Publicação
Avaliação da capacidade reativa de solos residuais destinados à infiltração de águas residuais tratadas
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Albuquerque, António João Carvalho de | |
| dc.contributor.advisor | Cavaleiro, Victor Manuel Pissarra | |
| dc.contributor.author | Silva, Flora Cristina Meireles | |
| dc.date.accessioned | 2016-06-17T11:13:30Z | |
| dc.date.available | 2016-06-17T11:13:30Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.description.abstract | A reutilização de águas residuais tratadas (ART) é praticada, na maioria dos casos, como uma estratégia de conservação da água em regiões onde os recursos hídricos são escassos, mas também por motivos ambientais, a fim de preservar a qualidade da água de meios recetores, reduzindo a descarga de efluentes de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Nos próximos anos, muitas regiões em Portugal e no Mundo, vão consumir mais água, não só para atividades domésticas e industriais, mas também para atividades agrícolas e recreativas (e.g. rega de campos de golfe, áreas desportivas e de lazer), uma vez que o Turismo é uma das apostas de desenvolvimento de muitas regiões. Assim, a recarga artificial de aquíferos (RAQ) pode constituir uma alternativa para o restabelecimento de volumes de água subterrânea que poderão ser utilizados para satisfazer parte das necessidades daquelas atividades. As características do efluente tratado da ETAR de Vila Fernando (Guarda), sugeriam que poderia ser utilizado para a RAQ, uma vez que não há atividade agrícola relevante naquela região e as características do solo pareciam favoráveis à sua infiltração. A RAQ é uma opção válida de reutilização, muito utilizada em várias regiões do Mundo, e pouco considerada em Portugal. Recolheram-se amostras de solo na Quinta de Gonçalo Martins (Guarda) para, em laboratório, avaliar o potencial de remoção de poluentes residuais e patogénicos presentes nos efluentes tratados, que podiam contaminar os recursos hídricos subterrâneos. O solo pode, alternativamente, ser utilizado em bacias de infiltração, retenção ou detenção, previamente à infiltração de efluentes tratados no solo, substituindo o material reativo que normalmente é utilizado para remoção de poluentes e patogénicos. Para perceber os mecanismos de remoção de poluentes e patogénicos no solo, estabeleceu-se um exaustivo plano de ensaios com três materiais de enchimento: solo residual, componente fina do solo (fração inferior a 0,075 mm) e areia de rio. Os resultados das análises realizadas ao solo residual indicam que este apresenta características favoráveis à infiltração de ART, isto é, o complexo argilo-coloidal deste solo apresenta propriedades reativas que lhe permitem remover poluentes por mecanismos de sorção, bem como uma superfície específica adequada para o desenvolvimento do biofilme com capacidade para remover poluentes e patogénicos através de mecanismos de biodegradação. Os ensaios de hidrodinâmica permitiram verificar que, nas camadas superiores do meio de enchimento, podem, ao fim de oito meses, desenvolver-se zonas mortas e curto-circuito hidráulico que podem diminuir a eficiência de remoção de poluentes no tempo. Realizaram-se ensaios de sorção em batch, com o fino do solo e baixas razões solo/líquido, para avaliar a remoção de metais pesados (crómio, cobre, níquel, chumbo e zinco), matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato, em tempos de contacto curtos (24 horas). As maiores remoções foram para o chumbo, seguido do zinco, níquel, cobre e crómio, presumindo-se que tenha ocorrido essencialmente por permuta catiónica, com catiões que se libertaram do complexo argilo-coloidal, e por adsorção. O modelo de pseudo-primeira ordem explicou a cinética de sorção para os cinco metais, matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato. Quando o estado de equilíbrio foi atingido, a remoção destes compostos foi explicada pela isotérmica de Freundlich. Foram realizados ensaios de sorção e biodegradação em três colunas laboratoriais, com solo, fino do solo e areia e elevadas razões solo/líquido, para avaliar a remoção de metais pesados (crómio, cobre, níquel, chumbo e zinco), matéria orgânica, amónio, nitrato, fosfato e microrganismos patogénicos, em tempos de contacto longos (3,5 dias por ciclo, num total de 35 dias), alimentação descontínua e contínua, que permitiram simular a remoção de poluentes presentes em ART, em sistemas como, leitos filtrantes, bacias de detenção, retenção ou infiltração e até no solo. Os cinco metais pesados foram removidos, a taxas elevadas, no solo e fino do solo, por complexação/precipitação na forma de hidróxidos. A matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato foram removidos a taxas elevadas no solo e fino do solo, quer em sistemas de alimentação descontínua, quer em sistemas de alimentação contínua. A matéria orgânica e formas de azoto foram removidos por mecanismos de biodegradação, nomeadamente por remoção carbonácea, nitrificação e desnitrificação, enquanto o fosfato foi removido por complexação/precipitação. Os microrganismos patogénicos foram removidos por filtração e adsorção às partículas do solo e fino do solo. A areia apresentou uma remoção relativamente baixa de poluentes e quase nula de patogénicos. A utilização de solos residuais para infiltração de ART para RAQ, quer diretamente no solo, quer em infraestruturas de detenção, retenção ou infiltração, permite uma boa remoção de poluentes residuais e patogénicos de ART, garantindo a proteção das águas subterrâneas e pode ainda constituir uma solução económica, no caso da substituição de materiais de enchimento tradicionais em estruturas de tratamento. | pt_PT |
