a infiltração, podem gerar subprodutos que influenciam as características organolépticas da água filtrada em margem. De maneira similar, essas condições influenciam a cinética de degradação da MON, fazendo necessário o seu estudo.
As condições redox, durante a infiltração no subsolo, são geradas durante a biodegradação da matéria orgânica. Neste processo, os microrganismos consomem primeiramente oxigênio e, então, outros receptores de elétrons na seguinte ordem: nitrato, manganês (IV), ferro
(III), sulfato e matéria orgânica, conforme as equações apresentadas na Tabela 2.5 da Secção 2.2.6. Os resultados da Tabela 4.7 indicam um rápido uso do oxigênio, disponível na água da Lagoa, gerando condições anaeróbias, como indicam, na maioria das vezes, as concentrações de oxigênio menores que 0,5 mg/L (limite estipulado por Wiedemeyer et al. (2009 apud CHIARANDA (2011) e o valor negativo do potencial de óxido-redução (ORP).
O íon nitrato, na água bruta, é muito baixo e aquele gerado durante a biodegradação é consumido rapidamente. Posteriormente, observa-se a formação de uma zona redutora nos primeiros metros de infiltração, caracterizada pela presença de Mn (II) e Fe (II) na água segundo as equações (2.9) e (2.10) da Tabela 2.5. Inclusive, os dados da Tabela 4.7 indicam a redução do sulfato, o que produz sulfeto de hidrogênio (equação (2.11) da Tabela 2.5). A presença do sulfeto de hidrogênio foi confirmada pelo odor característico na água. A formação de uma zona redutora nos primeiros metros ou dias de infiltração foi observada em outros locais por BOURG & BERTIN, (1993).
Conforme aumenta o tempo percorrido até o poço de captação (P20), observa-se uma leve redução na concentração de Fe (II), o que; juntamente com o aumento da alcalinidade e pH (Tabela 4.6), pode ser devido à precipitação do carbonato ferroso (FARNSWORTH & HERING, 2011).
Neste caso, a redução paralela da concentração do íon sulfeto e diminuição do odor (sulfeto de hidrogênio) até o poço, indica a formação do sulfeto ferroso (FeS), situação também mencionada por FARNSWORTH & HERING, (2011).
Quanto à remoção do manganês, a precipitação do sulfeto de manganês pode ser descartada devido à alta solubilidade deste sal (APPELO; POSTMA, 2010). Por meio de cálculos termodinâmicos, a precipitação do carbonato de manganês (II) era esperada. Todavia, conforme (BOURG; KEDZIOREK; DARMENDRAIL, 2002), a formação de complexos com a MON dissolvida poderia permitir que manganês atingisse o poço de produção.
Normalmente, a zona de redução é eliminada durante o percurso até o poço, pela infiltração ou recarga da água de chuva (saturada em oxigênio) e pela flutuação do nível de água, produzido pelo bombeamento e gerando uma zona oxidante perto do poço de captação (FARNSWORTH & HERING, 2011).
Essa zona tem vantagens como: remoção do ferro, manganês e de outros metais traços, associados a eles, evitando assim o pós-tratamento dos mesmos. A desvantagem seria a possível colmatação das ranhuras
no poço de produção pela formação de óxidos desses metais (FARNSWORTH & HERING, 2011). Porém, neste estudo, o bombeamento aplicado foi bastante baixo e constante, evitando flutuações e consequente reoxidação.
Uma situação contrária é mencionada por Bourg, Kedziorek e Darmendrail (2002), em um sistema de FM para abastecer 500.000 habitantes em Lyon, França, onde não foi detectado nem ferro nem manganês. Outra situação que favorece as condições redutoras no local é a pouca recarga pela chuva devido à baixa condutividade hidráulica, observada na superfície do solo sobre os piezômetros (Tabela 4.3).
Conforme a Tabela 4.7, os resultados anteriores indicam as condições redox após ≈25 dias de infiltração, durante a época de maio a julho. Portanto, foi necessário utilizar o sistema de colunas para avaliar os processos em uma menor distância/tempo de infiltração e durante mais tempo de estudo, permitindo realizar um estudo sazonal.
