PROPOSTA DE UTILIZAÇÃO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES DA FLORESTA NACIONAL DE IBIRAMA/SC

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1 PROPOSTA DE UTILIZAÇÃO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES DA FLORESTA NACIONAL DE IBIRAMA/SC Arieleen Reis* Universidade do Estado de Santa Catarina, Ibirama SC, Brasil Acadêmica do Curso de Engenharia Sanitária arieleen18@hotmail.com María Pilar Serbent Universidade do Estado de Santa Catarina, Ibirama SC, Brasil Professora do Curso de Engenharia Sanitária mariapilar.serbent@udesc.br Eduardo Bello Rodrigues Universidade do Estado de Santa Catarina, Ibirama SC, Brasil Professor do Curso de Engenharia Sanitária edubello1@hotmail.com Resumo Considerando que as Unidades de Conservação são fundamentais para a biodiversidade, a presença de sistemas de tratamento de efluentes líquidos é essencial para a integridade destas áreas. No presente trabalho, os sistemas de Wetlands Construídos são descritos como uma alternativa viável para o tratamento de efluentes líquidos em Unidades de Conservação, devido ao seu baixo custo de implantação e manutenção, o apelo sustentável que esta alternativa de tratamento propõe, além da pouca exigência de elementos construtivos e a harmonização com o ambiente em que é inserido. Neste contexto, a pesquisa propõe a utilização dos Wetlands Construídos para o tratamento de efluentes na Floresta Nacional de Ibirama/SC. Palavras-Chave: Unidades de Conservação. Wetlands Construídos. Abstract Considering that Conservation Units are paramount for biodiversity, treatment systems of liquid wastes are essential to maintain the integrity of such areas. In this paper, Constructed Wetlands are reported as one viable alternative for liquid wastes treatment systems in Conservation Units, due to low cost implementation and maintenance. These treatment alternatives demand few built-in elements and are developed in harmony into the environment in which it is settled. In this context, the present research proposes the use of Constructed Wetlands for liquid wastes treatment in Ibirama s National Forest. Keywords: Constructed Wetlands. Protected Areas. Wastewater Treatment. Ibirama.

2 1 Introdução O saneamento básico no Brasil conheceu profundos avanços, porém, muitas localidades ainda carecem de sistemas de tratamento de esgoto, abastecimento de água, coleta de resíduos sólidos e drenagem urbana. De acordo com o IBGE (2010) a quantidade de domicílios com saneamento adequado aumentou de 45,3% em 1991 para 61,8% em 2010, e apesar dos indicadores apresentarem melhorias, destaca-se a necessidade de maiores investimentos, pois o déficit desta área acarreta na disseminação de doenças, na proliferação de vetores e na degradação ambiental. Neste contexto, a consideração de soluções alternativas de tratamento de efluentes para casos específicos se torna relevante. Dentre os sistemas alternativos de tratamento de efluentes, os Wetlands Construídos são uma opção viável, pois, segundo Philippi et al. (2007) e Sezerino (2006) são sistemas com baixo custo de implantação e operação, possuem eficiência na desinfecção dos esgotos, na há necessidade de aditivos químicos, existe a possibilidade de reuso do efluente tratado, e pelo apelo sustentável do sistema; beleza estética e harmonização com o ambiente em que é inserido. O sistema de Wetlands Construídos possui outras denominações em português, como: Zona de Raízes, Leitos Cultivados, Alagados Construídos, entre outros. Em inglês, este sistema é chamado de Constructed Wetlands e na Europa de Root Zone. Esta tecnologia de tratamento de efluentes tem como objetivo formar ecossistemas artificiais com base nos processos naturais de tratamento, abrangendo assim uma complexa variedade de processos físicos, químicos e biológicos, que são promovidos pelos elementos constituintes do sistema, ou seja, o solo, os microrganismos e as plantas. As remoções ocorrem principalmente através da filtração e da depuração da matéria orgânica por microrganismos formadores do biofilme aderido ao substrato presente no sistema (SEZERINO, 2006; OLIJNYK et al., 2007). 2 Wetlands Construídos O sistema de Wetlands Construídos tem como principal objetivo a melhoria da qualidade da água. Quando aplicados no tratamento de efluentes, o sistema pode ser utilizado como uma alternativa secundária ou terciária, realizando a remoção de nutrientes e reduzindo taxas de DQO e DBO do efluente (SALATI, 2011). A estação de tratamento é projetada sob critérios de engenharia e as técnicas de construção variam de acordo com a característica do efluente a ser tratado, da eficiência final desejada na remoção de poluentes, da área disponível e do interesse paisagístico (SALATI et al., 2009; SEZERINO, 2006).

