XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE. RETENÇÃO DE FÓSFÓRO EM LEITOS CULTIVADOS COM Cyperus

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1 XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE RETENÇÃO DE FÓSFÓRO EM LEITOS CULTIVADOS COM Cyperus papyrus (MINI PAPIRO) Vanessa Cristina da Cruz 1 ; José Teixeira Filho 2 RESUMO Segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico PSNB (IBGE 2008) apenas 55% dos municípios brasileiros possuem serviço de coleta e afastamento de esgoto, desse percentual aproximadamente 30% dos municípios realizam tratamento de esgoto. Os 45% dos municípios que não possuem nenhum tipo de tratamento (aproximadamente 100 milhões de brasileiros) contribuem para a poluição dos corpos hídricos, disseminação de doenças por veiculação hídrica a qual acomete 30% de mortes em todo país. Posto isto, a alternativa para o tratamento de efluentes domésticos por leitos cultivados favorece uma diminuição da carga orgânica e seus nutrientes a serem lançados nos leitos d água. Após o tratamento do efluente gerado pela Faculdade de Engenharia Agrícola, podese verificar percentuais de 24 a 70% de remoção da concentração de fósforo após a aplicação de leitos cultivados com Cyperus papyrus. Sendo assim, reduções significativas de Fósforo favorecem o aumento da qualidade hídrica, bem como o controle do crescimento exagerado de organismos (por exemplo, algas) que contribuem para a eutrofização. ABSTRACT According to the National Survey of Basic Sanitation - PSNB (IBGE ) only 55% of Brazilian municipalities have collection service and removal of sewage, this percentage approximately 30% of the municipalities carry sewage treatment. 45% of the municipalities that have no kind of treatment (approximately 100 million Brazilians) contribute to the pollution of water bodies, spreading waterborne diseases which affects 30% of deaths across the country. Hence, the alternative for the treatment of domestic sewage by wetlands favors a decrease in organic load and nutrients to be released in the beds of water. After treatment of the effluent from the Faculty of Agricultural Engineering, you can check percentage 24-70% removal of phosphorus concentration after application of constructed wetlands with Cyperus papyrus. Thus, significant reductions in phosphorus produce an increase in water quality, as well as control the overgrowth of organisms (eg, algae) that contribute to eutrophication. Palavras-Chave Retenção de nutrientes, wetlands, saneamento. 1) Afiliação: Faculdade de Tecnologia UNICAMP, R. Paschoal Marmo, CEP: Jd. Nova Itália - Limeira, SP, (19) , va.nessacruz@hotmail.com 2) Afiliação: Faculdade de Engenharia Agrícola UNICAMP, Av. Cândido Rondom, Cdade Universitária - Campinas SP, CEP (19) , jose@feagri.unicamp.br XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 1

