Wetlands-construídos

O sistema de tratamento utilizando plantas ornamentais foi concebido para ser construído de maneira o mais simples possível, com materiais facilmente encontrados no mercado visando a sua fácil aplicabilidade e replicabilidade inclusive em locais isolados ou zona rural. Optou-se pela utilização de piscinas construídas em resina

plástica reforçada com fibra vidro devido à facilidade construtiva, rapidez de execução das obras de implantação, garantia da estanqueidade do sistema e redução dos custos das obras civis (Figura 5.4). Em outras situações de implantação, os tanques poderão ser confeccionados como obras de terra, desde que se garanta a impermeabilidade do solo do fundo e lateral dos tanques.

Figura 5.4 – Representação esquemática em corte de um wetland construído

Para o experimento foram utilizados tanques com dimensões com 2,7 m de comprimento por 1,7 m de largura por 0,50 m de altura. O formato retangular em planta foi utilizado de modo a facilitar as condições hidráulicas para o fluxo de esgoto a ser utilizado.

Os tanques foram assentados diretamente sobre o solo de forma semi-enterrada, com declividade aproximada de 1,85% (desnível de 5 cm).

A concepção do sistema de pós-tratamento foi realizada de forma que os tanques fossem assentados em níveis diferentes garantindo diferença de cota mínima de 20 cm entre as linhas, vislumbrando carga hidráulica suficiente para que as duas linhas instaladas possam ser operadas em série futuramente.

Para a distribuição do esgoto no interior dos wetlands, e a sua posterior coleta, foram instalados dispositivos de entrada e saída nos tanques de forma a oferecer condições de difusão adequada do líquido pelo meio suporte.

entrada

saída

material suporte líquido

5.2.1. Dispositivos de entrada e saída

Em acordo com a característica de funcionalidade e simplicidade do sistema optou-se pela elaboração de dispositivos de entrada e saída que possam ser replicáveis, utilizando-se materiais facilmente encontrados em lojas de material de construção.

Devido às dimensões do sistema optou-se pela não utilização de área de entrada e saída com meio suporte de dimensões diferentes daquelas propostas para o corpo do tanque de forma a simplificar a execução da obra civil e a redução de custos.

O dispositivo de entrada foi elaborado a partir de um tubo de PVC de diâmetro 5 cm perfurado ao longo de toda a sua extensão. Os furos, com diâmetro 1,2 cm cada, foram feitos de modo a formar uma linha paralela à geratriz do tubo. O tubo perfurado foi colocado apoiado sobre o leito de meio suporte e nivelado de forma que a linha de furos ficasse acima da meia altura do tubo. A entrada do efluente se dá no ponto central do comprimento do dispositivo de entrada, por meio de uma conexão de redução que facilita a coleta de amostras e medidas de vazão, conforme visualizado nas Figuras 5.5 e 5.6.

Figura 5.6 – Dispositivo de entrada implantado no sistema.

De forma análoga foi elaborado o dispositivo de saída do sistema.

O dispositivo coletor, confeccionado a partir de um tubo de PVC de 5 cm de diâmetro foi colocado próximo ao fundo do tanque, aproveitando a furação existente no fundo da piscina. Foram feitos furos de 1,2 cm de diâmetro espaçados a cada 10 cm no tubo de modo a formar linhas paralelas à geratriz do tubo. Ao contrário do sistema de entrada, onde somente uma linha de furos foi feita, para a tubulação de saída foram feitas 2 linhas, com furos intercalados (Figuras 5.7 e 5.8). Assim como para o dispositivo de entrada, optou-se pela manutenção do meio suporte com as mesmas características do utilizado para todo o corpo do reator.

Figura 5.8 – Detalhe do coletor implantado na saída do sistema.

O coletor de saída é conectado a um dispositivo externo de saída formado por um conjunto de redutores, acoplados uns dentro dos outros, e ligados a um sistema de tubulação que mantém a altura interna da lâmina líquida no nível necessário ao funcionamento do sistema. Esse dispositivo permite movimento de giro da tubulação externa no sentido vertical e horizontal (Figura 5.9).

A parte interna do coletor de saída fica submersa no interior do tanque, junto ao fundo, coberta pelo meio suporte que sustenta as plantas.

5.2.2. Meio suporte

Foram utilizados dois materiais diferentes como meio suporte. Os tanques 1, 2 e 5 (indicadas na Figura 5.1) receberam pedra britada n°1, enquanto os tanques 3, 4 e 6 receberam anéis de bambu.

Ambos os materiais foram acondicionados de forma aleatória no interior das piscinas mantendo uma distância de 10 cm entre o nível do leito e a borda da piscina na parte anterior e cerca de 6 cm na parte posterior de forma a manter o nível do leito paralelo ao nível d’água para que a lâmina líquida não ficasse aflorante.

Os anéis de bambu têm dimensões médias aproximadas entre 4 e 6 cm de diâmetro por 4 cm de altura. Uma amostra do material pode ser observada na Figura 5.10.

