sistema de tratamento de efluentes com plantas aquáticas

Transcrição

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
MESTRADO PROFISSIONAL
SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES COM
PLANTAS AQUÁTICAS EMERGENTES (PAE) PARA O
PROCESSO DE PARBOILIZAÇÃO DE ARROZ
GUILHERME SCHULZ
Orientadora: Profa. Dra. Nádia Teresinha Schröder
Co-orientadora: Profa. Dra. Liliana Amaral
Canoas, julho de 2009
II
DEDICATÓRIA
Dedico a realização deste trabalho:
a minha esposa Cristiane;
a minha Empresa BIOMA PAMPA;
aos meus Pais;
que tanto apoiaram e incentivaram meu crescimento profissional.
III
AGRADECIMENTOS
a minha esposa Cristiane, pela paciência das aulas e por todo o amor e
incentivo dado;
ao incentivo dado pela minha empresa BIOMA PAMPA.
ao incentivo também dado pela minha família;
a grande ajuda dada pela minha orientadora Profa. Dra. Nádia Schröder;
a ciência da Ecologia;
ao meu trabalho profissional.
IV
SUMÁRIO
1.
Introdução ..................................................................................................... 1
1.1.
Justificativa ............................................................................................................. 3
1.2.
Objetivos .................................................................................................................. 4
1.2.1. Objetivo Geral ....................................................................... 4
1.2.2. Objetivos Específicos ............................................................ 4
2.
Revisão Bibliográfica.................................................................................... 5
2.1.
Tipos de sistemas de tratamento com PAE .......................................................... 6
2.2.
Sistema com Plantas Aquáticas Emergentes (PAE) .......................................... 10
2.2.1. Composição das camadas suporte ..................................... 12
2.2.2. Regime Hidrológico ............................................................. 13
2.2.3. Vegetação ........................................................................... 13
2.2.4. Mecanismos de Remoção de Poluentes ............................. 17
2.2.5. Eficiência da Remoção........................................................ 18
3.
Materiais e Métodos .................................................................................... 20
3.1.
Caracterização da Área de Estudo ...................................................................... 20
3.2.
Diagnóstico Inicial - Sistema de Tratamento de Efluentes ............................... 21
3.3.
Dimensionamento do Sistema PAE Proposto ..................................................... 23
3.4.
Camada Suporte ................................................................................................... 24
3.5.
Seleção de Plantas Aquáticas Emergentes .......................................................... 24
3.6.
Coleta dos Propágulos .......................................................................................... 25
3.7.
Plantio das mudas ................................................................................................. 26
3.8.
Monitoramento ..................................................................................................... 26
4.
Resultados e Discussão ............................................................................... 28
4.1.
Plantas Aquáticas Emergentes ............................................................................ 28
4.1.1. Taboa (Typha dominguensis) .............................................. 28
4.1.2. Espadana (Zizaniposis bonariensis).................................... 29
4.1.3. Junco (Scirpus colifornicus) ................................................ 30
4.2.
Local de coleta ....................................................................................................... 31
4.3.
Camada Suporte ................................................................................................... 31
4.4.
Dimensionamento do Sistema PAE ..................................................................... 34
4.5.
Densidade de plantas aquáticas no Sistema PAE .............................................. 40
4.6.
Monitoramento do efluente .................................................................................. 42
5.
Conclusões .................................................................................................. 57
6.
Trabalhos Futuros ...................................................................................... 59
7.
Referências .................................................................................................. 60
V
Listagem de Figuras
Figura 01: Representação de um Sistema de Fluxo Horizontal típico – folha 08;
Figura 02: Representação de um Sistema de Fluxo Vertical típico – folha 09;
Figura 03: Formas Biológicas das plantas aquáticas – folha 15;
Figura 04: Vista aérea da área de estudo – Folha 20;
Figura 05: Caixa de filtração do efluente bruto presente no sistema antigo –
folha 21
Figura 06: Efluente com arraste de cinza de casca – folha 22
Figura 07: Local de saída do efluente do sistema primário – folha 22;
Figura 08: Lagoas facultativas existentes no antigo sistema – folha 22;
Figura 09: Plantio das muda – folha 26
Figura 10: Taboa (Typha dominguensis) Pers. – folha 29;
Figura 11: Espadana (Zizaniopsis bonariensis) (Balansa & Poitr.) Speg. – folha
30;
Figura 12: Muda de Junco (Scirpus californicus) (C. A. Meyer) Steud – folha
31;
Figura 13: Perfil dos substratos utilizados para composição da camada suporte
– folha 32
Figura 14: Efluente sendo filtrado por peneiras – folha 34;
Figura 15: Tanques de equalização e resfriamento – folha 34;
Figura 16: Construção dos banhados – folha 35;
Figura 17: Construção dos taludes laterais – folha 35;
Figura 18: Impermeabilização com argila – folha 36;
Figura 19: Colocação do substrato brita – folha 36;
Figura 20: Colocação do substrato areia – folha 37;
Figura 21: Colocação de brita e areia – folha 37;
Figura 22: Colocação de pedra calcária – folha 37;
Figura 23: Plantio de mudas de Taboa – folha 38;
Figura 24: Plantio de mudas de Espadana – folha 38;
Figura 25: Plantio e brotação de mudas de Junco – folha 38;
Figura 26: Tubulação de entrada do efluente e pedras irregulares para sua
distribuição no sistema de tratamento – folha 39;
Figura 27: Colocação das tubulações do Efluente – folha 39;
Figura 28: Saída do efluente do sistema de tratamento – folha 40;
Figura 29: Distribuição e distanciamento do plantio das mudas nos banhados –
folha 40;
VI
Figura 30: Distribuição e plantio das mudas de Taboa no banhado 1 – folha 41;
Figura 31: Distribuição e plantio das mudas de Espadana no banhado 2 – folha
41;
Figura 32: Distribuição e plantio das mudas de Junco no banhado 3 – folha 42;
Figura 33: Mortandade de espécimes de Taboa – folha 43;
Figura 34: Presença de plantas invasoras nos banhados PAE – folha 43;
Figura 35: Presença de plantas sagitárias – folha 44;
Figura 36: Presença de pássaros junto aos taludes dos banhados – folha 44;
Figura 37: Presença de pássaros junto à vegetação – folha 45;
Figura 38: Presença de pássaros junto a ETE – folha 45;
Figura 39: Taboa após 15 meses de plantio – folha 46;
Figura 40: Espadana após 15 meses de plantio – Folha 46;
Figura 41: Junco após 15 meses de plantio – Folha 46;
Figura 42: Vista do sistema de tratamento em julho de 2009 – folha 47;
Figura 43: Sistema de filtração de sólidos nos banhados – folha 48;
Figura 44: Borra e limo acumulados – folha 48;
Figura 45: Da esquerda para a direita efluente bruto, efluente tratado PAE 1,
PAE 2 e PAE3 – folha 49;
Figura 46: Muçum (peixe), junto à saída do efluente – folha 49;
Figura 47: Percentuais de remoção dos contaminantes (%) – folha 50;
Figura 48: DBO no efluente bruto e no tratado - folha 52;
Figura 49: DQO no efluente bruto e no tratado – folha 52;
Figura 50: Sólidos suspensos no efluente bruto e no tratado – folha 53;
Figura 51: Fósforo Total no efluente bruto e no tratado – folha 53;
Figura 52: Nitrogênio Amoniacal no efluente bruto e no tratado – folha 55;
Figura 53: Nitrogênio Total no efluente bruto e no tratado – folha 55.
VII
Listagem de Tabelas
Tabela 01: taxa de transferência de O2 por plantas aquáticas emergentes –
Folha 10;
Tabela 02: plantas aquáticas emergentes da região Sul do Brasil – folha 16;
Tabela 03: principais mecanismos de remoção de poluentes – filha 17;
Tabela 04: Eficiência de remoção dos principais parâmetros de monitoramento
– folha 18;
Tabela 05: Composição da Pedra Calcária – folha 32
Tabela 06: Valores dos parâmetros utilizados no Monitoramento do Efluente –
folha 50
Tabela 07: Concentrações de Cálcio no efluente tratado e bruto – folha 54.
VIII
Resumo
O processo industrial de parboilização de arroz produz grandes volumes
de efluentes que contem altas concentrações de fósforo, matéria-orgânica,
nitrogênio e outros contaminantes. Estes efluentes possuem ainda altas
temperaturas e forte odor, que acabam degradando a qualidade ambiental de
águas superficiais e subterrâneas se não forem devidamente tratados. A fim de
evitar a degradação ambiental, as plantas aquáticas emergentes (PAE) têm
sido utilizadas como filtros, em banhados construídos, para o tratamento de
efluentes contaminados. Apresentam como vantagem o baixo custo de
operação, baixo consumo energético e simplicidade operacional. Neste
contexto, o presente trabalho objetivou avaliar a eficiência da Taboa (Typha
dominguensis),
Espadana
(Zizaniopsis
bonariensis)
e
Junco
(Scirpus
californicus) em sistemas para tratamentos de efluentes da indústria de arroz
parboilizado. O sistema de tratamento de efluente, com plantas aquáticas
emergentes, proposto neste estudo, indicou ser eficiente na remoção de
poluentes, mesmo com variações nas condições climáticas e possibilitou a
coexistência de várias espécies de pássaros, apresentando as características
de seus habitats naturais e, conseqüentemente, um local que oferece abrigo e
alimentação para sua sobrevivência e das demais espécies aumentando a
biodiversidade na região.
Palavras-Chaves: plantas aquáticas emergentes – tratamento de efluentes –
indústria de parboilização de arroz – banhados construídos.
IX
Abstract
The process of parboiling rice industry produces large volumes of wastewater
containing high concentrations of phosphorus, organic matter, nitrogen and
other contaminants. These effluents still present high temperatures and strong
odor, which can degradate the environmental quality of surface and
groundwater if not properly treated. In order to prevent environmental
deterioration, emergent aquatic plants (EAP) have been used as filters, built in
wetlands, for the treatment of contaminated effluents. The advantages of its use
are the low cost of operation, low energy consumption and operational
simplicity. In this context, this study aimed to evaluate the efficiency of Taboa
(Typha dominguensis), Espadana (Zizaniopsis bonariensis) and Junco (Scirpus
californicus) in systems for wastewater treatment of the parboiling rice industry.
The effluent treatment system applying emergent aquatic plants proposed in
this study indicated efficient removal of pollutants, even with variations in
climate and the possible coexistence of several species of birds. It shows the
characteristics of their natural habitats, and consequently a place that offers
shelter and food for their survival and other species increase biodiversity in the
region.
