Sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial com chicanas: desempenho, cinética, degradação e colmatação
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Muitas pesquisas têm se empenhado no desenvolvimento de sistemas de tratamento, com baixo custo de implementação e operação, focados no tratamento de efluentes. Os sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS) são reatores projetados para tratar os mais diversos efluentes, espelhado nos sistemas alagados naturais, desempenhando os mesmos processos, químicos, físicos e biológicos, no tratamento de efluentes. Esses sistemas têm demonstrado grande potencial de tratamento, além de baixo custo de implementação e operação, visto que não há nenhum requisito externo de energia. Como forma de potencializar o tratamento nesses sistemas, muitos trabalhos utilizam chicanas, ou placas defletoras, para melhorar o tratamento, sem que ocorra a necessidade de maiores investimentos. Nesse sentido, o presente trabalho objetivou fazer um levantamento do estado da arte e avaliar a remoção de poluentes, colmatação e cinética de degradação, em sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial, com diferentes configurações internas, plantados com Penninsetum setaceum, no tratamento de esgoto universitário. Os SACs foram construídos em fibra de vidro, se diferenciando pela presença de chicanas laterais (horizontais) (SAC-B), verticais (SAC-C) ou ausência de divisórias internas, do tipo convencional (SAC-A), com tempo de detenção hidráulico teórico de 1,36, 1,32, 1,31dias, respectivamente, com área superficial de 1 m2, preenchidos com brita zero. Os sistemas apresentaram significativa eficiência de remoção, entretanto, não apresentaram diferença estatística entre si, com valores superiores a 47% para a DQO, 22% para os ST, 39% para os STV, 10% para os STF, 9,7% para NTK. As baixas eficiências, bem como a semelhança nas remoções, foram provocadas pela maturação dos sistemas, evidenciado pela formação de lâmina superficial, formada devido a saturação inicial do leito, diminuindo a condutividade hidráulica, indicando uma possível colmatação, além de facilitar a formação de caminhos preferenciais, uniformizando o tratamento entre os sistemas. Observou-se maior acúmulo de ST, STV e STF na porção inicial dos SACs A e B, nos primeiros 0,45 m, e na camada superior, 0,15 m abaixo do material suporte, em relação a camada de fundo (0,50 m). O modelo cinético proposto por Chan e Chu (2003) demostrou o melhor ajuste para o SAC-A (convencional) e o modelo proposto por Brasil et al. (2007) resultou nos melhores ajustes para os SACs com a presença de chicanas (SAC-B e C). Os SACs A e B demostraram comportamento semelhante, com escoamento tendendo à mistura completa e uso integral do volume do reator, indicando estar menos colmatado que o SAC-C, que apresentou tendência a escoamento pistonado, com presença de curtos circuitos e zonas mortas. O SAC-C apresentou as maiores taxas de remoção de massa, maior produtividade de matéria seca, assim como maior extração de nitrogênio e fósforo na parte vegetal, seguido do SAC-B e por fim o SAC-A, com valores de extração de fósforo de 2 g m-2 no corte II para SAC-B e nos cortes I, II e IV para o SAC-C. Houve forte correlação positiva entre a CE e as variáveis NTK e PT, afluente e efluente ao tratamento, e correlação positiva muito forte entre a CE e o fosfato, para os três sistemas avaliados, demostrando alto potencial na determinação das concentrações de nutrientes por meio da CE no esgoto universitário e após o tratamento em SACs-EHSS.
Abstract
Many studies have been engaged in developing effluent treatment systems with low cost of implementation and operation. The horizontal subsurface-flow constructed wetlands (HSSF-CWs) are designed to treat the most diverse effluents. Based in natural wetland systems, performing the same chemical, physical and biological processes in the treatment of effluents. These systems have shown great treatment potential, in addition to low implementation and operation costs, as there is no external energy requirement. As a way to enhance the treatment in these systems, many studies use baffles, or deflector plates, to improve the treatment, without the need for greater investments. In that regard, this study aimed to survey the state of the art and evaluate the removal of pollutants, clogging and degradation kinetics in flooded systems built with horizontal subsurface flow, with different internal configurations, planted with Penninsetum setaceum, in the treatment of university sewage. The CWs were built in fiberglass, differing by the presence of horizontal baffles (CW-B), vertical (CW-C) or the absence of internal partitions, of the conventional type (CW-A), with detention time of 1.36, 1.32, 1.31 days, respectively, with a surface area of 1 m2, filled with gravel. The systems showed significant removal efficiency, however, they did not differ statistically, with values above 47% for COD, 22% for ST, 39% for STV, 10% for STF, 9.7% for NTK. The low efficiencies, as well as the similarity in removals, were caused by the maturation of the systems, evidenced by the formation of a superficial layer, formed due to the initial saturation of the bed, decreasing the hydraulic conductivity, indicating a possible clogging, in addition to facilitating the formation of paths preferential treatment, standardizing the treatment between the systems. A greater accumulation of ST, STV and STF was observed in the initial portion of CWs A and B, in the first 0.45 m, and in the upper layer, 0.15 m below the support material, in relation to the bottom layer (0, 50 m). The kinetic model proposed by Chan and Chu (2003) demonstrated the best fit for the CW-A (conventional) and the model proposed by Brasil et al. (2007) resulted in the best adjustments for SACs with the presence of baffles (CW-B and C). CWs A and B showed similar behavior, with flow tending to complete mixing and full use of the reactor volume, indicating that it is less clogged than CW-C, which showed a tendency to piston flow, with the presence of short circuits and dead zones. CW-C had the highest mass removal rates, highest dry matter productivity, as well as higher nitrogen and phosphorus extraction in the plant, followed by CW-B and finally CW-A, with phosphorus extraction values of 2 g m-2 in section II for CW-B and in sections I, II and IV for CW-C. There was a strong positive correlation between EC and the variables NTK and PT, affluent and effluent to treatment, and a very strong positive correlation between EC and phosphate, for the three systems evaluated, showing high potential in determining nutrient concentrations by means of EC in university sewage and after treatment in HSSF-CWs.
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BARBOSA, M. H. et al. Sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial com chicanas: desempenho, cinética, degradação e colmatação. 2021. 112 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.