Avaliação de Sistemas de Tratamento de Esgoto Doméstico
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Avaliação de Sistemas de Tratamento de Esgoto Doméstico
EFICÁCIA DOS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO E DE ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO UTILIZANDO WETLANDS CONSIDERANDO PERÍODOS DIFERENTES DE INSTALAÇÃO E DIFERENTES SUBSTRATOS E PLANTAS UTILIZADOS Relatório Final Florianópolis Março/2007 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D EFICÁCIA DOS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO E DE ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO UTILIZANDO WETLANDS CONSIDERANDO PERÍODOS DIFERENTES DE INSTALAÇÃO E DIFERENTES SUBSTRATOS E PLANTAS UTILIZADOS Equipe: Prof. Luiz Sérgio Philippi – Coordenador Pablo Heleno Sezerino – Pesquisador Colaborador Débora Parcias Olijnyk – Bolsista Apoio Técnico Bruno Kossatz – Bolsista Iniciação Científica Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO..............................................................................................................................4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................................4 2.1 SITUAÇÃO DO SANEAMENTO BÁSICO NO BRASIL E EM SANTA CATARINA .....................................4 2.2 SISTEMAS DESCENTRALIZADOS .....................................................................................................5 2.3 TANQUE SÉPTICO ...........................................................................................................................6 2.3.1 Lodo de tanque séptico.............................................................................................. 7 2.4 ZONA DE RAÍZES – FILTROS PLANTADOS COM MACRÓFITAS ..........................................................8 2.4.1 Classificação dos sistemas zona de raízes ................................................................ 9 2.4.2 Materiais filtrantes empregados ............................................................................. 10 2.4.3 Colmatação ............................................................................................................. 11 2.4.4 Plantas utilizadas .................................................................................................... 11 3. OBJETIVOS.................................................................................................................................11 3.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................................12 4. METODOLOGIA........................................................................................................................12 4.1. DESCRIÇÃO DOS LOCAIS DE ESTUDO...........................................................................................12 4.1.1 Sistema de tratamento de esgoto............................................................................. 12 Centro de Treinamento de Agronômica – CETRAG ....................................................... 12 Centro de Treinamento de Videira – CETREVI .............................................................. 17 Pousada Mar Aberto em Balneário Camboriú ................................................................. 18 Centro de Treinamento de Tubarão – CETUBA.............................................................. 21 Centro de Treinamento de São Joaquim – CETREJO ..................................................... 22 Resumo de todos os Sistemas de Tratamento de Esgotos................................................ 27 4.1.2. Sistema de tratamento de água .............................................................................. 28 Centro de Treinamento de Agronômica – CETRAG ....................................................... 28 São Roque – Gravatal....................................................................................................... 29 Resumo de todos os Sistemas de Tratamento de Água.................................................... 29 4.2. ANÁLISES LABORATORIAIS.........................................................................................................30 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...............................................................................................31 5.1. TRATAMENTO DE ESGOTO ..........................................................................................................31 5.1.1. Lodo........................................................................................................................ 37 Taxa de Acumulação de Lodo.......................................................................................... 38 5.1.2. Medição de vazão................................................................................................... 39 5.2. TRATAMENTO DE ÁGUA..............................................................................................................40 6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES AOS SISTEMAS .................................................................41 7. CONTINUIDADE DA PESQUISA ............................................................................................42 7.1. POUSADA EM BALNEÁRIO CAMBORIÚ ........................................................................................43 7.2. CENTRO DE TREINAMENTO DE SÃO JOAQUIM ............................................................................43 7.3. CENTRO DE TREINAMENTO DE VIDEIRA .....................................................................................43 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................43 ANEXOS.................. ............................................................................................................................47 Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 3 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 1. INTRODUÇÃO Este relatório final refere-se às atividades de pesquisa desenvolvidas junto ao projeto “Eficácia dos sistemas de tratamento de esgoto doméstico e de água para consumo humano utilizando wetlands considerando períodos diferentes de instalação e diferentes substratos e plantas utilizados”. A pesquisa supracitada tem como instituição proponente a Fundação de Ensino e Engenharia de Santa Catarina – FEESC (Nome da Conta: TOR 02/2005/EPAGRI e Número da Conta: 5874) e como instituição executora a Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, representada pelo Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Os participantes envolvidos neste projeto são pesquisadores e estudantes do GESAD/ENS – Grupo de Estudos em Saneamento Descentralizado do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, estando todos vinculados ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental – PPGEA e ao Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental – ENS, ambos da UFSC. O relatório em questão relata as ações realizadas durante o período compreendido entre Agosto de 2005 e Dezembro de 2006. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Situação do saneamento básico no Brasil e em Santa Catarina Segundo o relatório da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – PNSB do ano 2000, realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE, a coleta de esgoto ao longo do território nacional atinge apenas 42% dos distritos brasileiros, sendo que apenas 35% deste volume passam por algum tratamento. O estado de Santa Catarina não se afasta da realidade brasileira, pelo contrário apresenta um dos piores índices de coleta e tratamento de esgoto. E esse valor agrava-se quando se trata da zona rural. Em números, tem-se que, dos 447 distritos existentes em Santa Catarina, somente 96 possuem rede coletora de esgoto, ou seja, 21% e somente 52 possuem algum tipo de tratamento, ou seja, 12% do total de distritos. Os distritos que não possuem rede coletora de esgoto utilizam como principal solução alternativa as fossas sépticas e sumidouro. Ainda, pode-se destacar que estes dados são somente referentes à presença de coleta/tratamento nos distritos do Estados, mas não apresentam nenhum dado em relação à porcentagem de coleta/tratamento em cada distrito, isto é, dizer que um distrito possui tratamento de esgoto não quer dizer que este tratamento atinja 100% do distrito. Outra questão em relação aos municípios que possuem tratamento de esgoto é o tipo de tratamento que possuem. Ainda, segundo o Relatório, dos 52 distritos com tratamento de esgoto, somente 15 possuem tratamento complementar (desinfecção ou remoção de nutrientes). O Relatório também apresenta dados em relação ao abastecimento de água em todo o Brasil. Em Santa Catarina, dos 447 distritos do Estado, somente 363 possuem rede geral de distribuição de água. Dos 84 distritos restantes, sem rede geral de distribuição de água, as soluções alternativas para obtenção de água são, principalmente, poços particulares, cursos d’água e bicas. Ainda, dos 363 distritos com rede geral de distribuição de água, 49 distritos Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 4 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D não passam por nenhum tipo de tratamento e mais da metade deles recebe como tratamento somente fluoretação. Outro dado obtido no Relatório diz que, dos 363 distritos atendidos com rede geral de abastecimento de água, 30 deles sofrem com problemas de seca ou estiagem, resultando na necessidade de racionamento de água ou obtenção desta por outros meios durante algumas épocas do ano. Esta carência de saneamento no Brasil e, principalmente, em santa Catarina, acima exemplificada, promove um panorama, no mínimo, preocupante, pois efluentes sem tratamento e/ou com tratamento inadequados são lançados aos corpos d’água receptores, podendo causar sérios desequilíbrios ambientais e comprometer a saúde humana. Ainda, estes cursos d’águas podem servir como fonte de abastecimento para locais que não possuem rede de abastecimento pública ou mesmo para àqueles que possuem rede de abastecimento publica, mas que passam por períodos de racionamento e buscam fontes alternativas. A Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. – Epagri busca, desde 1985, tecnologias que contribuam para que as famílias rurais possam ter água, e com qualidade (Boos, 2000). Em relação aos sistemas de tratamento de esgoto, a UFSC e a Epagri também vem realizando pesquisas desde 1994 (Philippi et al., 1999). 2.2 Sistemas descentralizados Como o desafio de coletar e tratar o esgoto produzido em sistemas centralizados não é possível de ser realizado, o foco da gestão destes sistemas está começando a mudar da construção e gestão de sistemas regionais centralizados para pequenos, descentralizados e periféricos sistemas de tratamento de esgotos. A mesma situação pode ser descrita para o caso da coleta e tratamento de água para consumo humano. Philippi (1997 e 2000) introduziu esta discussão em trabalhos anteriores no sentido de ampliar a perspectiva para a gestão dos sistemas de tratamento de esgotos no âmbito do modelo brasileiro, o qual é extremamente centralizador e costuma adotar, salvo raras exceções, sistemas apoiados em concepções de grandes estações de tratamento. A gestão descentralizada de esgotos pode ser definida como a coleta, tratamento e disposição final/reúso dos esgotos de residências, bairros, comunidade isoladas, industriais ou instituições (Tchobanoglous, 1998). Wilderer e Schreff (2000) apontam três grandes vantagens para os sistemas descentralizados: redução do transporte dos esgotos, o que implica na provável eliminação de elevatórias e reservatórios de estocagem; geração de grandes oportunidades de reutilização local dos efluentes e de recarga de aqüíferos e problemas numa unidade simples não causam colapso em todo o sistema. O mais antigo e conhecido sistema de pré-tratamento utilizado desde o final do século XIX em sistemas descentralizados tem sido o tanque séptico. O tanque séptico, por sua simplicidade construtiva e operacional, é o sistema mais utilizado no pré-tratamento de esgotos em áreas não servidas por sistemas coletores (IBGE, 2000). Como tratamento complementar de tanque séptico, várias opções podem ser consideradas. A NBR 13969 (ABNT, 1997) apresenta algumas alternativas técnicas consideradas viáveis para proceder ao tratamento complementar e disposição final de efluentes de tanque sépticos, destacando-se como opções de tratamento: filtro anaeróbio, filtro aeróbio Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 5 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D submerso, valas de filtração e filtros de areia, lodo ativado por batelada e lagoa com plantas aquáticas. A Norma ainda observa que estas são somente opções de tratamento, não impedindo que sejam utilizados outros sistemas alternativos. 2.3 Tanque séptico Segundo a NBR 7229 (ABNT, 1993) tanque séptico é uma unidade cilíndrica ou prismática retangular de fluxo horizontal, para tratamento de esgotos por processos de sedimentação, flotação e digestão. Os tanques sépticos podem ser de câmara única ou de câmaras em série. O tanque de câmara única é uma unidade de apenas um compartimento, em cuja zona superior deve ocorrer processos de sedimentação e de flotação e digestão da escuma, prestando-se a zona inferior ao acúmulo e digestão do lodo sedimentado. Já o tanque de câmaras em série é uma unidade com dois ou mais compartimentos contínuos, dispostos seqüencialmente no sentido do fluxo do líquido e interligados adequadamente, nos quais devem ocorrer, conjunta e decrescentemente, processos de flotação, sedimentação e digestão (Figura 1). Figura 1 – Esquema de um tanque séptico. Von Sperling (1997) define tanque séptico como uma unidade, pré-moldada in loco, que desempenha as funções múltiplas de sedimentação e de remoção de materiais flutuantes, além de comportar-se como digestor de baixa carga, sem mistura e sem aquecimento. Jordão e Pessôa (1995) descrevam que a eficiência de tanques sépticos, normalmente, é expressa em função dos seguintes parâmetros: sólidos sedimentáveis, que ao acumularem permitem estabelecer o período de limpeza e o menor controle operacional das unidades subseqüentes; sólidos em suspensão, os quais podem ser reduzidos em até 60% quando se têm um tanque séptico projetado e operando corretamente; DBO, podendo ser reduzida em até 65%; e gordura presente nos efluentes, a qual pode ser decomposta com uma eficiência de 71 a 92%. Já Chernicharo (1997) afirma que os seguintes valores médios de eficiência podem ser encontrados em tanques sépticos: redução da DQO entre 30 a 55%, sólidos suspensos reduzidos de 20 até 90% e decomposição de óleos e graxa entre 70 a 90%. Este mesmo autor salienta que essa eficiência depende dos seguintes fatores: - Configurações do reator; - Tempo de detenção hidráulica; Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 6 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO - G ESA D Temperatura; Remoção do lodo; Condições operacionais; e Geometria dos tanques. 2.3.1 Lodo de tanque séptico No tratamento em tanques sépticos ocorre a separação gravitacional da escuma e dos sólidos sedimentáveis, que passam a constituir o lodo. A camada de escuma é composta de óleos, graxas e outros materiais leves. Segundo Jordão e Pessôa (1995), o lodo gerado na fase líquida do tratamento de esgotos sanitários apresenta-se como um líquido com concentração de sólidos bastante baixa, da ordem de 1 a 5%, em peso. Segundo Philippi (2002), é rico em nutrientes e contém uma predominância orgânica maior que 70%. A composição de um lodo de tanque séptico pode variar de um sistema para outro, seja devido às condições sócio-econômicas das pessoas, o modo pela qual elas utilizam as instalações sanitárias ou, ainda, a fase de digestão que se encontra o lodo. Andreoli (2001) ressalta que o período de armazenamento também tem grade influência nas características do lodo e, por conseguinte, na forma de tratamento. Durante o funcionamento do tanque séptico o material retido (proveniente da decantação, flotação e digestão) vai se acumulando, diminuindo o volume útil da câmara e o tempo de detenção hidráulica, necessário para a degradação da matéria orgânica, interferindo diretamente na eficiência do sistema (Andrade Neto, 1997). É por esta razão que a parte sólida retida no tanque deverá ser removida periodicamente, em intervalos de tempo estabelecido no cálculo de dimensionamento destas unidades (Jordão e Pessôa, 1995). Philippi (2002) afirma que é necessário a permanência do lodo no interior do tanque no mínimo durante 2 anos, período no qual ocorre a fermentação completa, com a estabilização da metanização – fase final da digestão anaeróbia. A Tabela 1 apresenta alguns valores médios de concentrações de sólidos de lodo de tanques sépticos. Infelizmente, não relacionam a idade do tanque com a medida apresentada. Tabela 1 – Composição média de lodos de tanques sépticos. Fonte ST (mg/L) SV (mg/L) Brandes, 1978 apud Philippi, 1992 33600 – 35400 Edeline, 1983 apud Philippi, 1992 27900 21400 Sabatier, 1983 apud Philippi, 1992 24000 17500 Philip, 1988 apud Philippi, 1992 41300 25800 A Tabela 2 apresenta uma composição média de lodo de tanque séptico após dois anos de funcionamento, operando na faixa de temperatura média de 15ºC (Philip, 1983 apud Philippi, 1992). A Tabela 3 apresenta dados da literatura para lodo primário não tratado e para lodo digerido. A taxa de acumulação de lodo (L/pessoa.dia), isto é, o volume de lodo em relação à idade da fossa (após seu início de funcionamento ou da última limpeza) e ao número de usuários permite apreciar a situação de digestão no interior do tanque séptico, sendo este o principal parâmetro de gestão do sistema. