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Comissão Europeia
GUIA
PROCESSOS
EXTENSIVOS DE
TRATAMENTO
DAS ÁGUAS
RESIDUAIS
ADAPTADOS
A PEQUENAS
E MÉDIAS
AGLOMERAÇÕES
(500-5.000 HABITANTES
EQUIVALENTES)
Aplicação da Directiva
91/271 do Conselho,
de 21 de Maio de 1991,
relativa ao tratamento das
águas residuais urbanas
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INTRODUÇÃ O
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”Ponta-de-lança” da política ambiental da Europa, o desenvolvimento sustentável implica para os seres
humanos a necessidade de controlar as suas descargas domésticas e urbanas, na medida do possível,
mediante técnicas naturais e económicas em energia. A Directiva " Águas Residuais Urbanas " de 21 de
Maio de 1991 e, mais recentemente, a Directiva-Quadro sobre a água vieram lembrar a necessidade de
um tratamento apropriado destas descargas para cumprir o objectivo de um bom estado ecológico das
nossas águas.
Nos anos 70, a França dotou-se de uma política ambiciosa de saneamento urbano e rural, apoiada financeiramente pelas Agences de l’Eau (Agências da Água) dispondo actualmente de 15 500 estações de tratamento, das quais mais de 6 000 têm um tamanho inferior a 2 000 equivalentes de população. Estas
estações são, em geral, equipadas com processos extensivos de tratamento devido aos seus reduzidos condicionalismos técnicos e financeiros e à sua boa integração ambiental. A grande variedade das suas características locais faz da França um campo de experimentação em praticamente todas as situações existentes na Europa de um ponto de visto climático e geográfico, bem como no que diz respeito às características dos solos.
Pela sua parte, a Direcção-Geral do Ambiente da Comissão Europeia pretende beneficiar dessa experiência e dela retirar os instrumentos de aconselhamento destinados a pequenas aglomerações, bem como, de
experiências similares realizadas na União Europeia, algumas de entre elas apoiadas no âmbito de operações LIFE-Ambiente.
A ideia da valorização dessas experiências, através de uma colaboração entre a Direcção-Geral do
Ambiente da Comissão e, do lado francês, a Direcção da Água do Ministério da Ecologia e
Desenvolvimento Sustentável e as Agências da Água, nasceu durante a recente presidência francesa. O
presente documento representa o resultado do trabalho desde então realizado.
Formulamos votos que o presente guia possa constituir uma ajuda útil para os autarcas e para os responsáveis dos serviços técnicos das pequenas e médias aglomerações europeias para que possam assim
fundamentar as suas escolhas nas melhores bases técnicas e financeiras possíveis, com uma preocupação
de integração ecológica e de desenvolvimento sustentável. Assim, consideramos que o presente documento poderá, à semelhança de outros, ilustrar o espírito do 6º Programa Comunitário de Acção em
Matéria de Ambiente 2001-2010: " O Nosso Futuro, a Nossa Escolha "
Prudencio PERERA
Bernard BAUDOT
Director
Qualidade do Ambiente
e dos Recursos Naturais
Comissão Europeia
Director da Água
Ministério da Ecologia
e Desenvolvimento Sustentável
Informações suplementares sobre a União Europeia estão disponíveis na Internet através do
servidor Europa (http://europa.eu.int).
Pode encontrar uma ficha bibliográfica no fim deste documento.
Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias, 2001
ISBN 92-894-1690-4
© Departamento Internacional da Água
Esta publicação não pode ser reproduzida nem traduzida, no todo ou em parte, sem prévia
autorização do Editor.
Printed in France – Impresso em papel branqueado sem cloro.
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Pa g e
◗ PARA QUE SERVE ESTE GUIA?
SUMÁRIO
◗ O QUADRO REGULAMENTAR E O INCENTIVO DADO PELA
UNIÃO EUROPEIA PARA A CONSTRUÇÃO DE
INFRA-ESTRUTURAS DE RECOLHA E TRATAMENTO
DAS ÁGUAS RESIDUAIS URBANAS.
➜
➜ Prazos
Resultados a atingir para cumprir os requisitos da Directiva
◗ TÉCNICAS DISPONÍVEIS PARA
SATISFAZER AS PRESCRIÇÕES DA DIRECTIVA
➜ Técnicas
4
Técnicas extensivas
8
9
9
➜
◗ PROCESSOS EXTENSIVOS: INFORMAÇÃO TÉCNICA
➜ Culturas assentes em suporte fino
▲ Funcionamento: mecanismos em jogo
▲ Infiltração-percolação sobre leito de areia
▲ Filtros plantados com escoamento vertical
▲ Filtros plantados de caniços com escoamento horizontal
➜ Culturas livres
▲ Funcionamento: mecanismos em jogo
▲ Lagunagem natural
▲ Lagunagem arejada
16
◗ CONCLUSÕES: ELEMENTOS DE APRECIAÇÃO
PARA ESCOLHAS TÉCNICAS
23
Recapitulação dos diferentes sistemas extensivos
➜ Qualidade das descargas
➜ Vantagens e inconvenientes: recapitulação
➜ Importância do factor climático
➜ Árvore de decisão
➜ Custos
➜ Uma vantagem dos processos extensivos: a contribuição paisagística
23
23
24
25
25
26
26
27
27
➜
◗ ANEXOS : CASOS DE ESTUDO
Infiltração-percolação: um caso particular, as instalações de Mazagon :
(Espanha)
➜
3
3
4
intensivas convencionais
▲ Leitos bacterianos
▲ Discos biológicos
▲ Lamas activadas
▲ Vantagens e inconvenientes dos diferentes sistemas intensivos
➜
2
3
➜ Infiltração-percolação: uma instalação convencional :
Souillac Paille-Basse (França – Departamento de Lot)
29
Filtros plantados com escoamento vertical: caso de NEA Madytos – Modi :
30
➜ Sistema híbrido :
(filtros plantados com escoamento vertical e filtros plantados com escoamento horizontal) :
caso de Oaklands Park, Newnham-on-Severn, Gloucestershire (Reino Unido)
32
➜ Lagunagem natural :
as instalações de Vauciennes (França – Oise)
34
➜ Lagunagem arejada :
as instalações de Adinkerke (Bélgica)
36
◗ GLOSSÁRIO
38
40
(Grécia)
◗ REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Jean-Marc BERLAND (OIEau) e Paul COOPER (Consultor independente) asseguraram a redacção do presente guia.
Jean-Antoine FABY (OIEau), Pascal MAGOAROU (Comissão Europeia) e Jean DUCHEMIN (Comissão Europeia)
asseguraram o acompanhamento científico e técnico do presente trabalho e proporcionaram contribuições pontuais.
Jörg Max Schau (Consultor de Engenharia) colaborou na tradução técnica.
Vitória SILVA (Instituto da Água) validou a versão portuguesa do presente Guia.
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PARA QUE SERVE ESTE GUIA?
PARA QUE SERVE ESTE GUIA?
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Uma das funções da Comissão é ajudar os responsáveis técnicos das aglomerações com um e.p. entre 500 e 5 000
(equivalente de população - ver Glossário) na aplicação da Directiva 91/271 do Conselho, de 21 de Maio de 1991
relativa ao tratamento das águas residuais urbanas (ver Glossário), daqui até ao fim de 2005. Com efeito, as aglomerações com um e.p. inferior a 2 000 que dispõem de um sistema colector devem também implementar um tratamento apropriado [Artigo 7.o da Directiva " Águas Residuais Urbanas " (ver
Glossário)]. Torna-se indispensável uma acção de sensibilização e de informação, na medida em que as autoridades
locais envolvidas, responsáveis pela concretização dos projectos, dispõem de estruturas, equipamentos e capacidades
organizativas inferiores às das aglomerações maiores.
A Direcção-Geral do Ambiente da Comissão favorece o desenvolvimento e a realização de dispositivos extensivos
adequados para estas aglomerações, nomeadamente, mediante o instrumento financeiro LIFE-Ambiente. O objectivo deste instrumento é facilitar a aplicação da Directiva através do desenvolvimento de acções de demonstração e
de tecnologias inovadoras adaptadas aos problemas ambientais a resolver.
Além disso, a Direcção-Geral do Ambiente promove a divulgação destas técnicas favorecendo os conselhos e as trocas de informações técnicas. Este guia e o desenvolvimento de meios de ajuda tais como os fundos estruturais e os
fundos de coesão são exemplos disso.
O presente documento só aborda sumariamente as técnicas intensivas e examina, antes de tudo, as técnicas extensivas de tratamento. Estas últimas ocupam, por definição, maior superfície que os processos intensivos convencionais
concebidos para as grandes aglomerações. No entanto, os custos de investimento dos processos extensivos são
regra geral, inferiores e as condições de exploração mais leves, flexíveis e menos consumidoras de energia.
Finalmente, estas técnicas requerem menos mão-de-obra e pessoal menos especializado que as técnicas intensivas.
As técnicas extensivas podem ser aplicadas nas várias configurações europeias que não ultrapassem
alguns milhares de equivalentes de população. Ao ler o presente documento, é necessário ter presente que as técnicas aqui tratadas não podem ser utilizadas para capacidades superiores a 5 000 e.p.,
a não ser a título excepcional.
Após uma recapitulação dos objectivos a cumprir pelas pequenas e médias aglomerações (ver Glossário) e uma
apresentação rápida dos diferentes sistemas chamados intensivos, passaremos a descrever mais pormenorizadamente as várias técnicas extensivas.
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
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O QUADRO REGULAMENTAR E O INCENTIVO DADO PELA UNIÃO EUROPEIA
PARA A CONSTRUÇÃO DE INFRA-ESTRUTURAS DE RECOLHA E TRATAMENTO DAS
ÁGUAS RESIDUAIS URBANAS.
Prazos
A Directiva 91/271/CEE do Conselho, de 21 de Maio de 1991, relativa ao tratamento de águas residuais urbanas (ver
Glossário) constitui uma trave-mestra da política ambiental da União europeia.
Uma das principais disposições da Directiva é a obrigação para as aglomerações (ver Glossário) de implementar um
sistema colector (ver Glossário) das águas residuais obrigatoriamente ligado a um sistema de tratamento das mesmas águas.
As obrigações devem ser cumpridas de maneira progressiva.Trata-se de equipar :
o mais tardar até 31 de Dezembro de 1998, as aglomerações com um e. p. superior a 10 000 que lancem efluentes
em zonas sensíveis ;
o mais tardar até 31 de Dezembro de 2000, as aglomerações com um e. p. superior a 15 000 que não lancem
efluentes em zonas sensíveis ;
o mais tardar até 31 de Dezembro de 2005, as aglomerações com um e. p. entre 10 000 e 15 000 que não lancem efluentes em zonas sensíveis e as aglomerações com um e.p. entre 2 000 e 10 000 que lancem os efluentes
em águas doces ou estuários.
No que diz respeito ao prazo de 2005, a Directiva obriga as aglomerações com um e. p. entre 2 000 e 10 000 que
lancem efluentes em zonas sensíveis, (águas doces ou estuários) e com um e.p. entre 2 000 e 15 000 que não lancem efluentes em zonas sensíveis, a implementar um sistema colector e um tratamento secundário (ver Glossário).
Para além disso, a obrigação de implementar um sistema de tratamento não se restringe às aglomerações com um
e.p. superior a 2 000. Com efeito, a Directiva estabelece que as descargas das aglomerações de dimensão inferior a
2 000 e.p., que lancem efluentes em águas doces ou estuários e de dimensão inferior a 10 000 e.p. que lancem
efluentes em águas costeiras devem ser sujeitas a um tratamento apropriado quando existir uma rede de recolha. ,
o mais tardar até 31 de Dezembro de 2005.
Contudo, a Directiva permite, quando não se justificar a instalação de um sistema colector, quer porque não apresenta interesse para o ambiente, quer porque os seus custos são excessivos, implementar sistemas de tratamento
individuais ou outros sistemas apropriados assegurando um nível idêntico de protecção do ambiente.
Resultados a atingir para cumprir os requisitos da Directiva
Os requisitos da Directiva " Águas Residuais Urbanas " para as descargas das aglomerações com um e.p. superior a
2 000 podem ser resumidos da seguinte maneira.
Quadro 1: Requisitos para as descargas provenientes das estações de tratamento de águas residuais
urbanas sujeitas às disposições da Directiva de 21 de Maio de 1991(1)
Parâmetros
Concentração
Carência bioquímica de
25 mg/l O2
oxigénio sem nitrificação (3)
[CBO5 a 20 °C
(ver Glossário]
Percentagem mínima de redução(2)
70-90 %
Carência química
de oxigénio [CQO (ver
Glossário)]
125 mg/l O2
75 %
Total das matérias sólidas
em suspensão [TSS (ver
Glossário)]
35 mg/l(3)
35 mg/l em regiões montanhosas
para as aglomerações com um e.p.
superior a 10 000.
60 mg/l em regiões montanhosas
para as aglomerações com um e.p.
entre 2 000 e 10 000.
90 %(3)
90 % em regiões montanhosas para
as aglomerações com um e.p. superior
a 10 000.
70 % em regiões montanhosas para as
aglomerações com um e.p. entre 2 000
e 10 000.
(1) Serão aplicados os valores de concentração ou a percentagem de redução.
(2) Redução em relação à carga de afluente.
(3) Este requisito é facultativo.
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Existe uma excepção para a lagunagem. Com efeito, as análises das descargas provenientes deste tipo de instalações
devem ser realizadas sobre amostras filtradas. Contudo, a concentração total de matérias sólidas em suspensão nas
amostras de água não filtradas não deve ultrapassar 150 mg/l.
Quadro 2: Requisitos para as descargas provenientes das estações de tratamento de águas residuais
urbanas efectuadas em zonas sensíveis sujeitas a eutrofização (ver Glossário)(1)
Parâmetros
Concentração
Fósforo total
2 mg/l (e.p. entre 10 000 e 100 000)
Azoto total
15 mg/l (e.p. entre 10 000 e 100 000)
(3)
Percentagem mínima de redução(2)
(4)
(4)
80 %
70-80 %
(1) Consoante as condições locais, pode-se aplicar apenas um parâmetro ou os dois.Além disso, é possível aplicar os valores de concentração ou a percentagem de redução.
(2) Redução em relação à carga do afluente.
(3) Por “azoto total”, entende-se a soma do teor total de azoto determinado pelo método de Kjeldahl (azoto orgânico e amoniacal)
com o teor de azoto contido nos nitratos e o teor de azoto contido nos nitritos.
(4) Estes valores de concentração são médias anuais. No entanto, para o azoto, podem-se utilizar médias diárias desde que se
demonstre que o nível de protecção assim obtido é o mesmo. Neste último caso, a média diária não poderá ultrapassar 20mg/l de
azoto total para todas as amostras, quando a temperatura do efluente no reactor biológico for superior ou igual a 12 °C.
Alternativamente ao critério da temperatura, poderá ser utilizado um critério de limitação do tempo de funcionamento que atenda
às condições climáticas locais.
TÉCNICAS DISPONÍVEIS PARA
SATISFAZER AS PRESCRIÇÕES
DA DIRECTIVA
Técnicas intensivas convencionais
As técnicas mais avançadas para as estações de tratamento das águas urbanas são os processos biológicos intensivos. Tais tratamentos baseiam-se na localização em áreas reduzidas e na intensificação dos processos de transformação e de destruição das matérias orgânicas que se podem observar no meio natural.
Utilizam-se três tipos de processos :
leitos bacterianos e discos biológicos;
lamas activadas;
biofiltração ou filtração biológica acelerada.
▲ Leitos bacterianos
O princípio de funcionamento de um leito bacteriano consiste em fazer escoar as águas residuais, previamente
decantadas, sobre uma massa de materiais porosos ou cavernosos que serve de suporte para os microrganismos
depuradores (bactérias) (ver diagrama infra).
Prétraitement
Leito bacteriano
Sprinkler
Enchimento
Orifícios de
arejamento
Grades
Decantador secundário
Descarga
4
O arejamento é realizado por tiragem natural ou
por ventilação forçada.Trata-se de insuflar o oxigénio necessário ao bom funcionamento das bactérias aeróbias.As matérias poluentes contidas na
água e o oxigénio do ar dispersam-se em contracorrente através do filme biológico até aos
microrganismos responsáveis pelo processo de
degradação. O filme biológico contém bactérias
aeróbias na superfície e bactérias anaeróbias
perto do fundo. Os subprodutos e o gás carbónico resultantes do processo de degradação são
evacuados nos fluidos líquidos e gasosos (Satin
M., Belmi S – 1999).
Recirculação
Figura 1: Diagrama de uma estação de tratamento com um leito bacteriano
(de acordo com a página Internet de Cartel - http://www.oieau.fr/ rubrica guide des services)
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Quadro 3: O dimensionamento dos leitos bacterianos realiza-se da seguinte forma
(Ficha técnica FNDAE n° 22):
Objectivo de
descarga
Tipo de
enchimento
Carga orgânica
máxima (kg
CBO5/m3.dia)
Altura mínima
de material (m)
Carga hidráulica
mínima (m/h)
Taxa mínima
de recirculação
≤ 35 mg CBO5/l
Tradicional
0,7
2,5
1
2
Plástico
0,7
4
2,2
2
Tradicional
0,4
2,5
0,7
2,5
Plástico
0,4
5
1,8
2,5
≤ 25 mg CBO5/l
▲ Discos biológicos
Outra técnica que utiliza culturas fixas é constituída por discos biológicos rotativos (ver diagrama infra).
Os microrganismos desenvolvem-se e formam um filme biológico depurador à superfície dos discos. Sendo os
discos semi-submersos, a rotação permite a oxigenação da biomassa fixada.
