Estudo da influência do material de enchimento na remoção de matéria orgânica, azoto e sólidos em leitos de macrófitas do tipo ESSH

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia SanitáriaOs leitos de macrófitas de escoamento sub-superficial e horizontal (LM-ESSH) são muito utilizados para o tratamento de águas residuais domésticas de pequenos aglomerados no interior de Portugal. O meio de enchimento, essencial para a fixação das plantas e para o desenvolvimento de biofilme com capacidade para a remoção de substratos, influência a eficiência de tratamento. O crescimento excessivo de biomassa, a acumulação de matéria sólida em suspensão, a formação de precipitados e o desenvolvimento de rizomas e de raízes podem contribuir para a colmatação do leito e, portanto, para a diminuição do volume disponível para escoamento e da capacidade de filtração. O objectivo principal do trabalho centrou-se no estudo do desempenho de dois tipos de materiais de enchimento (um natural - brita; outro sintético - argila expandida calcinada) na remoção de matéria orgânica, formas de azoto e matéria sólida, ao longo do leito e no tempo, num LM-ESSH laboratorial, colonizado com Phragmites australis. Realizaram-se duas Fases de ensaios, a primeira com brita, que incluiu três Séries de ensaios, cada uma com seis ensaios; a segunda com Filtralite (argila expandida calcinada fornecida pela Maxit SA), que incluiu três Séries de ensaios, cada uma com cinco ensaios. As duas primeiras Séries de cada Fase foram realizadas com efluente sintético à base de acetato de sódio (300 mg CQO.L-1) e cloreto de amónio (30 mg NNH4. L-1); as duas segundas Séries de cada Fase com efluente sintético à base de acetato de sódio (300 mg CQO.L-1) e nitrato de potássio (30 e 100 mg N-NO3.L-1) e as duas últimas Séries de cada Fase com efluente doméstico de tratamento primário. Todos os ensaios foram realizados à carga hidráulica de 1,5×10-3 m3.m-2.h-1 (cerca de 3,5 cm.d-1). Para o período de ensaios adoptado para cada Série (cerca de um mês), a utilização de brita permitiu obter taxas de remoção superficial de matéria orgânica, amónio, nitrato e matéria sólida inferiores às observadas noutros estudos internacionais. A utilização de Filtralite, pelo contrário, permitiu obter taxas de remoção superficial que, para a generalidade dos parâmetros, superaram as obtidas nos estudos onde foi utilizada brita, inclusive para períodos de operação muito mais longos. Independentemente do tipo de material utilizado, o efluente final de tratamento de águas residuais domésticas apresentou características em conformidade com os limites de descarga definidos na legislação vigente, com valores mais baixos nos ensaios com a Filtralite. Assim, admite-se que este material apresente características mais favoráveis a um rápido desenvolvimento de biofilme capaz de, num curto espaço de tempo, apresentar eficiências de remoção e taxas de remoção de matéria orgânica, amónio, nitrato e matéria sólida elevadas. A remoção de matéria orgânica, amónio, nitrato e SST ocorreu, essencialmente, no troço inicial do leito. A matéria orgânica e amónio terão sido removidos essencialmente em ambiente aeróbio através de microrganismos heterotróficos aeróbios e autotróficos nitrificantes, respectivamente. Contudo, os resultados obtidos com efluente sintético sugerem terem ocorrido outros mecanismos de remoção, como a oxidação anaeróbia autotrófica de amónio. Independentemente do tipo de material utilizado, na presença de efluentes com substratos orgânicos de constituição complexa ou substratos orgânicos simples e razão C/N-NO3 próxima da unidade, o nitrato terá sido removido essencialmente por desnitrificação. Contudo, para a razão C/N-NO3 de 4, os resultados obtidos sugerem terem ocorrido mecanismos alternativos de remoção de nitrato, não envolvendo a utilização de carbono orgânico, como a desnitrificação autotrófica. Observou-se uma relação linear entre a carga orgânica aplicada e a carga orgânica removida (rCQO) e entre as cargas de azoto aplicadas e as cargas de amónio (rNH4) e nitrato (rNO3) removidas, que, para a Filtralite e no tratamento do efluente doméstico, apresentaram coeficientes de correlação superiores a 0,90. Independentemente do tipo de material utilizado, na presença substratos de constituição complexa, a carga orgânica e a carga de azoto parecem influenciar as respectivas taxas de remoção. A capacidade de filtração do leito não foi afectada durante o período de ensaios e os resultados sugerem que a carga de sólidos aplicada não teve efeito significativo na remoção de matéria sólida em suspensão