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 7 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Tabela 2 – Composição média de lodo de um tanque séptico. Parâmetros Quantidade Sólidos totais 20000–40000mg/L Sólidos voláteis 15000–30000mg/L N total 600–2000mg/L P total 150–600mg/L pH 6–8 Coliformes fecais 108 NMP/100mL Estreptococos fecais 108 NMP/100mL Tabela 3 – Composição química para o lodo primário cru e para lodo digerido (Andreoli, 1999 apud Cassini, 2003). Lodo primário cru Lodo digerido Processo de tratamento Faixa Típico Faixa Típico Total de sólidos secos (ST) % 2,0 – 8,0 5,0 6,0 – 12,0 10,0 Sólidos voláteis (% de ST) 60 – 80 65 30 – 60 40,0 Óleos e gorduras (% de ST) 6,0 – 30,0 --5,0 – 20,0 --Nitrogênio – N (% de ST) 1,5 – 6,0 4,0 1,6 – 6,0 4,0 Fósforo – P2O5 (% de ST) 0,8 – 3,0 2,0 1,5 – 4,0 2,5 pH 5,0 – 8,0 6,0 6,5 – 7,5 7,0 Alcalinidade (mg/CaCO3/L) 500 – 1500 600 2500 – 3500 3000 O lodo e a escuma acumulados no tanque séptico devem ser removidos em intervalos equivalente ao período de limpeza do projeto, que pode variar de 1 a 5 anos (NBR 7229, ABNT 1993). Durante a remoção do lodo digerido, aproximadamente 10% de seu volume deve ser deixado no interior do tanque (Cassini, 2003). A estimativa da produção de lodo em um tanque séptico pode ser feita considerando os seguintes aspectos: a contribuição per capta de lodo fresco; o intervalo de tempo considerado para a limpeza do tanque e a temperatura do ambiente. Segundo Andrade Neto (1997) e Jordão e Pessôa (1995), a quantidade de lodo gerado está diretamente relacionada à temperatura ambiente, ao intervalo de limpeza das unidades, à atividade bacteriana e ao grau de estabilização e redução de volume do material orgânico presente no lodo. Philippi (1993) afirma que valores de taxa de acumulação de lodo inferiores a 0,2 L/pessoa.dia assinalam um funcionamento hidráulico e biológico adequado. Neste mesmo estudo, o autor observou que a taxa de acumulação de lodo mensurada em alguns tanques sépticos variou entre 0,15 a 0,20 L/pessoa.dia durante o intervalo de limpeza de 3 anos e variou entre 0,13 a 0,15, durante o intervalo de limpeza de 3,5 anos, mostrando que o metabolismo conjugado de todas as bactérias fez a taxa diminuir e o sistema atingir um equilíbrio permanente, estabelecendo a fase de metanização completa. 2.4 Zona de raízes – Filtros plantados com macrófitas O estudo de sistema de tratamento de águas residuárias por zona de raízes vem sendo realizado desde os meados de 1970 e intensificados a partir de 1990, notadamente na Alemanha, França, Reino Unido e Nova Zelândia. O primeiro sistema de fluxo horizontal (a ser explicado mais tarde) entrou em operação em 1974 em Othfresen, Alemanha, sendo chamado o processo de zona de raízes – root zone method / RZM (Kickuth, 1977 apud IWA, 2000). Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 8 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Os trabalhos a as aplicações para a realidade brasileira são mais recentes. Hoje ainda não existe uma padronização na nomenclatura deste sistema. Na literatura internacional são mais conhecidos como constructed wetland, mas em português podem ser reconhecidos pelos seguintes termos: zona de raízes, filtros plantados com macrófitas, alagados naturais, terras unidas construídas, leitos cultivados e mesmo pelo termo em inglês wetland. De acordo com Philippi e Sezerino (2004) wetlands naturais são áreas inundáveis (zonas úmidas) onde inúmeros processos e agentes (animais, plantas, solo, luz solar...) interagem, recebendo, doando e reciclando nutrientes e matéria orgânica continuamente. Os filtros plantados com macrófitas são sistemas que dispõe de um material de recheio conhecidos como material filtrante (usualmente empregado brita, areia, cascalho) de onde o efluente a ser tratado é disposto e irá percolar. As macrófitas empregadas, do tipo emergente, são plantadas diretamente no material filtrante. (Philippi e Sezerino, 2004). Este sistema apresenta as vantagens de baixo custo de implantação e operação e simplicidade operacional. Também são sistemas ditos naturais, ou seja, se baseiam na capacidade de ciclagem dos elementos contidos nos esgotos em ecossistemas naturais, sem o fornecimento de qualquer fonte de energia induzida para acelerar os processos bioquímicos, os quais ocorrem de forma espontânea. 2.4.1 Classificação dos sistemas zona de raízes Dentre as inúmeras derivações tecnológicas existentes no grupo dos wetlands, destacam-se os de fluxo horizontal e os de fluxo vertical. A diferença entre eles, como o próprio nome diz, é a direção do fluxo. Neste trabalho destacaremos somente as características dos filtros de fluxo horizontal. 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. Esta percolação tende a seguir na horizontal e é impulsionada por uma declividade de fundo (Figura 2). macrófitas Typha spp zona de raízes vem do tratamento a montante controlador de nível zona de entrada Impermeabilização (laterais e fundo) material filtrante zona de saída efluente final Figura 2 – Representação do corte longitudinal de um filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal. 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. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 9 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Quando da passagem do efluente na rizosfera, ocorre uma depuração através de processos físicos e químicos e, mais efetivamente, devido à degradação microbiológica. (Cooper et al., 1996; Brix, 1997). O mesmo procedimento ocorre para um sistema tratando água. Os princípios básicos do tratamento nos filtros plantado englobam a filtração e a formação de biofilme aderido a um meio suporte e raízes das plantas, onde comunidades de microrganismos aeróbios e anaeróbios irão depurar a matéria orgânica e promover a transformação da série nitrogenada – nitrificação e desnitrificação (Figura 3). O oxigênio requerido é suprido pelas macrófitas e pela convecção e difusão atmosférica. Biofilme de microorganismos Partículas do material filtrante Rizoma / raízes Biofilme Esgoto Aeróbio Anaeróbio NO3 NO2 H2 S Ácidos orgânicos OD DBO Figura 3 – Representação do biofilme associado ao sistema radicular. 2.4.2 Materiais filtrantes empregados Por se tratar de um sistema de tratamento baseado no processo de filtração, o conhecimento das características dos materiais a serem empregados no leito filtrante é de fundamental importância. O substrato utilizado ajuda na filtragem do efluente, na formação de biofilme e também serve como sustentação para as plantas. O comportamento da água no material de recheio é em função, principalmente, da porosidade e da permeabilidade (condutividade hidráulica) do material (Philippi e Sezerino, 2004). Na literatura podem-se encontrar valores recomendados quanto a sua granulometria e índices físicos, destacando-se (Bucksteeg, 1990; Conley et al., 1991; Cooper et al., 1996; Platzer, 1999; Arias et al., 2001): Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 10 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D - diâmetro efetivo (d10) superior ou igual a 0,20mm; - coeficiente de uniformidade (U) menor ou igual a 5 unidades; - coeficiente de permeabilidade, ou condutividade hidráulica saturada (Ks), maior ou igual a 10-4m/s (≥ 10-2cm/s ou ≥ 0,36m/h). Particularmente, para sistemas de vala de filtração e filtros de areias, que são prescritos na norma NBR13696/97 (ABNT, 1997), o d10 deve estar entre 0,25 e 1,2mm, e o coeficiente de uniformidade deve ser menor do que 4 unidades. Muitos estudos estão sendo conduzidos a fim de identificar e aperfeiçoar o papel do material filtrante empregado no sistema zona de raízes. Como exemplos podem ser citados os trabalhos de Mørkved et al. (2005) e de Khatiwada e Pradhan (2006). O primeiro estuda a aplicação de diferentes materiais (areia, argila expandida, entre outros), enquanto que o segundo teve como objetivo estudar o efeito do tamanho do material filtrante no desempenho dos sistemas zona de raízes. 2.4.3 Colmatação O lançamento de um efluente num sistema de infiltração pode originar um fenômeno conhecido como colmatação. Este processo diminui a migração dos poluentes no solo (Laak,1970). Segundo Langergraber et al. (2003), este fenômeno é induzido pela deposição de sólidos orgânicos e inorgânicos na superfície dos filtros, pela produção de biomassa em excesso devido ao crescimento de microrganismos, pelo crescimento demasiado das raízes das macrófitas e pela compactação do maciço filtrante. O processo de colmatação pode ser reversível. Segundo Laak (1970) um período de repouso ou uma diminuição no ritmo de alimentação pode restabelecer para as condições iniciais. Um outro papel que desempenha um papel importante sobre o efeito da colmatação é a carga orgânica aplicada, expressa pela concentração em matéria orgânica e em sólidos em suspensão. 2.4.4 Plantas utilizadas As plantas utilizadas nos sistemas zona de raízes são conhecidas como macrófitas. Brix (1997) atribui as seguintes ações às macrófitas: - estabilização da superfície do filtro; - promoção de boas condições para o processo físico de filtração; - aeração da rizosfera (região de contato entre solo e raízes); - promoção de área disponível para aderência de microrganismos nas raízes; - retirada de nutrientes devido ao requerimento nutricional das plantas; - embelezamento paisagístico. 3. OBJETIVOS Este projeto tem por objetivo avaliar a eficácia dos sistemas de tratamento de esgoto e de tratamento água por filtros plantados com macrófitas desenvolvidos pela Epagri, considerando períodos diferentes de instalação dos mesmos e o uso diversificado de substratos e de plantas. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 11 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 3.1. Objetivos específicos ¾ Resgatar informações sobre os sistemas de tratamento de esgotos implantados no que se refere às diferentes características e componentes dos mesmos; ¾ Monitorar o efluente destes sistemas através dos seguintes parâmetros físicoquímicos e bacteriológicos: pH (Potencial Hidrogeniônico), alcalinidade, acidez, turbidez, DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), DQO (Demanda Química de Oxigênio), Nitrogênio Total, NH4–N (Nitrogênio Amoniacal), NO2–N (Nitrito), NO3–N (Nitrato), PO4-P (Fósforo Ortofosfato), sólidos totais (ST), sólidos suspensos (SS), coliformes totais (CT) e E. coli no período de 12 meses; ¾ Monitorar o lodo de dois tanques sépticos, localizados antes dos sistemas de zona de raízes, através dos seguintes parâmetros físico-químicos: densidade, pH, alcalinidade, DQO, N-NH4, P-PO4, sólidos totais, sólidos totais fixos e voláteis; ¾ Medir a altura do lodo acumulado em dois sistemas; ¾ Produzir um acervo fotográfico sobre os diferentes sistemas; ¾ Gerar informações sobre a operacionalização e manutenção dos sistemas adotados. Além destes objetivos iniciais foi incorporado o seguinte objetivo específico: ¾ Identificar o gênero e/ou a espécie das plantas utilizadas em alguns dos sistemas. 4. METODOLOGIA 4.1. Descrição dos locais de estudo Todos os sistemas de tratamento de esgoto e de tratamento de água estudados estão localizados em Centros de Treinamento da Epagri, com exceção do sistema localizado numa Pousada na praia de Taquaras no município de Balneário Camboriú. Este sistema de Taquaras foi instalado com auxílio de funcionários da Epagri. 4.1.1 Sistema de tratamento de esgoto Centro de Treinamento de Agronômica – CETRAG O município de Agronômica (latitude: 27º15’54”S e longitude: 49º42’40”W) está localizado à 347m de altitude e possui temperatura média anual de 25ºC. Neste município está localizado o CETRAG – Centro de treinamento de Agronômica. No CETRAG foi implantado um sistema de tratamento de esgotos em 13 de janeiro de 1994 com capacidade para atender 200 pessoas. Esta pequena estação recebe o efluente doméstico e o das unidades de processamento de alimentos (carne suína, frango, pescado, leite, frutas e hortaliças). Em relação à indústria artesanal, em média são processados 200L/leite/dia de 2ª a 5ª feira, sendo que para cada litro de leito processado são consumidos 6 litros de água. O abate de suínos ocorre uma ou duas vezes por mês. A estação de tratamento é formada por três etapas: caixa de gordura, tanque séptico e zona de raízes. Algumas fotos do sistema de tratamento de esgoto estão apresentadas na Figura 4. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 12 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO A G ESA D B C D E F Figura 4 – Fotos das unidades do sistema de tratamento de esgoto do CETRAG. (a) Placa de identificação do sistema; (b) Tanque séptico; (c) Ponto de coleta pós tanque séptico; (d) Zona de raízes; (e) Poço de controle; (f) Ponto de coleta pós zona de raízes. Dimensionamento do sistema de tratamento de esgoto O tanque séptico foi dimensionado conforme recomendações da NBR 7229/82 (ABNT, 1982), resultando nas seguintes dimensões: - Comprimento total: 4,00m; - Comprimento da primeira câmara: 2,80m; - Comprimento da segunda câmara: 1,20m; - Largura: 2,00m; - Profundidade útil: 1,70m; - Profundidade total: 2,10m; - Volume útil: 13,6m³. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 13 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Esta unidade foi projetada para ser limpa a cada 4 anos, sendo que a última limpeza foi realizada no ano de 2002. O sistema foi dimensionado adotando-se as seguintes condições de projeto: • Velocidade de infiltração de água no solo: kf = 1,7 x 10-5m/s; • Largura dos módulos de infiltração: Btotal = 13m; • Altura média do corpo filtrante: P = 0,60 m; • Seção transversal do módulo: A = P x Btotal = 0,60 x 13 = 7,8m2; • Comprimento do módulo: L = 26m; • Gradiente hidráulico adotado: J = 0,01m/m. Assim, a área superficial do sistema resulta em de aproximadamente 340m², sendo que a relação área/pessoa para a condição de 200 pessoas é de 1,7m²/pessoa. Por outro lado, se considerado que há somente 50 leitos no centro, esta relação passa a ser 6,8m²/pessoa. A escolha do material filtrante foi realizada de acordo com a capacidade de infiltração do solo. A capacidade de infiltração do solo foi determinada através do método dos cilindros concêntricos (método de Muentz), conforme recomendado pela NBR 7229/82. O escoamento máximo foi calculado utilizando-se Darcy: Q = kf × J × A Q = 1,17 × 10 −5 × 0,01 × 7,8 Q = 0,09 × 10 −5 m³ / s Q = 0,08m³ / d Este valor indica uma capacidade de infiltração insuficiente e a capacidade de filtração do solo é um fator limitante. Assim, parte-se para a substituição do solo original, por outro material (substrato filtrante) de maior capacidade de infiltração. O autor do projeto ainda afirma que o sistema radicular das plantas, penetrando no solo a profundidades variadas, abre interstícios e eleva a porosidade, aumentando a capacidade de infiltração de água no solo a cada ano. Desta forma, adotou-se como material filtrante saibro (kf = 1,0 x 10-2), areia (kf = 1,0 x 10-3) e casca de arroz, adotando, desta forma, kf = 4,0 x 10-3. Assim, calcula-se novamente a vazão de esgoto escoada: Q = kf × J × A Q = 4,0 × 10 −3 × 0,01 × 7,8 Q = 0,000312m³ / s Q = 26,96m³ / d Este novo valor encontrado é suficiente para atender a vazão do sistema de centro de treinamento. Segundo o assessor técnico do projeto, o processo de tratamento por filtragem radicular antecedido por uma câmara de separação de gordura e decantação deverá apresentar uma eficiência de remoção de DBO5 maior do que 80%. O sistema também deverá atender os seguintes padrões de emissão para os efluentes líquidos: • pH entre 6 e 7; Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 14 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO • • • • • G ESA D Temperatura < 25 C; DBO5 (20ºC) < 50 mg/L; Sólidos totais < 160 mg/L; Nitrogênio total < 9 mg/L; Fósforo total < 3 mg/L. Identificação da planta – Macrófita No dia 19 de abril de 2006 foram coletadas amostras da macrófita plantada no sistema de tratamento de esgoto de Agronômica. Com intuito de realizar exsicatas1, as amostras foram envolvidas em jornal e papelão e depositadas em estufa a 60ºC por uma semana (Figura 5). Os procedimentos foram realizados no laboratório de Sistemática de Plantas Vasculares CCB-BOT da UFSC. A identificação foi realizada com auxílio da professora Doutora Ana Zanin, especialista na família Poaceae, mediante comparação de exsicatas no herbário FLOR-UFSC. A B Figura 5 – (a) Fotos de uma amostra de planta coletada na zona de raízes do CETRAG; (b) Estufas utilizadas para a secagem das plantas. Após a identificação das plantas, a família e o gênero das mesmas puderam ser confirmados. A macrófita do sistema de Agronômica pertence à família Poacaea (Gramineae) e ao gênero Zizaniopsis (Souza e Lorenzi, 2005). A família Poaceae possui distribuição cosmopolita, incluindo 650 gêneros e 9000 espécies, sendo que no Brasil ocorrem cerca de 180 gêneros e 1500 espécies. É a principal família de Angiospermas, do ponto de vista econômico (Souza & Lorenzi, 2005). Zizaniopsis é um gênero pequeno composto por cinco espécies neotropicais, distribuído dos Estados Unidos Meridional até a Argentina. Todo o gênero está adaptado à habitats de transição entre o ambiente aquático e o terrestre, sendo caracterizado por plantas perenes, rizomatosas e eretas. Dentro deste gênero, duas espécies são mais freqüentes no estado de Santa Catarina: Z. microstachya e Z. bonariensis. Com a coleta realizada nesta data não se pôde identificar ao certo as espécies das macrófitas, pois é necessário que as coletas sejam férteis, ou seja, 1 Exsicata é uma amostra de planta seca e prensada numa estufa (herborizada), fixada em uma cartolina de tamanho padrão acompanhadas de uma etiqueta ou rótulo contendo informações sobre o vegetal e o local de coleta, para fins de estudo botânico. Exsicatas são normalmente guardadas num herbário. Fonte: <www.wikipedia.org>. Acesso em: 09 de fevereiro de 2007. