Analysis of constructed wetland performance for irrigation reuse

Most of the wastewater treatment systems in small rural communities of the Cova da Beira region (Portugal) consist of constructed wetlands (CW) with horizontal subsurface flow (HSSF). It is believed that those systems allow the compliance of discharge standards as well as the production of final effluents with suitability for reuse. Results obtained in a nine-month campaign in an HSSF bed pointed out that COD and TSS removal were lower than expected. A discrete sampling also showed that removal of TC, FC and HE was not enough to fulfill international irrigation goals. However, the bed had a very good response to variation of incoming nitrogen loads presenting high removal of nitrogen forms. A good correlation between mass load and mass removal rate was observed for BOD5, COD, TN, NH4-N, TP and TSS, which shows a satisfactory response of the bed to the variable incoming loads. The entrance of excessive loads of organic matter and solids contributed for the decrease of the effective volume for pollutant uptake and therefore, may have negatively influenced the treatment capability. Primary treatment should be improved in order to decrease the variation of incoming organic and solid loads and to improve the removal of COD, solids and pathogenic. The final effluent presented good physical–chemical quality to be reused for irrigation, which is the most likely application in the area

Contributo para o estudo da valorização energética de biogás em estações de tratamento de águas residuais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia SanitáriaO crescente aumento do consumo energético das sociedades desenvolvidas e emergentes, motivado pelo progresso económico e social, tem induzido a procura de alternativas focalizadas nas energias renováveis, que possam contribuir para assegurar o fornecimento de energia sem agravar o consumo de combustíveis fósseis e a emissão de gases com efeito de estufa. Nesse sentido, a produção de energia eléctrica a partir do gás metano resultante da estabilização anaeróbia de efluentes tem vindo a ser estudada e praticada desde finais do século XIX, tendo assumido maior expressão a partir dos anos 70 do século XX, na sequência das primeiras crises petrolíferas. As estações de tratamento de águas residuais (ETAR) reúnem dois factores chave para o sucesso do aproveitamento energético do biogás produzido no tratamento de lamas: por um lado, produzem matéria-prima com potencial energético - lamas primárias e biológicas, na sequência do tratamento das águas residuais - e, por outro, necessitam de energia eléctrica para o funcionamento dos equipamentos electromecânicos e de calor para a manutenção de condições mesofílicas ou termofílicas da estabilização anaeróbia das lamas. A valorização energética do biogás produzido na estabilização anaeróbia das lamas, para além de permitir obter um retorno financeiro, que contribui para o equilíbrio dos custos de investimento e de exploração, contribui igualmente para a redução das emissões de gases com efeito de estufa, como o dióxido de carbono e o metano, e para a segurança de abastecimento energético à instalação, na medida em que assegura a alimentação de energia eléctrica em caso de falha no fornecimento pela rede nacional. A presente dissertação apresenta um contributo para estudos a desenvolver por entidades gestoras de sistemas municipais e multimunicipais de tratamento de águas residuais, empresas de projecto e estudantes de Engenharia do Ambiente ou Sanitária, constituído por uma compilação da informação mais relevante associada à estabilização anaeróbia de lamas e à valorização energética do biogás produzido. Com base em informação referente a algumas ETAR nacionais com instalações de valorização energética de biogás, propõe-se um conjunto de indicadores expeditos relativos ao custo de investimento dos processos de digestão anaeróbia e de cogeração e ao desempenho dos sistemas de cogeração em ETAR, que possam ser utilizados como um instrumento de apoio à decisão. Os indicadores apresentados poderão ser utilizados no planeamento de sistemas de tratamento de águas residuais e em análises de viabilidade de soluções de tratamento de águas residuais que contemplem a componente de estabilização anaeróbia de lamas. A partir dos indicadores estimados, foram avaliados diferentes cenários de investimento, tendo-se concluído, com base num conjunto de pressupostos admitidos, que a valorização energética de biogás é técnico-economicamente viável em ETAR de dimensão superior a 35 000 e.p., caso se opte pelo consumo interno da energia produzida, e de dimensão superior a 30 000 e.p. se se admitir a venda da totalidade da energia produzida à rede eléctrica nacional