Keywords: emergent aquatic plants - wastewater treatment - parboiling rice
industry - wetlands.
1
Sistema de Tratamento de Efluentes com PAE
1.
Introdução
O estado do Rio Grande do Sul é um importante pólo de produção de
alimentos, o que torna a agroindústria a principal atividade econômica da
região. O principal grão processado no estado é o arroz, que chega ao
beneficiamento de 3.442.537 t/ano dos 4.708.695 t/ano de grãos colhidos
representando mais de um terço da produção nacional (IRGA, 2006).
A
produção nacional de arroz, em 2006, somou 11.524.434 toneladas e o
rendimento médio (3.881 kg/ha) foi recorde. Este índice foi fortemente
influenciado pelas lavouras do Rio Grande do Sul, principal produtor nacional e
onde se concentram os 20 municípios maiores produtores de arroz (IBGE,
2006).
A indústria de arroz parboilizado é uma das atividades agroindustriais que
apresenta um forte crescimento no estado do Rio Grande do Sul. O processo
de parboilização constitui-se por três etapas: encharcamento, gelatinização e
secagem para aumentar o valor nutritivo, o rendimento do engenho e a
conservação do produto (AMATO e SILVEIRA FILHO, 1991; GUTKOSKI,
1991). Este processo gera cerca de 4m3 de efluentes por tonelada de grão
industrializado (LOPES et. al., 2001). O tratamento de efluentes gerados nesta
atividade é necessário devido à presença de matéria orgânica e nutrientes
acima dos limites permitidos pela legislação ambiental.
De acordo com Metcalf e Eddy (1991), os efluentes que possuem grandes
concentrações de fósforo, matéria-orgânica, nitrogênio, altas temperaturas e
outros contaminantes, se não forem devidamente tratados, possuem alto
potencial poluidor, degradando a qualidade ambiental de águas superficiais e
subterrâneas.
Geralmente os efluentes da indústria de parboilização de arroz são
tratados por sistemas formados por reatores anaeróbios e por sistemas de
lodos ativados. Estas tecnologias geralmente se mostram satisfatórias, mas
exigem investimentos altos e corpo técnico qualificado na operação destes
sistemas. Os sistemas anaeróbios têm sido muito empregados no tratamento
de efluentes de indústrias alimentícias, principalmente através da utilização de
reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB), que tem uma larga aceitação
em razão da comprovada eficiência na remoção de carga orgânica de diversos
efluentes. Entretanto, os sistemas anaeróbios não são eficientes na remoção
de nutrientes, e os efluentes agroindustriais tratados nestes sistemas
normalmente necessitam de tratamento complementar (WEF, 1994).
A utilização de plantas aquáticas em estações de tratamento de efluentes
vem sendo estudada e aplicada principalmente nos Estados Unidos e na
Alemanha. No estado do Rio Grande do Sul, a tecnologia de utilizar plantas
aquáticas para tratar efluente vem sendo pesquisada para os efluentes da
indústria de pescados, frigoríficos, celulose e papel e domésticos iniciados em
1997 no Laboratório de Celulose e Efluentes do Instituto Federal Sul RioGrandense (IFSul ), campus Pelotas/RS (SCHULZ, 1998).
Plantas Aquáticas Emergentes (PAE) são àquelas plantas que projetam
suas raízes no interior do solo e mantém suas principais superfícies
fotossintéticas projetadas acima do nível d’água, permanentemente ou na
maior parte do tempo (IRGANG e GASTAL, 1996).
Os sistemas de tratamento de efluentes que utilizam as plantas aquáticas
emergentes ou wetlands apresentam um grande potencial para serem
utilizados em atividades industriais, domésticas e agrícolas, como póstratamento de efluentes de reatores anaeróbios ou mesmo para etapa única de
tratamento secundário. Estes sistemas visam geralmente à remoção de cor,
sólidos suspensos, matéria orgânica, nutrientes, metais, patogênicos, entre
outros parâmetros (WEF, 1990).
O sistema de plantas aquáticas emergentes apresenta características
semelhantes à de um banhado natural. O uso intencional de banhados naturais
para tratamento de efluentes não é permitido, pelos efeitos deletérios que
podem causar à flora e á fauna, sem um monitoramento, impermeabilização e
dimensionamento corretos (CALHEIROS et. al, 2007).
As plantas aquáticas emergentes mais utilizadas em wetlands para
tratamento de efluentes são a Typha sp., Phragmites spp. e Scirpus sp.
(KASEVA, 2004).
Segundo WEF (1994) existem dois grandes sistemas de tratamento com
plantas aquáticas:
2
1) Lagoas com plantas aquáticas submersas e/ou flutuantes: estes
sistemas se caracterizam por possuir lâmina d’água e por não utilizarem
camadas suporte de substrato, sendo utilizadas plantas aquáticas
submersas ou plantas flutuantes. Estas são mais comuns neste tipo de
tratamento e as mais utilizadas são os aguapés (Eicchornia spp.). A
utilização desses aguapés nunca alcançou os resultados desejados e a
formação de biomassa em excesso sempre foi um ponto contrário neste
tratamento, inviabilizando-o.
2) Wetlands, lagoas ou banhados com plantas aquáticas emergentes:
nos sistema de lagoas com plantas aquáticas emergentes, os níveis
aquáticos e as taxas de fluxo podem ser facilmente controlados e
monitorados. O tipo de camada suporte e vegetação são selecionados a
partir das suas capacidades de se adaptarem ao sistema e à remoção dos
constituintes do efluente. O sistema de tratamento é dimensionado para
condições específicas do local de implantação, o que permite sua
construção em praticamente qualquer tipo de terreno e de clima, chegando
a ter altos índices de remoções até em temperaturas congelantes, pela
parte subterrânea dos vegetais. Estes sistemas se caracterizam por possuir
camadas suporte de substrato para as plantas e pouco ou nenhum nível de
lâmina d’água.
1.1.
Justificativa
O tratamento de efluentes é uma exigência dos órgãos de controle
ambiental, portanto, nada mais indicado que tratá-lo de uma maneira biológica,
limpa e flexível, com um consumo mínimo de energia, fazendo uso de sistemas
naturais e recursos regionais. Por isso, busca-se obter dados relativos à
construção e ao monitoramento de sistemas que mantenham as mesmas
características dos banhados naturais, mas que possam receber uma carga
maior do efluente, em uma menor área.
A tecnologia proposta, neste estudo, para tratar os efluentes da
parboilização de arroz, se baseia na utilização de plantas aquáticas
emergentes (PAE) dispostas em banhados, por ser uma tecnologia de baixo
custo e por apresentar custos menores que os usuais, (UASB e Lodos
3
Ativados), principalmente pela baixa manutenção e pelo menor investimento
inicial.
Assim sendo, as empresas do estado do Rio Grande do Sul podem fazer
uso de uma tecnologia limpa e se adequar a Portaria no 128/2006 do Conselho
Estadual de Meio Ambiente - CONSEMA, que exige, de fontes poluidoras, o
tratamento de efluentes domésticos e industriais em padrões bastante rígidos,
principalmente para DQO (Demanda Química de Oxigênio), nitrogênio e
fósforo.
1.2.
Objetivos
1.2.1.
Objetivo Geral
Avaliar o desempenho de plantas aquáticas emergentes no sistema de
tratamento de efluente da indústria de parboilização de arroz.
1.2.2.
Objetivos Específicos
1. Selecionar as espécies nativas de plantas aquáticas enraizadas que
possam ser utilizadas em sistemas de tratamento de efluentes;
2. Determinar as características da camada suporte necessárias ao
enraizamento das plantas;
3. Determinar a capacidade de remoção dos contaminantes pelas plantas
aquáticas emergentes selecionadas;
4. Determinar a densidade vegetal necessária para a remoção dos
contaminantes no sistema em estudo;
5. Dimensionar o sistema de tratamento em estudo;
6. Analisar os parâmetros pH, DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio),
DQO, Nitrogênio, Fósforo, Sólidos e monitorá-los pelo período de oito
meses, visando atender as exigências dos Órgãos Ambientais.
4
2.
Revisão Bibliográfica
Os sistemas de tratamento com plantas aquáticas emergentes recebem
denominações específicas de acordo com as suas localizações geográficas. No
Reino Unido, são utilizados os termos Wetlands ou Root Zone. Na Alemanha,
utiliza-se a sigla PKA (PflanzenKläranlage) e no Brasil, existem várias
denominações como Terras Úmidas, Banhados Construídos, Zona de Raízes,
entre outras (WEF, 1990).
No Brasil grandes avanços em pesquisa e desenvolvimento de processos
e técnicas de tratamento de águas residuárias têm sido direcionados tanto para
sistemas de grande porte e de maior complexidade, quanto de pequeno porte,
baixo custo e simplicidade operacional, tais como: tanques sépticos, lagoas de
estabilização, reatores anaeróbios, disposição nos solos e leitos cultivados.
Estes, no Brasil, são sistemas que ainda são pouco estudados, ao menos na
exploração de todo o seu potencial (MAZZOLA, 2005).
Os chineses, provavelmente, foram os primeiros a usarem as plantas
aquáticas no tratamento de águas residuárias, mas, cientificamente, Seidel, em
1952, na Alemanha, foi o primeiro a utilizar planta aquática na remoção de
fenol por Scirpus lacustris, utilizando brita como camada suporte. Seidel
realizou, também, outros experimentos usando leitos com brita cultivados com
plantas aquáticas emergentes: Phragmites australis, Iris sp., Schoeneplectus
sp, Typha sp. Nos anos 70 Kickuth, também na Alemanha, utilizou leitos com
silte de alta quantidade cultivados com P. australis para tratar efluentes
municipais. Nos Estados Unidos, os leitos cultivados tornaram-se mais
conhecidos a partir dos estudos de Wolverton, em 1988, para a Agência
Espacial Norte Americana (NASA) onde foi testado o uso do tanque séptico
associado aos leitos cultivados no tratamento de efluentes de casas não
servidas pela rede de captação pública (MAZZOLA, 2003).
Campos et al. (2002) avaliaram o uso de sistemas de leitos cultivados, em
escala piloto, como tratamento do chorume gerado no Aterro Sanitário de Piraí,
RJ. Cita, também, Souza e Bernardes que trataram o esgoto doméstico de uma
comunidade próxima a Brasília, DF, por uma combinação de reator anaeróbio
5
de fluxo ascendente (UASB) e pós-tratamento em leitos cultivados de fluxo
sub-superficial com Typha latifolia. Cita, ainda, Sezerino et al. que avaliaram o
potencial dos leitos cultivados no tratamento de efluente de lagoa de
estabilização que tratava dejetos de suínos.
