DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL ENGENHARIA AMBIENTAL
RAFAEL GARCIA DA SILVA
DIMENSIONAMENTO E CONTRUÇÃO DE UM WETLAND CONSTRUÍDO TIPO FRANCÊS PARA TRATAMENTO DO EFLUENTE DE UM RESTAURANTE
UNIVERSITÁRIO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
LONDRINA 2018
RAFAEL GARCIA DA SILVA
DIMENSIONAMENTO E CONTRUÇÃO DE UM WETLAND CONSTRUÍDO TIPO FRANCÊS PARA TRATAMENTO DO EFLUENTE DE UM RESTAURANTE
UNIVERSITÁRIO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental do Departamento de Engenharia Ambiental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Orlando de Carvalho Junior
LONDRINA
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Londrina
Coordenação de Engenharia Ambiental
TERMO DE APROVAÇÃO
Título da Monografia
Dimensionamento e construção de um wetland construído tipo Francês para
tratamento de efluente de um restaurante universitário
por
Rafael Garcia da Silva
Monografia apresentada no dia 05 de dezembro de 2018 a
o Curso Superior deEngenharia Ambiental da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Londrina. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho _____________________________________________________ (aprovado, aprovado com restrições ou reprovado).
____________________________________ Prof. Dr. Ajadir Fazolo
(UTFPR)
____________________________________ Prof. Dr. Ricardo N. Costanzi
(UTFPR)
____________________________________ Profa. Dr. Orlando Carvalho Junior
(UTFPR) Orientador
__________________________________ Profa. Dra. Edilaine Regina Pereira
Responsável pelo TCC do Curso de Eng. Ambiental
tratamento do efluente de um restaurante universitário. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em engenharia ambiental e sanitária). - Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2018.
No presente trabalho foi realizado o dimensionamento e construção de um wetland francês com segundo estágio parcialmente saturado, desenvolvido para o tratamento do efluente de um restaurante universitário. A pesquisa foi conduzida, no sul do Brasil, mais precisamente na cidade de Londrina (latitude -23,304218, longitude -51,172223), e um local adjacente ao Restaurante Universitário do Campus. O sistema vem sendo objeto de pesquisa de outros discentes do curso de Engenharia Ambiental e foi dimensionado segundo critérios de Molle et. al (2005) para wetlands tipo francês, possuindo leito do primeiro estágio com área superficial de 1,13m² (Largura =0,90m; Comprimento=1,25m). O maciço filtrante foi composto por 0,10m de brita 1 (Φ = 9,5-19mm) ao fundo; 0,25m de brita ½ (Φ = 5-12,7mm) na camada intermediária e 0,20m de brita 0 (Φ = 4, 5-9,5mm) na camada superior. O leito segundo estágio teve área superficial de 1m² e 0.70m de profundidade de maciço filtrante constituído, do fundo à superfície, por 0,1m de brita 2 (Φ = 19-32mm), 0,2m de brita 1 (Φ = 9.5-19mm), 0,2m de brita 0 (Φ = 4,5-9,5mm) e 0.2m de areia (d60 = 0.36mm, d10 = 0.18mm e coeficiente de uniformidade 2). Na superfície deste wetland foram plantadas mudas de Heliconia Rostrata, (6 mudas/m²) considerando sua rusticidade, características radiculares e ornamentação paisagística proporcionada por suas flores.
Palavras – chave: Construção de wetland Francês; leito submerso; tratamento de efluente de restaurante universitário.
SILVA, R.G. Sizing and construction of a wetland built French type to treat the effluent of a university restaurant. Conclusion course work (Bachelor in environmental and sanitary engineering). – Environmental and Sanitary Engineering Course – Federal Technological University of Parana, Londrina, 2018.
In the present work was carried out the design and construction of a French wetland with partially saturated second stage, developed for the treatment of effluent from a university restaurant. The research is being conducted, in the south of Brazil, more precisely in the city of Londrina (latitude -23.304218, longitude -51.172223), and a site adjacent to the Campus Restaurant. The system has been the subject of research by other students of the Environmental Engineering course and was scaled according to criteria of Molle et. (2005) for French type wetlands, having a first stage bed with a surface area of 1.13m² (Width = 0.90m; Length = 1.25m). The filter mass was composed of 0,10m of gravel 1 (Φ = 9,5-19mm) at the bottom; 0.25m of gravel ½ (Φ = 12.7mm) in the intermediate layer and 0.20m of gravel 0 (Φ = 4, 5-9.5mm) in the upper layer. The second stage bed had a surface area of 1 m² and 0.70 m depth of filtering mass, constituted from the bottom to the surface by 0.1 m of gravel 2 (Φ = 19-32 mm), 0.2 m of gravel 1 (Φ = 9.5- 19mm), 0.2m of gravel 0 (Φ = 4.5-9.5mm) and 0.2m of sand (d60 = 0.36mm, d10 = 0.18mm and coefficient of uniformity 2). On the surface of this wetland were planted seedlings of Heliconia Rostrata, (6 seedlings / m²) considering its rusticity, root characteristics and landscape ornamentation provided by its flowers.
Keywords: French wetland construction; submerged bed; treatment of university restaurant effluent.