| dc.description.abstract | The reuse of the treated wastewater can be used as a water conservation strategy in regions with water scarcity, but also for environmental reasons, for preserving the quality of the natural sources of water, which normally receives the discharge of streams from wastewater treatment plants (WWTP). In the coming years, in many regions in Portugal and worldwide, will need to consume more water, not only for domestic and industrial activities, but also for agricultural and recreational activities (e.g. irrigation of golf courses, and sports and leisure areas), since tourism is one of the development of many regions. Thus, the artificial aquifer recharge can be an alternative away for restoring groundwater volumes that can be used for satisfying some of the demands of those activities. The characteristics of the treated effluent from the WWTP of Vila Fernando (Guarda), suggested that it could be used for aquifer recharging, since there is no significant agricultural activity in the region and the soil characteristics seemed favourable to its infiltration. The aquifer recharge is a valid option for reclaimed water reuse, widely used in various regions of the world, and little considered in Portugal. Soil samples from Quinta Gonçalo Martins (Guarda), were analysed in the laboratory to assess their potential for removing residual pollutants and pathogens present in the treated effluents, which could contaminate groundwater resources. The soil may alternatively be used in infiltration, retention or detention ponds prior to infiltration of treated wastewater in the soil, replacing the classical reactive material that is commonly used for removal of pollutants and pathogens. To understand the mechanisms of removal of pollutants and pathogens in the soil, it was set up a comprehensive plan of experiments with three filling materials: residual soil, fine soil component (fraction less than 0.075 mm) and alluvial sand. The results of the analyses on soil indicate that it has favourable characteristics to allow the infiltration of treated wastewater, i.e., the clay colloid complex of this soil has reactive properties that allow it to remove pollutants through sorption mechanisms, as well as an adequate specific surface for biofilm development with capacity for removing pollutants and pathogens through biodegradation mechanisms. The hydrodynamic experiments allowed verifying that, in the upper layers of the soils, after eight months of operation, it was develop dead zones and hydraulic short circuit, which can reduce pollutant removal over time. Sorption experiments were developed in batch setups with fine soil, for lower ratios soil/liquid to evaluate the removal of heavy metals (chromium, copper, nickel, lead and zinc), organic matter, ammonium, nitrate and phosphate in short contact periods (24 hours). The removal was higher for lead, followed by zinc, nickel, cooper and chromium, which seems to have occurred essentially by ion exchange with cations of the clay colloid complex, and adsorption. The pseudo-first order model has explained the sorption kinetics for the five metals, organic matter, ammonium, nitrate and phosphate. When the steady-state conditions were reached, the removal of all compounds was explained by the Freundlich isotherm. Sorption and biodegradation experiments were developed in three laboratory columns with soil, fine soil and sand, with high ratios soil/liquid, to evaluate the removal of heavy metals (chromium, copper, nickel, lead and zinc), organic matter, ammonium, nitrate, phosphate and pathogens, for long contact times (3.5 days per cycle, a total of 35 days), discontinuous and continuous feeding conditions, which allowed simulating the removal of pollutants present in treated wastewater in filter beds, and detention, retention or infiltration basins and soils. The five heavy metals were removed at high rates in the soil and fine soil essentially by complexation/precipitation as hydroxides. Organic matter, ammonium, nitrate and phosphate were removed at high levels in soil and fine soil either in fed-batch system or in continuous feed systems. The removal of organic matter and nitrogen forms has occurred by biodegradation mechanisms, namely carbonaceous removal, nitrification and denitrification, whilst the removal of phosphate has occurred mainly through complexation/precipitation. The pathogenic microorganisms were removed by filtration and adsorption on soil particles and fine soil. Sand present a very low pollutant removal and insignificant pathogenic removal. The use of residual soils for infiltration of treated wastewater for aquifer recharging, either directly on the ground or in detention, retention or infiltration basins, provides an excellent removal of pollutants and pathogenic from reclaimed water, ensuring the protection of groundwater and It may also be a cost effective solution in the case of replacement of traditional filler material of these structures. | |
| dc.identifier.tid | 101319690 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/4182 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.relation | EVAWET - Evaluation of the hydrodynamic and environmental behaviour of constructed wetlands for wastewater treatment and reuse [PTDC/AMB/73081/2006] | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Reutilização | pt_PT |
| dc.subject | Águas residuais tratadas | pt_PT |
| dc.subject | Recarga de aquíferos | pt_PT |
| dc.subject | Infiltração | pt_PT |
| dc.subject | Solos residuais | pt_PT |
| dc.subject | Hidrodinâmica | pt_PT |
| dc.subject | Sorção | pt_PT |
| dc.subject | Biodegradação | pt_PT |
| dc.title | Avaliação da capacidade reativa de solos residuais destinados à infiltração de águas residuais tratadas | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardNumber | PTDC/AMB/73081/2006 | |
| oaire.awardTitle | EVAWET - Evaluation of the hydrodynamic and environmental behaviour of constructed wetlands for wastewater treatment and reuse [PTDC/AMB/73081/2006] | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/PTDC%2FAMB%2F73081%2F2006/PT | |
| oaire.fundingStream | 5876-PPCDTI | |
| person.familyName | Meireles Silva | |
| person.givenName | Flora Cristina | |
| person.identifier.ciencia-id | C414-C558-D837 | |
| person.identifier.orcid | 0000-0001-6701-7390 | |
| person.identifier.scopus-author-id | 56447878600 | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| relation.isAuthorOfPublication | 76ebb353-4ce3-4caf-805b-2a6eabc68b18 | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | 76ebb353-4ce3-4caf-805b-2a6eabc68b18 | |
| relation.isProjectOfPublication | 084f409f-3f61-498c-b277-45d57991bef7 | |
| relation.isProjectOfPublication.latestForDiscovery | 084f409f-3f61-498c-b277-45d57991bef7 | |
| thesis.degree.name | Doutor em Engenharia Civil | pt_PT |