Água regenerada contra incêndios na interface urbano-florestal: o projeto UIA-GUARDIAN em Riba-roja de Túria e Paterna

Javier Anguiano Aranzubia

Hidraqua

Jose Morales

Câmara Municipal de Riba-roja de Túria

Ferrán Dalmau Rovira

Medi XXI

Lydia Puchol Rodríguez

Medi XXI

Francesc Hernández Sancho

Universidad de Valencia

Carlos Echevarria Diez-Canedo

Cetaqua

RESUMO

Os incêndios florestais na chamada interface urbano-florestal (Wildland Urban Interface, WUI) tornaram-se um risco crescente para estas zonas, como demonstraram recentemente, entre outros, os acontecimentos com um elevado número de vítimas em 2018 na Grécia e na Califórnia, ou em 2017 em Portugal e em Espanha (Galiza).

As tecnologias e estratégias inovadoras aplicadas com êxito nos últimos anos, baseadas no aumento da disponibilidade de água estrutural em corta-fogos verdes e na rega de prevenção/supressão do fogo, enfrentam o problema da disponibilidade dos recursos hídricos necessários. Esta barreira é particularmente significativa nas zonas em que o stress hídrico associado às alterações climáticas aumenta simultaneamente o risco de incêndio.

O projeto GUARDIAN, desenvolvido nos municípios valencianos de Riba-roja e Paterna e apoiado pela União Europeia através do programa Ações Urbanas Inovadoras (Urban Innovative Actions), procura resolver este desafio através da utilização de água regenerada integrada na implementação das referidas soluções. O projeto GUARDIAN aplicará ainda soluções avançadas de tratamento que permitam aproveitar para este fim caudais com cargas poluentes associadas à utilização de pesticidas na agricultura, cumprindo critérios de eficiência e sustentabilidade.

1. ANTECEDENTES

O ano de 2018 deixou-nos um triste lembrete do poder destrutivo que os incêndios florestais podem adquirir quando atingem zonas povoadas. Na Grécia (região da Ática), um incêndio relativamente reduzido em extensão e duração, em julho de 2018, tornou-se o mais mortífero a afetar o país desde 2007. Com 76 mortos e 187 feridos (164 adultos e 23 crianças) e mais de 700 pessoas retiradas, o incêndio começou com vários focos numa zona florestal situada 50 quilómetros a sudoeste de Atenas.

No outono do mesmo ano, os incêndios florestais na Califórnia (Estados Unidos) foram considerados os mais destrutivos alguma vez registados neste estado. Durante 2018, um total de 7579 incêndios queimou uma área de 6749,57 km², a maior área ardida registada numa época de incêndios na Califórnia, segundo o Departamento Florestal e de Proteção contra Incêndios da Califórnia e o Centro Nacional de Incêndios, à data de 11 de novembro. Os incêndios causaram mais de 3500 milhões de dólares (USD de 2018) em danos. A contagem, ainda não definitiva, de vítimas mortais foi de 94, embora tenham sido comunicados 1011 desaparecidos. Num único incêndio (Camp, novembro de 2018), o número de mortos ascendeu a 86.

1.1. Impacto dos incêndios florestais nas áreas urbanizadas

As áreas urbanas na Europa em contacto com áreas arborizadas, ou próximas delas, na chamada interface urbano-florestal (WUI, na sigla em inglês), enfrentam cada vez mais incêndios florestais mais frequentes e intensos, que afetam a população, as infraestruturas, os bens, os serviços e as empresas.

WUI é um termo simples, mas inequívoco, para uma realidade complexa, sobretudo em cenários em que as chamas, o fumo e as frentes de fogo de um incêndio florestal que se aproxima alcançam as pessoas, onde e quando quer que estejam. Algumas das características que tornam estas zonas particularmente perigosas são:

• Elevada probabilidade de incêndios florestais que podem chegar à interface a partir do exterior, mas que também podem deflagrar na área interna da WUI (ignições não desejadas de origem humana, causadas por churrascos, queimas de sobrantes vegetais, etc.).
• Produção de fumos tóxicos.
• Dificuldades de acesso à zona e às casas individuais.
• Possíveis cenários de emergências múltiplas e efeitos dominó (explosões de gás, gases tóxicos, intoxicação de pessoas e bombeiros, acidentes rodoviários durante a retirada simultânea de residentes e a chegada das equipas de combate a incêndios).
• Presença de residentes não autónomos e de turistas sem conhecimento nem preparação para um incêndio florestal (deve estar previsto no plano de emergência local).
• Meios de combate a incêndios sobrecarregados, que muitas vezes não conseguem defender em simultâneo todas as casas alcançadas pela frente de fogo; a possível sobrecarga dos meios de combate pode exigir uma triagem antecipada, com base na defensabilidade real de cada habitação, que deve estar prevista no plano de emergência local.
• O confinamento no local ou a retirada da população são opções diferentes que devem ser preparadas com antecedência e ser do conhecimento dos bombeiros.
• Provável impossibilidade de utilizar as técnicas de «fogo contra fogo» (contrafogos, fogo controlado e fogo tático).
• Limitações na dimensão dos veículos de bombeiros e na utilização de aeronaves de grande porte para o lançamento aéreo de água.
• Dificuldades na coordenação das equipas, que muitas vezes pertencem a instituições diferentes (Serviço Florestal, bombeiros, voluntários da Proteção Civil, etc.), também porque não é possível aplicar diretamente nem as táticas de combate a incêndios estruturais puros nem as táticas de combate a incêndios rurais puros (as WUI exigem formação especial).