Reutilização de Águas Residuais

A água é o recurso natural mais valioso do planeta, pelo que a sua conservação constitui um dos mais importantes pilares do desenvolvimento sustentável. Nas regiões em que a escassez de recursos hídricos constitui uma realidade natural e naquelas em que o crescimento demográfico e/ou as alterações climáticas perspectivam essa escassez, a gestão sustentável dos recursos hídricos implica a conservação destes recursos e inclui, por conseguinte, a reutilização da água. Noutras situações de menor escassez de água, a reutilização é praticada por imperativos de protecção ambiental dos meios receptores. Em Portugal, a reutilização da água para usos não potáveis constitui uma estratégia de conservação da água que se revela necessária na actualidade, em face da escassez de água que afecta principalmente extensas áreas das regiões do Alentejo e do Algarve, mas também do nordeste transmontano e do leste da Beira. As previsões relativas às alterações climáticas traçam um cenário de agravamento no sul do país no que toca à disponibilidade de recursos hídricos, onde a reutilização da água constituirá um imperativo, nomeadamente na rega agrícola, na rega paisagística e de campos de golfe. Portugal dispõe actualmente de uma significativa taxa de cobertura do país com serviço de tratamento de águas residuais urbanas, ao nível de tratamento secundário e terciário, prevendo-se que em 2013, com a execução do PEAASAR, este serviço abranja 90% da população portuguesa. O efluente final das ETAR existentes e a construir no âmbito do PEAASAR representa um apreciável volume de água, o qual pode constituir uma origem alternativa a aproveitar para novas utilizações. A prática da reutilização da água deve basear-se não só no conhecimento científico e tecnológico do tratamento de águas residuais, mas também num adequado enquadramento institucional e regulamentar, bem como no apoio público a esta estratégia de gestão sustentável dos recursos hídricos. O presente Guia, cuja elaboração resulta de um protocolo estabelecido entre o Instituto Superior de Engenharia (ISEL) e a Entidade Reguladora de Sistemas de Águas e Resíduos (ERSAR), com o apoio da Universidade da Beira Interior (UBI), tem por objectivo contribuir para alicerçar em moldes sutentáveis o desenvolvimento da prática da reutilização de águas residuais no nosso país

Localização de áreas para infiltração de águas residuais tratadas de pequenos aglomerados urbanos

Na região da Beira Interior algumas origens de água não apresentam características compatíveis com algumas utilizações, devido a fenómenos de poluição (descarga de efluentes) ou por se encontrarem sobre-exploradas. Contudo, as necessidades de água tenderão a crescer nesta região para satisfazer as exigências de actividades sócio-económicas, o que implicará a procura de recursos hídricos alternativos. Após uma campanha de monitorização de dois anos na ETAR de Vila Fernando (Guarda), as características do efluente tratado sugerem que poderia ser utilizado para infiltração no solo. A partir de seis cartas temáticas e de critérios ambientais, técnicos e económicos, seleccionou-se uma área de estudo de 6687,1 ha. Esta área foi analisada com base na manipulação de informação complexa com recurso a Sistemas de Informação Geográfica (SIGs), na sobreposição de áreas de exclusão e inclusão e utilizando uma análise multicritério, obtendo-se uma Carta de Aptidão com uma área favorável para infiltração de 6,4 ha

Site selection for reclaimed water infiltration using GIS tools

In the Beira Interior region (Portugal) some sources of water do not present characteristics suitable for some uses due to pollution (namely associated to the discharge of point and nonpoint effluents) or are over-exploited (namely the aquifers). However, the water demand will grow in this region to meet socio-economic activities under development (e.g. the Cova da Beira irrigation plan, irrigation of golf courses and green areas and SPAs, as well as for distribution for human and industrial consumption), which will lead to the search of alternative sources of water. The region is characterized by many disperse urban agglomerates with less than 2,000 inhabitants, where the wastewater treatment plants (WWTP) are mainly ecological systems such as constructed wetlands (CW). In this context, the treated wastewater (reclaimed water) from these ecological treatment systems should be seen as a source of water to be used and not a waste to be eliminated. After a monitoring campaign of two years at the CW system of Vila Fernando (Guarda, Portugal), the characteristics of the final effluent suggest that it could be used for aquifer recharge, not only because it is an area that uses many groundwater resources, but because other uses seem to be not relevant and would require a polishing treatment for the effluent, which would increase the costs of both investment and operation. From 6 thematic maps and environmental, technical and economic criteria, it was selected a study area of 6687 ha. This area was analysed based on the manipulation of complex information using Geographic Information Systems (GIS), which consisted on overlapping areas of exclusion and inclusion from each thematic map and the use of algebraic operations (multi-criteria analysis) to obtain a final Suitable Map that indicated an area of 6.4 ha located in anthrosols as the most favorable ones for the infiltration of reclaimed water.The authors wish to thank the Portuguese Foundation for Science and Technology, through the project PTDC/AMB/73081/2006, for allowing the funding to obtain data for this study

