1 REMOÇÃO DE FÓSFORO ATRAVÉS DO SISTEMA WETLAND José Tavares de Sousa 1 José Erismar Gomes de Oliveira 2 Eliana Rolim Florentino 3 Maria de Fátima Nascimento 3 1 Engenheiro Químico (1980), Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento UFPB (1986), Doutor em Hidráulica e Saneamento USP (1996). Professor Titular da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB) Departamento de Química. End.: Rua Basílio Araújo, 836 - CEP: 58.10-693 - Campina Grande-PB, E-Mail: jtavares@paqtc.rpp.br. ou tavares@uepb.rpp.br. 2 Químico Industrial - Universidade Estadual da Paraíba. Bolsistas do CNPq. 3 Engenheira Química (1981), Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento UFPB (1993). Professora Adjunta II da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB) - Departamento de Química. Palavras-chave: Banhado, Remoção de Fósforo, Macrófitas. INTRODUÇÃO A disposição de esgotos sanitários em corpos de água, no solo ou em qualquer tipo natural de tratamento, remove cargas poluidoras através de processos físicos, químicos e biológicos. A disposição de esgotos no solo, juntamente com macrófitas e energia solar promovem a transformação de matéria orgânica em energia renovável. (SOUSA et al., 1997) Por outro lado, a manutenção da concentração de nutrientes, sobretudo fósforo e nitrogênio, nos esgotos sanitários acaba promovendo a eutrofização das represas, dos açudes e reservatórios de acumulação de água. No Nordeste do Brasil, especificamente, no semi-árido que representa 58% da Região (extensão territorial de 950.000 km 2 ), os reservatórios e represas de acumulação de água que enchem durante o período chuvoso e esvaziam naturalmente no período do verão sofrem depreciação na qualidade da água devido, sobretudo, aos processos de salinização, assoreamento, contaminação fecal e eutrofização. A ausência de políticas públicas eficientes e continuadas de gestão de recursos hídricos, de geração de empregos entre outras vem consubstanciar o crescimento da pobreza na região Nordeste. A falta de água leva ao êxodo da população economicamente ativa nordestina e constitui uma das principais razões para que essa região seja considerada uma das mais pobres do país. (SOUSA et al., 1998)
2 A região semi-árida definida pelo Fundo Constitucional do Nordeste (FNE) compreende 86% do território do Estado da Paraíba onde habita cerca de 2 milhões de pessoas das quais metade vive em estado de miséria absoluta. Assim sendo, para garantir a demanda de água das populações do Semi-Árido, fazse necessária uma política racional de manejo e gestão da bacia, como também tratar convenientemente os esgotos sanitários. A remoção de fósforo por disposição dos esgotos em várzea ( WETLAND ) é controlado por processos bióticos e abióticos. Conforme Figura 1, o fósforo da coluna de água pode ser realmente removido por perifitos seguido de deposição da biomassa morta sobre a superfície do solo. Dessa forma, os processos bióticos incluem: (a) utilização de fósforo por vegetais, perifitos e microrganismos; (b) mineralização das próprias macrófitas e fósforo orgânico no solo. Processos abióticos incluem: (a) sedimentação; (b) adsorção e precipitação; (c) processo de trocas entre o solo e a coluna de água que se mantém na superfície. AFLUENTE P Particulado Lixo detectado na planta P Organico Solúvel 3 P Particulado 5 detritos 3 3 Perifito 1 P Orgâncio Solúvel 2 P Particulado (org. e inorg.) Ca Ca - P Efluente P Particulado 5 Fósforo Agregado O 2 O 2 Sobrenadante (aerobico) Solo Aeróbico 2 3 P Organico Solúvel 3 P Organico Particulado P Orgânico Solúvel P Inorgânico Particulado [Fe, Al, ou Ca para P] Solo Anaeróbico P Biomassa 1 Microbiana Interface solo sobrenadante Figura 1 - Transformações do Fósforo no solo e na coluna de água de Wetlands. [1) adsorção e dissolução ; precipitação e dissolução, 2) planta e microbial uptake, 3) fragmentação e lixiviação, ) mineralização, 5) sedimentação e burial ]. Fonte: REDDY & D ANGELO, 1997. 2 5