Figura 5.10 – Anéis de bambu – detalhe

A espécie de bambu utilizada como meio suporte foi a Bambusa tuldoides (Figura 5.11), nativo do sudeste da Ásia (China) que pode ser encontrado em grande parte do

território nacional. O material utilizado no experimento foi coletado nas dependências do Instituto Agronômico de Campinas – IAC - e cortado com serra circular para a produção dos anéis.

A espécie foi escolhida por já ter sido utilizada com sucesso em experimentos conduzidos na Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp como meio suporte para tratamento de efluentes em filtro anaeróbio (CAMARGO 2000) e por ter diâmetro natural das hastes em torno de 5 cm, que as tornam adequadas ao desenho empregado no sistema.

O bambu utilizado no sistema não sofreu qualquer tipo de tratamento além do corte em anéis, que foram produzidos com as hastes ainda verdes. As hastes cortadas do bambuzal do Instituto Agronômico de Campinas (IAC) tiveram a parte superior descartada, em torno de 1 m a partir da ponta, de forma a possibilitar melhor uniformidade no diâmetro dos anéis.

Figura 5.11 – Bambusa tuldoides – espécie de bambu utilizada para a confecção de meio suporte.

Apesar da facilidade de encontrar o bambu em todo território nacional, o seu corte apresenta algumas dificuldades. O corte em forma de anel exige que as hastes sejam cortadas no sentido perpendicular às fibras do caule. A rigidez das fibras e a sua disposição paralela ao crescimento da haste fazem com que exista a possibilidade de que, no lugar do corte, ocorra a separação das fibras, “desfiando” ou esmagando o caule.

Acima do leito de bambu foi utilizada uma camada em torno de 5 cm de pedra britada, do mesmo tamanho utilizado como meio suporte nos demais leitos. Esse artifício foi necessário já que o bambu tende a flutuar quando submerso e não ofereceu resistência suficiente para sustentar eretas as hastes de papiro frente à força do vento logo após o plantio. A camada de brita, que pode ser substituída por seixo rolado se necessário, tem como função manter o leito de bambu no local desejado.

A pedra britada utilizada nas wetlands 1, 2 e 5 pode ser adquirida comercialmente em casas de material de construção e têm dimensões médias entre 9,5 e 19 mm. Para a sua utilização nos tanques, a brita não sofreu qualquer tipo de tratamento, nem mesmo a sua limpeza.

O meio suporte interfere diretamente, entre outros, no volume efetivo dos tanques que pode ser preenchido com esgotos para o tratamento. Quanto maior o índice de vazios proporcionado pelo material, maior o volume efetivo conseguido no sistema.

A verificação do índice de vazios foi feita com três amostras de cada um dos meios suportes, adotando-se como referência a média dos valores obtidos nas três amostragens, indicados na Tabela 5.2.

Tabela 5.2 – Valor médio do índice de vazios para os meios suportes utilizados nas

wetlands

Meio suporte Índice de vazios (%)

brita n°1 44,70

anéis de bambu 73,43

Para a determinação do índice de vazios de cada uma das amostras foi utilizado um becker de 4 L de volume nominal. O béquer foi calibrado, colocando-se com proveta graduada água até o preenchimento total do volume disponível, obtendo-se o valor do volume de água. O mesmo béquer foi preenchido, inicialmente, com amostra de anéis bambu, retiradas dos tanques, até a borda. Então os vazios foram preenchidos com água e o volume anotado. O procedimento foi repetido com 3 amostras diferentes de anéis de bambu e três amostras diferentes de brita.

De posse do índice de vazios para cada material suporte foram calculadas as vazões necessárias para a manutenção dos tempos de detenção hidráulica requeridos ao funcionamento do sistema.

5.2.3. Vazões e tempo de detenção hidráulico

Assim como para os filtros, as vazões necessárias para a manutenção de tempos de detenção hidráulicas desejados para os wetlands-construídos de fluxo subsuperficial devem ser consideradas de forma a levar em conta apenas o volume útil dos tanques, descontado o volume do material inerte formador do meio suporte.

Para o conjunto de wetlands-construídos instalado foi proposta, inicialmente, a utilização de três diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH): 3,5; 2 e 1 dia.

Com base nos índices de vazios listados na Tabela 5.2, foi elaborada a Tabela 5.3 que relaciona os valores de TDH pré-determinados e as vazões necessárias para sua manutenção.

Tabela 5.3 – Valores de TDH e vazões necessárias à sua manutenção

Vazão (mL.min-1) TDH (dia) brita Bambu 3,5 171 281 2 229 492 1 598 983

O controle de vazões foi feito três vezes por dia, pela manhã, por volta do meio dia e no final da tarde.

Ressalta-se que o sistema de tratamento foi submetido a regime real de operação proporcionado pelas instalações da FEAGRI, provedora de efluentes para o tratamento. A ausência de atividades acadêmicas nos finais de semana, feriados e períodos de férias acarreta a interrupção de recebimento de efluentes pelo sistema que permanece ocioso durante esses dias. Por outro lado, a limpeza de salas e demais instalações e as atividades laboratoriais altera significativamente a qualidade do esgoto gerado, mesmo que de forma pontual, alterando as características médias admitidas para comparação.

