Palavras-chave: Tratamento de efluente agroindustrial. Tanque Séptico. Filtros plantados com macrófitas. Wetlands.

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1 TRATAMENTO DE EFLUENTE DOMÉSTICO COMBINADO COM EFLUENTE AGROINDUSTRIAL UTILIZANDO FILTRO PLANTADO COM MACRÓFITAS CONSTRUCTED WETLANDS Pablo Heleno Sezerino 1, Débora Parcias Olijnyk 2, Alessandra Pellizzaro Bento 3, Bernadete Panceri 4, Luiz Sérgio Philippi 5 Resumo: Os filtros plantados com macrófitas são classificados dentro do grupo dos wetlands construídos de escoamento subsuperficial de fluxo horizontal. Estes sistemas dispõem de um material de recheio no qual o efluente a ser tratado é disposto e percola. As macrófitas empregadas, do tipo emergente, são plantadas diretamente neste material de recheio. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o desempenho de um tanque séptico seguido de filtro plantado com macrófitas utilizado no tratamento de esgotos domésticos combinado com efluente agroindustrial. A avaliação deu-se através da performance de tratamento, medido sob parâmetros físico-químicos no afluente e efluente dos filtros. Foram realizadas duas baterias de monitoramento durante 12 meses cada uma, sendo a primeira de 1994 a 1995, durante o primeiro ano de funcionamento do sistema, e a segunda de 2005 a 2006, após mais de 11 anos de funcionamento. Após doze anos de operação, o sistema de tratamento apresentou 97% de remoção de DBO 5, gerando em média uma concentração de 31 mgdbo 5 /L. Com o acompanhamento efetuado no sistema verifica-se a aplicabilidade da utilização de tanque séptico seguido de filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal no tratamento de efluentes líquidos da atividade agroindustrial combinada com esgotos domésticos. Palavras-chave: Tratamento de efluente agroindustrial. Tanque Séptico. Filtros plantados com macrófitas. Wetlands. 1. Engenheiro Sanitarista e Ambiental pela UFSC. Doutor em Engenharia Ambiental pela UFSC. Professor junto a Universidade do Oeste de Santa Catarina Unoesc, Campus Videira. sezerino@unoescvda.edu.br 2. Engenheira Sanitarista e Ambiental pela UFSC. Mestranda em Engenharia Ambiental pela UFSC. Bolsista da CAPES. debora_po@yahoo.com.br 3. Bióloga pela UFSC. Doutora em Engenharia Ambiental pela UFSC. Professora junto a Universidade do Oeste de Santa Catarina Unoesc, Campus Videira. bentoalep@hotmail.com 4. Mestre em Engenharia Ambiental pela UFSC. Agente técnico de nível superior da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. panceri@epagri.rct-sc.br 5. Engenheiro Civil pela UFSC. Doutor em Saneamento Ambiental pela Université de Montpellier I (França). Pós-doutorado pela Université de Montpellier II (França). Professor Titular do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC. lsp@ens.ufsc.br

2 1. Introdução A geração de resíduos, fator inerente a qualquer atividade, mostra-se expressiva em atividades agroindustriais. Segundo Von Sperling (1996), o efluente líquido gerado em indústria de laticínio com queijaria, por exemplo, pode possuir uma concentração de DBO 5 variando de 500 a 4000 mg/l. Estes efluentes se não forem gerenciados de forma correta, ou seja, não sofrerem tratamento adequado, podem promover potenciais distúrbios ambientais, destacando-se, a depleção do oxigênio e a eutrofização dos corpos d água receptores. Dado que a atividade agroindustrial no estado de Santa Catarina é caracterizada por pequenas e médias propriedades, faz-se necessário desenvolver e aplicar sistemas de tratamento dos efluentes que sejam de fácil operação e economicamente viáveis. Os efluentes agroindustriais da indústria de laticínios possuem grande quantidade de matéria orgânica biodegradável, privilegiando, desta forma, os métodos biológicos de tratamento. A associação de tanques sépticos seguidos de filtros plantados com macrófitas de fluxo horizontal FPM (conhecidos na literatura internacional como constructed wetlands) apresentam características satisfatórias para atender a demanda do tratamento de efluentes das propriedades rurais catarineses. Estes sistemas combinados vêm sendo instalados no estado de Santa Catarina pela EPAGRI Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina desde 1993, tanto para tratar esgotos domésticos, como para tratar efluentes agroindustriais. Destacam-se, também, estudos produzidos pelo Grupo de Estudos em Saneamento Descentralizado GESAD, da Universidade Federal de Santa Catarina. Nos Filtros Plantados com Macrófitas de fluxo horizontal o efluente a ser tratado é disposto na porção inicial do leito, denominada zona de entrada geralmente composta por brita, de onde irá percolar vagarosamente através do material filtrante até atingir a porção final, também composta por brita e chamada de zona de saída (Figura 1). Esta percolação tende a seguir na horizontal e é impulsionada por uma declividade de fundo. Durante a percolação, o esgoto entra em contato com regiões aeróbias, anóxicas e anaeróbias. A camada aeróbia é mais evidente ao redor das raízes das macrófitas, pois estas tendem a transportar oxigênio da parte aérea para as raízes e, sobretudo, ocorrem nesta porção do leito filtrante uma significativa convecção e difusão de oxigênio atmosférico. Quando da passagem do efluente na rizosfera, ocorre uma depuração através de processos físicos e químicos e, mais efetivamente, devido à degradação microbiológica. Os princípios básicos do tratamento nos FPMs englobam a filtração e a formação de biofilme aderido a um meio suporte e raízes das plantas, onde comunidades de

