WETLAND CONSTRUÍDO DE MACRÓFITAS AÉREAS PARA FITORREMEDIAÇÃO DE ÁGUAS OLEOSAS

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1 WETLAND CONSTRUÍDO DE MACRÓFITAS AÉREAS PARA FITORREMEDIAÇÃO DE ÁGUAS OLEOSAS Laís Alexandre Nascimento 1 ; Juliana Moura de Luna²; Raquel Diniz Rufino 2 ; Leonie Asfora Sarubbo 3 ; Valdemir Alexandre dos Santos 3. 1 Graduanda em Engenharia Ambiental, UNICAP e Centro de Ciências e Tecnologia. [CEP: , lais.an@yahoo.com.br]. 2 Pós-Doutorandas (PNPD), UNICAP e Centro de Ciências e Tecnologia, UNICAP. Bolsistas CAPES/FACEPE. 3 Professores e Pesquisadores do Centro de Ciências e Tecnologia, UNICAP. Resumo Propõe-se um projetado para construção de wetland construído com base em analogias envolvendo condutos livres e reator de fluxo contínuo do tipo pistão (PFR - Plug Flow Reactor). Devido ao intenso processo de industrialização, cada vez mais se acentua a preocupação no que diz respeito à poluição de águas e sua disponibilidade. Para atender a grande demanda exigida por diversas atividades antrópicas, fontes de recursos hídricos são exploradas, gerando impactos ao meio ambiente. Entre os métodos para o tratamento desses efluentes encontra-se a utilização de wetlands construídos, os quais podem conter plantas aquáticas (macrófitas), aéreas ou submersas, capazes de retirar da água diversos poluentes, incluindo resíduos oleosos. Com base nos critérios propostos para um projeto adequado de wetland construído, simulou-se em planilha eletrônica (Solver/EXCEL) valores otimizados para o comprimento de um wetland de 0,4m de altura de lâmina d'água e 0,8m de largura em função da concentração de saída do resíduo oleoso (10ppm - 50ppm). Os resultados obtidos evidenciam a importância do comprimento do wetland para a obtenção da concentração desejada do óleo na descarga, além de comprovarem a importância para o wetland dos critérios de projeto propostos. Palavras-chave: Conduto livre, Reator PFR, Critérios de dimensionamento. 1

2 INTRODUÇÃO As aplicações da água na indústria implicam na geração de efluentes que, devido ao contato com diversas substâncias contaminantes, se tornam inadequados para o reuso. Portanto, visando diminuir o desperdício, é cada vez mais viável investir em tecnologias que recuperem os efluentes, permitindo o seu reaproveitamento, com qualidade aceitável e não prejudicial para o meio ambiente. Uma alternativa para a recuperação de águas residuárias é a utilização de wetlands, capazes de efetuar a remoção organismos patôgenicos, metais pesados e compostos orgânicos tóxicos (KADLEC; KNIGHT, 1996). Os wetlands construídos são cópias artificiais, feitas pelo homem, dos wetlands naturais, que aperfeiçoam a exploração dos ciclos biogeoquímicos que ocorrem normalmente nesses sistemas para fins de tratamento de águas residuárias. (BEGOSSO, 2009, p. 6). Wetlands de macrófitas aéreas proporcionam através de processos físicos, químicos e biológicos a remoção de diversos poluentes, utilizando-os como nutrientes. A literatura mais recente demonstrou que entre as macrófitas aéreas existentes e disponíveis no Brasil, aquela que mais se adapta às condições de poluição intensa por derivados de petróleo é a Eichhornia crassipes popularmente conhecida como Aguapé (CREMA et al., 2011). O objetivo do presente trabalho foi propor critérios de projeto para a construção adequada de wetlands construídos, permitindo que se possa definir correlações de scaleup, com base em semelhanças geométrica e dinâmica, através de números adimensionais característicos, para futuras aplicações do referido processo em escala comercial. MATERIAL E MÉTODOS Wetlands Construídos Apontada frequentemente como solução sustentável, a tecnologia dos wetlands construídos tem ganhado relevância na última década para o tratamento biológico de efluentes. Este tipo de tratamento consiste na utilização de tanques artificiais, aproveitando processos de tratamento naturais para a remoção de poluentes em águas 2

3 residuárias, de forma que exista um controle do contato entre o efluente a ser tratado e as macrófitas utilizadas no processo. Os wetlands construídos com escoamento superficial são geralmente classificados em função do tipo de plantas existentes no leito em: emergentes, submersas ou flutuantes (Figura 1). Figura 1 - Esquema de wetland construído com escoamento superficial e macrófitas flutuantes As macrófitas propostas para serem utilizadas no wetland construído relativo a este trabalho são da espécie Eichhornia crassipes (Figura 2), popularmente conhecidas como aguapés. A macrófita flutuante permanece suspensa na lâmina superficial d água devido a reservas de ar armazenado em bulbos existentes em seus caules. Possui um sistema radicular com funcionamento semelhante a um filtro, capaz de reter impurezas presentes no corpo d água utilizando-as como nutrientes. Figura 2 Muda de Eichhornia crassipes Critérios de projeto 3