Os estudos de incêndios mostram que as áreas povoadas são afetadas na zona de contacto com as chamas, mas também numa zona de influência mais ampla, onde o fumo e as projeções incandescentes estão presentes de forma abundante e ativa.

1.2. O Parc Natural del Túria nos municípios de Riba-roja e Paterna

As áreas urbanas de Riba-roja e Paterna partilham a zona silvestre protegida de «La Vallesa», que faz parte do «Parc Natural del Túria», situado num ambiente altamente urbanizado. A interface urbano-florestal entre este parque e as referidas localidades está sujeita ao risco crescente que representam os incêndios florestais, impulsionados pelos efeitos das alterações climáticas. Este perigo é agravado pelo seu elevado grau de antropização (incorporação na área urbana) e por uma certa degradação (abandono da agricultura, gestão florestal insuficiente). No período 2000-2016, Riba-roja sofreu 40 incêndios florestais, enquanto Paterna registou 19. Estes incêndios são cada vez mais frequentes nos últimos anos e, devido ao rápido desenvolvimento urbano, potencialmente mais destrutivos.

Há que ter em conta que o impacto potencial dos incêndios nas áreas urbanas adjacentes de Riba-roja e Paterna não se limita aos danos diretos (perda de vidas e danos materiais), estendendo-se às infraestruturas de apoio (por exemplo, as linhas elétricas existentes), à qualidade do ar e à erosão do solo, e tem um efeito global negativo na economia local (por exemplo, no turismo).

Como desafio adicional, os efeitos das alterações climáticas afetarão também a disponibilidade dos recursos hídricos que poderiam ser necessários para mitigar os riscos de incêndio; as previsões para a região mediterrânica apontam para uma diminuição da precipitação anual, a par de uma procura crescente de água para a agricultura. Este efeito é agravado pela procura crescente de água de uma das zonas mais densamente povoadas de Espanha.

No município de Riba-roja, 12 urbanizações e vários núcleos dispersos alargam a área urbana. A cidade de Paterna reflete também uma distribuição semelhante, com 6 núcleos populacionais diferentes. A expansão de ambas as localidades para as áreas circundantes, dentro do atual Parc Natural del Túria, foi uma constante do desenvolvimento urbano durante o século XX, criando áreas residenciais encravadas nos bosques existentes. O declínio simultâneo da agricultura na zona contribuiu para a sua configuração atual.

Na envolvente mais próxima da cidade de Valência, uma aglomeração crescente de cidades mais pequenas e de núcleos habitacionais está a dispersar-se e a entremear-se com terrenos arborizados e mistos de bosque e mato. Este contacto cria uma exposição potencial das casas, da população e dos bens à ignição, consolidação e propagação de incêndios florestais, com enormes consequências indesejadas, como se tem observado repetidamente em incêndios reais nas imediações da capital. Hoje em dia, estes municípios estão ultrapassados pela situação, com uma população que se multiplica consideravelmente no verão, precisamente na época alta de incêndios, rodeada de bosques cada vez menos geridos e de vários terrenos agrícolas abandonados, e com uma disponibilidade de água precária. Garantir a autoproteção é um desafio para municípios com capacidade limitada para desenvolver infraestruturas e aceder à água para fins de prevenção e proteção. Embora exista, e esteja em vigor, uma regulamentação bastante insuficiente sobre prevenção de incêndios, apenas algumas das comunidades situadas nessas áreas têm consciência dos perigos e da necessidade de autoproteção.

1.3. Os desafios das alterações climáticas

1.3.1. Alterações climáticas e risco de incêndio

Os novos fatores estão a alinhar-se, de forma lenta mas constante, para cenários difíceis de épocas de incêndios mais prolongadas, episódios de seca mais profundos e mais longos e um clima mais extremo, com tempestades e ventos fortes, o que representa um desafio para os bombeiros e outros corpos de proteção, levando-os frequentemente ao colapso. Parece claro que enfrentamos novos desafios, incêndios de novas dimensões, e tudo indica que isto é apenas o começo. O que temos presenciado nos Estados Unidos e no Canadá nos últimos anos parece estar a acontecer de forma progressiva e constante na Europa. Portugal, Espanha, França, Croácia, Itália e Grécia sofreram um grande número de incêndios, alguns dos quais se converteram em grandes incêndios que ameaçaram povoações e infraestruturas, entre elas várias instalações turísticas.

