SÉRGIO SILVA ABRAHÃO TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE LATICÍNIOS EM SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS CULTIVADOS COM FORRAGEIRAS

Transcrição

1 SÉRGIO SILVA ABRAHÃO TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE LATICÍNIOS EM SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS CULTIVADOS COM FORRAGEIRAS Tese presentd à Universidde Federl de Viços, como prte ds exigêncis do Progrm de Pós Grdução em Engenhri Agrícol, pr obtenção do título de Mgister Scientie. VIÇOSA MINAS GERAIS - BRASIL 2006

2 Fich ctlográfic preprd pel Seção de Ctlogção e Clssificção d Bibliotec Centrl d UFV T Abrhão, Sérgio Silv, A159t Trtmento de águ residuári de lticínios em 2006 sistems lgdos construídos cultivdos com forrgeirs / Sérgio Silv Abrhão. Viços : UFV, xii, 110f. : il. ; 29cm. Orientdor: Antonio Teixeir de Mtos. Dissertção (mestrdo) - Universidde Federl de Viços. Referêncis bibliográfics: f Águs residuis - Purificção. 2. Algdiços. 3. Indústri de lticínios. 4. Plnts forrgeirs. 5. Esgotos. 6. Resíduos orgânicos - Eliminção. I. Universidde Federl de Viços. II.Título. CDD 22.ed

3 SÉRGIO SILVA ABRAHÃO TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE LATICÍNIOS EM SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS CULTIVADOS COM FORRAGEIRAS Tese presentd à Universidde Federl de Viços, como prte ds exigêncis do Progrm de Pós Grdução em Engenhri Agrícol, pr obtenção do título de Mgister Scientie. APROVADA: 27 de bril de 2006 Prof. Odilon Gomes Pereir (Conselheiro) Prof. Demetrius Dvid d Silv Prof. Rphel Brgnç Alves Fernndes Prof. Regynldo Arrud Smpio Prof. Antonio Teixeir de Mtos (Orientdor)

4 Dedico este trblho os gricultores e gricultors que se orgulhm de viver n roç. ii

5 AGRADECIMENTO Ao professor Antonio Teixeir de Mtos, pel bo vontde, pel disponibilidde, pelos conhecimentos trnsferidos, pel orientção no trblho de pesquis, pelo poio n montgem do experimento em cmpo, pel grnde oportunidde de cursr o mestrdo. Aos professores Odilon Gomes Pereir e Antonio Alves Sores, pelos conselhos n formulção e condução do trblho de pesquis. Aos professores Regynldo Arrud Smpio, Rphel Brgnç Alves Fernndes e Demetrius Dvid d Silv, pel vlição d pesquis e pels recomendções n formulção finl deste trblho. Ao Crlos Henrique, pel bo vontde, pel disponibilidde e pel grnde forç dd n montgem e condução do experimento em cmpo. Ao Nicolu, pelos ensinmentos e pel grnde forç dd no plntio ds forrgeirs. Ao Simão, pelos ensinmentos e pelo grnde poio ddo no trblho de lbortório. Aos funcionários dos Setores de Prques e Jrdins, Eletricidde, Pintur, Mrcenri e Serrri d UFV, pel bo vontde n disponibilizção de mteriis e serviços necessários pr montgem e condução do experimento. Aos funcionários do Lticínio Funrbe, pel disponibilizção de informções e mtéris necessários pr condução do experimento. Aos compnheiros de curso Wllison Freits, Ronldo e Mozrt, pel trnsferênci de conhecimentos, pelos conselhos, pel mizde e pelo lto strl. iii

6 Aos estgiários Heitor, Thigo, Simone e Flávi, pel incrível disponibilidde e bo vontde, pel pciênci, pel troc de informções, pel mizde e pelo lto strl. Aos professores Mrcos Von Sperling e Edurdo Von Sperling, por me colherem no DESA/UFMG, pelo lto nível de informções trnsferids, pel simpti e simplicidde. Ao Centro de Tecnologis Alterntivs d Zon d Mt, por me possibilitr concilição dos estudos e do trblho com bstnte flexibilidde. A minh querid e md Jqueline, pels opiniões e sugestões n condução de meus estudos, pel pciênci e por todo seu crinho e mor. iv

7 BIOGRAFIA Sérgio Silv Abrhão nsceu em Belo Horizonte - MG, em 11 de mio de Ingressou no Curso de Engenhri Agrícol d UFV em 1983 e o concluiu em Durnte qutro nos de su grdução foi membro d Coopertiv de Trblho e Resturnte Vegetrino Alf, em Viços. Atu profissionlmente no CTA-ZM (Centro de Tecnologis Alterntivs d Zon d Mt) desde 1989, desenvolvendo trblhos n áre de Desenvolvimento Rurl e Agroecologi. v

8 ÍNDICE Págins RESUMO... IX ABSTRACT... xi 1 - INTRODUÇÃO OBJETIVOS REVISÃO DE LITERATURA Crcterístics ds águs residuáris de lticínios Trtmento de águs residuáris em sistems lgdos construídos ( constructed wetlnds ) Influênci ds espécies vegetis em SACs Seleção de espécies vegetis Crcterístics geris ds grmínes forrgeirs Ftores influentes no desempenho de SACs Mecnismos de remoção de poluentes em SACs Princípios básicos de dimensionmento MATERIAL E MÉTODOS Locl e crcterizção do experimento Sistem de trtmento vlido Implntção do sistem Descrição dos trtmentos Funcionmento e operção do sistem Amostrgem d águ residuári e mss vegetl...41 vi

9 4.7 - Métodos de nálise lbortoril pr quntificção ds vriáveis vlids Interpretção dos resultdos RESULTADOS E DISCUSSÃO Desenvolvimento e Comportmento ds Forrgeirs Estbelecimento ds forrgeirs Avlição do desenvolvimento ds forrgeirs Avlição d biomss ds forrgeirs Composição minerl ds forrgeirs Qulidde do fluente e do efluente dos SACs Condutividde elétric ph DBO DQO Sólidos Totis (ST) SST Nitrogênio totl Fósforo totl Potássio Sódio CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS vii

10 LISTA DE ABREVIATURAS ARL Águ residuári de lticínios; AM Águ de mnncil; Co Concentrção fluente; C Concentrção efluente; CE Condutividde elétric; CF Cpim-elefnte; CT Cpim-tifton 85; DBO Demnd bioquímic de oxigênio; DBO5 Demnd bioquímic de oxigênio em 5 dis; DQO Demnd químic de oxigênio; MS Mtéri sec; N-totl Nitrogênio totl; OD Oxigênio dissolvido; PB Proteín brut; P-totl Fósforo totl; SAC Sistem lgdo construído; SACs Sistems lgdos construídos; ST Sólidos totis; SST Sólidos suspensos totis; TCO Tx de crg orgânic; TCOs Tx de crg orgânic por unidde de áre superficil; TCOv Tx de crg orgânic por unidde de volume. viii

