ST - 0,9613

R² = 0,6572

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

60,00% 65,00% 70,00% 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00%

PN

n/P

NE

SF/ST

SAC P

SAC C

SAC P

SAC C

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Figura 2. Relação entre as massas específicas dos sólidos e da escória e o teor de sólidos fixos.

SAC P

ρn/ρE = 0,5824.SF/ST - 0,0362

R² = 0,7420

SAC C

ρn/ρE = 0,962.SF/ST** - 0,3464

R² = 0,9083

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

60,00% 65,00% 70,00% 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00%

ρn/ρ

E

SF/ST

SAC P

SAC C

SAC P

SAC C

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– Utilizando as equações obtidas pelo ajuste dos dados ao modelo,

verifica-se:

– Quando SF/ST=1,0, ρn>0,55 ρE;

– Quando SF/ST=1,0, PNn≈ PNE;

– Diferentes fatores influenciam nas propriedades, porém, a maior

parte dos sólidos inorgânicos é proveniente do desgaste do

substrato,

5. CONCLUSÕES– Em vista dos resultados obtidos, pode-se afirmar:

– Que a maior parte dos sólidos acumulados nos poros é inorgânico;

– Em grande parte oriundos do desgaste do substrato utilizado no

preenchimento dos SACs;

– À medida que se afasta da entrada, aumenta a relação SF/ST,

aproximando mais das características do substrato.

6. AGRADECIMENTOSOs autores agradecem:

– ao CNPq, Capes, Finep, Fapemig e Copasa;

– à UFV, aos funcionários do Laboratório de Materiais de Construção do

Departamento de Engenharia Civil, e do Laboratório de Solos e

Resíduos Sólidos da UFV;

– ao DESA e UFMG.