Tabela 4.7: Parâmetros indicadores redox no sistema de piezômetros
Tipo de Água Parâmetros AB P4 (≈25 d) P6 (25-50 d) P20 (80-225 d) P40 (>>80 d)
ORP (mV) 52±32 -263±13 -249±10 -307±6 -196±12 OD (mg/L) 8,64±0,68 0,21±0,04 0,28±0,09 0,22±0,23 0,77±0,15 % Saturação Oxigênio 96,20±2,53 2,33±0,43 3,28±1,01 2,25±2,65 8,93±0,94 NO-3 (mg/L) <0,018 <0,018 <0,018 <0,018 <0,018 Mn2+ (mg/L) <0,007 0,036±0,002 0,039±0,009 0,094±0,036 0,060±0,009 Fe2+ (mg/L) <0,03 0,650±0,155 0,227±0,023 0,010±0,009 0,017±0,010 S2- (mg/L) <0,01 0,228±0,113 0,038±0,030 0,018±0,020 0,007±0,007 SO-24 (mg/L) 3,06±0,17 <0,52 <0,52 <0,52 <0,52 a
Os resultados do estudo de coluna, para os períodos de junho a setembro e outubro a fevereiro de 2011, encontram-se na Figura 4.7. Os resultados para os parâmetros redox, avaliados, são apresentados considerando o tempo total de residência no recipiente de alimentação e na coluna sobre o sedimento estimado em pouco menos de 10 dias (ver secção 4.2.2). De maneira geral, observa-se uma mudança nos parâmetros avaliados logo após iniciada a infiltração, isto é, acima de 10 dias de tempo de residência. O padrão observado é semelhante ao mencionado no caso do sistema de piezômetros: (a) o oxigênio é consumido rapidamente, (b) o íon nitrato tem um leve aumento, proveniente do produto da oxidação do amônio e a degradação inicial da matéria orgânica, o qual é, posteriormente, consumido como aceptor de elétrons, e (c) elevação dos valores de manganês (II), ferro (II) e sulfeto, conforme aumenta o tempo de residência ou infiltração.
Como mencionado acima, tem-se formado uma zona redutora, mas, neste experimento, observa-se claramente que esta zona aparece nos primeiros centímetros de infiltração ou no equivalente a menos de um dia de infiltração. Como será mostrado na seguinte seção, esse tipo de comportamento corresponde a um rápido consumo de matéria orgânica.
Comparando os resultados da coluna com os mencionados para os piezômetros, no primeiro sistema, encontra-se um aumento constante dos íons ferro (II), manganês (II) e sulfeto conforme a água avança na coluna. Desta forma, no percurso pela coluna, possivelmente, não acontece formação de carbonatos de ferro e/ou manganês e, portanto, a sua concentração aumenta.
Este comportamento indica a importância da presença de depósitos marinhos no subsolo do sistema de piezômetros, que provoca um aumento da alcalinidade na água com o decorrer da infiltração. O sistema de colunas foi preenchido com material da superfície da Lagoa e, como visto na Tabela 4.6, a alcalinidade da água na saída do sistema de colunas e na água bruta são semelhantes entre elas e menores do que no poço P20.
Outra forma de reduzir a concentração de ferro (II) é a formação de sulfetos insolúveis. Porém, podem ser inibidos pela formação de complexos com a matéria orgânica (Bourg; Kedziorek; Darmendrail, 2002).
Figura 4.7: Variação dos parâmetros redox no sistema de colunas, durante o período de junho 2011 a fevereiro 2012.
Outra questão importante determinada no experimento de colunas é a variação dos parâmetros redox com a época do ano ou com a temperatura da água. De acordo com a Figura 4.7, durante o período de junho a setembro, a temperatura da água da coluna (medida em média às 10 a.m.) estava entre 15 e 20°C e no período de outubro a fevereiro, oscilou entre 20 e 25°C. De forma geral, todos os parâmetros redox indicaram uma tendência a apresentar condições mais redutoras, conforme o aumento da temperatura (Figura 4.7). Por exemplo, primeiramente observa-se a diminuição da concentração de oxigênio e a aparição do íon nitrato, na água sobre a coluna, antes de iniciar a infiltração (isto é, no tempo de residência de 10 dias), indicando atividade microbiana.
No entanto, observa-se, na coluna, uma maior concentração nos parâmetros manganês (II), ferro (II) e sulfeto em todos os pontos de amostragem. Inclusive, foi observada a aparição do íon sulfeto, após os primeiros 50 centímetros de infiltração. O anterior foi comprovado, diretamente, em uma amostra indeformada do leito da Lagoa, ao analisar a água infiltrada nos primeiros 20 cm centímetros durante a medição de porosidade.
A amostra foi avaliada no mês de fevereiro, com 26°C de temperatura da água, encontrando uma concentração de íon sulfeto de 0,034 mg/L e, consequentemente, foi percebido o odor do sulfeto de hidrogênio.
Gruenheid; Huebner e Jekel (2008) reportaram um aumento no consumo de oxigênio, após 6,3 dias (50 cm) de infiltração, em um estudo de colunas, quando a temperatura é alterada de 5°C a 25°C. Os autores encontraram uma diminuição na concentração de oxigênio no efluente de 8,6 mg/L (5°C), 7,0 mg/L (15°C) e 4,8 mg/L (25°C), porém não mencionaram o monitoramento de outros parâmetros redox. Os autores indicaram a importância de considerar a temperatura durante o planejamento dos locais para a FM e enfatizaram, no caso da Alemanha, a importância de longos tempos de percurso e a capacidade da FM para equalizar a temperatura. Da mesma forma, nos resultados apresentados no presente estudo, fica evidente a dependência das condições redox às variações sazonais de temperatura, além da importância de certas características locais do subsolo e operação do sistema, principalmente, bombeamento.
4.6 REMOÇÃO DA MON E PRECURSORES DE FORMAÇÃO DE