DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE WETLANDS EMPREGADO PARA O PÓS-TRATAMENTO DE LIXIVIADO GERADO EM ATERRO SANITÁRIO

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DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE WETLANDS EMPREGADO PARA O PÓS-TRATAMENTO DE LIXIVIADO GERADO EM ATERRO SANITÁRIO

Rafael Shinji Akiyama Kitamura*

Universidade Positivo, Curitiba – PR, Brasil Curso de Ciências Biológicas

rafaelkitamura@hotmail.com Leila Teresinha Maranho

Universidade Positivo, Curitiba – PR, Brasil

Curso de Ciências Biológicas e Mestrado em Biotecnologia Industrial maranho@up.edu.br

Resumo

O Aterro Sanitário da Caximba utiliza no pós-tratamento de lixiviado, um sistema composto por três wetlands, para reduzir os impactos ambientais. Entretanto, a avaliação e o monitoramento do sistema são necessários para comprovar sua contribuição na complementação do tratamento. Por isso, objetiva-se avaliar o desempenho do sistema de wetlands empregado na remediação de lixiviado pós-tratado. Para a identificação da estrutura da vegetação e monitoramento de sua cobertura, ao longo das estações dos anos, foram estabelecidos dois transectos transversais em cada wetland e levantados os parâmetros fitossociológicos: frequência absoluta e relativa, cobertura relativa, área e valor de cobertura. Os parâmetros analisados do lixiviado em cada wetland foram:

Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Fósforo (P), Nitrogênio Amoniacal (NA) e Nitrogênio Total (NT) e foi calculada a eficiência do tratamento do lixiviado. Foram observados maiores valores de cobertura das macrófitas Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb., Echinochloa polystachya (H.B.K) Hitchcock e Eichhornia crassipes (Mart.) Solms., entretanto, ocorreram alterações fitofisionômicas que permitem afirmar a ocorrência de sucessão nas wetlands. Houve redução para todos os parâmetros, com máxima eficiência de remoção para NA, NT e P, de, respectivamente, 97,01%, 99,36% e 80,75%. Quanto à degradação da matéria orgânica, constatou-se redução de DBO e DQO, com valores máximos de remoção de 78,01% e 56,7%, respectivamente. A redução de todos os parâmetros demonstra que o sistema de wetlands está sendo eficiente e, por meio do desenvolvimento das macrófitas aquáticas e formas associadas, é uma alternativa para o pós-tratamento de lixiviado gerado em aterro sanitário.

Palavras-chave: Chorume. Fitorremediação. Macrófitas aquáticas. Poluição do ecossistema.

1 Introdução

A crescente expansão urbana, por meio das atividades antrópicas, aumenta o consumo de recursos, o que gera grande quantidade de resíduos sólidos urbanos (RSU). Tal fato necessita de

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atenção devido a todos os impactos gerados aos ecossistemas (EL-SALAM et al., 2014; MELNYK et al., 2014; WANG et al., 2014; WOLDEYOHANS et al., 2014). Como método mais comum para a realocação dos RSU, a disposição em aterros sanitários é implantada por vários países (EL- SALAM et al., 2014; FERNANDES et al., 2013).

Nos aterros, porém, há a produção de lixiviado quando ocorre a degradação dos resíduos, que pode gerar contaminantes preocupantes do ponto de vista ambiental, como metais pesados, amônio, nitrogênio amoniacal, matéria orgânica e inorgânica, microrganismos patogênicos e partículas sólidas (FERNANDES et al., 2013; HUANG et al., 2014; JONES et al., 2005; MELNYK et al., 2014; PREUSSLER et al., 2014; WOLDEYOHANS et al., 2014).

Os aterros sanitários apresentam sistemas de tratamentos dos efluentes, porém, muitas vezes, não atingem os parâmetros previstos em legislação ambiental vigente, o que exige a busca por pós- tratamentos alternativos (LANGE et al., 2006; PREUSSLER et al., 2014).

Como uma alternativa de pós-tratamento, o uso de fitorremediação em wetlands é uma solução promissora para a redução dos impactos no ambiente, que contribui na imobilização, degradação e remoção dos poluentes (GUITTONNY-PHILIPPE et al., 2015, PREUSSLER et al., 2014). Nesses sistemas são utilizadas plantas associadas a microrganismos e enzimas para reduzir o volume, mobilidade, toxicidade de contaminantes orgânicos e inorgânicos em níveis não tóxicos ou com menor toxicidade, técnica denominada de fitorremediação (ALI et al., 2013; CUNNINGHAM et al., 1996; IGHOVIE et al., 2014; NWOKO, 2009).