3 Kadlec e Wallace (2009) dividem os Wetlands Construídos em dois tipos básicos, Wetlands de Fluxo Superficial, que pode ser com plantas flutuantes, submersas ou emergentes e Wetlands de Fluxo Subsuperficial, que podem ser de fluxo horizontal ou vertical. Os Wetlands de Fluxo Superficial são empregados para solos mais argilosos, ou seja, com baixa permeabilidade e também para terrenos que possuam uma declividade reduzida. O sistema com macrófitas flutuantes se caracteriza pela presença de plantas com folhas flutuantes na superfície da água, livres ou enraizadas. As plantas submersas, como a própria nomenclatura indica, também podem ser livres ou enraizadas, porém, possuem seus tecidos fotossintéticos totalmente emersos. As plantas emergentes se apresentam com o sistema radicular preso ao sedimento e o caule e as folhas parcialmente submersas. Os sistemas de Wetlands Construídos podem ser de fluxo superficial, onde há uma lâmina de água acima do nível do solo, ou de fluxo subsuperficial, onde o efluente a ser purificado é introduzido no substrato filtrante. No Wetland de Fluxo subsuperficial horizontal, o efluente a ser purificado é introduzido no material filtrante, procurando-se induzir um fluxo horizontal. Já no fluxo vertical, há a aplicação de bateladas de efluente no sistema onde ocorre a percolação do mesmo no material filtrante (USEPA, 2000). Os Wetlands Construídos também podem compor um sistema Híbrido, onde diferentes tipos são combinados para melhorar a eficiência de remoção de poluentes específicos. No Brasil, o interesse relacionado a tecnologias alternativas tem aumentado gradativamente como consequência da crescente preocupação com as questões ambientais e da busca por novas tecnologias para o tratamento do esgoto sanitário. Bueno et al. (2013) definem que o clima tropical do país pode ser uma vantagem para os tratamentos de esgoto que utilizam processos naturais de depuração. Com isso, os órgãos responsáveis pelo tratamento de água e esgoto têm direcionado cada vez mais o seu interesse para os tratamentos alternativos, como os Alagados Construídos. Dentre eles, pode-se citar a Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) e a Companhia de Saneamento Básico do Paraná (SANEPAR), que iniciaram trabalhos com a ajuda do Instituto Terramax para realizar um projeto de recuperação de recursos hídricos através do sistema de Wetlands Construídos. O primeiro projeto brasileiro que utilizou o sistema de Wetlands Construídos foi feito por Salati e Rodrigues em Piracicaba - São Paulo, no ano de O projeto contou com a construção de um sistema de Wetlands na ESALQ (Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz ) para a recuperação hídrica do córrego Piracicamirim, que na época estava poluído. Os resultados obtidos foram satisfatórios e o trabalho tem tido continuidade desde 1985 pelo Instituto Terramax (SALATI; SALATI FILHO; SALATI, 2009).