A Parceria Europeia para a Adaptação Climática considerou o chamado incêndio de interface urbano-florestal um dos principais impactos nas áreas urbanas dos membros da parceria (Agenda Urbana da UE sobre Adaptação Climática, 8.ª Reunião da Comunidade de Utilizadores sobre Sociedades Seguras e Resilientes). Segundo o IPCC (Alterações Climáticas 2014: Impactos, Adaptação e Vulnerabilidade, p. 19), o aumento do risco de incêndio florestal tem o nível de confiança mais elevado nos cenários futuros de alterações climáticas. A Agência Europeia do Ambiente afirmou que «Num clima mais quente, projeta-se para toda a Europa um tempo meteorológico de incêndio mais severo e, em consequência, uma expansão da zona propensa a incêndios e épocas de incêndios mais prolongadas. O impacto dos incêndios é particularmente forte no sul da Europa» (European Environment Agency, Key Messages for Forest Fires Indicator Assessment)

1.3.2. Alterações climáticas e recursos hídricos

Várias estratégias de prevenção ou mitigação de incêndios passam pela aplicação de rega preventiva ou de supressão, como detalharemos mais adiante. No entanto, esta abordagem depara-se com um obstáculo importante relacionado com a disponibilidade de recursos hídricos.

A escassez de água, ou seja, a existência de um desequilíbrio entre a água disponível e a procura existente, afeta atualmente muitos países europeus. Pelo menos 11 % da população e 17 % do território europeu são afetados pela escassez de água (Comissão Europeia. 2010. Agriculture in the EU, Statistical and economic information 2009, Direção-Geral da Agricultura e do Desenvolvimento Rural). O número de pessoas que vivem em bacias hidrográficas caracterizadas pela escassez de água vai aumentar, especialmente na Península Ibérica, em Itália e em partes relativamente grandes da Europa Central (Agência Europeia do Ambiente, AEA 2010. The European Environment: state and outlook 2010, Copenhaga, Dinamarca: Adapting to climate change).

O documento de trabalho do CEPS «Future Impacts of Climate Change across Europe» (n.º 324 / fevereiro de 2010) afirma que o Mediterrâneo enfrentará problemas de escassez de água mais do que qualquer outra região da Europa. As alterações climáticas podem levar a uma diminuição estimada da disponibilidade de água, que será maior no Mediterrâneo e no sul da Europa (Comissão Europeia, 2009a; MICE, 2005). A disponibilidade de água pode diminuir 20-30 % num cenário de +2 °C e 40-50 % num cenário de +4 °C. Os caudais de verão podem reduzir-se até 80 % e o escoamento médio anual diminuirá na Europa Central e de Leste e no Mediterrâneo entre 0 % e 23 % até à década de 2020 e entre 6 % e 36 % até à década de 2070 (IPCC, 2007b). Este prognóstico coincide com o da Agência Europeia do Ambiente; em particular, para um cenário de emissões elevadas (RCP8.5), os modelos (média do conjunto) projetam um aumento estatisticamente significativo da precipitação anual em grandes partes do centro e do norte da Europa (até cerca de 30 %) e uma diminuição no sul da Europa (até 40 %) entre 1971–2000 e 2071–2100.

Figura 2. Alteração projetada da precipitação anual e estival. Fonte: Agência Europeia do Ambiente, avaliação de indicadores: precipitação média.

Vemos assim que, como é lógico, as estações secas extremas criam as condições para um risco de incêndio elevado (temperatura elevada, baixa humidade do solo), mas, ao mesmo tempo, reduzem a disponibilidade dos recursos hídricos necessários para a proteção contra incêndios na interface urbano-florestal. Os modelos mostram que esta situação será cada vez mais frequente no sul da Europa.

A região de Valência situa-se na bacia do Mediterrâneo ocidental (costa leste da Península Ibérica, Espanha) e compreende uma área que se estende entre os 38° e os 40° N (24 000 km²). Embora a escassez de água seja uma constante histórica desta região, os episódios recentes de seca revelam um padrão que pode estar ligado aos efeitos das alterações climáticas. A costa mediterrânica e o sudeste do país são as zonas mais afetadas pela escassez de água e pelas secas, com os consequentes impactos socioeconómicos e ambientais.

De acordo com o Observatório Europeu da Seca (EDO) do JRC, a análise dos indicadores de precipitação de longo prazo (SPI-6 e SPI-9), disponíveis no EDO, evidencia um défice de longo prazo no sul de Espanha, com potenciais impactos nas albufeiras e nos rios. As zonas mais afetadas são as regiões de Valência e Múrcia e a província de Almería. Por exemplo, em 2014, o EDO do JRC publicou que «Quase todo o território das províncias de Valência, Castellón e Alicante registou seis meses consecutivos de condições de secura extrema, entre novembro de 2013 e abril de 2014».

