22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental III WETLAND: RESULTADOS NO TRATAMENTO DO CHORUME DO ATERRO SANITÁRIO DE PIRAÍ-RJ

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina III WETLAND: RESULTADOS NO TRATAMENTO DO CHORUME DO ATERRO SANITÁRIO DE PIRAÍ-RJ João Alberto Ferreira(1) D.Sc. em Saúde Pública pela ENSP- Fundação Oswaldo Cruz e M.Sc em Engenharia Ambiental pelo Manhattan College (New York-USA). Professor Adjunto do Depto. de Eng. Sanitária e do Meio Ambiente Faculdade de Engenharia - UERJ. Juacyara Carbonelli Campos D.Sc. em Engenharia Química- Tecnologia Ambiental PEQ/COPPE/UFRJ. Professora Visitante do Depto de Eng. Sanitária e do Meio Ambiente Faculdade de Engenharia - UERJ. Elisabeth Ritter D.Sc. em Engenharia Civil PEC/COPPE/UFRJ e M.Sc. em Engenharia Civil PUC/RJ. Professora Adjunta do Depto de Eng. Sanitária e do Meio Ambiente Faculdade de Engenharia - UERJ Camille Ferreira Mannarino Graduada em Engenharia Civil Ênfase em Eng. Sanitária e Ambiental UERJ Aluna de Mestrado Profissionalizante do Programa de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente - Depto de Eng. Sanitária e do Meio Ambiente Faculdade de Engenharia - UERJ

2 Endereço(1): End. Rua Moraes e Silva, 51-Bloco 1, ap Tijuca Rio de Janeiro - RJ - CEP: Brasil - Tel: (21) joaf@uerj.br RESUMO Entre as alternativas para tratamento de chorume, em uso em alguns países desenvolvidos, particularmente, em países europeus, vem ganhando força a concepção de se utilizar os mecanismos da própria natureza como uma forma eficiente e relativamente barata de tratamento. Neste contexto, o presente trabalho objetiva estudar a utilização de wetlands, que são sistemas naturais contendo plantas, como parte integrante do sistema de tratamento de chorume oriundo do Aterro Sanitário do Município de Piraí. PALAVRAS-CHAVE:.Chorume, Wetland, Evapotranspiração INTRODUÇÃO Além de ainda ser a forma técnica mais utilizada no mundo para a disposição de resíduos urbanos, o aterro sanitário é de extrema importância em um sistema integrado de gerenciamento de resíduos sólidos. Mesmo em países onde se pratica a redução, a transformação térmica (incineração) e o tratamento em usinas de compostagem e reciclagem, o resíduo restante deve ser disposto no solo, em aterros sanitários. Observa-se, entretanto, que mesmo quando a disposição dos resíduos é feita através de aterros projetados e controlados, cuidados devem ser mantidos de forma a não se permitir eventuais contaminações do ecossistema local. Nestes casos, além de se observar a operação adequada do aterro, conforme estabelecido pelo projeto, a quantificação, controle e tratamento do líquido percolado (chorume) através das camadas do aterro, são parâmetros fundamentais para a garantia da eficiência do mesmo, estando incluídos entre as principais variáveis a serem definidas pelo projetista. Uma das dificuldades na elaboração de projetos de aterros sanitários no Brasil é a inexistência de tecnologia própria, desenvolvida para as nossas condições. Na maioria das vezes, utilizam-se parâmetros e tecnologias doas aterros sanitários de países desenvolvidos. A utilização de wetlands construídos que se constituem em ecossistemas artificiais reproduzindo as características de wetlands naturais, utilizando plantas aquáticas como taboa, junco, aguapé, etc., capazes de purificar efluentes através da combinação de processos biológicos, químicos e físicos (Robinson, 1993; Kadlec, 1998; Maurice et al., 2001), como um dos componentes do sistema de tratamento de chorume, pode contribuir para um efluente final de melhor qualidade. Os baixos custos de implantação e operação

