A respeito do tópico “wetlands” foram encontrados aproximadamente 29 mil resultados, englobando-se wetlands naturais e artificiais e para diversos fins, demonstrando desde aí a importância e grande variedade de utilizações para este termo.
Já em relação ao termo “constructed wetlands”, em todas as bases da Web of Science, foram obtidos aproximadamente 4500 publicações, sendo as primeiras de 1989 e havendo um significativo aumento a partir de 2009. Os 10 primeiros resultados mais relevantes, segundo a classificação da Web of Science, estão listados no Quadro 6, o qual mostra uma parte significativa do estado da arte sobre o tema, contendo a citação de artigos cujos comentários estão a seguir.
Quadro 6 – Primeiros dez artigos mais relevantes a respeito de CW a nível internacional.
Autor Ano Artigo
Vymazal, J. 2014 Constructed wetlands for treatment of industrial wastewaters: A review
Langergraber, G. e Haberl, R. 2001 Constructed wetlands for water treatment
Vymazal, J. 2013 The use of hybrid constructed wetlands for wastewater treatment with
special attention to nitrogen removal: A review of a recent development
Kross, C. S. e Richter, S. C. 2016 Species Interactions in Constructed Wetlands Result in Population Sinks for
Wood Frogs (Lithobates sylvaticus) while Benefitting Eastern Newts (Notophthalmus viridescens)
Hsu, C. B. et al. 2011 Biodiversity of constructed wetlands for wastewater treatment
Paweska, K. e Malczewska, B. 2009 Nitrogen compounds in drain sewage after constructed wetlands
Tietz, A. et al. 2008 Bacterial carbon utilization in vertical subsurface flow constructed wetlands
Langergraber, G. 2003 Simulation of subsurface flow constructed wetlands - results and further
research needs
Park, J.H. et al. 2011 Treatment Efficiencies and Decomposition Velocities of Pollutants in
Constructed Wetlands for Treating Hydroponic Wastewater
Bao, ZB et al. 2012 Constructed Wetlands Sewage Treatment Technology Purification
Mechanism and Influence Factors Fonte: Adaptado de Web of Science (2016).
Vymazal (2014), através dessa revisão, tratou dos diversos usos atuais desse sistema de tratamento para águas residuárias industriais (petroquímica, matadouro, processamento de carne, laticínios e indústrias de papel e celulose), ainda citando usos já anteriormente comuns (indústrias têxteis, de vinho ou de aquicultura de peixe e camarão), detalhando, para cada tipo de indústria, os tipos de wetlands
encontrados em amplas revisões. O autor conclui que para esses tipos de efluentes têm sido mais comumente usadas as CWFSL com vegetação emergente ou as CWFSSH. O uso de fluxo subsuperficial vertical tem sido menos comum para águas residuárias industriais, exceto para fábricas de azeite e em CW híbridas. Os resultados indicaram que diversos tipos de águas residuárias, como de destilaria e de lavanderia, têm sido tratadas somente com CW de fluxo horizontal.
Os dois principais tipos de CW (de fluxo superficial e subsuperficial), os mecanismos de remoção de constituintes principais (matéria orgânica, nitrogênio e fósforo) e de outros poluentes (como compostos orgânicos específicos, e patógenos), bem como o papel das plantas no processo de tratamento são descritos por Langergraber e Haberl (2001). Os autores também mostraram uma ferramenta de simulação e um exemplo em escala piloto para os CW de fluxo subsuperficial que modela os processos de transformação e eliminação dos principais constituintes de águas residuais (matéria orgânica, nitrogênio e fósforo).
Em outra revisão, Vymazal (2013), relatou um histórico da utilização de sistemas híbridos de CW. O pesquisador estudou 60 casos de sistemas híbridos em 24 países, a partir de 2003, citando que são mais comuns na Europa e na Ásia, sendo ainda muito limitados em outros continentes. Assim, concluiu que o sistema híbrido mais comum corresponde ao vertical-horizontal, para esgoto municipal e para águas residuárias industriais, enquanto que o horizontal-vertical somente para esgoto municipal.
Kross e Richter (2016), analisam o efeito de CW específicas para a mitigação da perda desse tipo de habitat natural, em áreas de conservação. Apesar de o artigo estar entre os citados, não foi abordado por não entrar na análise foco desse trabalho.
Hsu et al. (2011) analisaram a biodiversidade dois sistemas integrados de CWFSL em Taiwan (clima subtropical), através dos seguintes parâmetros: qualidade da água, características do habitat, comunidades bióticas de algas, macrófitas, pássaros, peixes e macroinvertebrados aquáticos nessas células de tratamento. Seus resultados indicaram que os dois CW integrados obtiveram boa redução de Nitrogênio e Fósforo totais, DBO e DQO. Entre outros resultados, esse trabalho sugeriu que, o projeto e manutenção adequados, além de melhorar a qualidade da água melhoram a biodiversidade dos CW.
