O Oxigénio Dissolvido (OD) na água é um parâmetro de extrema importância, dado que é um indicador da qualidade da água natural para a vida aquática, e interfere nos fenómenos químico- bacteriológicos que controlam a qualidade da água de utilização humana e da água residual.
A remoção de cargas poluentes nas ETAR é efetuada de forma a evitar riscos para a saúde pública e preservar a qualidade do meio hídrico ou o solo, no qual o efluente tratado, no final, é descarregado. A redução de substâncias poluidoras é, em grande parte, conseguida à custa de processos consumidoras de OD, tais como a matéria orgânica e os nutrientes, responsáveis pelo fenómeno de eutrofização.
Em tratamento aeróbio de efluentes, a presença de elevados teores de oxigénio na água residual é importante. As condições de aerobiose são essenciais para a respiração e crescimento dos microrganismos, responsáveis por metabolizar e consumir os principais contaminantes de água residual. Além de permitir reduzir a carga de orgânica, a aerobiose facilita outros processos, como a remoção de óleos e gorduras e previne a formação de odores tóxicos e desagradáveis ao olfato, incluindo o ácido sulfídrico (H2S). Pela mesma última razão, em coletores de águas residuais também
é crucial manter o estado de aerobiose, evitando a formação do gás H2S. Este gás tem sido a origem
da ocorrência de acidentes mortais em sistemas de drenagem e estações de tratamento de águas residuais.
Como os microrganismos aeróbios utilizam o oxigénio para degradar a matéria orgânica, ele é o reagente limitante, por vezes o único. Como o consumo de oxigénio é rápido a sua substituição tem de ser realizada através de arejamento, antes de se correr o risco de atingir as condições de anaerobiose e, consequente, a mortalidade dos microrganismos existentes. Os principais sistemas de arejamento artificial nas ETAR são os sistemas por insuflação de ar difuso na massa dos reatores e os sistemas mecânicos de agitação. O arejamento natural pode ser utilizado, consistindo no contacto da água com o ar atmosférico através grandes superfícies de interface ou na utilização de estruturas hidráulicas gravíticas, que utilizam a energia disponível para originar turbulência, provocando o rearejamento.
O arejamento no processo de tratamento de águas residuais, é crucial no tratamento secundário ou biológico, para permitir o desenvolvimento dos microrganismos aeróbios e facultativos que degradam a matéria orgânica. Também pode ser aplicado no tratamento preliminar (ou pré-tratamento) nas etapas de homogeneização e regularização, pré-arejamento ou desarenação/desengorduramento, nos procedimentos de remoção de óleos e gorduras por flotação e sistemas de bombagem por air-lift.
2
Nos rios e canais, já foram utilizados parafusos de Arquimedes e quedas (cascatas) de arejamento para melhoria da qualidade da água, através do aumento a concentração de OD, como é exemplo um rio em Chicago (Butts et al., 1999). A água é desviada, elevada, arejada e devolvida à sua linha natural de escoamento.
O parafuso de Arquimedes tem como função a elevação do nível de água através do movimento rotativo, sendo aplicado quando as alturas de elevação não são elevadas e os caudais são significativos. A sua aplicação no rearejamento, acabada de exemplificar, julga-se interessante, também, para a engenharia sanitária, quer na elevação de águas residuais de interceptores e emissários aprofundados com risco de atingirem condições de anaerobiose, quer em sistemas de elevação de estações de tratamento de águas residuais. Este é um efeito colateral que poderá ser contabilizado em certas condições. Exemplos serão nas ETAR, as estações de recirculação de efluentes de sistemas de filme fixo ou de lamas secundárias nos sistemas de mistura completa. Na presente dissertação, apresenta-se a análise das consequências do movimento de rotação do parafuso de Arquimedes no aumento da concentração do oxigénio dissolvido nas águas residuais, quando instalado em elevação inicial de ETAR, partindo da explicação do conhecimento atual do processo de transferência de massa gasosa (oxigénio) para a massa líquida (esgoto).
1.2 OBJETIVOS E INTRODUÇÃO METODOLÓGICA
O principal objetivo da presente dissertação consiste em desenvolver uma função para quantificar o rearejamento da água residual, ou seja, o aumento da concentração em oxigénio dissolvido, criado pelo movimento de rotação dos parafusos de Arquimedes instalados nas ETAR, particularmente na elevação inicial de águas residuais brutas.
A metodologia adotada consistiu em (i) análise teórica do processo para escolha de variáveis relevantes, (ii) implementação de um plano de amostragem em cenário real, (iii) tratamento estatístico e (iv) análise e modelação matemática do comportamento do aumento da concentração de oxigénio dissolvido na água residual nas condições do estudo.
Os vários parâmetros relevantes medidos, escolhidos após uma análise teórica das interdependências prováveis, foram: (i) e (ii) concentrações de OD a montante e a jusante do parafuso de Arquimedes, (iii) caudal registado no equipamento de medição de caudal da ETAR, (iv) temperatura da água residual e (v) data/hora de medição dos parâmetros anteriores. Outros dados necessários à modelação são estáticos, isto é, foram definidos a partir da caracterização geométrica dos parafusos de Arquimedes em análise, fixa em cada instalação: o(s) diâmetro(s), o comprimento, o desnível e a inclinação. Como existe uma relação biunívoca entre qualquer uma e as restantes duas variáveis das três anteriores, para uma definição adequada bastam duas das três referidas variáveis. Existe, também, uma relação entre a temperatura do líquido e do meio ambiente, a menos que
3 existam interferências menos comuns, pelo que não se tornou relevante medir os dois tipos de temperatura.
Sendo fundamental a utilização de dados reais dos parâmetros mencionados anteriormente, foi necessário obter autorizações de entidades gestoras deste tipo de sistemas, tendo-se conseguido o apoio da SIMTEJO - Saneamento Integrado dos Municípios do Tejo e Trancão, S. A. que atualmente integra a nova empresa ALVT - Águas de Lisboa e Vale do Tejo, S.A., pertencente ao grupo AdP - Águas de Portugal. A SIMTEJO disponibilizou o equipamento de medição, o acesso a três ETAR munidas de parafusos de Arquimedes em elevação inicial (ETAR de Alcântara, Bucelas e Frielas) e o seu acompanhamento.
1.3 ESTRUTURA INTERNA DA DISSERTAÇÃO
A dissertação está organizada em 7 capítulos que são caracterizados da seguinte forma, além desta introdução de enquadramento:
Capítulo 2 - Revisão Bibliográfica: Apresenta os fundamentos teóricos essenciais ao estudo da