2 1. INTRODUÇÃO O esgoto, ou resíduo líquido, inclui toda a água de uso doméstico que é utilizada para lavar e aquela dos resíduos sanitários. O esgoto é constituído principalmente de água e contém pouca matéria particulada, talvez algo em torno de 0,003%. Mesmo assim, nas grandes cidades essa porção de esgoto pode produzir mais de mil toneladas de material sólido por dia (Tortora, G. J., et. al., 2005). Sendo assim, visto que a coleta, afastamento e tratamento de esgoto no Brasil estão a quem da porcentagem esperada, é de se prever que a qualidade dos mananciais (os quais são fonte de abastecimento municipal) não esteja de acordo com as características naturalmente previstas, acometendo a elevação dos índices de indisponibilidade hídrica e doenças por falta de saneamento. Em regiões de baixa densidade populacional as quais não são encontradas tecnologias para o tratamento de efluentes domésticos, comumente são utilizadas fossas sépticas. Segundo Tortora, G.J. et. al. (2005), neste artifício a entrada do esgoto é em um tanque e as suspenções sólidas são depositadas no fundo, sendo que o lodo deve ser bombeado periodicamente e descartado. Neste trabalho a saída do efluente do reator anaeróbio foi direcionada para o sistema de leitos cultivados construídos com Mini Papiro (Cyperus papyrus), que funcionam como polimento para a remoção de macro nutriente como o fósforo. Os leitos cultivados podem ser considerados filtros biológicos em que micro-organismos aeróbios e anaeróbios são fixados à superfície do meio suporte no qual as plantas estão estabelecidas ou fixadas com a rizosfera e outras partes submersas das plantas que são os principais responsáveis pelas reações de purificação da água (WOOD, 1995). A remoção de fósforo pode ser realizada por meio de métodos químicos e/ou físicos. Precipitação química, na forma de fosfatos diversos ocorre por meio da presença de sais de ferro, cálcio, alumínio, etc., ou mais comumente por meio do uso de rochas que contenham os referidos elementos e que promovam a elevação do ph (Vymasal, 2007; Huett et al., 2005). O processo de filtração, normalmente é usado por meio de associações com processos químico, biológico, etc. Remoções significativas de fósforo em condições de tratamento natural ocorrem principalmente por processos de precipitação e sorção, devidas ao tipo de material usado como meio filtrante e/ou suporte de vegetais (Xu et al., 2006); os quais removem quantidades menores (Chan et al., 2008; Cui et al., 2010). Vymasal et al., (2007); Bowden et al., (2009) citam que a sorção ocorre devido as características físicas e químicas dos materiais utilizados como substratos, compreendendo pelos processos de absorção e adsorção de íons pelos substratos em condições de ph acima de 7,0. A capacidade de remoção de fósforo pelo meio suporte é finita, reduzindo com o passar do período, fato este relacionado a saturação do meio e formação de biofilmes nas superfícies do material filtrante (Metcalf & Eddy, 1991; Bashan et al., 2004; Seo et al., 2005; Vohla et al., 2007; Chan et XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 2

3 al., 2008). Vymasal et al., (2007) citam que a remoção de fósforo depende principalmente do substrato utilizado, variando de 40 a 60%. Cui et al., (2010) constataram retirada de 8-13% de fósforo total pelo vegetal Canna limbata e 76-91% pelo processo de sorção e precipitação, por ocasião do uso de escórias de alto forno, como substrato, em leitos construídas no tratamento de esgotos domésticos. Chan et al., (2008) trabalhando com esgotos domésticos em batelada, escória de carvão mineral como meio filtrante e Cyperus alternifollus verificaram remoção média de fósforo de 41,7%, sendo que deste montante 68,5%; 26,5% e 4,9% foram retirados por adsorção, por microrganismos e pela massa vegetal. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de fósforo total em sistemas de alagados para tratamento de efluentes. Esse sistema representa uma das alternativas para retirada de nutrientes, contribuindo para a preservação e conservação dos recursos hídricos. 2. MATERIAL E MÉTODOS O local para a realização do experimento foi a Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas, localizada na Cidade Universitária Zeferino Vaz, distrito de Barão Geraldo, Campinas, São Paulo. Para realização deste experimento desviou-se parte da água residuária produzida pela Faculdade para os reatores anaeróbios compartimentados, seguindo para os leitos cultivados e para a rede coletora local. A composição das águas residuárias da Faculdade consistir em dejetos domésticos e sanitários dos seguintes prédios: salas de aula, administração, cozinha, cantina, laboratórios e oficina mecânica. A Figura 1 ilustra o esquema de envio das águas residuárias dos reatores para os leitos cultivados: O Mini Papiro foi plantado em um reservatório (leito) com capacidade de 2,5 m 3, com dimensões de 3,20 m de comprimento, 1,70 m de largura e 0.5 m de profundidade e com área de aproximadamente 4,5 m 2. As plantas foram implantadas no reservatório com brita, possuindo um tempo de retenção variado entre 24 e 48 horas. O leito foi dimensionado a partir do sistema de macrófitas aquáticas emergentes com fluxo subsuperficial. A Figura 2 ilustra instalação dos leitos estudados. Após dois meses do plantio da macrófita Mini Papiro nos leitos cultivados foi realizada uma campanha de amostragem no primeiro semestre de 2014 no mês de março. O período de amostragem ocorreu entre 10/03/2014 e 13/03/2014. Nesse período foram realizadas as medidas as vazões afluente e efluente de cada leito e respectivas coletas das amostras de água residuária afluentes e efluentes. As medias e amostragens foram realizadas diariamente a cada duas horas, das 8h às 17h. As amostras foram acondicionadas em frascos de 300 ml e armazenadas a 4ºC até a realização das análises. Com as amostras coletadas na escala horária foram preparadas amostras XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 3

