CARACTERIZAÇÃO DOS SÓLIDOS RETIDOS PARA
ESTUDO DA GÊNESE DA COLMATAÇÃO EM
SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS DE
ESCOAMENTO HORIZONTAL SUBSUPERFICIAL
Autores:
Mateus Pimentel de Matos – Doutorando em Saneamento (UFMG);
Prof. Marcos von Sperling – DESA/UFMG (orientador);
Prof. Antonio Matos – DEA/UFV (co-orientador);
Suymara Miranda – Doutoranda em Engenharia Agrícola (UFV);
Tamara Souza – Doutoranda em Engenharia Agrícola (UFV).
1. INTRODUÇÃO• Princípio de tratamento
– Físico: adsorção, sedimentação e filtração;
– Químico: precipitação;
– Biológico: Degradação por ação microbiana (Biofilme);
Colmatação
Zona
morta
Caminho
preferencial
Filtração + Sedimentação +
Formação de biofilme + Precipitação
Colmatado
Escoamento
superficialDiminuição da k
Redução do TDH
1. INTRODUÇÃOFatores interferentes
– Carga de sólidos suspensos (SS) provenientes da água residuária;
• Sólidos de colmatação têm características diferentes daqueles aplicados
(BAVEYE et al., 1998; CASELLES-OSORIO et al., 2007);
– Biofilme
• Certo equilíbrio entre o crescimento e o decaimento após envelhecimento
do SAC (SULIMAN et al., 2006);
• Seifert e Engesgaard (2007): Diminuição de ks, mesmo no filtro que
recebeu apenas água.
– Precipitados
• Magnitude dependente de condições como pH, POR e tipo de meio suporte
(SAKADEVAN; BAVOR, 1998; KORKUSUZ et al., 2005).
1. INTRODUÇÃOFatores interferentes
– Plantas
• Reduziriam a ks pela ocupação dos poros por raízes e rizomas e sólidos
vegetais (TANNER; SUKIAS, 1995; KNOWLES et al., 2010);
• Causariam o “empolamento” e a criação de canais após a morte de partes
vegetais, além de melhores condições para degradação (BRIX, 1997;
TURON et al., 2009; FU et al., 2013; HUA et al., 2014).
– Desgaste do material suporte
• > 80% dos sólidos de colmatação: inorgânicos (CASELLES-OSORIO et
al., 2007);
• Similaridade mineral entre o substrato (meio suporte) e os sólidos de
colmatação (PEDESCOLL et al., 2009).
1. INTRODUÇÃOEscória
– Resíduo da produção do ferro-gusa;
– Composto por óxidos, silicatos e carbonatos;
– Potencial uso como corretivo do pH de solos Poder de Neutralização
(PN) Propriedade a ser comparada com os sólidos de colmatação;
– Outra variável que pode indicar a origem: massa específica (ρ);
– Sólidos orgânicos menor ρ (LLORENS et al, 2009; FU et al, 2013).
2. OBJETIVOS
– Caracterizar química e fisicamente os sólidos acumulados nos poros de
SACs de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS),
preenchidos com escória de alto forno como substrato;
– Propor um modelo conceitual de gênese da colmatação nesses sistemas.
3. MATERIAIS E MÉTODOSUnidades avaliadas
– Experimento conduzido no CePTS, localizada na ETE Arrudas, Belo
Horizonte, Minas Gerais;
– 2 SACs-EHSS: 1 plantado com taboa (Typha latifolia), SAC P; outro
mantido sem plantas, SAC C;
SAC PSAC C
B = 3,0 m
hu = 0,3 mht = 0,4 m
Escória de alto forno:
d10=19,1 mm;
Ɛ=0,35 m3 m-3
N.A
i = 0,5%
Vazão afluente: 7,5
m3 d-1
(50 habitantes)
TDH: 1,2 d
3. MATERIAIS E MÉTODOSColeta de material SAC P
P30-15; P315-40; P11; P21.
SAC C
C30-15; C315-40; C11; C21.
3. MATERIAIS E MÉTODOSSeparação do material
COLETAAMOSTRAS PENEIRAMENTO
SÓLIDOS DE
COLMATAÇÃO
LAVAGEM
< 1,0 mm
ESCÓRIA
“SUJA”
ESCÓRIA
“LIMPA”
SECAS AO AR
3. MATERIAIS E MÉTODOSAnálises
ST
ABRASÍMETRO
SÓLIDOS DE
COLMATAÇÃO
ESTUFA
(65 oC)
ESCÓRIA
“LIMPA”
MUFLA
(550 oC)
SV PM
E0-15; E15-40
< 1,0 mm
LSRS / DEA / UFV
GN
LMC / DEC / UFV
P30-15; P315-40; P11; P21.