Wetlands são ambientes com significância ecológica por promoverem regulação climática e melhoria na qualidade de água, além de apresentarem potencial para o tratamento de diferentes tipos de resíduos e lixiviado (BADHE et al., 2014; BASSI et al., 2014; BIALOWIEC et al., 2014;

WANG et al., 2015). A construção do sistema de wetlands tem influência na eficiência de remoção, em períodos de alta pluviosidade, devido à diluição e redução no tempo de residência do poluente, e ao tratamento por evapotranspiração (TUTTOLOMONDO et al., 2014). Além disso, apresenta eficiência na remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo, por ação de microrganismos presentes na região rizosférica da vegetação (BADHE et al., 2014; BIALOWIEC et al., 2014).

A vegetação dos sistemas de wetlands apresenta relevância no tratamento do lixiviado por criar condições aeróbicas na região rizosférica, induzindo o crescimento de microrganismos por proporcionar compostos de carbono que pode ser utilizado pelos mesmos na oxidação, fermentação e desnitrificação por vias aeróbias, absorção de poluentes (N, P, metais pesados) e melhorar as condições hidráulicas de fluxo de águas residuais através do leito da wetland (BIALOWIEC et al., 2014; HEADLEY et al., 2012; PREUSSLER et al., 2014; WANG et al., 2015).

Dentro dessa perspectiva de uso da fitorremediação, empregando o sistema de wetlands, o Aterro Sanitário da Caximba, Curitiba, PR, Brasil, utiliza, desde janeiro de 2011, um sistema

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composto por três wetlands para o pós-tratamento do lixiviado. O local foi fechado em outubro de 2010, após receber por, aproximadamente, 20 anos, resíduos de Curitiba e mais 17 cidades da região metropolitana. Atualmente, o tratamento do lixiviado consiste na captação e condução do efluente aos tanques de equalização, segue para as lagoas anaeróbias e lagoas facultativas, e por fim, o lixiviado é conduzido para três wetlands sequenciais já existentes na área do aterro.

A avaliação e o monitoramento do sistema são importantes para comprovar que as plantas que crescem nesse sistema podem complementar o tratamento. Por isso, objetiva-se com essa pesquisa, avaliar o desempenho do sistema de wetlands para o pós-tratamento de lixiviado.

2 Material e métodos

A pesquisa foi conduzida no Aterro Sanitário da Caximba, Curitiba, PR, Brasil (Fig. 1), nas coordenadas 25°62’73,88”S e 49°33’42,38”W. A área total do aterro é de 1.015.000 m² e a área para disposição de resíduos de 439.540 m².

Figura 1 - Ortofoto do Aterro Sanitário da Caximba, Curitiba, PR, Brasil. A área delimitada pela linha de cor preta constitui a disposição de resíduos; em azul, as três wetlands (1ª, 2ª; 3ª) utilizadas no pós-tratamento de chorume.

Fonte: Google Earth (2015), adaptado pelo autor

Três wetlands localizadas na área do aterro (Fig.1) são utilizadas no pós-tratamento do lixiviado desde fevereiro de 2011. A primeira tem 15.424 m² e 31 dias de detenção hidráulica, a segunda tem 35.724 m² e 84 dias de detenção hidráulica e a terceira tem 19.993 m² e 35 dias de detenção hidráulica. O lixiviado passa sequencialmente pelas wetlands e é lançado no Rio Iguaçu.

O crescimento e desenvolvimento das macrófitas aquáticas nas três wetlands foram acompanhados por meio de levantamento fitossociológico durante as estações do ano entre a primavera de 2013 à primavera de 2014. Foram estabelecidos, em cada wetland, dois transectos transversais paralelos e permanentes. Sobre esses transectos foi efetuada a estimativa visual da cobertura de cada espécie em uma área de 1 m², esse processo feito dez vezes, obtendo-se um n=10.

O grau de cobertura das macrófitas foi definido pela escala de Braun-Blanquet (1979): a) 1 a 10 % da cobertura horizontal (grau médio 5%); b) 10 a 25% (grau médio 17,5%); c) 25 a 50% (grau

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médio 37,5%); d) de 50 a 75% (grau médio 62,5%); e) 75 a 100% (grau médio 87,5%). Após obtenção graus de cobertura, foram estimados os parâmetros fitossociológicos: frequência absoluta (Equação 1), frequência relativa (Equação 2), área de cobertura (Equação 3), valor de cobertura (Equação 4) e cobertura relativa (Equação 5)

(1) 𝐹𝐴 (%) = 100.

