Formas de atenuação da colmatação

Amado et al. (2012) e Pozo-Morales et al. (2013) associaram o fenômeno da colmatação às condições do meio poroso nos SACs, sendo que, em ambiente mais redutor (menor potencial redox ou pE negativo), a taxa de degradação seria menor, pois o metabolismo de microrganismos anaeróbios é mais lento que o dos aeróbios e, assim, haveria maior concentração de sólidos para colmatação (MATAMOROS e BAYONA, 2006; HIJOSA- VALSERO et al., 2010; VON SPERLING, 2014). Com base nisso, pode-se inferir que uma menor profundidade molhada pode favorecer maiores remoções de material orgânico e, com isso, menor colmatação do meio poroso (HUANG et al., 2004; GARCÍA et al., 2005; SONG et al., 2009). Por essa razão, Pozo-Morales et al. (2013) propuseram nova configuração para os SACs, com aberturas para entrada do ar na entrada e uma disposição diferenciada de tamanho do material suporte. Dessa forma, haveria maior troca gasosa e aeração, proporcionando condições mais aeróbias ao sistema.

No que se refere à granulometria do material suporte, quanto maior o tamanho das partículas do substrato utilizado no preenchimento dos SACs maior é o volume de poros e, assim, o tempo até ocorrer o aparecimento de escoamento superficial deverá ser maior (ZHAO et al., 2004; HUA et al., 2010). Além disso, com maior granulometria, tem-se menor área superficial e, assim, a quantidade de biofilme aderido é menor. Dessa forma, a colmatação do meio poroso fica mais demorada, porém pode-se ter um efluente com pior qualidade, já que há prejuízo na filtração e na degradação microbiana da matéria orgânica (decréscimo na eficiência de remoção). Com base nisso, considera-se que deva haver um equilíbrio entre o efeito filtrante e a rapidez na colmatação do meio poroso. Griffin et al. (2008), em estudo envolvendo vários SACs-EHSS, na Inglaterra, nos quais o substrato apresentava granulometria entre 6,0 e 12,0 mm, não verificaram prejuízo à remoção de poluentes quando comparados com SACs preenchidos com material de diâmetro inferior. O que tem sido feito, atualmente, é a colocação de substrato de maior diâmetro próximo à entrada, para evitar a colmatação precoce e facilitar a distribuição da água residuária no SAC-EHSS (HUDCOVÁ et al., 2013), colocando-se, em seguida, partículas de menor tamanho, para favorecer os fenômenos físicos e bioquímicos, principalmente, aqueles associados à remoção de poluentes. Hua et al. (2010) também observaram que material de maior granulometria proporciona melhor distribuição dos sólidos acumulados meio poroso, havendo maior perda de porosidade em camadas inferiores, nos SACs-EV e em maiores distâncias, nos SACs-EHSS.

Segundo Blazejewski e Blazejewska (1997), quanto maior o volume de poros do meio suporte, maior é o tempo de vida útil do leito. Segundo Mancl e Rector (1999), citados por Suliman et al. (2006), tão importante quanto a faixa de tamanho das partículas do substrato que preenchem o SAC é a distribuição dos diâmetros. Segundo os autores, com coeficiente de uniformidade (CU) menor que 3,0, isso é, mal graduado, pode-se operar um leito por muito tempo sem haver a necessidade de períodos de repouso. Com substratos de menores granulometrias ou bem graduados, têm-se maior contato entre as partículas, reduzindo-se assim os vazios entre esses. De maneira semelhante, o formato dos grãos que compõem o substrato também pode implicar em menor porosidade drenável, tal como discutido por Kadlec e Knight (1996), Hyánková et al. (2006) e Knowles et al. (2011). Os autores afirmam que partículas não esféricas ou angulares aceleram o acúmulo de sólidos, pela maior possibilidade de aproximação das partículas, com consequente diminuição do tamanho dos poros.

O tipo de material constituinte do meio poroso também tem sido citado como influente na colmatação. Albuquerque et al. (2010), por exemplo, ao utilizarem argila expandida, que possui maior área superficial específica e maior porosidade, como material de preenchimento do SAC, verificaram menor perda de carga no sistema do que naquele constituído por brita, o que é um indicativo de maior permeabilidade do meio alternativo. Suliman et al. (2006) também obtiveram menor perda de porosidade drenável na argila expandida do que em SACs preenchido com pó de conchas. Os autores atribuíram esses resultados ao fato da argila expandida apresentar, naturalmente, maior porosidade e às características mais reativas do pó de conchas, que proporcionam a formação de precipitados e, como consequência, maior entupimento dos poros do meio.

