IMPLANTAÇÃO DE LEITOS CULTIVADOS CONSTRUÍDOS

A implantação e o funcionamento dos leitos cultivados dependem, significativamente, das condições do local de sua implantação e do clima. Cada projeto deve ter um estudo preliminar que permita avaliar, com dados existentes, a potencialidade desse tipo de sistema para a tarefa desejada e o potencial dos locais para a sua instalação. Essa avaliação a priori deve determinar: (a) exeqüibilidade potencial e área necessária; (b) avaliação dos locais em termos de fatores técnicos e econômicos e seleção de um ou mais para investigação detalhada; (c) investigação de campo; (d) identificação de alternativas mais efetivas em termos de custo; (e) desenvolvimento de critérios para o projeto final (CAMPOS, 1999).

2.5.6.1 Aspectos hidráulicos

Segundo Mitsch e Gosselink (1993) apud Anjos (2003), a hidrologia é a mais importante variável para a construção de leitos cultivados, e determinante para o seu funcionamento. Os autores informam, que, caso as condições hidrológicas estejam bem definidas, os processos químicos e biológicos se desenvolverão em conformidade. Os parâmetros usados para descrever as condições hidrológicas incluem a profundidade do sistema, o tempo de residência da água no sistema e a base geomorfológica.

O desempenho dos leitos cultivados construídos é dependente do projeto hidráulico, aliado a outros fatores, tais como precipitação, infiltração, evapotranspiração, padrão de carga hidráulica e a profundidade da água. Estes parâmetros são importantes nos cálculos de balanço hídrico e expressos conforme a seguinte equação (KADLEC e KNIGHT op.cit apud ANJOS, 2003).

DT Dv ET P Qo Qi− + − = / Equação 01 Em que:

Qi = fluxo do afluente do resíduo líquido (V.t-1)

Qo = fluxo do efluente do resíduo líquido (V.t-1)

P = precipitação (V.t-1)

ET = Evapotranspiração (V.t-1)

V = volume da água T = tempo

O regime hidráulico desse tipo de sistema é controlado pela condutividade hidráulica do meio usado ou pelo gradiente hidráulico do sistema, de acordo com a lei de Darcy (CAMPOS, 1999). S A Ks Q= × × Equação 02 Em que:

Q = vazão por unidade de tempo

Ks = condutividade hidráulica de uma unidade de área do suporte, perpendicular à direção do fluxo

A = área da seção transversal

S = gradiente hidráulico do sistema de vazão, dh.dL-1

Assim, a área da seção transversal de escoamento do sistema pode ser calculada como:

S Ks Q

Em que:

Ac (d.w) = área da seção transversal ao leito, perpendicular à direção do fluxo, m2

d = profundidade do leito, m W = largura do leito, m

Q = vazão média no sistema, m3.dia-1

Ks = condutividade hidráulica do meio, m3 (m2.dia-1)

S = * declividade do leito ou grandiente hidráulico (como fração decimal) * para leitos de fundo plano assumir S = 0,001

A velocidade de fluxo (Q.Ac-1) do líquido através da seção do meio não deve exceder

8,6 m.dia-1, para evitar a ruptura da estrutura meio/rizoma/raízes e assegurar um tempo de

contato suficiente entre o líquido e o biofilme para o tratamento (CAMPOS, 1999).

A profundidade do leito deve variar de acordo com a macrófita aquática usada. Os limites conhecidos são de 76 cm para Scirpus sp. e 30 cm para Typha sp. Uma vez que a profundidade e a declividade sejam determinadas, é possível calcular a largura do leito, a qual assegura que a vazão de projeto seja contida no perfil do leito e não apareça como fluxo superficial abaixo do ponto de aplicação do gradiente (CAMPOS, 1999).

( )

W

d× = / _s → = / × × Equação 04

2.5.6.2 Tempo de residência hidráulica

O tempo de residência hidráulica esta relacionada com a disponibilidade de espaços vazios, de substrato e da vazão média do sistema (CAMPOS, 1999).

Q Vv

Em que:

t = tempo de residência hidráulica no sistema, dia

Vv = volume de vazios no sistema, m3

Vv = n.V Vv = n.l.w.d

n = porosidade do leito, como fração decimal

V = volume total do sistema, m3

l = comprimento do sistema (paralelo à direção do fluxo), m w = largura do sistema (perpendicular à direção do fluxo), m

d = profundidade de submergência, igual à altura do substrato no leito, m

Q = vazão média por meio do sistema, m3.d-1

A vazão de água residuária por meio do sistema é considerada igual à vazão de projeto quando não ocorre perda e água por evapotranspiração e infiltração ou ganho por precipitação (CAMPOS, 1999).

2.5.6.3 Relação da constante cinética com a porosidade do substrato

Segundo Campos (1999), a porosidade do meio suporte pode afetar a constante cinética. Isso se deve à disponibilidade de superfície para a formação de biofilme e à maior ou menor condutividade hidráulica. Segundo este autor esta relação foi proposta como:

) 31 , 37 ( 4,172 0 20 K n K = × Equação 06 Em que:

K20 = Constante da taxa de projeto a 20 ºC para o meio selecionado

K0 = Constante “ótima” para o meio com biomassa subterrânea completamente desenvolvida

: 1,839 d-1, águas residuárias municipais/domésticas

2.5.6.4 Operação nos leitos

Segundo Campos (1999), em princípio, a vegetação não deve ser coletada. A coleta de vegetação é recomendada quando se pretende aumentar a remoção de nutrientes. As macrófitas aquáticas devem ser mantidas em crescimento por meio de distúrbios programados como corte e recorte, (o que promove seu crescimento), aumentado-se com essa operação, à quantidade de nutrientes removidos. Nessa face, as espécies de macrófitas aquáticas tomam quantidades razoáveis de nutrientes, favorecendo o balanço de nutrientes. A maioria dessas espécies apresenta alguma forma de crescimento ao longo de todo o ano, o que possibilita a implantação dessa estratégia (CAMPOS, 1999).

A manutenção de sistemas multiespécies deve ser favorecida, uma vez que cada espécie responde diferentemente à variações de carga e têm ótimos de resposta em épocas distintas do ano. A área de detritos e sedimentos do sistema deve ser aumentada para maximizar as funções de estocagem/sedimentos. Deve-se promover, também, formação de áreas em condições anaeróbias, uma vez que essas áreas promovem aumento da residência de nutrientes e matéria orgânica, em função das baixas taxas de ciclagem verificadas nessas condições (CAMPOS, 1999).

2.5.6.5 Eficiência dos leitos

Conforme Mistsch e Gosselink (1993) apud Lautenschlager (2001), a eficiência dos leitos cultivados construídos está diretamente relacionada à percentagem de nutrientes ou substâncias químicas removidas, retidas, transformadas ou decompostas. Essa eficiência representa a diferença em percentagem entre a quantidade de resíduos que entram no sistema, menos a quantidade que sai. Esse processo está diretamente associado com os ciclos biogeoquímicos (nitrogênio e fósforo) e os processos de transportes químicos (sorção, complexação e oxi-redução). Kadelec e Knight (1996) apud Lautenschlager (2001) desenvolveram uma relação que vem sendo usada para calcular a percentagem de massa removida para eficiência dos leitos cultivados naturais e construídos, tanto para nutrientes quanto para metais tóxicos.

(

)

%massaremovida= M −M M Equação 07

Em que:

M1= massa do poluente da entrada do leito M2= massa do poluente da saída do leito