^𝑝𝑖

𝑃𝑇

(2) 𝐹𝑅 (%) = 100.

^𝐹𝐴

∑𝐹𝐴

(3) 𝐴𝐶 (𝑚

²

) = ∑(𝑔𝑐𝑘.

^𝑎𝑝

100

) (4) 𝑉𝐶 = 100.

^𝐴𝐶

𝐴𝑇

(5) 𝐶𝑅(%) = 100.

^𝐴𝐶

∑𝐴𝐶

Em que: FA: Frequência absoluta; FR: Frequência relativa; pi: número de parcelas com espécie; PT: número total de parcelas; gck: grau médio de cobertura da espécie; ap: área da parcela;

VC: valor de cobertura da espécie (%); AC: área coberta pela espécie (m²); AT: área total amostrada (20 m²); e CR: valor de cobertura relativa da espécie (%).

As coletas do lixiviado nas wetlands foram efetuadas mensalmente, em quatro pontos: 1º) entrada da primeira wetland; 2º) saída da primeira wetland; 3º) saída da segunda wetland; e 4º) saída da terceira wetland. As coletas foram realizadas no período de um ano.As análises de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Nitrogênio Amoniacal (NA), Nitrogênio Total (NT), Fósforo (P) foram realizadas de acordo com o Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA,1998).

A eficiência do tratamento (Equação 6) foi calculada segundo proposta de Kadlec e Knight (1996), que permite mensurar a percentagem de massa removida.

(6) 𝑀r(%) =

100.(m1−m2) m1

Em que: M_r(%)é a percentagem de massa removida; m₁ é a massa do poluente da amostra na entrada de cada wetland; e m₂ a massa do poluente da amostra na saída de cada wetland.

A série temporal das variáveis meteorológicas de precipitação acumulada (mm) e temperatura média do ar (ºC) foram coletadas na Estação Meteorológica, sob responsabilidade do Instituto Tecnológico SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná).

Os dados foram tabulados no programa Excel, da Microsoft®, 2013, sendo, posteriormente, calculados a média e respectivos desvios-padrão.

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3 Resultados e discussão

No monitoramento sazonal das macrófitas constatou-se que a vegetação está representada por três espécies, com as maiores coberturas relativas: Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb., Echinochloa polystachya (H.B.K) Hitchcock e Eichhornia crassipes (Mart.) Solms. (tab. 1).

Tabela 1. Perfil fitossociológico das macrófitas presentes no sistema de wetlands empregado no pós-tratamento de lixiviado gerado no Aterro Sanitário da Caximba, Curitiba, PR, Brasil. WET= wetland; FA=frequência absoluta;

FR=frequência relativa; AC=área de cobertura; VC=valor de cobertura; e CR=cobertura relativa Primavera/2013

Macrófitas FA (%) FR(%) AC VC CR(%)

WET 1 Echinochloa polystachya 55 78,57 0,01 0,44 87,85

Alternanthera philoxeroides 15 21,43 0,01 0,06 12,15

TOTAL 70 100 0,10 0,50 100

WET2

Hydrocotyle bonariensis 5 6,25 0,00 0,02 3,76

Espécie não identificada 20 25 0,00 0,05 12,21

TOTAL 80 100 0,08 0,41 100

WET 3

Echinochloa polystachya 30 19,35 0,03 0,13 12,66

Eichhornia crassipes 95 61,29 0,16 0,81 81,19

TOTAL 155 100 0,20 1,00 100,00

Verão 2014

WET 1 Echinochloa polystachya 45 100 0,14 0,69 100,00

TOTAL 45 100 0,14 0,69 100,00

WET 2

Hydrocotyle bonariensis 30 35,29 0,01 0,07 16,19

Espécie não identificada 5 5,88 0,00 0,00 0,69

TOTAL 85 100 0,09 0,44 100,00

WET3

Echinochloa polystachya 20 15,38 0,01 0,06 8,69

TOTAL 100 100 0,15 0,73 100,00

Outono/2014

WET1 Echinochloa polystachya 55 100 0,08 0,39 100,00

TOTAL 55 100 0,08 0,39 100,00

WET2

Alternanthera philoxeroides 45 45 0,07 0,35 84,54

Hydrocotyle bonariensis 30 30 0,01 0,05 12,97

Espécie não identificada 25 25 0,00 0,01 2,50

TOTAL 100 100 0,08 0,41 100,00

WET3 Echinochloa polystachya 20 15,38 0,02 0,12 12,01

TOTAL 115 100 0,20 1,00 100,00

continua

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Tabela 1. Perfil fitossociológico das macrófitas presentes no sistema de wetlands empregado no pós-tratamento de lixiviado gerado no Aterro Sanitário da Caximba, Curitiba, PR, Brasil. WET= wetland; FA=frequência relativa;

