Behaviour and fate of metals in municipal wastewater treatment plants

Maria Paula Gomes Cantinho da Silva

Key information

Authors:

Maria Paula Gomes Cantinho da Silva (Maria Paula Gomes Cantinho da Silva)

Supervisors:

Manuel José de Matos (Manuel José de Matos); Margarida Maria Portela Correia dos Santos Romão (Margarida Maria Portela Correia dos Santos Romão); Maria da Ascensão Rebelo da Silva Trancoso (Maria da Ascensão Rebelo da Silva Trancoso)

Published in

23/10/2018

Abstract

As actuais preocupações com metais nas descargas das Estações de Tratamento de Águas Residuais urbanas (ETAR’s) estão, por um lado, relacionadas com o seu conteúdo nas lamas, que frequentemente torna impeditiva a sua valorização agrícola e a desejável reciclagem de nutrientes e, por outro lado, com os limites mais restritivos previstos para os efluentes finais face às orientações introduzidas pela Directiva Quadro da Água (DQA), o que trouxe novos desafios à questão da remoção de metais nas ETAR’s. A última actualização da DQA lista quarenta e cinco poluentes prioritários, cujas emissões para o ambiente devem cessar (substâncias perigosas prioritárias) ou serem significativamente reduzidas de forma a cumprir as normas de qualidade ambiental (EQS) nela definidas. Quatro metais são classificados como poluentes prioritárias, Cd, Hg, Ni e Pb, os dois primeiros também classificados como perigosos. Outros metais como As, Cu, Cr e Zn encontram-se na lista adicional de substâncias que deverão vir a ser classificadas como prioritárias num futuro próximo. Na última década, dados relevantes vêm sendo publicados na literatura relativamente à ocorrência, comportamento e destino de metais em ETAR’s. O presente trabalho apresenta uma revisão crítica neste domínio, que permitiu concluir não existir ainda consenso em vários aspectos, sendo necessária mais investigação, particularmente com dados obtidos em ETAR’s em exploração. Deste modo, o objectivo deste trabalho foi o de quantificar os metais acima referidos em todos os fluxos de duas ETAR’s em exploração, Torres Vedras e Carregado (Águas do Tejo Atlântico, former Águas do Oeste), em paralelo com caracterização físico-química (pH, Condutividade, Sólidos Totais, Sólidos Suspensos, Sólidos Suspensos Voláteis, Carência Química de Oxigênio e Carbono Orgânico), visando obter resultados que possam contribuir para o conhecimento neste domínio. Foram realizadas campanhas de amostragem exaustivas nas duas ETAR’s, as quais envolveram a recolha de amostras compostas em todos os fluxos das fases líquida e sólida dos sistemas de tratamento. Os resultados obtidos permitiram caracterizar o comportamento e destino dos metais em cada uma das ETAR’s estudadas, em termos de remoção de metais, partição de metais, balanços de massa e modelos de comportamento e destino dos metais. Num capítulo final apresentam-se as principais conclusões e perspectivas futuras de trabalho. The concerns on metals in municipal Wastewater Treatment Plants (WWTP’s) discharges are mainly related with its contents in sludge, which can prevent its application in land and so the recycling of valuable nutrients, and with the more restrictive limits foreseen for final effluents, due to the recent guidelines introduced by the European Water Framework Directive (EUWFD), which have brought new challenges to the issue of metals removal in the WWTP’s. The last upgrade of the EUWFD lists forty five priority pollutants, whose emissions to the environment must cease (priority hazardous substances) or be reduced in order to meet the Environmental Quality Standards (EQS). Four metals were classified as priority substances, Cd, Hg, Ni and Pb, the top two also classified as hazardous. Other metals as As, Cu, Cr and Zn are also frequently included in the additional list of substances that may become priority substances in the near future. Relevant data have been published in the literature in recent decades concerning the occurrence, fate and behaviour of metals in WWTP’s. This work provides a critical review on this issue and concluded that the findings still remain no consensual in many fields and so the need of more research is consensual, particularly by considering data collected from full scale WWTP’s. Thus, it was within this context that the aim and working plan of this thesis were conceived, considering the quantification of the metals above mentioned in all flows of two full scale WWTP’s, Torres Vedras e Carregado (Águas do Tejo Atlântico), in parallel with physicochemical characterization (pH, Conductivity, Total Solids, Suspended Solids, Volatile Suspended Solids, Chemical Oxygen Demand and Organic Carbon), aiming to get results that may contribute to knowledge in this domain. Exhaustive sampling campaigns were carried out in the two WWTP’s, which involved the collection of composite samples in all flows of the liquid and solid phases of the treatment systems. Results obtained allowed to characterize the behaviour and fate of metals for each of the studied WWTP’s, in terms of metals removal, metals partitioning, mass balances and model of metals behaviour and fate. Finally, main conclusions and future perspectives of the work are highlighted.