11 RESUMO Abrhão, Sérgio Silv, M. S., Universidde Federl de Viços, bril de Trtmento de Águ Residuári de Lticínios em Sistems Algdos Construídos Cultivdos com Forrgeirs. Orientdor: Antonio Teixeir de Mtos. Conselheiros: Antônio Alves Sores e Odilon Gomes Pereir Por existir pouc informção sobre dimensionmento, métodos de construção, operção e eficiênci de Sistems Algdos Construídos (SACs) n depurção de águs residuáris de indústris de lticínios, no presente trblho procurou-se estudr influênci d espécie vegetl cultivd e d tx de crg orgânic médi plicd por unidde de áre (TCOs) no desempenho de sistems piloto. Cd SAC foi constituído por um tnque de 0,40 x 0,73 x 3,00 m, impermebilizdo, preenchido com substrto de brit zero, com declividde de bse de 0,5% no sentido longitudinl e profundidde do leito filtrnte de 0,33 m. O fluente os SACs escov de form subsuperficil, com vzão médi de 60 L d -1 e tempo de residênci hidráulic igul 4,8 dis. O trtmento testemunh foi constituído por um SAC sem vegetção (SV), o qul foi plicd um TCOs de 130 kg h -1 d -1 de DBO e nos outros SACs, tnto os cultivdos com cpim-elefnte cv. Npier (Pennisetum purpureum) como nos cultivdos com cpim-tifton 85 (Cynodon spp), form plicds TCOs de 66, 130, 190, 320 e 570 kg h -1 d -1 de DBO. Pr vlir o desempenho dos sistems form efetuds seis mostrgens d águ residuári fluente e efluente de cd SAC, no decorrer do período experimentl, pr medir condutividde elétric (CE) e o ph e quntificr s concentrções de DBO, DQO, ST, SST, N-totl, P-totl, K e N. Foi tmbém removid biomss ére ds espécies vegetis, pr quntificção d mtéri verde, mtéri sec e ds concentrções de N-totl, P-totl, K e N no tecido vegetl. De modo gerl, s dus espécies vegetis vlids se dptrm bem os ix

12 sistems, tnto em relção à condição de sturção do substrto, qunto às diferentes plicções de TCOs. Os sistems se mostrrm eficientes n remoção d DBO, d DQO, dos SST, dos ST e do nitrogênio, entretnto não se mostrrm eficientes n remoção de fósforo, potássio e sódio. Embor preliminres, os resultdos dest pesquis mostrrm que os Sistems Algdos Construídos podem ser dequdos pr o trtmento de Águ Residuári de Lticínios. x

13 ABSTRACT Abrhão, Sérgio Silv, M. S., Universidde Federl de Viços, April Tretment of the diry industry wstewter in constructed wetlnd systems cropped with forges. Adviser: Antonio Teixeir de Mtos. Committee members: Antônio Alves Sores nd Odilon Gomes Pereir Tking into ccount the lck of informtion on the dimensioning, construction nd opertionl methods, s well s the efficiency of the Constructed Wetlnd Systems (SACs) in purifying the diry industry wstewter, this study ws crried out to evlute the influence of either the cropped vegettive species nd verge orgnic lod pplied in ech unit re (TCOs) upon the performnce of the pilot-systems. Ech SAC consisted of one wterproof tnk mesuring 0.40 x 0.73 x 3.00, infilled with crushed stone (zero), 0.5% longitudinlly bsic declivity, nd 0.33m filtering bed depth. The ffluent of the SACs ws subsuperficilly flowing t n verge flow of 60 L d -1 nd hydrulic residence time of 4.8 dys. The control tretment consisted of one SAC without vegettion (SV) to which TCOs of 130 kg h -1 d -1 BOD ws pplied, wheres in other SACs either cropped with elephnt grss, Npier cv. (Pennisetum purpureum) nd those cropped with grss tifton 85 (Cynodon spp.) the following TCOs were pplied: 66, 130, 190, 320 nd 570 kg h -1 d -1 BOD. To evlute the performnce of those systems, six smplings of both ffluent nd effluent wters of ech SAC were obtined during the experimentl period, in order to mesure the electric conductivity (CE) nd ph s well s to quntify the concentrtions of BOD, COD, ST, SST, Totl-N, Totl-P, K nd N. The eril biomss of the vegettive species were lso removed in order to quntify the green mtter, dry mtter nd the concentrtions of Totl-N, Totl-P, K nd N in the vegetl tissue. In generl, both vegettive species showed good dpttion to the systems, reltive to the substrte sturtion condition nd the different TCOs pplictions. The systems showed to be efficient in xi

14 removing BOD, COD, SST, ST nd nitrogen, but were nonefficient in the removl of potssium nd sodium. Although the results of this reserch re preliminry, they showed the Constructed Wetlnd Systems cn be pproprite to the tretment of diry industry wstewters. xii

15 1 - INTRODUÇÃO O uso d águ no processmento de limentos ger grndes quntiddes de efluentes líquidos, oriundos ds diferentes etps, que necessitm ser trtdos ntes do seu lnçmento em corpos receptores. Dentre s indústris limentícis, contribuição ds usins de lticínios n poluição dos corpos receptores é muito expressiv, visto que o beneficimento do leite ger considerável crg poluidor, decorrente d presenç de grnde quntidde de compostos orgânicos em suspensão ns águs residuáris (BRIÃO, 2005). O volume de águ residuári gerdo ns diferentes etps pode vrir de 1 5 vezes o volume de leite processdo, dependendo do produto finl produzido e do nível tecnológico d indústri de lticínios. Considerndo que o Brsil produz, proximdmente, 20,6 bilhões de litros de leite por no (FERREIRA, 2001), pode-se inferir que poluição provocd pelos efluentes líquidos de lticínios ssume proporções que exigem implementção de ções concrets pr minimizr esse impcto mbientl. No que refere o specto qulittivo, s opções pr trtmento ou recuperção de águs servids envolvem inúmers e diferentes lterntivs, muits dels oneross e complexs e outrs de bixo custo e simples. Dentre esss lterntivs, deve-se destcr o uso de Sistems Algdos Construídos ou sistems Wetlnd. Ns últims décds tem sido crescente o interesse por Sistems Algdos Construídos (SACs), por se trtr de tecnologi simples, de bixo custo e de fácil operção e mnutenção pr o trtmento de grnde 1

16 diversidde de águs residuáris rics em mteril orgânico susceptível à biodegrdção. Estes sistems oferecem benefícios mbientis consideráveis, tis como su integrção prques e sistems recrecionis, possibilitndo o desenvolvimento de nimis silvestres, se hrmonizndo com pisgem nturl e proporcionndo produção de efluentes de bo qulidde, que poderão ser usdos n gricultur ou lnçdos em corpos hídricos receptores (MEIRA et l., 2001). Os SACs são sistems projetdos pr utilizr plnts cultivds em substrtos (solo, rei, brit ou csclho), onde, nturlmente e sob condições mbientis dequds, ocorrem processos físicos, químicos e bioquímicos de trtmento ds águs residuáris. Segundo PAGANINI (1997), s espécies vegetis serem selecionds pr cultivos em SACs devem ser perenes, ter lt tolerânci o excesso de águ e mbientes eutrofizdos, ser de fácil propgção e crescimento rápido, ser de fácil colheit e mnejo e possuir lt cpcidde de remoção de nutrientes e poluentes. Entretnto, existem poucos trblhos pr identificção ds plnts mis recomendds pr composição desses sistems. Segundo METCALF & EDDY (1991), s principis vriáveis pr dimensionmento de sistems de trtmento de águs residuáris em sistems lgdos são o tempo de detenção hidráulico, s geometris do tnque (ltur, lrgur e comprimento), tx de plicção orgânic e tx de plicção hidráulic. Estes utores sugerem ind que o tempo de detenção hidráulico estej entre 4 e 15 dis, profundidde do substrto entre 0,30 e 0,75 m, áre efetiv de escomento sej menor que 56 m 3 m -2 d -1 ou que crg orgânic fique em torno de 70 kg h -1 d -1 de DBO. TCHOBANOGLOUS & URTON (1991) e USEPA (1988), citdos por LIM et l. (2001), sugerirm que tx máxim de DBO ser plicd deve ser de 133 kg h -1 d -1, pr sistems de escomento subsuperficil, e de 112 kg h -1 d -1, pr sistems de escomento superficil, respectivmente, ns condições de clim temperdo. Entretnto, recomendções pr dimensionmento em regiões tropicis, especilmente pr águs residuáris de indústris de lticínios são desconhecids. 2

