Sistemas alagados construídos

No Quadro 5.1, estão resumidas as configurações da linha de tratamento ao longo dos oito anos de sua operação. A divisão do histórico de operação do sistema em fases (I, II e III) se deve ao fato de que apenas é possível comparar e associar grau de colmatação e eficiência do sistema na remoção de poluentes de acordo com as particulares configurações impostas em cada período de tempo.

Quadro 5.1. Diversas configurações da "linha de tratamento", ao longo do período de

monitoramento dos SACs.

Data início Data final Configuração Fase

20/09/07 26/08/11 UASB geminado (vermelho) + SACs Fase I 26/08/11 01/11/13 UASB compacto (verde) + FBPA + SACs Fase II 01/11/13 Atual UASB compacto (verde) + SACs Fase III

5.2.4.1. Aspectos construtivos

Os Sistemas Alagados Construídos de Escoamento Horizontal Subsuperficial (SACs-EHSS) foram construídos em paralelo, para avaliação do desempenho de cada um, separadamente, observando-se a influência das plantas nas reações bioquímicas, aeração, eficiências de remoção, colmatação, entre outros fatores, tendo-se como controle o SAC não plantado. Cada unidade foi dimensionada para um equivalente populacional de 50 habitantes, recebendo continuamente vazão de 7,5 m3 d-1. Para a construção das unidades, aproveitou-se a escavação feita anteriormente para lagoas de estabilização instaladas no centro de pesquisa, necessitando-se apenas efetuar alguns ajustes na geometria para se chegar à configuração de projeto, calculada a partir de equações presentes em Crites et al. (2005) e apresentadas por Dornelas (2008). Os aspectos construtivos e operacionais resumidos estão apresentados na Tabela 5.1. Informações mais detalhadas podem ser encontradas no trabalho de Dornelas (2008), que acompanhou a construção e o início da operação dos SACs-EHSS.

Tabela 5.1. Aspectos construtivos e operacionais de projeto cada SAC-EHSS.

Parâmetro Unidade Valor

Altura total (ht) m 0,4

Altura útil (hu) m 0,3

Comprimento do trecho preenchido com escória (topo) m 24,0 Comprimento pelo qual o líquido escoa (topo) (L) m 25,0 Comprimento total (topo) (Lt) m 25,5

Largura do trecho preenchido com escória (topo) (B) m 3,0 Inclinação longitudinal de fundo (i) % 0,5 Volume total do trecho de escoamento (Vt) m3 30,0

Volume útil do trecho de escoamento (Vu) m3 22,5

Área superficial do trecho preenchido com escória (topo) (As) m2 72,0

Porosidade do meio filtrante (Ɛ) m3 m-3 0,4 Volume de vazios ou de poros (Vp) m3 9,0

Tempo de detenção hidráulica teórico (TDH) d 1,20

Vt - Volume considerando a altura total de escória, enquanto Vu, apenas o volume alagado (hu). O comprimento L considera o trecho preenchido com escória (24,0 m) mais 0,5 após a tubulação de distribuição e antes da tubulação de drenagem, preenchidos com pedra de mão, enquanto Lt, engloba também o trecho anterior ao tubo afluente.

Nas Figura 5.6 a 5.8, estão apresentados a planta baixa e os cortes longitudinal e transversal dos SACs-EHSS, podendo-se observar as distâncias, a localização dos tubos de distribuição, amostragem e medição piezométrica e outros detalhes construtivos do sistema, alguns desses discutidos nas próximas seções.

Figura 5.7. Corte longitudinal do SAC plantado.

Figura 5.8. Corte transversal dos SACs-EHSS.

Observa-se que os sistemas foram construídos e operados de forma a ter, ao menos inicialmente, uma camada não saturada de 10 cm de espessura, propiciando um escoamento realmente subsuperficial. Entretanto, com o tempo de operação, começaram a ser observados trechos onde isso não mais ocorria e, inclusive, havia afloramento da água em escoamento, o que ficava evidente pela presença de regiões alagadas. A retirada da vegetação invasora (plantas daninhas), a realização de testes invasivos e o empolamento provocado pelo crescimento de rizomas, especificamente no SAC plantado, também tornaram a superfície do substrato de preenchimento dos SACs desnivelados, não mais apresentando o aspecto visual inicial de superfície plana. Em razão das mudanças no pré-tratamento, instabilidade da vazão e cargas aplicadas ao longo do tempo de operação do sistema, o TDH também variou em relação ao valor de projeto de 1,20 d.