Hudcová et al. (2013) sugeriram que, em grandes SACs, a água residuária tenha mais de um ponto de entrada, já que, segundo Vymazal (2003) e Fonder e Xanthoulis (2007), as maiores remoções e a colmatação do meio poroso ocorrem logo na entrada. Grandes relações comprimento/largura (L/B) propiciam escoamentos mais próximos do modelo pistão, o que favoreceriam a obtenção das maiores eficiências de remoção de poluentes que seguem a cinética de primeira ordem (VON SPERLING, 1996). Porém, por outro lado, leitos com essa configuração mais alongada são afetados mais precocemente pelo fenômeno da colmatação. Isso porque, quanto menor a área da seção transversal, maior é a velocidade de escoamento e consequentemente, maior é a perda de carga. Por essa razão, SACs construídos na República Checa foram divididos em unidades menores, em paralelo, com o intuito de minimizar-se o problema da colmatação precoce do meio poroso. Outra forma de alterar a forma de aplicação

da água residuária em unidades já instaladas, a fim de prolongar a vida útil do sistema, é ter a entrada da água residuária ao longo do comprimento (maior dimensão) e não da largura (menor dimensão), pois assim, haveria maior área da seção transversal para receber a carga de sólidos e a vazão afluente.

Para atenuar o problema da colmatação em SACs, pode-se diminuir o aporte de sólidos por meio de uso de tratamento primário ou secundário prévio, tal como observaram Caselles- Osorio et al. (2007), ou restringindo a carga aplicada. Os autores observaram que 60 a 80% da

DQO particulada proveniente do esgoto doméstico têm dimensões maiores que 1,2 μm e que

apenas 12 a 34% dela está na forma dissolvida (<0,2 μm). Werf (2006), citado por Caselles- Osorio et al. (2007), apresentou o valor limite de aplicação de 4,0 g m-2 d-1 de DBO5 a 5,6 g m-2 d-1 de DQO, para ter concentração final de 25 mg L-1 de DBO (Padrão Europeu). A concentração efluente pode ser considerada baixa, se tomada a legislação estadual mineira como referência, uma vez que, nessa, permite-se até 60 mg L-1. Winter e Goetz (2003) relataram que os problemas de colmatação eram evidentes em sistemas que receberam mais de 5 g m-2 d-1 de SS em unidades verticais com solo como substrato. Pozo-Morales et al. (2013) afirmaram que os problemas de colmatação são menores em sistemas que recebem cargas menores que 20 g m-2 d-1 de DQO e 5 g m-2 d-1 de SS. García et al. (2004, 2005) recomendam a aplicação de no máximo 6 g m-2 d-1 de DBO para não implicar em decréscimo significativo de eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal em SACs- EHSS. Esses valores foram adotados por Garfí et al. (2012), sem a observação de escoamento superficial e perda de eficiência num período de 4 anos de operação. A condutividade hidráulica no SAC de clima mais frio caiu para 36 m d-1, próximo do que é considerado por de la Varga et al. (2013) como crítico (20 m d-1). Wojciechowska et al. (2010) citaram os valores recomendados pela USEPA (2000) de 5,4 g m-2 d-1 de ST e de 15-20 g m-2 d-1 de DQO como taxas de aplicação em SACs-EHSS. Observa-se que há poucos relatos da taxa a ser aplicada, de forma a não causar a colmatação de SACs, por causa das diferenças entre a direção do escoamento, da granulometria e tipo de substrato utilizado, da constituição da água residuária, do período para a ocorrência do fenômeno, além das condições climáticas do local. Diante dessas diferentes variáveis, somada à influência de outros fatores na colmatação, torna-se complicada a fixação de valores recomendáveis.

