AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE WETLANDS CONSTRUÍDAS, EM ESCALA DE LABORATÓRIO, NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS

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1 ISSN: AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE WETLANDS CONSTRUÍDAS, EM ESCALA DE LABORATÓRIO, NO PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS Jade Rodrigues Mourão* Faculdade de Tecnologia UNICAMP, Limeira SP, Brasil Matheus Augusto Vilhena Silva Faculdade de Tecnologia UNICAMP, Limeira SP, Brasil Diogo Silva de Arruda Faculdade de Tecnologia UNICAMP, Limeira SP, Brasil Lubienska Cristina Lucas Jaquiê Ribeiro Docente da Faculdade de Tecnologia UNICAMP, Limeira SP, Brasil Marta Siviero Guilherme Pires Docente da Faculdade de Tecnologia UNICAMP, Limeira SP, Brasil Resumo A fim de garantir a qualidade ambiental, é necessário o tratamento dos efluentes antes de seu lançamento. Os sistemas convencionais, além de onerosos, raramente atingem os municípios em sua totalidade, agravando o cenário do saneamento. Assim, faz-se necessária a busca por processos de tratamento alternativos e mais simplificados, o que implica em custos mais acessíveis, tornando-os viáveis. Com baixo custo de construção e manutenção, as wetlands, além de dispensarem o uso de energia elétrica e produtos químicos, apresentam bom desempenho na remoção da carga orgânica e possuem a vantagem de serem esteticamente agradáveis devido à presença de plantas aquáticas. Comparamos aqui a eficiência de duas wetlands construídas atuando no pós-tratamento de efluentes domésticos, sendo um leito plantado e o outro não. O leito plantado foi mais eficiente na remoção da carga orgânica (atingindo 88% de remoção de DQO, contra 83% de DBO no leito sem macrófitas), manifestando a influência das macrófitas nestes sistemas. Palavras-chave: Leitos Cultivados, Zonas Úmidas, Áreas Alagadas, Águas Residuárias, Tratamento Alternativo. 1 Introdução

2 Diversas atividades humanas resultam na geração de efluentes domésticos que, caso não recebam tratamento e disposição adequados, podem causar intensa deterioração do meio ambiente, principalmente dos recursos hídricos, comprometendo os padrões mínimos de qualidade exigidos pelos órgãos competentes à preservação. Além disso, afeta diretamente a qualidade da água para consumo humano, uso doméstico e prática de outras atividades, como a irrigação, pois várias culturas necessitam de uma água com suas características qualitativas. Segundo a última Pesquisa Nacional de Saneamento Básico PNSB, realizada em 2008, apenas 55,2% dos municípios brasileiros possuem rede coletora de esgotos, e destes somente 28,5% possuem tratamento de esgoto. Há, portanto, baixa cobertura de tratamento de esgotos e diferenças regionais significativas, pois a porcentagem de cobertura dos serviços nas regiões Sul e Sudeste é maior que nas regiões Centro-Oeste, Norte e Nordeste. Situação mais alarmante é encontrada nas zonas rurais dos municípios (porcentagens de serviços de esgotamento abaixo de 55,2%), pois com população mais dispersa e pequenas comunidades, o fornecimento dos serviços de esgotamento sanitário, tais como implantação de sistemas de tratamento de esgotos convencionais é prejudicado, visto que demandam altos custos de instalação e manutenção e operações complexas que necessitam de mão de obra qualificada Nessas situações o emprego de tecnologias para tratamentos de efluentes que sejam simples, eficientes, pouco mecanizados e de baixos custos de operação e manutenção, possibilita a adequação dos efluentes para seu lançamento ou seu uso em atividades menos restritivas. Um exemplo deste tipo de tecnologia é o tratamento de efluentes através de wetlands construídas, que pode ser usada tanto no tratamento como no pós-tratamento de efluentes domésticos. Wetland é um termo utilizado para terra alagada ou zona úmida, entre outras denominações encontradas na literatura como, zona de raízes e leitos cultivados. As wetlands construídas são utilizadas como sistema alternativo de tratamento, indicadas também para o póstratamento de efluentes e são compostas por vegetações, substrato e micro-organismos atuando na remoção da carga poluidora do efluente. De acordo com Valentim (2003), uma das vantagens das wetlands é o fato de requererem pouco espaço para instalação, não utilizarem energia elétrica nem insumos químicos e ainda poderem ser incorporados à paisagem local, dependendo do local onde se encontram. Essa alternativa de tratamento de efluentes é recomendada para pequenas comunidades ou cidades menores que disponham área suficiente para sua implantação (Silva, 2007) As wetlands construídas são a tecnologia mais utilizada nos últimos anos como solução de baixo custo para o tratamento de águas residuárias (Vera et al., 2011). Ainda de acordo com Silva (2007), o mecanismo de tratamento de efluentes nas wetlands construídas se dá pela passagem do efluente pelo substrato, raízes da vegetação cultivada e microorganismos aderidos aos rizomas e partículas de sólidos presentes no efluente. A interação desses