Dois sistemas de compostos por fossa séptica e CW de fluxo subsuperficial foram analisados por Paweska e Malczewska (2009), de julho a dezembro de 2008, acompanhando-se a distribuição dos componentes de nitrogênio no esgoto municipal após o tratamento. A investigação preliminar nos CW, que têm sido explorados há 10 anos, mostrou uma eficiência de remoção variável de compostos de nitrogênio. Assim, as pesquisadoras indicaram que uma continuação nessa pesquisa poderia indicar a eficiência do tratamento de águas residuárias nas estações de verão e inverno.
Tietz et al. (2008), consideram as CWFSSVs com carga intermitente como o estado da arte no assunto. Tais autores afirmam que essa modalidade poderia cumprir requisitos rigorosos de qualidade de efluentes. Assim, investigaram a distribuição espacial de utilização de carbono bacteriana, com base em medições de incorporação de 14C-leucina, no substrato de CW plantadas e não plantadas, em escala piloto, e em uma CW plantada, em campo. Assim, concluíram que: (i) os CW em escala piloto foram modelos adequados para investigar a utilização de carbono microbiano nos CW; (ii) a maior parte do aumento da produtividade bacteriana ocorreu nos primeiros 10 cm do substrato e (iii) as plantas não demonstraram influência significativa na produtividade e biomassa de bactérias, bem como na remoção de carbono orgânico total em águas residuárias.
Dois CW em escala piloto para tratamento de águas residuárias e de águas superficiais foram estudadas por Langergraber (2003). Os resultados foram discutidos com base no comportamento hidráulico dos CW. Em adição, foram mostrados resultados das simulações de transporte reativo por meio do modelo multi-componente CW2D (Constructed Wetlands 2 Dimensional). A calibração do modelo de fluxo foi possível e as simulações alcançaram bem os valores medidos para CW de escala piloto. Além disso, são abordadas as novas necessidades de investigação sobre simulação de fluxo subsuperficial.
Seo et al. (2011) estudaram as eficiências de remoção e velocidades de decomposição de poluentes no tratamento, por meio de CW, das águas residuárias do cultivo hidropônico em estufas. As taxas de remoção de DBO, DQO, SS, NT e PT foram de 88%, 79%, 92%, 64% e 92%, respectivamente. As velocidades de decomposição (K, em dia-1) de poluentes no 1º leito de fluxo horizontal de CW foram: SS (0,54 dia-1) > DBO (0,39 dia-1) > DQO (0,27 dia-1) > PT (0,26 dia-1) > NT (0,06 dia-
1). E, no 2º leito de fluxo horizontal de CW, foram: PT (0,52 dia-1) > DBO (0,28 dia-1) > DQO (0,15 dia-1) > NT (0,06 dia-1)> SS (0,10 dia-1).
Bao et al. (2012), com base na análise da composição e dos mecanismos de purificação de CW, resumiram os fatores que influenciam a purificação dos CW, bem como, apontaram problemas e soluções de CW. Os autores consideraram que a realização de um estudo aprofundado em: projetos de wetlands construídos, controle operacional e de gestão da manutenção para melhorar benefícios abrangentes, tem grande significado prático e abrangente significado social.
A análise dos resultados da busca do tópico “constructed wetlands” na Coleção Principal da Web of Science, em relação ao número de publicações, mostrou que: quanto aos tipos de documentos encontrados, aproximadamente 83% são artigos; quanto aos autores, os que possuem mais publicações são: Jan Vymazal4 (71), Peter Kuschk5 (69), Joan Garcia6 (69), Miklas Scholz7 (61), Ülo Mander8 (59); quanto aos grupos de autores, os mais comuns foram: IEEE9, ASAE10 e CEPPH ORG COMM11; quanto à quantidade por país, ocorreram mais publicações originadas dos seguintes países: EUA (1258), China (780), Alemanha (252), Inglaterra (240) e Espanha (237), estando o Brasil em 15º lugar, com 85 publicações; quanto aos idiomas, prevalece o inglês, porém há 23 artigos em português.
Assim, após a análise dos resultados em termos nacionais, os autores com maior número de publicações foram: Antônio T. de Matos12 (19); Alisson C. Borges13 (12); Marcos Von Sperling14 (11); Ronaldo Fia15 (8) e Fátima R. L. Fia16 (7). Além disso, foram verificados os 10 primeiros artigos mais relevantes dentre os 85 de origem nacional, os quais estão listados no Quadro 7.