O pré-tratamento pode ser importante, principalmente se o material orgânico presente nas águas residuárias tiver grandes cadeias químicas e complexidade estrutural, requerendo,

simples nas células microbianas, com degradação e transformação do composto nas unidades dos SACs (GUJER et al., 1999). Por essa razão, Álvarez et al. (2008), Ruiz et al. (2010) e Pedescoll et al. (2011a) utilizaram e avaliaram o uso de digestores anaeróbios anteriores aos SACs, de forma a aumentar a vida útil do sistema. De la Varga et al. (2013) observaram acúmulo de sólidos (1,56 kg m-2 ano-1 de SS) no sistema, inferior aos obtidos por Tanner et al. (1998a) e Caselles-Osorio et al. (2007), que estavam na faixa entre 1,2 e 6,8 kg m-2 ano-1 de

SS, ao utilizarem tratamento primário prévio em esgotos domésticos. Os mesmos autores

afirmaram, no entanto que, em geral, não é possível correlacionar a carga de sólidos aplicada e o acúmulo de sólidos no leito, indicando que existem outros fatores envolvidos. A condutividade hidráulica, da mesma forma, foi maior que a medida em SACs-EHSS monitorados por Caselles-Osorio et al. (2007), que não apresentaram escoamento superficial após 5 anos de operação. Entretanto, segundo Tanner et al. (1998a), não é qualquer pré- tratamento que pode propiciar aumento no tempo de vida útil do sistema. Segundo os autores, sistemas de sedimentação de sólidos, como decantadores e tanques são preferíveis às lagoas de estabilização, em razão da DBO particulada proveniente das últimas.

Alinhando as medidas preventivas de redução do aporte de material orgânico e da questão da configuração do SAC, também existem valores recomendados na literatura para a carga aplicada por seção transversal. TVA (1993), citado por Nivala et al. (2012), sugere valores de 244 a 488 g m-2 d-1 de DBO, enquanto Kadlec e Wallace (2009) afirmam ser prudente que não seja maior que 250 g m-2 d-1 de DBO, para um leito com D10 maior que 4 mm. No entanto, como dito por Nivala et al. (2012), essa "regra" tem limitações por assumir que a maior parte dos sólidos da água residuária são orgânicos e por não considerar precipitados e material recalcitrante.

A aplicação intermitente, com períodos de tempo suficientes para repouso, no caso de unidades de escoamento vertical, pode aumentar o tempo de vida útil do sistema, pela degradação dos sólidos voláteis presentes (ZHAO et al., 2009). Bancolè et al. (2003), por sua vez, verificaram que a aplicação de menores vazões permitiu o desenvolvimento mais uniforme da biomassa em filtros, retardando a colmatação. Entretanto, como outros fatores parecem estar envolvidos e o material orgânico restante é, em boa parte, recalcitrante, essa elevação do período útil pode ser mais importante no início da operação do sistema. Se o regime de alimentação não pode ser intermitente, recomenda-se que, ao menos, seja feita uma distribuição o mais uniforme possível, para que não haja excessivo acúmulo de sólidos em determinados trechos dos SACs-EHSS. Wallace e Knight (2006) sugerem o uso de tubulações em "T" ou "H" com essa finalidade. Shen et al. (2010), citados por Nivala et al. (2012),

verificaram que a aplicação, ora em um sentido, ora em outro, propiciou maiores eficiências e vida útil maior do que o SAC-EHSS operando de forma convencional. Além do controle da distribuição da água residuária, deve-se atentar, também, para o nível de saída do dreno coletor do efluente, além do controle do material orgânico acumulado sobre a superfície do leito, das plantas invasoras e o tamanho ou idade das plantas cultivadas (COOPER et al., 2005).

Existem ainda modelos na literatura que poderiam ajudar na predição de quando o sistema irá entrar em colapso, ou seja, em que estará totalmente colmatado. Isso possibilitaria que providências fossem tomadas de forma a remediar a situação, antes que o fenômeno da colmatação possa vir a prejudicar a eficiência do sistema. Nivala et al. (2012) classificam esses modelos em dois grupos, sendo o primeiro baseado apenas na carga de sólidos afluente, e o outro que inclui outros fatores, tal como a formação do biofilme e a precipitação química. Entretanto, nenhum desses modelos se mostrou adequado, em escala de campo, já que, tal como já discutido anteriormente, são muitos processos envolvidos e as simplificações e considerações propostas nos modelos conduz à perda de qualidade nas predições.