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 15 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D com a presença de inflorescência, para que a plantas fornecem as características adequadas para confirmação deste táxon. Coleta de lodo do tanque séptico Como parte da metodologia prevista neste projeto, foram realizadas 2 coletas de lodo decantados no tanque séptico nos meses de abril e setembro. Esta etapa de caracterização do lodo visa conhecer a taxa de acumulação deste no interior do tanque séptico, bem como para identificar as fases da digestão anaeróbia em que se encontra o tanque. O lodo foi coletado com o auxílio de uma bomba peristáltica cedida pelo REMAS – Laboratório Remediação de Águas Subterrâneas, do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC. A bomba era da marca Millipore Corporation, Bedford, MA, Estados Unidos, modelo XX 81 4V 000 (Figura 6). Outros materiais foram utilizados para auxiliar a coleta: extensão elétrica, mangueiras e haste rígida de madeira. A B Figura 6 – Bomba peristáltica utilizada na coleta de lodo do tanque séptico (a) Bomba peristáltica; (b) Cabeçote da bomba. Foram compradas e testadas em laboratório mangueiras de diferentes materiais e de diferentes diâmetros para verificar qual era a melhor situação de funcionamento. Os resultados destes testes resultaram na escolha de 3 mangueiras que, de forma combinada, auxiliavam na coleta do lodo. Uma mangueira plástica transparente de diâmetro interno 3/8” e 3m de comprimento foi fixada à haste de madeira através de fita adesiva e conectada a uma outra mangueira de diâmetro ligeiramente menor. Esta segunda mangueira atravessava o cabeçote da bomba e, além de possuir menor diâmetro, também era mais flexível. Esta segunda mangueira, de silicone, marca Alpax, possuía diâmetro interno de 6mm e 1m de comprimento. E por fim, foi utilizado um pequeno pedaço de mangueira de silicone, com cerca de 8cm de comprimento e diâmetro interno de 1/2’’ sobrepondo-se à mangueira de silicone dentro do cabeçote da bomba. Essa necessidade foi constatada após os testes realizados em laboratório e tinha a função de dar mais tração no momento de rotação do eixo da bomba. O procedimento de amostragem se deu na seguinte forma: primeiramente a mangueira era fixada à haste de madeira graduada que era disposta verticalmente na superfície do líquido no tanque séptico. A bomba era então ligada e a haste era mergulhada no interior do tanque séptico. Durante esse processo, o líquido efluente era descartado (armazenado temporariamente em uma garrafa PET e depois devolvido ao tanque séptico) até que se atingisse a camada de lodo, facilmente identificada devido a sua coloração mais escura e maior viscosidade. Atingida a camada de lodo, o efluente à mangueira era então direcionado a uma outra garrafa PET que posteriormente era encaminhada ao laboratório para realização das análises físico-químicas. Este procedimento era realizado quantas vezes Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 16 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D fossem necessárias para se obter o volume de lodo necessário para a realização das análises. A Figura 7 apresenta de forma ilustrativa o procedimento de amostragem para coleta de lodo. B A Figura 7 – (a) e (b) Fotos do procedimento de amostragem de lodo. A determinação da altura do lodo procedeu-se concomitantemente com a coleta de lodo. Primeiramente determinou-se a altura total (H) do tanque séptico. Em seguida, com a bomba ligada, introduziu-se a haste de madeira graduada no interior do tanque séptico até que se atingisse a camada de lodo (h). Isso era facilmente percebido pela presença de lodo na mangueira. A altura de lodo (hL) era então determinada pela diferença destes dois valores: hL = H - h. Centro de Treinamento de Videira – CETREVI A estação de tratamento de efluentes domésticos do Cetrevi – Centro de Treinamento de Videira foi implantada em agosto de 2001 com capacidade para atender 50 pessoas. O município de Videira (latitude: 27º00’30”S e longitude: 51º09’06”W) está à 750m de altitude e possui temperatura média anual de 17.1ºC. A estação é formada por três etapas: caixa de gordura, tanque séptico e zona de raízes. Algumas fotos do sistema de tratamento de esgoto estão apresentadas na Figura 8. Dimensionamento do sistema de tratamento de esgoto O tanque séptico foi dimensionado segundo a NBR 7229/93 (ABNT, 1993), possuindo as seguintes dimensões: - Comprimento total: 3,30m; - Largura: 1,75m; - Profundidade total: 2,25m. Desde sua implantação nenhuma limpeza foi realizada. A unidade de zona de raízes possui as seguintes dimensões: - Comprimento: 10,00m; - Largura: 5,00m; - Profundidade média: 0,70m; - Relação área/pessoa: 1,0m²/pessoa Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 17 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Outras características da zona de raízes são: - Material filtrante: areia grossa, saibro com mais de 20% de argila e casca de arroz. - Planta: gramínea Zizanopsis bonariensis. A B C D Figura 8 – Fotos das unidades do sistema de tratamento de esgoto do CETREVI. (a) Tanque séptico; (b) Ponto de coleta pós tanque séptico; (c) Zona de raízes; (d) Ponto de coleta pós zona de raízes. Pousada Mar Aberto em Balneário Camboriú O município de Balneário Camboriú (latitude: 26º59’26”S e longitude: 48º38’05”W), localizado à somente 18m do nível do mar, possui temperatura média de 18 a 29ºC. Na praia de Taquaras, localizada dentro do município de Balneário Camboriú, foi dimensionado um sistema de tratamento de esgotos domésticos para uma pousada que possui 12 apartamentos, sendo de 2 pessoas a capacidade de cada um, mais os 6 moradores permanentes, totalizando 30 pessoas. O sistema foi implantado em julho de 2002. A estação é formada por três etapas: caixa de gordura, tanque séptico e duas zonas de raízes trabalhando em paralelo. Após estas etapas de tratamento o efluente é lançado no corpo hídrico. Na Figura 9 pode-se observar algumas fotos do sistema desde a fase de implantação. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 18 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO A B C D E F G ESA D Figura 9 – Fotos das unidades do sistema de tratamento de esgoto da pousada em Taquaras. (a) Tubulação de alimentação durante a implantação do sistema; (b) Colocação da brita na porção inicial do leito; (c) Tanque séptico; (d) Ponto de coleta pós tanque séptico; (e) Zonas de raízes em paralelo; (f) Ponto de coleta pós zona de raízes. Dimensionamento do sistema de tratamento de esgoto O tanque séptico do sistema foi dimensionado segundo NBR 7229/93 (ABNT, 1993), sendo construído em uma caixa d’água de 5000L. Desde sua implantação não houve retirado de lodo no tanque séptico. Os sistemas de zona de raízes apresentam as seguintes dimensões cada um: - Comprimento total: 4,00; - Largura: 2,00; - Profundidade média: 0,70. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 19 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D A área total da zona de raízes totaliza 16,00m². Quando a pousada está em sua lotação máxima (30 pessoas), a relação área pessoa é de somente 0,53m²/pessoa. O leito filtrante é constituído por areia grossa, saibro com até 20% de argila e casca de arroz. Identificação da planta – Macrófita No dia 30 de março de 2006 foram coletadas amostras das duas espécies existentes no sistema de tratamento de esgoto da Pousada. O procedimento de identificação da planta utilizou a mesma metodologia anteriormente descrita para o sistema do CETRAG. Os resultados mostraram que nos sistemas de filtros plantados com macrófitas localizado na Pousada Mar Aberto na localidade de Taquaras em Balneário Camboriú-SC estão presentes duas espécies de plantas. Ambas pertencem à família Cyperaceae e ao gênero Eleocharis. As espécies presentes são Eleocharis interstincta e Eleocharis elegans (Figura 10). A B C D Figura 10 – (a) Amostra de planta (Eleocharis elegans) coletada na zona de raízes da Pousada; (b) Detalhe de floração da Eleocharis elegans; (c) Amostra de planta (Eleocharis interstincta) coletada na zona de raízes da Pousada; (d) Detalhe de floração da Eleocharis interstincta. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 20 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D A família Cyperaceae apresenta distribuição cosmopolita e inclui 120 gêneros e 4.500 espécies. No Brasil ocorrem 45 gêneros e entre 500 e 600 espécies, encontradas principalmente em áreas abertas e alagáveis. O gênero Eleocharis abrange cerca de 200 espécies, que ocorrem em ambientes úmidos como pântanos e margens de lagos e rios. Possui um caule simples não ramificado que termina em uma inflorescência e caule subterrâneo denominado rizoma ou estolão (dependendo da forma). Centro de Treinamento de Tubarão – CETUBA 1,80 NA 0,40 A cidade de Tubarão (latitude 28º28’00”S e longitude 49º00’25”W), onde está o CETUBA, está localizada a 9m do nível do mar e possui temperatura média anual de 23ºC. No CETUBA o sistema de tratamento de esgotos foi dimensionado para atender 150 pessoas. Ele foi implantado em dezembro de 2002 e é composto por caixa de gordura, tanque séptico e zona de raízes. Um desenho do projeto do tanque séptico em corte está apresentado no Figura 11 e na Figura 12 estão apresentadas fotos de todas as etapas do tratamento. Figura 11 – Desenho em corte do tanque séptico do CETUBA. Dimensionamento do sistema de tratamento de esgoto O tanque séptico do sistema foi dimensionado segundo NBR 7229/93 (ABNT, 1993), possuindo as seguintes dimensões: - Profundidade útil: 1,80m; - Profundidade total: 2,20m; - Largura: 3,80m; - Comprimento: 7,60m. A unidade de zona de raízes possui as seguintes dimensões: - Comprimento total: 12,00; - Largura: 6,00; - Profundidade média: 0,70; Na zona de raízes, o leito filtrante é constituído por areia grossa, saibro, argila e casca de arroz. A macrófita plantada no sistema é a Zizanopsis bonariensis. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 21 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO A G ESA D B C D Figura 12 – Fotos das unidades do sistema de tratamento de esgoto do CETUBA. (a) Caixa de gordura; (b) Caixa de coleta pós tanque séptico não utilizada; (b) Ponto de coleta pós tanque séptico; (c) Zona de raízes; (d) Ponto de coleta pós zona de raízes. Centro de Treinamento de São Joaquim – CETREJO O CETREJO fica localizado na cidade de São Joaquim (latitude: 28º17’38”S e longitude 49º55’54”W), sendo que a acidade fica localizada a uma altitude de 1353m do nível do mar e possui temperatura média anual de 14,2ºC. São Joaquim é cidade mais fria dentre as cidades estudadas. Ainda, é a 2ª cidade mais fria do Estado de Santa Catarina. O sistema de tratamento de esgotos do CETREJO foi implantado em julho de 2004 para atender 50 pessoas, sendo composto de caixa de gordura tanque séptico, zona de raízes e ainda passa por um leito de brita antes de ser lançado no corpo d’água. Neste sistema existem 2 caixas de gordura e 2 tanques sépticos. Um deles atende o centro de treinamento e o outro atende 2 residências localizadas dentro do centro. O efluente de ambos os tanques sépticos são lançados na zona de raízes. A Figura 13 mostra algumas fotos durante a implantação da zona de raízes. Dimensionamento do sistema de tratamento de esgoto A caixa de gordura foi dimensionada conforme a NBR 8160 (ABNT, 1983). Para os cálculos foi adotado o valor de 120 pessoas, como o número de pessoas servidas pelas cozinhas que contribuem para a caixa de gordura no turno em que existe maior fluxo. Os cálculos utilizados estão apresentados a seguir: Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 22 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO A B C D E F G ESA D Figura 13 – Fotos da implantação do sistema de tratamento de esgoto do CETREJO. (a) Tanque séptico; (b) Colocação das tubulações na zona de raízes; (c) Colocação das pedras na zona de saída; (d) preparação do material filtrante; (e) Colocação do material filtrante; (f) Plantação no leito filtrante. V = 2 * N + 20 V = 2 * 120 + 20 V = 260 L V = 0,26m 3 Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 23 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Assim, adotou-se como comprimento (L) 0,70m e como largura (W) 0,70m. Desta forma pode-se calcular a profundidade útil (H) da seguinte forma: V = L *W * H 0,26 = 0,70 * 0,70 * H H = 0,53m Deste modo, as dimensões finais da caixa de gordura são: - Comprimento: 0,70m; - Largura: 0,70m; - Profundidade útil: 0,53m; - Profundidade total: 0,75m. Foram dimensionados dois tanques sépticos, um para o centro de treinamento e o outro para as duas casas localizadas dentro do centro. Ambos foram dimensionados conforme a NBR 7229/93 (ABNT, 1993). Algumas fotos durante o período de estudo estão apresentadas na Figura 14. A B C D Figura 14 – Fotos do sistema de tratamento de esgoto do CETREJO. (a) Tanque séptico; (b) Ponto de coleta pós tanque séptico; (c) Zona de raízes; (d) Ponto de coleta pós zona de raízes. Para o dimensionamento do tanque séptico do centro de treinamento foram considerados o número de 30 pessoas, com uma contribuição de despejos igual a 80L/pessoa.dia. Assim, o volume calculado do tanque é: Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 24 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D V = 1000 + N * (C * T + K * Lf ) V = 1000 + 30 * (80 * 0,92 + 134 * 1) V = 7228 L V = 7,228m 3 Assim sendo, adotando-se 1,50m de largura e 1,50m de profundidade útil, calcula-se o comprimento: V = L *W * H 7,228 = L *1,50 *1,50 L = 3,22m As dimensões finais deste tanque séptico são: - Comprimento: 3,22m; - Largura: 1,50m; - Profundidade útil: 1,50m; - Profundidade total: 1,80m. O outro tanque séptico foi dimensionado para 2 residências com 6 pessoas cada uma e uma contribuição de 100 L/pessoa.dia. Assim, calcula-se o volume to tanque: V = 1000 + N * (C * T + K * Lf ) V = 1000 + 12 * (100 * 1 + 134 * 1) V = 3808 L V = 3,808m 3 E, adotando-se a largura (W) de 1,20m e a profundidade útil (H) de 1,20m, pode-se calcular o comprimento (L): V = L *W * H 3,808 = L *1,20 *1,20 L = 2,65m Desta forma, as dimensões finais são: - Comprimento: 2,65m; - Largura: 1,20m; - Profundidade útil: 1,20m; - Profundidade total: 1,45m. O sistema zona de raízes foi dimensionado de acordo com a área do leito filtrante por pessoas de 0,80m², resultando numa área total de 33,60m² e nas seguintes dimensões finais: - Comprimento do leito filtrante: 7,50m; - Comprimento total: 9,50m; - Largura: 4,50m - Profundidade: 0,70m. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 25 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D O leito filtrante é constituído por areia grossa, saibro, argila e casca de arroz. Identificação da planta – Macrófita No dia 18 de abril de 2006 foram coletadas amostras das plantas existentes no sistema zona de raízes do CETREJO. O procedimento de identificação da planta utilizou a mesma metodologia anteriormente descrita para o CETRAG. Algumas fotos mais detalhadas da coleta das plantas e armazenamento das mesmas em papelão estão apresentadas na Figura 15. A B Figura 15 – (a) e (b) Fotos do procedimento de coleta de uma amostra de planta da zona de raízes do CETREJO. Na zona de raízes, além da macrófita dominante encontrada, também foram plantados copos-de-leite e lírios amarelos com fins ornamentais. O copo-de-leite é da família Araceae, pertencente ao gênero Zantedeschia e o lírio amarelo é da família Liliaceae, pertencente ao gênero Hemerocallis (Joly, 2002). A macrófita dominante é da família Gramineae, gênero Zizaniopsis (Souza e Lorenzi, 2005). Todas estas plantas podem ser observadas na Figura 16. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 26 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D A B C Figura 16 – (a) Copo-de-leite; (b) Lírio amarelo; (c) Amostra da macrófita coletada na zona de raízes do CETREJO. Coleta de lodo do tanque séptico Foram realizadas duas coletas do lodo do tanque séptico nos meses de abril e setembro. O procedimento de coleta foi o mesmo descrito para o sistema do CETRAG. Resumo de todos os Sistemas de Tratamento de Esgotos A Tabela 4 apresenta, resumidamente, algumas características de cada sistema estudado. Tabela 4 – Sistemas de tratamento de esgotos e suas características. Data População Dimensões Local Leito filtrante implantação atendida (em metro)* Areia grossa, 74 26,0 x 13,0 x saibro com até Agronômica Janeiro 1994 pessoas 0,70 20% de argila e + 600L/d casca de arroz Areia grossa, 50 10,0 x 5,0 x saibro com mais Agosto 2001 Videira pessoas 0,70 de 20% de argila e casca de arroz Areia grossa, 4,0 x 2,0 x 0,70 Setembro 24 saibro com até Balneário (2 unidades em 2003 pessoas 20% de argila e Camboriú paralelo) casca de arroz Areia grossa, Dezembro 150 12,0 x 6,0 x saibro, argila e Tubarão 2002 pessoas 0,70 casca de arroz Areia grossa, 50 São Julho 2004 9,5 x 4,5 x 0,70 saibro, argila e pessoas Joaquim casca de arroz Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br Planta Zizanopsis bonariensis Zizanopsis bonariensis Eleocharis interstincta e Eleocharis elegans Zizanopsis bonariensis Zizanopsis bonariensis 27 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 4.1.2. Sistema de tratamento de água Centro de Treinamento de Agronômica – CETRAG O CETRAG também possui um sistema de zona de raízes para tratar água. Este sistema foi implantado em novembro de 2004, ficou inativo por alguns meses e recomeçou a funcionar em 2005. Este sistema possui uma caixa de concreto utilizada para reservar a água proveniente da lagoa de onde é realizada a captação. Em seguida o sistema passa pela zona de raízes. Atualmente o sistema (Figura 17), que tem capacidade para tratar 1500L/d, recebe a água captada numa lagoa, mas anteriormente recebia a água captada num córrego. A água tratada por este sistema não está sendo consumida, já que o mesmo foi implantado somente como unidade experimental. Esta unidade experimental foi construída, pois é comum acontecer na região períodos de estiagem, ocorrendo períodos que o fornecimento de água tratada falha e os consumidores buscam fontes alternativas. A B Figura 17 – Fotos do sistema de tratamento de água do CETRAG. (a) Reservatório de armazenamento; (b) Zona de raízes. Dimensionamento do sistema de tratamento de água O sistema zona de raízes para o tratamento de água foi dimensionado com o leito filtrante dividido em 3 partes. Cada parte possui diferentes materiais filtrantes. A 1ª parte é composta de caco de telha e seixo rolado, a 2ª parte de caco de telha e areia grossa e a 3ª parte de areia média. Esta metodologia, de separação do leito em partes, segue a recomendação do Boletim Didático da Epagri (Boos, 2000). O sistema, plantado com a gramínea Zizanopsis bonariensis, possui formato oval (Figura 16b) a cima e as seguintes dimensões: - Comprimento total: 4,00m; - Comprimento da primeira parte: 1,10m; - Comprimento da 2ª parte: 1,80m; - Comprimento da 3ª parte: 1,10m; - Largura: 1,50; - Profundidade média: 0,70. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 28 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D São Roque – Gravatal Este sistema de tratamento de água está localizado em Gravatal (latitude: 28º19’52”S e longitude: 49º02’07”W). Gravatal está localizado a 30m do nível do mar e possui temperatura anual de 18 a 27ºC. O sistema começou a funcionar no ano 2000. Foram implantados dois sistemas zona de raízes em paralelo com capacidade para atender 50 famílias (os dois juntos). A água que alimenta o sistema é captada na nascente de um córrego (Cachoeira dos Macacos). Hoje, o sistema se encontra subdimensionado, pois atende aproximadamente 127 famílias (aproximadamente 500 pessoas). Colmatações ocorrem com freqüência no sistema. No final de 2005, depois que o sistema começou a ser monitorado pela UFSC o material filtrante da 1ª parte foi retirado para lavagem 2 vezes (outubro e novembro). Dimensionamento do sistema de tratamento de água O leito filtrante deste sistema também é dividido em partes. A 1ª parte possui como material filtrante brita ¾ e possui um fundo falso, servindo como decantador da matéria orgânica. Esta 1ª parte representa 16,67% do tamanho total da zona de raízes. A 2ª parte é composta de 70% de areia grossa e 30% de caco de telha e representa 66,67% do tratamento. Nesta parte estão plantadas as macrófitas (5 a 6 plantas/m²). A 3ª parte é composta por areia grossa e é tampada, portanto não é uma área plantada. Esta parte representa 16,67% em área do tratamento. A 4ª parte é uma caixa utilizada para controlar o nível de água dentro do sistema. O sistema, também plantado com a gramínea Zizanopsis bonariensis, possui as seguintes dimensões: - Comprimento total: 14,00m; - Largura unitária: 2,00m; - Largura total = 4,00m; - Profundidade média: 0,70m. Resumo de todos os Sistemas de Tratamento de Água A Tabela 5 destaca algumas características de cada sistema de água estudado. Tabela 5 – Sistemas de tratamento de água e suas características. Data População Dimensões Local Leito filtrante Planta implantação atendida (em metro)* Caco de Cetrag – 4 X 1,5 X telha, seixo Centro de 0,70 Novembro Zizaniopsis rolado e areia 15 pessoas Treinamento (2 unidades 2004 bonariensis média e de em paralelo) grossa Agronômica 500 14 X 2 X Brita, areia pessoas 0,70 Zizaniopsis São Roque 2000 grossa, caco (127 (2 unidades bonariensis – Gravatal de telha famílias) em paralelo) Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 29 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 4.2. Análises laboratoriais A avaliação de desempenho em todas as unidades se baseou no monitoramento do efluente do tanque séptico (afluente da zona de raízes) e do efluente tratado na saída da zona de raízes. Em duas unidades, no Cetrag e no Cetrejo, ainda foi realizada análise no lodo do tanque séptico. As coletas iniciaram em outubro, novembro e dezembro, dependendo do sistema, depois de terem sido realizadas parecerias entre a UFSC e os laboratórios responsáveis por realizar as análises. As análises foram realizadas com periodicidade mensal totalizando em aproximadamente 12 análises, com exceção do sistema de tratamento de água de Agronômica que, devido à escassez de água, teve que ser interrompido. Os seguintes parâmetros físico-químicos e bacteriológicos foram analisados nos sistemas de tratamento de esgoto: pH, alcalinidade, turbidez, sólidos totais, sólidos totais voláteis, sólidos suspensos totais, DQO, DBO5, nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio nitrito, nitrogênio nitrato, fósforo ortofosfato, coliformes totais e E. coli. Já nos sistemas de tratamento de água, os parâmetros analisados foram: pH, coliformes totais e fecais, cor aparente, cor verdadeira, dureza total, ferro total, manganês, fósforo, DQO, nitrogênio nitrito, nitrogênio nitrato, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, sólidos (totais, dissolvidos, suspensos e voláteis), temperatura, turbidez, potencial redox, alcalinidade total, acidez e sólidos sedimentáveis. Os parâmetros avaliados do lodo foram os seguintes: DQO, pH, potencial redox, alcalinidade total, acidez, sólidos totais e voláteis. Os laboratórios responsáveis pelas análises de cada sistema estão listados na Tabela 6. Tabela 6 – Laboratórios responsáveis pelas análises. Local Laboratório GESAD/LIMA – Laboratório Integrado de Meio Ambiente do ENS Cetrag – esgoto GESAD/LIMA – Laboratório Integrado de Meio Ambiente do ENS Cetrag – água Laboratório de Análise de Águas – UNOESC Cetrevi GESAD/LIMA – Laboratório Integrado de Meio Ambiente do ENS Pousada Laboratório de Análise de Águas – Epagri Urussanga Cetuba Laboratório de Análise de Águas – Epagri Urussanga Gravatal GESAD/LIMA – Laboratório Integrado de Meio Ambiente do ENS Cetrejo As coletas e transportes das amostras seguiram recomendações do Standard Methods of Examination for the Water and Wastewater (APHA, 1998). Nas análises de água e esgoto realizadas pelo Laboratório Integrado do Meio Ambiente foram utilizadas as metodologias do Standard Methods (1998), exceto para as análises de amônia (Vogel, 1981) e nitrato (APHA, 1972). Já no Laboratório de Análise de Águas de Urussanga, as metodologias seguiram recomendações da CETESB e no Laboratório de Análise de Águas da UNOESC a metodologia utilizada foi APHA (1998). As análises de lodo, de um modo geral, seguiram as metodologias descritas por Silva (1977) exceto as para análises de amônia (Vogel, 1981); fosfato, DBO e DQO (APHA, 1998); e umidade a 65°C que seguiram as recomendações de Kieht (1985) e Handa & Nogueira (1998). Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 30 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. Tratamento de esgoto Os resultados médios (± desvio padrão) referentes aos sistemas de tratamento de esgoto, obtidos com o monitoramento dos sistemas naturais estudados ao longo do período compreendido entre os meses de outubro/2005 a outubro/2006, encontram-se no Anexo 1. A primeira parte da discussão dos resultados se refere ao funcionamento dos tanques sépticos. Segundo Chernicharo (1997), os dados sobre eficiências de tanque séptico são bastante variáveis e sujeitos às condições locais de operação da unidade, sendo que a bibliografia especializada indica as seguintes eficiências médias de remoção: 30 a 55% para DBO e 20 a 90% pra sólidos suspensos. Philippi (1992) apresenta na Tabela 7 os limites dos principais parâmetros analíticos de efluentes de fossas sépticas. Também estão apresentados na Tabela 7 alguns dados obtidos com o monitoramento dos sistemas da Epagri. Tabela 7 – Limites dos principais parâmetros de efluentes de tanques sépticos. Parâmetros Philippi (1992) Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo 250 – 800 1699 421 595 676 414 DQO (mg/L) 160 – 280 993 282 338 326 207 DBO5 (mg/L) 45 – 180 274 --94 451 41 SS (mg/L) Os valores encontrados para o efluente do tanque séptico do Cetrag são bastante elevados, pois possuem contribuição de efluente industrial, desta forma não podem ser comparados aos valores apresentados por Philippi (1992), pois estes se referem somente a esgotos domésticos. Segundo von Sperling (1996), o efluente gerado em indústria de lacticínio com queijaria pode possuir uma concentração de DBO variando de 500 a 4000mg/L e o efluente gerado num matadouro pode possuir uma concentração de DBO de 15000 a 20000mg/L. Voltando a Tabela 7, o sistema do Cetuba se destaca com uma elevada concentração de sólidos suspensos no efluente do tanque séptico. Seu valor encontra-se muito acima dos valores típicos encontrados, sendo recomendado uma limpeza no tanque através da retirada de lodo. A segunda parte da discussão dos resultados se refere ao funcionamento das unidades de zona de raízes. Os valores de remoção de cada unidade de zona de raízes obtidos em cada sistema de tratamento de esgoto aparecem na Tabela 8. Tabela 8 – Eficiências de remoção em termos percentuais dos FPMHs. Parâmetros Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo 98 78 61 89 84 DQO (%) 97 79 57 92 75 DBO (%) 83 --86 82 57 SS (%) 44 --15 59 25 ST (%) 70 55 20 48 33 NH4-N (%) 86 40 42 65 55 PO4-P (%) 1,87 0,91 1,39 1,09 1,07 Coli total (log’s removidos) 2,09 1,50 1,53 1,51 0,89 E. coli (log’s removidos) Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 31 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D O sistema do Cetrag apresentou remoções elevadas para DQO, DBO, SS, N-NH4 e P-PO4 e satisfatórias para ST; destacando-se como o sistema dentre os estudados que obteve maiores eficiências de remoção em quase todos os parâmetros avaliados. Referente à matéria orgânica, todos os sistemas apresentaram remoções elevadas ou satisfatórias. A legislação ambiental de Santa Catarina (Decreto nº14250 de 1981 – Regulamenta dispositivos da Lei nº5793 de 1980, referentes à proteção e melhoria de qualidade ambiental) estabelece como limite máximo de lançamento a concentração de 60mgDBO5/L ou 80% de eficiência de remoção. Dentro destes critérios, os sistemas de enquadram, com exceção do efluente da Pousada. Observa-se, ainda, que a mesma legislação apresenta diferentes limites máximos de concentração, em termos de DBO5, para a água de mistura (efluente + água do corpo receptor) de acordo com a classe do rio que receberá o efluente tratado. A Figura 18 apresenta em forma de gráfico de colunas as reduções de DBO5 em cada unidade estudada. Como apresentado anteriormente na Tabela 8, estas reduções variaram de 57% a 97%, possuindo maior eficiência o sistema de Agronômica, mesmo este recebendo as maiores concentrações afluentes devido à contribuição de efluente industrial. Esta mesma Figura destaca em amarelo o limite máximo de lançamento para DBO5, conforme o Decreto nº14250. 1000 DBO5 (mgL) 800 600 Entrada Saída Lim. Máx. Decreto 14.250 400 200 0 Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo Figura 18 – Concentrações de entrada e de saída em termos de DBO5 e limite máximo de lançamento imposto pela legislação. As unidades estudadas, por se tratarem de sistemas naturais de tratamento, estão diretamente submetidas às condições climáticas de cada local. Além disso, por se tratar de sistemas em escala real, os mesmos sofrem variações no número de pessoas e, consequentemente, sofrem variações de cargas orgânicas afluentes. Desta forma, durante algumas análises, as concentrações de DBO5 apresentam valores discrepantes e extremos que não atendem o limite exigido na legislação ambiental estadual (Figura 19). Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 32 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D 260 240 220 200 180 DBO5 (mg/L) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 Cetrag Pousada Cetrevi Cetrejo Média 25%-75% Desvio Padrão Discrepantes Extremos Cetuba Figura 19 – Gráfico tipo boxplot destacando os valores discrepantes e extremos de DBO5 obtidos com o monitoramento dos sistemas em estudo. A Figura 19 mostra que os sistemas do Cetrag e do Cetuba são os que apresentam concentrações de DBO5 mais constantes. O sistema do Cetrag possui todos os valores abaixo do limite imposto pela legislação, enquanto que o sistema do Cetuba possui um valor discrepante que ultrapassa 60mg/L. Por outro lado, apesar dos sistemas do Cetrejo e do Cetrevi não apresentarem valores discrepantes e/ou extremos, estes sistemas apresentam uma maior variação nas concentrações de DBO5. O sistema de Balneário, além de não se enquadrar na legislação, possui a maior variação nas concentrações de DBO5. Os sistemas que apresentaram maior constância coincidiram com os sistemas que apresentam melhores resultados no geral. É natural que sistemas localizados em regiões com clima mais frio e também com maior variação de temperatura sofram maior variação nos resultados. As concentrações de entrada e de saída de cada sistema e as eficiências obtidas em termos de remoção de DQO (Figura 20) apresentaram similaridade com as condições encontradas para o parâmetro DBO5. A remoção de DQO nos sistemas variou de 61% a 98%. 1800 1600 DQO (mg/L) 1400 1200 1000 Entrada 800 Saida 600 400 200 0 Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo Figura 20 – Concentrações de entrada e de saída em termos de DQO. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 33 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Ainda referente à matéria orgânica, os resultados de DQO e DBO5 do Cetrag devem ser avaliados com cuidado (Anexo 1). Em esgotos, a DBO5 só é maior do que a DQO em raríssimos casos. No caso do Cetrag, os valores médios de DBO e DQO do efluente da zona de raízes são praticamente idênticos. Esta peculiaridade se deve a precisão do equipamento de DBO utilizado no laboratório, que para pequenas concentrações (< 50mg/L) não apresenta resultados muito precisos. A Tabela 9 apresenta as relações DBO/DQO e DQO/DBO do efluente do tanque séptico para cada sistema estudado. A relação DBO/DQO2 apresenta a razão de biodegradabilidade do sistema, ou seja, quanto maior o valor desta relação, mais biodegradável é o sistema. Dá mesma forma, quanto maior for a relação DQO/DBO, menos biodegradável é o sistema. Tabela 9 – Relações de biodegradabilidade para os sistemas estudados. Sistema Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo DBO/DQO 0,58 0,67 0,57 0,48 0,50 DQO/DBO 1,71 1,49 1,76 2,07 2,00 No presente estudo, conforme a Tabela 9, a relação DBO/DQO variou de 0,48 a 0,67 (e a relação DQO/DBO variou de 1,49 a 2,07). No geral, os sistemas apresentam de boas a ótimas condições de biodegradabilidade, sendo, desta forma, a utilização de um sistema de tratamento biológico (tal como filtros plantados) adequada para os efluentes avaliados. Segundo von Sperling (1996), a relação DQO/DBO para esgotos domésticos bruto varia de 1,7 a 2,4. Esta relação pode ser comparada diretamente aos efluentes de tanque séptico, pois a remoção de DBO que ocorre nestes sistemas é similar à remoção de DQO, desta forma a relação permanece a mesma. Braile & Cavalcanti (1993) consideram um resíduo facilmente biodegradável aquele cuja relação DQO/DBO se apresente inferior a 2,00, recomendando o tratamento biológico convencional. Entretanto, quando a relação DQO/DBO é superior a 2,00, é indício da existência de matéria orgânica não biodegradável. Já Puerta (1999), coloca que para uma relação de DBO/DQO superior a 0,6 (ou DQO/DBO < 1,67) o efluente é facilmente depurado na forma biológica. Enquanto que para uma relação de DBO/DQO inferior a 0,2 (ou DQO/DBO > 5,00), o efluente não se depura através de processos biológicos. No Espírito Santo, seis sistemas de tratamento de esgotos constituídos por lagoas de estabilização foram avaliados num período de 3 anos em relação à variação dos parâmetros DBO e DQO. O esgoto bruto a estes sistemas apresentou uma relação DBO/DQO variando de 0,45 a 0,50 (Silva e Mendonça, 2003). Uma maior ou menor relação DBO/DQO não pôde ser relacionada diretamente com a eficiência dos sistemas, pois o sistema do Cetrag, que apresentou o melhor desempenho 2 DQO – Demanda Química de Oxigênio é a quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica através de um agente químico. A DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio referese à quantidade de oxigênio necessária para estabilizar, por processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 34 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D entre os sistemas estudados, não apresentou a maior relação DBO/DQO e o sistema da Pousada, que apresentou maiores problemas em relação ao seu desempenho, não apresentou a menor relação de biodegradabilidade. O sistema do Cetrag também foi um dos sistemas que apresentou a melhor relação de biodegradabilidade, mesmo seu efluente sendo constituído por uma parte de efluente agroindustrial. Relativo aos nutrientes, o Decreto nº14250 estabelece como concentração máxima permitida para lançamento de efluentes os valores de 1,0mg/L para fósforo total e 10,0mg/L para nitrogênio total. Apesar destas análises não terem sido realizadas diretamente, os resultados podem ser avaliados através das formas de fósforo e de nitrogênio analisadas (Anexo 1). O fósforo total é a soma das seguintes formas de fósforo: orgânico e inorgânico, sendo esta segunda a forma na qual se encontram os ortofosfatos. Enquanto que o nitrogênio total se dá pela soma das seguintes formas de nitrogênio: amônia, nitrito, nitrato e orgânico. Somente as concentrações efluentes de fósforo ortofosfato e de nitrogênio amoniacal ultrapassam o limite imposto pela legislação. Alguns dos resultados obtidos com as análises apresentados na Tabela 8 também podem ser comparados com a Resolução 257/05 do CONAMA para condições e padrões de lançamento de efluentes. Segundo essa legislação o valor máximo de nitrogênio amoniacal total é de 20mg/L. Desta forma, encontram-se enquadrados dentro desta legislação somente os sistemas do Cetrag e do Cetuba. Os sistemas do Cetrejo e Cetrevi apresentaram valores relativamente pouco superiores ao exigido na legislação. Estes sistemas estão localizados nas duas cidades mais frias dentre as estudadas. Segundo IWA (2000), a nitrificação é influenciada por uma série de parâmetros, dentre os quais se destacam o pH e a temperatura. Estes parâmetros apresentam os seguintes valores ótimos (IWA, 2000): - pH: a faixa ótima de pH varia entre 7,5 e 8,6, sendo que abaixo do valor inferior da faixa tem-se uma rápida diminuição da nitrificação; - Temperatura: a taxa de crescimento das bactérias nitrificantes varia consideravelmente com a temperatura. A temperatura mínima que pode ocorrer a nitrificação fica na faixa de 4 a 5º C, mas abaixo de 15º C tem-se uma considerável diminuição nas taxas de conversão, sendo o valor ótimo superior a 25º C. Os processos da remoção de nitrogênio amoniacal da fração líquida de sistemas zona de raízes pode ser conduzido através de diferentes processos, destacando-se a incorporação na biomassa vegetal, a adsorção no material filtrante e a nitrificação seguida de desnitrificação (Tanner et al., 2002). No entanto, em zona de raízes ou filtros plantados de fluxo horizontal a seqüência nitrificação seguida de desnitrificação é praticamente inexistente devido à reduzida entrada de oxigênio no maciço filtrante (Cooper et al., 2003). Ainda, em relação à remoção de nitrogênio amoniacal nos sistemas estudados, o da Pousada, em Balneário Camboriú, foi o que apresentou as piores remoções (20% somente) e também o que apresentou maior concentração efluente deste parâmetro (75,8mg/L). Uma peculiaridade deste sistema é a planta utilizada no mesmo, que difere dos outros sistemas. A planta deste sistema possui uma área foliar inferior à área foliar das plantas dos outros sistemas. O gráfico, a seguir, pode ser utilizado para melhor compreender a evolução do parâmetro amônia (Figura 21). Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 35 Amônia (mgN/L) UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 G ESA D Entrada Saída Cetrag Cetrevi Pousada Cetuba Cetrejo Figura 21 – Concentrações de entrada e de saída em termos de nitrogênio amoniacal. Como conclusão em relação à remoção de amônia, atribui-se que a mesma ocorreu devido à incorporação no biofilme bacteriano e na biomassa vegetal em todos os sistemas estudados. Em relação à remoção de sólidos suspensos, todos os sistemas apresentaram ótima eficiência, inclusive o sistema do Cetrejo que apresentou a menor eficiência dentre os sistemas estudados (57%). Apesar de o sistema ter apresentado uma eficiência relativamente baixa, sua concentração média efluente (17mg/L) apresentou um ótimo valor, pois a concentração média afluente não era muito elevada. O sistema estudado em São Joaquim possui uma particularidade que merece ser destacada. A unidade de zona de raízes do Cetrejo apresentou problemas de colmatação próximo a 1 ano de funcionamento, quando parte do material filtrante foi trocado e, hoje, pouco mais de 1 ano desde a última troca o sistema começa a apresentar novamente problemas de colmatação. Langergraber et al. (2003) afirmam que este fenômeno é induzido pela deposição de sólidos orgânicos e inorgânicos na superfície dos filtros, pela produção de biomassa em excesso devido ao crescimento de microrganismos, pelo crescimento demasiado das raízes das macrófitas e pela compactação do maciço filtrante. No caso do Cetrejo, percebeu-se visualmente que o esgoto chegava com uma velocidade muito elevada no tanque séptico, fazendo com que os sólidos não decantassem e, desta forma, ficassem retidos na porção inicial do leito filtrante da zona de raízes. O problema de colmatação pela deposição de sólidos na zona de raízes de São Joaquim foi observado visualmente, apesar dos resultados das análises de sólidos totais e suspensos afluentes a esta unidade apresentarem baixos valores (Tabela 8). O fato de o sistema apresentar baixa concentração de sólidos afluente, mas ainda assim apresentar problemas de colmatação no maciço filtrante, pode ser relacionado ao fato das coletas de amostras serem realizadas em horários de pouca vazão. Os horários em que a velocidade do esgoto influencia na não decantação de sólidos no tanque séptico está mais relacionada às grandes vazões, que ocorrem, principalmente, quando as máquinas de lavar roupa lançam seus afluentes. Este mesmo problema de colmatação na porção inicial do leito devido aos sólidos/lodo provenientes do tanque de sedimentação (tanque séptico) foi observado por Cooper et al. (2005) num trabalho desenvolvido no Reino Unido, onde 124 unidades de filtros plantados de fluxo horizontal foram avaliadas. Segundo os autores, esta presença de sólidos/lodo na porção inicial do leito filtrante é acidental e ocorre por três motivos: necessidade de limpeza (retirada do lodo do fundo), dimensionamento inadequado do tanque ou capacidade Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 36 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D inadequada. No sistema de São Joaquim, as dimensões do tanque séptico e capacidade estão adequadas, o problema está relacionado com a velocidade de chegada do efluente. 5.1.1. Lodo Os resultados obtidos através das análises físico-químicas realizadas com as amostras de lodo coletadas no interior do tanque séptico de Agronômica e de São Joaquim são apresentadas na Tabela 10. A Tabela também apresenta os resultados encontrados por outro estudo (Cassini, 2003) como meio de comparação. Neste estudo o lodo coletado por empresas limpa-fossas no Município de Florianópolis/SC foi analisado. Analisando os resultados provenientes do sistema de tratamento de esgotos de São Joaquim, verificasse que o lodo apresenta características de lodo orgânico (representado pela fração volátil – STV). Enquanto as concentrações de STV para este sistema representam 47% e 71% dos ST, respectivamente, para os meses de abril e setembro, no sistema de Agronômica estes valores são 52% e 45%. A fração orgânica dos sólidos é composta de proteínas, carboidratos e gorduras. Estes componentes, particularmente os dois primeiros, servem como excelente alimento para as bactérias, inerentes a tratamentos biológicos. A densidade do lodo, segundo APHA (1995), também foi calculada e seu valor pode ser observado na Tabela 10. Segundo Jordão e Pessôa (1995), o lodo possui, em geral, densidade próxima ou praticamente igual a 1000 kg/m3. Analisando os dados de Cassini (2003), na Tabela 10, pode-se verificar a heterogeneidade nas características dos lodos. Tabela 10 – Caracterização do lodo do tanque séptico do Cetrag e do Cetrejo e de Cassini (2003). Parâmetro Altura lodo (cm) Densidade (kg/m3) pH Alcalinidade Total (mg/L) DQO total (mg/L) DQO filtrada (mg/L) DBO5 (mg/L) N-NH4 (mg/L) P-PO4 (mg/L) P total (mg/L) ST (mg/L)* STF (mg/L)* STV (mg/L)* Cetrag Abr/06 Set/06 Cetrejo Abr/06 Set/06 Mínimo Cassini (2003) Máximo Média 13 --- 10 --- --- --- --- 1008,7 1015,5 1021,1 1010,1 --- --- --- 6,62 --- 6,76 7,29 5,48 7,60 6,69 677,6 --- 863,95 --- 228 3854 994 --- 1465 --- 1411 528 29704 10383 786 461 663 470 322 3880 1028 --97,2 99,2 --141,5 104,2 --95,6 25,5 --92,2 --- 300 36 --- 7400 278 --- 2808 116 --- --- --- --- --- 7,2 215,9 45,0 50697 26924 23773 152053 44000 108053 42268 22148 20120 49000 21863 27137 516 292** 224 33292 14838** 18454 9550 3378** 6172 * ST = sólidos totais; STF = sólidos totais fixos; STV = sólidos totais voláteis. ** Obtido através do seguinte cálculo: ST = STF + STV. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 37 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Em relação à matéria orgânica, podemos analisar os sistemas da Epagri comparando os resultados de DQO obtidos neste estudo com os valores obtidos por Cassini (2003). Os valores encontrados nesta pesquisa para a DQO total são inferiores aos valores médios reportados por Cassini (2003), mas dentro do intervalo mínimo-máximo. O mesmo acontece para a DQO filtrada. Já em relação às concentrações de ST, os valores encontrados nesta pesquisa são bastante superiores aos valores referenciados em Cassini (2003). O trabalho de Cassini (2003) apresenta dados de vários tanques sépticos, mas sem detalhá-los em relação à idade do lodo e outras características. Quando comparado os resultados obtidos nas análises dos sistemas da Epagri com os valores apresentados nas Tabelas 1 e 2 (pág. 6), os resultados obtidos nesta pesquisa confirmam os valores elevados. O pH, a alcalinidade e o nitrogênio amoniacal obtidos nos sistemas da Epagri apresentam valores médios similares aos valores médios encontrados por Cassini (2003). Taxa de Acumulação de Lodo A taxa de acumulação de lodo pode ser calculada para o tanque séptico de Agronômica através do número médio de pessoas que contribuíram ao sistema e a data da última limpeza da fossa (realizada em 2002, sem referencia de mês). Para São Joaquim a data de referência será a data de implantação do sistema (julho de 2004), considerando que nenhuma limpeza foi realizada desde então. No Cetrag, o tanque séptico sofreu uma limpeza no ano de 2002, totalizando aproximadamente 36 meses (3 anos) até a data da 1a coleta de lodo. Adotando-se uma contribuição média diária de 50 pessoas e a altura do lodo medida em campo e apresentada na Tabela 10 de 13cm, a taxa de acumulação de lodo no interior do tanque séptico pode ser calculada da seguinte maneira: • • • • h = Altura de lodo medida Æ h = 13cm; V = Volume de lodo dentro do tanque séptico em litroÆ V = 8*h = 8*0,13 = 1,04m³ = 1040L; N = Número médio diário de contribuintes Æ N = 50 contribuintes; t = número de dias em operação em dias Æ tabr = 365*3 = 1095 dias; • Tx = Taxa de acumulação de lodo (L/pessoa*d) Æ Tx = V . N ×t Æ Txabr = 1040/(50*1095) = 0,0190L/pessoa.d. Conforme demonstrado através de cálculos, a taxa de acumulação de lodo apresentou valores da ordem de 0,0190L/pessoa.d. No Cetrejo, o período de acumulação de lodo é desde a implantação em julho de 2004 até a data da 1ª coleta de lodo em abril de 2006, totalizando 22 meses ou 660 dias. Considerando a contribuição diária de 50 pessoas e a altura do lodo medida em campo e apresentada na Tabela 10 de 10cm, a taxa de acumulação de lodo no interior do tanque séptico pode ser calculada da seguinte maneira: • • h = Altura de lodo medida Æ h = 10cm; V = Volume de lodo dentro do tanque séptico em litroÆ V = 3,22*1,5*h = 4,83*0,10 = 0,483m³ = 483L; Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 38 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO • • N = Número diário de contribuintes Æ N = 50 contribuintes; t = número de dias em operação em dias Æ tabr = 22*30 = 660 dias; • Tx = Taxa de acumulação de lodo (L/pessoa*d) Æ Tx = G ESA D V . N ×t Æ Txabr = 483/(50*660) = 0,0146L/pessoa.d. Conforme demonstrado através de cálculos, a taxa de acumulação de lodo apresentou valores da ordem de 0,0146L/pessoa.d. Estes valores podem ser comparados com os valores encontrados por Philippi (2002), citados anteriormente no item 2.3.1. (pág. 7). Para um intervalo de limpeza superior a 3 anos, o autor encontrou taxas de acumulação de lodo que variaram de 0,12 a 0,17 L/pessoa.dia. Os valores encontrados para os tanques séptico do Cetrag e do Cetrejo apresentaram resultados bastante inferiores a estes reportados. 