4 compostas de 500 ml, ou amostras de escala diária, que foram obtidas pela divisão da vazão horária da amostra no instante i (ml.s-1) pelo produto da somatória das vazões horárias do dia (ml.s-1) com o volume total desejado de amostra (ml). Figura 1 Etapas da destinação do efluente coletado para os leitos cultivados - a) Reservatório do recebimento do efluente; b) Detalhe dos vertedores do reservatório de recebimento; c) Reatores anaeróbios; d) Leito de controle recebendo o efluente após reatores. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Saneamento da FEAGRI/UNICAMP seguindo Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005). A analise de concentração de Fósforo foi realizado no laboratório da Faculdade de Engenharia de Alimentos; método Phos Ver3 com digestão e posterior leitura em espectrofotômetro DR 2010 (mg/l). O resultado das análises representa as concentrações médias diárias de fósforo total de entrada e saída (afluente e efluente). Além de serem analisados em concentrações os resultados também foram analisados em cargas, e para calcular os valores de massa a concentração do parâmetro de entrada ou saída foi multiplicada pelo respectivo volume total diário, da entrada ou da saída do leito. 3. RESULTADO E DISCUSSÕES Raros são os estudos que avaliam o desempenho dos leitos cultivados em escala horária ou a cada duas horas, como foi realizado neste experimento. Esse tipo de amostragem apresenta resultados mais confiáveis, pois acompanha a hidrodinâmica do leito cultivado em relação as variações de entrada das águas e concentração de fosforo total. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 4

5 A Figura 3 apresenta os resultados das concentrações médias diárias de fósforo total de entrada e saída do leito cultivado no período de 10/03/2014 a 13/03/2014. A concentração media de fósforo total de entrada no período foi de 11,0 mg/l e de saída 6,4 mg/l. A concentração máxima de fósforo total de entrada foi 11,88 mg/l, que corresponde a 7,6% superior a média das concentrações de entrada, enquanto que a concentração mínima foi 9,53 mg/l ou 13,7% abaixo da concentração média de entrada. Esses valores mostram que as concentrações de fósforo total de entrada apresentaram variação pequena de 2,4 mg/l, que indica uma estabilidade nas condições de entrada de água no leito. Quanto a concentração mínima de fósforo total de saída foi 3,2 mg/l que corresponde a 49,3% inferior a média das concentrações de saída, enquanto que a concentração máxima foi 8,36 mg/l ou 30,1% acima da concentração média de saída. Esses valores mostram que as concentrações de fósforo total de saída apresentaram variação maior de 5,12 mg/l, que indica uma redução das concentrações de saída do leito função de condições do clima. Figura 2 Etapas da destinação do efluente coletado para os leitos cultivados a)leito de Controle; b) Abertura de covas para plantio do Mini Papiro; c) Plantio do Mini Papiro; d) Leito Cultivado com Mini Papiro. A eficiência de retenção de concentração de fósforo total apresentou média de 41,3%, sendo a retenção mínima de 24% e máxima de 70%. A eficiência média neste estudo foi próxima encontrada por Almeida et al. (2007). Os autores utilizando Hedychium coronarium leito cultivado observaram retenção de fosfato em torno de 46,5%, com tempo de retenção de 2,5 dias. Os autores montaram os leitos com substrato de conchas de ostras marinhas, brita, areia, casca de coco verde e fibra de coco. Chan et al. (2008) pesquisaram em laboratório leitos com Cyperus alternifolius e substrato de escória de carvão e obtiveram eficiência de retenção de fósforo de 40%. Santos (2009) estudou um XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 5