3 Tabela 1 - Critérios para construção de WETLANDS segundo REED (1992). TIPOS DE WETLANDS PARÂMETROS FLUXO DE SUPERFÍCIE LEITO C/ VEGETAÇÃO LIVRE SUBMERSA TDH (dia) 5 a 1 2 a 7 Taxa máxima de carregamento (Kg / ha 80 75. dia) Profundidade da água (m) - substrato 0,1 a 0,5 0,10 a 1,0 Taxa de carregamento hidráulico (mm / 7 a 60 2 a 30 dia) Área requerida (ha. m 3. dia) 0,002 a 0,01 0,001 a 0,007 Raio 2 : 1 para 10 : 1 0,25 :1 para 5 : 1 Controle de Mosquito necessário não necessário TDH : Tempo de Detenção Hidráulico, dia. OBJETIVO Avaliar a eficiência das macrófitas: Typha sp e Eichhornia crassipes com relação a remoção de fosfato e organismos patógenos no tratamento de esgotos sanitários. METODOLOGIA Conceituação do Sistema Sistemas WETLANDS podem ser naturais ou construídos. Esses, tratam águas residuárias através de processos combinados: biológicos, químicos e físicos (CRITES, 199). Há diversos tipos de WETLANDS, os naturais que são geralmente, charcos, brejos, várzeas e pântanos e os construídos (CRITES, 199), apresentam dois principais tipos: a) Várzea livre de água de superfície (VLAS). O sistema consiste de bacia ou canal onde são colocadas as vegetações que crescem utilizando matéria orgânica e nutrientes das águas residuárias a serem tratadas. O sistema pode ser natural ou construído de barreiras superficiais para minimizar a filtração. São tipicamente longo e estreito para evitar curtos circuitos.
b) Fluxo Subsuperficial (FS). O sistema de fluxo subsuperficial, consiste de canal ou bacia que contém cascalho ou areia o qual suportará o crescimento da vegetação. A declividade deve ser de 0 a 2%. A água residuária a ser tratada escoa horizontalmente através da zona das raízes das plantas situadas a cerca de 100 a 150 mm, abaixo da superfícies de cascalho. Monitoramento do Sistema Foi utilizado um banhado ou várzea (Wetland) natural com área de 110 m 2 e profundidade média de 0,6 m, onde se apresenta macrófitas aquáticas em abundância, especialmente os gêneros: Typha sp e Eichhornia crassipes. Esse sistema foi alimentado com esgotos sanitários e monitorado durante o período de seis meses com tempo de detenção hidráulica de sete dias. As concentrações afluente e efluente de fósforo e as determinações microbiológicas tais como: coliformes fecais e estreptococos foram determinadas de acordo com técnicas padrões do STANDARD METHODS OF AND WASTEWATER (1992). Figura 2 - Sistema de Várzea Natural com macrófitas do gênero Typha sp e Eichlornia crassipes.
5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS O fósforo tem importância fundamental para as plantas, animais e para o crescimento da microbiota. Mesmo fazendo parte dos ácidos nucleicos dos compostos de transferência de energia, muitas formas de fósforo são indispensáveis às plantas e aos microrganismos devido, sobretudo, a sua baixa solubilidade. O fósforo presente nas águas residuárias, quer seja na forma iônica ou complexada, encontra-se geralmente como fosfato. Tabela 2 - Variação da concentração média de fósforo total e coliformes fecais afluente e efluente, durante o período de dezembro de 1996 a maio de 1997. Fósforo Total Remoção Coliformes Fecais Remoção Meses n (mg.p.l -1 ) (%) (CF/ 100 ml) (%) Afluente Efluente Afluente Efluente Dezembro 8 2,5 0,82 67,7 1,25E+07 1,25E+05 99 Janeiro 6 2,8 0,8 70,,05E+06 2,60E+0 99 Fevereiro 6 2,02 0,88 56,0 1,07E+07 1,33E+05 98 Março 6 2,10 0,70 67,0 1.30E+10 7 1.10E+10 5 98 Abril 6 3,11 0,86 72,3 5,75E+07 7,70E+06 86 Maio 6,05 1,58 61,0 5,0E+07 6,60E+06 87 Média 2,77 0,9 66 2,70E+07 2,50E+06 9 Desvio Padrão 0,75 0,31 9,3 Coeficiente 27 32 1 de Variação Sistemas Wetlands podem ser naturais ou construídos. Esses, tratam água residuária através de processos combinados: biológicos, químicos e físicos. (CRITES, 199) O fósforo solúvel disponível pode ser absorvido por plantas ou microrganismos e conseqüentemente convertido em material celular, como também, pela precipitação química e pela adsorção. Os parâmetros obtidos durante o período experimental são apresentados na Tabela 1. Como se pode observar a variação dos valores médios de fósforo de 2,77 e 0,9 (mg.p.l - 1 ) no afluente e efluente respectivamente, representam, portanto, uma remoção média de fósforo de 66 %. Essa remoção é ligeiramente superior àquela observada em lodos ativados por bactérias acinetobacter, principal microrganismo responsável pela remoção biológica de fósforo. (WENTZEL et al., 1992)