17 Por existir pouc informção sobre dimensionmento, métodos de construção, operção e eficiênci de sistems de depurção de águs residuáris de indústris de lticínios pr trtmento em sistems lgdos construídos, torn-se necessário construção de uniddes piloto, cultivds com diferentes espécies vegetis, pr se conhecer melhor s vriáveis de dimensionmento de projetos e melhor estudr forms de operção destes sistems. 3

18 2 - OBJETIVOS O presente trblho teve como objetivo gerl estudr o desempenho de Sistems Algdos Construídos, cultivdos com cpim-elefnte cv. Npier (Pennisetum purpureum schum) e cpim-tifton 85 (Cynodon spp) e submetidos diferentes txs de plicção de crg orgânic, proporcionds pel plicção de águs residuáris d indústri de lticínios (ARL), ns condições climátics de Viços - MG. Como objetivos específicos: Verificr o desempenho dos sistems no trtmento de ARL, com ênfse n remoção de mtéri crbonáce, remoção de sólidos suspensos e totis, remoção de nutrientes eutrofizntes (N, P e K) e remoção de sódio; Avlir o desempenho gronômico ds dus espécies vegetis, qundo cultivds em condições de sturção do substrto, com águs residuáris de lticínios e submetids diferentes plicções de crg orgânic por unidde de áre. 4

19 3. REVISÃO DE LITERATURA Crcterístics ds águs residuáris de lticínios As águs residuáris oriunds ds indústris de lticínios brngem os efluentes líquidos industriis, os esgotos snitários gerdos e s águs pluviis cptds n referid indústri. Esses efluentes são constituídos por leite e seus sub-produtos, detergentes, desinfetntes, rei, lubrificntes, çúcr, pedços de fruts (em cso d produção de iogurte), essêncis e condimentos diversos (no cso d produção de queijos e mnteig) que são diluídos ns águs de lvgem de equipmentos, tubulções, pisos e demis instlções d indústri (MACHADO et l., 2002). Gerlmente, os esgotos snitários e s águs pluviis são conduzidos por tubulções independentes, sendo que de águs pluviis, em hipótese lgum, deve ser conectd às demis tubulções de efluentes (s águs pluviis devem ser disposts seprdmente dos demis efluentes). A tubulção de esgotos snitários e tubulção de águs residuáris industriis costumm, entretnto, convergir, em seus trechos finis, pr um mesm tubulção que conduz mistur desses dois líquidos té estção de trtmento de efluentes ou, no cso d inexistênci dess estção, o ponto de disposição finl em corpos de águ (destino incorreto) ou n rede municipl de esgotos (MACHADO et l., 2002). As águs de refrigerção e s águs de cldeirs não são, gerlmente, considerds como águs residuáris ou efluentes líquidos ns indústris de lticínios, um vez que são gerlmente usds recirculds. 5

20 Considerndo nturez ds águs residuáris originds ns indústris de lticínios, os efluentes líquidos gerdos nos setores de produção são considerdos os principis responsáveis pel poluição cusd pel indústri de lticínios. Embor os efluentes líquidos decorrentes dos vários processos empregdos pel indústri de lticínios tenhm um nturez gerlmente similr entre si, refletindo o efeito ds perds de leite e seus derivdos, su composição detlhd é influencid pelos seguintes ftores: processos industriis em curso; volume de leite processdo; condições e tipos de equipmentos utilizdos; prátics de redução d crg poluidor e volume de efluentes; titudes de gerencimento e d direção d indústri em relção às prátics de gestão mbientl; quntidde de águ utilizd ns operções de limpez e nos sistems de refrigerção e quecimento. Devido todos esses ftores, os ddos publicdos em livros e rtigos sobre ests crcterístics devem ser vistos como vlores proximdos, ou sej, como indictivos do que se poderi esperr em situções médis. Os vlores reis podem ser obtidos somente por monitormento feito n própri indústri de interesse. No Qudro 1 estão presentdos vlores médios ds principis vriáveis físics, químics e bioquímics dos efluentes industriis de fábrics de lticínios publicdos pel U.S. EPA (1971) e KEARNEY (1973), citdos por MARSHALL & HARPER (1984). 6

21 Qudro 1: Crcterístics físics, químics e bioquímics dos efluentes industriis de lticínios nos E.U.A. e n Nov Zelândi Crcterístics E.U.A. Nov Zelândi Intervlo Médi Intervlo DBO 5 (mg L -1 ) DQO (mg L -1 ) SST (mg L -1 ) ST (mg L -1 ) Gordur (mg L -1 ) Nitrogênio (mg L -1 ) Crboidrtos (mg L -1 ) Cálcio (mg L -1 ) Sódio (mg L -1 ) Potássio (mg L -1 ) Fósforo (PO 4 ) (mg L -1 ) Cloreto (mg L -1 ) ph 4,4-9,4 7,2 3,0 13,2 Tempertur (ºC) Fontes: E.U.A.: EPA (1971) e KEARNEY (1973), citdos por MARSHALL e HARPER (1984) Nov Zelândi: ddos do New Zelnd Diry Reserch Institute, período de , conforme MARSHALL e HARPER (1984) As fixs de vrição presentds no Qudro 1 são muito mpls, devendo-se slientr que os vlores mis elevdos correspondem os de situções em que não há o cuiddo em se minimizr o despejo ns tubulções de volumes significtivos de leite, soro, leitelho e sólidos. Pr efeito de comprção com os ddos dos E.U.A. e Nov Zelândi, estão presentdos no Qudro 2 vlores citdos pel CETESB (1990) pr s condições brsileirs. 7