FR=frequência relativa; AC=área de cobertura; VC=valor de cobertura; e CR=cobertura relativa Inverno/2014

Não Mensurado Primavera/2014

WET1

Echinochloa polystachya 75 65 0,06 0,30 58,00

Rhynchospora corymbosa 5 4 0,00 0,01 2,00

Ipomea cairica 5 4 0,00 0,01 2,00

TOTAL 115 100 0,14 0,70 100,00

WET2

Echinochloa crus-pavonis 5 5 0,02 0,10 17,00

Cyperus difformis 15 15 0,02 0,10 17,00

TOTAL 100 100 0,12 0,60 100,00

WET3

Eichhornia crassipes 100 50 0,10 0,50 55,00

Typha domingensis 10 5 0,02 0,10 11,00

Cyperus difformis 10 5 0,02 0,01 1,00

TOTAL 200 100 0,18 0,91 100,00

Fonte: Autoria própria (2015)

Os resultados demonstram alteração no perfil fitossociológico das wetlands no decorrer dos anos, o que indica o processo natural de sucessão, em que algumas espécies vão substituindo as outras. Ao comparar os dados observados por Preussler et al. (2014) nos anos de 2011-2012 para o Aterro Sanitário da Caximba, é possível verificar o aparecimento de novas espécies como Typha domingensis, Cyperus difformis, Ipomea cairica, Echinochloa crus-pavonis e Rhynchospora corymbosa, e o desaparecimento de Hydrocotyle bonariensis a partir da primavera de 2014.

As plantas presentes nas wetlands são um componente importante no tratamento de efluentes. As diferentes espécies de macrófitas aquáticas podem diferir no seu desempenho, possibilitando melhores eficiências de remoção dos poluentes (ZHANG et al., 2010).

O maior registro de precipitação acumulada (fig. 2a) foi de 338,8 mm no período de junho, e o menor 42,6 mm no período de julho de 2014. A temperatura média (fig. 2b) registrada no período variou de 13 °C a 22,8 °C.

De acordo com Tuttolomondo et al. (2014), em períodos de alta pluviosidade há a diluição e contribuição no tratamento de poluentes e, em períodos de maiores temperaturas, ocorre a contribuição no tratamento por meio de evapotranspiração das plantas e do sistema geral de wetlands.

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Figura 2 – Condições meteorológicas analisadas no período de 2013 a 2014 para o Aterro Sanitário da Caximba. A) precipitação acumulada (mm); B) temperatura média do ar (°C).

Referente ao desempenho das wetlands, no pós-tratamento de lixiviado, foi observado redução para todos os parâmetros químicos analisados, conforme o indicado na tabela 2.

Analisando os dois anos da presente pesquisa, verificou-se que a eficiência variou de 36,53% a 78,01% para DBO; 36,49% a 56,7% para DQO; 88,39% a 97,01% para NA; 67,8% a 99,36% para NT; e, 47,33 a 80,75% para P. Conforme Zhang et al. (2015), vários trabalhos demonstram a eficiência de sistemas de wetlands no tratamento de efluentes, demonstrando níveis de redução dos parâmetros como 53,3% a 75,4% para NT; 66,2% a 80,7% para NA; e valores de aproximadamente 69,8% para P. Tais valores demonstram que o sistema de wetlands analisados na presente pesquisa, apresentaram melhores eficiências para esses parâmetros físico-químicos.

De uma maneira geral, constatou-se um aumento no desempenho do sistema de wetlands quando comparados os resultados obtidos pela presente pesquisa ao trabalho de Preussler et al.

(2014). Esses autores relatam para os anos de 2011 e 2012 maior eficiência de remoção para DBO de 78%, para DQO de 63%, para NA de 85%, para NT de 90% e para P de 85%.

No período de outono de 2014, foram registradas maiores eficiências na redução de NA e NT e a melhor eficiência de DBO no ano de 2014 (tab. 2), que corresponde com o registro de altos valores de cobertura relativa das macrófitas aquáticas.