4
Czech University of Life Sciences Prague, República Tcheca.
5
Helmholtz Centre for Environmental Research, Alemanha.
6
Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech, Espanha.
7
University of Salford, Reino Unido.
8
University of Tartu, Estônia.
9
Institute of Electrical and Electronics Engineers.
10
American Society of Agricultural Engineers.
11
Conference on Environmental Pollution and Public Health Organizing Committee
12
Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa, MG.
13
Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa, MG.
14
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, MG.
15
Universidade Federal de Lavras (UFLA), Lavras, MG.
16
Quadro 7 – Primeiros dez artigos mais relevantes a respeito de CW a nível nacional.
Autor Ano Artigo
Sezerino et al. 2015 Brazilian experiences with constructed wetlands applied to wastewater treatment:
design parameters for horizontal systems
Borges, Calijuri, et al. 2009 Horizontal subsurface flow constructed wetlands for mitigation of ametryn-
contaminated water
Borges, de Matos, et al. 2009 Uso de traçadores para avaliação da hidrodinâmica de sistemas alagados construídos operando sob condições climáticas tropicais
Borges et al. 2016 Potential for denitrification in sequencing batch constructed wetlands cultivated with
T. latifolia and C. zizanioides
Pelissari et al. 2014 Nitrogen transformation in horizontal and vertical flow constructed wetlands applied
for dairy cattle wastewater treatment in southern Brazil
Mander et al. 2014 Greenhouse gas emission in constructed wetlands for wastewater treatment: A
review
Sarmento et al. 2012 Evaluation of Vertical-Flow Constructed Wetlands for Swine Wastewater Treatment
Chagas et al. 2011 Organic matter removal kinetics in constructed wetlands cultivated with yellow lily
Fia et al. 2010 Performance of constructed wetlands used in the treatment of wastewater of coffee
processing
Von Sperling et al. 2010 Comparison between polishing (maturation) ponds and subsurface flow constructed
wetlands (planted and unplanted) for the post-treatment of the effluent from UASB reactors
Fonte: Adaptado de Web of Science (2016)
Sezerino et al. (2015), em revisão bibliográfica, apresentaram um estado da arte a respeito dos wetlands construídos de escoamento subsuperficial de fluxo horizontal (CWFH) no Brasil. Para isso, identificaram parâmetros de projeto e dados operacionais, abordaram uma classificação para os wetlands construídos, os diferentes critérios de dimensionamento, a composição das unidades de tratamento e as macrófitas empregadas.
Borges, Calijuri, et al. (2009) submeteram CW de fluxo subsuperficial à adição contínua de Ametryn e avaliaram-nas por 11 semanas, com o objetivo de determinar a viabilidade desses sistemas para o tratamento de água contaminada com esse composto. Os resultados indicaram que 39% do total do montante adicionado de Ametryn foram removidos, transferidos ou transformados, concluindo os autores que os CW são capazes de tratar esse tipo de água residuária, atuando como filtros tampão entre as fontes de emissão e os corpos de água a jusante.
Borges, de Matos, et al. (2009) avaliaram dois corantes (Rodamina WT e Fluoresceína Sódica) na determinação das características hidrodinâmicas de CW com escoamento subsuperficial, operando em região de clima tropical. Os tempos de residência experimentais (R) variaram entre 4,5 e 5,0 dias, e os parâmetros de modelos teóricos foram obtidos para cada sistema, indicando dispersões muito pequenas. Os CW, que apresentavam relação comprimento/largura (L/B) de 24/1,
comportaram-se como sistemas de escoamento próximo ao pistonado. A pesquisa indicou que a Rodamina WT pode ser utilizada com resultados satisfatórios na avaliação do comportamento hidrodinâmico de CW.
Borges et al. (2016) estudaram a desnitrificação e absorção pelas plantas em CW. Os pesquisadores aplicaram Nitrato em CW operadas em batelada, sendo que dentre as seis unidades, três receberam etanol como fonte de carbono. O experimento consistiu de duas fases principais, com ciclos de 3 e 1 d. Em uma fase extra, os valores de decaimento de variáveis de água foram avaliados. A remoção de nitrato em nitrogênio (fase I) foi 11,7 a 54,8% para CW sem etanol e 98,0 a 99,9% para CW com adição de etanol. Na fase II, a remoção foi de 3,6 a 15,7% para CW sem etanol e 94,7 a 97,5% para CW com adição de etanol. CW foram eficazes para a remoção de nitrato, em especial as plantadas. CW cultivadas com Vetiver apresentaram os melhores resultados na remoção de nitrogênio. A adição de etanol aumentou a eficiência da desnitrificação, mas crescentes concentrações de nitrito em CW também deverão ser consideradas. Os dados desse artigo não puderam ser acrescentados à base de dados por não se ter obtido acesso ao texto na íntegra, mas apenas ao resumo.