3 componentes é responsável pelo tratamento do esgoto acontece por processos abióticos (físicos, químicos) e bióticos (microbiológicos e fitológicos) frequentemente associados, sendo que esses acontecem simultaneamente no mesmo reator. Os sistemas de wetlands construídas são utilizados geralmente como pós-tratamento e melhoria da qualidade de efluentes, sendo recomendado um tratamento preliminar. Tais sistemas exigem, principalmente, pré-tratamento mecânico de sólidos em suspensão, que quando em excesso podem causar entupimentos no leito de filtragem. De acordo com o tipos de águas residuárias a ser tratado, pode ser necessário diferentes tipos de pré-tratamento para otimizar o resultado final do tratamento (VYMAZAL, 2008). Ao longo dos últimos anos alguns estudos confirmam a eficiência do uso de wetlands de diversas configurações no pós-tratamento de efluentes (CANO, GOMES e NOLASCO, 2011; SEZERINO, 2006; MAZZOLA et al, 2005; SOUSA et al, 2000). Este trabalho compara a eficiência de duas wetlands no pós-tratamento de efluentes domésticos, construídas em escala experimental, conforme a configuração de fluxo subsuperficial não contínuo (batelada), sendo uma cultivada com a macrófita Cyperus isocladus, conhecida como mini-papiro e utilizando fragmentos de telhas de cerâmica como substrato alternativo. 2 Metodologia A montagem da wetland foi realizada no campus Faculdade de Tecnologia de Limeira, da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP e para essa montagem foram utilizadas duas caixas retangulares de 23 litros e de dimensões de 33 cm de largura, 66 cm de comprimento e 34 cm de altura e volume total cm 3, tubos e conexões de PVC. A wetland está anexa a um RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente) que trata uma parcela do efluente gerado no campus da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP, a ligação entre o reator e a wetland é feita por uma tubulação de PVC com registros para controle da entrada do efluente (Figura 1). O efluente que entra é distribuído por um sistema de distribuição composto por um cano perfurado várias vezes, para tentar evitar que o efluente criasse um caminho preferencial por dentro da wetland e se distribuísse mais igualmente por toda a área. O fluxo de distribuição do efluente é subsuperficial. Ao lado foi instalado um trecho de mangueira transparente para acompanhar o nível d água dentro da wetland.

4 Figura 1 Vista geral do sistema instalado RAFA e wetland para pós-tratamento do efluente. O substrato utilizado foi fragmentos de telhas de cerâmica de granulometria média que, como demonstrado por Mourão et al (2014), cumpre satisfatoriamente a função de meio suporte na wetland. Este material, reaproveitado de uma obra de construção civil, foi quebrado manualmente para obter a granulometria adequada, deixando pequenos pedaços com aproximadamente 2 cm de largura, 2 cm de comprimento e 1 de altura. Foram montados dois sistemas para comparação, um apenas com os cacos de telhas e outro com a macrófita Cyperus isocladus, conhecida como mini papiro e a escolha foi determinada por sua boa adaptação aos ambientes úmidos. Foram plantadas 6 mudas sendo três pares de dois a cada 10 cm de espaçamento. Inicialmente as mudas tinham aproximadamente 25 cm de altura e foram plantas à 10 cm de profundidade no substrato. O efluente ficou 5 cm acima do substrato deixando além da raiz parte da planta submersa. (Figuras 2 e 3). Figura 2: Wetlands preenchidas com substrato de cacos de telha Figura 3: Wetland com macrófitas Cyperus isocladus mini papiro