Figura 1 - Representação espacial do índice médio de atendimento urbano por rede coletora de
esgoto dos municípios. ... 14
Figura 2 - Esquema de um wetland natural. ... 17
Figura 3 - Esquema de área alagada construída com fluxo superficial. ... 19
Figura 4 - Esquema de área alagada construída com fluxo subsuperficial... 20
Figura 5 - Classificação de wetland construídos para tratamento de águas residuárias. ... 20
Figura 6 - Local de construção da estação experimental. ... Erro! Indicador não definido. Figura 7 - Fluxograma da estação experimental; C.S.G= Caixa separadora de gordura; P.V.S = Poço de visitação e sucção; B = Bomba centrífuga; SFWC1= Sistema francês de wetland construído no primeiro estágio; Reservatório; SFWC2= Sistema francês de wetland construído no segundo estágio; C = Coletor. ... 25
Figura 8 - Poço de visitação e sucção. ... 26
Figura 10 - Wetland construído tipo francês. ... 27
Figura 11 - Processo de retirada da areia em conjunto com retirada das mudas. ... 28
Figura 12 - Mudas de Heliconia rostrata. ... 28
Figura 13 - Fotografia de impermeabilização do wetland: (a) preenchimento com areia; (b) revestimento de TNT; (c) revestimento de lona 200 micra e (d) revestimento de lona 200 mica dupla face. ... 30
Figura 14 - Impermeabilização do fundo do primeiro estágio. ... 31
Figura 15 – (1) Limpeza do local de instalação do wetland, (2) molde de madeira para a base de concreto, (3) depósito de brita 1 e malha de aço (4mm), (4) introdução de concreto ao molde, (5) Primeira camada de blocos de concreto impermeabilizada e (6) estrutura em alvenaria do wetland construído. ... 32
Figura 16 - Retirada da areia e plantas. ... 34
Figura 17 – Fotografia das mudas e areia após sua instalação no segundo estágio do wetland francês. ... 34
Figura 18 - Segundo estágio do wetland francês. ... 35
Figura 19 - Sistema de alimentação para segundo estágio. ... 35
Figura 20 - Dimensões do wetland francês para atender todo efluente gerado pelo restaurante universitário. ... 38
Gráfico 1 - Variação de pH afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído. .... 40 Gráfico 2 - Variação de alcalinidade afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído. ... 41 Gráfico 3 - Variação de DQO, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído. 42 Gráfico 4 - Variação de sólidos suspensos, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído utilizando. ... 44 Gráfico 5 - Variação de sólidos totais, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído utilizando. ... 44
Tabela 1 - Verificação de cargas aplicadas ao sistema no primeiro estágio. ... 26 Tabela 2 – Estimativa de custos para sistema de wetland construído em modelo francês, para o distrito de Claraíba, em Nova Trento – SC. ... 38 Tabela 3 - Características gerais do afluente e efluentes de primeiro e segundo estágio aplicado no wetland construído, alcalinidade, pH. ... 40 Tabela 4 - Características gerais do afluente e efluentes de primeiro e segundo estágio aplicado no wetland construído, sólidos totais e suspensos. ... 43
Quadro 1 - Principais parâmetros para qualidade das águas residuárias... 16
Quadro 2 - Principais funções ecológicas referentes a áreas alagadas. ... 17
Quadro 3 - Função das macrófitas em sistemas wetland construídos para tratamento de efluentes. ... 22
Quadro 4 - Dimensionamento do primeiro estágio do wetland francês. ... 29
Quadro 5 - Materiais usados na construção do primeiro estágio do sistema. ... 29
Quadro 6 - Dimensões do segundo estágio do sistema. ... 33
Quadro 7 - Materiais Usados na Construção segundo estágio do sistema. ... 33
Quadro 8 - Metodologias empregadas no monitoramento físico-químico. ... 36
Quadro 9 - Custo de implantação dos sistemas clássicos de tratamento de esgoto. ... 39
Quadro 10 - Diferença de custos (%) entre os arranjos lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa e lagoa anaeróbia seguida de wetlands construído. ... 52
A Afluente bruto
B Bomba Centrífuga
BNH Banco Nacional de Habitação
C Coletor
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente C.S.G Caixa Separadora de Gordura
DBO Demanda Biológica de Oxigênio
DQO Demanda Química de Oxigênio
DN Diâmetro Nominal
E1 Efluente do primeiro estágio
E2 Efluente do segundo estágio
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IAPAR Instituto Agronômico do Paraná
NT Nitrogênio Total
NTK Nitrogênio Total Kjeldahl
PNAD Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílio P.V.S Poço de Visita e Sucção
RU Restaurante Universitário
SFWC1 Sistema Francês de Wetland Construído no primeiro estágio SFWC2 Sistema Francês de Wetland Construído no segundo estágio SNIS Sistema Nacional sobre Saneamento
SST Sólidos Suspensos Totais
ST Sólidos Totais
TDH Tempo de Detenção Hidráulica
WCFH Wetland Construído de Fluxo Horizontal WCFV Wetland Construído de Fluxo Vertical
1 INTRODUÇÃO ... 12
2 OBJETIVOS ... 13
2.1 Objetivo Geral ... 13
2.2 Objetivos Específicos ... 13
3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 14
3.1 Esgotamento sanitário no Brasil ... 14
3.2 Parâmetros de tratamento de esgoto doméstico ... 15
3.3 Sistema wetland ... 16
3.3.1 Wetland naturais ... 16
3.3.2 Wetland construídos ... 18
3.4 Wetland tipo Francês ... 21
3.5 Colmatação ... 22
3.6 Macrófitas ... 22
4 MATERIAL E MÉTODOS ... 24
4.1 Local de instalação do sistema francês de wetland construído ... 24
4.2 Caracterização da Unidade Experimental ... 25
4.3 Heliconia Rostrata ... 27
4.4 Construção do wetland francês ... 29
4.5 Rotina da análise laboratorial ... 36
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 37
5.1 Dimensionamento de wetland francês para atender todo RU ... 37
5.2 Comparação de custos de construção de unidades de tratamento de esgoto... 38
5.3 Monitoramento do Wetland ... 39
5.3.1 Alcalinidade e pH ... 39
5.3.2 DQO ... 42
5.3.3 Sólidos Totais e Suspensos ... 43
6 CONCLUSÃO ... 45
1 INTRODUÇÃO
No Brasil é necessário uma forte dedicação e grandes investimentos na área de saneamento básico em todo o país. Segundo o Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto (SNIS,2016), pouco mais de metade da população total (51,9%) possuíam coleta de esgoto, sendo que grande parte se encontra em centros populacionais, nas áreas rurais o senário é ainda mais agravante.
Sendo assim, é necessário que tenha uma maior implementação de sistemas descentralizados que não necessitem da captação em um único ponto centralizado de tratamento, o que implicara em redução dos custos para transporte dos esgotos gerados (DEVI; DAHIYA, 2008).
A utilização dos wetland para o tratamento de efluentes tem se destacando em diversos países do mundo, incluindo o Brasil. Os wetlands tem baixo custo de operação, ausência da produção de lodo e sem a necessidade de utilização de energia elétrica para a aeração, além de removerem relativamente bem bactérias e germes (PLATZER, 2006).
Outra vantagem dos sistema wetland é sua integração a paisagem natural, porém o sistema apresenta algumas desvantagens, tais quais, podem ocupar uma área grande (wetland de fluxo horizontal) e o perigo de colmatação, podendo inviabilizar a operação do sistema por semanas ou meses, pois, a colmatação é o resultado de uma elevada carga orgânica, sendo superior ao que a área de entrada de esgoto do filtro suporte (PLATZER; SENF; HOFFMANN, 2006).
Wetlands construídos podem ser uma opção viável para mitigar a falta de saneamento, principalmente nas áreas rurais, segundo Molle et. al (2005) a característica especial do wetland francês é que ele aceita esgoto bruto diretamente no primeiro estágio, permitindo um gerenciamento mais fácil do lodo, comparado a sistemas de lodos ativados.
O wetland vertical tipo francês tem ao longo do tempo se destacado, pois, promove o tratamento de efluentes e lodos sem necessidade de unidades adicionais para tratamento primário (LIÉNARD, 1987 apud SILVEIRA et al. 2015). Caso seja bem projetado, pode também promover nitrificação completa e mineralização total da fração orgânica (MOLLE, 2014 apud RODRIGUES, 2016).
Portanto, o objetivo do presente trabalho foi projetar e construir um sistema wetland francês, para tratamento do efluente de um restaurante universitário. A construção do sistema possibilitará futuros estudos sobre o mesmo, podendo assim ser determinada sua eficiência na remoção de sólidos, matéria orgânica e nitrogênio.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Construção de um sistema wetland tipo francês para tratar o esgoto produzido por um restaurante universitário.
2.2 Objetivos Específicos
Construção de um sistema wetland francês que servirá de base para projetos futuros que considerem questões operacionais deste tipo de sistema para aplicação em tratamento do efluente de cozinhas industriais.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Esgotamento sanitário no Brasil
O tratamento de esgotos em sua maioria inclui a depuração biológica, que consiste na estabilização dos compostos orgânicos por atividade de microrganismos aeróbios ou anaeróbios.
