Caracterização dos sistemas de tratamento

4.5.1.1 Descrição geral

O IC1-Mira/Aveiro é caracterizado por três sublanços: • Sublanço Mira-Vagos (Lote 1);

• Sublanço Vagos-Aveiro Sul (Lote 2);

• Sublanço Aveiro Sul-Aveiro Nascente (Lote 3).

Face à natureza das águas residuais provenientes da lavagem das plataformas das rodovias e à irregularidade dos caudais a tratar, o sistema depurativo preconizado inclui:

• Fase Líquida:

Gradagem de sólidos grosseiros (obra de entrada);
Bacia reguladora de caudais;

Separador de hidrocarbonetos com câmara de decantação;
Leito construído de macrófitas (LCM).

• Fase Sólida: as lamas primárias e hidrocarbonetos/óleos acumulados a montante do sistema biológico serão removidas periodicamente por um veículo cisterna e conduzidos a tratamento.

Aquando da disponibilização dos dados do lanço IC1-Mira/Aveiro (toda a informação aqui descrita), a Sociedade Concessionária designava-se AENOR .

4.5.1.2 Obra de entrada

Na zona de afluência ao sistema de tratamento os sólidos mais grosseiros serão retidos numa câmara de grades em aço inox com espaçamento de 20 mm, de modo a evitar a colmatação dos sistemas de tratamento a jusante.

Paralelamente ao canal principal existe um canal de recurso, também equipado com grades de limpeza manual de espaçamento 60 mm que será utilizado em caso de colmatação do primeiro. O volume de água afluente ao sistema e superior à capacidade de encaixe da bacia reguladora de caudais será conduzido directamente para a linha de água mais próxima através de um descarregador de tempestade, considerando-se que a carga mais significativa de poluentes aflui à bacia, nos primeiros minutos da chuvada intensa.

4.5.1.3 Bacia reguladora de caudais

O carácter irregular dos caudais de águas residuais a tratar, dependentes do regime pluviométrico, exige a construção de uma bacia de retenção a montante de todo o sistema de tratamento que permita atenuar o efeito de caudais de ponta para o tratamento a jusante. A bacia reguladora de caudais foi dimensionada para armazenar o volume de água total proveniente das escorrências pluviais correspondentes a 13 mm de precipitação.

No fundo da bacia de retenção será instalado um braço com um descarregador de superfície suportado por bóias e com uma válvula de seccionamento com haste, que permitirá regular o caudal afluente ao separador de hidrocarbonetos e ao sistema biológico de tratamento.

Na bacia e dado o elevado tempo de retenção das águas haverá a separação entre duas fases com: • Acumulação à superfície dos óleos e hidrocarbonetos1;

• Deposição no fundo de SST que arrastam uma fracção significativa de metais pesados e hidrocarbonetos.

A percentagem de remoção de contaminantes nesta bacia é variável e dependerá essencialmente do tempo de retenção, conforme apresentado no Quadro 4.4:

Quadro 4.4 - Percentagens de remoção obtidas em testes de sedimentabilidade efectuados em

laboratórios (fonte: AENOR, 2003)

Remoção de poluentes obtida em testes de sedimentabilidade 2 horas 4 horas 24 horas

SST 10-52 % 12-58 % 58-68 %

Hidrocarbonetos 3-9 % 19-38 % 54-70 %

Pb 8-40 % 10-56 % 52-83 %

Cd 3-18 % 8-24 % 18-35 %

O braço regulador de caudais foi dimensionado para escoar o volume total de água em 48 horas, permitindo um elevado tempo de retenção na bacia (aumento da eficiência da decantação) e simultaneamente reduzir os volumes dos órgãos de tratamento a jusante, sem prejudicar os objectivos pretendidos. Apesar do braço regular os caudais de modo a que o escoamento do volume crítico se faça em 48 horas, à medida que a água armazenada vai afluindo aos sistemas de tratamento a jusante a bacia vai ficando com folga para recepcionar mais água.

A bacia reguladora de caudais será impermeabilizada com geomembrana de Polietileno de Alta Densidade de 1 mm de espessura mínima protegida inferiormente por um geotêxtil 300 g/m2, assente sobre uma camada de 0.30 m de terra cirandada (isenta de material que possa ferir o sistema de impermeabilização).