Em consequência destes défices de precipitação, o teor de água no solo diminuiu drasticamente. Os dados do modelo de humidade do solo fornecem uma prova clara das áreas afetadas pela escassez de chuva, o que confirma as condições excecionais registadas desde outubro de 2013, com valores negativos persistentes nas regiões de Valência e Múrcia e em Almería.

Até 2030, prevê-se uma redução dos recursos hídricos entre 12 % e 15 % nas bacias do Segura e do Júcar, com graves consequências para o solo e a deterioração dos povoamentos florestais, a instabilidade das encostas, os incêndios florestais e o aumento das culturas e da sua procura de água. Na Comunidade Valenciana, Riba-roja e Paterna situam-se nas áreas com um balanço hídrico negativo entre a disponibilidade e a procura.

2. ZONAMENTO DA INTERFACE URBANO-FLORESTAL

Nos últimos anos, e em particular no âmbito do projeto europeu WUIWATCH, foram consideradas três escalas de trabalho para a avaliação do risco de incêndio florestal e o planeamento da prevenção de incêndios na interface urbano-florestal: a macroescala ou escala da paisagem; a mesoescala, correspondente às dimensões dos aglomerados; e a microescala, relativa à escala detalhada da casa e do lote que rodeia o edifício.

2.1.1. A mesoescala e a zona de transição

Das três, a mesoescala foi identificada como a escala de trabalho fundamental para a identificação de riscos e a conceção de espaços defensáveis, nos quais os fatores relevantes que determinam o comportamento esperado do fogo, como a carga e a continuidade do combustível e o teor de humidade do combustível vivo, entre outros, são transformados para obter ambientes de risco controlado e áreas defensáveis alargadas. Foram consideradas três áreas na mesoescala: a mesoescala externa (também tratada como área de transição), o perímetro e primeiro anel de casas e a mesoescala interna.

De acordo com as lições aprendidas, várias abordagens para a adaptação da área de transição incluem a transformação e a manutenção da estrutura e da humidade do solo, a seleção e o tratamento das plantas, o recurso ao pastoreio, a prescrição de fogo controlado e a programação de rega preventiva. No perímetro, destacam-se algumas abordagens e boas práticas, incluindo o desenho de anéis de baixa combustibilidade, a eliminação de sebes inflamáveis e a conceção de sistemas de aspersão automáticos. Na mesoescala interna, dão-se algumas indicações, baseadas em observações de incêndios reais, para reduzir a atividade do fogo, como o tratamento de lotes não edificados, a interrupção da continuidade das sebes e a gestão de outros materiais não vegetais que possam aumentar a carga de fogo.

3. O PROJETO UIA-GUARDIAN

Com estes antecedentes, o projeto GUARDIAN propõe uma estratégia de mitigação do risco de incêndio que será posta à prova na área de La Vallesa, na interface entre as zonas urbanas de Riba-roja e Paterna e o Parc Natural del Túria. Graças ao apoio do programa Ações Urbanas Inovadoras da União Europeia, será implementada uma solução que articula os resultados de projetos europeus anteriores nos domínios da prevenção de incêndios e dos métodos avançados de reutilização da água.

O projeto propõe uma estratégia combinada baseada na utilização de água reciclada para a prevenção e proteção contra incêndios, de modo a proporcionar padrões de rega/humedecimento preventivos, de supressão e de extinção programados automaticamente: o GUARDIAN implementará a infraestrutura hidráulica para fornecer água reciclada à interface urbano-florestal de La Vallesa, bem como os elementos (torres de rega e aspersores) que constituem a barreira defensiva. A instalação, situada na linha de fogo, integrará os aspersores com canhões-hidrante de alta pressão que cobrem o perímetro, com base no sistema WUI-PROTECT.

Além disso, serão realizados trabalhos no solo e na vegetação (redução da densidade do arvoredo, em especial das árvores dominadas ou debilitadas, dos combustíveis em escada, podas, espaçamento de arbustos, redução de restos de árvores e de vegetação, etc.)

A utilização de água reciclada para fornecer os recursos hídricos necessários a infraestruturas de proteção contra incêndios, como a proposta pelo GUARDIAN, não tem precedentes conhecidos e aumenta em grande medida a sua aplicabilidade. A água reutilizada já foi aplicada em certa medida no combate convencional a incêndios e está, aliás, regulada pela legislação espanhola (RD 1620/2007). O projeto contribuirá também para a sustentabilidade da zona húmida de La Vallesa, através da sua recuperação e da substituição de caudais afluentes de baixa qualidade.

3.1. Estudos preliminares

Um conjunto de estudos preliminares e um levantamento de campo estabelecerão as bases da análise de riscos e da posterior conceção da solução. Em primeiro lugar, será realizada uma caracterização detalhada da estrutura da vegetação, através de inspeção no terreno e da análise de dados LIDAR. Daqui resultará a caracterização e cartografia da carga de combustível florestal (kg/m²), da continuidade do combustível e da estrutura vertical.