Segundo Mazzola (2005) têm-se utilizado leitos cultivados de fluxo
horizontal no tratamento de efluente de reator anaeróbio compartimentado.
Esses sistemas se mostraram muito promissores devido à alta remoção da
matéria orgânica, fácil implantação e baixo custo.
2.1.
Tipos de sistemas de tratamento com PAE
Segundo Cooper (1998), basicamente, existem dois grandes sistemas de
tratamento que utilizam com plantas aquáticas emergentes:
1) Sistemas de Superfície Aquática Livre (SAL): nestes sistemas, o efluente
circula somente sobre a superfície do solo, como nos banhados naturais, por
um canalete controlado. A água pode ser perdida, do sistema, por
evapotranspiração e por infiltração. A percentagem de perda d’água por
evapotranspiração será significativa dependendo dos níveis de carregamento
hidráulico e de condições climáticas. Nos sistemas SAL, a profundidade de
água varia de 0,4 m a 2,0 m, com uma profundidade média de 1,0 m. Os
sistemas SAL podem ser naturais com utilização de substrato natural ou
construído, onde, geralmente, é utilizado uma lona plástica ou materiais
argilosos para impermeabilização do terreno.
2) Sistema de Fluxo Sub-Superficial (FSS): neste sistema, o efluente circula
através de uma matriz porosa de areia grossa ou brita, na qual estão presentes
as raízes das plantas aquáticas. As perdas de água por evapotranspiração
também são significativas.
Segundo Cooper (1993 e 1998), o sistema FSS pode ser dividido em dois
tipos:
a) Sistema de Fluxo Horizontal (SFH): este sistema é chamado desta forma
porque o efluente percorre vagarosamente todas as camadas do solo artificial e
desloca-se no sentido horizontal, desde a entrada até a saída do sistema.
6
Durante este percurso, o efluente passa por zonas aeróbias, anaeróbias e
anóxias (Figura 01).
Na rizosfera, ao redor das raízes e dos rizomas das plantas, é formada
uma zona aeróbia. Nesta zona, existe uma intensa vida microbiológica,
favorecida pela capacidade de transporte do oxigênio atmosférico pelas plantas
emergentes, por suas folhas, caules e hastes, até a zona de raízes. É nesta
zona que ocorre a oxidação da matéria orgânica pelas bactérias heterotróficas,
a oxidação do nitrogênio amoniacal a nitrito e a nitrato pelas bactérias
autotróficas e a volatilização da amônia.
Na zona anóxica, ocorre à transformação do nitrato em nitrito e este a
nitrogênio gasoso, pelas bactérias heterotróficas e a oxidação da matéria
orgânica, utilizando o nitrato como receptor de elétrons.
Na zona anaeróbia, os índices de remoção de DBO são alcançados devido
à alta capacidade de decomposição das bactérias anaeróbias (DAVIES et. al,
2006).
Segundo o mesmo autor, os SFH são eficientes na remoção de matéria
orgânica, fósforo e sólidos suspensos totais (SST) como sistema secundário de
tratamento, mas tendem a ter uma limitação no fornecimento de oxigênio, onde
as plantas aquáticas podem não suprir a taxa de oxigênio requerida pela carga
do efluente.
Portanto, não são eficientes para promover a nitrificação em
efluentes, devido a sua limitada capacidade de transferir oxigênio atmosférico
até a zona de raízes, tendo uma baixa capacidade de transferência de oxigênio
(CTO).
Uma grande variedade de plantas aquáticas pode ser usada no tratamento de
águas residuárias em sistemas alagados construídos com fluxo sub-superficial
horizontal. Todavia, é necessário que essas plantas apresentem tolerância às
condições de alagamento contínuo conjugado com altas concentrações de
poluentes presentes em águas residuárias ou águas de enxurradas (BRASIL e
MATOS, 2007).
7
8
As características do SFH são:
•
Os rizomas crescem vertical e horizontalmente, abrindo espaços nas
camadas do substrato, produzindo caminhos hidráulicos;
•
Na área em torno dos rizomas, há grande proliferação de populações
bacterianas anaeróbias e aeróbias. O processo aeróbio acontece próximo
das raízes e rizomas, enquanto os processos anaeróbios e anóxicos
acontecem nas áreas distantes dos rizomas;
•
Na superfície da camada suporte destes sistemas, aparecem materiais
como palhas, folhas e ramificações mortas, que são aerobiamente
degradadas, que podem aumentar a concentração de sólidos suspensos
no efluente final.
Figura 01: representação de um Sistema de Fluxo Horizontal típico.
b) Sistema de Fluxo Vertical (SFV): os princípios deste sistema são similares
ao
de
um
filtro
biológico.
O
efluente
a
ser
tratado
é
distribuído
intermitentemente sobre a superfície da camada suporte, inundando-a
uniformemente. Após, o efluente é drenado gradualmente, atravessando todas
as camadas do leito construído, no sentido vertical. A vazão deve ser
controlada de modo que garanta que o efluente percorra todas as camadas
antes de uma nova distribuição, permitindo que os espaços vazios sejam
novamente preenchidos pelo ar. Este procedimento de inundação intermitente
conduz a uma boa transferência de oxigênio. As bactérias responsáveis pela
remoção de DBO e pela nitrificação estão presentes em todas as camadas do
leito. As plantas aquáticas, neste sistema apresentam maior taxa de
transferência de oxigênio para a rizosfera. Entretanto, este sistema não possui
grande capacidade de oxidação da matéria orgânica (MOLLE et al, 2006)
(Figura 02).
As principais características do SFV são:
•
A camada suporte, para as plantas, é constituída por sucessivas camadas
de areia, brita e pedras maiores.
•
As pedras maiores são distribuídas, normalmente, no fundo do leito, em
torno do sistema de drenagem.
•
O plantio das plantas aquáticas se dá na camada de areia grossa, que
compõe a superfície da camada suporte;
•
O controle da vazão é fundamental para atingir as taxas de transferência
de oxigênio desejadas. A camada suporte nunca deve estar saturada com
efluentes.
Figura 02: representação de um Sistema de Fluxo Vertical típico.
9
Cooper (1998) descreve um terceiro tipo de sistema, o Combinado ou
Híbrido, que consiste na utilização conjunta do SFH e do SFV, porém
construídos em células diferentes do mesmo sistema de tratamento.
c)
Sistema Combinado ou Híbrido: este sistema foi idealizado para corrigir
as deficiências da capacidade de transferência de oxigênio ser limitada em
SFH e pela pequena capacidade de oxidação da matéria orgânica em SFV.
Desta forma um Sistema Híbrido é composto por várias células, onde,
normalmente, as primeiras células são de Fluxo Horizontal (SFH) para receber
a maior carga orgânica, as células intermediárias são de Fluxo Vertical (SFV)
para promover a nitrificação e, as últimas, são novamente células de Fluxo
Horizontal (SFH) para realizar a denitrificação.
Em relação à capacidade de transferência de oxigênio pelas plantas, os
valores existentes na literatura são bastante variados. A Tabela 1 apresenta os
resultados de experimentos de alguns autores citados por Platzer, 1996.
TABELA 1: taxa de transferência de O2 por plantas aquáticas emergentes
Transferência de Oxigênio
Referência
(g O2/m2d)
4-5
Hofmann, 1992
5-25
Kikuth, 1980
0.02
Brix & Schierup, 1990
4.5-15
Kramer, 1990
4.32
Fonte: Platzer, 1996
2.2.
Lawson, 1985
Sistema com Plantas Aquáticas Emergentes (PAE)
Os três principais fatores que influenciam o desempenho de um sistema
PAE são: a camada suporte, o regime hidrológico e a vegetação. A interação
destes três fatores é que, realmente, determina a eficiência de remoção dos
contaminantes dos efluentes (COOPER, 1993).
10
11
A remoção de nutrientes, matéria orgânica e organismos patogênicos do
efluente são, diretamente, influenciados pelos seguintes fatores (WEF, 1993):
•
Nível de crescimento das plantas;
•
Densidade das plantas por unidade de área;
•
Capacidade de transferência de oxigênio para a zona de raízes;
•
Capacidade de remoção de nutrientes pelas plantas;
•
Composição do efluente;
•
Regime hídrico adotado;
•
Materiais utilizados na construção da camada suporte;
•
Clima.
Os wetlands ou sistemas de tratamento com plantas aquáticas
emergentes apresentam algumas vantagens, quando comparados aos
sistemas convencionais de tratamento (MATAMOROS et. al, 2008):
•
Pequena
área
requisitada,
comparada
a
sistemas
naturais
de
tratamento, como lagoas facultativas;
•
Facilidade de construção;
•
Baixo valor do investimento global;
•
Baixo consumo energético;
•
Alta eficiência na remoção de poluentes específicos;
•
Desprezível geração de lodo a ser descartado;
•
Desprezível geração de odor;
•
Baixa geração de biomassa em excesso;
•
Boa tolerância das plantas à salinidade e a variações de pH;
•
Flexibilidade quanto ao tipo de efluente a ser tratado.
Segundo Mannarino (2006) ressalta-se ainda o custo relativamente baixo
de implantação de tais sistemas e a pouca demanda técnica para sua
operação, bastante adequados às condições da maioria dos municípios
brasileiros, de forma geral carentes de recursos e de corpo técnico
especializado. Isso não significa que os wetlands podem ser construídos e
deixados à sua própria sorte, sem nenhum tipo de cuidado.
12
2.2.1.
Composição das camadas suporte
Segundo Kadlec citado por WEF (1994), a constituição da camada
suporte é fundamental para a construção do sistema com plantas emergentes.
Sendo que o tipo e a textura das camadas afetam física, química e
biologicamente os mecanismos de remoção dos constituintes do efluente.
Em Sistema de FSS, comumente, são utilizados seixos, britas, areia e
saibro como camada suporte e substrato agrícola como camada de
enraizamento (GERBER, 2002).