Outros detalhes construtivos que merecem destaque são a inclinação de 45o dos taludes, impermeabilizados com geomembrana (PEAD de 0,8 mm de espessura) e o fundo com argila compactada (20 cm), obtido com compactador mecânico. Essa impermeabilização teve por objetivo evitar perdas de água residuária por infiltração/percolação. A não utilização da geomembrana no fundo se deveu ao risco de sua perfuração após seu preenchimento com o substrato e durante a operação dos SACs. Para separação dos dois SACs, que constituíam, anteriormente, uma única lagoa, foi construído um muro de alvenaria com altura equivalente a 0,9 m, com 0,2 m de espessura.

5.2.4.2. Substrato utilizado no preenchimento e tubulação instaladas nos SACs

As unidades foram preenchidas com escória de alto forno previamente britada e livre de pequenos fragmentos. Anteriormente, acreditava-se se tratar de um substrato com granulometria equivalente à da brita 0, ou seja de 4,8 a 12,5 mm, porém após caracterização efetuada por Dornelas (2008), observou-se que o diâmetro da peneira que permitiria a passagem de 10% das partículas (D10), era de 19,0 mm, maior que a faixa equivalente a essa classe. De acordo com classificação da ABNT (NBR 7217 e 7225), a escória estaria inclusa na faixa de brita 2 (12,5 a 25,0 mm). Dornelas (2008) encontrou, ainda, coeficiente de uniformidade (CU) igual a 1,20, o que diz respeito à granulometria das partículas, assunto a ser mais profundamente discutido posteriormente.

Para não alterar a sua granulometria, o substrato foi disposto nos SACs de forma manual e homogênea ao longo de todo o comprimento do leito, excetuando os primeiros 1,0 m e os últimos 0,5 m (vide Figura 5.6 e 5.7). Nesses trechos, tal como sugerido em outros estudos, como o de Hudcová et al. (2013), colocou-se "pedra de mão", com maior granulometria (entre 10 e 15 cm), de forma a facilitar a distribuição da água residuária, além da contenção dos sólidos de maiores dimensões do reator UASB (ou do FBPA), impedindo uma rápida colmatação do trecho inicial do SAC-EHSS (Figura 5.9a). Dessa forma, os SACs contêm comprimento total (Lt) de 25,5 m, sendo que o líquido escoa por 25,0 m desses.

Segundo determinação em teste realizado por Dornelas (2008), a porosidade (Ɛ) do material limpo é de 0,40 m3 m-3, maior que o sugerido por Crites et al. (2005) (0,35 m3 m-3). Colares e Sandri (2013) consideraram porosidade de 0,48 m3 m-3 para brita #2, enquanto Tonetti et al. (2012), utilizando brita com D10 igual a 16,12 mm, encontrou porosidade igual a 0,45 m3 m-3.

Figura 5.9. Pedra de mão e escória disposta no leito (a), fonte Dornelas (2008); tubulação

de distribuição do afluente e de amostragem nos SACs-EHSS (b); e pontos ou poços de monitoramento (c), Fonte: Costa (2013).

a) b) Tubulação de distribuição Tubulação de amostragem c) Poços de coleta de amostras e medição da condutividade hidráulica

A tubulação utilizada para aplicação do afluente é de PVC, com 60 mm de diâmetro, disposta perpendicular à maior dimensão do leito (ao longo da largura), tendo comprimento próximo ao da largura da unidade. Para possibilitar uma melhor distribuição da água residuária nos SACs-EHSS e diminuir o índice de curtos-circuitos, esse tubo foi perfurado com orifícios de 10 mm de diâmetro, separados entre si em 10 cm (Figura 5.9b). Com o avançar do período de operação do sistema, por diversas vezes, foi necessário fazer a manutenção com remoção dos sólidos que obstruíam os orifícios desse tubo e traziam prejuízos à distribuição do afluente. Enquanto era feita a limpeza, a tubulação utilizada para retirada de amostras do afluente (tubulação de amostagem, Figura 5.9b) era utilizada como alimentadora do sistema. Por fim, hoje, a tubulação de distribuição foi retirada, passando a ser a de amostragem, a distribuidora do líquido nos leitos.