À entrada da bacia foi previsto um deflector em betão para evitar durante a afluência das águas residuais turbulência à superfície da lâmina de água e a ressuspensão das lamas depositadas. No lado oposto foi considerado um muro em betão armado, onde será montado o braço regulador com ligação a um passamuros DN150. Para facilitar as operações de exploração da bacia foram previstas umas escadas de acesso, igualmente em betão armado.

A amarração da tela de PEAD ao betão será por extrusão a um perfil tipo "AGRU Sure-Grip" (da GeoSerial). A amarração da barreira de impermeabilização é em vala de dimensões 0.50 x 0.50 m.

4.5.1.4 Separador de hidrocarbonetos com câmara de decantação

A eficiência do sistema biológico seleccionado depende do grau de pré-tratamento das águas residuais afluentes, pelo que, face ao tipo de cargas poluentes que caracterizam estes efluentes foi previsto um separador de óleos e hidrocarbonetos com câmara de decantação para finos.

O efluente regularizado afluirá ao separador que é equipado com um filtro coalescente (removível) e um obturador de segurança, onde serão separados e armazenados os óleos e hidrocarbonetos. O separador apresenta um sistema automático de aviso quando a sua capacidade de retenção de óleos e hidrocarbonetos está a chegar ao limite, através de um alarme sonoro. Quando a capacidade de retenção atinge o seu máximo o obturador de segurança impede o acesso das águas residuais contaminadas ao leito construído de macrófitas.

Este mecanismo de segurança permite e conforme recomendação da DIA, que em caso de acidentes na plataforma, os produtos derramados e conduzidos pelo sistema semi-separativo até ao sistema de tratamento, fiquem retidos na bacia reguladora de caudais, pelo fecho automático do obturador. Neste órgão e dependentemente da concentração e das características físico-químicas dos óleos/ hidrocarbonetos estes poluentes poderão atingir à saída residuais inferiores a 5 mg/l.

O dispositivo de alarme PASSAVANT, modelo Securat – SK2, para a unidade de separador de hidrocarbonetos apresenta:

• Sinal audiovisual que funcionará quando se atingirem 4/5 da capacidade máxima de produtos separados;

• Sinal audiovisual que funcionará quando se atingir a capacidade máxima de produtos separados.

Os sinais de alarme serão transmitidos à distância por GSM a uma central a localizar em ponto a definir pela AENOR, de modo a permitir um controlo do sistema sem necessidade de um operador permanente.

O sistema é constituído por:

• Uma central de controle SECURAT SK2 (S2), com caixa em material sintético e com painel para fixação em parede, protecção IP42 (protecção anti-poeiras e humidade);

• Duas sondas, cabos de ligação;

• Uma caixa de derivação e acessórios de fixação.

Na Figura 3.14 do Capítulo 3 ilustra-se o separador de hidrocarbonetos com câmara de decantação.

4.5.1.5 Leito construído de macrófitas

4.5.1.5.1 Considerações gerais

Os leitos de macrófitas, muitas vezes designados por zonas húmidas construídas, são sistemas biológicos de tratamento de efluentes em que são usadas culturas de plantas que ou interactuam directamente com os constituintes dos efluentes ou servem de suporte a microrganismos que os irão degradar.

O mecanismo de depuração do efluente em leitos de macrófitas é caracterizado por uma interacção complexa de processos químicos, físicos e biológicos e de uma acção concertada entre rizomas de plantas e os microrganismos aclimatados à toxicidade do efluente. A eficiência destes sistemas depende de um pré-tratamento que deverá incluir a remoção dos sólidos mais grosseiros, uma fracção dos óleos e hidrocarbonetos e dos sólidos suspensos totais.

De acordo com bibliografia inglesa e em resultado da monitorização de algumas unidades de tratamento similares, a velocidade do efluente à entrada do leito não deverá exceder os 0.3-0.5 m/s, para não danificar as plantas e o tempo de retenção óptimo deverá ficar compreendido entre as 10-15 horas. Outros autores, nomeadamente americanos, referem como tempo mínimo de retenção para efluentes secundários e desta natureza cerca de 1 dia. Naturalmente tempos de retenção superiores justificar-se-iam em caso de efluentes mais concentrados e de carácter mais permanente.