Na década de 1960 o saneamento básico brasileiro passou a ser delineado devido ao aumento da demanda do serviço nas cidades. Surgindo assim o Banco Nacional de Habitação (BNH) disponibilizando recursos aos municípios e estados com o objetivo de promover o desenvolvimento urbano, criando sistemas de abastecimento de água e esgoto (TUROLLA, 2002).
Outra região importante a ser destacada é o norte do país, pois é a mais atingida pela falta de saneamento, onde apenas 14,6% da população tem acesso a coleta de esgoto. Nas cidades de Amapá e Rondônia é ainda pior, chegando a ter apenas 6% da população atendida por esse serviço (INFOAMAZONIA, 2015).
O Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) divulgou um documento que retrata a situação dos serviços de água e esgoto nos municípios, chamado Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto referentes ao ano de 2015 (BRASIL,2015). Na Figura 1 temos tem-se a representação do índice de atendimento urbano dos municípios com rede coletora de esgoto.
Figura 1 - Representação espacial do índice médio de atendimento urbano por rede coletora de esgoto dos
municípios.
O diagnóstico referente ao índice médio de atendimento urbano por rede coletora de esgoto aponta que apenas no Distrito Federal e em 3 estados: Paraná, São Paulo e Minas Gerais tiveram valores acima de 70%. Já os estados do Rio de Janeiro, Espirito Santos, Goiás, Mato Grosso do Sul, Roraima, Bahia e Paraíba se encontram na faixa de 40% a 70%. Na faixa logo abaixo, de 20% a 40%, situam-se 9 estados: Rio Grande do Sul, Ceará, Mato Grosso, Rio Grande do Norte, Tocantins, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Santa Catarina, na penúltima faixa, de 10% a 20%, encontra-se o estado do Acre, Maranhão e Piauí. Por fim encontram-se os estados com menos de 10%: Amazonas, Pará, Rondônia e Amapá (BRASIL, 2015).
De acordo com a Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios (PNAD) em 2009, 67,2% dos domicílios em áreas rurais no Brasil, captam água sem nenhum tipo de tratamento elevando consideravelmente as chances de contaminação por doenças de vinculação hídrica. Segundo dados da PNAD, (74%) dos domicílios rurais depositam os dejetos em “fossas rudimentares”, tento seu lançamento direto nos corpos hídricos ou solo a céu aberto.
Os organismos patogênicos presentes no esgoto e na água contaminada transmitem as doenças de veiculação hídrica, que caso não tenham o devido tratamento do esgoto e da água captada para consumo geram um risco à população. Alguns exemplos são a ascaridíase, amebíase, leptospirose, febre tifoide, giardíase, cólera e outras doenças (VON SPERLING,2005).
É de suma importância que o esgoto sanitário seja tratado, pois sem o devido tratamento a qualidade dos recursos hídricos diminui, acarretando em maiores gastos com o tratamento da água utilizada para consumo humano (ESPINDOLA, 2009).
3.2 Parâmetros de tratamento de esgoto doméstico
Diversas substâncias comprometem a qualidade da água presente no esgoto, tais como matéria orgânica, nitrogênio, fosforo, óleos e graxas, microrganismos, patogênicos, entre outros. Tais componentes caso não sejam tratados antes de serem despejados no ambiente podem poluir os solos e as águas gerando impacto ambiental (VON SPERLING, 2005).
Para identificar a qualidade das águas residuárias é necessário avaliar parâmetros físicos, químicos ou biológicos (VON SPERLING, 2005). Normalmente são determinados os parâmetros que constam no quadro abaixo (Quadro 1).
Quadro 1 - Principais parâmetros para qualidade das águas residuárias.
Parâmetros físicos Temperatura, cor, odor, turbidez
Parâmetros químicos
Sólidos totais, DBO, DQO, nitrogênio total, fosforo, pH, alcalinidade, cloretos
Parâmetros biológicos
Contagem de microrganismos que indicam a contaminação fecal, tais como coliformes fecais, coliformes termotolerantes, Escherichia Coli, cistos de helmintos, entre outros microrganismos.
Em linhas gerais, para que um esgoto seja tratado é necessário que ocorram processos físicos, químicos e biológicos, tendo como objetivos reduzir ou dependendo eliminar a carga orgânica e os organismos patogênicos antes de serem lançados em corpos hídricos.
3.3 Sistema wetland
Wetland ou áreas alagadas são ecossistemas alagados naturais, tais como, pântanos, brejo, áreas úmidas entre outros que por sua vez tem características despoluidoras que podem ser utilizadas no tratamento de efluentes. É possível construir um modelo wetland simulando uma área alagada natural, podendo variar diversas configurações do sistema, sendo que cada variação pode apresentar vantagens e desvantagens (MONTEIRO, 2009).
3.3.1 Wetland naturais
Wetland naturais consistem nos biomas de transição entre um ambiente aquático e um terrestre (Figura 2). Consistem de áreas alagadas onde diversos agentes recebem, captam e reciclam nutrientes em um processo contínuo. A abundância de nutrientes proporciona uma boa variedade de vegetação, que transformam matéria inorgânica em matéria orgânica, que promove alimento de forma direta ou indireta para os animais e também para consumo humano (HAMMER, 1989).
Figura 2 - Esquema de um wetland natural.
Fonte: Adaptado de Hammer (1989) apud Olijnyk (2008).
Em um ambiente natural, a área inundada pode ou não ser permanente e seu nível de água está diretamente relacionado com os períodos de inundação. Um fator que altera significantemente as características físicas, químicas e biológicas do ambiente são a frequência e duração das enchentes que induzem a adaptação morfológica e fisiológica na biota (CALIJURI; CUNHA, 2013).
Segundo Calijuri e Cunha (2013) as principais funções ecológicas atribuídas a áreas alagadas (Quadro 2), são:
Quadro 2 - Principais funções ecológicas referentes a áreas alagadas.
Ciclagem de nutrientes Através de processos como a mineração e a decomposição, também atuam como fontes e sumidouros de nutrientes na forma de carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre.
Produção primária Produção de biomassa proveniente da
fotossíntese ou quimiossíntese
Manutenção da biodiversidade As áreas alagadas permitem o refúgio, habitat e local de reprodução para diversas espécies vegetais e animais.
Regulagem climática Essas áreas detém um papel fundamental no ciclo hidrológico e afetam diretamente o clima.
Controle de fluxo hidrológico As wetlands contribuem na regulagem da carga e descarga de aquíferos, na retenção de sedimentos, armazenamento de água e o controle de enchentes nas bacias hidrológicas.
Fonte: Adaptado de Von sperling(2005).
Pode-se concluir que os wetlands naturais são importantes recursos naturais, devido a sua capacidade de ciclagem de nutrientes, que precisam ser preservados a fim de manter o equilíbrio do meio ambiente.
3.3.2 Wetland construídos
Os wetland construídos nada mais são do que sistemas projetos que simulam funções das wetlands naturais, possuindo organismos adaptados à abundância de água e a condições sem ou com pouco oxigênio, fazendo com que a competição entre as espécies de microrganismos, plantas e animais que compõem sua comunidade seja alta. A elevada produtividade biológica em conjunto com fatores abióticos do sistema, tem a capacidade de receber os poluentes e degradá-los para as necessidades fisiológicas dos organismos (KADLEC; WALLACE, 2009).