4 A operação de um wetland de macrófitas aéreas pode, por analogia, assemelharse a um reator do tipo pistão (PFR - Plug Flow Reactor) dado por Fogler (2009). O balanço de material para um componente A, o qual será absorvido pelas macrófitas, num wetland, pode ser obtido de: Material que entra = Material que sai + Material absorvido (reage) + Material acumulado. Isto leva a se fazer um balanço molar de material dentro de um elemento diferencial de volume dv: Figura 3 - Balanço de massa em um wetland construído por analogia com um PFR em que: F A0 = fluxo molar de alimentação de material a ser absorvido, mol/s F A = fluxo molar do material a ser absorvido em uma dada posição axial do sistema (wetland ou PFR); F Af = fluxo molar de saída do material absorvido, mol/s Dessa forma, em um elemento de volume dv: Material que entra = F A Material que sai = F A + Material consumido = Material acumulado = 0 df dv A r A com ra sendo a taxa de absorção do componente A pelas macrófitas existentes no wetland. Nos reatores tipo PFR assim como nos wetlands construídos, fica-se interessado em determinar o volume necessário para se atingir determinada conversão (consumo do componente que contamina o meio), e portanto, pode-se deixar a equação de balanço molar em termos de conversão ( X A ), definida como: X F F A0 A A = (1) FA0 4

5 ou FA ( 1 X ) = FA0 A (2) Daí: FA ( F F dx ) + ( r ) dv = A A0 A A (3) Cuja integração leva a: Em que: X Af dx V = F A (4) A0 r 0 A V = volume da wetland, m 3 Para a determinação do comprimento total de um wetland construído (Lw), basta substituir o volume V da Equação (4), após integração da mesma e substituição de FA 0 =. Obtém-se então: Q0 CA0 Lw Q C b h k = 0 A0 ln( 1 X ) (5) A Numa segunda analogia, a vazão (Q) para um wetland pode adotada como para a de um conduto livre (GRIBBIN, 2009): 1 Q = 2/3 b h R I n H (6) Em que: n = coeficiente de rugosidade de Manning b = largura do canal, m h = altura da lâmina de água no canal, m R H = raio hidráulico do canal, m I = declividade do canal, m/m Considerando as características desejadas, têm-se para o comprimento de um wetland construído em formato de canal retangular a resultante da introdução de Equação (6) na Equação (5), resultando em: 2 / 3 L = 1 b h C E CS w I ln 1 k n b + 2 h CS (7) 5

6 Com: C E = concentração do poluente na entrada do wetland, ppm C S = concentração do poluente na descarga do wetland, ppm RESULTADOS E DISCUSSÃO Para simulação de um possível dimensionamento de um wetland, os seguintes dados de projeto foram utilizados (GALVÃO, 2009): i) h=0,4m; b=0,8m; I=0,005m/m; k=0,886s -1 ; C E =60ppm. A concentração do teor de óleo na descarga do wetland variou de 50ppm a 10ppm, obtendo-se valores de comprimento do wetland construído em fibra de vidro com superfície polida com n = 0,001 (GRIBBIN, 2009). A ferramenta Solver da planilha eletrônica EXCEL foi utilizada para cálculos dos comprimentos do wetland referentes a essas concentrações de descarga. A Figura 3 ilustra o referido gráfico. Figura 3 - Comprimento do wetland construído em função da concentração de óleo na descarga No gráfico da Figura 4 observa-se a coerência do modelo proposto com um aumento do comprimento do sistema de fitorremediação com a redução da concentração de resíduo oleoso na descarga. A consideração de que esse tipo de estimativa é otimizada, prende-se ao fato de que as condições de escoamento e estrutura do canal encontravam-se nessas condições como critério de projeto. 6

7 CONCLUSÕES A construção de um wetland deve ser implantada com auxílio da determinação experimental da constante de velocidade (k) para o tipo de poluente que se deseja mitigar, tanto em função da densidade de macrófitas quanto da temperatura de trabalho. Felizmente dispõe-se de recursos adicionais que podem levar o sistema proposto a um desempenho acima do esperado. É que, mesmo que o comprimento do wetland seja pouco para um aumento desejado da constante cinética do processo, a retirada do efluente pela base do canal, mantendo-se o nível da lâmina d'água constante, confere ao sistema uma característica adicional de um decantador contínuo líquido-líquido. Como decantador contínuo a fase aquosa será separada da fase orgânica, a qual permanecerá por mais tempo no wetland aumentando a eficiência de consumo do material poluente, neste caso, o resíduo oleoso. AGRADECIMENTOS Os autores são gratos à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) através do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) da Termopernambuco S. A., ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE) pelas bolsas e à UNICAP pela oportunidade de realização deste trabalho. REFERÊNCIAS BAPTISTA, M.B.; PINTO, M.M.L. Fundamentos de Engenharia Hidráulica. 2a. rev. Belo Horizonte: UFMG/Escola de Engenharia, BEGOSSO, L. Determinação de parâmetros de projeto e critérios para dimensionamento de configuração de wetlands construídos para tratamento de água cinza p. Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais. Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Campo Grande,

8 BLOCH, Sylvan Charles. Excel for engineers and scientists. 2.ed. Rio de Janeiro: LTC Livros técnicos e científicos editora S.A., 2003 BIUDES, J.F.V.; CAMARGO, A.F.M.; CREMA, L.C. Effect of Urucu oil (Brazilian Amazon) on the biomass of the aquatic macrophyte Eichhornia crassipes (Mart.) Solms (Pontederiaceae). Rio Claro, v. 23, n. 4, p , out FOGLER, H.S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4. Ed. Rio de Janeiro: LTC, GRIBBIN, J. Introdução à Hidráulica, Hidrologia e Gestão de Águas Pluviais. 3.ed. São Paulo: Cengage Learning, KADLEC, R.; KNIGHT, R. Treatment Wetlands. Boca Raton: Lewis Publishers,

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