Com este tipo de instalação convém assegurar;
a fiabilidade mecânica da armação (transmissão de arranque progressivo, boa fixação do suporte no eixo) ;
o dimensionamento da superfície dos discos (este deve ser efectuado com margens de segurança importantes).
Ar (oxigenação)
Pré-tratamento
Decantador
secundário
Decantador
primário
digestor
Discos biológicos
Adsorção
Recirculação
Descargas
Figura 2: Diagrama de uma estação de tratamento
com um disco biológico (de acordo com a página
Internet de Cartel - http://www.oieau.fr/ rubrica
guide des services)
Figura 3: Esquema do princípio de um
disco biológico.
Quadro 4: O dimensionamento dos discos biológicos efectua-se da seguinte forma
(Ficha técnica FNDAE n° 22) :
Objectivo de descarga
Carga orgânica a aplicar (após decantação primária)
≤ 35 mg CBO5/l
≤ 25 mg CBO5/l
9 g CBO5/m2.dia
7 g CBO5/m2.dia
Assim, aplicando uma carga orgânica de 9 g CBO5/m2/dia para um processo típico para um e.p. de 1 000, a área
total útil é de 3 900 m2.
Outros processos com culturas fixas, tais como os biofiltros, são mais adaptados às aglomerações de maior
dimensão, dispondo de grandes meios técnicos e humanos e onde exista uma grande pressão urbanística. Por conseguinte, estes processos não serão aqui detalhados
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▲ Lamas activadas
O princípio das lamas activadas pretende intensificar os processos de auto-depuração que ocorrem
nos meios naturais (ver diagrama infra).
TANQUES DE AREJAMENTO
DECANTADOR SECUNDÁRIO
Pré-tratamento
Arejador
Água
tratada
Descarga
Recirculação
Extracção das lamas
Figura 4: Diagrama de um sistema de lamas activadas – arejamento prolongado
(de acordo com a página Internet de Cartel - http://www.oieau.fr/ rubrica guide des services)
O tratamento por " lamas activadas " realiza-se misturando e agitando as águas residuais brutas com lamas activadas líquidas, bacteriologicamente muito activas. A degradação aeróbia dos poluentes realiza-se pela mistura íntima
dos microrganismos depuradores e dos efluentes a tratar. A seguir, separam-se as fases " águas tratadas " e " lamas
depuradoras " (Agences de l’Eau – 1999).
Uma instalação deste tipo envolve as seguintes etapas :
tratamentos preliminares e eventualmente primários;
tanque de activação (ou tanque de arejamento);
decantador secundário com recuperação de uma parte das lamas;
eliminação das águas tratadas;
digestores das lamas excedentes provenientes dos decantadores
O dimensionamento do tanque de arejamento efectua-se da seguinte forma, no caso de arejamento prolongado
(Ficha técnica FNDAE n° 22) :
Carga mássica : ≤ 0,1 kg CBO5/kg SST/d;
Carga volúmica : ≤ 0,35 kg CBO5/m3/d;
Concentração das lamas : 4 a 5 g MS/l;
Tempo de retenção : cerca de 24 horas;
Necessidades em O2 : na ordem de 1,8 kg O2/kg CBO5 eliminada;
Potência de brassagem
30 à 40 W/m3 para arejadores de superfície de tipo turbina ;
3 à 10 W/m3 para agitadores
10-20 W/m3 para sistemas de arejamento com bolhas de ar finasr.
Uma lama activada com arejamento prolongado permite eliminar 95% da CBO5.
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▲ Vantagens e inconvenientes dos diferentes processos intensivos
Quadro 5:Vantagens e inconvenientes dos processos intensivos (de acordo com a página Internet
de Cartel - http://www.oieau.fr/ rubrica guide des services)
Leito bacteriano e
disco biológico
Vantagens
Inconvenientes
economia de consumo energético;
simplicidade de funcionamento, necessitando menos manutenção e controlo
comparado com a técnica de lamas activadas;
boa decantabilidade das lamas;
menor sensibilidade às variações de carga
e às toxinas do que as lamas activadas;
geralmente adequado às pequenas aglomerações;
resistência ao frio (os discos estão sempre
protegidos por coberturas ou por um
pequeno edifício).
adequado a todas as dimensões de aglomeração (salvo as mais pequenas);
boa eliminação do conjunto dos parâmetros
de poluição (SST, CQO, CBO5, N por nitrificação e desnitrificação);
adequado à protecção dos meios receptores
sensíveis;
lamas (ver Glossário) em parte estabilizadas;
facilidade de aplicação de uma remoção
simultânea dos fosfatos ;
rendimento geral mais fraco que um processo
por lamas activadas. (Isto decorre principalmente das práticas antigas de concepção. Um
dimensionamento mais realista deve permitir
alcançar qualidades de águas tratadas satisfatórias);
custos de investimento relativamente elevados
(que podem ser superiores cerca de 20% em
relação a um processo por lamas activadas);
necessidade de um pré-tratamento eficaz;
sensibilidade à colmatagem;
grande dimensão da construção se objectivos
de remoção do azoto forem impostos.Lama
activada
custos de investimento relativamente elevados;
grande consumo de energia;
necessidade de pessoal especializado e de um
controlo regular;
sensibilidade às sobrecargas hidráulicas;
decantabilidade das lamas por vezes difícil de
controlar;
grande produção de lamas que devem ser
concentradas.
Nota: O fraco rendimento microbiológico dos processos intensivos (coeficiente de remoção entre 10 e 100, ao contrário dos coeficientes entre 100 e 10 000 para os processos extensivos por alguns filtros de areia ou por lagoas), pode revelar-se problemático em
caso de uso sanitário das águas a jusante (água potável ou balnear, irrigação, conquicultura...). Nestes casos, é por vezes preferível
escolher um processo extensivo ou utilizar as técnicas intensivas apenas para o tratamento final, incluindo as grandes capacidades de
vários milhares de e.p. (ver Árvore de decisão, pág. 36
As vantagens destas técnicas são de tal ordem, que são utilizadas com sucesso pela maior parte das aglomerações..
Uma outra vantagem, nomeadamente para as lamas activadas, decorre do facto de estas técnicas serem objecto de
pesquisas avançadas por parte dos grandes grupos envolvidos na gestão das águas e de se encontrarem facilmente
publicações pormenorizadas relativas ao dimensionamento e às inovações, permitindo assim melhorar os rendimentos, no que respeita a tal ou tal parâmetro. No entanto, se forem respeitadas as regras de dimensionamento já
mencionadas, os leitos bacterianos e os discos biológicos, constituem de facto técnicas especificamente adequadas
às pequenas aglomerações, na medida em que os seus custos de exploração são menos elevados:
consumo de energia muito reduzido (até cinco vezes menos, em relação a um processo por lamas activadas),
necessidade reduzida de pessoal para a exploração deste tipo de estação rústica...
Estas técnicas podem ser utilizadas em combinação com processos extensivos. Salienta-se, em particular, que as estações utilizando processos com um disco biológico ou um leito bacteriano, completados por uma lagoa de decantação final, podem permitir obter descargas de excelente qualidade (eliminação dos nutrientes, importante remoção
dos microrganismos patogénicos).
No presente documento, não iremos mais adiante na pormenorização dos processos intensivos e passaremos a descrever técnicas menos conhecidas, ou seja, as técnicas extensivas de tratamento.
Além disso, sendo o presente documento dedicado ao tratamento para as aglomerações e industrias ligadas a sistemas colectores, não trataremos aqui as técnicas específicas de tratamento individual (fossas sépticas com dispersão
no solo ou leito filtrante, fossa de acumulação...).
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Técnicas extensivas
▲ Técnicas a desenvolver
As técnicas chamadas extensivas, que vamos passar a descrever em pormenor no presente documento, são processos que realizam o tratamento com o auxilio de culturas fixas sobre suporte fino ou ainda, mediante culturas livres,
mas com utilização da energia solar para a produção de oxigénio por fotossíntese. O funcionamento deste tipo de
instalação, sem energia eléctrica, é possível, salvo para a lagunagem arejada, para a qual uma fonte de energia é
necessária para alimentação dos arejadores ou dos equipamentos de insuflação de ar.
Estas técnicas distinguem-se, também, das técnicas previamente mencionadas, pelo facto de as cargas de superfície
aplicadas serem muito reduzidas.
Estas técnicas foram desenvolvidas em diferentes países para
aglomerações de dimensão geralmente inferior à 5 000 e.p.
É o caso, em particular, da França, com lagoas naturais, da
Baviera, com um tipo de lagunagem natural de concepção
bastante diferente da francesa ou ainda do Reino Unido,
com filtros horizontais (zonas húmidas artificiais).
Por biofilme sobre suporte sólido
Por culturas livres (areia ou solo filtrante)
A divulgação destas técnicas para as aglomerações com
dimensão superior a 500 e.p. pode ser encarada mediante
algumas precauções que precisaremos.
O presente documento deve portanto impulsionar esta
divulgação e contribuir para a demonstração da pertinência
das técnicas extensivas, no cumprimento das prescrições da
Directiva " Águas Residuais Urbanas ".
Após uma descrição geral do funcionamento das culturas
fixas e das culturas livres, passaremos a descrever, em pormenor, as técnicas extensivas conforme o seguinte plano :
Culturas fixas
Infiltração-percolação;
Filtro plantado com escoamento vertical;
Filtro plantado com escoamento horizontal.
Culturas livres:
Lagunagem natural;
Lagunagem com macrófitas;
Lagunagem arejada.
Sistemas mistos.
1,5 a 3 m3 de material por e.p.
(algas + bactérias em água)
(lagunagem)
8 a 12 m3 de água por e.p.
Figura 5:Tratamento " natural " extensivo
das águas residuais
O tratamento e o papel da vegetação nas zonas húmidas artificiais
Os sistemas de tratamento por zonas húmidas artificiais
reproduzem os processos depuradores dos ecossistemas (Wetzel, 1933). A grande heterogeneidade e diversidade das plantas, dos solos e dos tipos de escoamento das águas origina uma grande variedade de dispositivos possíveis :
sistemas de escoamento por debaixo da superfície
do solo (filtros plantados com escoamento horizontal ou vertical);
sistemas de escoamento de águas livres de superfície (ver lagunagens naturais);
menos frequentemente, a irrigação de sistemas
vegetalizados (por ex.: salgueiros); de talhadias de
curta rotação, para afinar o tratamento com uma
última filtração.
Para todas as zonas húmidas artificiais, temos os
seguintes diferentes mecanismos depuradores :
Mecanismos físicos:
filtração através de meios porosos e de sistemas
radiculares (ver mecanismos em culturas fixas);
sedimentação de SST e de colóides em lagoas
ou pântanos (ver mecanismos em culturas livres)
,
8
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
Mecanismos químicos:
precipitação de compostos insolúveis ou co-precipitação com compostos insolúveis (N, P);
adsorção sobre um substrato, consoante as
características do suporte aplicado ou pelas
plantas (N, P, metais);
decomposição por processos de radiação U.V.
(vírus e bactérias), de oxidação e de redução
(metais).
Mecanismos biológicos :
Mecanismos biológicos decorrentes do desenvolvimento bacteriano livre ou fixo permitem a degradação das matérias orgânicas, uma nitrificação em
zonas aeróbias e uma desnitrificação (ver Glossário)
em zonas anaeróbias. Com os sistemas com camada
de água livre o tratamento biológico resulta de processos aeróbios perto da superfície da água, eventualmente anaeróbios perto dos depósitos profundos. O desenvolvimento de algas fixas ou em suspensão na água (fitoplâncton) produz por fotossíntese o oxigénio necessário às bactérias aeróbias e
fixa uma parte dos nutrientes (efeito "lagunagem ")
.
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INFORMAÇÃO TÉCNICA
Culturas fixas sobre suporte fino ▼ Funcionamento: mecanismos em jogo
Os processos de tratamento por culturas fixas sobre suporte fino consistem em fazer escoar a água a tratar através de vários leitos independentes.
Os dois mecanismos principais são :
Filtração superficial : os sólidos em suspensão (SST) são retidos à superfície do leito filtrante e, com eles, uma
parte da poluição orgânica (CQO – partículas) ;
Oxidação : o meio granular constitui um reactor biológico, um suporte de grande área específica, sobre o qual
se vão fixar e desenvolver as bactérias aeróbias responsáveis pela oxidação da poluição dissolvida (CQO dissolvida, azoto orgânico e amoniacal).
O arejamento é assegurado pela :
convecção produzida pela deslocação da superfície de água ;
difusão do oxigénio a partir da superfície dos filtros e canais de arejamento, através do meio poroso.
A oxidação da matéria orgânica é acompanhada por um desenvolvimento bacteriano que deve ser regulado a
fim de impedir a colmatação biológica interna no leito filtrante e a libertação ocasional da biomassa, fenómenos
inevitáveis uma vez que as cargas aplicadas são importantes.A auto-afinação da biomassa é conseguida através da alimentação alternada dos vários leitos independentes. Durante as fases de inactividade (ou de não-alimentação),
o desenvolvimento das bactérias assim colocadas numa situação de carência reduz-se ao mínimo pela predação, desidratação... Estes períodos de inactividade não devem ser muito prolongados, para não prejudicar o recomeço rápido dos processos depuradores numa nova fase de alimentação. A situação mais frequente para os processos " culturas fixas sobre suporte fino " é de 3 leitos, cada um alimentado durante 3 a 4 dias consecutivos.
A gestão controlada do desenvolvimento bacteriano evita a necessidade de instalar um equipamento
específico de separação água + lama. As instalações para culturas fixas sobre suporte fino são concebidas
sem decantador final.
O dispositivo de alimentação das unidades de infiltração deve assegurar uma distribuição uniforme do efluente
(assegurando a utilização da totalidade da área disponível) e a homogeneidade das cargas hidráulicas (ver Glossário)
unitárias. A alimentação pode ser realizada por submersão temporária (ou por aspersão) utilizando um tanque que
permita um esvaziamento rápido mediante o uso de vários meios (sifão, bombas...). Esta alimentação sequencial também permite a manutenção de uma elevada concentração de oxigénio dentro do filtro graças à difusão de ar entre
dois esvaziamentos consecutivos.
O leito filtrante é geralmente constituído por areia (quer se
trata de areia importada ou de areia proveniente das dunas locais
existentes).A areia deve corresponder a alguns requisitos precisos
a fim de encontrar um compromisso entre o risco de colmatação
(areia demasiada fina) e o escoamento demasiado rápido (areia
demasiada grossa). As areias cujas características se apresentam
seguidamente, à luz dos actuais conhecimentos, (Liénard et al.,
2000), correspondem ao melhor compromisso possível. Importa
salientar que o não respeito desses limites poderia prejudicar a
vida útil das instalações.
Características das areias :
areia de sílica ;
areia lavada ;
d10 ccompreendido entre 0,25 mm e
0,40 mm;
CU [coeficiente de uniformidade, (ver
Glossário)] compreendido entre 3 e 6;
Teor de finos inferior a 3%.
▼ Infiltração-percolação através de leito de areia
Princípio de funcionamento
Canal de repartição do efluente
Canal de repartição do efluente
Saída de
drenagem
Areia
Gravilha
Saída de
drenagem
Dreno
Géomembrane
Drain
Figura 6: Infiltração-percolação estanque e drenada (Agences de l'Eau, 1993)
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
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Alimentação
Drenos de
recolha
Alimentação
Membrana
impermeável
Areia
Solo existente
impermeável
Figura 7: Sistema drenado sobre solo existente
impermeável (Agences de l'Eau, 1993)
Solo existente
permeável
Figura 8: Sistema drenado por um leito drenante
com impermeabilização por meio de uma membrana impermeável (Agences de l'Eau, 1993)
A infiltração-percolação das águas residuais é um processo de tratamento por filtração biológica aeróbia sobre um meio
granular fino.A água é distribuída sucessivamente sobre várias unidades de infiltração. As cargas hidráulicas são de várias
centenas de litros por metro quadrado de leito filtrante por dia. A água a tratar é distribuída de maneira uniforme
sobre a superfície do filtro que não está coberto.A área de distribuição das águas encontra-se ao ar livre e visível.
Outra variante interessante de tratamento pelo solo é constituída por filtros de areia horizontais ou verticais enterrados. Estas tecnologias, principalmente utilizadas em situações de tratamento individual, permitem um tratamento autónomo válido para agrupamentos de algumas centenas de habitantes equivalentes. No caso de um filtro de areia vertical enterrado, é necessário prever um dimensionamento de 3,5 m2/hab. e uma alimentação com baixa pressão
Critérios de dimensionamento
Uma estação na qual o principal meio de tratamento das águas residuais é a infiltração-percolação deve comportar: um
pré-tratamento, uma instalação de decantação (no caso de aglomerados de algumas centenas de h.e., pode ser utilizada uma grande fossa séptica de uso colectivo), um tanque de armazenamento, um sistema de repartição entre os
tanques, um dispositivo de alimentação, os leitos filtrantes e a restituição no lençol freático ou a descarga.
Os leitos de infiltração-percolação em areia devem seguir o seguinte método de dimensionamento (Ficha técnica
FNDAE n° 22) : Área = 1,5 m2/h.e. (quer se trate de um leito drenado ou não)
Nota: os filtros de areias verticais enterrados e drenados podem ser
interessantes para as mais pequenas instalações (individuais e grupo
autónomo) que apenas necessitam de 3 m2/hab. em vez de 1,5 m2/hab
para a filtração ao ar livre.
Cálculo da espessura
Se a remoção bacteriana não for um dos objectivos da instalação, é suficiente uma espessura de leito filtrante de 80 cm.
Instalação de MAZAGON (Espanha) capacidade de 1.700 h.e.