22 Qudro 2: Crcterístics físics, químics e bioquímics dos efluentes líquidos industriis de diferentes tipos de indústri de lticínios Prâmetros Tipos de indústris * (1) (2) (3) (4) (5) (6) DBO 5 (mg L -1 ) DQO (mg L -1 ) SST (mg L -1 ) ST (mg L -1 ) Sólidos sedimentáveis (mg L -1 ) ,5 0,1 1,7 N-totl (mg L -1 ) - 26,5 43,2 86,2 56,7 25,5 11,3 P-totl (mg L -1 ) 5,75 4,5 5,9 14,2 18,8 6,8 8,8 Óleos e Grxs (mg L -1 ) Tempertur (ºC) Vzão (m 3 t -1 leite processdo) 1,06 1,47 0,83 4,1 5,5 3,2 5,4 Leite processdo (t) 18,5 29,4 48,4 226,2 59,7 80,0 63,4 * Tipos de indústris: (1) Posto de recepção e refrigerção de leite (2) Leite psteurizdo e mnteig (3) Leite psteurizdo e iogurte (4) Leite esterilizdo e iogurte (5) Leite condensdo (6) Leite em pó Obs.: densidde médi do leite vri de 1,028 1,032 kg L -1 Fonte: dptdo de CETESB (1990) No que se refere à influênci de detergentes, snitizntes e lubrificntes ns águs residuáris ds indústris de lticínios, um série de levntmentos e determinções feitos nos E.U.A., indicou que os componentes destes produtos estão gerlmente presentes em bixs concentrções pr cusrem efeitos tóxicos ns estções de trtmento de efluentes (U.S. EPA, 1971). Não obstnte isso, há consenso de que tis produtos devm ser usdos ns quntiddes estritmente necessáris, visto que su utilizção em excesso implic em desperdício finnceiro e pode constituir risco o trtmento ds águs residuáris (MACHADO et l., 2002). 8

23 3.2 - Trtmento de águs residuáris em sistems lgdos construídos ( constructed wetlnds ) Os constructed wetlnds, cuj denominção pode tmbém significr sistems lgdos construídos, são frequentemente encontrdos n litertur como brejos, bnhdos, zon de rízes, terrs úmids, terrs molhds, leitos cultivdos, leitos hidropônicos de rei etc. Os wetlnds podem ser nturis ou construídos, sendo que os nturis são queles encontrdos no próprio meio mbiente e os construídos são queles que possuem crcterístics prticulres e específics, similres os sistems nturis (FEIJÓ et l., 2003). De mneir gerl, s legislções mbientis levrm à inibição do uso de sistems lgdos nturis pr fins de controle de águs de lgum form poluíds. Esss restrições conduzirm, então, o desenvolvimento de sistems lgdos construídos. Os sistems lgdos construídos procurm simulr lgums ds funções de sistems lgdos nturis, em prticulr cpcidde de degrdr mtéri orgânic e conter nutrientes, por meio d combinção dos mecnismos físicos, químicos e biológicos encontrdos nos ecossistems lgdos nturis (MARQUES, 1999). Estes sistems têm como principis componentes o meio suporte, que pode ser solo, rei, brit ou outro mteril, espécies vegetis tolerntes áres lgds, lém de microrgnismos ssocidos estes elementos e que são os principis responsáveis pel remoção dos contminntes d águ residuári (VALENTIM, 2003). Pode-se clssificr os sistems lgdos construídos de cordo com seu fluxo em: superficil, subsuperficil e verticl. Os sistems lgdos construídos (SACs) contempldos neste trblho são do tipo subsuperficil e, por est rzão, s considerções feits nest revisão serão direcionds pens pr este tipo de sistem. As vntgens enumerds por COOPER (1998) em relção este tipo de sistem são: cpcidde de remoção de SST e bctéris, devido à hbilidde de filtrção do meio; remoção de DBO superior à cpcidde de trnsferênci de oxigênio relizd pels plnts ou pel troc de gses n interfce r/águ; e bo cpcidde de desnitrificção. Possui 9

24 como desvntgem limitd cpcidde de trnsferênci de oxigênio que prejudic relizção do processo de nitrificção nestes sistems. Os SACs são gerlmente constituídos por um ou mis uniddes em série ou prlelo, normlmente escvdos no solo e recobertos com mteril impermeável cpz de impedir percolção e lixivição de poluentes constituintes d águ residuári em trtmento. Podem ser cultivdos em monocultur, ou com um seleção de espécies (HUSSAR, 2001). A profundidde do meio suporte do SAC pode vrir de 0,3 0,9 m, dependendo d profundidde lcnçd pels rízes ds espécies cultivds. O fundo do leito pode presentr declividde n fix de 0% 2,5%, no sentido de escomento d águ, devendo estr em nível no sentido perpendiculr este (BORIN et l., 2004; GARCIA et l., 2004b). A superfície do leito pode ser mntid em nível ou com mesm declividde do leito (U.S. EPA, 2000b). A águ residuári esco por grvidde, horizontlmente ou verticlmente trvés do meio suporte do leito, sem sturr superfície, entrndo em contto com os microrgnismos que se desenvolvem deridos à superfície do meio suporte, o cule e às rízes de plnts e os sólidos suspensos cumuldos no sistem (COOPER, 1998; COREA, 2001; MATOS & LO MONACO, 2003). Os mecnismos de remoção de poluentes encontrdos nos SACs são os mesmos que ocorrem em sistems lgdos nturis, ou sej, são processos físicos como precipitção, sedimentção, filtrção e biogeoquímicos que reciclm e trnsformm lguns elementos químicos, como o crbono, o nitrogênio, o fósforo, entre outros. No entnto, os SACs incorporm, tmbém, outros processos encontrdos nos sistems convencionis de trtmento de águs residuáris, como digestão d mtéri orgânic, oxidção, redução e dsorção. Todos estes processos ocorrem de modo concomitnte e influencidos pelo tipo de fluxo, pel espécie vegetl cultivd, pelo meio suporte utilizdo e pels crcterístics d águ residuári ser trtd, sendo que grnde miori dos poluentes fic derid o sedimento e às plnts. (U.S. EPA, 2000b). 10

25 Influênci ds espécies vegetis em SACs Um grnde número de espécies vegetis, quse que exclusivmente quátics, têm sido utilizds n construção de SACs. No entnto, pergunts como: quis são s espécies mis indicds e seu mnejo e qul é o desempenho de trtmento e o potencil pr remoção de diferentes compostos, ind precism ser respondids pr s condições brsileirs. Qunto à interferênci ds espécies vegetis no trtmento de águs residuáris, ddos correntes de publicções estdunidenses indicm que o desempenho de SACs de fluxo subsuperficil no trtmento secundário é prticmente igul nos SACs cultivdos ou não. Como resultdo, s plnts não serim ftor crítico neste tipo de sistem, sendo pens considerdo o seu efeito estético (U.S. EPA, 2000b). Por outro ldo, pesquisdores brsileiros que utilizrm SACs como pós trtmento de efluente neróbio, verificrm que os SACs cultivdos com Typh sp. e Eleochris sp. presentrm melhor desempenho de remoção de SST e DQO que os SACs não cultivdos (brit # 2 como suporte) (VALENTIM, 2003). Est consttção tmbém foi presentd por SOUZA et l. (2000) em trblho com Juncus sp. e rei como meio suporte. Há, entre pesquisdores e projetists, predominânci em se utilizr mcrófits em SACs, por serem plnts nturlmente dptds pr o crescimento n águ e em solos sturdos. Dentre ests espécies, s de mior porte são s plnts quátics vsculres florescentes, porém os musgos e miori ds lgs mrinhs tmbém podem ser utilizdos. As mcrófits estão dividids em três ctegoris: 1) flutuntes: podem estr fixds ou não o fundo e su folhgem principl flutu n superfície d águ; 2) submergentes: crescem sobre águ, estndo fixs ou não por rízes; 3) emergentes: su folhgem principl está em contto com o r e s sus rízes estão fixds o solo (APHA, 1995). Considerndo que principl crcterístic dos SACs de fluxo subsuperficil é mnutenção d lâmin de águ bixo d superfície do meio suporte, constt-se, então, que s mcrófits emergentes são s mis dequds pr estes sistems. 11