Os registos históricos das estações meteorológicas próximas serão analisados e correlacionados com os respetivos índices de risco de incêndio (como o FWI canadiano). Será incluída a evolução esperada do clima, em particular na descrição dos períodos de seca, de tempo extremo (ventos) e de episódios de temperatura elevada e baixa humidade. Por último, será feito um levantamento do território para obter um mapa dos elementos vulneráveis existentes (casas, infraestruturas críticas, empresas, serviços, etc.)

Figura 3. Esquema da solução. A verde-claro/verde-escuro, áreas propostas para a transformação da estrutura da vegetação. A infraestrutura hidráulica aparece a azul e amarelo. Fonte: elaboração própria

No passo seguinte, de acordo com os registos históricos, os padrões meteorológicos e a evolução esperada dos cenários climáticos, serão identificados a possível evolução dos incêndios florestais e a intensidade e extensão dos seus efeitos sobre os elementos vulneráveis. Para tal, serão utilizados modelos de avaliação pericial e de simulação para estimar a libertação de energia, a intensidade da frente de chamas, a emissão de energia radiante, a velocidade de propagação e as potenciais trajetórias de propagação. O resultado será cruzado com a vulnerabilidade e a exposição (distâncias) para obter, através de funções de risco, a probabilidade de consequências indesejadas, que acabarão por ser refletidas num mapa de risco.

3.2. Mitigação do risco

A maior parte da mitigação do risco de incêndio centra-se principalmente, mas não exclusivamente, nos tratamentos da estrutura da vegetação. O desenho dos tratamentos da vegetação tem um duplo objetivo: limitar e controlar a continuidade da carga de combustível e, por outro lado, proteger a estrutura do solo e a disponibilidade de água. Isto significa, em primeiro lugar, dimensionar a extensão e a intensidade dos tratamentos no terreno que rodeia o aglomerado urbano (zona de transição), através de um algoritmo específico baseado na libertação de calor radiante esperada. Os tratamentos propostos procurarão proteger o solo da evapotranspiração intensa, assegurando uma cobertura de copado suficiente e evitando, ao mesmo tempo, a continuidade do combustível. Além disso, a proteção do solo incluirá tratamentos do solo (ou seja, correção orgânica) e cobertura com vegetação protetora. Os tratamentos específicos no perímetro do aglomerado serão dimensionados e concebidos de forma a proporcionar um ambiente de intensidade do fogo controlada (inferior a 3000 kW/m). Isto incluirá a redução de combustível, mas também a mobilidade para as operações de combate a incêndios. Por fim, o desenho dos tratamentos será alargado aos lotes interiores, jardins e espaços verdes comuns.

Figura 4. WUIPROTECT® Wildfire Defence System instalado no perímetro de uma interface urbano-florestal. Fonte: Medi XXI GSA

3.3. Gestão do sistema

A gestão automatizada do sistema basear-se-á na implementação de índices personalizados para a monitorização adicional do teor de humidade da vegetação viva, do teor de humidade do combustível morto fino e das componentes do comportamento do fogo e dos indicadores de libertação de energia (probabilidade de ignição, intensidade da frente de chamas, velocidade de propagação, emissão de calor radiante, etc.). Todos estes índices serão alimentados com os dados de monitorização e previsão descritos, em particular o estado da atmosfera (temperatura, humidade relativa, precipitação), a previsão meteorológica e o estado da vegetação viva. Os índices obtidos apontam para vetores específicos de controlo e distribuição da água, como a rega preventiva (de acordo com o índice da vegetação viva), a rega de supressão (de acordo com o índice de humidade do combustível morto fino) e a rega de extinção (de acordo com os índices de comportamento do fogo).

A monitorização é feita localmente e complementa as leituras gerais e a previsão do estado geral da atmosfera (tal como fornecidas por fontes oficiais, como a Agência Estatal de Meteorologia, AEMeT, ou os serviços meteorológicos regionais). A monitorização inclui leituras de sensores de solo (temperatura e teor de humidade do solo, a 0, 10 e 20 cm de profundidade), o estado da vegetação (deduzido da análise colorimétrica de imagens de câmaras multiespectrais terrestres e de imagens de satélite) e o combustível morto de dimensão média (10HR), através de sensores específicos. A par disso, a informação das estações meteorológicas automáticas locais (AWS) será também recolhida e transmitida (registador de dados via GSM) ao centro de controlo (CCS), para ser processada e incorporada no cálculo dos índices.

Figura 5. Perímetro defensivo. Em primeiro plano, vegetação intacta (terreno verde) dentro do raio de ação dos canhões WUIPROTECT®. Fonte: Medi XXI GSA – Projeto WUIWatch.