Os resultados demonstram que houve degradação da matéria orgânica pelo sistema de tratamento de wetlands devido à eficiência de remoção que apresentou valores de 78,01% para DBO e 56,7% para DQO. Badhe et al. (2014) relatam que a degradação biológica é de grande responsabilidade na remoção de DQO nas wetlands. A atividade microbiológica presente na rizosfera das plantas contribui na biodegradação da matéria orgânica por meio de oxidação, fermentação ou desnitrificação por vias aeróbias e absorvendo poluentes (BIALOWIEC et al., 2014;

PREUSSLER et al., 2014; WANG et al., 2015).

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Tabela 2 - Média±desvio-padrão e eficiência de remoção (%) sazonal para DBO, DQO, NA, NT e P no sistema de wetlands empregado no pós-tratamento de lixiviado de aterro sanitário nos anos de 2013 e 2014

2013

PARÂMETROS

VERÃO OUTONO INVERNO PRIMAVERA

ENTRADA SAÍDA

EF (%)

ENTRADA SAÍDA

EF (%)

ENTRADA SAÍDA

EF1 (%)

ENTRADA SAÍDA

EF (%) DBO (mg.L^-1) 140,0±72,20 54,14±28,48 61,23 148,85±30,25 9,36±9,36 78,01 125,90±10,58 79,27±23,08 38,17 177,21±20,37 87,96±25,79 49,70 DQO (mg.L^-1) 1778,12±335,11 885,75±103,47 50,31 2001±187,18 1053±26,91 46,87 1342,68±328,48 748,16±239,55 45,16 1192,84±107,55 560,03±82,14 53,07 NA (mg.L^-1) 568,83±88,43 66,13±7,53 88,39 1160,41±42,19 42,19±29,00 96,36 566,37±104,18 49,14±9,10 91,32 500,83±110,17 57,34±16,8 88,59 NT (mg.L^-1) 1019,96±130,05 156,05±19,92 84,70 1208,35±237,88 114,62±23,97 90,51 947,89±92,62 100,20±7,58 89,43 922,87±112,79 297,04±253,48 67,81 P (mg.L^-1) 12,93±1,40 6,81±0,44 47,33 12,53±1,71 6,54±0,99 47,81 12,17±1,05 4,87±2.55 59,58 14,26±5,26 3,47±0,54 75,67

2014

DBO (mg.L^-1) 150,48±27,53 95,51±10,11 36,53 175,23±27,84 56,06±44,60 68,01 1607,45±212,45 965,46±96,91 39,94 345,62±69,12 144,28±30,15 58,3 DQO (mg.L^-1) 1264,26±108,25 682,31±149,49 46,03 1474,08±79,68 936,24±119,52 36,49 1237,66±115,42 573,63±112,71 53,65 1717,57±162,52 743,81±110,93 56,7 NA (mg.L^-1) 459,84±129,44 29,54±17,93 95,58 964,37±94,3 28,85±2,10 97,01 373,11±33,51 25,71±0,24 93,11 NM NM NM NT (mg.L^-1) 1243,20±358,84 68,54±28,32 94,49 277,17±39,39 1,76±0,76 99,36 1088,77±68,45 66,86±11,25 93,86 884,08±385,13 9,08±5,09 98,9 P (mg.L^-1) 14,49±2,26 2,79±0,45 80,75 11,4±2,25 2,97±0,64 73,95 11,7±0,11 4,20±0,02 64,10 NM NM NM

*NM – Não mensurado.

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Zhang et al. (2010) relatam trabalhos envolvendo Tipha latifolia e Colocasia esculenta para a remoção de 69% a 75% para P; 75% a 79% para DQO, demonstrando alta eficiência no tratamento aeróbio de esgoto doméstico.

Pela remoção dos parâmetros nutricionais e de matéria orgânica, pode-se sugerir pelos resultados obtidos que as estratégias de fitorremediação utilizadas pelas plantas são a fitoextração, fitoestimulação e rizodegradação. Essas mesmas estratégias foram citadas por Preussler et al. (2014) quando avaliaram o desempenho desse mesmo sistema nos anos de 2011 e 2012.

4 Considerações finais

O desempenho do sistema de wetlands é efetivo no tratamento de lixiviado gerado em aterro sanitário devido à redução observada para todos os parâmetros analisados. Tendo em vista os altos valores de cobertura e o desenvolvimento das macrófitas, é possível verificar que a vegetação está se adaptando às condições do lixiviado, contribuindo para o processo de eficiência de remoção dos poluentes por meio da fitorremediação.

Referências

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