26 No Brsil, pesquisdores têm utilizdos s seguintes mcrófits: Juncus sp. (SOUSA et l., 2000), Echinochlo polystchy (SEZERINO & PHILIPPI, 2003), Typh sp. (HUSSAR, 2001; CAMPOS et l., 2002; VALENTIM, 2003; BRASIL, 2005), Zizniopsis bonriensis (CAMPOS et l., 2002; FEIJÓ et l. 2003), Eleochris sp. e Scirpus sp. (VALENTIM, 2003) e rroz (Oriz stiv L.) (NOGUEIRA, 2003; MEIRA et l., 2004). De um form gerl, os benefícios ds espécies vegetis no trtmento de águs residuáris podem ser ssim sumrizdos: ) trnsferênci de gses: s mcrófits podem fcilitr entrd de oxigênio e síd de CH 4, CO 2, N 2 O e H 2 S do sistem (TANNER, 2001). Entretnto, quntidde de oxigênio trnsferido (5 45 g m -2 d -1 de O 2 ) é considerd bix qundo comprd com quntidde de mteril orgânico gerlmente portdo nesses sistems; b) estbilizção d superfície do leito: o denso sistem rdiculr ds espécies vegetis no substrto protege o sistem do processo erosivo, impedindo formção de cnis de escomento preferencil n superfície do SAC (BRIX, 1997); c) bsorção de nutrientes e metis: s plnts bsorvem e metbolizm diversos elementos químicos, dentre eles os micro e mcronutrientes essenciis o seu desenvolvimento. Ao remover biomss do SAC, quntiddes significtivs de nutrientes e metis bsorvidos serão tmbém removidos (FEIJÓ et l., 2003); d) fornecimento de crbono biodegrdável pr o processo de desnitrificção: decomposição de plnts e exsuddos ds rízes podem servir como fonte de crbono orgânico biodegrdável pr microrgnismos desnitrificntes e, ssim, incrementr remoção de nitrto em SACs (BRIX, 1997; TANNER, 2001); e) isolmento térmico: em regiões de clim temperdo, cobertur vegetl serve como isolnte térmico pr o SAC, reduzindo o risco de congelmento d águ residuári em su superfície (REED et l., 1995); 12

27 f) efeito estético e pelo ecológico: qundo comprdo esteticmente com um SAC não vegetdo, o SAC vegetdo present specto estético muito mis grdável e, lém disto, presenç ds plnts proporcion mbiente trtivo pr vid selvgem; g) controle de odor: s espécies vegetis, ssocids os sedimentos, gem como um biofiltro de odor, limitndo-o e possibilitndo instlção de SACs próximos às comuniddes que irá servir (VALENTIM, 2003). A evpotrnspirção é outro componente básico dos SACs vegetdos e pode influencir os resultdos de desempenho destes sistems. Em função do estbelecimento de densos estndes de vegetção, verific-se, nos dis quentes, perds centuds de águ por evpotrnspirção com conseqüente diminuição d águ residente no sistem. Ess perd de águ implic em umento n concentrção de poluentes n águ residuári em escomento no sistem, mesmo que eficiênci sej efetiv em bse de renovção de mss. Segundo MARQUES (1999), evpotrnspirção pode vrir de 1,3 3,5 vezes tx de evporção de um superfície livre djcente. BRASIL (2005), trblhndo com sistems lgdos construídos cultivdos com Typh sp., em Viços-MG, obteve vlores de evpotrnspirção de té 14 mm d -1. LIM (2001) nlisndo sistems lgdos construídos, em condições subtropicis (Mlási), e cultivdos com tbo (Typh ngustifóli), observou significtiv perd de águ no sistem devido à evpotrnspirção, cuj tx clculd foi de 18,2 32,9 mm d

28 Seleção de espécies vegetis Os critérios pr seleção de espécies vegetis pr uso em SACs ind são muito incipientes, sendo fundmentdos no uso de espécies locis e não exótics e n tolerânci desss espécies prolongdos períodos de submergênci ou com cpcidde de permnênci em substrto sturdo, n mior prte do no. Segundo PAGANINI (1997), s espécies vegetis serem selecionds devem ser perenes, ter lt tolerânci o excesso de águ e mbientes eutrofizdos, ser de fácil propgção e crescimento rápido, ser de fácil colheit e mnejo e possuírem lt cpcidde de remoção de nutrientes e poluentes. Além disso, devem presentr denso sistem rdiculr, ser pouco susceptível prgs e doençs e ser pssível de cortes sucessivos e freqüentes. Acrescent-se ind que devem ser selecionds plnts de lto potencil produtivo e nutricionl, visndo limentção niml. Considerndo que s pesquiss em relção à seleção de espécies vegetis pr uso em SACs, principlmente em píses de clim tropicl, ind não são suficientes pr se estbelecer um critério gerl pr escolh de um ou mis espécies vegetis pr comporem SACs, conselh-se montgem de sistems piloto com plnts presentes ns proximiddes de onde será instldo o trtmento, sej em monocultivo ou policultivo. No presente trblho, form escolhids dus espécies vegetis bstnte incomuns no uso em SACs, porém já usds, com sucesso, em trblhos com trtmento de águs residuáris por disposição no solo (AGUIAR et l., 1999; QUEIROZ, 2000). As espécies utilizds neste trblho form dus grmínes forrgeirs: o cpim-tifton 85 (Cynodon spp) e o cpim-elefnte cv. Npier (Pennisetum purpureum schum), espécies de grnde vlor pr limentção niml. Em princípio, escolh dests dus espécies ocorreu em função d grnde cpcidde de extrção de nutrientes e do vlor que presentm n limentção niml, especilmente de bovinos. 14

29 Crcterístics geris ds grmínes forrgeirs As plnts superiores e entre els s plnts forrgeirs, são extremmente influencids pels vriáveis mbientis. A luz (ou rdição), tempertur e disponibilidde de águ são os principis ftores climáticos que fetm o desenvolvimento vegettivo e o florescimento ds espécies forrgeirs. A qulidde de um forrgem tem sido frequentemente vlid em termos d digestibilidde e, ou, composição químic de su mtéri sec ou orgânic (GOMIDE & QUEIROZ, 1994). Porém, o rendimento forrgeiro e o vlor nutritivo são influencidos por vários ftores, entre eles espécie, os ftores climáticos, disponibilidde de nutrientes, frção d plnt, idde fisiológic e modlidde de uso. O vlor nutritivo de um forrgeir depende bsicmente dos conteúdos de proteín e de crboidrtos. O conteúdo mínimo de proteín brut necessário n mtéri sec de volumosos fornecidos os bovinos está em torno de 7,0 11,0 dg kg -1, respectivmente, pr nimis dultos e jovens (NRC, 1984). As grmínes forrgeirs tropicis presentm mior produtividde de mtéri sec que s de clim temperdo e ess superioridde confere às grmínes tropicis melhores resultdos experimentis em relção à produção de leite por áre. Entretnto, s grmínes de clim temperdo são superiores qulittivmente, grntindo produções de 15,0 24,0 kg de leite vc -1 di -1, enqunto s primeirs presentm produções de 8,5 15,0 kg de leite vc -1 di -1 (CECATO, 1999). As forrgeirs constituem fonte de limento mis importnte pr bovinos leiteiros, podendo determinr sobrevivênci de muitos produtores ness tividde. Dess form, s grmínes se constituem num ds principis e mis econômic fonte de nutrientes necessários à súde, o crescimento e à produção d miori dos ruminntes. 15