3 aliados à tecnologia relativamente simples são fatores que têm contribuído para uma utilização crescente dos wetlands em diversos países do mundo, para tratamento de chorume (Cao et al., 2001). Neste contexto, o presente trabalho objetiva estudar a utilização de wetlands no tratamento de chorume de Aterro Sanitário de um município de pequeno/médio porte. ATERRO SANITÁRIO DO MUNICÍPIO DE PIRAÍ (RJ) O Aterro Sanitário do Município do Piraí está situado junto à Rodovia Presidente Dutra, em uma região do município fora das bacias de contribuição das represas de Ribeirão das Lajes, Vigário e Santana e faz parte da bacia de um pequeno córrego contribuinte do Ribeirão Cachimbal. O aterro entrou em operação a partir de maio de 2000 e nele são dispostos cerca de 20 ton/dia de lixo (Figuras 1 e 2). Figura 1. Vazamento de lixo no Aterro Sanitário Figura 2. Área do Aterro Sanitário do Município de Piraí-RJ WETLANDS A tecnologia de tratamento por wetlands teve sua origem na Europa na década de 60, com leitos de junco para redução de compostos orgânicos de efluentes industriais (Mulamoottil et al, 1999). Um wetland construído do tipo superficial equivale a uma lagoa rasa (em torno de 30 cm de profundidade) que contém plantas como junco, cana e taboa. O líquido é introduzido em um lado do wetland e flui até o outro lado até o ponto de descarga e o fluxo pode ser superficial ou sub-superficial por entre as raízes das plantas. As Figuras 3 e 4 ilustram esquemas de ambos tipos de wetlands. Figura 3. Sistema de wetland superficial. (Adaptado de Metcalf & Eddy, 1991) Figura 3. Sistema de wetland sub-superficial. (Adaptado de Metcalf & Eddy, 1991)

4 O tempo de retenção é uma variável importante no projeto do processo de wetland: quanto mais o líquido permanece no sistema, melhor o tratamento. Segundo Mulamoottil et al (1999), o tempo de retenção suficiente para reduzir 90% da carga orgânica é em torno de 7 dias e para reduzir em 90% os nutrientes (nitrogênio e fósforo), 14 dias. Mecanismos de Tratamento dos Sistemas de Wetlands Na verdade, diversos processos compõem o sistema de wetlands, que transformam e transferem o poluente para o solo, sedimentos, plantas ou para o ar (Metcalf & Eddy, 1991; Mulamoottil et al, 1999), a saber: Sólidos em Suspensão: Nos sistemas superficiais, os sólidos são removidos em parte por sedimentação e em parte por filtração através da vegetação. Em sistemas sub-superficiais, a remoção ocorre principalmente pela filtração no solo ou no substrato utilizado. Matéria Orgânica: A remoção ocorre por degradação biológica. Os microrganismos responsáveis pela degradação se encontram associados ao lodo ou filme que são desenvolvidos na superfície das partículas sólidas e na região das raízes da vegetação. Os mecanismos de degradação são oxidação e digestão anaeróbia. Nitrogênio: A transformação e remoção de nitrogênio em sistemas naturais envolvem um sistema complexo de processos e reações que estão ilustrados na Figura 4. O nitrogênio amoniacal, geralmente presente em altas concentrações em chorumes, pode ser removido por volatilização (<10%), ou adsorvido temporariamente através de reações de troca iônica no solo. A amônia adsorvida está disponível para ser retirada pela vegetação e microrganismos ou para conversão em nitrito e nitrato através de nitrificação biológica, sob condições aeróbias. Para alcançar remoção real de nitrogênio, a vegetação deve ser colhida e removida do sistema, para evitar a volta do nitrogênio ao sistema como nitrogênio orgânico. Fósforo: O fósforo, que geralmente ocorre como ortofosfato, é adsorvido por argilas minerais e certas frações orgânicas de solo. A precipitação química com cálcio (em ph neutro ou alcalino) e ferro ou alumínio (em ph ácido), ocorre em menor taxa do que a adsorção. O fósforo é firmemente adsorvido e é resistente à lixiviação. Metais Pesados: A remoção de metais pesados se dá principalmente por sorção e em menor proporção, por captura pela planta. A capacidade de retenção para a maioria dos metais no solo e sedimentos é geralmente muito alta, especialmente a ph acima de 6,5. Em menor ph e em condições anaeróbias, alguns metais são solúveis e podem ficar presentes em solução. Eficiências mais baixas de remoção são esperadas para sistemas de wetlands superficiais