Wetlands construídos são sistemas projetados (artificiais) que reproduzem os sistemas de wetlands naturais. Sendo utilizadas plantas aquáticas (macrófitas) em substrato (cascalho, solo ou areia), fazendo com que ocorra um aumento de biofilmes que abrigam populações variadas de microrganismos que por sua vez realizam o tratamento de águas residuárias através de processos físicos, químicos e biológicos (SOUZA et al., 2000).
Outra definição é a que são filtros plantados com macrófitas, sua principal função é filtrar a água. É geralmente utilizado em tratamentos secundários ou polimento de esgotos domésticos em áreas periféricas e em áreas rurais. Tendo na maioria dos casos um baixo custo de instalação, manutenção e operação em relação aos sistemas convencionais, sem contar que são melhores esteticamente, melhorando a paisagem, além de não produzirem lodo e maus odores (SEZERINO, 2006).
Por suas características, os wetlands também podem fornecer suporte as atividades agrícolas, a recreação e ao tratamento de efluentes. Esse sistema promove a redução de cargas poluidoras através de reações de oxirredução, precipitação, dissolução, complexação e assimilação biológica, que por consequência melhoram a qualidade da água (CALIJURI; CUNHA, 2013).
Dados de desempenho disponíveis para sistemas wetlands construídos são encontrados em maior número em climas temperados, porém sua eficiência é melhor em áreas tropicais devido à maior atividade microbiológica decorrente das altas temperaturas (TRANG et al., 2010).
O clima de países tropicais contribui muito para a aplicação e implantação de sistemas wetland, principalmente em países em desenvolvimento devido ao seu baixo custo de implantação. Infelizmente, mesmo com um grande potencial de aplicação eles não são comumente adotados, devido à falta de projetos para climas tropicais (SILVEIRA et al., 2015).
Segundo Von Sperling (2005), pode-se classificar um wetland construído em dois grupos principais, os de fluxo superficial e os que tem fluxo subsuperficial. Sendo que no primeiro grupo (Figura 3) são os que mais se assemelham com as áreas alagadas naturais, contendo plantas aquáticas enraizadas e/ou flutuantes, tento lamina d’água aparente que flui livremente através das folhas e caules das plantas. Sendo que o fundo pode ou não ser revestido, dependendo das condições ambientais.
Figura 3 - Esquema de área alagada construída com fluxo superficial.
Fonte: Autoria própria.
O outro grupo referente ao wetland construído de fluxo subsuperfícial (Figura 4) também conhecidos como leitos submersos vegetados, ao contrário do anterior, esse não se assemelha ao natural, pois, não há água livre na superfície. Consiste de um leito composto por pedras, cascalho areia ou solo, dando suporte ao crescimento de plantas aquáticas. O nível da água se encontra abaixo da superfície do leito, fazendo com que o esgoto escoa entre as raízes das plantas aquáticas (VON SPERLING, 2005).
Figura 4 - Esquema de área alagada construída com fluxo subsuperficial.
Fonte: Autoria própria.
Ainda de acordo com Von Sperling (2005), é possível classificar os wetlands construídos em duas vertentes, os de fluxo vertical e de fluxo horizontal que são denominadas assim pois, estão relacionadas com a direção do fluxo da água.
Nas últimas décadas, as pesquisas e novas tecnologias no âmbito dos wetlands hídricos tem aumentado, podendo ocorrer uma diversa gama de configurações, tendo em destaque os wetlands construídos de fluxo vertical (WCFV) e os de fluxo horizontal (WCFH). Além destes, é possível citar os sistemas hídricos que unificam as características positivas das configurações citadas afim de se elevar a eficiência de tratamento do esgoto (VYMAZAL, 2010). Na Figura 5, são mostrados as diferentes configurações de sistemas wetlands.
Figura 5 - Classificação de wetland construídos para tratamento de águas residuárias.
3.4 Wetland tipo Francês
No Brasil, esse tipo de sistema é relativamente novo se comparado aos meios tradicionais de tratamento de efluentes. Assim, não existem muitas experiências na operação e tão pouco no dimensionamento do mesmo.
Nesse sistema não é necessário tratamento primário e consiste basicamente de dois estágios. No primeiro estágio encontram-se três filtros em paralelo e no segundo utilizam-se apenas dois filtros em paralelo. Em cada estágio tem uma fase de alimentação e outra fase de descanso (LIERNARD et al, 1990).
No primeiro estágio de um wetland tipo Francês é importante destacar que sua alta eficiência na remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos suspensos totais (SST), ocorre devido a forma que o sistema é operado, funcionando através da alternância das unidades de operação.
Molle (2003) afirmou que o deposito de material particulado na superfície dos filtros é consequência dos materiais particulados do processo de filtração, sendo que tanto a filtração quanto a interceptação melhoram sua eficiência com o tempo, resultante da menor porosidade da camada depósito. Ao mesmo tempo, ocorre o acúmulo de detritos na zona de raízes das macrófitas, sendo uma peça chave para eficiência do sistema.
Levando em consideração o nitrogênio como parâmetro de tratamento o primeiro estágio do sistema não possui uma eficiência significativa, porém o segundo estágio vem para sanar esse problema, pois, nele o fluxo é vertical com leito parcialmente saturado ou submerso. Nesse modelo a camada superficial promove a nitrificação, o leito submerso gera um ambiente anóxico, que por sua vez favorece a desnitrificação que evita a utilização de unidades de tratamentos convencionais. É importante salientar que alguns parâmetros influenciam diretamente no desempenho da remoção de nitrogênio total (NT), como altura de saturação do leito e carga hidráulica (RODRIGUES,2016).
A camada orgânica de “biosólidos” melhora a eficiência de filtração contribuindo para retirada dos sólidos suspensos (SS), Melhorando, também, o tempo de retenção hidráulica no sistema. Esta camada tem potencial de reduzir a permeabilidade do filtro fazendo com que a distribuição do efluente seja mais uniforme e contribui para a adsorção de amônia na camada orgânica, que é oxidada no período de descanso.
A colmatação é um dos grandes problemas do sistema pois, caso a operação não haja de forma adequada ocorrera uma limitação da eficiência do processo, afetando a transferência de oxigênio e decaimento da taxa de mineralização dos biosólidos. A operação do sistema nada
mais é que a alimentação do sistema em bateladas com intercalação entre alimentação e descanso.
3.5 Colmatação
A colmatação em um sistema wetland construído também afeta a condutividade hidráulica, fazendo com que esta tenha uma diminuição, dificultando os processos de difusão e convecção do oxigênio. Tal processo, pode ter origem tanto física quanto biológica sendo que, no primeiro caso é devida ao acumulo de materiais suspensos ou coloides nos poros do maciço filtrante. Já no segundo caso, o mesmo ocorre devido ao acúmulo de células e resíduos da produção de polímeros extracelulares (MAGESAN et al., 2000).