30 Cpim-tifton 85 (Cynodon spp) O cpim-tifton 85, pertencente o gênero Cynodon, tem su origem em Tifton, sul do Estdo d Geórgi EUA, sendo considerdo o melhor híbrido F1 entre introdução proveniente do sul d Áfric (P ) e o tifton 68 (PEDREIRA et l., 1998). As grmínes do gênero Cynodon pertencem o grupo C 4, presentndo, por isso, elevdo potencil de utilizção d rdição solr. A fix ótim de tempertur situ-se entre 30 e 35º C e, embor sejm escsss s informções, consider-se que seu requerimento hídrico sej d ordem de mm no -1, pr sistems intensivos de produção. Este gênero de grmíne é dptdo vários tipos de solos, não sendo textur, prentemente, limitnte su produção, desde que não hjm problems de compctção excessiv ou bix cpcidde de retenção de águ no solo (PEDREIRA et l.,1998). O cpim-tifton 85 possui bos crcterístics de produção e elevd cpcidde de crescimento em regiões mis fris, presentndo grnde potencil de forrgemento ns condições subtropicis e tropicis. Seu relvdo tinge té 1 m de ltur e é forrgeir resistente cortes freqüentes. A mtéri sec produzid, em bos condições de mnejo e dubção, é de bo qulidde, permitindo bom desempenho niml n produção de leite e crne. Muito embor tenhm sido relizdos poucos trblhos de pesquis com est grmíne no Brsil, el tem demonstrdo bom desempenho qundo vlid (CECATO, 1999). OLIVEIRA (1999), visndo mplir os conhecimentos de morfologi, crescimento e vlor nutritivo deste cpim, vliou o efeito d idde de rebrot (14, 21, 28, 35, 49, 56, 63 e 70 dis) n su produtividde. O utor verificou umento liner n produtividde e no conteúdo de mtéri sec (MS), que vrirm de 3,13 12,32 t h -1 e de 20,00 31,96 dg kg -1, dos 14 os 70 dis de rebrot, respectivmente. Os conteúdos de proteín brut reduzirm linermente com idde de rebrot, presentndo-se entre 15,60 e 4,50 dg kg -1, dos 14 os 70 dis de idde, respectivmente. Qunto à composição minerl, s concentrções de P, K, C e Mg reduzirm linermente com 16

31 idde de rebrot, tendo sido obtidos vlores d ordem de 0,98 0,39 dg kg -1 ; 3,97 1,28 dg kg -1 ; 0,56 0,37 dg kg -1 e 0,37 0,29 dg kg -1, dos 14 os 70 dis de rebrot, respectivmente pr P, K, C e Mg. Em experimento comprtivo com qutro cultivres do gênero Cynodon (tifton 85, costcross 1, florkirk e estrel IPEAME) o cpim-tifton 85 proporcionou mior produtividde nul (médi de três nos consecutivos) de mtéri sec (10,71 t h -1 ) e proteín brut (1,70 t h -1 ), sendo considerdo pelos pesquisdores melhor opção pr uso intensivo nos sistems de produção de leite e de crne n região de Cmpos Geris do Prná (POSTIGLION & MESSIAS, 1998). STEFANUTTI et l. (1999) vlirm o comportmento de dus espécies de cpins submetidos diferentes txs de plicção de esgoto doméstico (0,20 1,00 m 3 h -1 m -1 ), por um período de doze meses. Form construíds rmps pr trtmento por escomento superficil de 8 x 23 e 3,5 x 21 m, com declividde de 4%, ns quis form cultivdos os cpins quicuio d Amzôni e tifton 85, sendo efetudos, no período do experimento, sete e nove cortes, respectivmente. Neste período, s grmínes forrgeirs lcnçrm produtividde cumuld de 28,4 e 38,8 t h -1 e remoções de 544,50 e 1.208,00 kg h -1 no -1 de N, o que corresponde 3.403,12 e 7.550,00 de kg h -1 de PB e remoções de fósforo de 56,50 e 97,00 kg h -1 no -1, pr o quicuio d Amzôni e tifton 85, respectivmente. Os pesquisdores concluírm ser o cpim-tifton 85 o mis eficiente n remoção de P e N e o mis proprido pr o trtmento de esgoto doméstico, por presentr melhor cobertur, lém de presentr recuperção mis rápid pós o corte. QUEIROZ (2000), estudndo o desempenho de qutro espécies forrgeirs (cpim-quicuio d Amzôni, cpim-brquiári, cpim-costcross e cpim-tifton-85) cultivds em rmps e submetids à plicção de águ residuári d suinocultur, pelo método do escomento superficil, verificou que: ) dentre s grmínes forrgeirs vlids, o cpim-tifton 85 foi o que se mostrou mis dequdo pr cultivo em rmps de trtmento de águs residuáris d suinocultur por escomento superficil, devido à lt produtividde e cpcidde de extrção de nutrientes lcnçds, lém d rápid recuperção pós o corte, com bo cobertur do solo e ocorrênci de 17

32 poucs plnts espontânes; b) s miores extrções cumulds de proteín brut e cobre, no período experimentl, form obtids pelo cpim-tifton 85; c) s txs de plicção de 800 kg h -1 d -1 de DBO 5 proporciond pel plicção de águ residuári d suinocultur não csou problems o desenvolvimento ds grmínes vlids Cpim-elefnte cv. Npier (Pennisetum purpureum schum) O cpim-elefnte é um espécie de origem fricn, descobert em 1905, n Áfric Tropicl, tul Zimbbwe. Conhecid pelos ntivos como Zinymung, teve o nome substituído pr Cpim de Npier, em homengem o seu descobridor e principl divulgdor. Foi introduzido no Brsil, em 1920, prtir de estcs provenientes de Cub e su rápid e mpl disseminção por todo o Pís deu-se em função de seu elevdo potencil de produção de forrgem de bo qulidde (ARAÚJO, 1972). O gênero Pennisetum é constituído por mis de 140 espécies (BRUNKEN, 1977), que se encontrm mplmente distribuíds por tods s regiões tropicis do plnet. Dentro d espécie, é encontrd grnde diversidde de forms, tipos ou vrieddes, presentndo grnde vribilidde genétic pr mior prte ds crcterístics de interesse. Considerndo um conjunto de crcterístics diferencidors, pode se clssificr vribilidde dentro do germoplsm de cpim elefnte em cinco grupos distintos: Cmeroon, Npier, Merker, Anão e Híbridos Interespecíficos. O grupo de cultivres Npier present vrieddes com touceirs berts, colmos grossos, folhs lrgs e époc de florescimento intermediári (bril mio). Exemplos: Npier, Mineiro, Tiwn A-146, Gignte de Pind e Turrilb. Embor não estej estbelecid um correlção diret entre morfologi d plnt e dptção o uso, vrieddes do grupo Npier têm sido recomendds, tnto pr cpineirs (corte) como pr formção de pstgens (PEREIRA, 1993). O cpim-elefnte é, comumente, cultivdo às mrgens dos rios e lgos, em locis úmidos e bem drendos, em áres tropicis e subtropicis. É um 18