Kadlec citado por Giovannini (1997), as propriedades desejadas dos
constituintes da camada suporte são:
• Permeabilidade: que permita o livre escoamento do efluente entre os
materiais que compõem a camada suporte;
• Sustentação das plantas adultas: que permita a sustentação necessária
para o desenvolvimento das plantas até a idade adulta;
• Favorecimento ao desenvolvimento das raízes: que as raízes das plantas
selecionadas possam atingir o grau de tratabilidade proposto pelo projeto;
• Neutralidade:
que
o
material
selecionado
não
deve
influenciar,
negativamente, nas características do efluente utilizado;
• Capacidade de filtração: que a distribuição das camadas dos substratos
esteja diretamente ligada à capacidade de remoção, principalmente, dos
nutrientes do sistema;
• Facilidade de aquisição e manejo: que a fácil aquisição dos materiais
utilizados seja decisiva para sua aplicabilidade no projeto. Os materiais
utilizados devem ser de fácil manejo, não apresentando características nocivas
aos operários, na construção e operação do sistema.
Os materiais mais utilizados como camadas suportes nos sistemas de
tratamento com plantas aquáticas emergentes no Brasil são a brita e a areia.
Na Europa são utilizados seixos de rio, pedra vulcânica, brita, areia, húmus,
entre outros materiais, que são selecionados, normalmente pela disponibilidade
no local, pelo custo de aquisição e pela disponibilidade do uso (GERBER,
2001).
2.2.2.
Regime Hidrológico
Segundo Aracelly e Garcia (2006), um estudo hidrológico compreende a
avaliação do fluxo interno de água superficial, precipitação, fluxo interno da
água no solo, evapotranspiração, fluxo externo de água superficial e
infiltrações. Em relação às respostas da vegetação ao regime hídrico,
genericamente é dito que as plantas aquáticas possuem extrema plasticidade,
a qual pode ser fisiológica, morfológica e fenológica. O hidroperíodo, desta
forma, além de influenciar as possibilidades plásticas e fenotípicas de uma
dada espécie, é considerado também como fator selecionador de espécies
afetando diretamente a sua distribuição espacial e temporal.
Uma exata estimativa de remoção da massa de nutrientes requer
considerações importantes por perdas por evapotranspiração que pode causar
perdas significativas de água, causando o aumento de concentração dos
constituintes do efluente (Allen et al., citado por GIOVANNINI, 1997).
O nível d’água é considerado o aspecto mais crítico para a sobrevivência
das mudas durante o primeiro ano após o plantio. Espécies emergentes de
banhado, nesta perspectiva, devem ser cultivadas em substrato úmido, mas
não inundado para crescerem e gerarem brotos com folhas que possam estar
acima do nível de inundação. O substrato deve estar somente saturado, não
inundado, e conforme as plantas crescerem o nível de água poderia ser
elevado proporcionalmente (Allen et al., citado por GIOVANNINI, 1997).
A completa submergência dos propágulos plantados pode reduzir o
sucesso de Typha sp., introduzida neste sistema. Isto acontece porque o O2
não está disponível para a respiração destas mudas. Já na brotação, os brotos
podem se desenvolver e emergir, pois estão recebendo O2 das plantas
originais (WEF, 1994).
2.2.3.
Vegetação
A vegetação de banhados é genericamente denominada de plantas
aquáticas ou macrófitas aquáticas, podendo ser agrupada em formas
biológicas dadas por categorias de posição relativa ao gradiente físico nível
d’água. Baseando-se neste contexto diferenciam-se sete formas biológicas
principais: anfíbias, flutuantes fixos, flutuantes livres, submersas fixos,
13
submersas livres, epífitas e emergentes ou enraizadas (Figura 03) (IRGANG e
GASTAL Jr., 1996).
Uma das primeiras menções ao termo plantas aquáticas foi proposta por
Weaner e Clements em 1938, que as definiram de maneira muito ampla: como
sendo plantas herbáceas que crescem na água, em solos cobertos por água ou
em solos saturados com água (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).
Plantas aquáticas são consideradas os vegetais visíveis a olho nú com
partes fotossinteticamente ativas, permanentemente, ou por diversos meses,
total ou parcialmente submersas em água doce ou salobra, podendo ainda ser
flutuantes (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).
Dada à heterogeneidade filogenética das plantas aquáticas, estes
vegetais são perfeitamente classificados quanto ao seu biótopo. Esta
classificação, segundo Irgang e Gastal Jr. (1996) reflete a adaptação dessas
plantas ao meio aquático. Abaixo estão relacionados os principais grupos de
plantas aquáticas quanto ao seu biótopo:
a)
Plantas aquáticas emersas ou emergentes: plantas enraizadas no
sedimento e com folhas fora d’água. Ex.: Typha, Scirpus, Pontederia,
Echinodorus etc.
b)
Plantas aquáticas com folhas flutuantes: plantas enraizadas no
sedimento e com folhas flutuando na superfície d’água. Ex.: Nymphaea,
Vitoria e Nymphoides.
c)
Plantas aquáticas submersas enraizadas: plantas enraizadas no
sedimento que crescem totalmente submersas na água. Podem crescer
até 11m de profundidade, dependendo da disponibilidade de luz. A
maioria tem seus órgãos reprodutivos flutuando na superfície ou aéreos.
Ex.: Potamogeton, Myriophyllum, Elodea, Egeria.
d)
Plantas aquáticas submersas livres: são plantas que tem rizóides
pouco desenvolvidos e que permanecem flutuando submergidas na água
em locais de pouca turbulência. Geralmente ficam presas aos pecíolos
das e talos das plantas aquáticas de folhas flutuantes e nos caules das
plantas aquáticas emersas. Durante o período reprodutivo emitem flores
emersas (exceção de Ceratophyllum). Ex.: Utriculária e Ceratophyllum.
14
e)
Plantas aquáticas flutuantes: são aquelas que flutuam na superfície da
água. Geralmente seu desenvolvimento máximo se dá em locais
protegidos pelo vento. Neste grupo destacam-se: Eichhornia crassipes,
Salvinia, Pistia, Lemna e Azolla.
Figura 03: Formas Biológicas das plantas aquáticas
(Fonte: IRGANG e GASTAL Jr., 1996)
A vegetação, denominada de plantas aquáticas emergentes, possui papel
determinante na remoção dos constituintes do efluente. A sua principal
característica é captar oxigênio da atmosfera, através de suas folhas e hastes,
e o transportar para a zona de enraizamento (WEF, 1990).
As plantas aquáticas emergentes possuem um tecido de sustentação
muito mais resistente do que as flutuantes, resultando numa maior capacidade
de remoção e retenção de nutrientes. Durante o inverno, a parte aérea das
plantas morre, mas as raízes e os rizomas produzem energia para o novo
desenvolvimento na primavera (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).
Segundo Brasil e Matos (2007), em estudos realizados em sistemas de
wetlands para tratamento de esgotos, a Taboa (Typha sp.) apresentou bom
desenvolvimento agronômico, possibilitando o início da operação do sistema
alagado construído aos quatro meses após o estabelecimento da vegetação. O
15
16
sistema radicular destas plantas alcançou a profundidade média de 0,27 m,
não superando 0,30 m, o que indicou que esse deve ser a profundidade
máxima do meio suporte em sistemas de fluxo sub-superficial.
Quanto ao tipo de vegetação, Mulamoottil et al. citado em Mannarino,
(2006), destacam a taboa (Typha sp.) como própria para utilização em
wetlands por sua estrutura interna ser formada por tecidos que contém espaços
abertos, através dos quais acontece transporte de oxigênio da atmosfera para
as folhas e daí para as raízes e rizomas. Parte do oxigênio pode ainda sair do
sistema radicular para a área em torno da rizosfera criando condições para
decomposição aeróbia da matéria orgânica, bem como para crescimento de
bactérias nitrificantes.
Na Tabela 2 encontram-se as famílias, os gêneros, as espécies, além dos
nomes populares de plantas aquáticas emergentes da região sul do Brasil
(IRGANG e GASTAL Jr., 1996).
TABELA 2: plantas aquáticas emergentes da região Sul do Brasil.
Família
Nome Científico
Sagitária lancifolia
Echinodorus grandiflorus
Nome Popular
Chapéu de couro
ASTERACEAE
Mikania cordifolia
Guaco
CANNACEAE
Canna glauca
Caeté
CHENOPODIACEAE
Atriplex montevidensis
CYPERACEAE
Scirpus colifornicus
Scirpus giganteus
Eleocharis interstincta
Cypereus giganteus
Junco
Tiriricão
Tiririca
Palha
CONMBINACEAE
Floscopa glabrata
Trapoeiraba
EUPHORBIACEAE
Sebastiania schottiana
Phyllonthus sellowianus
Sarandi Vermelho
Sarandi Branco
POACEAE
Zizaniopsis bonorienses
Palha
TYPHACEAE
Typha subulata
Typha Domingensis
Typha latifolia
Taboa
ALISMATACEAE
2.2.4.
17
Mecanismos de Remoção de Poluentes
A remoção dos principais constituintes do efluente é alcançada através de
processos físicos, químicos e biológicos.
O fósforo é um constituinte fundamental que armazena e transfere energia
à planta, e sem a presença desse não ocorre nenhum processo metabólico. Os
três principais fatores que contribuem para manter a disponibilidade do fósforo
para a planta são: manutenção do pH perto da neutralidade, solo
adequadamente arejado e a permanente incorporação da matéria orgânica que
permite a humificação, aumentando o tamponamento e possibilitando a ligação
do fósforo em compostos de húmus que mantêm formas de fósforo disponíveis
para a maioria das plantas. Já a matéria orgânica estabilizada é fonte de
energia para os microrganismos, de forma que a bioestrutura granular aumenta
a capacidade de armazenar umidade, reter e fixar fósforo e nitrogênio, aumenta
a capacidade de troca de cátions (CTC), ajuda a reter potássio, cálcio,
magnésio, entre outros nutrientes disponíveis nestes sistemas de tratamento
(SOUZA, 2005). Os principais mecanismos de remoção de poluentes
encontram-se identificados na Tabela 3.
TABELA 3: principais mecanismos de remoção de poluentes
Parâmetros
Mecanismo de remoção
SST
Sedimentação/filtração
DBO5
Degradação microbiológica (anaeróbia e aeróbia)
Sedimentação (acúmulo de material orgânico)
Nitrogênio
Nitrificação/denitrificação
Volatilização da amônia
Absorção pelas raízes
Fósforo
Imobilização (reações de adsorção-precipitação
com alumínio, ferro, cálcio e outros minerais do
solo)
Absorção pelas raízes
Patogênicos
Sedimentação/filtração
Radiação UV
Excreção de antibióticos pelas plantas e outras
bactérias
Fonte: WEF (1994)
2.2.5.