Utilização de solos residuais para infiltração de águas residuais tratadas

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 se preservar a qualidade da água de meios recetores, reduzindo a descarga de efluentes de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Nos próximos anos, a região da Beira Interior (Portugal) necessitará de um maior volume de água, não só para atividades domésticas e industriais, mas também para atividades agrícolas (cobertas pelo Plano de Regadio da Cova da Beira) e recreativas (rega de campos de golfe, áreas desportivas e de lazer), uma vez que o Turismo é uma das apostas de desenvolvimento da região. Assim, a recarga de aquíferos pode constituir uma alternativa para o restabelecimento de volumes de água subterrânea que poderão ser utilizados para satisfazer parte daquelas atividades. Após uma campanha de monitorização de dois anos na ETAR de Vila Fernando (Guarda, Portugal), as caraterísticas do efluente tratado sugerem que poderia ser utilizado para infiltração no solo. Optou-se por um tipo de recarga por bacias de infiltração, tendo sido realizada, para a sua localização, uma análise multicritério baseada em Sistemas de Informação Geográfica (SIG), combinando seis cartas temáticas e critérios ambientais, técnicos e económicos. O procedimento de cálculo envolveu a sobreposição de áreas de exclusão e inclusão de cada uma das cartas temáticas sobre a área de estudo, através de operações algébricas de mapas. Obteve-se uma Carta de Aptidão final que indica uma área favorável de 6,4 ha para infiltração de ART no solo. Num dos locais selecionados, recolheram-se amostras de solo residual de granito, indicando os resultados das análises que este apresenta características favoráveis à infiltração de ART

Tratamento de águas residuais – Operações e processos de tratamento físico e químico

A engenharia do tratamento de águas residuais conta já com numerosas obras de vulto em Portugal, como o atestam as grandes ETAR das maiores cidades do país e também as de menor dimensão, que tanto têm contri- buído para a recuperação da qualidade da água dos rios e praias do país. A maioria destas obras cumpre cabalmente a sua função, evidenciando a maturidade dos profissionais deste setor e do ensino nesta temática minis- trado nas escolas de ensino superior portuguesas. É, por isso, um pouco paradoxal, que não exista um livro português sobre o tratamento de águas residuais, obrigando os estudantes e os profissionais do setor a socorrer-se de bibliografia de outros países, nomeadamente em língua inglesa. A presente publicação, inserida na série “Cursos Técnicos” publicada pela ERSAR vem, de certa forma, preencher esta falta. A sua elaboração resulta de um protocolo de colaboração técnico-científica celebrado entre a ERSAR e o ISEL e de outro protocolo celebrado entre o ISEL e a UBI. Trata-se de um texto de caráter eminentemente didático, alicerçado no ensino da unidade curricular de “Estações de Tratamento de Águas Residuais”, ministrada no Curso de Mestrado em Engenharia Civil / Área de Especialização de Hidráu- lica, do ISEL, e que embora mais completo do que aquilo que é possível lecionar numa unidade curricular semestral, procura ser uma obra concisa e bastante prática, que tanto pode ser útil a um estudante como a um pro- fissional que procure recordar ou clarificar conceitos já aprendidos. O tratamento de águas residuais não se cinge apenas ao tratamento da chamada fase líquida, mas inclui também o tratamento das lamas e a deso- dorização da atmosfera de zonas de cheiros mais ofensivos. A panóplia de operações e processos unitários de tratamento de águas residuais é, assim, bastante vasta, resultando em mais de uma trintena de capítulos. Por tal motivo, optou-se por organizar esta publicação em três volumes: o primeiro dedicado a operações unitárias de tratamento, o segundo aos processos de tratamento biológico, tanto os mecanizados como os naturais e o terceiro focado no tratamento de lamas e desodorização de atmosferas com odor desagradável.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Removal of organic matter and nutrients from liquid effluents using different hydraulic conditions