33 grmíne que cresce bem desde o nível do mr té m de ltitude, tem porte lto cespitoso, perene e o diâmetro dos colmos pode chegr té 2,5 m. Cresce melhor em solos profundos, de textur moderd pesd, toler secs de curt durção, ms não resiste à flt de águ por muito tempo, nem às geds (TCACENCO & BOTREL, 1990). A produção de cpim-elefnte está concentrd no período de verão (em torno de 70% do totl nul). Est crcterístic de estcionlidde de produção do cpim-elefnte está ligd o fto de ser est um grmíne tropicl (C 4 ), o que lhe confere lt produção, com temperturs ótims de crescimento em torno de ºC. Em contrprtid, prlisção do crescimento se dá o redor de 10 ºC (HILLESHEIM, 1992). O cpim-elefnte é um plnt exigente em nutrientes, em decorrênci de seu elevdo potencil de produção. Como regr gerl, extrção de nutrientes pel forrgeir é proporcionl os rendimentos obtidos. VICENTE-CHANDLER et l. (1974), trblhndo com cpim-elefnte mnejdo intensivmente (cortes cd 60 dis, dubção com 448 kg h -1 de N; 72,8 kg h -1 de P e 448 kg h -1 de K, plicdos em seis doses iguis de fertilizntes mineris e clgem efetud pr obter ph = 6), obtiverm os seguintes resultdos de produção de forrgem e remoção de nutrientes: 28,2 t h -1 no -1 de MS e 338 kg h -1 no -1 de N, 72 kg h -1 no -1 de P, 565 kg h -1 no -1 de K, 108 kg h -1 no -1 de C e 71 kg h -1 no -1 de Mg. AGUIAR et l. (1999) conduzirm um experimento pr vlir produção e o desempenho do cpim-elefnte fertirrigdo com efluente unificdo, proveniente de dois retores neróbios (um tnque séptico seguido de filtro neróbio e um retor neróbio fbricdo em resin de poliéster). Os pesquisdores utilizrm três tbuleiros (T 1, T 2, T 3 ) inclindos com cobertur de cpim-elefnte, sendo um tbuleiro irrigdo pelo sistem "xique-xique" com águ potável (testemunh T 3 ) e os dois outros tbuleiros (T 1 e T 2 ) fertirrigdos, respectivmente, pelos métodos de sulco com "zig-zg" e inundção com efluentes snitários. Form relizdos seis cortes, com intervlos de nove semns entre eles. A produtividde médi de mss verde foi de 75,13 t h -1 ; 79,01 t h -1 e 28,98 t h -1, de mtéri sec foi de 9,46 t h -1 ; 10,03 t h -1 e 4,08 t 19

34 h -1, sendo o teor de proteín brut de 13,14 dg kg -1, 12,77 dg kg -1 e 13,75 dg kg -1, ltur ds plnts de 165 cm; 180,17 cm e 141,50 cm e o número de perfilhos por m 2 de 49,33; 46,50; 27,83, respectivmente pr T 1, T 2, T Ftores influentes no desempenho de SACs O desempenho dos SACs é influencido por ftores bióticos e bióticos, internos e externos, físicos, químicos e bioquímicos, tuntes nos ecossistems lgdos nturis. Consequentemente, são estes ftores que irão lterr, em mior ou menor gru, qulidde ds águs que pssrem trvés dos SACs (BRASIL, 2005). ) Ftores bióticos As tividdes biológics que ocorrem no SACs são desempenhds pels espécies vegetis cultivds e pel grnde diversidde de microrgnismos, especilmente bctéris e fungos. O ppel ds plnts nos SACs foi borddo no item A diversidde bcterin inclui s eróbis, s neróbis, s fculttivs e os ctinomicetos (HUSSAR, 2001). A miori ds bctéris é heterotrófic, outr prte é utotrófic, enqunto os fungos, que são muito bundntes no meio, são heterotróficos e têm nutrição predominntemente sprofític. Bctéris e fungos têm relção simbiótic com o meio em que vivem. Os primeiros estão em simbiose com s rízes e prte submers. A segund clsse de orgnismos mntém relção de simbiose com lgs e plnts mis evoluíds (micorrizs) (HUSSAR, 2001). Todos esses microrgnismos, com su diversidde genétic e dptção funcionl, exceto em condições extrems, são cpzes de desempenhr seu ppel n degrdção dos poluentes nos SACs. Exemplo de condição extrem pode ser presenç de componentes tóxicos n águ residuári, devendo-se evitá-los pr proteger os microrgnismos (DAVIS, 1995). 20

35 b) Ftores bióticos A tempertur, lclinidde, o ph e o oxigênio dissolvido são os mis importntes ftores bióticos que interferem nos processos biológicos e influencim diretmente no desempenho do trtmento ds águs residuáris. Além destes ftores, outrs vriáveis como tipo de substrto, nturez e quntidde do poluente, ciclo hidrológico e regrs de operção e de mnejo do sistem podem fetr eficiênci de remoção. A tempertur do efluente dos SACs é, proximdmente, igul à médi diári de tempertur do r, um vez que há um blnço entre s forms de trnsferênci dominntes: gnhos por meio d energi solr e perds de energi em decorrênci do consumo de energi n evporção. As temperturs bixs umentm solubilidde do oxigênio n águ, contudo, diminuem tividde microbin no meio (MANSOR, 1998). As vrições de tempertur tmbém fetm o desempenho de trtmento dos SACs, ms não é um regr pr todos os constituintes d águ residuári. A cpcidde de trtmento tende decir com redução d tempertur, ms mtéri orgânic e sólidos suspensos totis que são removidos por mecnismos físicos como floculção, precipitção e filtrção, são menos fetdos (U.S. EPA, 1999). A lclinidde é cpcidde d águ em neutrlizr cidez (cpcidde tmpão). Processos oxidtivos (como nitrificção) tendem neutrlizr lclinidde do meio e, nesse cso, se lclinidde do meio é bix, cidez pode fetr tx de crescimento dos microrgnismos responsáveis pel oxidção do mteril orgânico (VON SPERLING, 1996). O ph influenci muits trnsformções bioquímics, pois fet o equilíbrio ds forms de ácidos orgânicos e bses ionizds e não ionizds, lém de controlr solubilidde de muitos gses e sólidos (HUSSAR, 2001). Em mbientes onde o ph vri de 4,0 9,5, propicim-se condições ideis pr sobrevivênci ds bctéris responsáveis pel degrdção d mtéri: s bctéris desnitrificntes preferem os mbientes com ph entre 6,5 e 7,5 e s nitrificntes preferem ph igul ou superior 7,2 (METCALF & EDDY, 1991). 21