3 microrganismos aeróbios e anaeróbios irão depurar a matéria orgânica e promover a transformação da série nitrogenada nitrificação e desnitrificação (Figura 2). O oxigênio requerido é suprido pelas macrófitas e pela convecção e difusão atmosférica. macrófitas Typha spp vem do tratamento a montante Impermeabilização (laterais e fundo) zona de entrada zona de raízes material filtrante zona de saída controlador de nível efluente final Figura 1: Esquema representativo de um Filtro Plantado com Macrófitas Constructed Wetlands Biofilme de microorganismos Partículas do material filtrante Rizoma / raízes Biofilme Esgoto Aeróbio Anaeróbio NO3 NO2 HS 2 Ácidos orgânicos OD DBO Figura 2: Interações e mecanismos de depuração que ocorrem na rizosfera O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o desempenho de um tanque séptico seguido de filtro plantado com macrófitas utilizado no tratamento de esgotos domésticos combinado com efluente agroindustrial.

4 2. Material e Métodos O sistema de tratamento de efluente estudado foi implantado pela EPAGRI em janeiro de 1994 no Centro de Treinamento de Agronômica/SC Cetrag (latitude: 27º14 15 S; longitude: 49º38 36 W e altitude: 347 m). O sistema foi dimensionado para receber o efluente doméstico gerado no Centro pelos seus funcionários e visitantes e, também, para receber os efluentes agroindustriais gerados na produção artesanal de queijos e no abatedouro de animais. Atualmente o Centro tem capacidade para receber 120 visitantes, sendo 50 com possibilidade de pernoitar no local. Considerando uma contribuição de efluentes de 100 L/dia para as visitas com pernoites e 50 L/dia para as visitas com pernoite, a contribuição máxima de efluente doméstico é de 8500 L/dia. Em relação à geração de efluentes industriais, tem-se o despejo de 100 L/dia de soro da produção de queijo e 500 L/dia de água da limpeza da queijaria, sendo que estes processos ocorrem somente em dias úteis. Além da produção de queijo, há o abate de um suíno uma ou duas vezes por mês. Estima-se que a geração de efluente agroindustrial total seja de 600 L/dia. O sistema de tratamento do Centro de Treinamento é composto pelas seguintes unidades de tratamento: Caixa de gordura: dimensionada de acordo com a NBR 8160/1999; Tanque séptico: foi dimensionado de acordo com a NBR 7229/1982 com limpeza de lodo prevista a cada 2 anos e possui 4,00 m de comprimento total (dividido em 2 compartimentos, sendo 2,80 m o comprimento do primeiro compartimento e 1,20 m do segundo); 2,00 m de largura e 1,70 m de profundidade útil, resultando num volume total de 13,6 m³ (Figura 3a); Filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal: possui 26,00 m de comprimento; 13,00 m de largura e 0,70 m de profundidade. Seu material filtrante é composto por brita na zona de entrada e na zona de saída e por camadas horizontais de areia grossa, saibro, argila e casca de arroz na parte central. A macrófita plantada no sistema foi Zizanopsis bonariensis (Figura 3b). O monitoramento do sistema de tratamento foi realizado através de análises físicoquímicas, destacando-se ph, Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5 ), sólidos totais (ST) e sólidos suspensos (SS).