(fotografia : F. BRISSAUD)
No caso em que se pretenda também a remoção dos
microrganismos patogénicos através da infiltração-percolação, a espessura do leito filtrante depende do grau de descontaminação esperado.A curva apresentada a seguir indica
a relação entre a remoção dos coliformes fecais em função
da carga hidráulica (h) e da espessura do leito filtrante quando se tratar de areia (Etude Inter Agences n° 9, 1993).
Quando o maciço for constituído de areia natural existente, a relação entre a sua espessura e a descontaminação é
mais difícil de calcular e torna-se preferível recorrer a laboratórios para obter uma correcta caracterização da areia e
das suas capacidades de descontaminação.
O número de unidades depende :
Figura 9: Remoção dos coliformes fecais em função da carga
da área total do maciço filtrante;
hidráulica (H em m/dia) e da espessura do maciço filtrante
da área máxima da unidade de infiltração compatível
com uma repartição uniforme do efluente da mesma
dia
unidade.
m/
2
,
0
Aplicação
=
H
Na medida do possível, as paredes das fossas devem ser
verticais a fim de permitir que o percurso vertical da água
seja rigorosamente igual à espessura de toda a área do
maciço filtrante.
A altura das bordas livres (margens acima da zona de infiltração) deve ser de aproximadamente 30 cm. Devem ser
instaladas descargas de superfície de segurança, para
enfrentar emergências e poder desviar os caudais excedentes para um meio receptor ou outros tanques menos
cheios.
10
Os taludes das margens dos tanques podem estar protegidos por placas de betão, estaca-pranchas alcatroadas, betão
projectado ou ainda mediante uma cobertura vegetal.
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
ia
m/d
0,4
=
H
H=
/dia
0,6 m
Espessura do maciço filtrante (m)
Figura 9: Remoção dos coliformes fecais em
função da carga hidráulica (H em m/dia) e da
espessura do maciço filtrante
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Exploração
Quadro 6: Exploração de uma instalação de infiltração-percolação
Tarefas
Observações
Manutenção corrente
(em cada 3 ou 4 dias)
Acompanhamento regular
Inspecções mensais ou em
cada 2 meses
Outras operações
de manutenção
Manobra das comportas;
Limpeza das grades;
Controlo do grau de colmatação da superfície das unidades de infiltração, eventualmente da altura de água sobre a área de infiltração;
Tempo de desaparecimento da lâmina de água;
Nas instalações não gravíticas, controlo do caudal das bombas;
Manter um livro de bordo, com todas as tarefas realizadas, as medições de caudal
(canal Parchal, tempo de funcionamento das bombas) a fim de ter um bom conhecimento dos caudais e permitir a elaboração de relatórios de funcionamento.
Observações visuais, bom escoamento das águas, aspecto dos efluentes;
Remoção dos flutuantes (decantador-digestor), nível das lamas (lagoa anaeróbia
ou decantador-digestor);
Regulação de nível, alturas de água máximas no reservatório, dispositivos de alimentação (sifões, drenos, etc.);
Comportas ou dispositivos de repartição;
Escavação por erosão e manutenção do nivelamento das áreas de infiltração;
Saída de drenagem da estação (sistemas drenados) e qualidade das descargas;
Funcionamento dos aspersores (sprinkler) e limpeza mensal.
Manutenção dos dispositivos electromecânicos (1 a 2 vezes /ano);
Ceifa das margens e dos aterros em volta dos maciços;
No termo das fases de secagem, as acumulações orgânicas são reduzidas a flocos que podem ser facilmente removidos das areias e que devem ser recolhidos
e evacuados em aterros conforme uma frequência a definir empiricamente; em
cada 3 ou 4 anos, convém mudar os 5 a 10 primeiros cm de areia;
Esvaziamento das lamas do decantador-digestor ( 1 a 2 vezes / ano) ou das lagoas
de decantação (1 a 2 vezes / ano) ou ainda das fossas sépticas de uso colectivo
(uma vez em cada 3 ou 4 anos);
Análises regulares de teores em nitratos da descarga dão uma boa indicação do
estado de funcionamento da estação (*).
(*) O funcionamento óptimo de um filtro com escoamento vertical produz nitratos e qualquer diminuição de concentração à saída (à
escala da semana ou do mês) indica uma carência de oxigénio e portanto uma degradação do tratamento. Este acompanhamento
pode ser facilmente efectuado com um papel indicador.
Rendimento
Este sistema permite alcançar excelentes resultados de eliminação (em concentrações) :
CBO5 inferior a 25mg/l;
CQO inferior a 90mg/l;
SST inferior a 30mg/l;
Nitrificação quase completa;
Desnitrificação limitada neste tipo de instalação. Na sua versão " tratamento individual ", o tratamento pelo solo
pode resultar em alguma remoção do azoto. Um estudo realizado pela Direction Départementale des Affaires
Sanitaires et Sociales de Loire-Atlantique em 1993 permitiu observar que se podia remover 40% do azoto (ou
mais) com a ajuda de um filtro vertical de areia. Esta redução pode chegar aos 50% no caso de se utilizar um filtro horizontal de areia (Cluzel F. – 1993).
Fósforo: redução importante durante 3 a 4 anos (60-70%), seguida de uma redução limitada e mesmo negativa
após 8-10 anos (Duchemin J. - 1994);
Possibilidade de eliminação dos microrganismos de origem fecal sob condição de se dispor de uma altura de
material suficiente e de que o funcionamento hidráulico seja sem encaminhamento preferencial (redução microbiana de 1/1 000 para 1m de espessura).
Vantagens técnicas
resultados excelentes com a CBO5, a CQO e os SST;
nitrificação importante;
muito menor área necessária do que para uma lagoa sem arejamento;
capacidade de descontaminação interessante.
Inconvenientes técnicos
necessidade de uma instalação de decantação primária eficaz;
riscos de colmatagem a ter em conta (é portanto essencial utilizar uma areia lavada e de boa granulometria);
necessidade de dispor de grandes quantidades de areia, o que pode significar investimentos importantes se não
houver uma origem nas proximidades da estação;
adequação limitada às sobrecargas hidráulicas.
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▼ Filtros de plantas com escoamento vertical
Princípio de funcionamento
Os filtros são escavações estanques em relação ao solo, revestidas de camadas sucessivas de gravilha ou de areia de granulometria variável conforme a qualidade das águas residuais a tratar.
Ao contrário da infiltração-percolação já mencionada, o afluente bruto é distribuído directamente, sem decantação primária,
sobre a superfície do filtro. O escoamento efectua-se através do filtro onde é objecto de um tratamento físico (filtração), químico (adsorção, complexação...) e biológico (biomassa fixa sobre suporte fino).As águas tratadas são drenadas. Os filtros são
alimentados com águas residuais a partir de descargas provenientes de um reservatório. Para um mesmo nível, a área de filtração é dividida em várias unidades o que permite estabelecer uma periodicidade das fases de alimentação e de inactividade.
O princípio depurador decorre do desenvolvimento de uma biomassa aeróbia fixa sobre um solo reconstituído (ver: capítulo relativo às culturas fixas sobre suporte fino). O oxigénio é fornecido por convecção e difusão.A incorporação de oxigénio
pelo sistema radicular das plantas é, neste caso, irrelevante tendo em conta as necessidades (Armstrong, 1979).
FILTRO VERTICAL: ALIMENTAÇÃO INTERMITENTE COM
AREJAMENTO PELA SUPERFÍCIE
Entrada do
afluente bruto
Gravilha fina
Gravilha grossa
80 cm
Tampa de
arejamento
Tubo de
drenagem
Seixo
O processo compreende :
Câmara de grades ;
um primeiro nível de
filtros radiculares verticais;
um segundo nível de
filtros radiculares verticais.
Descarga das
águas tratadas
Figura 10: corte transversal de um filtro de plantas com escoamento vertical (fonte: CEMAGREF)
Critérios de dimensionamento
O dimensionamento dos filtros verticais foi calculado empiricamente determinando-se as cargas orgânicas superficiais diárias limites aceitáveis (20 a 25 g CBO5 m-2.d-1 de área total plantada).
A dimensão do primeiro nível é prevista para receber cerca de 40 g CBO5 m-2.dia-1 , o que representa 60% da área
total, ou seja, cerca de 1.2 m2/h.e. Para uma rede unitária ou parcialmente unitária, o dimensionamento do primeiro
nível deve chegar a 1,5 m2/h.e. (Agence de l'eau, 1999). Este nível é dividido num número de filtros múltiplo de 3, o
que permite obter períodos de inactividade de 2/3 do tempo
Em geral, a área do segundo nível representa 40% da área total, ou seja, cerca de 0,8 m2/h.e. Para este nível, o tempo
de inactividade necessário é igual ao tempo de operação, requerendo assim a instalação de um número de filtros
múltiplo de 2 e igual a 2/3 do número de filtros utilizados para o primeiro nível (ver esquema seguinte).
1° nivel
2° nivel
Figura 11: Esquema de
concepção dos primeiro e
segundo níveis.
Aplicação
Alimentação
A velocidade de alimentação do afluente bruto deve ser superior à velocidade de infiltração a fim de assegurar uma
boa repartição do afluente. Os depósitos acumulados à superfície contribuem para diminuir a permeabilidade (ver
Glossário) intrínseca do material e melhoram portanto a repartição do efluente. Os pés dos vegetais furam a camada dos depósitos acumulados, limitando assim a colmatação de superfície e permitindo a entrada de água em vários
pontos.
Material
O material que constitui o primeiro nível é composto de várias camadas de gravilha. A camada activa é uma gravilha com uma granulometria de 2-8 mm com uma espessura de cerca de 40 cm. As gravilhas das camadas inferiores
têm uma granulometria intermédia (10-20 mm) e a camada drenante é de gravilha de 20-40 mm.
O segundo nível, onde os riscos de colmatagem são menores, afina o tratamento. É composto por uma camada de
areia (ver infiltração-percolação) com uma altura de pelo menos 30 cm.
12
Descarga
A camada inferior de gravilha 20-40 mm assegura a drenagem do efluente. Utilizam-se de preferência drenos em
material plástico rígido providos com entalhes largos, já que estes são pouco sensíveis à colmatagem. Cada dreno
está ligado a uma chaminé de arejamento.
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Plantação
Em teoria, podem ser utilizadas várias espécies de plantas (Scirpus spp, Typha...), mas o caniço do tipo Phragmites
australis é o mais utilizado nos climas temperados (Brix, 1987) devido à sua resistência às condições que irão encontrar (longo período de submersão do filtro, períodos secos, altas taxas de matérias orgânicas) e o crescimento rápido do sistema radicular e dos rizomas. A densidade de plantação é de 4 plantas/ m2.
Concepção
Escolha dos terrenos
Os condicionalismos do local são os seguintes:
Disponibilidade de terrenos : A área necessária para uma instalação deste tipo torna por vezes impossível
a sua instalação para pequenas e médias aglomerações, submetidas a uma importante pressão urbanística.
Relevo : Um declive na ordem de 3 a 4 metros entre as extremidades a montante e jusante permite alimentar
os filtros por gravidade (recorrendo a sifões sem consumo de energia). Para os aglomerados com dimensões
próximas de 3000/4000 h.e., a instalação de bombas pode tornar-se necessária.
Exploração
A manutenção destes sistemas não necessita nenhuma qualificação particular, mas obriga o responsável das operações a efectuar visitas frequentes e regulares.
Quadro 7 : Exploração de filtros de plantas com escoamento vertical
Tarefas
Fréquence
Observations
Deservagem
No primeiro ano
Remoção manual das ervas daninhas (Kadlec et al. – 2000). Esta
operação já é necessária uma vez estabelecida a predominância.
Ceifa
1 / ano (Outono)
Ceifa e remoção dos caniços.A sua eliminação permite evitar a sua
acumulação à superfície dos filtros.A fim de reduzir o tempo de manutenção, os caniços podem eventualmente ser queimados desde que a
estanquidade do filtro não seja assegurada por uma geomembrana e se
os tubos de alimentação forem em ferro fundido (Liénard et al, 1994).
Acompanhamento
e manutenção
regular
1 / trimestre
1 / semana
Manutenção
corrente
1 a 2 / semana
Limpar o sifão de alimentação do primeiro nível com um jacto de
água sob pressão.
Análises regulares dos nitratos no efluente dão uma boa indicação
do estado de funcionamento da estação (*).
Limpar as grades.
Verificar regularmente o bom funcionamento dos equipamentos
electromagnéticos e detectar as avarias o mais rapidamente possível.
Manobra das comportas.
1 / semana
Outras operações
de manutenção
Cada visita
Manter um livro de bordo, com todas as tarefas realizadas, as
medições de caudal (canal Parchal, tempo de funcionamento das
bombas) a fim de ter um bom conhecimento dos fluxos e permitir
a elaboração de relatórios de funcionamento.
(*) O funcionamento óptimo de um filtro com escoamento vertical produz nitratos e qualquer diminuição de concentração à saída (à
escala da semana ou do mês) indica uma carência de oxigénio e portanto uma degradação do tratamento. Este acompanhamento
pode ser facilmente efectuado com um papel indicador.
Rendimento
CBO5 ≤ 25 mg/l
CQO ≤ 90 mg/l
SST ≤ 30 mg/l
NTK : ≤ 10 mg/l em geral, com picos não ultrapassando 20 mg/l
Fósforo: Redução normalmente fraca (depende da capacidade de adsorção do substrato e da idade da instalação)
Microrganismos patogénicos: eliminação limitada (redução de 1/10 a 1/100).
Vantagens técnicas
Facilidade de operação e baixos custos de exploração. Nenhum consumo energético quando a topografia o permitir;
Possibilidade de tratar as águas residuais domésticas brutas;
Gestão das lamas reduzida ao mínimo;
Boa adaptação às variações sazonais de população.
Inconvenientes técnicos
Necessidade de regularidade na exploração, ceifa anual das partes
aéreas dos caniços, deservagem manual antes da predominância dos
caniços;
Utilizar este processo para capacidades superiores a 2 000 h.e. continua
a ser muito delicado devido aos problemas ligados ao controlo hidráulico e aos custos em relação aos processos convencionais.A concepção
de um sistema para dimensões superiores apenas pode ser encarada
com uma análise completa, no que diz respeito à adaptação dos critéde OAKLANDS PARK (Reino Unido) –
rios de dimensionamento e aos condicionalismos decorrentes da instalação
capacidade: 65 p.e. (fotografia: Paul COOPER).
necessidade do controlo hidráulico;
Risco de presença de insectos ou de roedores.
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▼ Filtros de plantas com escoamento horizontal
Princípio de funcionamento
Nos filtros com escoamento horizontal, o leito filtrante está quase totalmente saturado de água. O afluente é
distribuído sobre toda a largura e a altura do leito por um sistema repartidor colocado numa extremidade da lagoa ; a
seguir, flui principalmente no sentido horizontal através do substrato. A maior parte do tempo, a alimentação
efectua-se em contínuo já que a carga orgânica produzida é pouca.
A descarga realiza-se por um dreno colocado na extremidade oposta do leito, no fundo e enterrado numa vala
preenchida de pedras drenantes. Este tubo está ligado a um sifão que permite regular a altura da descarga, e portanto a altura da água no leito, de maneira a que este fique saturado durante a alimentação. Deve-se manter o nível
da água aproximadamente 5 cm abaixo da superfície do material. Com efeito, a água não deve circular acima da
superfície, o que interromperia a cadeia de tratamento; por consequência, não há superfície livre de água e assim
não existe o risco de proliferação de insectos.
Critérios de dimensionamento
Para determinar a área necessária, os valores empíricos abaixo indicados fornecem os resultados de tratamento
esperados (Vymazal et al., 1998) :
Para concentrações iniciais da ordem de 150 a 300 mg.l-1 de CBO5, as áreas plantadas são de cerca de 5 m2/h.e.
em tratamento secundário que corresponde a Kcbo=0,1m/d ;
Para concentrações entre os 300 e os 600 mg.l-1 de CBO5, concentrações que correspondem melhor às concentrações normais das águas residuais urbanas correntes, parece preferível optar pela prática Dinamarquesa que
consiste em dimensionar o filtro para 10 m2/h.e ;
Para o tratamento de efluentes de redes pluviais (Cooper – 1196), a área requerida é de 0,5 m2/h.e.
A secção do filtro deve ser calculada por um gabinete de estudos e depende da permeabilidade inicial do material
escolhido (1 a 3.10-3 m .s-1).
A profundidade do filtro deve ser igual à profundidade máxima de penetração das raízes. Esta profundidade é de
60 cm para os Phragmites (Marsteiner, 1996).
Não foi confirmada a hipótese de uma melhoria notável da condutibilidade hidráulica inicial após o intenso desenvolvimento radicular dos caniços, tanto em densidade, como em profundidade (Boon – 1986). De facto, o aumento da
condutibilidade hidráulica inicial devido ao desenvolvimento radicular é parcialmente compensado pela acumulação de
SST e de matéria orgânica
(Cooper – 1996). É pois
FILTRO HORIZONTAL: ALIMENTAÇÃO CONTÍNUA
importante que o suporte
Entrada das águas
escolhido tenha uma perdecantadas
meabilidade de 1 à 3.10-3
m .s-1. A maior parte dos
Nível de água
solos está portanto
excluída, devendo-se em
substituição utilizar a gravilha
60 cm
Pedra drenante
de alimentação
Areia grossa ou
gravilha fina
Pedra drenante
de descarga
Descarga das
águas tratadas
Figura 11: corte transversal de um filtro de plantas com escoamento horizontal
(Fonte: CEMAGREF)
Aplicação
Compartimentação
Para dimensões superiores a 500 m2, o fraccionamento em várias unidades de tamanho mais reduzido favorecerá a
manutenção da instalação e melhorará a repartição hidráulica.