Eficiência da Remoção
A eficiência da remoção está intimamente ligada às características do
efluente a ser tratado. A Tabela 4 apresenta o intervalo médio observado em
sistemas de tratamento existentes nos Estados Unidos e na Europa.
TABELA 4: Eficiência de remoção dos principais parâmetros de
monitoramento
Parâmetros
Remoção (%)
DQO
80 – 98 %
DBO5
80 – 98 %
Sólidos Suspensos Totais
90 – 98 %
Nitrogênio Total
60 – 90 %
Fósforo Total
60 – 90 %
Coliformes Totais
99,9 %
Coliformes Fecais
99,9 %
Fonte: WEF (1994)
Conforme Mannarino (2006) o estudo de wetlands realizados com Taboa,
para tratamento do lixiviado no Aterro Sanitário de Piraí, apresentou bons
resultados de remoção de matéria orgânica (41% de DQO e 57% de DBO),
nitrogênio amoniacal (51%) e sólidos (60%), apesar das significativas variações
de vazão afluente e das taxas de aplicação de poluentes no mesmo. Conforme
este autor, isso demonstra a resistência do sistema de tratamento (vegetação e
microrganismos) às oscilações de quantidade e qualidade do lixiviado
produzido, situação comum em aterros sanitários.
A remoção da biomassa das plantas aquáticas emergentes uma vez por
ano ou em períodos pré-determinados aumenta a eficiência da remoção de
nutrientes. Nos meses de inverno, as partes aéreas das plantas morrem,
mantendo-se ativas as porções abaixo do substrato, o que faz os vegetais
18
permanecerem vivos. A manutenção do sistema, através de podas anuais ou
semestrais, bem como limpezas periódicas, aumenta significativamente a
remoção de nitrogênio e fósforo, pois evitam que os nutrientes retidos sejam
reintroduzidos no efluente. Para que a remoção de nutrientes seja satisfatória,
a escolha de plantas diferentes e adaptadas às condições é fundamental
(Reddy et al. citado em WEF, 1990).
19
20
3.
Materiais e Métodos
3.1.
Caracterização da Área de Estudo
A área em estudo está localizada, pelo Sistema Geodésico SAD-69, entre
as coordenadas geográficas Lat. 29o 50599’ e Long. 50o 30634’, na RS 030 do
município de Santo Antônio da Patrulha, RS, fazendo parte da Bacia
Hidrográfica do Rio dos Sinos e Região Hidrográfica do Guaíba.
A localização da indústria de parboilização de arroz e respectivas áreas
da ETE antiga e da área do projeto da nova ETE visualiza-se na Figura 04.
A Empresa realiza atividades de engenho de arroz com parboilização e
desta atividade resulta efluentes industriais que necessitam de tratamento para
alcançarem os padrões de emissões de efluentes estabelecidos pela
Resolução CONSEMA no 128/2006, antes do seu lançamento ao meio
ambiente.
Área do Projeto - ETE
Rodovia
ETE Antiga
Engenho
Figura 04: vista aérea da área de estudo
(Fonte: http://earth.google.com)
3.2.
Diagnóstico Inicial - Sistema de Tratamento de Efluentes
O sistema de tratamento de efluentes do processo de parboilização de
arroz existente, na área de estudo, era muito simples e não atendia aos
padrões de emissão estabelecidos pela legislação ambiental brasileira.
O antigo sistema constituía-se de grades simples, para reter sólidos
grosseiros, de um sistema de lavagem de cinzas, onde ocorria o arraste desse
material para o efluente bruto, e três lagoas facultativas de tratamento,
assoreadas e apresentando forte odor para a comunidade vizinha (Figuras 05,
06, 07 e 08).
Como diagnóstico inicial verificou-se a necessidade de modificação desse
sistema, com a adoção das seguintes medidas:
•
Modificação do sistema de filtragem do efluente;
•
Implantação de tanques a fim de uniformizar a vazão do efluente bruto e
baixar sua temperatura;
•
Modificação e redimensionamento do sistema de tratamento existente por
apresentar-se ineficiente.
Figura 05: caixa de filtração do efluente bruto
presente no sistema antigo
21
Figura 06: efluente com arraste de cinza de casca
Figura 07: local de saída do efluente do sistema primário
Figura 08: Lagoas facultativas existentes no antigo sistema
22
3.3.
Dimensionamento do Sistema PAE Proposto
O sistema de tratamento com plantas aquáticas emergentes foi
dimensionado para receber o efluente filtrado constituindo-se num sistema
secundário para adequação dos parâmetros em estudo.
Os efluentes oriundos do processo de parboilização de arroz passaram
por dois tanques de alvenaria impermeabilizados, para que ocorresse uma
maior eficiência na retirada de sólidos, que a vazão do efluente de entrada se
tornasse mais uniforme e que ocorresse uma diminuição na temperatura do
efluente a ser tratado.
O efluente filtrado foi encaminhado para um sistema de plantas aquáticas
emergentes, dimensionado para adequar e tratar o efluente de acordo com os
padrões de emissão permitidos. Para que este sistema entrasse em operação
foi dimensionado um projeto técnico e foram construídos sistemas de
contenção de sólidos e “banhados” com a finalidade de tratar os contaminantes
e adequar o tratamento de efluentes da atividade de parboilização de arroz e
cumprir a legislação ambiental.
O sistema foi projetado para ser constituído de uma linha de tratamento,
dividido em três banhados construídos (PAE 01, PAE 02 e PAE 03). Estes
banhados foram dispostos em cascata para aproveitar a declividade do terreno
e a gravidade dispensando o uso de bombas para alimentá-los. Para esta
estação de tratamento, foram utilizados banhados de fluxo sub-superficial, ou
seja, sem lâmina de água, montadas seqüencialmente com um fluxo horizontal.
A utilização de sistema de fluxo sub-superficial, ao invés de sistemas com
lâmina d’água, deve-se ao fato de se evitar a proliferação de insetos e de
geração de odor para moradores circunvizinhos.
Os sistemas de alimentação e descarga dos banhados foram projetados
para evitar qualquer nível de efluente nos mesmos, mas com a possibilidade de
elevação através da regulagem da altura das tubulações de saída de cada
banhado. Esta medida facilitou a operação, para que em períodos prédeterminados, para que se possa aumentar ou diminuir a lâmina do efluente
nos banhados, a fim de possibilitar uma melhor manutenção do sistema. O
23
24
nível do banhado foi controlado pelas tubulações montadas com saídas que
possibilitaram a regulagem de altura, junto às caixas de repartição, nos taludes.
A alimentação do efluente foi junta à superfície, utilizando-se um
distribuidor constituído de pedras calcárias irregulares, similares às pedras de
pavimentação.
3.4.
Camada Suporte
A camada suporte é fundamental para que os sistemas de tratamentos
com plantas aquáticas enraizadas sejam eficientes. Ela visa diminuir a
mortandade inicial dos propágulos e aumentar os índices de brotação dos
propágulos, no sistema de tratamento.
Os substratos utilizados para formar as camadas suporte foram
selecionados por apresentarem: permeabilidade, sustentação das plantas
adultas,
favorecimento
ao
desenvolvimento
das
raízes,
neutralidade,
capacidade de filtração e facilidade de aquisição e manejo.
Antes da montagem das camadas suporte para a construção dos
banhados, a base foi impermeabilizada e limpa, permanecendo isenta de lodo,
efluente ou outro material; na seqüência os taludes laterais, também, foram
impermeabilizados e compactados. Previamente à colocação dos substratos foi
inserido um leito de pedras calcárias, no início e fim de cada banhado, com
extensão de 50 cm de largura e 80 cm de altura, permanecendo um espaço
livre de 50 cm para entrada e saída do efluente.
Os substratos escolhidos, para a composição das camadas suporte,
foram distribuídos em camadas, sendo que a final foi bem nivelada, devido à
preocupação da inexistência de desnível e, conseqüentemente, formação de
lâmina d’água.
3.5.
Seleção de Plantas Aquáticas Emergentes
Das plantas aquáticas enraizadas, que existem no Rio Grande do Sul, foi
efetuada uma seleção de espécies que se adaptassem ao sistema de
tratamento e que preenchessem os seguintes critérios de avaliação:
1. Ocorrência na região do Projeto: este critério foi estabelecido levandose em consideração a facilidade de coleta das plantas; a adaptação
natural às condições climáticas local; a aplicabilidade prática do sistema
e a facilidade de reposição dos espécimes.
2. Capacidade de absorção de nutrientes;
3. Resistência às variações climáticas: utilizaram-se espécies que se
mostraram resistentes ao clima da região onde foi desenvolvido o
estudo;
4. Profundidade das raízes: utilizaram-se espécies com raízes mais
profundas e tuberosas;
5. Capacidade de transferência de oxigênio para as raízes: critério
muito importante para a criação da zona aeróbia, fundamental para a
degradação biológica aeróbia e nitrificação de contaminantes do
efluente.
6. Adaptação e facilidade de propagação em camada suporte:
analisaram-se sistemas de tratamento já desenvolvidos.
3.6.
Coleta dos Propágulos
A coleta dos propágulos das espécies selecionadas foi realizada em três
saídas de campo (07, 08 e 09 de abril de 2008) no Canal de São Gonçalo
distante 320 km do local, onde as mudas foram replantadas.
Esta coleta ocorreu de forma simples, sendo os propágulos retirados com
torrões para evitar danos às partes subterrâneas dos propágulos. No mesmo
local, os rizomas e raízes foram lavados até ficarem limpos.
O preparo das mudas se deu pela secção da parte aérea a uma altura de
30-40 cm e dos rizomas a 10-15 cm de comprimento. As raízes das espécies
foram deixadas com 5 cm de comprimento, no máximo. Estes procedimentos
visaram garantir o enraizamento e reduzir a mortalidade de plantas.
Os propágulos permaneceram cortados por um período inferior a 24 horas
e protegidos do sol a partir de sua coleta. Finalizando o procedimento de
coleta, os propágulos foram transportados, em um caminhão com caçamba
aberta, até a estação de tratamento, onde foram utilizados no estudo.
25
3.7.
Plantio das mudas
Sulcos de, aproximadamente, 15 cm de profundidade e de diâmetro
(Figura 09) foram escavados para efetuar o plantio das mudas. Esta
profundidade se faz necessária para cobrir todas as dimensões dos rizomas.
As mudas permaneceram em solo encharcado com uma lâmina d’água de
10cm pelo período de um mês.
Figura 09: plantio das muda
3.8.