5.1.2. Medição de vazão Um dos objetivos específicos deste projeto era de instalar medidores de vazão e medir as mesmas em 2 sistemas a serem selecionados dentre os estudados. Alguns estudos foram realizados para verificar a viabilidade de implantação de um pequeno vertedor triangular, mas os resultados deste estudo mostraram que este método não seria viável tecnicamente, pois as vazões dos sistemas são muito pequenas. Uma vazão muito pequena causaria leituras imprecisas. Também foi concluído que uma medição diária do nível de água no vertedor não daria uma noção da vazão total real do sistema, visto que, por se tratar de sistemas em escala real, há momento de vazões elevadas, assim como há momentos em que a vazão é nula. Outra opção considerada foi a utilização de um rotâmetro3. Mas além de não ser uma boa opção para fluidos com grandes porcentuais de sólidos em suspensão, também apresenta somente a vazão instantânea. Em sistemas experimentais, há a possibilidade da utilização de hidrômetros para medição do fluxo de água. Estes equipamentos permitem fazer leituras do volume que entrou no sistema e, então, pela diferença nas leituras depois de um determinado período, calcular a vazão daquele período e, assim, calcular a vazão diária. Mas por se tratar de equipamentos específicos para água, são usados somente em situações experimentais, pois um entupimento por sólidos poderia causar problemas mais sérios ao sistema. Uma outra opção considerada foi a construção de uma caixa de equalização pós tanque séptico. Esta caixa de equalização funcionaria juntamente com uma bóia e uma bomba, da seguinte maneira: a caixa armazenaria o efluente gerado por um determinado tempo e quando a caixa estivesse cheia, ou seja, quando a bóia estivesse na superfície, a bomba acionaria esvaziando a caixa e conduzindo o efluente até o filtro plantado. O número de vezes de enchimento e esvaziamento da caixa vezes o volume da caixa é equivalente ao 3 Um rotâmetro é um medidor de vazão de área variável constituído por um tubo transparente com uma escala onde um flutuador (bóia) se move livremente. O flutuador á mais pesado do que o fluido que o desloca. O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e o empuxo compensam a força gravitacional. A posição do flutuador indica taxa de fluxo. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 39 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D volume de esgoto gerado. Esta opção resolveria o problema de medição de vazão, mas apresentaria as seguintes desvantagens: necessidade de compra e instalação de uma bomba para esgotos, manutenção periódica da bomba e maior complexidade na operação do sistema devido à alteração de um sistema funcionando totalmente por gravidade por um sistema através de bomba. 5.2. Tratamento de água Em paralelo ao estudo desenvolvido nos sistemas de tratamento de esgoto da Epagri, foi realizado um estudo em dois sistemas de tratamento de água para consumo humano. A água para consumo humano é uma água cujos parâmetros microbiológicos físicos, químicos e radioativos atendam os padrões de potabilidade e que não ofereça riscos a saúde. A potabilidade de uma água é definida através de um conjunto de parâmetros e padrões estabelecidos por normas e legislações sanitárias. O padrão de potabilidade da água, definido na Portaria nº. 518 de 2004 do Ministério da Saúde, é um conjunto de valores máximos permissíveis das características fisico-químicas, microbiológicas e organolépticas das águas destinadas ao consumo humano. Somente algumas das características foram avaliadas no presente estudo. Os resultados médios (± desvio padrão) referentes aos sistemas de tratamento de água, obtidos com o monitoramento dos sistemas naturais estudados, ao longo do período compreendido entre os meses de outubro/2005 a outubro/2006, encontram-se no Anexo 2. No mesmo Anexo estão destacadas alguns limites máximos impostos pela Portaria nº. 518 que servem como referência. A Portaria nº. 518 estabelece como 15UH o valor máximo permissível do parâmetro cor aparente. Nenhum dos sistemas se enquadrou na legislação. Pode ser verificado que os sistemas zona de raízes não são efetivos na remoção de cor, sendo necessário um tratamento complementar para isto. No caso do sistema do Cetrag, a água entrando no sistema possuía valores inferiores de cor comparados aos valores da saída. Isto se deve provavelmente à tubulação de coleta da saída do sistema que, por se encontrar muito próxima ao solo, pode ter entrado em contato com o solo. Já no sistema de Gravatal há uma redução de somente 16% do parâmetro cor. Como este sistema funciona como tratamento de água para consumo humano de uma pequena comunidade, um tratamento complementar deveria ser proposto. Já em relação ao parâmetro turbidez, o sistema de Agronômica é o que não se enquadra na Portaria nº. 518, enquanto que o de Gravatal se enquadra. O problema do sistema de Agronômica foi o mesmo do parâmetro cor, ou seja, a presença de partículas em suspensão, tais como a argila. O sistema de Gravatal, que já entrava com um valor de turbidez bastante baixo (1,4UT), atendeu a Portaria, que estabelece o valor máximo permissível de 5UT, Referente ao pH, a Portaria nº. 518 recomenda pH na faixa de 6,0 a 9,5, na rede de distribuição. Os dois sistemas se enquadram. A Portaria nº. 518 ainda estabelece valores máximos permissíveis para outros parâmetros, tais como cloro, fluoretos e trihalometanos. Estes parâmetros não foram avaliados aqui, mas para um estudo de verificação da potabilidade da água, uma avaliação deles é de extrema importância. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 40 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Segundo von Sperling (1996), a presença de sólidos dissolvidos na água interfere nas concentrações de dureza. Ambos os sistemas estudados apresentaram baixos valores de dureza. Conforme a Portaria, o valor não pode ultrapassar 500mg/L. A Portaria ainda estabelece como padrão de aceitação de consumo o valor máximo permissível de 1.000mg/L de sólidos dissolvidos totais. Ambos os sistemas apresentam valores bastante inferiores ao valor máximo estabelecido pela legislação. No sistema de Gravatal, onde foram realizadas análises de ferro e manganês, os valores encontrados estavam dentro dos valores máximo estabelecidos na legislação. Estes valores máximos são de 0,3mg/L para o ferro e 0,1mg/L para o manganês. Em relação ao nutriente nitrogênio, a Portaria estabelece os valores máximos de 1,5 para amônia (NH3), 10 para nitrato e 1 para nitrito, todos em mgN/L. Observado a Tabela 11, percebe-se que os dois sistemas se enquadram nos 3 parâmetros. Finalizando, outros parâmetros que a Portaria trata são coliformes totais e Escherichia coli. Segundo a Portaria, o padrão microbiológico de potabilidade da água para consumo humano é ausência de E. coli em 100mL e apenas uma amostra positiva por mês quando menos de 40 amostras são analisadas de coliformes totais. Desta forma, nenhum dos dois sistemas se enquadra, sendo indispensável uma desinfecção após o sistema de tratamento por filtros plantados. 6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES AOS SISTEMAS Através deste trabalho algumas conclusões puderam ser obtidas em relação aos sistemas de tratamento de esgoto por zona de raízes: • • • • • • A relação área/pessoa influencia fortemente na eficiência e vida útil de sistemas zona de raízes. O sistema do Cetrag, apesar de ser o mais antigo dentre os estudados, é o que apresenta melhores resultados. Por se tratarem de sistemas naturais, fortemente influenciados pelas condições climáticas, observou-se que os sistemas localizados em regiões mais frias resultaram num pior desempenho. Desta forma, recomenda-se que para o dimensionamento de zona de raízes, seja utilizada uma equação que leve em consideração o clima ou a temperatura da região. As performances em relação à remoção de coliformes totais e de E. coli poderiam ser aprimoradas através de uma nova unidade de desinfecção pós zona de raízes, como por exemplo, um tanque de cloração. Com o aprimoramento do tratamento através da cloração, pode-se sugerir a utilização do efluente tratado no próprio Centro de Treinamento em um uso menos nobre, tal como a irrigação. Durante o estudo percebeu-se que o correto dimensionamento, implantação e manutenção do tanque séptico são extremamente fundamentais para o bom funcionamento e desempenho das zonas de raízes. Apesar de não existirem dados sobre o dimensionamento do tanque séptico do Cetrevi, sugere-se a retirada do lodo em breve, pois o sistema já está a 4,5 anos em funcionamento, e segundo a NBR 7229, tanques sépticos podem ser dimensionados para uma limpeza variando de 2 no mínimo a 5 anos no máximo. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 41 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO • • • • • • G ESA D Nos sistemas que apresentaram ou apresentam problema de colmatação/alagamento sugere-se a implantação de outra unidade de zona de raízes em paralelo com alimentação alternada entre a nova e a antiga unidade. Segundo Liènard et al. (2000), a construção deste novo filtro, além do aumento da relação área/pessoa, apresentaria as seguintes vantagens: 1) mineralização dos depósitos orgânicos superficiais aportados pelos sólidos em suspensão residuais; 2) autoregulação da biomassa depuradora; 3) re-oxigenação dos poros. No caso da implantação de novas unidades de zona de raízes, sugere-se que a aplicação do afluente seja realizada pela parte de cima do material filtrante e a coleta do efluente pelo fundo. Atualmente tanto a aplicação como a coleta são realizadas no fundo do sistema. Com a nova maneira, espera-se aumentar a mistura do efluente dentro do leito filtrante, evitando curtos-circuitos. Ainda, no caso da implantação de novas unidades, sugere-se a utilização de um novo material no leito filtrante. Antes da aplicação deste novo material, o mesmo deverá ser estudado em laboratório para ter suas características granulométricas e de condutividade hidráulica bem definidas. Para uma efetiva remoção de nitrogênio nos sistemas em que se procura um melhor desempenho, sugere-se a implantação de uma unidade de filtro plantado de fluxo vertical antes da unidade de fluxo horizontal. Para o sistema da Pousada, sugere-se trocar a macrófita utilizada em uma das unidades de zona de raízes e, então, realizar um estudo destas duas unidades em paralelo. Para um estudo futuro no sistema de tratamento do Cetrag, sugere-se a realização de análises físico-químicas no efluente gerado através do processamento de alimentos. Neste projeto foram realizadas análises na mistura do efluente doméstico com o efluente agroindustrial. Em relação aos sistemas de tratamento de água as conclusões obtidas e sugestões são: • • • Instalação de uma nova unidade de zona de raízes no sistema de Gravatal, pois o sistema se encontra hoje subdimensionado. Modificar a tubulação de saída do sistema de Agronômica para não prejudicar a coleta. Instalação de uma unidade de desinfecção em Gravatal e outra unidade para remoção de cor. 7. CONTINUIDADE DA PESQUISA Os sistemas tipo zona de raízes vêm a cada dia sendo mais utilizados no Brasil para sistemas domésticos individuais ou pequenas coletividades, devido, principalmente, às vantagens em relação aos baixos custos de manutenção e à facilidade operacional. Estas vantagens, associadas à situação atual de saneamento no estado de Santa Catarina, contribuíram para o desenvolvimento de uma pareceria entre a Epagri e a UFSC. Esta parceria, desenvolvida através do Grupo de Estudos em Saneamento Descentralizado, apresentou resultados satisfatórios em relação ao monitoramento e comparação de unidades de filtros plantados em todo o estado de Santa Catarina, permitindo a elaboração de dois trabalhos para congressos, um de nível internacional e outro de nível nacional: O trabalho intitulado “Root Zone System to Treat Wastewater in Rural Areas in South of Brazil” foi apresentado na 10th International Conference on Wetlands Systems for Water Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico 42 Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Pollution Control realizado em Lisboa-Portugal em setembro de 2006 e está apresentado no Anexo 3. O trabalho “Sistemas de Tratamento de Esgoto por Zona de Raízes: Análise Comparativa de Sistemas Instalados no Estado de Santa Catarina”, ainda em fase de aprovação, será apresentado no 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental a ser realizado na cidade de Belo Horizonte-MG em setembro do presente ano e está apresentado no Anexo 4. Durante todo o desenvolvimento desta pesquisa, onde foi possível levantar e avaliar as características de cada um dos sistemas estudados, algumas necessidades foram observadas para melhorar o funcionamento de algumas unidades. Visto isto e a fim de continuar disseminando informações sobre sistemas zona de raízes e filtros plantados, algumas sugestões são recomendadas e serão apontadas como diretrizes norteadoras para a continuidade desta pesquisa. A proposta de continuação desta pesquisa será desenvolvida mais detalhadamente, mas resumidamente são sugeridas modificações nos três sistemas de tratamento de esgoto dentre os cinco avaliados que apresentaram um desempenho mais fraco: 7.1. Pousada em Balneário Camboriú • O sistema apresentou um desempenho deficiência, não atendendo os padrões exigidos nas legislações nacional e estadual. São sugeridas modificação do material filtrante e modificação da macrófita utilizada em uma das duas unidades da zona de raízes (filtro plantado horizontal) existentes. Espera-se, com isso, confirmar a influência da escolha do material utilizado no leito filtrante e da planta adotada na eficiência de tratamento do sistema. 7.2. Centro de Treinamento de São Joaquim • O sistema apresentou e continua apresentando problemas de colmatação na porção inicial do leito filtrante. Sugere-se a implantação de uma outra unidade de zona de raízes (filtro plantado horizontal) paralela à unidade já existente. Espera-se, com isso, uma melhora no desempenho do sistema, evitando problemas de colmatação e outros problemas decorrentes da colmatação, tais como deficiência de tratamento, empoçamentos, odor, entre outros. 7.3. Centro de Treinamento de Videira • O sistema de Videira apresenta deficiência no tratamento em relação à remoção de nitrogênio. Sugere-se a implantação de uma unidade de filtro plantado vertical anteriormente à unidade de filtro plantado horizontal já existente. Espera-se, com isso, uma melhora no desempenho do sistema, principalmente em relação ás remoções e transformações de nitrogênio. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas (1982). NBR 7229. Construção e Instalação de Fossas Sépticas e disposição dos efluentes finais. Rio de Janeiro: ABNT 38p. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas (1983). NBR 8160. Sistemas Prediais de Esgoto Sanitário. Projeto e Execução. ABNT. 74p. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 43 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas (1993). NBR 7229. Construção e Instalação de Fossas Sépticas e disposição dos efluentes finais. Rio de Janeiro: ABNT 37p. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas (1997) NBR 13969. Projeto, construção e operação de unidades de tratamento complementares e disposição final dos efluentes de tanques sépticos: procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT. 57p. Andrade Neto, C.O. (1997). Sistemas Simples para Tratamento de Esgoto Sanitários – Experiência Brasileira. Rio de Janeiro, RJ: ABES. Andreoli, C.V. et al. (2001). Lodo de Esgoto: Tratamento e Disposição Final. 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Cetrag (n=12) Parâmetros pH Alcalinidade (mgCaCO3/L) Acidez (mgCaCO3/L) Turbidez (NTU) DQO (mg/L) DBO (mg/L) SS (mg/L) ST (mg//L)* STF (mg/L)* STV (mg/L)* NH4-N (mg/L) NO2-N (mg/L) NO3-N (mg/L) PO4-P (mg/L) Coli total (NMP/100mL) E. coli (NMP/100mL) Parâmetros pH Alcalinidade (mgCaCO3/L) Acidez (mgCaCO3/L) Turbidez (NTU) DQO (mg/L) DBO (mg/L) SS (mg/L) ST (mg//L) STF (mg/L) STV (mg/L) NH4-N (mg/L) NO2-N (mg/L) NO3-N (mg/L) PO4-P (mg/L) Coli total (NMP/100mL) E. coli (NMP/100mL) Cetrevi (n=8) Pousada (n=10) pós pós TS FPMH pós TS pós FPMH pós TS pós FPMH 5,6 ± 0,9 292 ± 98 47 ± 20 219 ± 90 1699 ± 944 993 ± 402 274 ± 205 882 ± 265 495 ±173 388 ± 211 61,5 ± 31,5 0,08± 0,05 3,03 ± 3,41 31,4 ± 12,0 1,91E+06 6,0 ± 0,8 186 ± 130 19 ± 5 187 ± 160 30 ± 21 31 ± 25 45 ± 30 495 ± 202 305 ± 167 189 ± 144 18,5 ± 56,5 0,05 ± 0,08 1,94 ± 2,32 7,4 ± 33,9 2,57E+04 6,5 ± 0,3 196 ± 41 --110 ± 88 421 ± 218 282 ± 192 --------77,2 ± 120,4 0,09 ± 0,07 8,4 ± 10,8 28,7 ± 11,9 1,91E+06 6,2 ± 0,4 110 ± 56 --38 ± 42 93 ± 84 59 ± 75 --------35,0 ± 65,1 0,12 ± 0,15 13,4 ± 21,2 17,2 ± 22,2 2,34E+05 7,6 ± 0,4 462 ± 215 10 ± 59 272 ± 126 595 ± 299 338 ± 148 94 ± 72 692 ± 141 372 ± 116 322 ± 171 94,5 ± 37,7 0,13 ± 0,05 3,62 ± 4,16 32,2 ± 16,4 1,64E+07 7,3 ± 0,4 395 ± 172 9,5 ± 4,5 39 ± 22 231 ± 340 146 ± 87 14 ± 18 590 ± 111 370 ± 89 193 ± 117 75,8 ± 35,8 0,13 ± 0,19 4,44 ± 5,47 18,6 ± 5,7 6,69E+05 9,06E+04 7,32E+02 8,89E+05 2,79E+04 4,19E+06 1,23E+05 Cetuba (n=13) pós TS pós FPMH Cetrejo (n=11) pós TS pós FPMH 6,3 ± 0,2 165 ± 64 74 ± 36 104 ± 127 676 ± 791 326 ± 394 451 ± 700 818 ± 689 412 ± 331 406 ± 376 28 ± 21 0,01 ± 0,02 2,98 ± 1,71 3,66 ± 3,93 5,92E+06 6,1 ± 0,2 102 ± 46 64 ± 32 26 ± 14 76 ± 48 27 ± 25 82 ± 33 339 ± 100 241 ± 101 111 ± 52 14 ± 9 0,01 ± 0,03 1,42 ± 0,94 1,27 ± 1,93 4,82E+05 7,1 ± 0,6 215 ± 96 13 ± 20 77 ± 37 414 ± 326 207 ± 70 41 ± 20 453 ± 186 205 ± 134 248 ± 86 34 ± 21 0,10 ± 0,08 1,45 ± 1,65 21,52 ± 8,15 1,44E+07 6,5±0,6 175 ± 66 13 ± 9 19 ± 10 64 ± 42 52 ± 22 17 ± 17 338 ± 154 210 ± 137 136 ± 57 23 ± 8 0,22 ± 0,23 5,80 ± 6,90 9,70 ± 6,93 1,24E+06 6,10E+05 1,89E+04 2,37E+06 3,05E+05 *n = número de amostragens TS = tanque séptico FPMH = filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal ST = sólidos totais; STF = sólidos totais fixos; STV = sólidos totais voláteis. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 47 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D ANEXO 2 Anexo 2 – Resultados médios (± desvio padrão) obtidos com o monitoramento dos sistemas de tratamento de água estudados. Parâmetros pH Alcalinidade (mgCaCO3/L) Acidez (mgCaCO3/L) Potencial redox (mV) Dureza (mg/L CaCO3) Turbidez (NTU) Cor aparente (uH) Cor verdadeira (uH) Ferro total (mg/L) Manganês (mg/L) DQO (mg/L) DBO (mg/L) SS (mg/L) ST (mg/L) SD (mg/L) STF (mg/L) STV (mg/L) NH4-N (mg/L) NO2-N (mg/L) NO3-N (mg/L) N total (mg/L) PO4-P (mg/L) P total (mg/L) Coli total (NMP/100mL) E. coli (NMP/100mL) Cetrag (n=7) pós TS pós FPMH 6,2 ± 0,8 6,6 ± 0,6 14 ± 7 21 ± 9 5±6 4±3 ----12,3 ± 16,3 15,4 ± 15,4 8,2 ± 2,9 16,5 ± 8,2 43,3 ± 17,7 49,0 ± 26,5 6,7 ± 5,8 10,3 ± 9,1 --------6,7 ± 5,6 3,9 ± 7,6 8,7 ± 11,2 6,2±10,7 6,9 ± 1,8 4,4 ± 3,6 155 ± 83 119 ± 75 148 ± 71 115 ± 74 75 ± 608 67 ± 48 80 ± 66 45 ± 38 0,35 ± 0,19 0,36 ± 0,17 0,00 ± 0,00 0,00 ± 0,00 0,58 ± 0,83 0,57 ± 0,82 ----0,31 ± 0,18 0,29 ± 0,35 ----1,24E+05 3,97E+03 1,11E+03 5,50E+01 Gravatal (n=12) pós TS pós FPMH 6,4±0,2 6,2 ± 0,2 9±2 11 ± 2 4±2 4±2 34,7 ± 10,7 41,2 ± 11,3 7,2 ± 4,4 8,5 ± 4,9 1,4 ± 0,6 1,0 ± 0,4 32,1 ± 13,7 27,1 ± 13,6 26,7 ± 14,2 21,3 ± 14,5 0,09 ± 0,05 0,05 ± 0,05 0,00 ± 0,01 0,00 ± 0,00 0,80 ±1,17 0,03 ± 0,12 ----16,5 ± 8,1 19,2 ± 9,6 59,4 ± 13,4 59,7 ± 17,0 42,9 ± 13,8 40,5 ± 15,8 37,5 ± 14,6 38,9 ± 18,2 21,9 ± 10,9 20,8 ± 9,8 0,08 ± 0,08 0,06 ± 0,07 0,00 ± 0,00 0,00 ± 0,00 0,50 ± 0,31 0,36 ± 0,25 1,04 ± 0,46 0,79 ± 0,44 ----0,13 ± 0,19 0,08 ± 0,12 1,47E+03 3,47E+02 1,49E+01 4,44E+00 Portaria nº. 518 6,0 – 9,5 ------500 5 15 --0,3 0,1 --------1.000 ----1,5 10 1 --------ausência/100mL *n = número de amostragens TS = tanque séptico FPMH = filtro plantado com macrófitas de fluxo horizontal. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 48 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D ANEXO 3 ROOT ZONE SYSTEM TO TREAT WASTEWATER IN RURAL AREAS IN SOUTH OF BRAZIL L. S. Philippi*, P. H. Sezerino**, B. Panceri***, D. P. Olijnyk* and B. Kossatz* * Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Trindade, Florianópolis, SC, CEP: 88.010-970, Brazil. ** Área de Ciências Exatas e da Terra, Universidade do Oeste de Santa Catarina, Campus de Videira, Videira, SC, CEP: 89.560-000, Brazil. *** Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A, Itacorubi, Florianópolis, SC, CEP: 88.000-000, Brazil ABSTRACT Since 1990 natural wastewater treatment systems, such as constructed wetlands, have been installed in rural locations around Santa Catarina State, South of Brazil. Most of them were designed and implanted by the Santa Catarina State Research and Technology Company. The aims of this study are to evaluate the applicability of root zone systems applied to treat wastewater in rural areas under a subtropical climate and to determine design and operation parameters. Four systems (Agronômica – 450m2, 66 people; Tubarão – 84m2, 150 people; Videira – 50m2, 50 people and São Joaquim – 40m2, 55 people;) were studied and evaluated. All of them comprise a septic tank followed by a root zone planted with Zizaniopsis bonariensis. Bed media in all systems is composed of gravel, sand, rice hay and clay (0.70m depth). The Agronômica system is the oldest one, working since 1994. During the first year of operation the average COD removal was 57%. After 10 years the average COD removal increased to 98%. The Tubarão, Videira and São Joaquim systems show 69%, 82% and 86% average COD removal, respectively. The Agronômica system shows the best performance due to the greatest area/person ratio (6.8m2/person). The clogging phenomenon was observed in the Videira system (1.0m2/person) after four years. For the Tubarão (0.56m2/person) and São Joaquim (0.72m2/person) systems there has been no clogging yet because they are relatively new, with less than four years of operation. Despite the clogging, the operation and maintenance of the root zones were easy, indicating their great potential for rural areas. KEYWORDS Constructed wetlands; Root zones; Rural area; Septic tank; Wastewater treatment. INTRODUCTION The absence of collection and treatment of domestic wastewater in rural areas is one of the main degradation factors of water quality and the environment. Data from Brazilian literature about rural areas point out that only 2% of total residences have available wastewater treatment services, while another 5% dispose their wastewater in septic tanks (Lobo and Santos, 1993). The association of septic tanks (as primary treatment) followed by roots zones (as secondary treatment) represents a viable and efficient alternative for the reversion of the current scenario of rural sanitation in Brazil because it requires less maintenance and also because it provides a new idea of sanitation, that means, not more as Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 49 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D hidden construction, but as construction that can improve and value local communities. Since 1990, these systems have been installed in rural areas of Santa Catarina, in the south of Brazil. The majority of them were designed and implanted by Santa Catarina’s Research and Technology Company (EPAGRI). The first system implanted by EPAGRI was in 1993 and is located in the Training Center of Agronômica. However, since the implantation of the first treatment units, a periodic and continuous monitoring that allows for evaluating its efficiency and effectiveness over the time has not been established. This accompaniment has great importance because it will allow the systematization of the knowledge that is being generated, searching to obtain designing relationships and treatment performance tied to subtropical climatic conditions. The aims of this study are to verify the effectiveness of four root zone systems implanted under subtropical climate conditions (south of Brazil), in order to identify project and operation relationships. METHODS Location of the experiments and characteristics of the systems This study was developed in four Training Centers of Santa Catarina’s Research and Technology Company. The localization and some characteristics of the Training Centers are presented in Figure 1. All the treatment systems are composed of a septic tank followed by a root zone, receiving domestic wastewater, except for the Agronômica system that also receives the effluent of food processing (cheese, fat, blood, swine meat). All the septic tanks were built according to the Brazilian Association of Technical Standards, NBR 7229 (ABNT, 1993). The bed medias used in the root zones were thick sand, gross sand, clay and rind of rice disposed in horizontal layers and the plant used was the Zizaniopsis bonariensis, a species of rush easily found in the southern region of Brazil. The roots zones were coated with waterproofed blankets to prevent the contamination of groundwater. The alimentation of the affluent (effluent of the septic tank) was given at the bottom of the root zone units and its effluent was collected in the opposite extremity, also at the bottom. Considering the systems capacities for number of people and its superficial area, the area/person ratio of each system obtained is: 6.8m²/person for the Agronômica system; this being the greatest ratio among the four studied systems. The Videira system presents a ratio of 1.0m²/person, while the Tubarão e São Joaquim systems present the smallest ratios, 0.54m²/person and 0.72m²/person, respectively. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 50 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D AGRONÔMICA – Capacity: 200 people Date of implantation: January 1994 Dimensions (m): 23 x 13 x 0.70 Latitude: 27º15’54”S – Longitude: 49º42’40”W Altitude: 347 m – Average temperature: 25ºC VIDEIRA – Capacity: 50 people Date of implantation: August 2001 Dimensions (m): 10 x 5 x 0.70 Latitude 27º00’30”S – Longitude 51º09’06”W Altitude: 750 m – Average temperature: 17.1ºC TUBARÃO – Capacity: 150 people Date of implantation: December 2002 Dimensions (m): 12 x 6 x 0.70 Latitude: 28º28’00”S – Longitude: 49º00’25”W Altitude: 9 m – Average temperature: 23ºC SÃO JOAQUIM – Capacity: 50 people Date of implantation: July 2004 Dimensions (m): 9 x 4.5 x 0.70 Latitude: 28º17’38”S – Longitude: 49º55’54”W Altitude: 1353 m – Average temperature: 14.2ºC Figure 1. Photos of roots zones units. Collections and analyses of the wastewater samples Two points were chosen in each system for the sample collection: inlet and outlet of the roots zones. The collections were performed monthly during the period of October, 2005 to May, 2006. The analyzed parameters had followed recommendations of the Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998), distinguished: pH, COD, BOD, SS, NH4-N, Total Nitrogen, PO4-P and E. coli. RESULTS AND DISCUSSION The average values achieved at the sample collection in the inlet and outlet of the root zones units, related to the parameters under study, and their efficiency are shown in Table 1. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 51 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Table 1. Removal efficiency of the analyzed parameters (root zone affluent and effluent average concentrations). Parameter Area/person (m2/person) pH Agronômica Videira Tubarão São Joaquim 6.80 1.00 0.54 0.72 6.6 – 6.2 69% 371 – 117 73% 330 – 89 NH4-N (mg/L) 5.8 – 5.7 98% 1005 – 19 98% 979 – 19 53% 224 – 104 67% 49 – 16 7.2 – 6.3 86% 476 – 68 80% 201 – 39 56% 50 – 22 46% 39 – 21 TN (mg/L) --- 6.2 – 6.1 82% 485 – 87 85% 232 – 35 87% 640 – 84 39% 18 – 11 68% 48 – 16 COD (mg/L) BOD (mg/L) Suspended Solids (mg/L) PO4-P (mg/L) E. coli (MPN/100mL) 79% 29 – 6 2.04 logs 4.91 – 2.87 --56% 34 – 15 -15% 49 – 56 81% 27 – 5 1.26 logs 5.89 – 4.63 --3.41 logs 7.89 – 4.48 --53% 19 – 9 0.80 logs 6.37 – 5.57 Considering the organic carbon material, the observed values for COD in the outlet of the septic tank ranged between 521-2143 mg/L; 97-672 mg/L; 245-774 mg/L and 141051 mg/L, for the Agronômica, Videira, Tubarão and São Joaquin systems, respectively. The achieved average values were considerably higher for the Agronômica system, due to the agro industrial wastewater contribution. The reduced performances of COD, BOD and NH4-N removal and the TN increase in the effluent of the Videira unit are due to the clogging occurrence in the bed media visualized for the wastewater stagnation in the root zones after the fourth year of operation, causing superficial run-off (Figure 2). This stagnation is indication of the clogging process of the bed media, as the literature explains (Cooper et al., 2005). The superficial run-off reduces the effluent final quality and due to the short circuit occurrence, the effluent does not penetrate the bed media. Consequently, it does not enter in contact with the rhizosphere and the associate microorganisms. Thus, the effluent leaves the system without enough time for the biodegradation to occur (Sezerino, 2006). One of the justifications of this event in a relatively short period comes from the fact that the bed media used in the studied systems (thick sand, gross sand, clay and rind of rice) are used without previous studies of adequacy. This means that the grain sized assay is not accomplished (it is not possible to obtain the bed media uniformity coefficient – U) and also the permeability assay (it is not possible to obtain the bed media hydraulical conductivity – Ks). Literature recommendations point to values of U ≤ 4 and Ks ≥ 0.36 m/h (IWA, 2000). Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 52 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO a G ESA D b Figure 2. Clogging phenomenon occurred in the Videira system. (a) Detail of the stagnation; (b) Detail of the compacted rhizosphere Although the Agronômica system is older than the Videira one, it did not present any problem because it presents a much superior area/person ratio. The Tubarão and São Joaquim systems have a small area/person ratio but they did not present any clogging phenomenon because they are relatively new. Vymazal (1990) indicates values in the order of 1.6 m²/person for designing root zones. Sezerino and Philippi (2000) used a ratio of 0.8 m²/person to treat a domestic effluent proceeding from a septic tank. Although this is a relatively low value, the authors had gotten reductions of up to 87% of COD, 74% of ammoniacal nitrogen and 71% of total solids. However, it must be considered, that a the bed media used had its characteristics well established. In relation to the removal efficiency of the parameters evaluated, the Agronômica root zone is the unit that is the most distinguished, with an average removal efficiency of 98% for BOD and also for COD. But in the first year of operation (12 years ago), this system presented an average efficiency of only 57% for the COD (Philippi et al., 1999). This event can be explained because the root zone only fully achieves its objective when junco reaches the maturity phase. Related to the solids, it is not possible to verify a trend of efficiency increase with a higher area/person ratio because the removal average efficiencies observed for Agronômica (average efficiency of 53%) and for São Joaquim (average efficiency of 56%) are similar. It is possible to infer a trend in the clogging speed of the systems with a lower area/person ratio. The São Joaquim system detaches for the low E. coli removal, with an efficiency of only 0.80 logs. According to Khatiwada and Polprasert (1999), the main mechanisms that act on the removal of fecal microorganisms in tropical and subtropical climatic conditions are the effect of temperature, solar radiation, sedimentation, filtration and retention time of the system. São Joaquim is the coldest city among the studied cities, presenting an annual average temperature of 14.2ºC (Figure 1). In relation to the nutrients, the Agronômica, Videira, Tubarão and São Joaquim systems had presented, respectively, the following efficiencies of ammoniacal Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 53 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D nitrogen transformation: 67%, 56%, 39% and 46%. And the average values in the exit of the root zones had been: 16 mg/L; 15 mg/L; 11 mg/L and 21 mg/L. The Nº 357 CONAMA Resolution (Brasil, 2005) establishes the maximum limit of ammonia nitrogen as 20 mg/L of N. The average values in the outlet of the root zones of Agronômica, Videira and Tubarão systems fit in the Resolution; while the São Joaquim system is very close to achieving the requirements of the Resolution related to this parameter. CONCLUSIONS All the studied systems present seasonality as a characteristic in the number of people. Also, due to the small contribution at some times and due to the evapotranspiration, a reduction of the generated effluent can occur in the root zone. As a result, an increase in its concentration can occur. From the presented results, it can be observed that when the system possess an area/person ratio of nearly 7m2/person, the final effluent fits with the Brazilian Resolution recommendations in terms of COD, BOD and NH4-N. It is distinguished that it is necessary to polish the root zone effluent to promote an effective removal of PO4-P and an effective disinfection. The different area/person ratios together with the produced effluent quality evaluation by the roots zones allow inferring: - During the first years of operation (until the fourth year), under subtropical climate conditions, there are not great variations in the effluent quality in terms of COD, BOD and NH4-N; - For lower area/person ratios (≤ 1.0 m2/person) there is a strong trend of clogging in the bed media of the root zones after-septic tank, requiring treatment units in parallel and/or removal and replacement of the bed media. Despite the clogging which occurred in Videira, the other units presented an easy operation and maintenance of the root zones, indicating their great potential for rural areas. REFERENCES APHA – American Public Health Association. (1998). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19 ed. Washington: APHA-AWWA-WEF. Brasil – CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente. (2005). Decreto Nº 357 de 2005. (In Portuguese). Cooper, D.; Griffin, P.; Cooper P. (2005). Factor affecting the longevity of sub-surface horizontal flow systems operating as tertiary treatment for sewage effluent. Wat. Sci. Tech., v. 51, n. 9, pp. 127-135. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 54 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D IWA – International Water Association (2000). Constructed Wetlands for Pollution Control: Processes, Performance, Design and Operation. Scientific and Technical Report No. 8. London, England: IWA Publishing. 156 p. Khatiwada, N. R.; Polprasert, C. (1999). Kinetics of fecal coliform removal in constructed wetland. Wat. Sci. Tech., v. 40, n. 3, pp. 109-116. Lobo, T. e Santos, M. M. (1993). Modelos de organização e regularização do sistema de saneamento. In: Seminário: Os desafios do Saneamento Ambiental. São Paulo. (In Portuguese). Philippi, L. S., Costa, R. H. R. e Sezerino, P. H. (1999). Domestic effluent treatment through integrated system of septic tank and root zone. Wat. Sci. Tech., v. 40, n. 3, pp. 125-131. Sezerino, P. H. (2006). Potencialidade dos Filtros Plantados com Macrófitas (Constructed Wetlands) no Pós-Tratamento de Lagoas de Estabilização sob Condições de Clima Subtropical. Tese de Doutorado. Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, 166p. (In Portuguese). Sezerino, P. H. e Philippi, L. S. (2000). Utilização de um sistema experimental por meio de “wetland” construído no tratamento de esgotos domésticos pós tanque séptico. In: IX Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. CD Room – Anais. Porto Seguro, BA: ABES. pp. 688-697. (In Portuguese). Vymazal, J. (1990). Use of reed-bed systems for the treatment of concentrated waste from agriculture. In: International Conference on the Use of Constructed Wetlands in Water Pollution Control. Proceeding. Cambridge, UK: IAWPRC. Pp. 347-358. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 55 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D ANEXO 4 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO POR ZONA DE RAÍZES: ANÁLISE COMPARATIVA DE SISTEMAS INSTALADOS NO ESTADO DE SANTA CATARINA Débora Parcias Olijnyk(1) Engenheira Sanitarista e Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Mestranda em Engenharia Ambiental pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental (PPGEA/UFSC). Bolsista Capes. Pablo Heleno Sezerino Engenheiro Sanitarista, Mestre em Engenharia Ambiental e Doutor em Engenharia Ambiental pela UFSC com Doutorado Sanduíche na Universidade Técnica de Munique (TUM – Alemanha). Coordenador do Curso Superior de Tecnologia em Saneamento Ambiental e Professor do Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade do Oeste de Santa Catarina (Unoesc –Videira). Fernando Resende Fenelon Graduando em Engenharia Sanitária e Ambiental (UFSC). Bolsista Prosab 5. Bernadete Panceri Mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental pela UFSC. Agente técnico de nível superior da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. Luiz Sérgio Philippi Engenheiro Civil pela UFSC. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). 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 Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Endereço(1): Universidade Federal de Santa Catarina – Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – Grupo de Estudos em Saneamento Descentralizado – Campus Universitário – Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88049-970. Fone/Fax: (48) 3331-7696. E-mail: [email protected]. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 56 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO POR ZONA DE RAÍZES: ANÁLISE COMPARATIVA DE SISTEMAS INSTALADOS NO ESTADO DE SANTA CATARINA CONSIDERAÇÕES INICIAIS E OBJETIVOS Os sistemas de tratamento são ditos naturais quando se baseiam na capacidade de ciclagem dos elementos contidos nas águas e nos esgoto em ecossistemas naturais, sem o fornecimento de qualquer fonte de energia induzida para acelerar os processos bioquímicos, os quais ocorrem de forma espontânea. Dentro desta concepção, enquadram-se os sistemas conhecidos como zonas de raízes (Sezerino, 2006). As zonas de raízes, classificadas como wetlands construídos de escoamento subsuperficial de fluxo horizontal, são sistemas empregados no tratamento de água e no tratamento de esgotos domésticos, industriais e agrícolas. Para o tratamento de esgotos, possuem maior aplicação ao nível secundário em áreas periféricas aos centros urbanos e áreas rurais. Estes sistemas têm mostrado adaptarem-se a diferentes situações e arranjos, apresentando elevada performance de tratamento. A associação de tanques sépticos (tratamento primário) seguido por zona de raízes (tratamento secundário) já foi estudo de vários trabalhos e se apresenta como uma alternativa viável e eficiente para o saneamento rural do Brasil (Philippi et al., 1999). Os sistemas naturais de tratamento são dependentes das condições ambientais em que se inserem. Este fato evidencia a necessidade de estudos a longo prazo para uma identificação do papel dos diferentes elementos atuantes no tratamento, destacando-se o material filtrante, as macrófitas e a vida útil do sistema. Estes estudos podem permitir a otimização das performances de tratamento e, conseqüentemente, a adequação de critérios de dimensionamento e operação. Este trabalho tem como objetivo analisar o funcionamento de sistemas zona de raízes para o tratamento de esgoto em sistemas implantados em diferentes municípios do Estado de Santa Catarina, destacando-se os problemas encontrados e considerando-se sua susceptibilidade às variantes climáticas locais e construtivas, tais como, dimensionamento, material de recheio utilizado, planta utilizada, entre outras. METODOLOGIA UTILIZADA O estudo foi desenvolvido em sistemas zona de raízes implantados pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina – EPAGRI. As unidades que tratam esgoto estão instaladas nas seguintes localidades: Agronômica (latitude: 27º15’54”S; longitude: 49º42’40”W; altitude: 347m e temperatura média: 25 ºC); Videira (27º00’30”S; 51º09’06”W; 750m e 10 ºC a 20ºC); Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 57 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Balneário Camboriú (26º59’26”S; 48º38’05”W; 18m e 18 ºC a 29 ºC); Tubarão (28º28’00”S; 49º00’25”W; 9m e 23 ºC) e São Joaquim (28º17’38”S; 49º55’54”W; 1.353m e 14,2 ºC). A Tabela 1 destaca algumas características destes sistemas. Local Agronômica Videira Tabela 1 – Sistemas de tratamento de esgotos e suas características. Data População Dimensões Leito filtrante implantação atendida (em metro)* Areia grossa, saibro 74 pessoas Janeiro 1994 26,0 x 13,0 x 0,70 com até 20% de argila + 600L/d e casca de arroz Areia grossa, saibro com mais de 20% de Agosto 2001 50 pessoas 10,0 x 5,0 x 0,70 argila e casca de arroz Balneário Camboriú Setembro 2003 24 pessoas 4,0 x 2,0 x 0,70 (2 unidades em paralelo) Tubarão Dezembro 2002 150 pessoas 12,0 x 6,0 x 0,70 São Joaquim Julho 2004** 50 pessoas 9,5 x 4,5 x 0,70 Areia grossa, saibro com até 20% de argila e casca de arroz Areia grossa, saibro, argila e casca de arroz Areia grossa, saibro, argila e casca de arroz Planta Zizanopsis bonariensis Zizanopsis bonariensis Eleocharis interstincta e Eleocharis elegans Zizanopsis bonariensis Zizanopsis bonariensis * Comprimento x Largura x Profundidade. Todos os sistemas de tratamento de esgotos são compostos de tanque séptico seguido por zona de raízes, recebendo esgoto doméstico, exceto para o sistema de Agronômica que, além do esgoto doméstico, recebe, ainda, o efluente proveniente do processamento de queijo. Fotos ilustrativas dos sistemas estão apresentadas na Figura 1. Todas as unidades, com exceção da unidade de Balneário Camboriú, estão instaladas em Centros de Treinamento da Epagri, enquanto que a de Balneário Camboriú está instalada numa pousada. Assim sendo, em Balneário Camboriú o sistema foi dimensionado para atender a capacidade máxima da pousada e nos Centros de Treinamento o dimensionamento levou em consideração o número de leitos, a capacidade do refeitório e a contribuição industrial para o caso da unidade de Agronômica. Todos os sistemas apresentam como característica a sazonalidade no número de pessoas, como por exemplo, o sistema de Balneário Camboriú que só atinge capacidade máxima nos meses de verão e os Centros de Treinamento que passam por períodos com capacidade total completa e outros dias somente com os funcionários do local. Para as coletas de amostras, dois pontos foram escolhidos em cada sistema: entrada e saída da zona de raízes. As amostras foram coletadas mensalmente de outubro de 2005 a outubro de 2006. Os seguintes parâmetros foram analisados: pH, DQO, DBO, SS, ST, N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4, Coli totais e E. coli. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 58 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO A B D G ESA D C E Figura 1: Fotos das unidades de zona de raízes em estudo. (a) Agronômica; (b) Videira; (c) Balneário Camboriú; (d) Tubarão e (e) São Joaquim. RESULTADOS OBTIDOS Os valores médios da entrada e da saída das zonas de raízes dos parâmetros estudados e os valores de eficiência alcançados estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2 – Eficiência de remoção e médias dos valores de entrada e saída dos sistemas de tratamento de esgoto. Parâmetro Agronômica Videira B. Camboriú Tubarão São Joaquim 5,6 – 6,0 6,5 – 6,2 7,6 – 7,2 6,3 – 6,1 7,1 – 6,4 pH 98% 78% 57% 89% 85% DQO (mg/L) 1698 – 30 421 – 93 598 – 254 676 – 76 414 – 64 97% 79% 61% 92% 75% DBO (mg/L) 894 – 27 280 – 59 295 – 116 326 – 27 207 – 52 70% 84% 88% 58% --SS (mg/L) 273 – 81 90 – 14 451 – 82 41 – 17 44% 14% 59% 25% --ST (mg/L) 882 – 494 681 – 588 818 – 339 453 – 338 70% 55% 20% 50% 46% NH4-N (mg/L) 61 – 18 77 – 35 94 – 75 28 – 14 34 – 23 0,08 – 0,05 0,09 – 0,12 0,13 – 0,20 0,01 – 0,01 0,10 – 0,22 NO2-N (mg/L) 3,0 – 1,9 8,4 – 13,4 3,7 – 4,7 3,0 – 1,4 1,5 – 5,8 NO3-N (mg/L) 40% 78% 40% 55% --PO4-P (mg/L) 30,5 – 18,3 33,5 – 7,4 28,7 – 17,2 21,5 – 9,7 1,87 log’s 0,91 log’s 1,38 log’s 1,09 log’s 1,06 log’s Coli total 6,28 – 4,41 6,28 – 5,37 7,21 – 5,83 6,77 – 5,68 7,16 – 6,09 (NMP/100mL) 1,53 log’s 2,10 log’s 1,50 log’s 1,51 log’s 0,89 E. coli 6,62 – 5,09 4,96 – 2,86 5,94 – 4,44 5,78 – 4,27 6,37 – 5,48 (NMP/100mL) Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 59 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Na Tabela 2 podem ser observados os valores de eficiência de todos os sistemas para vários parâmetros e pode-se perceber que o efluente de Agronômica se destaca mesmo recebendo as maiores concentrações afluentes e mesmo sendo o sistema mais antigo. Durante os quase 13 anos de funcionamento não houve colmatação no leito filtrante e nem problemas operacionais. Neste caso, o bom funcionamento e desempenho desta unidade se deram em função da grande relação área/pessoa (aproximadamente 4,25m²/pessoa), da manutenção periódica do sistema e do perfeito funcionamento do tanque séptico. As zonas de raízes de Videira e de São Joaquim apresentaram problemas de colmatação desde sua implantação. A zona de raízes de Videira apresentou este problema próximo aos 4 anos de início de funcionamento, acarretando em escoamento superficiais. O sistema de São Joaquim também apresentou o problema de colmatação, mas este ocorreu bem antes, próximo à 1 ano de funcionamento, quando parte do material filtrante teve que ser trocado. Hoje, pouco mais de 1 ano desde a última troca o sistema começa a demonstrar novo problema de colmatação. Langergraber et al. (2003) afirmam que este fenômeno é induzido pela deposição de sólidos orgânicos e inorgânicos na superfície dos filtros, pela produção de biomassa em excesso devido ao crescimento de microrganismos, pelo crescimento demasiado das raízes das macrófitas e pela compactação do maciço filtrante. Neste caso percebeu-se visualmente que o esgoto chega com uma velocidade muito alta no tanque séptico, fazendo com que os sólidos não decantem e fiquem retidos nas primeiras camadas do leito filtrante da zona de raízes. O problema de colmatação pela deposição de sólidos na zona de raízes de São Joaquim foi observado visualmente, apesar dos resultados das análises de sólidos totais e suspensos afluentes a esta unidade apresentarem baixos valores (Tabela 2). A característica mais marcante destes dois municípios (Videira e São Joaquim) em relação aos outros estudados são as temperaturas mais baixas (valores médios). Este fator pode ter contribuído para os problemas anteriormente descritos. As baixas temperaturas também podem ter influenciado nas menores remoções de E. coli nestes sistemas. A zona de raízes de Balneário Camboriú é a que apresenta os piores valores de concentrações efluentes e eficiências. Uma característica deste sistema destacada na Tabela 1 são as macrófitas utilizadas no mesmo: Eleocharis interstincta e Eleochari elegans. Em um trabalho desenvolvido por Mazzola et al. (2005), onde os autores avaliaram sistemas verticais de zona de raízes com diferentes macrófitas (Typha sp e Eleocharis sp), foi possível concluir que a primeira planta estudada apresentou melhores eficiências na remoção de nitrogênio e fósforo, além de possuírem uma grande diferença de produção de biomassa. Em relação à remoção de nutrientes, Agronômica e São Joaquim apresentaram boas remoções em termos de P-PO4, enquanto que Videira e Balneário Camboriú não. Já em relação à remoção de NUniversidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 60 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D NH4, os resultados foram satisfatórios somente para Agronômica e Tubarão. Videira, Balneário Camboriú e São Joaquim lançam efluentes que não atendem a legislação (CONAMA 357/05), com destaque a Balneário Camboriú que apresenta uma concentração nitrogênio amoniacal de 75mg/L no seu afluente, valor muito acima do limite máximo estipulado pela legislação. Segundo a legislação do Estado de Santa Catarina, através do Decreto 14.250/81, que regulamenta dispositivos da Lei 5.793/80 referentes à proteção e à melhoria da qualidade ambiental, o lançamento de efluentes deve atender o valor máximo de DBO de 60mg/L ou uma eficiência de 80%. Novamente o sistema de Balneário Camboriú não se enquadra. CONCLUSÕES/RECOMENDAÇÕES Com base nos resultados obtidos a partir do monitoramento realizado no período de 1 ano em 5 unidades de zona de raízes distribuídas pelo Estado de Santa Catarina, pode-se concluir que: • A relação área/pessoa influi fortemente na eficiência e vida útil do sistema; • As condições climáticas devem ser levadas em consideração no momento de dimensionamento destas unidades de tratamento; • Um bom funcionamento e manutenção dos tanques sépticos deveriam responder por uma maior eficiência da zona de raízes em função da remoção de sólidos suspensos. No caso do sistema de São Joaquim, o não funcionamento adequado do tanque séptico tem sido um dos grandes fatores da colmatação ocorrida; • Um estudo mais detalhado deve ser realizado sobre as macrófitas Eleocharis interstincta e Eleocharis elegans plantadas no sistema de Balneário Camboriú, como, por exemplo, um estudo comparativo entre estas plantas e Zizanopsis bonariensis e também um melhor estudo sobre o funcionamento do tanque séptico. Desta forma poderá ser melhor afirmado o porquê do mal funcionamento desta unidade; • Uma maior atenção no funcionamento dos tanques sépticos e manutenções mais periódicas devem ser realizadas nos sistemas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Langergraber, G.; Harbel, H.; Laber, J.; Pressl, A. (2003). Evaluation of substrate clogging process in vertical flow constructed wetlands. Water Science Technology, v.48, n.5, p.25-34. Mazzola, M.; Roston, D. M.; Valentim, M. A. (2005). Uso de leitos cultivados de fluxo vertical por batelada no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio compartimentado. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.9, n.2, p.276-283. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 61 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO G ESA D Philippi, L. S.; Costa, R. H. R.; Sezerino, P. H. (1999). Domestic effluent treatment through integrated system of septic tank and root zone. Wat. Sci. Tech., v.40, n.3, pp. 125-131. Sezerino, P. H. (2006). Potencialidade dos filtros plantados com macrófitas (constructed wetlands) no pós-tratamento de lagoas de estabilização sob condições de clima subtropical. Tese de Doutorado em Engenharia Ambiental. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, 171p. Universidade Federal de Santa Catarina – Centro Tecnológico Campus Trindade – Florianópolis/SC – CEP 88010-970 Caixa Postal 476 – Tel. +55 48 3721-7696 www.gesad.ufsc.br 62