5 ISSN: O tempo de detenção do efluente na wetland foi de 05 dias e os parâmetros analisados foram: Demanda Química de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Nitrogênio amoniacal e Fósforo, de acordo com APHA (2012). As amostras foram coletadas no afluente e efluente do sistema de wetland construída. 3 Resultados e Discussão Os resultados obtidos para os parâmetros avaliados estão apresentados nas Tabelas 1, 2, 3 e 4. Nas tabelas 1 e 2 estão apresentados os resultados obtidos para DBO e DQO, na wetland com e sem macrófitas, para o tempo de detenção de 5 dias. Tabela 1: Resultados obtidos para DBO na wetland sem e com macrófitas, para tempo de detenção hidráulica de 5 dias. DBO (leito sem planta) DBO (leito plantado) Amostra ,3 68, ,6 86,1 Amostra , ,5 79,4 Amostra Para DBO, os resultados obtidos indicam que a remoção foi bastante significativa, para os dois sistemas, com remoção variando entre 68 e 92%. Foi possível observar remoção efetiva superior a 80% atendendo a legislação CONAMA 430/2011, que prevê que valores com remoção acima de 60% para lançamento de efluentes. Tabela 2: Resultados obtidos para DQO na wetland sem e com macrófitas, para tempo de detenção hidráulica de 5 dias. DQO (leito sem planta) DQO (leito plantado) Amostra Amostra Amostra De modo geral, foram obtidos bons níveis de remoção da DQO, com os resultados oscilando entre 10 e 88% de remoção e que corroboram com o encontrado na literatura (Hijosa-Valsero, et al, 2012; Silva, 2007 e Valentim, 2003). Os resultados com baixa remoção podem ter sido durante o período de manutenção do sistema wetland, com a poda e replantio de algumas das plantas devido ao seu excessivo crescimento. A eficiência de remoção está diretamente correlacionada ao aumento da biomassa, ao tempo de retenção e ao volume disponível de efluente (Liu e Huang, 2012). Pode se observar que na wetland com as macrófritas houve aumento da eficiência de remoção, em relação a sem plantas, com valores médios de remoção respectivamente de 85,6 e 77%.

6 Nas tabelas 3 e 4 estão apresentados os resultados obtidos para remoção de nitrogênio amoniacal e fósforo, nos dois sistemas avaliados. Tabela 3 Resultados obtidos para nitrogênio amoniacal na wetland sem e com macrófitas, para tempo de detenção hidráulica de 5 dias. Nitrogênio amoniacal (leito sem planta) Nitrogênio amoniacal (leito plantado) Amostra 1 4,5 3,8 15,5 4,5 3,7 17,7 Amostra 2 7,8 2,2 72 7,8 2,5 68 Amostra 3 4,6 2 56,5 4,6 2,6 43,5 Houve grande variação na remoção de nitrogênio amoniacal nos dois sistemas, sendo 48% no sistema sem plantas e 43% no sistema com as macrófitas e pode-se observar que os valores foram bastante inconstantes nas 3 amostragens. Esse tipo de comportamento também foi observado por Calijuri et al (2009), que em seu trabalho obteve remoção variando entre 23 e 82% para esse mesmo parâmetro. Tabela 4: Resultados obtidos para fósforo na wetland sem e com macrófitas, para tempo de detenção hidráulica de 5 dias. Fósforo (leito sem planta) Fósforo (leito plantado) Amostra 1 0,394 0, ,394 0,38 3,5 Amostra 2 0,872 0, ,872 0, Amostra 3 0, ,615 0, A retenção e remoção de P em wetland dependem de fatores físicos (mineralização e decantação de P), químicos e biológicos (Maynard et al., 2011). Pelos resultados obtidos, pode-se observar que a remoção média do fósforo para o sistema sem e com as macrófitas, foi respectivamente, 68 e 83%, indicando que as plantas foram responsáveis por aumentar a remoção desse nutriente. 4 Conclusões A implantação de uma wetland para tratamento de efluente sanitário doméstico se mostra altamente recomendável, pois atende as legislações atualmente vigentes. O uso de wetlands é ainda mais efetivo para comunidades pequenas com pequenas e médias vazões de efluente diário, mostrando-se capaz de atender às legislações vigentes para descarte com apenas 5 dias de retenção do efluente. Embora a amostragem tenha um tamanho reduzido (apenas 3 amostras), o sistema apresentou remoção para os parâmetros avaliados e pode-se observar, preliminarmente, que de modo geral a