3.6 Macrófitas
Existem diversas representantes desta classe que podem ser utilizadas em sistemas wetland. Macrófitas são plantas vasculares cujos tecidos são visíveis, tendo uma ampla diversidade de espécies que podem ser tanto aquáticas vasculares quanto algumas algas. São amplamente utilizadas para esta finalidade, pois possuem grande tolerância a ambientes saturados com água ou esgoto.
O quadro 3 destaca as atribuições gerais das macrófitas em um sistema wetland construído.
Quadro 3 - Função das macrófitas em sistemas wetland construídos para tratamento de efluentes. Propriedade das
macrófitas
Ações de auxílio no tratamento de esgoto
Parte aérea (tecido) Atenuação da luminescência = redução do
crescimento de fitoplancton
Potencial estético – embelezamento paisagístico
Armazenamento de nutrientes Tecidos da planta em
Contato com esgoto
Promoção da filtração
Retirada de nutrientes
Disponibiliza grandes áreas para aderência de micro-organismos
Degradação aeróbia da matéria orgânica
Liberação de oxigênio devido a fotossíntese Raízes e rizomas em
contato Com o solo
Liberação de antibióticos
Prevenção contra erosão
Retirada de nutrientes
Liberação de oxigênio, auxiliando na degradação aeróbia da matéria orgânica e na nitrificação Fonte: Adaptado de Sezerino (2006).
O nitrogênio presente no esgoto sanitário é fundamental para o desenvolvimento das macrófitas, pois propicia à planta nutrientes que são incorporados à biomassa através de um processo denominado assimilação. Além disso, ocorre um conjunto de processos biológicos que transformam o nitrogênio inorgânico em compostos orgânicos, servindo de reserva para as células e tecidos das plantas (BRIX, 1997; KADLEC; KNIGHT,1996).
A Heliconiaceae é uma família neotropical bem resistente, diminuindo a necessidade de intensos cuidados, tendo sistema radicular propicio a formação de comunidades bacterianas para tratamento de esgoto, sem contar que suas flores geram um embelezamento paisagístico (BERRY; KRESS, 1991; MOSCA, 2004).
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Local de instalação do sistema francês de wetland construído
A estação experimental foi construída em área adjacente ao Restaurante Universitário da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – campus de Londrina (Figura 6), -23,304218 de latitude, -51,172223 de longitude, localizada ao norte do estado e na região sul do Brasil. Para esta região, o clima é classificado por Koppen como Cfa, clima subtropical, com temperatura no mês mais frio, inferior a 18º C e temperatura média do mês mais quente acima dos 22º C, com verões quentes e concentrações de chuvas no verão (IAPAR (1998); IBGE (2014)).
Figura 6 - Local de construção da estação experimental.
4.2 Caracterização da Unidade Experimental
O sistema francês foi dimensionado segundo critérios de Molle et. al (2005) sendo constituído por dois leitos no primeiro estágio e um leito no segundo, conforme abaixo (Figura 7).
Figura 7 - Fluxograma da estação experimental; C.S.G= Caixa separadora de gordura; P.V.S = Poço de visitação
e sucção; B = Bomba centrífuga; SFWC1= Sistema francês de wetland construído no primeiro estágio; Reservatório; SFWC2= Sistema francês de wetland construído no segundo estágio; C = Coletor.
Fonte: Autoria própria.
O esgoto bruto foi coletado em um poço de visita e sucção (Figura 8) que recebeu esgoto da caixa retentora de gordura do Restaurante Universitário (cozinha e banheiros). Um anteparo na saída dessa caixa foi instalado a fim de acumular volume suficiente para captação por uma bomba centrífuga (1/2 cv de potência e Qnominal= 1500L/h). Assim, a partir da área superficial do segundo estágio, a vazão máxima aplicada foi de 0,1m³/d. e, considerando as
variações características de produção de esgoto deste tipo de instalação (R.U) foram aplicadas 4 bateladas de 0,025m³ ao longo do dia. Considerando a vazão nominal da bomba, cada batelada teve duração de 1 min resultando em uma vazão de aplicação de 0,088 m³/m²h o que, possibilitou a uniformidade de distribuição do efluente ao longo da superfície. As características médias do efluente do RU bem como a verificação das cargas aplicadas de projeto estão na Tabela 1.
Figura 8 - Poço de visitação e sucção.
Fonte: Autoria própria.
Tabela 1 - Verificação de cargas aplicadas ao sistema no primeiro estágio.
Parâmetro Limite (g/m2d) Efluente RU (mg/L).(*) Carga aplicada teórica (g/m2d). DQO 350 753 ± 201 66,64 ± 6,6 SST 150 164,4 ± 153,5 14,6 ± 13,6 NTK 30 82,2 ± 27,2 7,4 ± 2,4
A operação do sistema francês (Figura 10) foi dividida em duas etapas, sendo a primeira o bombeamento do efluente do restaurante universitário retido no poço de visita, citado anteriormente, passando pelo primeiro estágio do sistema e em seguida o efluente do estágio 1 foi direcionado a um reservatório com capacidade de 350L. Na segunda etapa foi bombeado o efluente do reservatório, tratado no primeiro estágio até o segundo de acordo com as mesmas condições operacionais. Uma profundidade de saturação (H) foi mantida em 0,25m no segundo estágio para criar ambiente anóxico e favorecer a desnitrificação
O primeiro estágio do sistema consistiu em dois leitos, onde o primeiro leito foi alimentado nos primeiros 3 dias da semana, em seguida este leito entrava em fase de repouso e a alimentação passava para o segundo leito que operava também durante 3 dias (domingo não havia produção de esgoto no R.U). A operação do sistema ocorreu durante 3 semanas para partida e fixação das mudas plantadas.
Figura 9 - Wetland construído tipo francês.
Fonte: Autoria própria.
4.3 Heliconia Rostrata
Foi utilizada à família das Heliconiaceae, a escolha dessa espécie se deu devido já ter sido utilizada em um outro wetland do campus e ter apresentado uma boa integração ao mesmo. No processo de retirada das plantas do sistema, foram coletadas as mudas que estavam presentes (Figura 11). Aplicadas respectivamente tanto no primeiro estágio do wetland tipo francês como no segundo, em uma razão de 6 mudas por m², sendo que foram utilizadas 10 mudas no primeiro estágio e 6 no segundo estágio. A aplicação das mudas já existentes agilizou
o processo, sem contar que já eram plantas adaptadas ao ambiente, o que facilitou seu desenvolvimento.
Figura 10 - Processo de retirada da areia em conjunto com retirada das mudas.
Fonte: Autoria própria.
As mudas foram separadas (Figura 12) e respectivamente implantadas no sistema. Essa espécie pode atingir uma altura entre 1 a 6,6 metros, podendo se desenvolver em habitat onde ocorra incidência solar igual ou superior a 50%.
Figura 11 - Mudas de Heliconia rostrata.
4.4 Construção do wetland francês
O primeiro estágio utilizou a estrutura do projeto do Faissal (2016) que se tratava de um wetland horizontal, pode-se aproveitar o tanque construído com uso de pneumáticos automotivos que foram utilizados para conter o maciço filtrante. Sendo retirado todo material do seu interior (brita, areia e tubulação). Cada leito do primeiro estágio contou com área superficial de 1,13m² (Largura =0,90m; Comprimento=1,25m). O maciço filtrante foi composto por 0,10m de brita 1 (Φ = 9,5-19mm) ao fundo; 0,25m de brita ½ (Φ = 5-12,7mm) na camada intermediária e 0,20m de brita 0 (Φ = 4, 5-9,5mm) na camada superior. A construção do sistema necessitou dos materiais apresentados no Quadro 5.