4 Em Santa Catarina, a utilização dos Wetlands Construídos está tendo um amplo crescimento. A Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI) vem implantando, na zona rural de vários municípios, sistemas de Wetlands Construídos para o tratamento de esgoto doméstico (SEZERINO, 2006). Como exemplos destas iniciativas podem ser citados sistemas de Wetlands Construídos no município de Balneário Camboriú, Tubarão, Agronômica, São Joaquim e Videira (PHILIPPI et al., 2007). Outros casos de sucesso da aplicação de Wetlands Contruídos em áreas rurais vêm sendo desenvolvido na cidade de Campos Novos (RODRIGUES, 2012). O grupo Wetlands Brasil também pode ser citado como uma referência na ára, pois ele reúne pesquisadores de diferentes universidades e institutos do país que trabalham no desenvolvimento e a disseminação de pesquisas direcionadas às melhorias do saneamento, empregando principalmente o sistema de Wetlands Construídos. 3 Unidades de Conservação Atualmente no Brasil, existem 320 Unidades de Conservação. Elas são regidas pelo Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), criado em 28 de agosto de 2007, pela Lei O ICMBio é vinculado ao Ministério do Meio Ambiente e integra o Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA). De acordo com o Ministério do Meio Ambiente (2010) as unidades de conservação, são criadas para garantir a sobrevivência da biodiversidade, dos recursos genéticos, dos processos ecológicos e dos locais de grande beleza cênica, como montanhas, serras, cachoeiras, cânions, rios e lagos. Todas as Unidades de Conservação contam com um documento técnico denominado Plano de Manejo, que apresenta um diagnóstico ambiental da área de estudo e contém especificações sobre o conjunto de ações e medidas que podem ser tomadas. São incluídas diversas informações que visam à conservação efetiva do local, como por exemplo, aquelas relacionadas ao saneamento de dita unidade, prezando pela. 4 Wetlands Construídos em Unidades de Conservação Os Wetlands Construídos representam uma alternativa coerente com a proposta das Unidades de Conservação, pois utilizam meios naturais de tratamento, exigem poucos elementos construtivos, possuem boa remoção de compostos como nitrogênio e fósforo e apresentam baixo custo de implantação, manutenção e operação, além do apelo por um manejo sustentável do ambiente. Estes sistemas vêm sendo desenvolvido em áreas de preservação e parques de diferentes países. Na tabela a seguir descrevem-se alguns exemplos da aplicação destes sistemas a nível mundial:

5 Tabela 1: Wetlands Construídos fora do Brasil. Nome do Parque Localização Tamanho do Parque Tamanho do sistema Criação do sistema Ralph Klein Park Calgary - Canadá 30 Hectares 156 hectares 2004 France Park s Logansport - EUA 40 Hectares 0,512 Hectares 1999 Clark County Wetlands Park Las Vegas EUA 1173 Hectares Fonte: (PARKS, 2004; PARK, 2015; PARK S, 2015). No Brasil, embora algumas Unidades de Conservação não apresentem a metodologia de Wetlands Construídos para tratamento de efluentes domésticos há Planos de Manejo que citam este sistema como um método compatível com as propostas destas áreas. Um exemplo disso é o Relatório da Monitoria do Plano de Manejo da Área de Proteção Ambiental de Cairuçu, no Rio de Janeiro, que apresenta os Wetlands Construídos como uma alternativa para a realização do tratamento de efluentes líquidos na unidade (ICMBIO, 2011). Os sistemas de Wetlands Construídos estão sendo utilizados em Áreas de Preservação como o Parque Ecológico do Tietê (PET), que foi criado em 1976 e desde 1988 possui um sistema de Alagados Construídos. O sistema foi criado com o objetivo de demonstrar na prática a real capacidade dos Wetlands Construídos no tratamento de águas poluídas (CUNHA, 2006). Outro exemplo de sucesso é o sistema piloto de Wetlands Construídos que foi implementado para o tratamento dos efluentes líquidos domiciliares do Parque Nacional do Iguaçu. Este sistema é considerado chave no apoio às atividades de pesquisa, conservação e manejo que acontecem nas dependências da unidade (POTRATZ, 2010). A Estação Ecológica de Carijós é uma Unidade de Conservação de Proteção Integral da natureza que se localiza no município de Florianópolis, ao norte da ilha de Santa Catarina. A unidade possui desde 2010 a metodologia de Wetlands Construídos para o tratamento de efluentes líquidos. O sistema é de fluxo vertical e foi projetado para 40 pessoas por dia, entre funcionários e visitantes (THANS, 2010). 5 Metodologia Com o intuito de aplicar um sistema que vise à manutenção da integridade da área, elaborouse uma proposta de Wetlands Construídos para o tratamento de efluentes líquidos na Floresta Nacional de Ibirama. Considerando que ainda não existem normas técnicas brasileiras definindo uma uniformização dos parâmetros e critérios de dimensionamento, este pode ser feito de acordo com o tipo de efluente, a quantidade de efluente que será tratado (vazão) e a eficiência desejada, entretanto, deve-se sempre projetar a estação a fim de manter a facilidade de operação e