Declive
A superfície do leito é horizontal. O fundo do leito deverá ter um declive para permitir o esvaziamento completo
do filtro. No entanto, este declive não deve permitir que as raízes ao nível da saída sequem. Uma variação da profundidade do leito igual a 10% da altura do material à entrada é suficiente (Kadlec, R.H. et al. - 2000)..
Materiais
Originalmente, o processo foi desenvolvido utilizando o solo existente no local, procurando simultaneamente atingir no final uma condutibilidade hidráulica de 3.10-3m s-1. Numerosos filtros foram concebidos partindo da hipótese de que a condutibilidade hidráulica iria aumentando com o desenvolvimento radicular.
Na sequência de algumas más experiências, preconiza-se actualmente a utilização de gravilhas lavadas, com granulometrias distintas conforme a qualidade das águas afluentes (3-6, 5-10, 6-12 mm) (Vymazal - 1998).
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Vegetação
A variedade mais utilizada é o caniço Phragmites Australis devido à sua velocidade de crescimento, ao seu desenvolvimento radicular e à sua resistência às condições de saturação do solo. A plantação pode realizar-se a partir de
sementes, de rebentos ou de rizomas com uma densidade na ordem de 4 por m2.
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Concepção
Escolha dos terrenos
Os condicionalismos para uma instalação deste tipo são os seguintes :
Necessidade de grandes áreas de terreno ;
Relevo: uma diferença de nível de 1 metro entre o ponto de alimentação da futura estação e o ponto de descarga
permite alimentar os filtros por gravidade. O declive necessário não é importante devido ao escoamento horizontal.
Características do solo do fundo do filtro: se o solo for argiloso, a estanquidade natural pode ser alcançada por
simples compactação (condutibilidade exigida: 1.10-8m.s-1). No caso contrário, é necessária a colocação de uma geomembrana impermeável.
Exploração
A manutenção destes sistemas não necessita de nenhuma qualificação particular, mas obriga o responsável das operações a efectuar visitas frequentes e regulares. Na faixa de populações que nos interessa, é contudo preciso pensar na
manutenção dos equipamentos de decantação primária (remoção das lamas) e do nível de tratamento biológico, no caso
do filtro de plantas assegurar um tratamento terciáriole filtre assurerait un traitement tertiaire.
Quadro 8 : Exploração dos filtros plantados com escoamento horizontal
Tarefa
Frequência
Observações
Manutenção das
instalações de
pré-tratamento
Regulação
do nível
de saida
1 / semana
O objectivo é assegurar o seu bom funcionamento e que não se verifiquem descargas demasiado importantes de SST que possam provocar uma colmatação.
O ajuste regular do nível de saída de água permite evitar os escoamentos de superfície. Para estações importantes (> 500 m3d-1), a
verificação do nível de saída pode exigir uma visita diária.
1 / semana
A hidráulica deste tipo de processo constitui um ponte chave.
Convém verificar a boa distribuição do afluente no filtro. A limpeza do
dispositivo de alimentação deve ser prevista aquando da concepção.
Vegetação
1º ano
Deservagem
Durante o primeiro ano (e eventualmente durante o segundo), convém efectuar
uma deservagem manual das ervas daninhas a fim de não prejudicar o desenvolvimento dos caniços (Kadlec R.H. et al., 2000).
Esta operação também pode realizar-se submergindo ligeiramente a superfície do filtro (10 cm) em detrimento dos rendimentos de tratamento (Cooper – 1996). Uma
vez estabelecida a predominância dos caniços, esta operação já não é necessária.
Ceifa
Outras operações
de manutenção
desnecessária
Cada visita
A ausência de escoamento de superfície permite evitar a ceifa.A vegetação morta
não prejudica a hidráulica dos filtros e, além disso, constitui um isolamento térmico
do filtro
Manter um livro de bordo, com todas as tarefas realizadas, as medições de caudal (canal Parchal, tempo de funcionamento das bombas) a
fim de ter um bom conhecimento dos caudais e permitir a elaboração
dos relatórios funcionamento.
Rendimento
Em termos de rendimento de remoção de CBO5 , para concentrações de entrada entre 50 a 200 mg/l e para um
dimensionamento de 3 a 5 m2/h.e., filtros com escoamento de tipo horizontal e revestidos de gravilha alcançam rendimentos na ordem de 70 a 90%. Estas concentrações são, no entanto, demasiada fracas para serem consideradas
representativas de uma água residual urbana, razão pela qual parece mais prudente seguir o exemplo dinamarquês.
Com efeito, 80 instalações dinamarquesas, dimensionadas para cerca de 10 m2//h.e., atingem rendimentos da ordem
de 86% para a CBO5 e os SST, de 37% para o azoto total e de 27% para o fósforo total (Cooper – 1996).
De uma forma geral, pode-se afirmar que, em tratamento secundário, a nitrificação é limitada, mas a desnitrificação
é muito boa.
Os rendimentos relativamente ao fósforo dependem do tipo de solo utilizado, mas são relativamente fracos.
Vantagens técnicas
Consumo de energia reduzido;
Não precisa de um declive importante para assegurar o escoamento por gravidade;
Não é preciso pessoal de manutenção muito qualificado;
Boa reacção às variações de carga.
Inconvenientes técnicos
Área exigida importante (tal como para lagoas);
Uma instalação para aproximadamente 4 000 h.e. só pode ser considerada, desde que seja realizado um estudo
sério sobre as condições de adaptação dos critérios de dimensionamento e o domínio do funcionamento hidráulico.
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Culturas em suspensão
▲ Funcionamento: princípios em jogo
O processo de depuração por ”culturas em suspensão” baseia-se no desenvolvimento de uma cultura bacteriana,
principalmente de tipo aeróbia. Conforme o processo, o oxigénio provém de diferentes fontes.
Uma vez a cultura bacteriana desenvolvida, ela é separada da água mediante um mecanismo de sedimentação numa
instalação específica (caso mais frequente – decantador final, lagoa de decantação, …).
▲ Lagoas sem arejamento (lagoas de estabilização)
Princípio de funcionamento
A depuração é assegurada graças a um longo tempo de retenção, em várias lagoas estanques dispostas em série. O
número de lagoas mais frequentemente encontrado é de 3. No entanto, a utilização de uma configuração com 4 ou
mesmo 6 lagoas permite conseguir um maior grau de desinfecção.
O mecanismo básico em que se baseiam as lagoas sem arejamento é a fotossíntese.A camada superior de água das
lagoas está exposta à luz, o que permite o desenvolvimento de algas que produzem o oxigénio necessário ao desenvolvimento e à manutenção das bactérias aeróbias. Estas bactérias são responsáveis pela decomposição da matéria
orgânica. O dióxido de carbono produzido pelas bactérias, bem como os sais minerais contidos nas águas residuais,
facilitam a multiplicação das algas. Obtém-se assim uma proliferação de duas populações interdependentes: as bactérias e as algas, também chamadas " micrófitas ". Este ciclo funciona em auto-manutenção enquanto o sistema receber energia solar e matéria orgânica.
No fundo do tanque, onde a luz não penetra, são as bactérias anaeróbias que degradam os sedimentos provenientes
da decantação da matéria orgânica. A este nível libertam-se anidrido carbónico e metano.
Luz
Radiação solar
Entrada
Vento
Saída
O2
Superfície
O2 atmosférico
O2
Águas tradadas
O2
+ Algas
Bactérias
aeróbias
protozoárias
CO2
Matéria biodegradável
orgânica solúvel
Matéria sedimentável orgânica e
inorgânica solúvel e insolúvel
1m
CH4 CO2 NH3
Bactérias anaeróbias
facultativas
Zona anaeróbia
Fundo
Figura 12: Os mecanismos em jogo nas lagoas sem arejamento.
(Fonte: Agences de l’eau, CTGREF)
Critérios de dimensionamento
Uma lagoa sem arejamento é geralmente composta por várias lagoas estanques ou " lagoas de micrófitas " funcionando em série.
Número de lagoas
É frequente instalar três lagoas, o que permite assegurar um bom nível de fiabilidade no funcionamento para a remoção da matéria orgânica. Os rendimentos mais elevados, no que diz respeito à desinfecção, só são alcançados com
uma maior compartimentação (até seis lagoas em série). .
O papel respectivo das diferentes lagoas é o seguinte:
a primeira assegura, acima de tudo, a redução da carga poluente que contém carbono;
a segunda assegura a redução do azoto e do fósforo;
a terceira afina o tratamento e fiabiliza o sistema em caso de uma disfunção numa lagoa a montante ou durante
uma operação de manutenção.
A carga superficial diária aplicada é da ordem de 4,5 g CBO5 por m2 de área total, o que corresponde a uma superfície de água da ordem de 10 à 15 m2/h.e. (Vuillot et al. – 1987).
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A baixa carga aplicada implica que os efluentes permaneçam durante muito tempo nos tanques. Na ausência de águas pluviais, o tempo de retenção situa-se à volta de 70 dias. Nos climas quentes e secos, (países do sul da Europa), estas áreas
podem ser reduzidas a metade, atendendo a que a temperatura acelera os processos biológicos e a evaporação aumenta
o tempo de retenção (ver Radoux M., Cadelli D., Nemcova M., Ennabili A., Ezzahri J.,Ater M. - 2000).
Por esta razão, os volumes a tratar num dado momento são totalmente diferentes dos volumes descarregados para o
meio natural.A fim de assegurar o bom funcionamento hidráulico das instalações (e de detectar as eventuais infiltrações
de águas a partir do lençol freático ou, ao contrário, de fugas), é importante ter a possibilidade de comparar os caudais
a montante e jusante mediante dispositivos adequados (medidores de caudal ou tempo de funcionamento das bombas).
Concepção da primeira lagoa
É utilizado com êxito o valor de 6 m2/h.e., que corresponde a uma carga superficial nominal de cerca 8,3 g CBO5/m2 e
por dia.
Para as instalações destinadas a uma população variável, e em condições soalheiras e de calor, o dimensionamento pode
ser efectuado baseando-se na frequência máxima do mês de ponta.
A forma da lagoa não deve favorecer o crescimento bacteriano em detrimento do desenvolvimento das algas. O equilíbrio entre as duas populações deve ser respeitado para que o fornecimento de oxigénio seja sempre suficiente. Para isso,
será preferível optar por um lagoa de forma compacta em vez de uma forma demasiado longitudinal.A relação L/l < 3
é utilizada na França (ver esquema seguinte).
A profundidade da lagoa deve permitir:
evitar o crescimento de vegetais superiores;
a penetração da luz e a oxigenação de uma grande parte do volume.
Portanto, a altura deve ser de 1 metro (±0,2 m). No entanto, com o fim de facilitar a limpeza do cone de acumulação
dos depósitos que se desenvolve habitualmente junto ao ponto de alimentação, pode-se considerar aí uma zona de maior
profundidade. Esta área, com uma altura suplementar de 1 metro no máximo, pode ocupar algumas dezenas de m2 e deve
sempre ser acessível a partir da margem ou a partir de uma passadeira construída para esse efeito.
Concepção da segunda e da terceira lagoa
Estas duas lagoas devem ter dimensões semelhantes e a área total das duas extensões de água deve ser igual a 5m2/h.e.
A altura da água deve ser de 1 metro (± 0,2 m).A sua forma pode variar em função, nomeadamente, dos condicionalismos topográficos e dos aspectos a respeitar a fim de obter uma boa integração na paisagem
Pré-tratamento dos afluentes brutos
Deve-se colocar uma câmara de grades antes da zona de tratamento nas instalações de maiores dimensões. Para as instalações previstas para menos de 500 h.e., é possível utilizar uma barreira flutuante (desengordurador grosseiro) submergida em 30 a 40 cm, que permite reter os sólidos flutuantes à entrada da primeira lagoa
Espaço necessário
A escolha do terreno é condicionada pela dimensão da superfície total do sistema de lagoas. A área da lagunagem
inclui as extensões de água e os espaços envolventes que devem ser concebidos para permitir uma fácil manutenção. É preciso, por exemplo, cerca de 15 m2/h.e. de superfície total para construir os 4 400 m2 das lagoas necessárias ao tratamento das águas residuais produzidas por 400 h.e., o que requer portanto um terreno de 0,6 hectares
(ver esquema seguin).
I L
2,5 m2/EH
2,5 m2/EH
6 m /EH
2
Circulação da água
Figura 13: Área total de uma lagoa sem arejamento
(Agence de l’Eau Seine-Normandie, CEMAGREF – 1998)
Localização.
A instalação deve estar situada num ponto
baixo, num lugar onde os ventos dominantes
favoreçam o arejamento da camada superficial de água. No caso de existirem terrenos
mais impermeáveis (silt/argilas) numa localização de cota superior, deve-se considerar a
possibilidade de se recorrer a uma bombagem.
Não se devem encontrar árvores a menos
de 10 metros das lagoas, uma vez que as
raízes podem criar caminhos preferenciais
ao nível dos diques. Além disso, a queda de
folhas na lagoa pode gerar uma sobrecarga
orgânica bem como um risco de obstrução
das instalações de intercomunicação.
O terreno dever ser de tipo silto-argiloso.
Acima de tudo, o subsolo não deve ser cársico e não deve apresentar fissuras.
Topografia
O terreno deve ser escolhido por forma a permitir um escoamento gravítico para o meio receptor. Deve-se também escolher um lugar necessitando o mínimo de obras de terraplanagem. Finalmente, devem ser eliminados os terrenos exageradamente inclinados, devido aos riscos de desabamento, de erosão e de alimentação pela lagoa de captação (após chuvas fortes, uma lagoa de captação demasiado inclinada poderá dar origem a um súbito e forte aumento do caudal das águas pluviais).
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Aplicação
Terraplanagem
O declive dos diques construídos com solos impermeáveis naturais deve respeitar uma relação H/l de pelo menos
1/2,5 a fim de :
limitar a acção erosiva das ondas;
facilitar a manutenção corrente;
permitir o acesso a todas as lagoas das máquinas de limpeza.
Para prevenir a erosão provocada pelas ondas e eventualmente as deteriorações devidas aos roedores, é útil pôr relva
nas margens antes do enchimento com água ou de utilizar lajetas , geogrades ou qualquer outro material de protecção
das margens.
Os diques devem ser construídos por compactações de sucessivas camadas de 15 a 20 cm, a fim de assegurar um assentamento homogéneo até ao " coração do aterro ".
A compactação da soleira deve ser efectuada após a dos diques.
A colocação de uma geomembrana é possível, mas apresenta o inconveniente de aumentar o custo de investimento da
instalação. Nestas circunstâncias, o declive dos diques poderá ser maior (até 1/1,5), reduzindo assim a área total das instalações.
Devem-se prever ligações com sifões entre os tanques a fim de reter os hidrocarbonetos e as lentilhas de água.
É preferível instalar uma derivação (by-pass) fixo em cada tanque a fim de facilitar as operações de esvaziamento e de
limpeza.
A última fase da realização é o enchimento rápido com água limpa das diferentes lagoas a fim de verificar qual a permeabilidade obtida evitando o risco das terras de construção da instalação secarem, verificar a estanquidade e favorecer
o estabelecimento do ecossistema (incluindo a vegetação das margens).
Podem ocorrer cheiros desagradáveis nas mudanças de estações do ano (ligados ao fenómeno de anaerobiose) se o
efluente presente na primeira lagoa se apresentar demasiado concentrado. É possível resolver esta situação fazendo recircular a água da primeira lagoa ou diluindo o afluente mediante dispositivos de descarga de correntes de varrer na rede.
A fim de prevenir a falta de estanquidade das lagoas, é imperativo proceder a um estudo prévio pedológico e hidrogeológico.
Exploração
O quadro que se segue apresenta uma descrição precisa das tarefas a realizar.
Quadro 9: Exploração das lagoas
Tarefa
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Frequência
Observações
Controlo geral – pontos a controlar: 1 / semana
presença de roedores;
obstrução dos equipamentos
de inter-comunicação;
desenvolvimento de lentilhas
de água;
bom escoamento da água;
ausência de substâncias
flutuantes;
cor da água;
ausência de cheiros;
estado dos diques
A visita de controlo deve ser efectuada percorrendo
todos os diques, método que tem a vantagem de prevenir
a instalação de roedores.
Manutenção das instalações
depré-tratamento
1 / semana
Trata-se de impedir a colocação em carga da rede ou do
by-pass dos efluentes e evitar os maus cheiros ;
Corte de relva nos diques, nas
margens e da cintura vegetal
(ou pastagem de carneiros)
2 a 4 / ano
O objectivo é manter o acesso aos corpos de água, de
limitar a instalação de roedores e o desenvolvimento de
larvas de insectos e de controlar o estado das margens.
Limpeza parcial do cone de
sedimentação (entrada da primeira lagoa )
1 a 2 / ano
Deve ser realizada por bombagem.
Limpeza das lagoas
Em cada 5 a 10
anos, conforme a
carga efectivamente
recebida na primeira
lagoa, e em cada 20
anos para as lagoas
seguintes
Deve ser realizada quando o volume de lama atingir os
30% do volume do tanque.
Dois métodos de limpeza são habitualmente utilizados:
por máquinas de movimentação de terras, após o esvaziamento da lagoa. Isto implica a presença de um by-pass
fixo em cada tanque;
por bombagem, sem esvaziamento prévio, chamada "
limpeza debaixo de água ".
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Além disso, os métodos de luta contra as lentilhas de
água são preventivos (sedentarização de patos) ou curativos (remoção dos vegetais, p. ex. mediante tábuas flutuantes).