Quadro 4 - Dimensionamento do primeiro estágio do wetland francês. Dimensões do primeiro estágio do wetland francês
Largura Superior (L) 0,90 m Profundidade (p) 0,55 m Comprimento (C) 2,5 m
Área Superficial (A) 2,25 m² Volume (V)
1,2375 m³
Quadro 5 - Materiais usados na construção do primeiro estágio do sistema. Itens (primeiro estágio)
32 pneumáticos automotivos (Faissal, 2016) 22,4 m² de tecido não tecido (TNT) (Faissal, 2016) 36 m² de Lona Plástica de Poliuretano (200 micra de espessura)
Brita n° 1 Brita n° 2 Brita n° 3
Arame galvanizado (Faissal, 2016) Cola adesiva para PVC 13,6 metros de cano PVC 40 mm
11 Conexões Hidráulicas Ferramentas
O projeto foi planejado para utilizar materiais de baixo custo e fácil acesso. Os pneus foram doados por uma revenda de pneus localizada na cidade de Londrina, material que seria descartado e enviado para a central de tratamento de resíduos da cidade.
Após a retirada de todo material no interior do tanque pode-se aproveitar a impermeabilização existente, sendo possível observar na Figura 13 a execução e impermeabilização do sistema wetland realizada por Faissal (2016), foi adicionado mais uma camada de lona 200 micraem seu interior (Figura 14). Em seguida fora realizada a instalação de toda a tubulação descrita no (Quadro 5).
Figura 12 - Fotografia de impermeabilização do wetland: (a) preenchimento com areia; (b) revestimento de TNT;
(c) revestimento de lona 200 micra e (d) revestimento de lona 200 mica dupla face.
Figura 13 - Impermeabilização do fundo do primeiro estágio.
Fonte: Autoria própria.
O coletor de efluente foi construído utilizando tubulação de PVC de 40mm e interligado na tubulação de saída do sistema. O sistema foi preenchido com brita de diferentes granulometrias, como mencionado anteriormente, sendo que as britas foram enxaguadas com água de abastecimento vigorosamente e por várias vezes até que se percebesse o clareamento da água de lavagem, pois, os materiais particulados poderiam se desprender das britas e causar o entupimento da tubulação e também gerar alteração nos parâmetros de análise do sistema.
O segundo estágio utilizou a estrutura do projeto do Rodrigues (2016) que se tratava de um wetland vertical, pode-se aproveitar a estrutura de alvenaria estrutural (Figura 15).
Figura 14 – (1) Limpeza do local de instalação do wetland, (2) molde de madeira para a base de concreto, (3)
depósito de brita 1 e malha de aço (4mm), (4) introdução de concreto ao molde, (5) Primeira camada de blocos de concreto impermeabilizada e (6) estrutura em alvenaria do wetland construído.
Fonte: Rodrigues (2016).
O leito do segundo estágio teve área superficial de 1m² e 0.70m de profundidade de maciço filtrante constituído, do fundo à superfície, por 0,1m de brita 2 (Φ = 19-32mm), 0,2m de brita 1 (Φ = 9.5-19mm), 0,2m de brita 0 (Φ = 4,5-9,5mm) e 0,2m de areia (d60 = 0.36mm, d10 = 0.18mm e coeficiente de uniformidade 2).
Quadro 6 - Dimensões do segundo estágio do sistema.
Dimensões do segundo estágio do wetland francês Largura Superior (L) 1,00 m Profundidade (p) 0,70 m Comprimento (C) 1,00 m Área Superficial (A)
1,00 m² Volume (V)
0,7 m³
A construção do segundo estágio necessitou dos materiais apresentados no Quadro 7. Quadro 7 - Materiais Usados na Construção segundo estágio do sistema.
Item (Segundo estágio) Adap CT 25x3/4 Amanco
BOMBA ICS 50AB 1/2cv mono (Rodrigues, 2016) Bucha red rosca 1x3/4 amanco
Amanco adap curto 25x3/4 Amanco bucha red 40x25 soldável
Amanco flange 25x3/4 Amanco joelho 90x25 soldável Amanco registro 25mm vazão soldável
Astra válvula poço pvc ¾ Lixa ferro 100 (Rodrigues, 2016) PVC brazil multi bucha red 50x40 esgoto
PVC brasil multi te red 100x50 esgoto PVC brasil tubo 25 soldável
PVC brasil tubo 40 esgoto Tigre cola 75 grs
Tigre te 25 soldável (Rodrigues, 2016) Cotovelo 90 100mm (Rodrigues, 2016)
Brita n° 2 (Rodrigues, 2016) Brita n° 1 (Rodrigues, 2016) Brita n° 0 (Rodrigues, 2016)
Areia
Bloco de cimento (Rodrigues, 2016) Barra de ferro 12m (Rodrigues, 2016)
Saco de cimento (Rodrigues, 2016) Manta asfáltica auto colante (Rodrigues, 2016)
Cotovelo 40mm c anel (Rodrigues, 2016) Lona Plástica Dupla (Rodrigues, 2016)
Caixa d’agua (Rodrigues, 2016) Mangueira
Primeiramente, foi retirado toda a areia e plantas do sistema (Figura 16), sendo aproveitado as três camadas de brita já existentes no sistema anterior. A separação das mudas ocorreu em paralelo com a retirada do material mencionado. Após a limpeza do sistema foi
adicionado a nova camada de areia com 0,2 m de profundidade e adicionado na superfície as mudas de Heliconia Rostrata, mantendo a mesma proporção do primeiro estágio de (6 mudas/m²) (Figura 17). Na Figura 18 é possível observar o segundo estágio pronto.
Figura 15 - Retirada da areia e plantas.
Fonte: Autoria própria.
Figura 16 – Fotografia das mudas e areia após sua instalação no segundo estágio do wetland francês.
Figura 17 - Segundo estágio do wetland francês.
Fonte: Autoria própria.
No segundo estágio foi utilizado o mesmo diâmetro de tubulação, entretanto a distribuição do esgoto ocorreu através de furos na tubulação fazendo com que o afluente fosse distribuído de forma uniforme (Figura 19). O efluente tratado foi coletado por um dreno (DN 40mm) localizado no fundo do leito e foi encaminhado à rede coletora do campus.
Figura 18 - Sistema de alimentação para segundo estágio.
Fonte: Autoria própria.
O custo total implantação do sistema wetland francês foi de R$1.558,00 e esta detalhado no apêndice 1.
4.5 Rotina da análise laboratorial
A rotina de análise foi efetuada semanalmente, com o objetivo de coletar dados preliminares referentes às características físicas e químicas do afluente, efluente do primeiro e segundo estágio, respectivamente As amostras após coleta por amostragem simples, realizadas na entrada e saída do primeiro estágio e na saída do segundo, foram imediatamente acondicionadas e encaminhadas até o laboratório de saneamento do próprio campus. A metodologia empregada foi utilizando o Standard Methods for Examination of Water and Wastewater para a elaboração das análises das amostras.
