Avaliação da variação das condições hidrodinâmicas em solos residuais utilizados para infiltração de águas residuais para diferentes condições de carga hidráulica

Abstract

A infiltração de águas residuais tratadas no solo é uma prática que pode ser muito útil para a recarga de aquíferos, especialmente útil em regiões com escassez de água. Contudo, trata-se de uma prática que apresenta riscos de contaminação das reservas de água subterrânea, uma vez que as propriedades do solo podem alterar-se durante o processo de infiltração e condicionar as características hidrodinâmicas associadas ao transporte e remoção de poluentes. A avaliação da variação das características hidrodinâmicas do escoamento num solo residual, previamente seleccionado para a infiltração de ART, foi estudada através de ensaios de traçagem numa coluna laboratorial, tendo sido utilizadas duas cargas hidráulicas (2,34 e 6,11 cm/d) estabelecidas num estudo anterior para o mesmo solo. Utilizou-se um traçador não-reativo (Blue Dextran) e um impulso discreto, tendo a resposta sido detectada em 3 pontos de amostragem localizados a 5, 15 e 25 cm relativamente ao topo de enchimento. Os resultados indicam que, independentemente da velocidade utilizada, a frente do traçador foi detectada mais cedo do que era esperada, por coexistirem zonas pouco irrigadas e zonas de volume morto, tendo as últimas sido mais significativas ao longo da coluna após 8 meses de operação do filtro e estimulado o curto-circuito hidráulico. Nos primeiros 5 cm, a antecipação da frente de traçador foi menor, em especial após 8 meses de operação da coluna com ART, por se terem desenvolvido aglomerados de biomassa e material sólido que levou a recirculações internas e à retenção do traçador por períodos mais longos. A solução analítica do modelo NTS ajustou satisfatoriamente as curvas de distribuição de tempos de residência obtidas, tendo sido observado que a percentagem de zonas de volume morto (Vm) foi muito superior após os 8 meses de operação da coluna e que a dispersão longitudinal apresentou uma forte relação linear com o aumento do Vm. Assim, os resultados deste estudo permitiram avaliar a evolução de mecanismos que causam perturbação ao escoamento e transporte de poluentes no solo, bem como antecipar o modo de operação de locais de infiltração, por forma a evitar a diminuição da eficiência de remoção de poluentes.The infiltration of treated wastewater (reclaimed water) into soils is a practice that can be very useful for aquifer recharge, especially useful in areas with water scarcity. However, it is a practice that presents risks for groundwater contamination, since the soil properties may change during the infiltration process and the hydrodynamic characteristics associated with the transport and removal of pollutants can also be changed. The evaluation of the variation of the hydrodynamic characteristics of the flow on a residual soil, previously selected for the infiltration of reclaimed water, was studied through laboratorial experiments in a vertical column, for two hydraulic loadings (2.34 and 6.11 cm/d), which were established in a previous study for the same soil. A non-reactive tracer (Blue Dextran) was used in a discrete impulse experiment, being the response detected in three sampling points located at 5, 15 and 25 cm from the top of the soil column. The results indicate that regardless of the used velocity, the front of the tracer was detected earlier than was expected, which would mean the coexistence of poor irrigated areas and dead volume areas. The last ones have had more significant along the column after 8 months of operation and have stimulated the hydraulic short-circuit. In the first 5 cm, the tracer wave was more delayed, especially after 8 months of operation the column, due to the development of biomass clusters and solid matter, which have led to the development of internal recirculations responsible for the retention of the tracer for longer periods. An analytical solution developed for the NTS model satisfactorily described the residential distribution curves for all the experiments. It was observed that the percentage of dead volumes (Vm) was much higher after 8 months of the column operation and the longitudinal dispersion had a strong linear relationship with increasing Vm. Thus, the results of this study allowed assessing the evolution of mechanisms that cause disturbance to the flow and transport of pollutants on soils, as well as anticipating operational strategies for infiltration structures in order to avoid the decrease in pollutants removal efficiency