5 devido ao limitado contato da água com o solo e sedimentos e das condições anaeróbias nos sedimentos. Figura 4. Transformações que ocorre com o nitrogênio em sistemas na turais. MATERIAIS E MÉTODOS O wetland está montado na área do Aterro Sanitário de Piraí (RJ) como parte integrante do sistema de tratamento de chorume, que inclui, em seqüência, um biofiltro, um wetland e uma lagoa. Ele opera com fluxo sub-superficial e apresenta dimensões de 4,0m x 2,0m x 0,60m. O seu material de enchimento compreende uma camada de 0,25 m de pedra coberta com 0,15m de terra (Figura 5). O leito contém plantas da família das gramíneas, obtidas da própria região do aterro sanitário. O sistema recebe o efluente do filtro biológico que apresenta a caracterização (média) mostrada na Tabela 1. Figura 5. Vista do wetland no Aterro Sanitário de Piraí (RJ). Tabela 1. Valores médios de caracterização da alimentação do wetland. Parâmetros Alimentação do wetland Cloreto (mg/l) Alcalinidade total (mg CaCO3/L) Condutividade (ms/cm) 7,47 Cor (mg Pt/L) 450 ph

6 7,95 N-NH4+ (mg/l) 189 SDT Sólidos Dissolvidos Totais (mg/l) SST Sólidos Suspensos Totais (mg/l) 99 COT - Carbono Orgânico Total (mg/l) 148 DQO - Demanda Química de Oxigênio (mg/l) 472 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio (mg/l) 62. Os parâmetros monitorados na avaliação do wetland foram (APHA/AWWA/WEF, 1998): COT (Carbono Orgânico Total), DBO (Dema nda Bioquímica de Oxigênio), ph, DQO (Demanda Química de Oxigênio), Fósforo Total, Sólidos Totais (suspensos e Dissolvidos), Condutividade, Cloreto, Alcalinidade e Nitrogênio Amoniacal (N-NH4+). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 6 ilustra resultados do balanço hídrico no wetland, ou seja, das vazões de entrada e saída. O grau de evaporação da gramínea não foi muito elevado, ficando em torno de 10%, no período operacional de junho de 2002 a maio de Em algumas vezes, a vazão de saída foi maior que a de entrada devido ao período de chuvas. Figura 6. Resultados de vazão de entrada e saída do wetland.