C30-15; C315-40; C11; C21.
< 1,0 mm
GN
PN
ρ
LSRS
3. MATERIAIS E MÉTODOSPN
– Metodologia presente em Brasil (1983) e Matos (2014);
– 1,0 g de resíduo em 50 mL de H2SO4 (0,1 molc L-1);
– Titulação com NaOH (0,1 molc L-1) até a viragem de cor (indicador
fenolftaleína) ou observação de pH 7,0 no peagâmetro;
Massa específica (ρ)– Determinação da massa necessária para ocupar determinado volume na
proveta.
PN % CaCO3 =5 x N x (Vb-Va) m (1)
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
RESULTADOSTabela 1 – Teor de sólidos voláteis (SV/ST), em porcentagem, média do poder de neutralização e massa específica das
amostras do pó de escória coletada a duas diferentes profundidades (E15 e E40), de material gnáissico (GN), de sólidos
colmatantes coletados nos SACs plantado (P), controle (C) e pós mufla (PM).
Amostras SV/ST (%) PN (% CaCO3) Massa Específica (g cm-3
)
E15 - 16,48 1,69
E40 - 15,69 1,71
P315 38,36 6,42 0,60
P340 22,76 9,11 0,63
P11 19,56 10,20 0,69
P21 9,96 14,66 0,90
C315 23,15 8,17 0,68
C340 17,08 8,89 0,74
C11 17,06 11,66 0,76
C21 13,08 12,11 0,85
PM - 10,69 0,90
GN - 2,58 1,43
Em que, E0-15 é escória coletada de 0 a 15 cm e E15-40, de 15 a 40 cm, PM, sólidos pós-mufla e GN, material gnáissico, P
refere-se à unidade plantada e C, à controle.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– Teor de SV decresceu à medida que se afastou da entrada, tal como
verificou Paoli e von Sperling (2013);
– Maior parte dos sólidos é inorgânica (sempre > 60%), assim como
Miranda (2014) e outros autores;
– No final, SF/ST > 80%;
– PN e ρ dos sólidos de colmatação se aproximam mais dos valores do
substrato, à medida que SF/ST aumenta;
– Material orgânico influencia mais na massa específica do que no PN;
– PN(P21)/PN(E): 0,91;
– ρ(P21)/ ρ(E): 0,53.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– A remoção dos SV via calcinação, na mufla, não propiciou maior
aproximação das propriedades do substrato;
– Perda de carbonatos e vitrificação dos silicatos?
– Perda de reatividade ao longo do tempo?
– GN: Baixo valor de PN Material inorgânico é de origem do desgaste
do material suporte.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Figura 1. Relação entre o poder de neutralização das amostras e o teor de sólidos fixos.
SAC P
PNn/PNE = 1,7283.SF/ST **- 0,709
R² = 0,9144
SAC C
PNn/PNE = 1,9075.SF/ST - 0,9613
R² = 0,6572
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
90,0%
100,0%
60,00% 65,00% 70,00% 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00%
PN
n/P
NE
SF/ST
SAC P
SAC C
SAC P
SAC C
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Figura 2. Relação entre as massas específicas dos sólidos e da escória e o teor de sólidos fixos.
SAC P
ρn/ρE = 0,5824.SF/ST - 0,0362
R² = 0,7420
SAC C
ρn/ρE = 0,962.SF/ST** - 0,3464
R² = 0,9083
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
60,00% 65,00% 70,00% 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00%
ρn/ρ
E
SF/ST
SAC P
SAC C
SAC P
SAC C
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO– Utilizando as equações obtidas pelo ajuste dos dados ao modelo,
verifica-se:
– Quando SF/ST=1,0, ρn>0,55 ρE;
– Quando SF/ST=1,0, PNn≈ PNE;
– Diferentes fatores influenciam nas propriedades, porém, a maior
parte dos sólidos inorgânicos é proveniente do desgaste do
substrato,
5. CONCLUSÕES– Em vista dos resultados obtidos, pode-se afirmar:
– Que a maior parte dos sólidos acumulados nos poros é inorgânico;
– Em grande parte oriundos do desgaste do substrato utilizado no
preenchimento dos SACs;
– À medida que se afasta da entrada, aumenta a relação SF/ST,
aproximando mais das características do substrato.
6. AGRADECIMENTOSOs autores agradecem:
– ao CNPq, Capes, Finep, Fapemig e Copasa;
– à UFV, aos funcionários do Laboratório de Materiais de Construção do
Departamento de Engenharia Civil, e do Laboratório de Solos e
Resíduos Sólidos da UFV;
– ao DESA e UFMG.
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