Numa primeira fase o leito comporta-se como um sistema de infiltração rápida onde os poluentes serão retidos na matriz do solo e/ou raízes das plantas por sedimentação ou adsorção e só

compostos orgânicos e reacções de oxidação/redução dos metais pesados por parte dos microrganismos presentes nos solos e nas raízes das plantas.

O LCM foi projectado e face às considerações teóricas anteriormente descritas de modo a considerar duas zonas distintas:

• Zona 1 - de escoamento vertical, onde irá predominar o mecanismo de filtração, com retenção da matéria orgânica e metais pesados na matriz do solo e nas raízes das plantas, para posterior acção microbiana.

• Zona 2 - de escoamento horizontal, através de um meio de enchimento à base de FILTRALITE de granulometria de 5 mm, que pelas suas características argilosas permite a adsorção das concentrações residuais de metais pesados sem comprometer o funcionamento hidráulico do leito.

O LCM foi dimensionado de acordo com KADLEC e KNIGHT (1996), que prevê: q = Ɛ x h/ Ʈ

onde:

q - carga hidráulica (m/d)

Ɛ - fracção de água no LCM (m3_/m3₎ h - altura média de enchimento (m) Ʈ - tempo de retenção (dias)

O leito construído de macrófitas será impermeabilizado com geomembrana de polietileno de alta densidade, espessura de 1 mm, envolvida por um geotêxtil de 300 g/m2. A amarração da barreira de impermeabilização será em vala, de dimensões 0.50 x 0.50 m.

O efluente aflui ao leito através de um colector em PEAD Ø160 e será distribuído à entrada (Zona 1) do seguinte modo: superficialmente através de um conjunto de caleiras em PEAD Ø400 e Ø200, assentes sobre drenos de gravilha de granulometria 30-60 mm, promovendo um escoamento vertical. O nível de água dentro do leito será controlado exteriormente e de modo manual. Foi igualmente previsto um descarregador de tempestade em PEAD Ø160.

Para o caso em estudo o enchimento do leito, com uma altura média de 0.6 m, é constituído por: Zona 1

• Camada de fundo com 0.15 m de espessura, constituída por gravilha de granulometria 30-60 mm;

• Geotêxtil drenante de 180 g/m2;

• Camada intermédia com 0.30 m de espessura constituída por areia calibrada e lavada de granulometria 2-4mm;

• Camada superior com 0.15m de espessura de terra vegetal. Zona 2

• Camada de FILTRALITE (argila expandida) com 0.60 m de espessura e de

granulometria de 5 mm.

As duas zonas serão separadas por gabiões de 1 m3, criando uma zona intermédia livre que permite um melhor controlo hidráulico do leito (garantindo uma distribuição mais homogénea das águas residuais por todo o LCM) e um arejamento natural das águas residuais.

Nesta zona de superfície líquida livre deverão ser recolhidas amostras de efluente de modo a ser controlada a eficiência da Zona 1 do LCM e estabelecer uma relação entre os diferentes parâmetros: tipo de escoamento, material de enchimento, tempo de retenção, entre outros, para futuramente ser possível em projectos similares optimizar os critérios de dimensionamento.

A mesma metodologia deverá ser aplicada para a Zona 2, com principal incidência para o controlo das concentrações de metais pesados.

4.5.1.5.2 Plantas seleccionadas

Uma grande variedade de plantas aquáticas apresenta capacidade de adaptação a cargas poluentes através de mecanismos depurativos associados. As infestantes naturais mais frequentes de zonas húmidas são as espécies que normalmente são utilizadas nestes sistemas e daqui destacam-se as

Phragmites, Juncus e Typhas spp.

Estas plantas apresentam uma estrutura e um sistema de raízes que permite o transporte de gases de/e para a atmosfera. Dependendo da quantidade de oxigénio fornecido através dos caules ocos e da distância entre estes, assim se podem obter condições aeróbias, anaeróbias ou anóxicas na vizinhança dos rizomas. As zonas próximas dos rizomas são povoadas por bactérias aeróbias (filme de 1 mm de espessura) e nas zonas mais afastadas (2 mm ou mais) a população é predominantemente anaeróbia.