Quadro 8 - Metodologias empregadas no monitoramento físico-químico.
Parâmetro Método Frequência
Alcalinidade Total (mgCaCO3/L) DQO ( mgDQO/L) pH ST (mgSS/L) (fixos e voláteis) SST (mgSSV/L) (fixos e voláteis)
Titulométrico Potenciométrico Standard Methods 2320 B
Digestão em Refluxo Fechado – Colorimétrico Standard Methods 5220 D
Eletrométrico – Standard Methods 4500-H+ B Secagem a 103-105°C – Standard Methods 2540 D
Secagem a 103-105°C – Standard Methods 2540 B
Semanal
Semanal
Semanal Semanal
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Dimensionamento de wetland francês para atender todo RU
O sistema wetland francês poderia ser uma opção para efetuar o tratamento de todo o efluente gerado no restaurante universitário do campus. Tendo em vista essa possibilidade é interessante gerar informações a respeito do dimensionamento do sistema para eventual construção. O restaurante atende em média 800 pessoas por dia, segundo Nuvolari (2003) o efluente gerado por refeição em uma cozinha industrial é de 25 L, portanto a geração média de efluente produzida pelo restaurante é de 20m³/dia com carga.
Para o cálculo da carga de DBOaflu foram consideradas concentrações de 400 mg L. 𝑑−1 de DBO e vazão de 20 m³. 𝑑−1. A carga aplicada (λ) foi calculada pela equação:
λ = Q*C Onde:
λ = carga aplicada (g.𝑑−1); Q = vazão (m³. 𝑑−1); C = concentração (g.m³).
Substituindo os valores de concentração de DBOaflu na equação, tem-se: λ = 8kg DBO. 𝑑−1
Para o cálculo do Equivalente Populacional (E.P) foram consideradas carga de DBO do restaurante de 8 kg DBO. 𝑑−1 e segundo Von Sperling (2000) um CPC de DBO de 54 g DBO/ hab.d). O equivalente populacional (E.P) foi calculado pela equação:
𝐸𝑃 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝐷𝐵𝑂 ( 𝑘𝑔
𝑑 ) 𝐶𝑃𝐶 𝑑𝑒 𝐷𝐵𝑂 (𝑘𝑔
ℎ𝑎𝑏. 𝑑)
Substituindo os valores na equação, tem-se: EP = 150 Habitantes.
Segundo critérios de Molle et. al (2005) para wetlands tipo francês, é necessário uma área de 1,2 m² por EP, dividido em 3 unidades alternadamente idênticas no primeiro estágio e 0,8 m² por EP, dividido em 2 unidades alternadamente idênticas no segundo estágio.
Sendo necessário uma área total de 180 m² para o primeiro estágio e 120 m² para o segundo estágio.
Figura 19 - Dimensões do wetland francês para atender todo efluente gerado pelo restaurante universitário.
Fonte: Autoria própria.
5.2 Comparação de custos de construção de unidades de tratamento de esgoto
A fim de comparação de custos de construção de diversos sistemas de tratamento de efluente, foram pesquisados o custo por pessoa de outros sistemas para termos de comparação. Segundo Dalbosco (2016) o custo de construção de um wetland construído do tipo francês para atender ao distrito da Claraíba na cidade de Nova Trento – SC, foi de 336,35 reais por habitante. Como é possível observar na Tabela 2.
Tabela 2 – Estimativa de custos para sistema de wetland construído em modelo francês, para o distrito de
Claraíba, em Nova Trento – SC.
Segundo Rosa (2014) o custo de construção de uma lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa e lagoa anaeróbia seguida de wetland construído (Anexo 2) foi de R$ 192.004,00 e 200.619,00 respectivamente, para atender uma população de 1000 habitantes. Sendo assim o custo por habitante seria de R$ 192,00 e R$ 200,00 respectivamente.
De acordo com o trabalho de Sobrinho e Jordão (2001), obteve-se as principais características relativas ao uso de sistemas clássicos de tratamento de esgoto sanitários e de sistemas com reator UASB seguidos de pós-tratamento, tendo como parâmetros o custo de implantação de cada sistema, produção de lodo, tipo de lodo, energia para aeração e demanda de área (Anexo B). Sendo possível observar no Quadro 9 o custo de implantação dos sistemas clássicos de tratamento de esgoto.
Quadro 9 - Custo de implantação dos sistemas clássicos de tratamento de esgoto.
Sistema Custo de implantação
(R$/habitante)
Sistema de lodos ativados 100 a 130
Filtros biológicos de alta taxa 120 a 150
Sistema de lodos ativados de alta taxa 90 a 110
UASB seguido de lodos ativados 70 a 100
Lagoas aeradas aeróbias 60 a 90
UASB seguido de lagoa de polimento 40 a 70
UASB seguido de wetland 70 a 100
Fonte: Adaptado de Sobrinho e Jordão (2001).
5.3 Monitoramento do Wetland
O presente trabalho teve um número reduzido de resultados, pois, teve como foco a construção do wetland construído francês, os dados obtidos foram consequência de um estudo preliminar de funcionamento, que por sua vez representam apenas o start-up do sistema.
5.3.1 Alcalinidade e pH
Na tabela 2 é possível visualizar os resultados de alcalinidade e pH obtidos através do monitoramento do sistema wetland construído tipo Francês.
Tabela 3 - Características gerais do afluente e efluentes de primeiro e segundo estágio aplicado no wetland construído, alcalinidade, pH. Dias de coleta Und Alcalinidade total ppm pH Tipo 1 2 3 A(1) 108,4 60,4 191,2 E1(2) 152 135,2 132,2 E2(3) 86,8 89 100 A(1) 5,81 5,28 6,19 E1(2) 6,25 6,16 6,48 E2(3) 6,50 6,14 5,96 Média 120 139,8 92 5,76 6,30 6,2
1 – Afluente (bruto); 2 - efluente (primeiro estágio); 3 – efluente final (segundo estágio).
Através do monitoramento do sistema, foi possível verificar que a alcalinidade teve um aumento médio após o primeiro estágio do sistema wetland. Entretanto, após o segundo estágio (estágio final), foi possível observar diminuição em relação ao afluente inicial (bruto). O afluente após passar pelo sistema apresentou um aumento de pH.
Os parâmetros obtidos a cada dia de coleta e análise tiveram uma variação, possivelmente pelo fato que o restaurante universitário tem uma dinâmica de funcionamento, onde o uso dos banheiros, faxinas e demanda de alimentos varia a cada dia.
Gráfico 1 - Variação de pH afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído.
No estudo preliminar do funcionamento do wetland, já foi possível observar que o sistema, esteve com valores muito próximos da faixa ótima para tratamento biológico, sendo estes entre 6 e 9 (METCALF; EDDY, 2003). Apenas 3 amostras não atingiram o valor de 5, coleta 1 (afluente), coleta 2 (afluente) e coleta 3 (saída do sistema), respectivamente, 5,81, 5,28 e 5,96. Entretanto, não foi apresentado nenhum valor inferior a 4, de acordo com Vymazal (2005) esse valor inibiria o processo de desnitrificação. Os valores de pH mínimos, máximo e
Afluente Efluente (primeiro estágio) Efluente (segundo estágio) Coleta 1 5,81 6,25 6,5 Coleta 2 5,28 6,16 6,14 Coleta 3 6,19 6,48 5,96 5 5,2 5,4 5,6 5,86 6,2 6,4 6,6 pH
Variação de pH
médios foram respectivamente, para afluentes, 5,81, 6,19 e 5,76 e para o efluente final, 6,14, 6,5 e 6,2.