A saída da água residuária tratada é feita por meio de uma tubulação, também de 60 mm, perfurada, disposta perpendicularmente à maior dimensão e no fundo do SAC-EHSS, em meio à pedra de mão disposta nesse trecho. O efluente coletado é conduzido a um poço de visita (Figura 5.10) onde se misturam os efluentes dos dois SACs. Nesse ponto é que se faz o controle da vazão de saída dos SACs-EHSS, utilizando-se recipientes graduados e cronômetro. Como já relatado, após o poço de visita, o esgoto tratado flui por uma tubulação até a rede que conduz à ETE Arrudas. Cooper et al. (2005) recomendam dentre os vários métodos para manutenção do sistema, da regulagem do nível de saída dos SACs-EHSS. Entretanto, devido a um problema de carga, associado à tubulação que conduz o efluente à ETE Arrudas, tem-se que operar os sistemas com nível fixo.

Figura 5.10. Tubulações de saída dos SACs-EHSS (a) e poço de visita (b).

Outras tubulações instaladas nos SACs são a de amostragem da água residuária e as de medição da perda de carga (piezômetros) no sistema, ao longo do seu comprimento. Esse sistema de amostragem e medida da altura piezométrica dentro dos SACs é constituído por 3 tubos de 100 mm de diâmetro (Figura 5.9c), cravados até o fundo dos SACs, tendo altura de

SAC plantado SAC controle

cerca de 100 cm e, portanto, com 60 cm acima do nível do substrato, posicionados a uma distância de 6,0 m um do outro. O posicionamento do primeiro tubo é de 7,0 m do início da unidade (ou 6,5 m da tubulação afluente), o segundo a 13,0 m e o terceiro a 19,0 m.

5.2.4.3. Vegetação

O que difere o SAC Plantado (SAC P) do não Plantado (SAC C) é única e exclusivamente a presença de uma espécie vegetal sendo cultivada no meio. Para plantio no SAC P foi escolhida uma macrófita helófita, de nome Typha latifolia, muito utilizada em SACs-EHSS, em todo o mundo e popularmente conhecida como taboa. Essa espécie é natural de ambientes alagados, apresenta crescimento acelerado, com grande alcance do sistema radicular e presença de aerênquimas para bombeamento de oxigênio para a zona de raízes das plantas. Essas características possibilitam que essa espécie vegetal apresente bom desenvolvimento nos primeiros anos de cultivo em SACs-EHSS (BRIX, 1997; BRASIL; MATOS, 2008; DORNELAS, 2008).

As mudas foram coletadas em um alagado natural, no município de Belo Horizonte, sendo transplantadas em uma densidade de 4 plantas por m2, tal como recomendado por Reed et al. (1995). Com o estabelecimento da planta, houve a disseminação natural das plantas pelo leito, aumentando o número de indivíduos.

Essa fase de adaptação pode ser encurtada pelas características da espécie escolhida e também pelo período de aclimatação e desenvolvimento da comunidade microbiana (biofilme) no leito. Para isso, os SACs-EHSS, que foram construídos em 2007, tiveram uma fase de partida (start up) em 20 de junho do mesmo ano, com plantio do vegetal sendo efetuado alguns dias depois, ou seja, no primeiro dia de julho. Segundo Dornelas (2008), houve o aparecimento dos primeiros brotos e rizomas no final de julho (24/07/2007), as primeiras plantas floresceram no dia 12 de novembro de 2007, sendo efetuado o primeiro corte da parte aérea do vegetal em 14 de fevereiro de 2008. Como pode ser observado no Quadro 5.1, esperou-se o desenvolvimento da taboa para início do monitoramento do sistema, que foi iniciado em 20/09/07.