Avaliação de um sistema híbrido de wetlands construídos empregado no tratamento de esgoto sanitário

Abstract

Wetlands construídos (WC) são uma ecotecnologia descentralizada de tratamento de esgotos que fornece níveis satisfatórios de remoção de poluentes, conciliado a uma implantação e operação simplificada e de baixo custo. Sistemas de WC em série, ou também chamados de sistemas híbridos, visam a obtenção de elevados níveis de depuração de matéria orgânica, sólidos suspensos totais (SST) e compostos nitrogenados. Tendo em vista contribuir para com a consolidação desta ecotecnologia no contexto da região sul do Brasil, visto a lacuna apresentada na literatura atual e a potencilidade da tecnologia no fomento da universalização do saneamento básico, este trabalho avaliou o projeto, execução e desempenho, tanto em termos de remoção de poluentes quanto em aspectos hidráulicos de vazões de saída e evapotranspiração (ETP), de um sistema híbrido de WC ao longo de seus dois primeiros anos de operação. O sistema em estudo possuiu escala real e tratou esgoto sanitário em volume equivalente à contribuição de uma residência unifamiliar brasileira, sendo composto por um tanque séptico (TS), seguido por um wetland construído de fluxo vertical (WCVD) e por um wetland construído de fluxo horizontal (WCH). O sistema híbrido foi submetido a um carregamento de 39,6 ± 11,5 gDQO.mWCVD-2.d-1 e 63,2 ± 14,6 mmWCVD.d-1, aplicados de forma intermintente de 3 a 4 pulsos por dia e sob regime de alternância de módulos com metade da semana em operação e a outra em repouso. Os resultados mostraram uma não homogeneidade das vazões de saída para os diferentes pulsos e dias da semana, com um aumento das vazões máximas (Qmáx) ao longo do dia e da semana. O monitoramento hidráulico também revelou um decréscimo das Qmáx diárias ao longo da operação que, juntamente com a constatação de não acúmulo de sólidos no maciço filtrante, indicaram uma diminuição da condutividade hídraulica em função do crescimento das raízes. O balanço hidráulico realizado apurou uma diferença metodológica ao se utilizar diferentes intervalos temporais de análise para o balanço, sendo a semana operacional o intervalo de análise que apresentou resultados com menor desvio padrão. Os valores médios de ETP obtidos foram iguais a 6,0 ± 1,3 mm.d-1 para o WCVD e 1,0 ± 1,2 mm.d-1para o WCH. A remoção de poluentes no sistema híbrido atingiu elevadas remoções de DQO (98 ± 1,5%), SST (99 ± 2,9%), N-NH4+ (90,7 ± 9,3%) e P-PO43- (96,2 ± 2,8%) e remoção satisfatória de NT (68,7 ± 12,6). O WCVD foi a unidade que removeu maior carga poluidora de DQO, SST, N-NH4+ e P-PO43- no sistema híbrido, sendo a camada intermediária (0,3 a 0,5 m de profundidade) onde o maior percentual foi removido. O WCH foi responsável pela maior remoção de NT no sistema híbrido, sendo os primeiros 25% de seu comprimento a seção que apresentou maior relevância para remoção de DQO, N-NO2- e N-NH4+ na unidade. Contudo, o WCH apresentou limitada e instável remoção de N-NO3- (36,3 ± 31%) formado no WCVD, gerando um efluente final parcialmente desnitrificado, com concentração média de 19,4 ± 10 mgN-NO3-.L-1. A remoção limitada provavelmente se deu em função da baixa relação C:N afluente. Dessa forma, sugeriram-se estratégias operacionais para aporte de carbono no WCH e aumento da remoção de N-NO3- e NT na unidade. Apesar disso, o sistema híbrido foi capaz de gerar um efluente refinado, apto para lançamento em todos os parâmetros analisados conforme legislaçoes nacionais e estaduais

Abstract : Constructed wetlands (CW) are an on-site wastewater treatment ecotechnology that provides satisfactory pollutant removal rates associated with a simplified and low cost execution and operation. Arrangements os CW in series, also named hybrid systems, aim to guarantee high depuration levels of organic matter, total suspended solids (TSS) and nitrogen compounds. Owing to contribute to the consolidation of this ecotechnology in the sourthern region of Brazil, this study evaluated the project, execution and performance, in both pollutant removal and hydraulic behavior of outflow discharges and evapotranspiration (ETP), of a hybrid system throughout its first two operational years. The study is justified due to a notorious lack of information about hybrid systems applied in the southern region of Brazil and to a great potential of this ecotechnology to foment sanitation univesalisation in the country. The evaluated system was a full-scale wastewater treatment plant and has treated urban wastewater in an equivalent volume generated by a Brazilian household. It was composed by a septic tank (TS), followed by a Vertical subsurface Flow Constructed Wetland (VFCW) and by a Horizontal subsurface Flow Constructed Wetland (HFCW). The hybrid system received an organic loading rate (OLR) equal to 39.6 ± 11.5 gCOD.mVFCW-2.d-1 and a hydraulic loading rate (HLR) of 63.2 ± 14.6 mmVFCW.d-1. The feeding was intermittent (3 to 4 daily pulses) and alternated (3.5 days of operation and 3.5 days of rest). The results pointed to a non-homogeneity of outlet discharges for the different pulses and days of the week, with an increase of maximum outled discharge (Qmax) throughout the day and the week. The hydraulic monitoring also revelead a decrease in the daily Qmax throughout the operation, which, together with the finding of non-accumulation of solids in bed media, indicated a reduction on the hydraulic conductivity due to the root growth. The water budget showed a methodological difference when using different time steps for the budget analysis. The operational week was the step that presented the results with the smallest standard deviations. The average ETP were a 6.0 ± 1.3 mm.d-1 for the VFCW and 1.0 ± 1.2 mm.d-1for the HFCW. The pollutant removal achieved excellent removal rates of COD (98 ± 1.5%), TSS (99 ± 2.9%), NH4+-N (90.7 ± 9.3%) and PO43--P (96.2 ± 2.8%), besides a satisfactory removal of TN (68.7 ± 12.6%). The VFCW was the unit in which greater COD, TSS, NH4+-N and PO43--P load was removed, being the intermediate layer (0.3 to 0.5 m of depth) where the highest percentage was treated. The HFCW was responsible for the biggest TN removal and the first 25% of its length was the section that presented the greater relevance of COD, NO2--N and NH4+-N removal within the unit. However, the HFCW showed a limited and unstable NO3--N removal (36.3 ± 31%), which was previously formed in the VFCW. The final effluent was, therefore only partially denitrified, with an average concentration of 19.4 ± 10 mgNO3--N.L-1. Probably the limited NO3--N removal was due to the low C:N ratio in the HFCW influent. In that way, operational strategies were suggested to increase carbon input in the HFCW and, thus, to increase NO3--N and TN removal. Despite that, the hybrid system was able to generate a depurated effluent, always suitable to be discharged in the environment according to the nacional and state regulations.