6 manutenção do sistema (BEGOSSO, 2009; SALATI, 2011). A proposta de dimensionamento para a Unidade de Conservação da FLONA de Ibirama levou em consideração a presença de 7 pessoas fixas por dia, 30 visitantes por semana e 3 pessoas (usuários dos alojamentos da unidade). O cálculo da Vazão Máxima de Consumo foi baseado de acordo com a equação 1: Q = Nx C x K 2 dia (s) (1) Q = Vazão afluente (m 3 d 1 ) N = Número de habitantes C = Contribuição de esgoto (L. hab 1 ) de acordo com a NBR 7229/1993 K 2 = Coeficiente de máxima vazão horária de acordo com a NBR 9649/1986 Cálculo da Vazão Máxima de Consumo para 7 (sete) habitantes fixos: Q = 7 hab. x 160x 1, Q = 0,019L. s 1 ou 0,07m 3. h 1 Cálculo da Vazão Máxima de Consumo para 30 visitantes por semana: Q = 30 hab. x 50x 1, Q = 0,026L. s 1 ou 0,094m 3. h 1 Cálculo da Vazão Máxima de Consumo para 3 visitantes do alojamento: Q = 3 hab. x 160x 1, Q = 8,33x10 3 L. s 1 ou 0,03m 3. h 1 De acordo com a vazão total estimada, 0,194m 3. h 1 ou 4,66m 3. dia 1, calcula-se a área necessária para o sistema mediante cinética de primeira ordem descrita na equação 2 (PHILIPPI; SEZERINO, 2004): A = Q(ln C o ln C e ) K t x p x n (2)

7 onde, A = Área superficial requerida (m²); Q = Vazão afluente (m 3 d 1 ); C = Concentração afluente em termos de DBO 5 (mg l 1 ); C o = Concentração efluente em termos de DBO 5 (mg l 1 ); K t = Constante da reação cinética de primeira ordem (dependente da temperatura); n = Porosidade do substrato (m³ vazios por m³ material); p = Profundidade do maciço filtrante. A constante K t pode ser obtida através da resolução de equações empíricas para a temperatura desejada. Dentre as equações a mais utilizada na literatura é a equação modificada por Van t Hoff- Arrhenius. Segundo Natural Systems (1990), segue abaixo a equação: K = K 20 x1,06 T 20 (3) K 20 = 1,10 (valor adotado) T = 19ºC, temperatura média do mês mais frio do ano. Logo, temos K = 1,04. Deste modo, tem-se a área do Wetland Construído defina por: A = 4,66(ln370 ln50) 1,04 x 0,7 x 0,35 A = 12,18 0,25 = 36,60 m² Para a construção do sistema define-se uma relação de 2:1 entre comprimento e largura descrita na equação 4: b x 2b = 36,60 m 2 (4) b = 18,3 b = 4,28 m Deste modo, pode definir-se o tamanho necessário para a estação de Wetlands Construídos em 50m 2, onde são 5m de comprimento e 10m de largura. Para um melhor funcionamento do sistema, visando evitar possíveis colmatações, sugere-se a implantação de dois sistemas em paralelo com alimentação alternada. Liènard et al. (2005) define a utilização dos dois sistemas alternados como uma boa opção, pois resulta no aumento da relação área/pessoa, fato que renderiam muitas vantagens, como: a mineralização dos depósitos orgânicos superficiais aportados pelos sólidos em suspensão residuais; a autorregulação da biomassa