A recarga artificial de aquíferos com águas residuais tratadas pode contribuir para a reposição de volumes de água no solo. Um solo residual da região da Beira Interior de Portugal, foi caracterizado e utilizado para avaliar a sua capacidade para remover poluentes residuais de efluentes de tratamento secundário. Utilizaram-se experiências em coluna laboratorial usando diferentes condições hidráulicas, tendo os resultados mostrado uma maior remoção de matéria orgânica nos ensaios com alimentação descontínua. A remoção de amónio, nitrato e fosfato ocorreram a valores elevados quer nos ensaios em contínuo quer nos ensaios em descontínuo. O solo utilizado é adequado para a remoção de cargas residuais de matéria orgânica e nutrientes, podendo ser utilizado para a infiltração de águas residuais tratadas.The artificial recharge of aquifers with reclaimed water can contribute for the replacement of water volumes in the soil. A residual soil from the Beira Interior region of Portugal was characterized and used to evaluate its capacity for the removal of residual pollutants from secondary treated effluents. Experiments were performed in a laboratory column with different hydraulic loads, resulting in a greater removal of organic matter in the discontinuous trials. Removal of ammonium, nitrate and phosphate showed high values, either in discontinuous or continuous trials. The soil is suitable for the removal of organic matter and nutrients, and can be used for polishing wastewater before its infiltration.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Wastewater irrigation: the state of play

As demand for fresh water intensifies, wastewater is frequently being seen as a valuable resource. Furthermore, wise reuse of wastewater alleviates concerns attendant with its discharge to the environment. Globally, around 20 million ha of land are irrigated with wastewater, and this is likely to increase markedly during the next few decades as water stress intensifies. In 1995, around 2.3 billion people lived in water-stressed river basins and this could increase to 3.5 billion by 2025. We review the current status of wastewater irrigation by providing an overview of the extent of the practice throughout the world and through synthesizing the current understanding of factors influencing sustainable wastewater irrigation. A theme that emerges is that wastewater irrigation is not only more common in water-stressed regions such as the Near East, but the rationale for the practice also tends to differ between the developing and developed worlds. In developing nations, the prime drivers are livelihood dependence and food security, whereas environmental agendas appear to hold greater sway in the developed world. The following were identified as areas requiring greater understanding for the long-term sustainability of wastewater irrigation: (i) accumulation of bioavailable forms of heavy metals in soils, (ii) environmental fate of organics in wastewater-irrigated soils, (iii) influence of reuse schemes on catchment hydrology, including transport of salt loads, (iv) risk models for helminth infections (pertinent to developing nations), (v) microbiological contamination risks for aquifers and surface waters, (vi) transfer efficiencies of chemical contaminants from soil to plants, (vii) health effects of chronic exposure to chemical contaminants, and (viii) strategies for engaging the public.<br /

Wetlands for wastewater treatment and subsequent recycling of treated effluent : a review

Due to water scarcity challenges around the world, it is essential to think about non-conventional water resources to address the increased demand in clean freshwater. Environmental and public health problems may result from insufficient provision of sanitation and wastewater disposal facilities. Because of this, wastewater treatment and recycling methods will be vital to provide sufficient freshwater in the coming decades, since water resources are limited and more than 70% of water are consumed for irrigation purposes. Therefore, the application of treated wastewater for agricultural irrigation has much potential, especially when incorporating the reuse of nutrients like nitrogen and phosphorous, which are essential for plant production. Among the current treatment technologies applied in urban wastewater reuse for irrigation, wetlands were concluded to be the one of the most suitable ones in terms of pollutant removal and have advantages due to both low maintenance costs and required energy. Wetland behavior and efficiency concerning wastewater treatment is mainly linked to macrophyte composition, substrate, hydrology, surface loading rate, influent feeding mode, microorganism availability, and temperature. Constructed wetlands are very effective in removing organics and suspended solids, whereas the removal of nitrogen is relatively low, but could be improved by using a combination of various types of constructed wetlands meeting the irrigation reuse standards. The removal of phosphorus is usually low, unless special media with high sorption capacity are used. Pathogen removal from wetland effluent to meet irrigation reuse standards is a challenge unless supplementary lagoons or hybrid wetland systems are used