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Rendimento
Os rendimentos, calculados com base na redução de matéria orgânica, alcançam mais de 75% o que corresponde a
uma concentração em CQO de 125 mg/l no efluente filtrado. Além disso, a quantidade de água tratada, e portanto
o caudal descarregado, é muitas vezes reduzido no Verão (-50%) devido à evapotranspiração.
As concentrações de azoto total no ponto de descarga são muito baixas no Verão, mas podem atingir várias dezenas de mg/l (expresso em N) no Inverno.
A redução do fósforo é notável durante os primeiros anos (≥ 60%), e diminui para atingir um rendimento nulo ao
fim de aproximadamente 20 anos. Esta diminuição deve-se à libertação do fósforo a partir das lamas acumuladas no
fundo.As condições iniciais são restabelecidas mediante a limpeza do fundo das lagoas (quando o meio receptor for
sensível ao fósforo, esta limpeza deverá ser executada ao fim de 10 anos e não ao fim dos habituais 20 anos)
A desinfecção é importante, particularmente no Verão (redução > 10 000). Este rendimento está ligado ao tempo
de retenção prolongado do afluente (cerca de 70 dias para um tratamento completo), à competição biológica e às
radiações ultravioletas solares.
Vantagens
Se o declive for favorável, não se verifica qualquer consumo de energia;
A exploração é simples, mas se a limpeza geral não for realizada regularmente, os rendimentos da lagoa baixam
de maneira notável;
Elimina uma grande parte dos nutrientes: fósforo e azoto (no Verão);
Muito boa eliminação dos microrganismos patogénicos no Verão (4-5 logs), boa no Inverno (3 logs);
Boa reacção às fortes variações de carga hidráulica;
Nenhuma construção pesada; os trabalhos de construção civil são simples e reduzidos;
Boa integração na paisagem;
Equipamento com carácter pedagógico, para iniciação em ciências da natureza
Ausência de poluição acústica;
As lamas provenientes da limpeza são bem estabilizadas (salvo as lamas junto à entrada da primeira lagoa) e fáceis
de dispersar num solo agrícola.
Inconvenientes técnicos
Área exigida importante;
Custo de investimento muito dependente das características do subsolo. No caso de terrenos arenosos ou instáveis, é preferível renunciar a este tipo de lagoas;
Rendimentos em termos de matéria orgânica removida são inferiores aos processos intensivos. No entanto, a
matéria orgânica descarregada efectua-se sob a forma de algas, o que é menos prejudicial para a oxigenação do
meio receptor a jusante, do que a matéria orgânica dissolvida. Além do mais, o caudal descarregado no Verão
(evapotranspiração), período menos favorável para os rios, é baixo, pelo que a redução do caudal descarregado
acaba por ser uma vantagem nesta época do ano;
Qualidade da água descarregada varia conforme a estação do ano.
▲ Lagoas de macrófitas
As lagoas de macrófitas reproduzem zonas húmidas naturais com uma superfície de água livre e tentam valorizar os processos naturais destes ecossistemas. São pouco utilizadas na Europa, mas são frequentemente utilizadas
nos Estados Unidos para tratamentos terciários a seguir a uma lagoa sem arejamento, a lagoas facultativas ou a lagoas
arejadas. Este processo é geralmente utilizado com vista a melhorar o tratamento (em termos de CBO5 ou SST) ou
de afiná-lo (nutrientes, metais...). Nota-se, no entanto, que a utilização de uma lagoa de micrófitas permite obter melhores resultados e a sua manutenção é mais fácil.
.
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▲ Lagoas arejadas
Princípio de funcionamento
Descrição geral
No caso das lagoas arejadas, a oxigenação é realizada mecanicamente por um arejador de superfície ou por injecção de ar. Este princípio só se diferencia das lamas activadas pela ausência de sistema de reciclagem das lamas ou de
extracção das lamas em contínuo. O consumo de energia nos dois processos é, para as mesmas capacidades, comparável (1,8 a 2 kW/kg CBO5 eliminada).
Principais mecanismos em jogo
Na lagoa de arejamento, as águas a tratar estão em presença de microrganismos que vão consumir e digerir os
nutrientes provenientes da poluição a eliminar. Estes microrganismos são principalmente bactérias e fungos (equiparáveis aos presentes nas estações com lamas activadas).
Na lagoa de decantação, as matérias em suspensão constituídas pelas acumulações de microrganismos e de partículas retidas, são decantadas produzindo as lamas. Estas lamas são bombeadas regularmente ou removidas da lagoa
quando representarem um volume demasiado importante. Este processo de decantação realiza-se numa simples
lagoa de decantação, ou ainda melhor, em duas lagoas que possam ser utilizadas separadamente, permitindo assim
realizar as limpezas, quando necessárias.
Nas lagoas arejadas verificam-se os seguintes efeitos numa população bacteriana sem recirculação:
uma baixa densidade de bactérias e um tempo de tratamento importante para conseguir o nível de qualidade
exigido;
uma floculação pouco importante das bactérias, o que obriga à instalação de uma lagoa de decantação de
dimensões correspondentes.
Descarga
Entrada
Rio
3 m3 por hab. equiv.
3 m3
por hab.
equiv.
0,3 a 0,5 m3 por hab.
equiv.
Figura 14: Esquema de princípio de
uma lagoa arejada (segundo
Agences Financières de l’Eau,
CTGREF)
Critérios de dimensionamento
Escolha dos terrenos
Deve-se prever uma área compreendida entre 1,5 a 3 m2 por habitante equivalente .
Lagoas de arejamento
Quadro 10 : Critérios de dimensionamento para as lagoas arejadas
Parâmetros
Critérios de dimensionamento
Tempo de
permanência
20 dias (o tempo de retenção reduz–se de facto a cerca de quinze dias após alguns anos de
funcionamento devido ao volume ocupado pela deposição das matérias em suspensão => portanto, não se deve procurar reduzir este tempo de retenção aquando do dimensionamento).
Volume
3 m3 por utente.
Profundidade
2 a 3,50 m com arejadores de superfície (as turbinas de 4 kW correspondem a profundidades na ordem de 2,5 m, as de 5,5 kW são usadas para profundidades entre 2,5 e 3 m).
> 4 m possível com injectores de ar
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Forma do tanque
Quadrangular com um arejador central
Potência específica
de arejamento
As necessidades de oxigénio são de aproximadamente 2 kg O2 / kg CBO5. Para reduzir
os depósitos a um volume que não prejudique o tratamento e prevenir a formação de
algas microscópicas, é necessário sobredimensionar os arejadores e utilizar uma potência
entre 5 e 6 W/m3. Em funcionamento, é sempre possível reduzir o tempo de operação
destes arejadores em relação aos tempos de operação dos arejadores de menor potência, o que permite diminuir os custos adicionais de funcionamento.
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Lagoas de decantação
Quadro 11 : Critérios de dimensionamento para as lagoas de decantação
Parâmetros
volume
Forma da lagoa
Critérios de dimensionamento
0,6 a 1 m3 por habitante equivalente (2 tanques de 0,3 a 0,5 m3/e.p. )
Quadrangular com uma relação largura / comprimento igual a 1/2 ou 1/3
Profundidade
2 m a fim de deixar um metro de água livre antes da remoção das lamas.
Profundidade
2 a 3 m com arejadores de superfície.
A utilização de duas lagoas de decantação permite o funcionamento de modo alternado facilitando a remoção das
lamas, operação esta que deve ser realizada em cada dois anos.
Aplicação
Ao contrário das lagoas não arejadas, é preferível assegurar a impermeabilização por uma geomembrana a fim de
limitar os riscos de degradação das margens devido às ondas produzidas pela água em movimento. No caso de se
recorrer a terras naturais impermeáveis, convém instalar sobre as margens materiais que assegurem uma protecção
contra a erosão provocada pelas ondas (betão projectado, geogrades + plantação de juncos). A vida útil da instalação depende dessas medidas.
Qualquer que seja o modo de construção escolhido, deverão colocar-se lajes de protecção contra a erosão por escavação por debaixo dos arejadores.
Exploração
As diferentes tarefas de manutenção e conservação são enumeradas no seguinte quadro
Quadro 12 : Exploração das lagoas arejadas
Tarefa
Frequência
Observações
Limpeza das instalações 1 / semana
de pré-tratamento
(grades + barreira flutuante de protecção)
/
Inspecção geral das
lagoas
Remoção das lamas
das lagoas de decantação
Regulação, programação do
arejamento
1 / semana
/
Corte das ervas
aquáticas, ceifa
2 a 5 / ano
/
Verificação e leitura 1 / semana
dos contadores
/
Manutenção do
livro de bordo
/
1 vez em cada 2
anos em carga
nominal
2 / ano
1 / semana
A primeira limpeza só é necessária após 3 ou 4 anos de
funcionamento.
Operação mais complexa, que implica uma verificação do novo equilíbrio biológico no tanque após cada regulação.
Rendimento
O nível de qualidade do efluente é bom em termos de matéria orgânica: mais de 80% de redução. Para os nutrientes,
a eliminação fica limitada à assimilação bacteriana e é na ordem de 25-30%.
O processo adapta-se facilmente à adição de reagentes físico-químicos com vista a eliminar os ortofosfatos.
Vantagens técnicas
Este processo é particularmente tolerante para com numerosos factores que geralmente provocam graves disfunções nos processos convencionais de tratamento:
grandes variações das cargas hidráulicas e/ou orgânicas;
afluentes muito concentrados;
desequilíbrios de nutrientes nos afluentes (causa de aumento de matérias filamentosas nas lamas activadas);
tratamentos conjuntos de efluentes domésticos e industriais biodegradáveis;
boa integração na paisagem;
lamas estabilizadas;
limpeza das lamas apenas de dois em dois anos.
 Inconvenientes técnicos
qualidade média das descargas, para todos os parâmetros;
presença de equipamentos electromecânicos necessitando uma manutenção por mão de obra especializada:
poluição acústica devido à presença do sistema de arejamento;
forte consumo de energia
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SISTEMAS COMBINADOS [ASSOCIAÇÃO DE PROCESSOS EXTENSIVOS (CULTURAS FIXAS OU EM
SUSPENSÃO)]
A associação de vários sistemas naturais, em culturas
livres ou fixas, em série ou em paralelo, é por vezes aplicada a fim de adaptar o tratamento a um objectivo
específico (qualidade da descarga, integração das águas
pluviais, afluente de tipo particular...).
Para o tratamento principal, as experiências ainda são
poucas e os seus rendimentos reais difíceis de avaliar.
Alguns estudos (Radoux M. et al. - 2000) sobre MHEA‚
(Mosaicos Hierarquizados de Ecossistemas Artificiais)
demonstram potencialidades interessantes sem definir
critérios de dimensionamento.
A utilização de filtros verticais e horizontais em série
parece ser uma solução interessante para permitir um
tratamento mais completo do azoto e do fósforo
conforme o tipo de suporte utilizado (Cooper – 1996).
Uma primeira fase recorrendo a filtros verticais permite uma boa redução dos SST, da CBO5, bem como, uma
nitrificação quase completa. Uma segunda fase de filtros
horizontais afina o tratamento sobre os SST, a CBO5, e
permite uma desnitrificação, bem como, uma adsorção
do fósforo se o suporte escolhido tiver as características adequadas.
Configurações mais complexas são frequentemente utilizadas para afinar tratamentos secundários ou terciários. Após tratamentos de tipo lagoas com arejamento
ou lagoas sem arejamento, a utilização de lagoas de
macrófitas emergentes permitirá eliminar o risco de
descargas temporárias de qualidade medíocre.
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PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
Sistemas de lagoas facultativas seguidas de lagoas de
macrófitas emergentes são frequentemente utilizadas
para o tratamento das águas pluviais (Strecker et al. –
1992).
Quando a população atingir um valor próximo de 4 000
h.e., convém proceder a uma boa comparação dos custos de investimento e de gestão com os processos
reputados mais intensivos. Deve–se ter em conta os
encargos de gestão decorrentes das grandes superfícies em causa.
Inúmeras configurações são possíveis conforme a vontade de reproduzir os vários sistemas naturais de zonas
húmidas. Convém no entanto lembrar que o aumento
da complexidade de uma estação de tratamento deste
tipo faz-se à custa da cada vez menor simplicidade da
sua exploração, sendo este o objectivo frequentemente
mais procurado.Além disso, o estado actual dos conhecimentos científicos sobre o funcionamento das zonas
húmidas incita geralmente a tentar simplificar a configuração a fim de controlar melhor o grau de tratamento.
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CONCLUSÕES: ELEMENTOS DE
APRECIAÇÃO PARA OPÇÕES TÉCNICAS
Recapitulação dos diferentes processos As tecnologias de tratamento correspondentes à expressão " processos extensivos " estão sumariamente resumidas no quadro seguinte, que mostra, para algumas, a necessidade de se prever um tratamento primário (ver
Glossário) a montante, e que outras, se adequam exclusivamente para tratamento final (ou terciário).
Quadro 13 : As técnicas de tratamento extensivas
Processo convencional
Tratamento primário
Tratamento secundário Tratamento terciário
Infiltração – percolação
Decantador digestor
Infiltração - percolação
Filtros de plantas com
escoamento vertical
Necessário (filtros de plantas com escoamento vertical* podem ser utilizados
para assegurar o tratamento primário)
Decantador digestor
Filtros de plantas com
escoamento vertical
(1º nível)
Lagoas não arejadas
1ª lagoa
2ª lagoa
3º tanque de lagunagem
Lagoas de macrófitas
Desaconselhado
Desaconselhado
Um ou vários tanques
Lagoas arejadas
Lagoa arejada + lagoa de decantação
Lagoa de decantação final
Sistemas mistos,
1ª lagoa, 2ª lagoa
Infiltração - percolação
Lagoa arejada + lagoa de decantação
Infiltração - percolação
Filtros de plantas com
escoamento horizontal
por exemplo...
Filtros de plantas com
escoamento vertical
(2º nível)
Filtros de plantas com escoamento horizontal
Filtros de plantas com escoamento vertical + Filtros de plantas com escoamento horizontal
* Filtros com gravilha em vez de areia (ver estudo de caso da NEA Maytos – Modi pág. 30)
A maior parte destas tecnologias asseguram uma eliminação notável de um dos parâmetros característicos do tratamento terciário (azoto, fósforo ou microrganismos atestando uma contaminação fecal) conforme os vários níveis
considerados e detalhados no quadro 14 seguinte.
Qualidade das descargas Quadro 14 : Eficácia dos processos extensivos conforme os parâmetros (*cf. glossário)
Parâmetros
MO*
NTK*
N Global*
P total*
Descontaminação
bacteriológica
Infiltração - percolação
Sim
Sim
Não
Não
Só com dimensionamento
específico
Filtros de plantas com
escoamento vertical
Sim
Sim
Não
Não
Não
Filtros de plantas com
escoamento horizontal
Sim
Má desnitrifi- Boa desnitri- Não
cação
ficação
Não
Lagoas sem arejamento
Média
Sim
Sim
Sim, os primeiros anos
Sim
Lagoas de macrófitas
Média
Sim
Sim
Sim, os primeiros anos
Sim
Lagoas arejadas
Média
Média
Não
Não
Não
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Vantagens e inconvenientes: recapitulação
A opção final tomar-se-á tendo em conta as vantagens e os inconvenientes das diferentes tecnologias, apresentados
sucintamente no seguinte quadro :
Quadro 15 : Recapitulação das vantagens e inconvenientes dos processos extensivos
Processo
Vantagens
Inconvenientes
Infiltraçãopercolação em
areias
Excelentes resultados relativamente a
CBO5, a CQO, os SST e nitrificação
avançada;
Área necessária muito menor que para
uma lagoa sem arejamento;
Capacidade de descontaminação interessante.
Facilidade de operação e baixos custos
de exploração. Nenhum consumo de
energia quando a topografia o permitir;
Tratamento das águas residuais domésticas brutas;
Gestão reduzida ao mínimo para depósitos orgânicos retidos nos filtros do 1°
nível;
Boa adaptação às variações sazonais de
população
Filtros de plantas
com escoamento
vertical
Filtros de plantas
com escoamento
horizontal
Necessidade de uma instalação de decantação primária eficaz;
Risco de colmatação a gerir;
Necessidade de dispor de grandes quantidades de areia;
Adaptação limitada às sobrecargas
hidráulicas.
Exploração regular, ceifa anual das partes
aéreas dos caniços, deservagem manual
antes da predominância dos caniços se
estabelecer;
A utilização deste processo para capacidades superiores a 2 000 h.e.. continua a
ser muito delicada dado os problemas ligados ao controlo hidráulico e custos semelhantes aos dos processos convencionais;
Risco de presença de insectos ou de roedores;
Consumo de energia reduzido;
Área exigida importante, partes envolventes
Ausência de poluição acústica e boa
incluídas. Na ordem de 10 m2/h.e. (equiparável
integração na paisagem;
à superfície de uma lagoa sem arejamento).
Não é preciso uma qualificação avançada Uma instalação para dimensões de 2 000 à 15
para assegurar a manutenção;
000 h.e. só pode ser encarada na condição de
Boa reacção às variações de carga.
que seja realizado um estudo cuidado sobre
as condições de adaptação dos critérios de
dimensionamento e do controlo hidráulico.
Lagoas sem arejamento
Lagoas arejadas
Se o declive for favorável, não há consumo de
energia;
A exploração é simples, mas se a limpeza global não for realizada regularmente, os rendimentos da lagoa diminuem de forma notável;
Remoção da maior parte dos nutrientes: fósforo e azoto (no Verão);
Qualidade da descarga limitada e boa eliminação dos microrganismos patogénicos no Verão;
Boa reacção às fortes variações de carga
hidráulica;
Nenhuma construção civil pesada; os trabalhos
de engenharia civil são simples;
Boa integração na paisagem;
Bom instrumento pedagógico (iniciação às
ciências da natureza);
Ausência de poluição acústica;
As lamas provenientes da limpeza são bem
estabilizadas, salvo as lamas da entrada da primeira lagoa.