Monitoramento
Durante os oito meses, após a posta em marcha do sistema, que foi em
outubro de 2008, foi realizado o monitoramento do enraizamento, do
desenvolvimento das plantas e da remoção dos poluentes do efluente.
O monitoramento das plantas foi realizado com visitas, quinzenais, ao
local e foram observados os seguintes critérios: coloração das folhas,
crescimento da parte aérea e da zona de raízes, densidade das plantas a partir
do plantio do propágulo, resistência das plantas às variações climáticas e ao
estresse natural provocado pela mudança de habitat ou pelas características
do sistema de tratamento, capacidade de adaptação das espécies aos tipos de
26
camadas suportes utilizadas, capacidade de absorção de nutrientes , vazão do
efluente e altura da lâmina d’água, além dos parâmetros DBO, DQO, Fósforo
Total, Nitrogênio Amoniacal, Nitrogênio Total, pH e sólidos suspensos) .
Após o plantio, periodicamente eram retiradas todas as plantas invasoras
que se desenvolviam no sistema de tratamento, pois o seu desenvolvimento
prejudica o crescimento das plantas aquáticas e, conseqüentemente, suas
funções no tratamento do efluente.
27
4.
Resultados e Discussão
4.1.
Plantas Aquáticas Emergentes
As plantas utilizadas nesta pesquisa foram plantas aquáticas emergentes
de áreas alagadas da região sul do Rio Grande do Sul.
As espécies selecionadas foram a Taboa (Typha dominguensis) Pers., a
Espadana (Zizaniopsis bonariensis) (Balansa & Poitr.) Speg. e o Junco (Scirpus
californicus) (C. A. Meyer) Steud.
As espécies utilizadas se mostraram resistentes às condições edafoclimáticas adversas, como baixas e altas temperaturas, remoção de nutrientes
e matéria orgânica do efluente e estabelecimento nos substratos artificiais.
Os resultados indicaram o estresse no estabelecimento inicial dos
propágulos como causa principal de mortalidade, não havendo, posteriormente,
durante o desenvolvimento vegetal, tendência de mortalidade.
4.1.1.
Taboa (Typha dominguensis)
A T. dominguensis, espécie de Taboa utilizada para povoar o primeiro
banhado (PAE 1), apresentou um sistema radicular vigoroso (Figura 10).
Adaptou-se ao sistema de tratamento proposto, sem rejeição aos
constituintes do substrato artificial e apresentou índices de remoção de
nutrientes.
A taxa de mortalidade inicial foi em torno de 30%, mesmo recebendo o
efluente bruto com grande carga orgânica e de nutrientes.
Nos meses de janeiro e fevereiro de 2009, observou-se a morte de
espécimes na entrada do banhado 01, devido a altas temperaturas do efluente
bruto (40 - 50oC). Nos dois meses seguintes, março e abril, foi necessário um
replantio de 150 mudas na área afetada.
Não foi necessária a poda da Taboa, pois não se obteve uma grande
produção de biomassa.
28
Figura 10. Taboa (Typha dominguensis) Pers.
4.1.2.
Espadana (Zizaniposis bonariensis)
A Z. bonariensis, espécie de Espadana utilizada no segundo banhado
(PAE 2) (Figura 11), foi das espécies de plantas aquáticas emergentes
selecionadas, a que apresentou maior densidade e a que melhor se adaptou ao
sistema de tratamento proposto.
Verificou-se sistema radicular bastante vigoroso.
Não apresentou nenhuma rejeição aos componentes do substrato
artificial.
Foi muito tolerante às mudanças de temperatura.
A taxa de mortalidade inicial foi baixa, em torno de 10% no
estabelecimento dos propágulos, não ocorrendo posteriormente.
Quanto ao grau de produção de biomassa não foi possível chegar a
resultados, pois não ocorreram necessidades de poda e de retirada de
biomassa seca.
29
Figura 11. Espadana (Zizaniopsis bonariensis) (Balansa & Poitr.) Speg.
4.1.3.
Junco (Scirpus colifornicus)
O S. Californicus, espécie de Junco utilizado no terceiro banhado (PAE 3)
(Figura 12) também, apresentou um sistema radicular vigoroso e funcional para
o sistema de tratamento proposto.
Quanto aos substratos utilizados, o Junco apresentou índices de
desenvolvimento satisfatórios, sendo a ausência de lâmina d’água um fator
determinante para seu lento crescimento, quando comparados com as outras
duas espécies utilizadas, pois em condições naturais esta espécie encontra-se
geralmente em locais com lâmina d’água acima de 10cm.
A taxa de mortalidade dos propágulos não chegou a preocupar, pois 65%
dos espécimes plantados se desenvolveram, um índice considerado bom para
uma mudança das condições naturais de desenvolvimento, na qual estavam
adaptados.
Entre as espécies estudadas foi a que gerou menor quantidade de
biomassa verde. O Junco não obteve a mesma taxa de densidade que a Taboa
e a Espadana, mas apresentou bons índices de remoção de nutrientes e de
outros constituintes do efluente.
30
Figura 12. Muda de Junco (Scirpus californicus) (C. A. Meyer) Steud
4.2.
Local de coleta
Quanto à coleta das espécies selecionadas, somente a Taboa foi
encontrada na região de localização da área em estudo, em quantidade
suficiente para ser utilizada no sistema de tratamento. As outras duas espécies,
Espadana e Junco, não foram encontradas nos locais vistoriados na área do
projeto, mas como são importantes para a remoção de contaminantes do
efluente em estudo, estas plantas aquáticas foram adquiridas na região de
Pelotas/RS, junto ao Canal São Gonçalo.
A Taboa foi selecionada por ser uma planta resistente, a Espadana e
Junco pela remoção de nitrogênio.
4.3.
Camada Suporte
Os substratos selecionados para a composição da camada suporte foram
areia grossa e brita nas três banhados, além da pedra calcária utilizada na
entrada e na saída de cada banhado construído. Na Tabela 05 discrimina-se a
composição da pedra calcária utilizada.
31
32
Tabela 05: Composição da Pedra Calcária
Elemento
Quantidade (%)
CaO
35
MgO
14
Fe2O3
2
Al2O3
5
SiO2
19
FONTE: Empresa Dagoberto Barcellos SA
Os critérios de escolha dos substratos utilizados estão diretamente
ligados aos coeficientes de permeabilidade, tempo de detenção, tamanho dos
banhados e pelo tipo de efluente da parboilização de arroz.
No banhado 01 a camada suporte foi composta por uma camada inferior
com espessura de 15 cm de brita 1 (brita da construção civil com um índice de
vazios de 65-70%); uma camada intermediária com espessura de 55 cm e
proporção de 50% para cada um dos tipos de brita (brita 0 - pedrisco com
índices de vazios de 55-60%; e brita 1) e uma camada superior de 10 cm
formada por brita 0 e areia grossa (com índice de vazios de 40% e
granulometria compatível com a retenção na malha de 8 mm), também na
proporção de 50% para cada tipo de substrato. Já as camadas suporte dos
banhados 02 e 03 foram construídas com os estratos inferiores e superiores
idênticos aos do banhado 01, mas a camada intermediária foi alterada para a
composição de 50% de areia grossa e 50% de brita 1 (Figura 13).
BANHADO 01
BANHADOS 02 e 03
BRITA 0 + AREIA GROSSA
10 cm
BRITA 0 + BRITA 1
55 cm
BRITA 1
15 cm
BRITA 1
10 cm
55 cm
15 cm
Figura 13: perfil dos substratos utilizados para composição da camada
suporte
33
No banhado 01 não foi usada areia grossa na camada intermediária para
evitar preenchimento dos espaços vazios e criação de caminhos preferenciais,
principalmente pelos sólidos de entrada do efluente bruto. A utilização de areia
grossa nos banhados 02 e 03 se deu devida à capacidade de filtração do solo,
pois os sólidos mais grosseiros ficaram retidos no banhado 01 e a areia grossa
possui maior capacidade de criação de zona de raízes (zona aeróbia para
nitrificação) que a brita.
Os
substratos
utilizados
para
criação
das
camadas
suportes
apresentaram boa fixação de contaminantes do efluente, capacidade de
filtração e ótimo desenvolvimento das macrófitas aquáticas emergentes
utilizadas, criando uma zona de raízes em torno de 20-30cm.
Nenhum substrato utilizado acarretou acréscimo de contaminantes no
efluente tratado, sendo que apresentou características de neutralidade e de
potencial tampão, elevando o pH do efluente bruto para valores em torno de pH
7,0.
Todos os substratos utilizados apresentaram boa permeabilidade, ótima
capacidade de sustentação das plantas adultas e favorecimento ao
desenvolvimento das raízes.
Em nenhum momento ocorreu à criação de caminhos preferenciais no
sistema e o aumento de lâmina d’água por motivos de entupimentos e ou
saturação das camadas suportes.
As brita 0 e 1 utilizadas tiveram um importante papel na sustentação das
plantas, de drenagem do efluente e de sua distribuição por toda a célula.
A
areia
grossa
apresentou
resultados
favoráveis
tanto
para
o
desenvolvimento das plantas como para a alta taxa de retenção e eliminação
de nutrientes do efluente.
A pedra calcária demonstrou ótima capacidade de distribuição do efluente
em todos banhados, principalmente, por sua granulometria. Também seu uso
neste estudo está relacionado à precipitação do fósforo em fosfato de cálcio,
devendo, neste aspecto, este substrato ser mais bem estudado quanto ao
tempo de saturação da capacidade de precipitar este nutriente.
4.4.
Dimensionamento do Sistema PAE
Os efluentes oriundos do processo de parboilização de arroz passaram
por um tanque de filtração (Figura 14) e por dois tanques de alvenaria
impermeabilizados (equalização e resfriamento) (Figura 15), todos com
peneiras, sendo retidos por um período mínimo de 04 horas e máximo de 06
horas visando à ocorrência de uma maior eficiência na retirada de sólidos,
diminuição da temperatura do efluente e uniformidade da vazão do efluente de
entrada no sistema com plantas aquáticas.
Figura 14: efluente sendo filtrado por peneiras
Figura 15: tanques de equalização e resfriamento
34
O sistema de tratamento com plantas aquáticas emergentes foi
dimensionado para receber o efluente da parboilização filtrado após a
passagem em sistema de grades, a fim de adequá-lo e tratá-lo de acordo com
os padrões de emissão final constituindo-se, portanto, como um sistema
secundário de tratamento.