O núcleo do caráter inovador da solução proposta reside no desenvolvimento e integração de um sistema de comando e controlo (CCS) e de um conjunto de algoritmos que, em primeiro lugar, recolhe dados de monitorização e previsão, calcula índices atuais e futuros, aplica regras de inferência para a tomada de decisão e, por fim, fornece uma programação dos diferentes modos de rega acima referidos. Em particular, o CCS do GUARDIAN calculará, com base no valor previsto do código de secura (Drought Code, DC), a quantidade e a distribuição espacial da rega necessárias para compensar o défice de humidade do solo e corrigir esse DC, e aplicá-la-á automaticamente. Além disso, em caso de risco de incêndio elevado ou muito elevado, ou perante a aproximação de um incêndio, o CCS do GUARDIAN estimará, com base na evolução esperada da humidade do combustível fino, a quantidade, o momento e a distribuição espacial da rega de supressão, para reduzir a probabilidade de focos secundários e do desenvolvimento do incêndio, e aplicá-la-á automaticamente. Por último, o CCS do GUARDIAN manterá um registo da água disponível para a supressão e, de acordo com o cálculo do comportamento esperado do fogo e da libertação de energia, sugerirá automaticamente a produção de um volume adicional de água tratada para as operações de supressão de incêndios, a armazenar em conformidade.

3.4. Os microcontaminantes orgânicos como barreira à reutilização

Nas últimas décadas, os avanços nas técnicas analíticas (sobretudo através da cromatografia líquida (LC) acoplada à espetrometria de massa (MS)) permitiram detetar compostos orgânicos de origem antropogénica cuja presença era desconhecida devido às suas concentrações relativamente baixas (µg/L – ng/L) (Omil et al. 2010). Estes compostos são geralmente conhecidos como microcontaminantes orgânicos (OMP, na sigla em inglês), contaminantes de preocupação emergente (CEC) ou contaminantes orgânicos vestigiais (TrOCs), e os seus efeitos no ambiente e na saúde humana são incertos. É precisamente o caso da EDAR Camp de Túria II, cujo caudal tratado se pretende aproveitar como recurso para o sistema de prevenção e mitigação de incêndios acima descrito. Concretamente, o OMP mais relevante nesta estação de tratamento de águas residuais (ETAR) é o clorpirifos, um pesticida organofosforado amplamente utilizado em habitações e na agricultura.

A reutilização da água representa uma alternativa sustentável à utilização dos recursos hídricos convencionais ou à dessalinização da água do mar e, nas últimas décadas, tem sido amplamente considerada nas abordagens de economia circular. No entanto, a presença de microcontaminantes orgânicos nos efluentes das ETAR (WWTP) e das estações de regeneração de água (WRP) suscitou uma preocupação global quanto ao impacto destes OMP nos diferentes usos.

A presença de OMP nos esquemas de reutilização direta e indireta representa um risco incerto para a saúde humana quando a população pode estar em contacto com esta água ou consumi-la, direta ou indiretamente. Na agricultura, a rega também poderá representar um risco, uma vez que estes compostos podem ser absorvidos pelo solo e pelas culturas. Por outro lado, a utilização de água recuperada para fins ambientais (como os sistemas de controlo de incêndios e a manutenção do caudal dos rios) pode representar um risco para o solo, o meio aquático, as plantas e os animais.

3.5. Experiência anterior: resultados do LIFE Aware

De 2013 a 2016, o CETAQUA, Centro Tecnológico da Água, coordenou o projeto LIFE AWARE. O orçamento total foi de 2,6 M€, cofinanciado pelo Programa LIFE+, e a Aigües de Barcelona (Espanha) e o LNEC (Portugal) participaram como parceiros.

O projeto AWARE avaliou um esquema inovador e híbrido de recuperação de água para a eliminação de OMP, que foi comparado com os sistemas mais avançados. Para realizar esta comparação, foram operados durante 18 meses dois protótipos na Estação de Regeneração de Água (WRP) de El Baix Llobregat. Os protótipos eram os seguintes:

• Protótipo 1: biorreator de membrana com dosagem de carvão ativado em pó (PAC) esgotado
• Protótipo 2: nanofiltração capilar com dosagem de carvão ativado em pó (PAC) virgem

A figura 2 mostra o esquema dos protótipos operados. Como se pode ver, o PAC doseado no tanque de contacto do protótipo 2 foi filtrado através de uma NF capilar e a corrente de rejeitado, que continha PAC concentrado, foi recirculada para os tanques biológicos do protótipo 1.

Figura 6. Esquema dos protótipos operados no projeto LIFE aWARE

Por outro lado, a WRP básica do Baix Llobregat é composta por lamas ativadas convencionais (CAS), seguidas de coagulação-floculação, decantação lamelar, microfiltração e desinfeção (UV). Os usos básicos da água recuperada foram urbanos (rega, limpeza de ruas), agrícolas e ambientais.

A eliminação de OMP recalcitrantes (como a carbamazepina e o diurão), a eliminação de OMP biodegradáveis (como o ibuprofeno, o paracetamol, o sulfametoxazol e a codeína), a diferença de custo em relação à WRP básica e a pegada ambiental foram avaliadas para diferentes esquemas na Tabela 1.