24
Tolerância para com variações importantes das cargas hidráulicas e/ou orgânicas;
Tolerância para com afluentes muito
concentrados;
Tolerância a desequilíbrios de nutrientes
nos afluentes (causa de aumento de
matérias filamentosas nas lamas activadas);
Tratamentos conjuntos de efluentes
domésticos e industriais biodegradáveis.
Boa integração na paisagem;
Lamas estabilizadas.
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
Área exigida importante (10 m2/e.p.);
Custo de investimento muito dependente
das características do subsolo. Em presença de um terreno arenoso ou instável,
é preferível renunciar a este tipo de
lagoas;
Rendimentos em termos de matéria
orgânica eliminada inferiores aos processos intensivos. No entanto, a matéria
orgânica é descarregada sob a forma de
algas, o que é menos prejudicial para a
oxigenação do meio receptor a jusante,
do que a matéria orgânica dissolvida;
Qualidade da descarga variável conforme
as estações do ano;
Domínio limitado do equilíbrio biológico
e dos processos depuradores.
Qualidade média da descarga para todos
os parâmetros;
Presença de equipamentos electromecânicos necessitando uma manutenção por
mão de obra especializada:
Poluição acústica ligada à presença do sistema de arejamento;
Forte consumo energético.
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Importância do factor climático Será sempre a adaptabilidade das características dos diferentes processos às condições locais que deverá levar os
órgãos de decisão a tomar uma decisão. Nesta perspectiva, dever-se-ão estudar mais em pormenor as capacidades
de adaptação dos diferentes processos a diversas condições climáticas.
Os filtros verticais podem aguentar períodos de formação de gelo à superfície sem grande perda de qualidade do
tratamento. Contudo, sendo a alimentação alternada, períodos prolongados de gelo, na ausência de uma protecção
térmica proporcionada pela neve, podem prejudicar o funcionamento hidráulico do filtro e, por conseguinte, a qualidade do tratamento. Um isolamento com palha pode evitar os efeitos de uma geada demasiado forte (Wallace et
al – 2000, Brix – 1998). No entanto, não foram observadas grandes diferenças de rendimento entre as várias estações do ano em numerosas instalações na Dinamarca.
Os filtros horizontais aguentam facilmente períodos prolongados de congelamento.Vários factores contribuem para
o isolamento térmico das águas das baixas temperaturas exteriores: neve, caniços cortados e mantidos à superfície
e, para os períodos mais críticos da retenção do gelo, a camada de ar retida debaixo da camada de gelo à superfície
do filtro. Os rendimentos podem, no entanto, revelar-se mais baixos do que nas condições de Verão. Em condições
climáticas extremas, convém ter em conta um factor de segurança aquando do dimensionamento destas instalações.
Os sistemas de lagoas de macrófitas são sensíveis às temperaturas da água. A cinética das reacções de decomposição diminui no caso de a temperatura baixar. No que diz respeito às lagoas de micrófitas, observa-se que o processo de fotossíntese pode continuar, mesmo debaixo de um ou dois centímetros de gelo.
No dimensionamento das lagoas de macrófitas, a constante de degradação é dependente da temperatura. Não obstante, a variabilidade dos caudais e das concentrações em função das estações do ano torna difícil a interpretação
do efeito da temperatura. O ciclo do azoto é o mais sensível aos efeitos da temperatura. Curiosamente, os efeitos
sobre a CBO5 são menos evidentes e alimentam vários debates (Kadlec, R.H. et al – 2000). Em compensação, os SST
não são afectados pela temperatura.
O tempo de retenção nas lagoas varia em função das condições climáticas e portanto afecta indirectamente os rendimentos esperados.A forte evapotranspiração que se verifica durante a estação quente pode aumentar consideravelmente o tempo de retenção e, por consequência, o rendimento.
Desaconselha-se a implantação de lagoas arejadas em zonas com um clima extremamente frio
Qualquer que seja o processo escolhido, em condições climáticas extremas, convirá ter em conta um
factor de segurança aquando do dimensionamento. Está ainda por realizar um estudo complementar
para determinar com mais precisão esse factor
De facto, o espaço disponível e a permeabilidade do solo, mais do que as condições climáticas, são os principais factores determinantes para a escolha destas tecnologias.
Diagrama de decisão Para a escolha de um processo de tratamento, pode-se utilizar o seguinte diagrama de decisão:
Sim (8 - 15 m2/hab)
Superfície
disponível
Não (Menos de 1 m2/hab)
Limitada (2 - 5 m2/hab)
Sistema extensivo
ou misto
Sistema híbrido:
l Filtro biológico + lagoa final;
l Disco biológico + lagoa final;
Ou
l lagoa arejada + lagoa final;
l filtro vertical de areia drenado
(pequenas unidades)
Sistema intensivo + tratamento
terciário quando necessário
(nutrientes / microbiologia)
Não
Solo permeável
Sim
Infiltração percolação
ou filtros*
Lagoa sem arejamento de
micrófitas
ou
Filtros de plantas horizontais
Jean Duchemin
Comissão Europeia - 2001
*filtro vertical quando se procurar a eliminação do NH4+ e dos microrganismos (sem acção sobre NO3-) ; filtro vertical + filtro horizontal ou só filtro horizontal se se pretender uma desnitrificação. O risco de uma concentração elevada em NH4+ ao nível da descarga é então mais importante
Figura 15 : Diagrama de decisão
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Custos
Os dados apresentados no quadro seguinte derivam de experiências francesas e são, antes de tudo,
válidas e comprovadas para esta mesma zona geográfica.
Quadro 16: custos (em EURO líquido de imposto) relativos a uma estação para 1 000 habitantes
(Fonte: ficha técnica FNDAE n.° 22 – 1998)
Lamas
activadas
Filtros
biológicos
Discos
biológicos
Lagoas c/ Lagoas s/
Decantador-digesarejamento arejamento tor + infiltração
percolação
Decantador-digestor + filtro de
plantas
Investimento
230 000
(+30%)
180 000
(+50%)
220 000
(+45%)
130 000
(+50%)
120 000
(+60%)
190 000 (+50%)
190 000 (+35%)
Funcionamento
(incl. energia) =>
Custo anual em
EURO/ano
11 500
7 000
7 000
6 500
4 500
6 000
5 500
Outra fonte, indica custos sensivelmente diferentes para os processos intensivos, já que o custo de investimento
para as lamas activadas, bem como, para os filtros biológicos se situa na ordem dos 155 000 EURO (ver Agence de
l’Eau Seine-Normandie – 1999). Estes últimos números, no entanto, provêm de dados fornecidos pelos construtores,
enquanto que os dados do quadro anterior provêem de inquéritos no terreno a partir dos quais foram comparados e analisados os custos de 10 a 16 estações utilizando sempre o mesmo processo.
Uma terceira fonte (ver Alexandre O, Grand d’Esnon – 1998) fornece valores para uma estação de tratamento com
um dimensionamento compreendido entre 2 000 e 15 000 h.e., do tipo arejamento prolongado com tratamento do
azoto e eventualmente do fósforo. O preço de construção de uma estação deste tipo, após a realização de um
concurso público, foi de 120-140 EURO /h.e. O total da operação, que inclui a direcção das obras, os diferentes estudos preliminares, o processo de autorização de descarga, os estudos de valorização das lamas e resíduos, é da ordem
de 150 EURO / h.e. Se se aceitar a hipótese de um sobredimensionamento normal de 15 a 20%, uma estação de
depuração com uma capacidade compreendida entre 2 000 e 15 000 h.e. custa 185 EURO/h.e.. A construção civil,
avaliada em 92,5 EURO/h.e. amortiza-se em 20 anos. O equipamento electromecânico, avaliado em 92,5 EURO / h.e.,
amortiza-se em 12 anos.
Como se pode observar com os exemplos acima referidos, os números podem variar sensivelmente consoante as
fontes, embora o objecto em causa seja o mesmo (construção de uma estação na França). Isto vem confirmar que,
querer fazer uma comparação dos custos entre as diferentes tecnologias extensivas ao nível europeu, continua a ser
uma tarefa muito delicada.Vários estudos permitem avançar que as estações alemãs são, com capacidade equivalente, 20 a 30% mais caras que as francesas, devido ao custo da construção, ao material utilizado e aos factores de segurança utilizados (ver Berland J.M.,1994). Ao contrário, os custos na Grécia ou em Portugal são menos elevados que
na França, devido a um custo menor da construção civil. Além disso, o contexto local pode gerar diferentes custos
suplementares ao nível do investimento (terraplanagem em zona granítica, colocação de uma geomembrana devido
à permeabilidade do solo, ausência de areias nas proximidades...). Por tudo isso, considera-se pelo menos arriscado
apresentar regras gerais neste campo.
É possível, em compensação, afirmar que a exploração dos diferentes sistemas extensivos é mais simples e, por
conseguinte, menos dispendiosa que a operação dos sistemas intensivos, nomeadamente no que diz respeito ao
custo energético e ao custo decorrente da gestão das lamas. Aqui reside a grande vantagem destes sistemas, que,
para além disso, não necessitam de uma mão-de-obra especializada. Convém todavia lembrar que, em nenhum caso,
se pode negligenciar a realização das tarefas requeridas, sob pena de ver os rendimentos das instalações caírem de
maneira espectacular (ver quadro 15).
Em termos globais, a utilização dos processos extensivos, para uma capacidade equivalente, deveria permitir realizar
uma economia média de 20 a 30% sobre os custos de investimento e de 40 a 50% sobre os custos de funcionamento, em comparação com os correspondentes sistemas intensivos de tratamento.
Uma vantagem dos processos extensivos: contribuição paisagística e uma iniciação nas ciências da
natureza.
26
As estações de tratamento são habitualmente construídas em áreas periurbanas e, por conseguinte, nas periferias
das grandes cidades. Nestas zonas, a paisagem
é frequentemente objecto de críticas devido
à concentração urbanística e à predominância
do betão. O facto de se optar por um processo extensivo, que não gera poluição acústica e apresenta qualidades paisagísticas evidentes, poderá ser aceite mais facilmente do
que no caso da construção de uma estação
compacta convencional, que poderia ser encarada como um incómodo suplementar.
Além disso, as zonas húmidas
(lagoas, canaviais) recriadas
com estes processos atraem
frequentemente uma fauna aquática interessante, o que favorece as acções
A lagoa de Rochefort Sur Mer (França)
pedagógicas nas escolas e nas popula– capacidade de 28.000 p.e. (Fotografia L.P.O.)
ções dos arredores.
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CASOS DE ESTUDO
Infiltração percolação : um caso particular, a instalação de Mazagon (Espanha). ▲ Em termos gerais
A instalação trata as águas residuais de Mazagon, aldeia turística situada sobre a costa atlântica do sul da Espanha.A
população da aldeia é de 850 habitantes no Inverno e aumenta fortemente no Verão para chegar aos 20 000 h.e. A
estação de tratamento piloto apenas trata uma parte desta poluição e foi concebida para uma capacidade média de
1 700 h.e.
Observe-se que neste caso apenas se pretende realizar um tratamento parcial, o que justifica o sub- dimensionamento preconizado no presente documento (1,5 m2/ hab) e que foi validado sobre um certo número de instalações
existentes.
▲ Descrição do projecto
A instalação compreende um decantador de 170 m3, um tanque de armazenamento e três pares de lagoas de infiltração situadas nas dunas. Cada unidade de infiltração ocupa um área de 200 m2. Trata-se de um sistema sem drenagem. O lençol freático encontra-se entre 5,1 e 6,6 metros de profundidade conforme os tanques.
Lagoas de infiltração
Estrada de
Mazagon
Tanque de
armazenamento
Conduta de
alimentação
das lagoas
Tratamento primário Desarenação
Tratamento preliminar
50 m
Figura 16: Esquema da instalação
(V. Mottier, F. Brissaud, P. Nieto
and Z. Alamy – 2000)
Águas residuais
Cerca de 1100 m3 de águas residuais são dispersas em cada descarga do
tanque. Cada descarga realiza-se sobre um par de lagoas de infiltração. As descargas são comandadas por comportas manuais. Uma descarga de alimentação de águas residuais para uma unidade de infiltração demora entre 40 e 50
minutos, o que corresponde a um caudal e
130 m3/h. Só se efectua uma descarga por unidade de infiltração por dia.
As águas residuais distribuem-se sobre os filtros por meio de canais de repartição (condutas furadas).
As amostras foram realizadas a 30, 60, 100,
150 et 200 centímetros de profundidade
mediante câmaras de colheita deliberadamente instaladas para esse efeito.
instalação de Mazagon
(Espagne)
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▲ Resultados
Importa salientar que o efluente não se distribui de uma maneira homogénea sobre a superfície de infiltração.
Metade da superfície está submersa após cinco minutos de distribuição dos efluentes, 75% após 12 minutos e 90%
após 21 minutos.
Observa-se a mesma heterogeneidade após o fim da alimentação. Este inconveniente deve-se a :
uma distribuição pelas condutas não uniforme;
uma alimentação demasiado longa em relação à superfície de infiltração e à permeabilidade da areia;
desigualdades de altura do nível da superfície de infiltração, apesar das frequentes operações de igualização.
Como consequência disto, verifica-se uma grande heterogeneidade das cargas efectivamente aplicadas ao nível da
superfície da unidade de infiltração.
95% do volume da descarga ultrapassou os dois metros de profundidade, duas horas após o início da alimentação.
A velocidade de percolação situa-se entre 1,1 e 2m/h
▲ Rendimento
Parâmetros químicos convencionais
Os rendimentos medidos relativamente aos diferentes parâmetros químicos clássicos são os seguintes.
Quadro 17 : Rendimento da instalação
Rendimentos na Primavera (1993) – valor médio de quatro descargas
CQO (mgO2/l)
NH4 (mgN/l)
NO2 (mgN/l)
NO3 (mgN/l)
Efluente
279
31,5
0,02
2,3
Água tratada
36
0,5
0,08
28,2
Rendimento do tratamento
87%
98%
Rendimentos no Verão (1993) – valor médio de três descargas
Efluente
408
53,8
0,02
3,0
Água tratada
35
0,3
0,14
32,4
Rendimento do tratamento
91%
99%
A CQO foi reduzida de 90% e mais de 98% de N-NH4 foram oxidados. Os rendimentos relativos a CQO e ao NH3
são portanto excelentes. No entanto, estes dados resultam de apenas uma campanha de colheitas que demorou
cinco meses (de Março a Agosto de 1993), o que não permite verificar se os rendimentos se mantiveram a longo
prazo.
Desinfecção
No que diz respeito à desinfecção, os rendimentos foram calculados relativamente aos coliformes totais, aos coliformes fecais e aos estreptococos fecais. As médias foram calculadas a partir de medições realizadas sobre sete
sequências.
A taxa de redução é expressa da seguinte maneira :
∆m = log (Ci/C0)
O resultado é expresso em unidade log. (U log.).
com
Ci = número de microrganismos na água residual
C0 = número de microrganismos na água filtrada
Esta taxa de redução é de 1,2 U log. para os coliformes totais, 1,6 U log. para os coliformes fecais e 1,3 U log para
os estreptococos fecais..
Esta taxa de redução é de 1,2 U log. para os coliformes totais, 1,6 U log. para os coliformes fecais e 1,3 U log para
os estreptococos fecais.
A desinfecção é portanto limitada para um processo de infiltração sobre areia. Isso deve-se principalmente à granulometria da areia utilizada, que é relativamente grossa e às irregularidades deste material. Os rendimentos sobre este
tipo de parâmetros até são menores que os alcançados pelos processos compactos convencionais (lamas activadas,
leitos bacterianos...).
▲ Referências bibliográficas relativas à infiltração percolação de Mazagon (Espanha)
V. Mottier, F. Brissaud, P. Nieto and Z.Alamy – 2000 wastewater treatment by infiltration percolation: a case study, in
Water Science and Technology,Vol. 41, P.P. 77-84.
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Infiltração-percolação: uma instalação clássica: o caso de Souillac Paille-Basse (França – Departamento de Lot)
▲ Em termos gerais
O objectivo do tratamento é a protecção do aquífero cársico.A população servida na altura da medição dos rendimentos (1993) era de 900 h.e. e era principalmente sazonal.
A rede de saneamento é uma rede separativa e o caudal diário é de 100 m3 / dia, em caudal de ponta.
▲ Descrição do projecto
A instalação é composta por:
Pré-tratamento: bomba dilaceradora;
Decantador-digestor (capacidade: 1 200e.p.);
Alimentação: por descargas de 17 ou 34 m3, conforme a capacidade da lagoa em serviço;
alimentação por bombagem a 40 m3/h. As bombas são comandadas por bóias;
a distribuição entre as lagoas é comandada manualmente;
a repartição sobre as lagoas é sucessivamente a seguinte;
configuração inicial: 3 pontos de alimentação por lagoa, com equi-repartição por extravasamento;
configuração definitiva: 2 pontos de alimentação por sub-lagoa.
Lagoas :
configuração inicial: 2 lagoas de 400 m2 cada;
configuração definitiva: compartimentação das lagoas em sub-unidades de 130 ou 200 m2.
leito filtrante.
Areia calibrada (d10 = 0,21 mm ; coeficiente de uniformidade = 2,4), espessura: 0,80 m.
Camada drenante: 20 a 40 cm de gravilha.
Descarga : infiltração no local sobre o lençol freático.
Funcionamento :
Alimentação por descargas de 0,13 ou 0,26 m na configuração inicial e de 0,085 ou 0,17 m na configuração
definitiva.