Tendo em vista os níveis de pH obtidos no efluente final, é possível afirmar que o efluente atende aos parâmetros de lançamento em mananciais, segundo determinação do CONAMA, pois é necessário que o efluente apresente pH entre 5 e 9.
Gráfico 2 - Variação de alcalinidade afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído.
A média dos valores de alcalinidade total no afluente foi de 240,0 e 183,9 mgCaCO3 L-1 para o efluente final. Sendo que os mesmos apresentaram proximidade com os valores
típicos de alcalinidade citados por Von Sperling (2005), correspondente a 200 (mgCaCO3 L -1) para esgoto sanitário.
Os valores de alcalinidade mínimos, máximo e médios foram respectivamente, para afluentes, 173,6 ,304 e 216,8 para o efluente final, 200, 382,4 e 264,4. Era esperado uma diminuição tanto do pH quanto da alcalinidade decorrentes do processo inicial de nitrificação. Entretanto é possível observar que o mesmo apenas ocorreu na segunda coleta (redução da alcalinidade) e na terceira coleta (redução do pH). Esta divergência pode ter ocorrido devido ao calcário presente nas britas. A diminuição da alcalinidade ocorreu possivelmente por processos oxidativos, quebra da matéria orgânica carbonácea e início da nitrificação (MOTA; VON SPERLING, 2009).
Afluente Efluente (primeiro estágio) Efluente (segundo estágio) Coleta 1 216,8 120,8 382,4 Coleta 2 304 270,4 264,4 Coleta 3 173,6 178 200 2 52 102 152 202 252 302 352 402 m gC aCO3 L -1
Variação de alcalinidade
5.3.2 DQO
Na Tabela 4 estão presentes os resultados referentes ao monitoramento da DQO. Os valores de DQO foram estimados através da curva de calibração da DQO, sendo valor mínimo de 80 e máximo de 800 mg DQO/L.
Tabela 4 - Características gerais do afluente e efluentes de primeiro e segundo estágio aplicado no wetland
construído, DQO. DQO mg/L Dia 1 2 3 A(1) 898,52 --- 810,97 E1(2) 820,98 --- 430,75 E2(3) 23,01 --- 23,01 Média 854,75 625,87 23,01
1 – Afluente (bruto); 2 - efluente (primeiro estágio); 3 – efluente final (segundo estágio).
A concentração média da DQO afluente foi de 854,75 (mg L-1), e efluente final de 23,01 (mg L-1), mesmo existindo variação do afluente devido a dinâmica do restaurante universitário, é possível observar que não ocorreu uma variação acentuada nos valores de DQO.
Gráfico 3 - Variação de DQO, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído.
No Gráfico 3 é possível observar que ocorreu uma diminuição da DQO ao longo do processo, sendo sutil no primeiro estágio e significativa após o segundo estágio, tendo uma eficiência na remoção de 97,16% a 97,44%. A entrada do sistema variou mais do que a saída, isso pode evidenciar uma possível início de estabilização do sistema, é importante destacar que
Afluente Efluente (primeiro estágio) Efluente (segundo estágio) Coleta 1 898,52 820,98 23,01 Coleta 2 0 0 0 Coleta 3 810,97 430,75 23,01 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 m g L -1
DQO
os dados obtidos foram resultante de um estudo preliminar com poucas análises e no período de start-up.
5.3.3 Sólidos Totais e Suspensos
Na tabela 4 é possível visualizar os resultados de sólidos totais e suspensos, obtidos através do monitoramento do sistema wetland construído tipo Francês.
Tabela 4 - Características gerais do afluente e efluentes de primeiro e segundo estágio aplicado no wetland
construído, sólidos totais e suspensos.
Dias de coleta Sólidos suspensos (mg L-1) Sólidos totais Tipo 1 2 3 A(1) 312,5 762,2 529,4 E1(2) 163,3 222,2 194,4 E2(3) 3,3 6,7 7,5 A(1) 1000 1650 730 E1(2) 780 820 530 E2(3) 300 310 290 Média 534,7 193,3 5,8 1126,7 710 300
1 – Afluente (bruto); 2 - efluente (primeiro estágio); 3 – efluente final (segundo estágio).
Os valores de entrada e saída variaram de 3,3 mg L-1 a 762,2 mg L-1 para sólidos suspensos e 290 mg L-1 a 1650 mg L-1 para os sólidos totais. Como já mencionado anteriormente os valores de entrada dependem do funcionamento do restaurante universitário no dia da coleta, valores mais elevados de sólidos podem dar indício que tenha ocorrido uma maior produção de alimento neste dia, como pode ser observado na coleta 2. A carga de sólidos suspensos média teve uma diminuição de 99% e 73,4% para sólidos totais.
Os gráficos 3 e 4, apresentam a variação dos sólidos suspensos e totais após cada etapa de tratamento do efluente ao longo do sistema de wetland tipo francês.
Gráfico 4 - Variação de sólidos suspensos, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído utilizando.
Gráfico 5 - Variação de sólidos totais, afluente e efluentes ao longo do sistema wetland construído utilizando. Analisando os dados coletados, é possível observar que em todas as coletas houve uma diminuição considerável de sólidos totais, evidenciando a eficiência do sistema wetland na remoção deste parâmetro.
Afluente Efluente (primeiro estágio) Efluente (segundo estágio) Coleta 1 312,5 163,3 3,3 Coleta 2 762,2 222,2 6,7 Coleta 3 529,4 194,4 7,5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 m g L -1
Sólidos suspensos
Coleta 1 Coleta 2 Coleta 3
Afluente Efluente (primeiro estágio) Efluente (segundo estágio) Coleta 1 1000 780 300 Coleta 2 1650 820 310 Coleta 3 730 530 290 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 m g L -1
Sólidos totais
6 CONCLUSÃO
O presente trabalho teve como foco a construção do sistema wetland tipo francês, que por sua vez pode promover o tratamento do nitrogênio, ter alta taxa de transferência de oxigênio, portanto sua construção a partir de materiais recicláveis foi viável, tendo baixo custo e fácil execução.
O sistema wetland mostrou uma redução significativa em alguns parâmetros. Entretanto, não se pode comprovar a eficiência do tratamento do sistema, pois a quantidade de análises preliminares foram poucas e também não houve tempo das mudas de Heliconia rostrata desenvolverem suas raízes e do biofilme bacteriano ser formado. Os resultados obtidos foram devido a filtragem desempenhada pelo maciço filtrante do sistema, servindo apenas como dados de startup, possibilitando que no futuro possa ser observado a real eficiência do sistema. A construção do wetland será de grande valia para estudos futuros, possibilitando maiores analises do funcionamento e eficiência do sistema no tratamento de efluentes.
REFERÊNCIAS
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