Considerações gerais sobre o trabalho experimental

3.2.1. Fase I – Seleção dos meios de enchimento

Os meios de enchimento estudados foram os seguintes: vários resíduos de atividades de industriais (fragmentos de calcário, fragmentos de tijolo, fragmentos de basalto, casca de ovo ao natural e calcinada), e dois tipos de argila expandida (FiltraliteMR e FiltraliteNR). Na primeira fase do trabalho fez-se a caracterização, preparação e selecção de meios de enchimento para serem utilizados nas fases seguintes. A maioria dos meios de enchimento foi utilizada sem qualquer pré-tratamento, com excepção das cascas de ovo que foram calcinadas.

Os fragmentos de tijolo e de basalto foram adquiridos à empresa Marante que comercializa materiais para a construção civil, na zona de Tomar. Os fragmentos de calcário foram obtidos a partir de desperdícios e peças de calcário Moleanos inutilizadas, que foram recolhidas em diversas oficinas de cantaria e de pedras industriais, também na zona de Tomar.

O calcário era originário de pedreiras localizadas no concelho de Alcobaça. A designação “calcário Moleanos” deve-se ao facto deste tipo específico de rocha calcária ser explorado em pedreiras situadas no lugar de Moleanos, no concelho de Alcobaça e distrito de Leiria. É neste distrito que se localizam a maior parte das pedreiras de calcários nacionais.

Os fragmentos de tijolo e de basalto apresentavam granulometrias entre 1 e 20 mm, pelo que não houve necessidade de proceder à sua fragmentação antes da realização de ensaios. No entanto, como as peças e desperdícios de calcário tinham dimensões muito elevadas, tiveram que ser fragmentados. A fragmentação fez-se manualmente, com um martelo, pois os equipamentos disponíveis provocavam abrasão do calcário, reduzindo-o a pó. Realizaram-se ensaios para determinação da granulometria e da densidade dos meios de enchimento e determinou-se ainda a condutividade eléctrica da água em contacto com os meios de enchimento quando imersos. A condutividade eléctrica permite concluir sobre a facilidade de libertação de iões a partir dos materiais sólidos para a fase aquosa (Wang et al., 2013). A libertação de iões de cálcio, de alumínio, de ferro e de magnésio favorece a remoção de fósforo através formação de precipitados insolúveis. Este é um parâmetro importante na caracterização de potenciais meios de enchimento a utilizar em ZHC para remoção de fósforo.

Para todos os meios de enchimento referidos anteriormente foram realizados ensaios de adsorção e estimadas as suas capacidades máximas de adsorção de fósforo. Os resultados obtidos foram utilizados para a escolha dos meios de enchimento a utilizar nas fases seguintes da investigação.

3.2.2. Fase II – Produção de mudas de cana-de-açúcar

Um dos principais objectivos do presente trabalho consistiu na avaliação das potencialidades de utilização de canas-de-açúcar em leitos de ZHC para tratamento de efluentes, em vez das macrófitas tadicionalmente utilizadas nestes sistemas de tratamento. As canas-de-açúcar foram utilizadas em diversas fases do trabalho experimental, o que implicou a produção de plantas novas, designadas mudas, em qualidade e quantidade suficientes.

Esta produção foi feita em duas épocas, a partir de caules de canas adultas. Na primeira época, em Fevereiro de 2012, utilizaram-se caules de cana-de-açúcar cedidos pelo Jardim Botânico da Universidade de Coimbra, de variedade por determinar. As novas

canas-de-açúcar produzidas foram testadas nas fases III e IV do trabalho experimental. Na segunda época, em Março de 2013, utilizaram-se caules produzidos durante a realização da fase IV do presente trabalho e as novas canas-de-açúcar foram utilizadas na fase V.

3.2.3. Fase III – Leitos à escala laboratorial com meios de enchimento não convencionais e canas-de-açúcar

Esta fase do trabalho iniciou-se em Maio de 2012 e durou cerca de dois anos. Durante o primeiro ano o objectivo principal do estudo foi avaliar a adaptação e desenvolvimento das canas-de-açúcar a diversos meios de enchimento em ZHC montadas à escala laboratorial. Os meios de enchimento testados foram os seguintes: fragmentos de calcário, de tijolo, de basalto e FiltraliteNR. A utilização da FiltraliteNR teve como objectivo a comparação com os resultados obtidos com os outros meios de enchimento em estudo, uma vez que as argilas expandidas já são utilizadas com sucesso como substratos para a fixação de plantas. No entanto, neste trabalho pretendia avaliar-se as potencialidades de utilização de materiais não convencionais mais acessíveis, tais como desperdícios e resíduos diversos.

Desde Maio até Novembro de 2012 os sistemas foram alimentados em contínuo e fez-se a monitorização regular do desenvolvimento das canas-de-açúcar e da remoção de fósforo. A alimentação consistiu num efluente terciário produzido em unidades piloto também instaladas no local e a realizarem tratamento de um efluente secundário sintético.

A partir dos dados da monitorização do desenvolvimento das plantas foi determinada a idade aproximada de corte das canas-de-açúcar nas fases seguintes do trabalho, e que se definiu como sendo entre os 8 e os 10 meses de idade, pois a partir dos 8 meses observou-se uma estabilização no crescimento das mesmas.

A partir de Dezembro de 2012 os sistemas passaram a ser alimentados de forma descontínua e fez-se a avaliação da resistência das canas-de-açúcar à passagem do Inverno, uma vez que se trata de uma cultura típica de climas tropicais e sub-tropicais, o que não é o caso do clima de Portugal Continental. Esta avaliação foi feita por inspecção visual do estado das plantas.