A duração dos períodos de funcionamento é extremamente variável, de 1 dia a quase 1 mês. Em geral, apenas uma lagoa está em funcionamento;
Lâmina de água diária sobre a lagoa em operação: h = 50 cm / d.
▲ Rendimento
Quadro 18 : Rendimento da instalação
Efluentes decantados
(saída de decantador)
Efluentes percolados
(descarga)
SST (mg/l)
117
20 a 36
CQO (mg/l)
580
201 a 282
263
54 a 120
NTK (mg/l)
112
53 a 75
N-NO3 (mg/l)
>1
Coliformes fecais / 100 ml
2.10
CBO5 (mg/l)
70* a 1
7
6.106 à 2.107
* média influenciada por alguns valores excepcionalmente fortes.
A carga poluente dos efluentes decantados é de tal ordem que a sua oxidação só é possível na condição de se aplicarem cargas hidráulicas diárias máximas de 15 cm/d. Dado que as cargas aplicadas são de 3 a 5 vezes superiores, a
oxidação é parcial. A solução reside numa mudança de sub-lagoa para cada nova descarga; para isso, seria necessário um equipamento mais sofisticado (comportas motorizadas telecomandadas).
Cargas hidráulicas elevadas ou até muito elevadas aplicadas num leito filtrante pouco espesso não permitem alcançar um nível elevado de descontaminação.
▲ Referências bibliográficas relativas à infiltração percolação de Souillac Paille-Basse
Brissaud F. – 1993, Epuration des eaux usées urbaines par infiltration percolation: état de l’art et études de cas,
Etude Inter Agences n°9, Agences de l’Eau, Ministère de l’Environnement, Paris.
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Filtros de plantas com escoamento vertical, a experiência de NEA Madytos – Modi (Grécia)
▲ Em termos gerais
Em 1991, por iniciativa da Comissão Europeia, foi iniciado na Grécia, nas autarquias de NEA MADYTOS – MODI um
programa de avaliação das estações de tratamento do tipo filtros de plantas com escoamento vertical. O dimensionamento foi efectuado na base das experiências inglesas (Montgomery Watson, University of Portsmouth, Camphill
Water) e francesas (Société d’Ingénierie Nature et Technique, SINT), tendo como principais objectivos demonstrar:
a eficácia do tratamento com o mínimo de equipamentos electromecânicos;
a boa integração do processo no seu ambiente;
o desenvolvimento de interesses e de uma responsabilização local para o saneamento;
a redução dos custos de investimento e de manutenção;
a possibilidade de reutilização local das lamas e do efluente tratado.
Esta estação é uma das maiores estações do tipo filtros de plantas com escoamento vertical existentes no mundo.
A sua capacidade é de 3 500 h.e.. Entrou em funcionamento em Junho de 1995 e foi objecto de um acompanhamento cuidadoso do seu funcionamento e dos rendimentos obtidos durante 2 anos, o que não permite tirar
conclusões consistentes referentes aos rendimentos a longo prazo.
▲ Descrição do projecto
A totalidade do caudal passa por uma grade automática, podendo ser desviado para uma grade de limpeza manual.
Tratamento primário
Foram realizados dois sistemas de pré-tratamento primário distintos a fim de verificar os seus rendimentos:
O processo A recebe cerca de 2/3 do caudal num decantador-digestor. As lamas são enviadas sobre leitos de secagem das lamas (filtros verticais segundo Liénard et al. – 1995).
O processo B recebe cerca de 1/3 do caudal. É composto por 4 filtros verticais dimensionados para 0,6 m2/h.e., ou
seja, uma superfície de 620 m2. Funcionam aos pares com uma alternância semanal.
Tratamento secundário
Esta fase é composta por dois conjuntos de filtros verticais.
As águas decantadas do caudal A são enviadas, por um sifão, para um primeiro conjunto de 8 filtros verticais, com
uma área total de 1 360 m2 dimensionados para 0,6 m2/h.e.. Seis dos 8 filtros recebem as águas simultaneamente e
os 2 restantes estão em inactividade.
As águas do caudal B, provenientes da primeira fase, são enviadas para 2 filtros dimensionados para 0,3 m2/h.e. com
uma área total de 340 m2. Funcionam com uma alternância semanal.
A segunda fase recebe a totalidade das águas provenientes das etapas precedentes. Trata-se de 6 filtros verticais
dimensionados para 0,35 m2/h.e. com uma área total de 1 170 m2. Quatro são alimentados simultaneamente e 2 estão
em inactividade.
Quadro 19 : Rendimento da instalação
Caudal B
Primeira fase
Caudal B
Segunda fase
etapa 1
Caudal A
Segunda fase
etapa 1
Caudal A+B
Segunda fase
etapa 2
Dimensionamento (m2/h.e.)
0,6
0,3
0,6
0,35
Área total (m )
620
340
1360
1170
4
2
8
6
2*140 + 2*170
170
170
195
Areia (m)
-
0,15
0,15
0,15
Gravilha fina (m)
0,70
0,60
0,60
0,60
Gravilha grossa (m)
0,10
0,10
0,10
0,10
Camada drenante (m)
0,15
0,15
0,15
0,15
2
Número de filtros
Área por filtros (m )
2
Altura do substrato
Tratamento terciário
Duas lagoas situadas a jusante dos filtros têm por função reduzir o número de microrganismos patogénicos a fim de
as águas poderem ser reutilizadas para a irrigação.As duas lagoas têm características idênticas: 1,5 a 2 m de profundidade para um volume de armazenamento total de 4 500 a 7 000 m3.
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▲ Aplicação
Caudal de entrada
Impermeabilização
Pré-tratamento (desbaste)
Sendo a permeabilidade do solo inadequada, a impermeabilização foi assegurada por meio de betão, atendendo a que na Grécia, a realização de tal operação
recorrendo a geomembranas seria mais cara.
4 leitos de secagem
das lamas (560 m2)
Decantadordigestor
4 filtros verticais
(620 m2)
8 filtros verticais
(1 360 m2)
2 filtros verticais
(340 m2)
Materiais
Os diferentes materiais de enchimento (gravilhas
lavadas, areias, seixos para a drenagem) foram encontrados localmente.
▲ Rendimento
Os rendimentos obtidos durante os dois anos de
observação indicam uma importante diminuição da
CBO5 da CQO, dos SST, bem como, uma nitrificação
activa.
Quadro 20: Rendimentos médios dos dois
anos de estudo
(Final report programme Life)
6 filtros verticais
(1 170 m2)
Figura 17: Esquema do processo
(Montgomery Watson – 1997)
Parâmetros
Entrada
Saída Filtros Verticais
Valores mínimos
CBO5 (mg/l)
516
17
5,7
CQO (mg/l)
959
58
24,9
SST (mg/l)
497
5
1,1
NH4 (mg/l)
80
4,7
0,75
N-NO3 (mg/l)
2,6
44,9
24
P-PO4 (mg/l)
66
Coliformes totais (cfu/100ml)
8,8.10
6,1.10 (4,2.10 nas lagoas)
689
Coliformes fecais (cfu/100ml)
2,3.10
2,1.10 (8,6.10 nas lagoas)
285
44
7
7
18,8
5
4
5
4
Mais especificamente, para as diferentes etapas do processo, podemos observar o seguinte:
Tratamento primário fossa Imhoff (A) e filtros verticais (B)
Os rendimentos obtidos nos processos A e B demonstram o interesse da alimentação dos filtros verticais com águas
residuais brutas. Os rendimentos médios são de 74 a 90% para os SST, 50 a 80% para a CBO5 e 12,5 a 37,5% para
o NH4+ , para os caudais A e B respectivamente. O funcionamento sem recurso à decantação primária permite evitar custos suplementares devidos à gestão das lamas decantadas, o que, neste caso, obrigou à construção de leitos
de secagem das lamas. Aliás, o efluente apresenta-se bem oxigenado à saída dos filtros, o que favorece as fases
seguintes do tratamento.
Tratamento secundário, etapa 1:
A eficiência do tratamento relativamente à matéria orgânica e aos SST leva a que as concentrações à saída sejam da
ordem de 20 mg/l para a CBO5 e os SST. A concentração em O2 dissolvido aumenta nos dois processos, mantendo-se a diferença proveniente da primeira etapa.
Tratamento secundário, etapa 2:
Os dois caudais são misturados antes desta etapa. A redução dos SST e da CBO5 a níveis da ordem de 5 a 10 mg/l
é acompanhada de uma nitrificação quase completa (NH4+ª 0). Observam-se concentrações da ordem de 45 mg/l
em N-NO3. A desnitrificação fica portando limitada já que só se alcança os 40%.
▲ Conclusão
A qualidade do efluente à saída dos filtros no que diz respeito à CQO, à CBO5 e aos SST cumpre as recomendações europeias (< 25 mg/l em CBO5 e 35 mg/l em SST). A alimentação com águas residuais brutas na primeira fase
de filtração é preferível, não só pela qualidade do tratamento que se obtém, como pela redução dos custos de primeiro investimento. Os filtros permitem uma muito boa nitrificação. As variações na qualidade do tratamento
(Montgomery Watson – 1997) são inerentes às variações das cargas, das temperaturas e da actividade de fotossíntese ligada às diferentes estações do ano. No entanto, os filtros assumem perfeitamente a função de zona tampão e
a qualidade da descarga é mais ou menos constante durante o decorrer do ano. Este tipo de estação reage muito
bem às variações de cargas e de temperaturas.
▲ Referências bibliográficas relativas aos filtros de plantas com escoamento vertical de
NEA Madytos – Modi (Grécia)
Montgomery W., (1997), Demonstration project in the treatment of domestic wastewater with constructed wetlands.
Stage II – Monitoring of Maintenance. Final report. LIFE95\UK\A13\GR\181\THE.
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unplanted sludge drying beds.Wat. Sci.Tech., 32 (3), pp 251-261.
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Sistema híbrido (filtros de plantas com escoamento vertical e filtros de plantas com
escoamento horizontal): caso de Oaklands Park, Newnham-on-Severn, Glouces (Reino Unido)
▲ Em termos gerais
Este sistema híbrido foi construído em Julho de 1989 para servir a localidade de Camphill Village Trust na periferia
de Newnham, no estuário do rio Severn (Inglaterra ocidental). O movimento de Camphill é uma organização caritativa internacional que constrói e gere centros de acolhimento para pessoas desfavorecidas. As comunidades de
Camphill praticam a agricultura biológica. Desde a construção deste primeiro sistema em 1989, muito outras instalações deste tipo foram implantadas noutras comunidades de Camphill e organizações caritativas similares.
▲ Descrição do projecto
O sistema de Oaklands Park foi inicialmente concebido para servir 98 h.e., mas na realidade trata apenas as águas
residuais correspondentes a 65 h.e. O sistema que se pode observar no esquema seguinte apresenta duas séries de
filtros verticais, alimentados intermitentemente, com uma área total de 63 mm2, seguidos de dois conjuntos de filtros horizontais, alimentados em contínuo, com uma área total de 28 m2.A área total utilizada é apenas de 1,4 m2/h.e.
O esquema em corte que se apresenta a seguir mostra a estrutura dos filtros verticais utilizados no primeiro e
segundo conjunto de filtros.
Cada filtro é alimentado durante 1 a 2 dias e seguidamente deixado em inactividade durante cerca de 10 dias. Isso
permite a secagem dos filtros entre as alimentações e impede a colmatagem pela biomassa depuradora. A alimentação é controlada manualmente por membros da comunidade. Os filtros horizontais são alimentados em contínuo.
Fossa séptica
Figura 18 : Sistema híbrido de Oakland Park
(Cooper et al., 1996)
Caudal = 9,8 m3/j
6 filtros verticals plantados de Phragmites
(6 x 8 m2) alimentados por intermitância
Fase 1
(filtro
vertical)
3 filtros (3 x 5 m2)
Schoenoplectus - Iris
Phragmites
fase 2
(filtro
vertical)
Fossa séptica
Cascata
Fase 3
(filtro
vertical ou
horizontal)
Iris
Reciclagem
Acorus
carex
Sparganium
Schoenoplectus
Fase 4
filtro
horizontal
20 m2
Tanque de
estabilização (90 m2)
Typha
Descarga
Fase 5
Oaklands Park (Royaume-Uni)
Condutas
Drena
Areia britada
Gravilha paquena lavada
6 mm
Gravilha redonda lavada
12 mm
Gravilha redonda lavada
30-60 mm
Descarga
Declive de 1 %
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Géotêxtil
Rede de drenos agricolas
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Pedras grossas
Figura 19: Corte
dos níveis de
filtros verticais
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▲ Rendimentos
Uma síntese dos rendimentos provenientes de 47 medições realizadas entre Agosto de 1989 e Março de 1990 é
apresentada seguidamente (Bryan e Findlater / WRc – 1991, Cooper et al. – 1996 e Cooper – 2001).
Quadro 21: Rendimentos do sistema misto de Oakland Park (valores médios de 47 medições
realizadas entre Agosto de 1989 e Março de 1990)
Parâmetros, mg / litro
Afluente
Fase I
Fase II
Fase III
Fase IV
Fase V
CBO5
285
57
14
15
7
11
SST
169
53
17
11
9
21
NH4
50,5
29,2
14,0
15,4
11,1
8,1
NO3 + NO2
1,7
10,2
22,5
10,0
7,2
2,3
Ortofosfato
22,7
22,7
16,9
14,5
11,9
11.2
Fase I
6 filtros verticais utilizados por intermitência (rotação => 1 em funcionamento, 5 em inactividade)
Fase II
3 filtros verticais utilizados por intermitência (rotação => 1 em funcionamento, 2 em inactividade)
Fase III
1 filtro horizontal
Fase IV
1 filtro horizontal
Fase V
Tanque de estabilização
Uma segunda série de medições teve lugar durante o período entre Dezembro de 1990 e Agosto de 1991. Os resultados destas análises confirmam os valores apresentados no quadro anterior.
A eliminação da CBO5 e das matérias em suspensão nos filtros verticais é satisfatória e permite cumprir as normas
de descarga da directiva " águas residuais urbanas ". Observa-se uma certa deterioração da água tratada na fase da
lagoa no que diz respeito à CBO5 e aos SST. Isto é devido ao crescimento de algas que aumentam a CBO5 e produzem sólidos em suspensão. A redução dos ortofosfatos et de NH4+ é igualmente muito fraca nesta fase .
A nitrificação é muito forte nas fases com filtros verticais. Isso pode deduzir-se da redução dos NH4N e do aumento concomitante dos NO3- + NO2-. Contudo, a fase II não permite alcançar uma nitrificação completa.
Observam-se aumentos significativos dos compostos azotados NO3+ + NO2- nos filtros verticais e a seguir uma
diminuição nas fases III e IV apesar da concentração relativamente fraca em CBO5. Isto parece indicar que existem
mecanismos de desnitrificação na fase dos filtros horizontais, amplificados pelo longo período de retenção que caracteriza estas fases.
Verifica-se uma desnitrificação na fase dos dois filtros verticais onde a soma dos compostos NO3- + NO2- + NH4+
é menos importante (36,5 mg N / litro) que a concentração em NH4+ entrando no sistema (50,5 mg N / litro). A
medição da concentração em NH4+ do efluente subestima provavelmente a carga real em azoto do efluente. Com
efeito, as águas residuais contêm ureia (proveniente da urina), que pode demorar 20 horas antes de ser hidrolizada
em NH3 e não é detectada pelo método analítico que permite medir os NH4+.A verdadeira carga em poluição azotada situar-se-ia então à volta de 70 – 100 mg N / litro.
Esta primeira experiência de sistema misto foi portanto um êxito. Ficou assim demonstrado que a utilização combinada de filtros horizontais e verticais permite reduzir a CBO5 a 20 mg/l, os SST a 30 mg/l e obter uma nitrificação
substancial.
▲ Referências bibliográficas relativas ao sistema híbrido de Oaklands Park
Bryan D and Findlater B C, (1991),The modified Max Planck Institute Process- a review of the operation of a vertical flow Reed Bed Treatment System at Oaklands Park,WRc Report UC 1264,WRc Swindon, R. U.
Burka U and Lawrence P C (1990),A new community approach to wastewater treatment with higher plants. pp 359371 in P F Cooper and B C Findlater (Editors), Constructed Wetlands in Water Pollution Control, Pergamon Press,
Oxford, R. U.
Cooper P F, Job G D, Green M B and Shutes R B E (1996), Reed Beds and Constructed Wetlands for Wastewater
Treatment.pp206 WRc Publications, Medmenham, Marlow, Buckinghamshire, R. U.
Cooper P F (2001), Nitrification and denitrification in Hybrid Constructed Wetland systems. Chapter 12 in
Transformations in Natural and Constructed Wetlands ,Vymazal, J (Editor)to be published by Backhuys Publishers,
Leiden, The Netherlands in February,2001 from paper presented at workshop of the same name held at Trebon,
República Checa.
Seidel K (1978), Gewässerreinigung durch höhere Pflanzen, Zeitschrift Garten und Landschaft, H1, pp9-17
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Lagoas sem arejamento: caso da instalação de Vauciennes
(França – Departamento de Oise).
▲ Em termos gerais
As lagoas sem arejamento natural de Vauciennes são constituídas por três lagoas em série, cuja ordem é a seguinte:
uma lagoa de micrófitas;
uma lagoa de macrófitas;
uma lagoa mista.
Os rendimentos desta instalação foram meticulosamente acompanhados de Outubro de 1981 a Julho de 1991 pelo
SATESE de Oise e o CEMAGREF, a pedido da Agence de l’Eau Seine-Normandie (Schetrite S. – 1994).