Além dos processos biodegradativos envolvidos, algumas espécies de plantas apresentam a capacidade de acumular metais sem atingir os níveis de toxicidade, de onde se destaca a Typha

Dada a natureza dos poluentes que caracterizam as escorrências pluviais das plataformas de vias rodoviárias foi seleccionada uma população mista de plantas, constituída essencialmente por

Phragmites australis e Typha latifolia (Capítulo 3 - Quadro 3.13).

4.5.1.5.3 Mecanismos de remoção envolvidos

4.5.1.5.3.1 Compostos orgânicos complexos

Uma fracção significativa destes poluentes, compreendida entre os 50-60 %, ficará retida na bacia a montante dos LCM. Nos LCM, a matéria orgânica é removida essencialmente por biodegradação por filmes de microrganismos fixados às plantas e à matriz do solo, em condições aeróbias.

O oxigénio necessário para estes mecanismos é obtido directamente da atmosfera por difusão através da superfície líquida ou é fornecido ao solo pelas raízes das plantas.

A degradação anaeróbia também se pode tornar num importante processo de remoção de compostos orgânicos, em situações de deficiência de oxigénio ou quando as suas cargas são elevadas.

Além da biodegradação aeróbia e anaeróbia, outros fenómenos bastante significativos podem ocorrer dentro de um LCM, nomeadamente de adsorção.

A extensão em que cada um destes processos ocorre depende do tipo de contaminante e das condições biológicas e químicas da coluna de água, nomeadamente: pH, Eh, temperatura, intensidade da luz, disponibilidade de nutrientes e do teor em matéria orgânica.

Alguns compostos orgânicos tóxicos são capazes de estabelecer ligações reversíveis (interacções electroestáticas e hidrofóbicas) e irreversíveis (ligações covalentes) com a matriz do solo e com outros compostos orgânicos presentes nos LCM, aumentando a taxa de remoção desses compostos mas reduzindo a sua biodisponibilidade para os microrganismos capazes de os degradar.

Pela natureza química deste tipo de efluente poderá ser necessário adicionar fertilizantes contendo compostos azotados e fósforo essenciais ao crescimento das populações microbianas e consequentemente à remoção dos hidrocarbonetos. Este processo deverá ser monitorizado com cuidado de modo a não provocar excesso de nutrientes no efluente final.

4.5.1.5.3.2 Metais pesados

Uma fracção significativa destes poluentes ficará depositada a montante do sistema biológico de tratamento e a fracção afluente ao LCM será removida das AEE por processos físico-químicos e biológicos que incluem:

• Sedimentação;

• Adsorção e troca catiónica;

• Complexação;

• Reacções de oxidação/ redução por acção de matéria orgânica; • Reacções de precipitação.

Algumas plantas apresentam a capacidade de acumular metais pesados nas raízes, rizomas e folhas, conduzindo em alguns casos quando são atingidos níveis de toxicidade à morte da planta. Plantas como as Typhas spp são capazes de desenvolver uma grande tolerância aos metais pesados e não acumulam até aos níveis de toxicidade.

Uma vez que a acumulação de metais pesados no solo e nas plantas é significativa torna-se necessário após alguns anos remover o enchimento dos leitos e respectivo material vegetal e transportá-lo a destino final adequado. O intervalo de tempo que medeia estas operações será definido através dos resultados de monitorização do sistema, nomeadamente através da verificação da sua eficiência, que poderá ser indicativa do grau de saturação do leito de macrófitas.

4.5.1.5.3.3 Regime de escoamento

Existem dois tipos principais de leitos de macrófitas que se distinguem pela forma como o líquido os atravessa. No primeiro deles - sistemas com superfície líquida livre - o efluente permanece principalmente acima do nível do solo, originando uma lagoa. No segundo tipo - sistemas de fluxo sub-superficial - a lâmina de líquido permanece abaixo da superfície do solo, distinguindo-se o escoamento horizontal e vertical.

De modo a minimizar possíveis impactes sobre a casa de habitação localizada junto ao sistema de tratamento, foi desenvolvido um sistema de fluxo sub-superficial, de escoamento vertical na primeira zona do leito e horizontal na zona 2, não se prevendo para o efeito a existência de uma lâmina líquida à superfície, evitando-se deste modo a proliferação de insectos indesejáveis.