Este sistema foi constituído por três banhados (PAE 01, PAE 02 e PAE
03) (Figura 16), para isso foi construído um sistema com plantas aquáticas
emergentes. Os banhados e seus taludes (Figura 17) foram devidamente
impermeabilizados com argila compactada (Figura 18).
Figura 16: construção dos banhados
Figura 17: construção dos taludes laterais
35
Figura 18: impermeabilização com argila
Os critérios utilizados para o dimensionamento deste sistema de
tratamento foram restritivos e conservadores, onde foram analisados e
adotados os valores máximos encontrados.
Os banhados foram projetados com dimensões idênticas, para facilitar a
montagem e simplificar a operação. As dimensões utilizadas foram: 30 m de
largura, 22 m de comprimento e profundidade útil de 0,8 m.
Após a construção dos Banhados, os substratos (brita (0 e 1) (Figura 19),
areia e areia grossa) (Figura 20) foram depositados um sobre o outro
compondo as camadas suporte (Figura 21) e pedra calcária (Figura 22) e,
posteriormente, realizou-se o plantio das mudas de Taboa, Espadana e Junco
(Figuras 23 a 25).
Figura 19: colocação do substrato brita
36
Figura 20: colocação do substrato areia
Figura 21: colocação de brita e areia
Figura 22: colocação de pedra calcária
37
Figura 23: plantio de mudas de Taboa
Figura 24: plantio de mudas de Espadana
Figura 25: plantio e brotação de mudas de Junco
38
Os sistemas de alimentação e descarga de cada PAE foram realizados
por duas tubulações de 100 mm, eqüidistantes, distribuídas ao longo dos 30 m
de largura de cada lagoa. A alimentação foi realizada junto à superfície,
utilizando-se um distribuidor constituído de pedras calcárias irregulares (Figura
26).
Figura 26: tubulação de entrada do efluente e pedras irregulares para sua
distribuição no sistema de tratamento
O nível da lagoa foi controlado por tubulações de 100 mm (Figura 27),
montadas com saídas que possibilitaram a regulagem de altura, junto às caixas
de repartição, montadas nos taludes. Na operação normal dos banhados, as
tubulações de saída (Figura 28) apresentaram uma altura de 0,75 m.
Figura 27: colocação das tubulações do Efluente
39
40
Figura 28: saída do efluente do sistema de tratamento
4.5.
Densidade de plantas aquáticas no Sistema PAE
A distribuição das mudas nos banhados obedeceu a um distanciamento
de 0,50 m nas linhas laterais (largura do banhado) e de 1,0 m nas linhas
longitudinais (comprimento do banhado, sentido do fluxo do efluente) (Figura
29).
1,0 m
Sentido do
Efluente
1,0 m
0,5 m
0,5 m
Figura 29: distribuição e distanciamento do plantio das mudas nos banhados
No Banhado PAE 1 foram utilizadas as mudas de Taboa (Figura 30), no
Banhado PAE 2 as de Espadana (Figura 31) e no Banhado PAE 3 as de Junco
(Figura 32).
O dimensionamento de cada banhado totalizou uma área útil de 660 m2,
sendo necessárias 1.320 mudas, de cada espécie, para preenchimento da área
de cada banhado. Com este cálculo foram necessárias duas mudas/m2 de
banhado, para o povoamento inicial. O total de mudas utilizadas, independente
da espécie selecionada foi 3.960 mudas.
Figura 30: distribuição e plantio das mudas de Taboa no banhado 1
Figura 31: distribuição e plantio das mudas de Espadana no banhado 2
41
Figura 32: distribuição e plantio das mudas de Junco no banhado 3
4.6.
Monitoramento do efluente
O plantio das mudas na Estação de Tratamento de Efluentes foram
efetuadas em março de 2008.
Visitas técnicas quinzenais foram realizadas para, sistematicamente,
avaliar o sistema implantado e realizar a sua manutenção.
O monitoramento visual das plantas aquáticas emergentes verificou que,
inicialmente, durante os quatro primeiros meses, a brotação e o crescimento
das mudas de Taboa e Espadana (banhados 1 e 2) foram biologicamente
satisfatórios, enquanto que as de Junco (Banhado 3) foram abaixo do
esperado. Esta planta apresentou dificuldades de crescimento, principalmente,
pelas baixas temperaturas do outono e pelo seu plantio não ter sido efetivado
na primavera.
Após a adaptação e estresse inicial dos propágulos, o crescimento
vegetativo das mudas de Taboa, Espadana e Junco estava dentro do
esperado. Porém houve necessidade de reposição de espécimes de Taboa, no
banhado 1 (Figura 33) devido à ocorrência de mortandade. Esta situação
ocorreu em decorrência da alta temperatura de entrada do efluente. Para
solução deste problema e evitar futuras intercorrências foi construída nova
caixa de retenção de efluente.
42
Figura 33: mortandade de espécimes de Taboa
O aparecimento de plantas invasoras herbáceas (Figura 34) e de plantas
conhecidas como sagitárias (Figura 35) junto aos taludes e na parte interna dos
banhados, principalmente do PAE 3, foi registrado em todo o período de
desenvolvimento do trabalho, sendo necessária a sua remoção e a colocação
de brita. Porém, a presença dessas plantas demonstrou que não existe
toxicidade no efluente, devido o seu estabelecimento e proliferação no sistema
PAE.
Figura 34: presença de plantas invasoras nos banhados PAE
43
Figura 35: presença de plantas sagitárias
A presença de pássaros junto aos taludes dos banhados (Figura 36) e
junto às plantas aquáticas emergentes (Figura 37) indicou que o sistema
proposto tornou-se um ambiente que reproduz o habitat necessário para a
manutenção de várias espécies de animais, mantendo uma cadeia alimentar
adequada ao local (Figura 38).
Figura 36: presença de pássaros junto aos taludes dos banhados
44
45
Figura 37: presença de pássaros junto à vegetação
As espécies de pássaros, que usam o sistema de tratamento estudado
como seu habitat natural foram: Pardal (Passer domesticus); Bem-te-vi
(Pitangus sulphuratus); Sabiá (Turdus rufiventris); João-de-barro (Furnarius
rufus); Quero-quero (Vanellus chilensis); Galinhola (Gallinula chloropus);
Pássaro-preto (Gnorimopsar chopi); Anu (Crotophaga sp.); Maçarico (Tringa
sp.);
Marreca-Pele-vermelha
(Dendrocygna
sp.);
Pomba-rola
(Zenaida
auriculata); Cardeal (Paroaria coronata); Canário-da-terra (Sicalis flaveola
brasiliensis); Coleirinho-do-brejo (Sporophila collaris).
Figura 38: presença de pássaros junto a ETE
Mesmo com as baixas temperaturas do inverno, as plantas aquáticas
emergentes (Figuras 39 a 41) utilizadas no sistema de tratamento se
desenvolveram bem e não criaram biomassa em excesso, não necessitando de
poda mesmo após 15 meses de plantio (Figura 42).
Figura 39: Taboa após 15 meses de plantio
Figura 40: Espadana após 15 meses de plantio
Figura 41: Junco após 15 meses de plantio
46
Figura 42: vista do sistema de tratamento em julho de 2009
O sistema PAE teve sua operação colocada em funcionamento em 10 de
outubro de 2008.
Durante o monitoramento verificou-se, a necessidade de instalação de
peneiras no tanque do efluente bruto e junto ao segundo tanque de
recebimento do efluente da parboilização de arroz, para diminuir, ao máximo, a
entrada de sólidos no sistema, principalmente casca e película de arroz, sendo
necessária uma otimização do sistema de filtragem junto aos tanques.
A canalização que liga os efluentes até os banhados do Sistema PAE, foi
adequadamente instalada e o isolada.
Foi verificada uma pequena lâmina de efluente, no banhado 1, e, para
solucionar este problema, adequou-se as camadas de pedras irregulares.
Para evitar futuros problemas, os canos de saída dos banhados foram
corretamente nivelados e o sistema de filtração de sólidos funcionou
plenamente (Figura 43).
47
Figura 43: sistema de filtração de sólidos nos banhados
Verificou-se a existência de borra junto às entradas e saídas dos
banhados (PAE 2 e PAE 3), principalmente limo acumulado e, na seqüência,
efetuou-se sua retirada, devido a possibilidade de entupimento nas
canalizações (Figura 44).
Figura 44: borra e limo acumulados
Quanto ao efluente tratado, foi possível verificar que, em direção ao fluxo
de tratamento, o efluente se mostrou cada vez mais límpido e sem sólidos.
Na Figura 45 visualiza-se, da esquerda para a direita, respectivamente, o
efluente bruto, o efluente de saída do PAE 1, PAE 2 e PAE 3.
48
Figura 45: da esquerda para a direita efluente bruto, efluente tratado
PAE 1, PAE 2 e PAE3
O efluente final, de saída do sistema, apresentou-se sem odor e bastante
límpido e sem alteração de cor no corpo receptor.
Durante o período de monitoramento observou-se um muçum no bueiro
(Figura 46), junto à saída do efluente, o aparecimento de peixes e girinos, na
água, demonstrou boa oxigenação e presença de nutrientes.
Figura 46: muçum (peixe), junto à saída do efluente
Na Tabela 06 encontram-se os valores médios do efluente bruto, os
valores do efluente tratado de outubro de 2008 a junho de 2009 e os valores,
padrão de emissão da ETE, estabelecidos na resolução CONSEMA no
49
50
128/2006 e na Licença de Operação (LO) da empresa responsável pela
atividade agroindustrial de parboilização de arroz.
TABELA 06: valores dos parâmetros utilizados no Monitoramento do Efluente
Análises
(mg/L)
Efluente Tratado
Efluente
Bruto
DBO
DQO
Cálcio
P Total
N2 Amoniacal
N2 Total
pH
S Suspensos
997,5
1.234,2
47,6
48,8
37,5
124,1
4,4
288
10
130
330
ND
0,7
2,3
9,9
7,0
32
2008
11
12
115
30
280 226,4
ND
ND
0,9
0,6
6,5
2,8
15,9
7,2
7,2
7,0
45
80
01
50
246,4
ND
0,8
4,9
12,4
7,5
75
02
55
272,6
ND
0,9
8,7
17,5
7,4
62
2009
03
04
24
44
110 151,2
22,2
25,4
8,7
1,8
12,7
13,7
17,9
25,9
7,3
7,5
10
8
Padrão
LO
05
4,8
70
13,5
3,4
12,2
16,9
7,4
6
06
56
249,6
20,8
3,5
15,6
25,4
7,0
54
Na Figura 47 visualizam-se os percentuais de remoção (%) dos
parâmetros monitorados do efluente tratado (DBO, DQO, Fósforo, Nitrogênio
Amoniacal e Nitrogênio Total). Os resultados indicaram percentuais de
remoção acima de 58%, apresentando uma média de 83 % no sistema PAE.