8 depuradora e a re-oxigenação dos poros do material filtrante. Os cálculos para o sistema foram feitos para atender aos padrões exigidos pela Resolução CONAMA 430/2011 para lançamento de efluentes em corpos d'água. O sistema apresentado resultará em um efluente com qualidade bastante superior às exigidas, como apresentado na tabela 2, garantindo a eficiência do tratamento. Tabela 2: Parâmetros para lançamento de efluentes Parâmetro Concentração DBO 5 < 20,0 mg.l -1 DQO < 100,0 mg.l -1 SST < 30,0 mg.l -1 NH 4 -N < 20,0 mg.l -1 Fonte: CONAMA 430/2011 Como estratégia de avaliação da adequação do projeto propõe-se a realização de análises físico-químicas e biológicas no afluente e no efluente tratado. Os parâmetros usualmente explorados para a implementação de um Wetland são: Demanda Bioquímica de Oxigênio; Demanda Química de Oxigênio (DQO); potencial hidrogeniônico (ph); Oxigênio Dissolvido; Nitrogênio Total; Fósforo Total; Turbidez; Sólidos Suspensos Totais, Coliformes Totais (CT) e Escherichia coli (E.coli) (SEZERINO, 2006; PHILIPPI et al., 2007). Estes parâmetros são considerados importantes para que se defina o nível de eficiência do pré-tratamento de modo que não comprometa o funcionamento do sistema, principalmente no que se refere à concentração de sólidos no afluente. O tratamento de esgoto com Wetlands Construídos tem como importante característica a utilização de plantas, definidas como macrófitas, que são plantadas no substrato filtrante. Além de serem esteticamente atrativas, estas plantas ajudam na remoção de nutrientes, pela ação de microorganismos que se instalam nas raízes das plantas e no substrato, criando um biofilme e no transporte de Oxigênio para a rizosfera. Nesta proposta de Wetlands Construídos na Floresta Nacional de Ibirama, sugere-se a utilização de plantas nativas descritas no Plano de Manejo da unidade. Dentre as plantas que poderiam ser utilizadas no sistema, destacam-se a Taboa (Typha domingensis) e o Junco (Juncus effusus). Estas plantas apresentam alta capacidade depuradora para águas poluídas e são espécies morfológicamente adaptadas para se desenvolverem em sedimentos inundados (CUNHA 2006; SEZERINO, 2006; SILVA, 2007; OLIJNYK, 2007; SALATI 2009; LIMA, 2011). Também se propõe aderir plantas ornamentais ao sistema, do gênero Heliconia, que de acordo com um trabalho realizado por ZANELLA (2008) apresentam uma grande adaptação e resistência ao sistema de Wetlands Construídos.

9 6 Conclusões A partir deste trabalho visualizou-ser a necessidade de aprofundar as discussões e os estudos sobre especificações de sistemas de tratamento de efluentes coerentes com os objetivos das Unidades de Conservação. O avanço na formulação de propostas viáveis é crucial para mobilizar órgãos responsáveis, pois a ausência de informações a respeito do tratamento de efluentes e a falta de detalhamento sobre o saneamento nos Plano de Manejo das Unidades de Conservação indicam a necessidade de estabelecer legislações específicas a respeito destas áreas. A proposta de Wetlands Construídos para o tratamento de efluentes na Floresta Nacional de Ibirama mostra-se viável devido aos benefícios deste tipo de sistema, destacando a sua metodologia adaptável, baixo custo, simples manutenção e operação assim como o atendimento a restrições descritas no Plano de Manejo. Referências ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7229: Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos. Rio de Janeiro: Copyright, p NBR 9649: Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: Copyright, p. BEGOSSO, L. Determinação de parâmetros de projeto e critérios para dimensionamento e configuração de wetlands construídos para o tratamento de água cinza. Campo Grande, Dissertação (Mestrado em Tecnologias Ambientais) Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Brasil BRASIL. CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE CONAMA. Resolução nº 357, de 17 de março de Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Disponível em: < Acesso em: 03/maio/2015 BUENO, R. F. FIORE, F. A. VICTORETTI, M. INÁCIO, A. R. CAPELLARI, B. CHAGAS, R. K. Implantação de Wetlands Construídas em escala real para o tratamento de esgoto sanitário em residências da Barra do Ribeira no município de Iguape São Paulo. Revista Saúde, Meio Ambiente e Sustentabilidade, São Paulo, v. 8, n. 2, p.1-17, set CUNHA, C. A. G. Análise da eficiência de um sistema combinado de alagados construídos na melhoria da qualidade das águas f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Ciências da Engenharia Ambiental, Universidade de São Paulo, São Carlos, EPAGRI Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina. Análise do solo. Ituporanga/SC. Disponível em: < > Acesso em 4 maio FLONA, Ibirama. Plano de Manejo. Ibirama, Disponível em: < Acesso em 14 abril IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Síntese dos Indicadores de Disponível em: < > Acesso em 4 maio ICMBIO. Relatório da Monitoria do Plano de Manejo da Área de Proteção Ambiental de Cairuçu Instituto Chico Mendes, Rio de Janeiro, KADLEC, R.; WALLACE, S.D. Treatment wetlands. Boca Raton: Lewis Publishers p LIÉNARD, A. Wetlands systems for water pollution control IX. Water Science Technology. v.51, n.9, 2005.

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