7 eficiência na wetland com macrófita foi maior que no sistema em que não havia as plantas, enfatizando a importância das macrófitas neste sistema. 5 Referências Bibliográficas APHA (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION). Standard methods for the examination of water and wastewater. 21ª. ed. Washington: American Public Health Association, AWWA, WPCF, BRASIL. Resolução CONAMA Nº 430/2011, de 17 de março de Publicada no Diário Oficial da União em 16 de maio de CALIJURI,M.L. et al. - Tratamento de esgotos sanitários em sistemas reatores UASB/wetlands construídas de fluxo horizontal: eficiência e estabilidade de remoção de matéria orgânica, sólidos, nutrientes e coliformes - Eng Sanit Ambient, v.14, n. 3, p , CANO, V. GOMES, B. G. L. A. NOLASCO, M. A. Avaliação da Eficiência Inicial de Wetlands Construídos no Pós- Tratamento de Reator UASB. 3 rd International Workshop - Advances in Cleaner Production Cleaner Production Initiatives and Challenges for a Sustainable World São Paulo, Brasil, HIJOSA-VALSERO,M et al. Comparison of interannual removal variation of various constructed wetland types. Science of the Total Environment. Spain, n. 430, p , IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Pesquisa Nacional de Saneamento Básico - PNSB, Rio de Janeiro/RJ Brasil. 219 p LIU, X.et al. - Growth characteristics and nutrient removal capability of plants in subsurface vertical flow constructed wetlands. Ecological Engineering. (local não especificado), n.44, p , MAYNARD, J.J., O GEEN, A.T., DAHLGREN, R.A. Investigating sulfide induced mobilization of phosphorus in a constructed wetland soil. Soil Science Society of America Journal n. 75, p , MAZZOLA, M. ROSTON, D. M. VALENTIM, M. A. A. Uso de leitos cultivados de fluxo vertical por batelada no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio compartimentado Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. v. 9, n.2, p , MOURÃO, J.R et al. - Assembly of a wetland on a laboratory scale for post-treatment of domestic wastewater. Advanced Materials Research, v. 905, p , SEZERINO, P.H. Potencialidade dos filtros plantados com macrófitas (Constructed Wetlands) no Pós-Tratamento de Lagoas de estabilização sob condições de clima subtropical Programa de Pós Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis - SC, 2006 (Tese de Doutorado). SILVA, S. C. Wetlands Construídos de Fluxo Vertical com Meio Suporte de Solo Natural Modificado no Tratamento de Esgotos Domésticos. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - Universidade de Brasília, Brasília/DF p. (Tese de Doutorado). SOUSA, J. T. et al Pós-Tratamento de efluente de Reator UASB utilizando sistemas de wetlands construídos - Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. v. 4, n. 1, p.87-91, VALENTIM, M. A. A. Desempenho de leitos cultivados ( constructed wetlands ) para tratamento de esgoto: Contribuições para concepção e operação. FEAGRI Faculdade de Engenharia Agrícola UNICAMP, Campinas - SP, 210p (Tese de Doutorado). VERA, J. I. et al - Performance evaluation of eight years experience of constructed wetland systems in Catalonia as alternative treatment for small communities - Ecological Engineering n. 37, p , VYMAZAL, J. Constructed Wetlands, Subsurface Flow. Ecological Engineering s/n, p , 2008.