Em Fevereiro de 2014 desactivaram-se todos os sistemas e avaliou-se a produtividade em canas-de-açúcar e em sacarose, assim como a quantidade de fósforo acumulado nas folhas, caules e raízes.

3.2.4. Fase IV – Leitos à escala piloto com meios de enchimento de argilas expandidas e canas-de-açúcar

Ainda durante o ano de 2012, realizou-se a fase IV do trabalho, onde foram utilizadas duas ZHC à escala piloto com enchimentos de argilas expandidas (FiltraliteNR e FiltraliteMR), que tinham sido já utilizadas em projectos anteriores (Mateus e Pinho, 2010) As duas unidades começaram a operar em Janeiro de 2012, altura em que se iniciou a monitorização da remoção de fósforo, que se prolongou até ao final desse ano. Em Maio foram plantadas 6 canas-de-açúcar, com 3 meses de idade, em cada um dos leitos e fez-se a monitorização do seu desenvolvimento até Dezembro de 2012.

Em Dezembro de 2012 cortaram-se as canas-de-açúcar, avaliou-se a produtividade da cultura e a concentração de sacarose existente no suco dos caules. Avaliou-se também o contributo das plantas para a remoção de fósforo do efluente tratado.

Esta fase do trabalho teve várias finalidades. Por um lado, avaliar a adaptação das canas-de-açúcar a leitos inundados de maiores dimensões, e a receberem maiores cargas de fósforo do que aquelas testadas na fase III do trabalho, e por outro avaliar a possibilidade de regeneração dos meios de enchimento, com a libertação dos nutrientes adsorvidos. Para além disso, estas unidades foram também utilizadas para produzir mais canas-de-açúcar cujos caules seriam utilizados na germinação de novas plantas a serem utilizadas na fase seguinte da investigação.

3.2.5. Fase V - Leitos à escala piloto com meios de enchimento de calcário e de tijolo e canas-de-açúcar

Nesta fase V do trabalho experimental fez-se a montagem de novas ZHC à escala piloto, mas agora com enchimentos de fragmentos de calcário e de tijolo, que foram os meios de enchimento seleccionados nas fases anteriores da investigação, tendo em conta o compromisso entre os seguintes aspectos: capacidade de adsorção de fósforo; adaptação e desenvolvimento das canas-de-açúcar; vantagens económicas e ambientais.

Montaram-se quatro unidades piloto, duas com enchimentos de calcário e outras duas com enchimentos de tijolo. Os quatro sistemas ficaram prontos em Maio de 2013 e no mês

seguinte foram plantadas canas-de-açúcar em duas das unidades, tendo sido colocadas 12 canas numa unidade com enchimento de fragmentos de calcário e outras 12 numa unidade com enchimento de fragmentos de tijolo. As canas foram plantadas com 3 meses de idade.

As quatro unidades foram alimentadas em contínuo com efluente secundário sintético e fez-se a monitorização da remoção de fósforo entre Maio de 2013 e Novembro de 2014, abrangendo dois ciclos de produção de canas-de-açúcar.

A monitorização do desenvolvimento das canas-de-açúcar foi feita no primeiro ano, entre Maio e Novembro de 2013. Em 2014, e dado que os trabalhos prévios permitiram concluir que a cana-de-açúcar se adapta e desenvolve bem em ZHC, e como a biomonitorização de cada cana individualmente é um trabalho árduo e moroso, apenas se inspeccionou visualmente o estado das canas e se realizou uma única medição, no final do seu ciclo de crescimento e antes do corte, em Novembro de 2014.

Tanto em 2013 como em 2014, as canas-de-açúcar foram cortadas com nove meses de idade. Nessa altura foi feita a avaliação da produtividade (em cana e em sacarose), assim como o contributo das canas-de-açúcar para a remoção de fósforo do efluente tratado, mediante acumulação deste elemento nos caules e nas folhas.

3.2.6. Fase VI – Ensaios com traçador

Após a montagem das ZHC piloto com meios de enchimento de fragmentos de calcário e de tijolo (Fase V), e antes de se plantarem as canas-de-açúcar, realizaram-se ensaios hidráulicos utilizando cloreto de sódio como traçador.

Não se tendo encontrado na bibliografia consultada informação sobre a realização deste tipo de ensaios com cana-de-açúcar, utilizando cloreto de sódio como traçador, foi decidido realizar os ensaios apenas com enchimento e sem as canas. Assim, evitou-se a realização dos ensaios com as canas na fase de adaptação e enraizamento para prevenir uma eventual sensibilização e morte das plantas devido ao acréscimo de salinidade decorrente da utilização de cloreto de sódio como traçador, pois embora a resistência à salinidade seja elevada para o caniço, é apenas moderada para as canas-de-açúcar (USDA, 2012b).

Para além disso, o sistema radicular das canas-de-açúcar é muito diferente dos rizomas desenvolvidos pelas macrófitas tradicionalmente utilizadas em ZHC, tais como caniços e

tábuas. E ao contrário destas, que podem alterar significativamente a estrutura interna da matriz sólida de enchimento do leito, as raízes das canas-de-açúcar são mais pilosas e finas e desenvolvem-se mais à superfície do solo, ou do material de enchimento. Assim, considerou- se que o desenvolvimento destas raízes não deveria ter grande influência na alteração das características do escoamento hidráulico, pelo que não foram realizados ensaios hidráulicos nos leitos plantados com canas-de-açúcar.