5 A B Figura 3: Fotos do sistema de tratamento de efluentes de Agronômica. (A) Tanque séptico; (B) Filtro plantado com macrófitas. Foram realizadas duas baterias de monitoramento durante 12 meses cada uma, sendo a primeira de 1994 a 1995, durante o primeiro ano de funcionamento do sistema, e a segunda de 2005 a 2006, após mais de 11 anos de funcionamento. As análises durante o primeiro monitoramento seguiram recomendações do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1992) e foram realizadas no laboratório da Embrapa Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária de Concórdia/SC. Durante este primeiro período foram realizadas análises em 3 pontos de coleta: efluente bruto, efluente pós-tanque séptico e efluente pós-filtro plantado. As análises durante o segundo monitoramento seguiram recomendações do Standard Methods for the Water and Wastewater (APHA, 1998) e foram realizadas no Laboratório Integrado de Meio Ambiente do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Durante este período foram realizadas análises somente em 2 pontos de coleta: efluente pós-tanque séptico e efluente pós-filtro plantado. 3. Resultados Os resultados obtidos com o monitoramento do sistema ao longo das duas baterias de análises são expressos por meio de valores médios de concentração e através de eficiências de remoção. A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos nos dois períodos de monitoramento realizados e a Tabela 2 destaca as eficiências obtidas em cada unidade de tratamento e a eficiência global do sistema.

6 Parâmetros Tabela 1: Valores médios e desvios padrão para o sistema de tratamento de Agronômica/SC. Pontos de amostragem Período: julho de 1994 a junho de 1995 Pontos de amostragem Período: outubro de 2005 a setembro de 2006 Efluente bruto Pós-tanque séptico Pós-filtro plantado Pós-tanque séptico Pós-filtro plantado ph 6,6 ± 0,2 6,2 ± 0,4 6,6 ± 0,2 5,6 ± 0,9 6,0 ± 0,8 DQO (mg/l) 1045 ± ± ± ± ± 21 DBO (mg/l) 449 ± ± ± ± ± 25 ST (mg/l) 1083 ± ± ± ± ± 202 SS (mg/l) 119 ± ± ± ± ± 30 Parâmetros Tabela 2: Eficiências obtidas nas unidades de tratamento. Período: julho de 1994 a junho de 1995 Período: outubro de 2005 a setembro de 2006 Eficiência do tanque séptico Eficiência do filtro plantado Eficiência global DQO (mg/l) 33% 56% 71% 98% DBO (mg/l) 32% 55% 69% 97% ST (mg/l) 29% 45% 61% 44% SS (mg/l) % 38% 70% Eficiência do filtro plantado 4. Discussão Durante mais de doze anos de funcionamento não houve problema de colmatação no leito filtrante, ou seja, entupimento dos poros do material e, tampouco, problemas operacionais. A manutenção do sistema durante este período deu-se somente pela retirada do lodo do tanque séptico a cada dois anos e pela poda das plantas duas vezes por ano. Em relação ao desempenho do sistema, observa-se que o mesmo aumentou ao longo do tempo. É importante destacar que após certo tempo de funcionamento as plantas estão melhores desenvolvidas e os microrganismos aderidos no meio filtrante e raízes das plantas, melhores adaptados. No segundo monitoramento não foi realizado um estudo sobre a eficiência do tanque séptico, mas, segundo Philippi (1992), a digestão anaeróbia no tanque séptico apenas alcança a fase de metanização após dois anos de operação, indicando assim que o processo de anaerobiose atingiu seu ponto máximo. Por isso, recomenda-se a retirada de lodo do tanque séptico num período igual ou superior a dois anos, deixando um residual de 10% do lodo no seu interior. Atribui-se ao bom funcionamento e desempenho desta unidade de tratamento os seguintes parâmetros: (i) a relação área/pessoa do filtro plantado (aproximadamente 3,71m²/pessoa); (ii) a manutenção periódica do sistema e (iii) o bom funcionamento do tanque séptico.