6 A redução de microrganismos como bactérias, vírus, protozoários e ovos de helmintos, por meio da disposição de esgotos em várzea natural, está relacionada com uma variedade de fatores, sobretudo, fatores ambientais (planta, água e solo) e físico-químicos. Assim sendo, o processo de remoção ocorre devido a sedimentação e a filtração na camada orgânica da superfície do solo e de vegetação presente, entre outros. Os dados apresentados na Tabela 1, das variações de coliformes fecais foram 2,7 x 10 7 e 2,5 x 10 6 (CF / 100 ml) afluente e efluente respectivamente. Essa variação promoveu na redução de coliformes de cerca de 92 %. Apesar desse percentual de redução, o efluente não deve ser lançado em corpos receptores sem antes sofrer processo de pós-tratamento.,5 Fósforos Totais (mg. L -1 ) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Afluente Efluente 0 Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Tempo (meses) Figura 3 - Valores médios mensais afluente e efluente de Fósforos Totais (mg P.L -1 ), presentes no corpo d água, localizado no Distrito de São José da Mata. 1,00E+10 1,00E+09 Log do número de CF/100ml 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+0 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 Afluente Efluente Dezembro Janeiro Fevereiro Abril Maio Tempo (meses) Figura - Valores médios mensais afluente e efluente dos Coliformes Fecais, presentes no corpo d água, localizado no Distrito de São José da Mata.
7 CONCLUSÕES Os resultados obtidos durante seis meses de monitoramento do sistema natural de várzea ( WETLAND ) permitiram concluir que: Os sistema de várzea natural é um ecossistema que trata esgotos sanitários e se comporta como alternativa de baixo custo. Os gêneros Typha sp e Eichhornia crassipes se apresentam como macrófitas capazes de remover fósforo (66%) e coliformes fecais (92%) de esgotos sanitários. Os sistemas de várzeas naturais devem ser mantidos sob manutenção periódica das macrófitas presentes para evitar, assim, que essas funcionem também como produtoras de matéria orgânica.
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA. AWWA. WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Amer. Public Health Assoc., Water Works Association, Water Poll. Control Federation, Washington, D.C., 1992. CRITES, R.W. V.29, n., p. 1-6, 199. Desing criteria and practice for constructed Wetlands, Water Sc. Tech., REED, S. Constructed Wetland design: the first generation. Wat. Env. Res., V.6, n. 6, p. 776-781, 1992. REEDY, K.R. ; D ANGELO, E.M. Biogeochemical indicatiors to evaluate pollutant removal efficiency in constructed Wetlands. Wat. Sci. Tech., V. 35, n. 5, p. 1-10, 1997. SOUSA, J. T. de ; FLORENTINO, E.R. ; OLIVEIRA, J.E.G. de. Estudo com Sistema Wetland para remoção de Fósforo in: XXVII Congresso Brasileiro de Química. Anais, setembro/1997. SOUSA, J. T. de ; OLIVEIRA, J.E.G. de ; COURA, H.R. Avaliação das Condições de Saneamento Ambiental do Distrito de São José da Mata in: XVI Encontro Nacional dos Estudantes de Química, Salvador, 1997, Anais, Salvador-BA, 1997. SOUSA, José Tavares de ; VAZOLLER, R. F. ; FORESTI, Eugênio. Phosphate removal in an UASB reactor treating synthetic substrate simulating domestic sewage. Brazilian Journal of Chemical Engineering. Vol. 1, n. 0, p.309-31. December 1997. SOUSA, J.T. de ; ARAÚJO, H.W.C. de ; CATUNDA, P.F.C. ; FLORENTINO, E.R. ; COSTA, R.A. da S. Tratamento de esgotos sanitários por filtro lento objetivando produzir efluente para reuso na agricultura. In.: VIII SILUBESA, 26 a 30 de abril, João Pessoa, PB. 1998. Rio de Janeiro, ABES, 1998, p. 317-327.