▲ Descrição do projecto
O dimensionamento caracteriza-se pelos parâmetros seguintes:
capacidade nominal: 1 000 equivalentes de população;
caudais diários: 150 m3/ dia;
caudais de ponta: 24,5 m3/ h;
carga diária: 54 kg CBO5 / dia.
A rede de drenagem das águas residuais é, numa parte, semi-separativa (equipada com descarregadores de tempestade) e, noutra parte, separativa.
Grelha
manuel
Medição
de caudal
Área : 5 000 m2
Profundidade : 1,1 mx
1ª lagoa de micrófitas
Área : 5 500 m2
Profundidade : 0,5 m
2ª lagoa de macrófitas
Área : 3 750 m2
Profundidade : 0,4 à 1 m
3ª lagoa mista
Medição
de caudal
Figura 20 : Lagoas de
Vauciennes
▲ Rendimento
Os rendimentos, calculados a partir dos valores médios provenientes de 11 campanhas de medições realizadas entre
Outubro de 1981 e Julho de 1991, são apresentados seguidamente
Quadro 22 : Rendimento das instalações
CBO5
(mg/l)
CQO
(mg/l)
SST
(mg/l)
Azoto
Kjedhal
(mg/l)
NH4
(mg/l)
Fósforo
total
(mg/l)
Concentrações médias das águas brutas
175
546
302
55
38
20
Concentrações médias do efluente de saída
-*
83,6
34,7
13,9
9
4,6
* a CBO5 foi calculada em amostras recolhidas à saída das três lagoas até à 6ª campanha de medições (Abril de 1985).Tendo em conta
as incertezas sobre os valores obtidos (presença de algas, de lentilhas de água...), não mais foi medida para além desta data. É para
evitar, nomeadamente, este tipo de incidente que a directiva " águas residuais urbanas " precisa que as análises das descargas provenientes deste tipo de instalações devem ser efectuadas sobre amostras filtradas
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Após o arranque, os rendimentos médios da CQO e dos SST aumentam progressivamente e mantêm-se dentro de
limites relativamente estáveis a partir da 3ª campanha de medições, ou seja, entre 60 e 90% e 70 a 95% para os SST.
Os maus rendimentos dos primeiros meses devem-se à baixa de carga das instalações (apenas 15 a 20% na terceira
campanha).
Os rendimentos relativos ao azoto total verificados no período estival são notavelmente estáveis, qualquer que seja
a carga à entrada (rendimento = 70%). Não se observa uma degradação do tratamento para este mesmo período
durante os dez anos de acompanhamento.
No Inverno, os rendimentos relativos ao azoto total decrescem de maneira contínua com o decorrer dos anos (60
a 10%).As concentrações à saída dependem da carga admitida pelas instalações. Nota-se, no entanto, que em Janeiro
de 1990, as lagoas ainda recebem apenas 26% da sua carga nominal. Durante o Inverno, os rendimentos de eliminação do azoto total são em média de 50% para as instalações habitualmente submetidas a cargas mais elevadas.
Portanto, pode-se afirmar que o tratamento das cargas em azoto diminui progressivamente durante os meses do
Inverno.
Os rendimentos de eliminação do fósforo total decrescem regularmente desde a primeira campanha de medições.
Passaram de 75% em 1981 para 30% em Janeiro de 1990 e isso, independentemente da estação do ano. No entanto, durante a última campanha de medições, em Julho de 1991, os rendimentos pareceram excepcionalmente bons
(81% em Julho de1991 contra 32% em Janeiro de 1990).A hipótese mais provável para explicar este súbito aumento de rendimento prende-se com o aparecimento recente de uma cobertura de lentilhas de água que captariam, na
sua fase de crescimento, uma grande quantidade do fósforo presente na água.
No que diz respeito aos aspectos bacteriológicos, as reduções médias situam-se todas ao nível de 4 unidades log. e
não manifestam uma tendência significativa para diminuir quando as radiações solares decrescem.
▲ Referências bibliográficas relativas às lagoas sem arejamento de Vauciennes
Collectif (1984), Synthèse du fonctionnement du lagunage naturel de Vauciennes (Oise), CEMAGREF, SATESE de
l’Oise, Agence de l’Eau Seine Normandie, Paris.
Schetrite S. (1994), Etude synthétique du fonctionnement du lagunage naturel de vauciennes (Oise): Octobre 81 à
juillet 91, CEMAGREF, SATESE de l’Oise, Agence de l’Eau Seine Normandie, Paris
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Lagoas com arejamento: caso da instalação de Adinkerke (Bélgica).
▲ Em termos gerais
Adinkerke situa-se na região belga da Flandres.A estação de tratamento desta povoação é uma lagoa arejada. O arejamento efectua-se por injecção de ar. Embora os princípios biológicos em jogo sejam os mesmos, a concepção deste
tipo de instalação é sensivelmente diferente daquela apresentada nas fichas técnicas com utilização de arejadores.
De um ponto de vista energético, a principal diferença com outros sistemas de lagoas com arejamento é a baixa
capacidade instalada. Por isto, não apresentaremos em pormenor o dimensionamento desta instalação, cuja técnica
não é representativa da maior parte das instalações actualmente em funcionamento.
▲ Descrição do projecto
A estação é constituída por três lagoas em série, as duas primeiras arejadas e a terceira, a lagoa de acabamento final
(lagoa de decantação). O esquema seguinte mostra as diferentes lagoas e os seus equipamentos.
By-pass à estação
Pré-tratamento
(desbaste)
Estação de
bombagem (2 x)
By-pass à primeira
lagoa
Primeira lagoa :
lagoa arejada
Injecção
de ar
Legenda : Uma lagoa de micrófitas
(fotografia: Sociedade AQUAFIN)
Segunda lagoa :
lagoa arejada
Injecção
de ar
Terceira lagoa :
lagoa de
decantação
Descarga no
meio receptor
Figura 21: Lagoas com arejamento de Adinkerke
Características dos equipamentos
Quadro 23: características dos equipamentos
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Número Tipo
Dimensão
Bombas para águas residuais
2
Bombas submersas
Caudal : 2 x 40m3/h
Bacias de lagunagem
2
Lagoas com arejamento
Volume total
4000 m3
Tempo de retenção
Área total
100 horas
1.812 m3
Dispositivos de arejamento
4
Injecção de ar
Tanque de clarificação
1
Rectangular
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/
Área :
Volume :
Profundidade :
490 m2
490 m3
1m
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Concepção
O dimensionamento das instalações corresponde aos seguintes valores:
carga em CBO = 37 kg CBO5/dia;
carga hidráulica = 300 m3/ dia;
caudal máximo = 1.400 m3/dia.
▲ Rendimento
Os rendimentos, calculados relativamente aos valores médios provenientes de 18 medições realizadas em 1999, são
apresentados no seguinte quadro.
Quadro 24 : Rendimento das instalações
Águas residuais afluentes: valor médio para 1999
em mg / l
Descarga da estação para o meio receptor: valor
médio para 1999 em mg / l
Rendimento da instalação (em %)
CBO5
CQO
Sólidos
em suspensão
Azoto
total
Fósforo
total
245,7
744,9
409,5
76,5
11,1
12,6
76,7
22,3
50,2
1,5
94,9%
89,7%
94,6%
34,4%
86,5%
Estes resultados demonstram que este processo, com utilização de injecção de ar, permite perfeitamente alcançar
os valores prescritos na directiva " águas residuais urbanas ".
▲ Referências bibliográficas relativas às lagoas com arejamento de Adinkerke
Dados fornecidos pela Sociedade AQUAFIN (Organismo da região flamenga que concebe, financia, realiza e explora
a infra-estrutura supra-municipal para o tratamento das águas residuais urbanas.
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GLOSSÁRIO
Aglomeração :
qualquer área em que a população e/ou as actividades económicas se
encontrem suficientemente concentradas para que se proceda à drenagem das águas residuais urbanas e à sua condução para uma estação de
tratamento de águas residuais ou um ponto de descarga final.
Azoto Total Kjedahl (NTK) :
Soma do azoto orgânico e do azoto amoniacal.
Lamas :
as lamas residuais, tratadas ou não, provenientes de estações de tratamento de águas residuais urbanas.
Carga Hidráulica :
peso h de uma coluna de água de altura H acima de um nível de referência, expressa em metros de coluna de água.
Coeficiente de Uniformidade (CU)
CU = d60/d10
Com:
d10 = diâmetro na curva cumulativa para o qual 10% da areia está mais fina.
d60 = diâmetro na curva cumulativa para o qual 60% da areia está mais fina.
O CU é portanto um índice de uniformidade ou, ao contrário, de irregularidade da distribuição do tamanho das partículas. Se CU<2, a granulometria é considerada uniforme. Se 2<CU<5, a areia é heterogénea,
mas a granulometria é considerada densa, já que ainda pertence à família das areias
CBO5 :
CQO :
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A carência bioquímica de oxigénio é uma medição das matérias orgânicas biodegradáveis. Corresponde à quantidade de oxigénio dissolvido
na água necessária à oxidação biológica dessas matérias orgânicas. Esta
medição é efectuada em ensaios normalizados de cinco dias, daqui a
abreviatura CBO5.
A carência química de oxigénio é uma outra medição da concentração
da matéria orgânica e inorgânica contida numa água. Mede-se após oxidação química intensa e representa a concentração de oxigénio
necessária à oxidação da totalidade das matérias orgânicas.
Desnitrificação :
conversão dos nitratos em nitritos e a seguir em N2O ou em azoto. A
desnitrificação das águas residuais urbanas ocorre principalmente na
fase do tratamento terciário e é parcial ou totalmente realizada por
depuração microbiológica.
Águas residuais industriais :
todas as águas residuais provenientes de instalações utilizadas para todo
o tipo de comércio ou indústria que não tenham origem doméstica ou
provenientes de escoamentos pluviais.
Águas residuais domésticas :
águas residuais de serviços e instalações residenciais e essencialmente
provenientes do metabolismo humano e de actividades domésticas.
Águas residuais urbanas :
águas residuais domésticas ou a mistura de águas residuais domésticas
com águas residuais industriais e/ou águas de escoamento pluvial.
Eutrofização :
enriquecimento do meio aquático com nutrientes, sobretudo compostos de azoto e/ou fósforo, que provoca o crescimento acelerado de
algas e de formas superiores de plantas aquáticas, perturbando o equilíbrio biológico e a qualidade das águas em causa.
Habitante equivalente (h.e.) :
carga orgânica biodegradável com uma carência bioquímica de oxigénio
de cinco dias (CBO 5) igual a 60 gramas de oxigénio por dia.
SST (Sólidos Suspensos Totais) :
total das partículas minerais e/ou orgânicas contidas dentro de uma
água natural ou poluída.
Permeabilidade :
capacidade do solo ou de um substrato rochoso em permitir a infiltração das águas para camadas mais profundas.
Sistema de drenagem :
sistema de condutas de recolha e condução das águas residuais urbanas.
Tratamento apropriado :
tratamento de águas residuais urbanas por qualquer processo e/ou sistema de depuração que permita que as águas receptoras, após a descarga, satisfaçam os objectivos de qualidade que estejam conformes
com as disposições da presente e das demais directivas comunitárias.
Tratamento primário :
tratamento das águas residuais urbanas por um processo físico e/ou
químico que envolva a decantação das partículas sólidas em suspensão,
ou por outro processo em que a CBO5 das águas recebidas seja reduzida em, pelo menos, 20% antes da descarga e o total de partículas sólidas em suspensão das águas recebidas seja reduzido em, pelo menos,
50%.
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Tratamento secundário:
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tratamento das águas residuais urbanas por um processo envolvendo
geralmente um tratamento biológico com decantação secundária ou
outro processo em que sejam respeitados os requisitos constantes do
Quadro 25: Requisitos para as descargas das estações de tratamento de águas residuais urbanas sujeitas ao disposto nos artigos 4.o e 5.o da directiva U.E.. Serão aplicados os valores de concentração ou
a percentagem de redução
Parâmetros
Concentração
Carência bioquímica de
oxigénio (CBO5 a 20 °C)
sem nitrificação (2)
Percentagem de redução mínima (1)
Método de medição de
referência
40 nos casos previstos no
§º 2 do artigo 4. °
Amostra homogeneizada
não filtrada, não decantada.
Determinação do oxigénio
dissolvido antes e depois da
incubação de cinco dias a
20 °C ± 1 °C, em completa
ausência de luz.Adição de
um inibidor de nitrificação.
Amostra homogeneizada
não filtrada, não decantada.
Dicromato de potássio.
25 mg/l O2
70-90
Carência química de oxigénio (CQO)
125 mg/l O2
75
Sólidos suspensos totais
35 mg/l (3)
90 (3)
35 nos casos previstos no
§ 2 do artigo 4.o (h.e..
superior a 10 000)
90 nos casos previstos no
§ 2 do artigo 4.o (h.e.
superior a 10 000)
60 nos casos previstos no 70 nos casos previstos no
§ 2 do artigo 4.o (h.e. de 2 § 2 do artigo 4. °
000 a 10 000)
(h.e. entre 2 000-10 000)
- Filtração de uma amostra
representativa através de
um filtro de membrana de
0,45 µm. Secagem a 105 °C
e pesagem.
- Centrifugação de uma
amostra representativa
(durante pelo menos cinco
minutos a uma aceleração
média de 2 800 a 3 200 g),
secagem a 105 °C e
pesagem.
(1) Redução em relação à carga de afluente.
(2) O parâmetro pode ser substituído por outro: carbono orgânico total (COT) ou carência total de oxigénio (CTO), se for possível
estabelecer uma relação entre a CBO5 e o parâmetro de substituição.
(3) Este requisito é facultativo.
As análises das descargas provenientes de lagoas serão efectuadas com amostras filtradas; no entanto, a concentração do total de partículas sólidas em suspensão em amostras de água não filtradas, não poderá exceder 150 mg/l.
Tratamento terciário :
a expressão " tratamento terciário " pode designar vários tipos de tratamentos ou diferentes funções com vista a alcançar um nível de tratamento de qualidade superior ao que se poderia normalmente esperar de um tratamento secundário. O tratamento terciário pode pretender uma remoção mais elevada para os parâmetros convencionais,
como as matérias em suspensão, ou ainda, para alguns parâmetros com
uma baixa taxa de remoção num tratamento secundário, como é o caso
do fósforo.
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Page 40
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS :
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● Almasi A., Pescod M. B. (1996),Wastewater treatment mechanisms in anoxic stabilisation ponds,Water Sciences
and Technologies, 125-132.
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PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
Couv-Portugais
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Radoux M., Cadelli D., Nemcova M., Ennabili A., Ezzahri J.,Ater M. (2000), Optimisation of natural wastewater treatment technologies in the MHEA‚ experimental centre in M’Diq, Mediterranean coast of Morocco. 7th
International Conference on Wetlands Systems for Water Pollution Control, Florida, USA.
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Strecker, E.W., Kersnar J.M., Driscoll, E.D., Horner R.R. (1992), The use of wetlands for controllingstormwater
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(LWA) - potential filter media in treatment wetlands, 5th International Conference on Wetland Systems for Water
Pollution Control,Viena.
Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias, 2001
ISBN 92-894-1690-4
© Departamento Internacional da Água
ISBN 92-894-1690-4
PROCESSOS EXTENSIVOS DE TRATAMENTO
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A Direcção-Geral do Ambiente da Comissão pretende apoiar a divulgação dos processos extensivos de
depuração, mediante o desenvolvimento de consultorias e trocas de informações técnicas. Este guia e o
desenvolvimento de meios de ajuda, tais como, os fundos estruturais e os fundos de coesão são exemplos disso.
14
O presente documento menciona apenas as tecnologias intensivas e aborda sobretudo as tecnologias
extensivas de tratamento. Estas últimas ocupam, por definição, maiores superfícies que os processos
intensivos convencionais concebidos para as grandes aglomerações. No entanto, os custos de investimento dos processos extensivos são, regra geral, inferiores e as condições de exploração mais simples,
mais flexíveis, comportando menos gastos de energia. Finalmente, estas tecnologias requerem menos
mão-de-obra e pessoal menos especializado que as tecnologias intensivas.
Estas tecnologias podem ser aplicadas nas várias configurações europeias que não excedam uns milhares
de habitantes equivalentes.Ao ler o presente documento, é preciso ter presente, que as tecnologias aqui
tratadas não podem ser utilizadas para capacidades superiores a 5 000 h.e., a não ser em circunstâncias
excepcionais.
Após uma recapitulação dos objectivos a cumprir pelas pequenas e médias aglomerações e uma apresentação rápida dos diferentes sistemas chamados intensivos, são descritas, mais em pormenor, as seguintes tecnologias:
infiltração percolação;
filtros de plantas com escoamento vertical;
filtros de plantas com escoamento horizontal;
lagoas sem arejamento;
KH-39-01-861-D-C
RESUMO
Couv-Portugais
lagoas com arejamento;
combinação de diferentes processos extensivos.
A fim de ajudar na escolha de um processo, uma comparação destas diferentes técnicas é efectuada com
base nos seguintes critérios:
qualidade das descargas;
vantagens e inconvenientes;
área disponível;
permeabilidade do solo;
adaptabilidade dos processos às condições climáticas;
custos.
Europäische Kommission
http://europa.eu.int
Direction de l’Eau
http://www.environnement.gouv.fr
SERVIÇO DAS PUBLICAÇÕES
DAS COMUNIDADES EUROPEIAS
L-2985 Luxemburg
http://www.eaufrance.tm.fr
O f f i c e
International
de l'Eau
http://www.oieau.org
http://www.cemagref.fr
Concepção gráfica: Faurbourg communication 33.5.55.79.54.00. Maqueta : F. RANSONNETTE - OIEau Paris 33.3.1.44.90.88.60
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