7 Acredita-se que o tempo de retenção hidráulico seja um dos parâmetros mais adequados para avaliar a performance de sistemas tipo wetlands, pois o princípio básico do tratamento nos filtros plantados é a formação de biofilme aderido a um meio suporte e raízes das plantas, ocorrendo a imobilização de microrganismos no sistema por um período maior, o qual acelera a biodegradação dos substratos presentes nos esgotos. Kadlec e Knight (1996) recomendam um tempo de retenção hidráulica variando de 2 a 4 dias, enquanto que Wood (1995) recomenda de 2 a 7 dias. No filtro plantado estudado, o tempo de retenção hidráulico teórico calculado foi de 10 dias. A satisfatória remoção de sólidos indica a efetividade do material filtrante no processo de filtração, conjuntamente com a boa sedimentabilidade no tanque séptico, reforçando assim, a necessidade criteriosa de escolha deste material filtrante e da importância de uma unidade de tratamento primário adequado às características do efluente a ser tratado. A unidade de tratamento apresentou elevada eficiência em termos de DBO 5 e de DQO, enquadrando-se nos padrões de lançamento da legislação estadual (Decreto Estadual /1981 Santa Catarina, 1981). Segundo o decreto, para o lançamento de efluente é permitido o limite máximo de 60 mgdbo 5 /L ou uma eficiência de remoção de 80%. Após doze anos de operação, o sistema de tratamento apresentou 97% de remoção de DBO 5, gerando em média uma concentração de 31 mgdbo 5 /L. Com o acompanhamento efetuado no sistema ao longo de mais de uma década, pode-se inferir: - para um bom desempenho de filtros plantados com macrófitas é fundamental um bom funcionamento do tratamento primário tanque séptico; - a relação área/pessoa influi fortemente na eficiência e vida útil do sistema, mas não se recomenda a utilização somente desta relação para o dimensionamento de sistemas tipo wetlands, pois outros parâmetros, tais como temperatura, cargas aplicadas e tempo de retenção hidráulico devem ser levados em consideração no dimensionamento e operação; - a aplicabilidade da utilização de tanque séptico seguido de filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal no tratamento de efluentes líquidos da atividade agroindustrial combinada com esgotos domésticos. 5. Referências 1. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Construção e Instalação de Fossas Sépticas e disposição dos efluentes finais. Rio de Janeiro: ABNT 38p, 1982.

8 2. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Construção e Instalação de Fossas Sépticas e disposição dos efluentes finais. Rio de Janeiro: ABNT 37p, APHA American Public Health Association. Standard Methods for the Examination of Dairy Products. 12.ed. Washington: APHA-AWWA-WEF, 345p APHA American Public Health Association. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20 ed. Washington: APHA-AWWA-WEF, KADLEC R. H., KNIGHT R. L. Treatment wetlands. Boca Raton, FL: CRC Press; 893pp, PHILIPPI, L. S. Etude Experimentale de Dispositifs d Assainissement Autonome. Applications en Conditions Reelles. Tese de Doutorado. Université de Montpellier I, 634p SANTA CATARINA. Decreto nº , de 05 de junho de Regulamenta dispositivos da Lei nº , de 15 de outubro de 1980, referentes à proteção e a melhoria da qualidade ambiental, VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Vol. 1. Belo Horizonte, MG: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG, 240p, WOOD A. Constructed wetlands in water pollution control: fundamentals to their understanding. Wat. Sci. Tech., v.32, n.3, pp , TREATMENT OF DOMESTIC EFFLUENT COMBINED WITH AGRO INDUSTRIAL EFFLUENT USING PLANTED MACROPHYTES FILTERS CONSTRUCED WETLAND Abstract: Planted macrophytes filters are classified within wetlands group constructed of subsuperficial horizontal flow. These systems provide a substratum media where the wastewater is treated. The emergent macrophytes are planted directly in the media. This work aims the evaluation of wastewater treatment (domestic effluent combined with agro industrial effluent) units using septic tank followed by planted macrophytes filters. The evaluation was done in two phases with 12 months monitoring period each, were the first one was done from 1994 to 1995 and the second one was done from 2005 to After 12 months of operation period, the system shows 97% of BOD removal, with an average concentration of

9 31mgBOD/L. After the monitoring period it is noticed the applicability of septic tank followed by planted macrophytes filters utilization treating domestic effluent combined with agro industrial effluent. Keywords: Agro Industrial effluent treatment. Septic Tank. Planted macrophytes filters. Wetlands