Ressalta-se que esta característica operacional vem possibilitar a avaliação do sistema em regime de funcionamento próximo ao regime real de geração de efluentes que ocorre em diversas localidades.

5.2.4. Vegetação

Para a concepção desenvolvida para o presente sistema, a vegetação utilizada nos

wetlands-construídos deverá, além de ser capaz de viver em áreas alagadas, ter algum

interesse comercial ou ornamental e possibilitar a obtenção de efluente de qualidade. Para o plantio inicial foram selecionadas duas espécies (Figura 5.12):

• Zantedeschia aethiopica: popularmente conhecida como copo de leite;

• Cyperus papyrus: conhecido também como papirus, papiro ou papiro gigante.

(a) Zantedeschia aethiopica (b) Cyperus papyrus Figura 5.12 – Espécies em teste no sistema de pós-tratamento com wetlands

O papiro foi utilizado nos wetlands 1 e 4, enquanto o copo de leite foi utilizado nos

wetlands 2 e 3. Os leitos 5 e 6 permaneceram sem vegetação para que sirvam de

testemunha e possibilitem a verificação das alterações provocadas pelas plantas no sistema.

Além das espécies principais, mais quatro espécies foram submetidas a teste para verificação de viabilidade de crescimento sob as condições impostas pelo sistema de tratamento de esgotos. São elas:

• Alpinia purpurata, nome popular: alpínia (Figura 5.13a);

• Alpinia zerumbet, nome popular: alpínia listrada (Figura 5.13b);

• Zingiber spectabile, nome popular: gengibre ornamental (Figura 5.13c); • Iris germanica, nome popular: íris azul (Figura 5.13d).

Duas mudas de cada uma das quatro espécies foram plantadas aleatoriamente junto às duas espécies principais de plantas em teste, sendo uma muda de cada espécie no

wetland-construído 1 (brita com papiro) e mais uma muda de cada espécie no wetland-

construído 2 (brita com copo de leite).

a. Alpinia purpurata b. Alpinia zerumbet

c. Zingiber spectabili _{d. Iris germanica}

Figura 5.13 – Espécies vegetais utilizadas em teste paralelo quanto ao crescimento sob as condições impostas pelo sistema de tratamento de esgotos.

Durante a floração da espécie comprada como Iris germanica foi verificado que a espécie adquirida, embora muito semelhante quanto às folhas, era na verdade

Neomarica caerulea, conhecida popularmente como pseudo-íris-azul ou falsa íris

(Figura 5.14). Essa espécie é nativa do Brasil, atinge 120 cm de altura, tem boa resistência ao sol, mas é menos resistente a áreas alagadas que a espécie desejada.

Figura 5.14 – Neomarica caerulea

O plantio inicial do papiro foi realizado em 28 de abril de 2005 totalizando 40 mudas divididas em dois tanques. O copo de leite, inicialmente foi plantado em 29 de abril de 2005 totalizando 40 mudas divididas em dois tanques.

Foram abertas cavas no leito de material suporte onde foram colocadas as mudas, depois da retirada do excesso de solo, de forma que as raízes permanecessem submersas.

O plantio foi realizado em 4 linhas no sentido longitudinal dos tanques, cada linha com 5 plantas (Figura 5.15).

Como será discutido no item referente à vegetação nos resultados, o comportamento do copo de leito não foi como o esperado, exigindo que espécies adicionais fossem selecionadas e adicionadas ao sistema onde anteriormente havia somente copo de leite, são elas:

• Canna x generalis, nome popular: biri (8 mudas)

• Canna indica var rubra, nome popular: biri roxo (2 mudas) • Cyperus isocladus, nome popular: mini papiro (4 mudas)

• Nelumbo nucifera, nome popular: lótus (4 mudas) (Figura 5.16a)

• Agapanthus africanus, nome popular: agapanto (8 mudas) (Figura 5.16b)

• Heliconia psittacorum, nome popular: helicônia papagaio (2 mudas) (Figura 5.16c) • Neomarica caerulea, nome popular: falso-íris (16 mudas)

• Dietes bicolor, nome popular: moréia (8 mudas) (Figura 5.16d)

a. Nelumbo nucifera b. Agapanthus africanus

c. Heliconia psittacorum d. Dietes bicolor

As mudas foram plantadas nos wetlands-construídos em posições aleatórias com o intuito de permitir que as diversas espécies selecionadas competissem entre si de forma que as mais aptas às condições impostas pelo sistema dominassem o tanque. Depois de finalizada a etapa de verificação de qualidade de efluente, o tanque com leito de brita e sem vegetação foi utilizado para a verificação visual da adaptação de mais algumas espécies:

• Monstera deliciosa, nome popular: guaimbê (2 mudas)

• Philodendron bipinnafidum, nome popular: costela de adão (1 muda) • Sansevieria trifasciata, nome popular: espada de são Jorge (2 mudas) • Equisetum hyemale, nome popular, cavalinha (2 mudas)

• Heliconia rostrata, nome popular: bananeira ornamental (1 muda)