Pelissari et al. (2014) avaliaram as transformações de nitrogênio em CW de fluxo horizontal e vertical trabalhando em paralelo, para o tratamento de águas residuais de laticínios bovinos. Ambas os CW, tanto a horizontal (26,50 m2 de área), como a vertical (14,30 m2 de área) foram preenchidas com areia e plantadas com Typha domingensis. A HFCW e a VFCW trabalharam, respectivamente, com vazões afluentes de 3,98 e 4,50 m3 semana-1. Na HFCW, obteve-se remoções de 59% de NT e 58% de NH4+ e na VFCW, obteve-se remoções de 23% de NT e 80% de NH4+, sendo que 73% da remoção de amônia foi devido ao processo de nitrificação. As macrófitas removeram, respectivamente, na HFCW e na VFCW, 5,1% e 0,88% da taxa de carga influente de N.
Mander et al. (2014) analisaram artigos publicados em revistas e jornais internacionais mostrando que as emissões de CO2-C foram significativamente menores em CW de fluxo superficial livre do que em CW de fluxo subsuperficial. Apesar de o artigo estar entre os citados no Quadro 7, não entra na análise foco desse trabalho, por isso seus dados não foram anexados ao banco de dados.
Sarmento et al. (2012) avaliaram o papel de Cyperus sp. na remoção de poluentes de águas residuárias da suinocultura. VFCW em escala piloto, operando
com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 72 h, foram monitorados em uma estufa, em Viçosa (MG), Brasil. Foram observadas diferenças significativas para os seguintes parâmetros: N Kjeldahl, PT, alcalinidade e condutividade elétrica, com remoções médias de 37,5 e 28,5%, 55,9 e 44,4%, 30,2 e 25,6 e 26,1% e 22,9% (para CW plantadas e não plantadas, respectivamente). A evapotranspiração também foi estatisticamente superior nos CW plantadas. Assim, concluíram que plantas nos CW são importantes para atingir alta remoção de nutrientes.
Chagas et al. (Chagas et al., 2011) buscaram obter o ajuste de modelo matemático adaptado de cinética de primeira ordem e os respectivos parâmetros cinéticos para descrição da degradação da matéria orgânica em CW cultivados com lírio amarelo (Hemerocallis flava), no tratamento de esgoto doméstico. Para isso cultivaram CW com lírio amarelo e submeteram-nos a diferentes taxas de aplicação hidráulica (TAH) superficial de esgoto doméstico. Assim, o modelo matemático adaptado de decaimento do material orgânico apresentou bom ajuste e descreveu adequadamente a cinética de remoção de matéria orgânica (DQO) nos sistemas avaliados, apresentando, geralmente, R2 superior a 75%.
Fia et al. (2010) cultivaram duas gramíneas forrageiras de inverno, azevém (Lolium multiflorum) e aveia preta (Avena strigosa Schreb), em CW para o tratamento de águas residuárias do processamento dos frutos do cafeeiro (ARC) com o objetivo de se avaliar seu desempenho agronômico. Essas forrageiras foram submetidas a diferentes cargas orgânicas (650 a 1.500 kg ha-1 d-1 de DQO), proporcionadas pela aplicação dos efluentes de filtros anaeróbios, utilizados no tratamento da ARC. Os resultados permitiram concluir que, dentre as forrageiras estudadas, o azevém se mostrou mais adequado para ser cultivado em SACs utilizados no pós-tratamento da ARC efluente de filtros anaeróbios, já que apresentou maior rendimento de matéria seca e proteína bruta e, portanto, melhor adaptação ao sistema.
Von Sperling et al.(2010) compararam o desempenho de dois sistemas de tratamento que funcionam em paralelo, com a mesma água residual afluente: (i) UASB + três lagoas de polimento em série + filtro grosso (200 equivalentes de população) e (ii) UASB + wetlands construídos de fluxo subsuperficial (50 equivalentes de população). Duas unidades de CW, operando em paralelo, foram analisadas, sendo um plantada (Typha latifolia) e a outra não plantada. Os sistemas estavam localizados em Belo Horizonte, Brasil. Os CW mostraram-se mais eficientes
na remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos, levando a boas concentrações de DBO e de DQO e excelentes concentrações de SS no efluente. A CW plantada teve desempenho melhor do que a unidade não plantada, mas esta última também foi capaz de fornecer uma boa qualidade do efluente. O sistema de lagoas de polimento foi mais eficiente na remoção de nitrogênio (amônia) e de coliformes (E. coli). Os autores apresentam também as quantidades necessárias terra e considerações sobre o custo de tais sistemas.