6 conjunto de leitos e funcionamento hidráulico diferente. O leito com funcionamento hidráulico de fluxo vertical eficiência de 43% e o leito de fluxo horizontal eficiência de 79%. 14,00 Remoção de Fósforo - Leito Cultivado com Mini Papiro Concentração de Fósforo (mg/l P) 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 9,53 Remoção de 24% 7,19 11,78 Remoção de 42% 6,80 11,88 Remoção de 29% 8,36 10,96 Remoção de 70% 3,24 0,00 Entrada Saida Entrada Saida Entrada Saida Entrada Saida 10/03/ /03/ /03/ /03/2014 Figura 3 Quantificação da remoção de Fósforo em leitos cultivados com Mini Papiro amostragem de março/ CONCLUSÃO Com os resultados apresentados neste trabalho é possível concluir que o leito cultivado com Mini Papiro apresentou eficiência retenção de fósforo total adequada aos valores observados na bibliografia. O resultados iniciais são extremamente animadores, assim, merecendo um maior aprofundamento de monitoramento para que os dados iniciais sejam comprovados. 5. BIBLIOGRAFIA ALMEIDA, R. A; OLIVEIRA, L. F. C.; KLIEMANN, H. J. Eficiência de espécies vegetais na purificação de esgoto sanitário. Pesq Agropec Trop 37(1): 1-9, mar Goiania, GO APHA American Public Health Association. Standard methods for the examination of water and wastewater. 19 th ed. Washington, APHA, AWWA, EFA BASHAN, E.L.; BASHAN, Y. Recent Advances in Removing Phosphorus from Wastewater and its Future use a Fertilizer. Water Research 38. P ; BOWDEN, I.L., JARVIS, A.P.; YONGER, P.L.; JOHNSON, K.L. Phosphorus Removal from Waste Waters Using Basic Oxigen Stell Slag. Environment Science Thecnology 42. p XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 6

7 BRASIL. Lei Ambiental: CONAMA, Resolução 357, de 17 de Março de Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Marina Silva, presidente do Conselho. Ministério do Meio Ambiente. BRASIL. Lei Ambiental: CONAMA, Resolução 420 de 13 de Maio de Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes complementam e alteram a Resolução nº 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente. Izabella Teixeira presidente do Conselho. Ministério do Meio Ambiente. CHAN, S.Y.; CHUA, H.; TSANG, Y.F.; SIN, S.N.; CUI, L.H. Performance study of vegetated sequencing batch coal slag bed treating domestic wastewater in suburban area. Bioresource Technology 99. pg CUI, L.; OUYANG, O.; LOU, Q.; YANG, F.; CHEN, Y.; ZHU, W.; LUO, S. Removal of Nutrients from Wastwater with Canna Indica L. under Different vertical-flow constructed condictions. Science Direct.Ecological Engineering. p INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA IBGE Pesquisa Nacional de Saneamento Básico Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão. Diretoria de Pesquisas, Coordenação de População e Indicadores Sociais. Rio de Janeiro, METCALF & EDDY, INC. Wastewater Engineering. Treatment, Disposal, and Reuse. McGraw-Hill, Inc TORTORA, G. J.; BERDELL, R. F.; CASE, C. L. Microbiologia. 8ª ed. Porto Alegre: Artmed, SEO, D.C.; HAWANG, S.H.; KIM, H.J., et al. Evaluation of 2- and 3- Stage Combinations of Vertical and Horizontal Flow Constructed Wetlands for Treating Greenhouse Wastwater. Science Direct. Ecological Engineering 32. p XU, D.; XU J.; WU, J.; MUHAMMAD, A. Studies on thephosphorus Sorpition Capacity of Substrates Used in Constructed Weland Systems. Chemosfhere 63. P WOOD, A. Constructed wetlands in water pollution control: fundamentals to their understanding. Water Science and Technology, Great Britain, IAWQ, v.32, n.3. p.21-29, VOHLA, C.; ALAS, R.; NURK, K.; BAATZ, S.; MANDER, U. Dynamics of Phosphorus, Nitrogen and Carbon Removal in a Horizontal Subsurface Constructed Wetland. Science Directed. Science of the Total.Environment p XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 7

8 VYMAZAL, J.; KRÖPFELOVÁ, L. Wastewater Treatment in Constructed Wetlands with Horizontal Sub-Surface Flow. 579p. Springer Science + Business Media B. V XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 8