Tabela 1 Eficiências de eliminação, diferença de custos e pegada ambiental para diferentes esquemas de tratamento. Fonte: Projeto LIFE aWARE

Esquema	Eliminação de OMP recalcitrantes (%)	Eliminação de OMP biodegradáveis (%)	Diferença de custo face à WRP básica	Diferença de pegada face à WRP básica
WRP básica	12	60	–	–
MBR	15	70	+30 %	-50 %
WRP básica renovada com O 3	80	95	+19 %	+15 %
PAC-MBR (25 mg/L de PAC virgem)	60	75	+60 %	-50 %

Como se pode observar, na WRP básica obtêm-se eliminações baixas de OMP recalcitrantes (12 %). Os biorreatores de membrana, devido ao seu maior SRT e HRT, melhoram até 15 % a eliminação de OMP recalcitrantes, com um aumento de custo associado de 30 %. Ao renovar a WRP básica com ozono, é possível alcançar uma eliminação de 80 % de OMP recalcitrantes, com +19 % de custo e +15 % de pegada, ao passo que, com um sistema híbrido (PAC-MBR), é possível alcançar uma eliminação de 60 % de OMP recalcitrantes, com +60 % de custo e uma redução de 50 % da pegada.

3.6. Aplicação ao projeto GUARDIAN

É necessário eliminar vários OMP recalcitrantes na EDAR Camp de Túria II (Riba-roja, Espanha), em especial pesticidas organofosforados como o clorpirifos. Tendo em conta a potencial reutilização desta água em sistemas de controlo de incêndios e as propriedades de sorção deste pesticida-alvo, a utilização de PAC-MBR apresenta vantagens importantes em termos de qualidade da água regenerada, eficiência de eliminação de OMP e pegada associada. No entanto, o custo associado e a pegada ambiental destes sistemas são elevados. Para maximizar a eliminação de OMP e reduzir a dose de PAC (que aumenta o custo e a pegada de carbono), propõe-se um sistema híbrido PAC-O ₃ -MBR.

Resumem-se em seguida as vantagens esperadas do sistema PAC-O ₃ -MBR em comparação com os sistemas mais avançados e com os sistemas PACMBR:

• Eliminações globais mais elevadas para todos os OMP (> 85 %), devido ao efeito combinado da biotransformação-oxidação e da adsorção, e eliminação por adsorção dos metabolitos gerados pela oxidação. – Menor dose de PAC, devido a uma saturação mais lenta do adsorvente
• Menor produção de lamas e maior desinfeção.
• A melhoria da filtrabilidade das lamas permite aplicar fluxos de filtração mais elevados na UF e, assim, reduzir os custos de investimento e de exploração associados.

Será concebido e instalado na EDAR Camp de Túria II um protótipo com uma produção total de água recuperada de 10 m³/h, para recuperar água segura (do ponto de vista ambiental e da saúde humana) para sistemas de controlo de incêndios e para fins ambientais, incluindo a recuperação da qualidade da zona húmida de La Vallesa. Como se pode ver na figura 3, propõe-se um tratamento biológico (anaeróbio, anóxico e aeróbio) com dosagem de PAC e injeção de O₃ , acoplado a uma membrana de ultrafiltração.

Figura 7. Esquema do protótipo PAC-O₃ –MBR. Fonte: Projeto LIFE Aware

Durante as tarefas de conceção serão consideradas diferentes opções para a membrana: – Opção 1: UF externa após o tanque aeróbio (filtração de lamas)

• Opção 2: UF submersa no tanque aeróbio (filtração de lamas)
• Opção 3: UF submersa no decantador secundário (filtração do efluente secundário clarificado), o que implicaria que, em vez de um MBR, o sistema seria CAS + PAC + O₃ seguido de uma membrana de UF.

4. ANÁLISE DE RESULTADOS DO PROJETO

A abordagem da economia circular demonstrou ser uma opção adequada para a gestão eficiente, equitativa e sustentável da água. Além disso, as técnicas de otimização são uma ferramenta útil para apoiar o processo de decisão sobre a afetação da água. Um modelo de otimização representa uma abordagem inovadora, que considera a eficiência da distribuição da água e as ligações físicas entre o abastecimento de água e os pontos de consumo.

Neste projeto, propomo-nos desenvolver e aplicar um modelo de otimização da água que considere a disponibilidade de água regenerada e o seu benefício social e ambiental. A inclusão das alterações climáticas futuras, do crescimento populacional e da análise de risco permitir-nos-á sugerir uma via de desenvolvimento equilibrada dos recursos hídricos disponíveis numa área territorial específica.

A seleção das melhores práticas/estratégias para melhorar a eficácia da gestão da água exige ter em conta, em simultâneo, múltiplos objetivos e critérios (por exemplo, económicos, ambientais, técnicos e sociais) e as complexas interações entre eles. Além disso, uma análise fiável da gestão da água exige identificar os pontos fortes e fracos das diferentes estratégias operacionais e incluir a incerteza/risco no procedimento de avaliação, para analisar de que forma afeta os processos de tomada de decisão. Esta complexidade torna necessário o desenvolvimento de uma análise de decisão multicritério rigorosa e sistemática, que apoie os decisores políticos numa avaliação e comparação adequadas das alternativas, numa abordagem de custo da inação versus custo da ação (CNA-CA).