7 Em termos de remoção de poluentes, analisando as concentrações de entrada e saída, o wetland não mostrou uma eficiência satisfatória (remoção, em média, de 10% de matéria orgânica DQO, 8% de nitrogênio amoniacal e 12% de fósforo). Porém, se considerarmos que houve evaporação e fazendo um balanço de massa, verificamos que as remoções são bem mais elevadas (remoção, em média, de 35% de matéria orgânica - DQO; 30-80% de nitrogênio amoniacal e 35% de fósforo), representando, desta maneira, uma menor carga poluidora que segue para o tratamento seguinte. Esses últimos resultados estão ilustrados nas Figuras 7 e 8. Figura 7. Resultados de remoções das cargas de DBO, DQO e COT Figura 8. Resultados de remoções das cargas de Nitrogênio Amoniacal, SST e Fósforo Total. A baixa taxa de evaporação e a baixa eficiência de remoção de poluentes, provavelmente, devem-se ao fato de o tempo de residência médio estimado neste wetland ser muito baixo, em torno de 2 dias, o que não é adequado para este tipo de tratamento, que exige maiores tempos de retenção. Os resultados obtidos até o momento concordaram, de certa maneira, com os obtidos em ensaios anteriores realizados com o chorume oriundo do Aterro Sanitário de Piraí (Campos et al, 2002), onde pequenos sistemas de wetlands foram montados e foram avaliadas a planta taboa (Typha spp.) e a mesma gramínea empregada neste trabalho. Os ensaios foram realizados em batelada e com diferentes tempos de retenção. Com base nos resultados obtidos, se extrapolarmos o tempo de retenção para 2 dias nesses ensaios, obteríamos 32-35% de remoção de DQO utilizando a gramínea e 45% de remoção utilizando a taboa. Naquele trabalho, utilizando um tempo de retenção de 5 dias, foram obtidos resultados de remoção de DQO e nitrogênio amoniacal de até 95% com wetland plantado com taboa. A taboa (Typha sp.) é uma planta já consagrada pela literatura (Maurice & Larger,1999; Kadlec et al., 1997) no tratamento de efluentes, e em particular o chorume. Essas plantas são morfologicamente adaptadas para se desenvolverem em sedimentos inundados em decorrência dos grandes volumes de espaços internos capazes de transportar oxigênio para o sistema radicular. O wetland estudado neste trabalho está em fase de modificações, onde a sua área será aumentada para aumentar o tempo de retenção do chorume, será plantada a taboa e o regime de operação será de fluxo superficial. CONCLUSÕES

8 O presente trabalho ilustra o potencial da utilização de sistemas de wetlands como parte integrante do tratamento do chorume gerado no Aterro Sanitário do Município de Piraí (RJ). Devido ao baixo tempo de retenção foram obtidos resultados apenas satisfatórios de remoção de poluentes. Estudos anteriores mostraram ótimos resultados utilizando a taboa como vegetação no wetland. Desta maneira, alterações no sistema estão em andamento para aumentar a sua eficiência: Com o intuito de aumentar o tempo de residência do chorume no wetland, o sistema está sendo aumentado, ocupando uma área de 10m X 5m; Será plantada a taboa (Typha spp.) como vegetação operando com fluxo superficial. Cabe ressaltar que o wetland é uma etapa de tratamento dentro de um sistema (filtro+wetland+lagoa) que tem como objetivo ser uma solução simples e eficiente, que está de acordo com a realidade de pequenos e médios municípios, envolvendo baixo custo de montagem e manutenção, além de uma operação fácil. Como pode ser observado nos demais trabalhos apresentados neste congresso o sistema tem-se apresentado bastante eficiente. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPERJ, ao apoio do CNPq, uma entidade do Governo Brasileiro voltada ao desenvolvimento científico e tecnológico e à Prefeitura do Município de Piraí. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th edition, New York, CAMPOS, J. C., FERREIRA, J.A., MANNARINO, C. F., SILVA, H. R., BORBA, S. M. P. "Tratamento do Chorume do Aterro Sanitário de Piraí (RJ) Utilizando Wetlands". VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Vitória, ES, CAO, A.; CARUCCI, A.; CRASTO, P.; MUNTONI, A.. MSW Landfill Leachate Treatment using Constructed Wetlands: A Laboratory-Scale Experience. Proceedings, Sardinia 2001, Eighth International Waste Management and Landfill Symposium, Cagliari, Italy, V-II, p , 2001

9 MAURICE, C.; KYLEFORS, K.; LAGERVIST, A. Results from a Pilot Constructed Wetland for Denitrification. Proceedings, Sardinia 2001, Eighth International Waste Management and Landfill Symposium, Cagliari, Italy, V-II, p , 2001 METCALF & EDDY. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse Mc Graw Hill, 3rd Edition, MULAMOOTTIL G., McBEAN E. A., ROVERS F., Constructed Wetlands for the Treatment of Landfill Leachates, CRC Press Ed., Florida, USA, ROBINSON, H. D.. The Treatment of Landfill Leachates Using Reed Bed Systems. Proceedings, Sardinia 1993, Fourth International Landfill Symposium, Cagliari, Italy, V- I, p , 1993