36 O oxigênio dissolvido é influencido pel tempertur e por sis dissolvidos n águ residuári. A oxidção de compostos crbonáceos e nitrificção dependem de su concentrção, sendo 1,0 mg L -1 o seu vlor mínimo pr o funcionmento dos retores eróbios. Os vlores típicos de oxigênio dissolvido em SACs tendem ser muito bixos (< 1,0 mg L -1 ), mesmo sendo esss concentrções complementds pels plnts cultivds no sistem (BRASIL, 2005). A quntidde de águ plicd fet eficiênci de trtmento do sistem, pois está diretmente relciond com o tempo de residênci d águ no SAC, o qul é função d tx de plicção hidráulic (SULIMAN et l., 2004). As precipitções cusm diluições dos poluentes no sistem, elevndo o nível d águ temporrimente e bixndo o tempo de residênci hidráulic (t), enqunto, evpotrnspirção concentr os poluentes, reduzindo temporrimente o nível d águ e, consequentemente, umentndo o t. Exceto em clims muito úmidos ou muito secos, os dois são gerlmente compensdos (BRASIL, 2005). BORIN et l. (2004) obtiverm menor eficiênci n remoção de poluentes ns estções de outono e inverno, qundo s diferençs entre precipitção e evpotrnspirção form miores, porém eficiênci mis lt no verão, qundo esss diferençs form menores Mecnismos de remoção de poluentes em SACs Estudos conduzidos em escl rel e experimentl têm demonstrdo que esses sistems possuem bo cpcidde de redução de demnd bioquímic de oxigênio, sólidos suspensos, nitrogênio, fósforo, trços de metis e orgânicos e ptogênicos. Ess redução é efetud por diversos mecnismos, dentre eles sedimentção, filtrção, precipitção e dsorção químic, interções microbin e d vegetção e complexção (Qudro 3) (MARQUES, 1999). 22

37 Qudro 3: Mecnismos de remoção de poluentes em SACs FÍSICO QUÍMICO BIOLÓGICO MECANISMOS CONTAMINANTES DESCRIÇÃO Sedimentção Filtrção Adsorção Precipitção Adsorção Decomposição Metbolismo microbino Metbolismo de plnts Decimento nturl P- Sólidos sedimentáveis S- Sólidos coloidis I - DBO, nitrogênio, fósforo, metis pesdos, orgânicos refrtários, bctéris, vírus S- Sólidos sedimentáveis e sólidos coloidis S- Sólidos coloidis P- Fósforo, metis pesdos P- Fósforo, metis pesdos S- Orgânicos refrtários P- Orgânicos refrtários P- Sólidos coloidis, DBO, nitrogênio, metis pesdos, orgânicos refrtários S- Orgânicos refrtários, bctéris, vírus P- Bctéris e vírus Sólidos sedimentáveis por grvidde (e contminntes) em SACs Prtículs sedimentáveis mecnicmente à medid que águ pss por meio do substrto ou mss de rízes Forç trtiv entre prtículs (vn der Wls) Formção de co-precipitção com compostos insolúveis Adsorção no substrto e superfície de plnts Decomposição ou lterção de compostos menos estáveis por irrdição UV, oxidção e redução Remoção de sólidos coloidis e orgânicos solúveis por bctéris suspenss, bêntics e epifítics. Oxidção de metis medid por microrgnismos Sob condições dequds, quntiddes significntes desses contminntes serão tomds pels plnts Decimento nturl ou orgnismos em um meio desfvorável P: efeito primário; S: efeito secundário, I: efeito incidentl (ocorrido incidentlmente pel remoção de outro contminnte). : Metbolismo incluindo tnto reções de biossíntese como reções ctbólics. A ocorrênci desses mecnismos mostr verstilidde potencil dos SACs e necessidde de estudo detlhdos pr ferição dos limites destes mecnismos n remoção de mteriis de interesse sob condições reis (escl e operção) (MARQUES, 1999). 23

38 Remoção de Sólidos Suspensos Totis (SST) Os SACs são eficientes n redução de elevds concentrções de sólidos suspensos, por meio de processos físicos encerrdos num filtrção em meio grnulr: sedimentção nos interstícios, retenção por constrição do fluxo (filtrção) e colisão com desão grânulos do meio suporte (forç de vn der Wls). As bixs velociddes de escomento, somds à presenç de vegetção e do substrto usdo como meio suporte, promovem os processos descritos (HUSSAR, 2001; METCALF & EDDY, 1991). Os SACs funcionm como filtro horizontl, de modo fvorecer seprção de SST por sedimentção (discret e floculent), ocorrendo o prisionmento físico e dsorção sobre o biofilme derido o meio suporte e rízes desenvolvids nesse meio (U.S. EPA, 2000b). Nos SACs, tmbém ocorre gerção de mteril prticuldo. As prtes submerss e áre ds plnts produzem frgmentos e detritos por decimento e morte, o mesmo contecendo com os microrgnismos presentes no meio (HUSSAR, 2001). Prte dos SST será incorpord à mss microbin desenvolvid no meio, outr prte será cumuld no SAC e, provvelmente, os SST remnescentes no efluente não serão provenientes dos mesmos mteriis lnçdos no sistem, ms, certmente são mteriis convertidos ou produzidos no meio (BRASIL, 2005) Remoção de DBO A mtéri orgânic biodegrdável removid por processos físicos é, posteriormente, degrdd e convertid em prtículs solúveis e coloidis, tornndo-se fonte de DBO solúvel. A degrdção d mtéri orgânic pode ocorrer por meio de processos de desssimilção ou ctbolismo oxidtivo (oxidção d mtéri orgânic) e fermenttivo (fermentção d mtéri orgânic). Nos SACs, tem-se presenç de condições eróbis ns rizosfers, nóxics em su vizinhnç e neróbis ns outrs regiões do sistem. 24

39 O ctbolismo oxidtivo é um reção redox n qul mtéri orgânic é oxidd por um gente oxidnte presente no meio líquido (O 2, NO - 3 ou SO 2-4 ), sendo que em condições eróbis estbilizção é relizd, n mior prte ds vezes, por bctéris eróbis e fculttivs. Em condições nóxics, isto ocorre por bctéris nitrificntes e, em condições neróbis, pelo processo de dessulftção, necessitndo neste cso, que mtéri orgânic tenh sido convertid nteriormente ácidos orgânicos pelo processo de cidogênese (METCALFY & EDDY, 1991). No ctbolismo fermenttivo, o processo ocorre devido o rerrnjo dos elétrons n molécul fermenttiv, de tl modo que se formm, no mínimo, dois produtos (CO 2 e CH 4 ). A conversão neróbi ocorre em dus etps sucessivs: cidogênese e metnogênese, sendo que ntes d primeir etp, os compostos orgânicos complexos (crboidrtos, proteíns e lipídeos) necessitm ser convertidos compostos orgânicos simples, pelo mecnismo d hidrólise (VON SPERLING, 1996). Efetivmente, remoção de DBO ocorre qundo o mteril orgânico é completmente convertido no ctbolismo fermenttivo. Dest form, de modo semelhnte como ocorre pr os SST, DBO remnescente no efluente não é, provvelmente, proveniente dos mesmos mteriis lnçdos no sistem, ms, certmente é um novo constituinte convertido ou produzido no meio (BRASIL, 2005) Remoção de nitrogênio Ns águs nturis ou residuáris, o nitrogênio pode ser encontrdo ns seguintes forms: ) nitrogênio moleculr (N 2 ), form em que pode escpr pr tmosfer, (b) nitrogênio orgânico dissolvido e em suspensão (uréi e mtéri protéic), (c) môni (livre-nh 3 e ionizd ou mônio-nh + 4 que é form predominnte nos SACs), d) íon nitrito (NO - 2 ) e e) íon nitrto (NO - 3 ). Tods ests forms do nitrogênio são interconvertíveis e som desss forms é reportd como nitrogênio totl (N-totl) (VALENTIM, 2003; BRASIL, 2005). 25