No contexto da análise da política da água, propomos também uma avaliação do impacto destas ações em termos de eficiência económica e de sustentabilidade da utilização da água em áreas urbanas.

A avaliação socioeconómica das medidas propostas será realizada através de programação matemática e de modelos econométricos que procuram soluções ótimas. A estimativa das funções de custo para atividades, processos ou tecnologias específicas permitirá identificar o comportamento dos elementos de custo, bem como os fatores determinantes do custo. A eficiência das diferentes medidas propostas será estudada através de modelos de análise envoltória de dados (DEA).

Para analisar a viabilidade das diferentes ações, a quantificação dos benefícios sociais e ambientais decorrentes das ações propostas será feita com uma nova metodologia baseada no cálculo de preços-sombra.

Os custos e benefícios serão analisados de um ponto de vista dinâmico, contemplando vários cenários em contexto de incerteza.

Serão também utilizadas algumas metodologias (simulação de Monte Carlo, tolerâncias estatísticas e modelação difusa) para quantificar a redução do risco de incêndio florestal alcançada graças à implementação do projeto proposto.

5. CONCLUSÕES

É previsível que as alterações climáticas aumentem a frequência e a gravidade dos incêndios florestais nas próximas décadas, reduzindo em simultâneo a disponibilidade dos recursos hídricos, que constituem uma ferramenta fundamental na defesa contra eles.

O projeto UIA-GUARDIAN oferece uma oportunidade única de pôr à prova, durante os próximos anos, estratégias combinadas e eficazes de mitigação do risco de incêndio nas zonas mais vulneráveis (a interface urbano-florestal), recorrendo a recursos hídricos alternativos. Permite, além disso, capitalizar os resultados de projetos anteriores em domínios muito diferentes e aborda simultaneamente vários aspetos das alterações climáticas.

O GUARDIAN é uma mostra do potencial inexplorado e da importância da reutilização num contexto de crescente escassez de recursos hídricos. É também fundamental o seu contributo para o estudo da viabilidade económica dos tratamentos avançados de reutilização num contexto de aplicação real.

O projeto GUARDIAN é liderado pela Câmara Municipal de Riba-roja e conta ainda com a participação da Hidraqua, da Medi XXI, da Universitat Politècnica de València (IIAMA), do Grupo de Economia da Água da Universitat de València, da Câmara Municipal de Paterna e do Parc Natural del Túria (Generalitat Valenciana).

REFERÊNCIAS

AEMA (2012) Los impactos del cambio climático en Europa: evaluación basada en indicadores. Informe conjunto de la AEMA, CCI y OMS. Oficina de Publicaciones de la CE y Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino, Madrid, 240 p.

BEHRENS, A. et al. (2010) Future Impacts of Climate Change across Europe. CEPS Working Document No. 324. http://www.ceps.eu

CALKIN, D. et al. (2014) How risk management can prevent future wildfire disasters in the wildland-urban interface. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA.

DICUS, C. (2016) Changing WUI fire risk in dissimilar communities of Southern California, USA. Proceedings of the International Conference on Forest Fires and WUI Fires. Aix-en-Provence, France. California Polytechnic State University.

FUENTES, R. et al. (2017): Productivity of wastewater treatment plants in the Valencia Region of Spain, Utilities Policy, 46, pp 58-70

HERNÁNDEZ-SANCHO, F et al. (2015): Economic Valuation of Wastewater – The cost of action and the cost of no action. United Nations Environment Programme. ISBN: 97892-807-3474-4

HERNÁNDEZ-SANCHO ET AL. (2015): Pricing for Reclaimed Water in Valencia, Spain: Externalities and Cost Recovery, in Dinar, A., Pochat, V., Albiac, J. (Eds.): Water Pricing Experiences and Innovations, Springer International Publishing, pp. 431-443, ISBN: 2211-0631

MADRIGAL OLMO et al. (2013) Characterization of wildland-urban interfaces for fire prevention in the province of Valencia (Spain) Forest Systems Vol 22, No 2. Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria

MODUGNO, S. et al. (2016) Mapping regional patterns of large forest fires in WildlandUrban Interface areas in Europe. Elsevier.

OMIL, F. et al. (2013) Removal of Pharmaceuticals by Membrane Bioreactor (MBR) Technology Comprehensive Analytical Chemistry 287-317, Vol.62, Chapter 9. Elsevier

PRATS, D. y MELGAREJO, J. (2006) Desalación y reutilización de aguas. Situación en la provincia de Alicante, pp 139-144. COEPA- Instituto Universitario del Agua y Ciencias Ambientales.

VARIOS AUTORES (2016) LIFE aWARE: Innovative Hybrid MBR Systems to promote Water Reuse – Lyman’s Report. http://www.life-aware.eu