100
Procentagem de Remoção (%) dos Parâmetros
95
DBO (mgO2/L)
90
DQO (mgO2/L)
85
80
Fósforo (mg P/L)
75
Nitrogênio Amoniacal (mg
N/L)
70
Nitrogênio Total (mg N/L)
65
Sólidos Suspensos (mg/L)
60
55
out/08
nov/08
dez/08
jan/09
fev/09
mar/09
abr/09
mai/09
jun/09
Figura 47: percentuais de remoção dos contaminantes (%)
Os resultados expressos na Figuras 48, 49 e 50 evidenciaram que os
parâmetros DBO, DQO e Sólidos Suspensos, respectivamente, apresentaram-
150
360
4
20
20
6a9
155
se dentro dos padrões estabelecidos pela Resolução CONSEMA no 128/2006
em todas as amostragens.
A construção de um sistema para retenção de sólidos do efluente, antes
do tratamento com PAE, foi fundamental para que não ocorresse contaminação
de casca e cinzas de arroz no sistema projetado, evitando assim entupimentos
e criação de caminhos preferências nas camadas suporte. A retirada destes
sólidos também possibilitou uma diminuição da matéria orgânica a ser tratada
no sistema em estudo.
No sistema PAE a matéria orgânica foi decomposta por microorganismos
anaeróbios facultativos e aeróbios, sendo o carbono orgânico usado como
fonte de energia pelas bactérias, sendo este convertido em biomassa bacterial,
dióxido de carbono e/ou metano.
O oxigênio na zona de raízes das plantas aquáticas, zona aeróbia, oxidou
os sulfetos tóxicos, reduziu o ferro e o manganês, e foi importante na oxidação
aeróbia dos compostos orgânicos solúveis.
Na zona anaeróbia da camada suporte, a comunidade microbiana
facultativa tornou a respiração anaeróbia e usou o nitrato como receptor de
elétrons durante a oxidação da matéria orgânica. Quando este não está
presente, compostos inorgânicos e férricos desempenham esta função.
O bom desenvolvimento e crescimento das plantas aquáticas emergentes
utilizadas estão diretamente relacionados com os índices de remoção destes
constituintes, pois a matéria orgânica disponível é utilizada no crescimento da
biomassa vegetal.
Quanto à filtragem de sólidos e, conseqüentemente, diminuição de
matéria orgânica relacionada, as camadas suporte utilizadas demonstraram
alta eficiência. Em nenhum momento ocorreu saturação dos substratos
escolhidos para compor o sistema de tratamento.
51
Figura 48: DBO no efluente bruto e no tratado
Figura 49: DQO no efluente bruto e no tratado
52
Figura 50: sólidos suspensos no efluente bruto e no tratado
Os resultados indicados na Figura 51 mostram que na análise realizada
em março de 2009, o Fósforo Total (8 mg/L) ultrapassou o padrão estabelecido
pela legislação ambiental (4 mg/L). Este fato pode estar relacionado ao período
de safra de arroz, isto é, devido à mudança de matéria-prima e/ou aumento da
vazão do efluente bruto resultando numa baixa da eficiência do sistema em
relação à remoção de fósforo, mas no mês seguinte o padrão de emissão foi
restabelecido.
Figura 51: Fósforo Total no efluente bruto e no tratado
53
Os principais mecanismos de remoção de fósforo nestes sistemas de
tratamento são a imobilização nas camadas suportes (reações de adsorção,
complexação e precipitação com ferro, alumínio e cálcio) e absorção pelas
raízes das plantas. As formas oxidadas de metais precipitam o fósforo na forma
de óxidos e hidróxidos e assim permanecem imobilizados na zona oxidada pelo
tempo em que esta permaneça oxidada.
A remoção de fósforo ainda pode ser obtida pela remoção das macrófitas,
imobilização microbiana, retenção pelas camadas suportes e precipitação na
coluna d’água. Diferente do nitrogênio e do carbono, o fósforo não pode ser
perdido nestes sistemas de tratamento por processos metabólicos, ou seja, não
há perdas pela forma gasosa, tendo a se acumular no sistema. O fósforo
armazenado nos detritos das plantas é rapidamente transferido para a coluna
d’água durante a decomposição. De qualquer forma, o fósforo que não é
retirado com a biomassa vegetal e que não se encontra na coluna de água, fica
retido na camada suporte por um longo período de tempo. Essas formas de
fósforo são relativamente resistentes ao ataque microbiano.
O uso da pedra calcária mostrou uma boa eficiência na precipitação do
fósforo do efluente em fosfato de cálcio - Ca3(PO4)2 - sendo esta uma
transformação dominante em valores de pH maiores que 7,0, como é o caso do
efluente em estudo (Tabela 07). Este fato pode possibilitar a redução e até
eliminação da dosagem de cal em sistemas de tratamento de efluentes, que
atualmente é utilizado para precipitação do fósforo. O uso deste substrato para
tal fim deve ser mais estudado quanto ao tempo de saturação da capacidade
de precipitação deste nutriente.
TABELA 07: concentrações de Cálcio no efluente tratado e bruto
Análise
Cálcio (mg/L)
Efluente
Efluente Tratado
Bruto 03/09 04/09 05/09 06/09
47,61 22,22 25,39 13,49 20,84
Os resultados do Nitrogênio Amoniacal, visualizado na Figura 52, estão
dentro dos padrões estabelecidos pela Resolução CONSEMA nº 128/2006,
enquanto que o Nitrogênio Total (Figura 53), nas análises realizadas em abril e
54
em junho de 2009, ultrapassou o padrão de 20 mg/L. Este fato, também, pode
estar relacionado com o período de safra de arroz, alteração na matéria-prima
e/ou aumento da vazão do efluente bruto baixando a eficiência do sistema
quanto à remoção de Nitrogênio Total.
Figura 52: Nitrogênio Amoniacal no efluente bruto e no tratado
Figura 53: Nitrogênio Total no efluente bruto e no tratado
Nestes sistemas, podem ser observadas três zonas distintas nas
camadas suporte às plantas. Na rizosfera, ao redor das raízes e dos rizomas
55
das plantas, é formada uma zona aeróbia. Nesta zona, existe uma intensa vida
microbiológica, favorecida pela capacidade de transporte do oxigênio
atmosférico pelas plantas emergentes, por suas folhas, caules e hastes, até a
zona de raízes. É nesta zona que ocorre a oxidação do nitrogênio amoniacal a
nitrito e a nitrato pelas bactérias autotróficas e a volatilização da amônia. Na
zona anóxica, ocorre a transformação do nitrato em nitrito e este a nitrogênio
gasoso, pelas bactérias heterotróficas e a oxidação da matéria orgânica,
utilizando o nitrato como receptor de elétrons. Na zona anaeróbia, os índices
de remoção de carga orgânica são alcançados devido à alta capacidade de
decomposição das bactérias anaeróbias.
Os processos de remoção de Nitrogênio podem ser resumidos em
nitrificação, denitrificação, volatilização da amônia e absorção pelas plantas. Na
nitrificação, que envolve a oxidação biológica de amônia a nitrato, as bactérias
envolvidas são quimiotróficas e usam o oxigênio como seu receptor eletrônico,
enquanto que a amônia é utilizada como seu substrato. A nitrificação em um
sistema de plantas aquáticas enraizadas ocorre na coluna d’água e na
rizosfera. Na falta de O2, microorganismos facultativos anaeróbios usam nitrato
como receptor de elétrons durante a respiração. Durante o processo de
denitrificação, o nitrogênio é reduzido a produtos gasosos, como óxido nitroso e
gás nitrogênio. A denitrificação pode ocorrer potencialmente na camada
suporte, na coluna de água isenta de O2 e no lado anóxico da rizosfera. A
rizosfera aeróbia favorece a nitrificação, enquanto que a zona anaeróbia
favorece a denitrificação. Este mecanismo explica a perda de nitrogênio nestes
sistemas, além da capacidade das plantas de utilizar o nitrogênio presente no
efluente.
A utilização do nitrogênio pelas plantas depende dos níveis de
crescimento vegetal, densidade dos vegetais e parâmetros ambientais, como
radiação solar e temperatura.
56
5.
Conclusões
O sistema de tratamento proposto neste estudo foi eficiente na remoção
de poluentes mesmo com variações nas condições de alimentação podendo
ser utilizado para o tratamento de efluente do arroz parboilizado.
O plantio dos propágulos no início do outono, mesmo não sendo o
período ideal, foi viável com um estabelecimento satisfatório das plantas.
Das espécies selecionadas, as que melhor se adaptaram ao PAE foram a
Taboa (T. dominguensis) e a Espadada (Z. Bonariensis), sendo que o Junco
(S. Californicus) apresentou crescimento lento em decorrência da ausência de
lâmina d’água no sistema.
As três espécies de plantas utilizadas se mostraram resistentes às
condições edafo-climáticas adversas, como baixas e altas temperaturas,
remoção de nutrientes e matéria orgânica do efluente. Conseguiram, também,
tolerar o estresse inicial pelo qual os propágulos passaram para se adaptarem
aos substratos artificiais, sobrevivendo e evitando a mortalidade que pode
acontecer no início da brotação.
Todos os substratos tiveram o mesmo grau de importância para a
composição da camada suporte visando o desenvolvimento das plantas e
remoção dos contaminantes do efluente.
Nas análises realizadas, os parâmetros DBO, DQO, Sólidos Suspensos e
Nitrogênio Amoniacal, estavam dentro dos padrões de emissão estabelecidos
pela Resolução CONSEMA no 128/2006, diminuindo suas concentrações de
entrada ao longo da direção do fluxo do sistema de tratamento. Somente as
análises de Fósforo Total, em março de 2009, e de Nitrogênio Total em abril e
junho de 2009, não atingiram os padrões de emissão estabelecidos pela
legislação ambiental.
Os índices de remoção, apesar de terem sido inferiores e apresentado
variabilidade aos já conhecidos e citados na literatura, foram acima de 58%. O
percentual médio de remoção foi de 83%, sendo considerado satisfatório, em
virtude das características do efluente utilizado no estudo.
57
A remoção de Fósforo está diretamente relacionada à utilização de pedra
calcária.
O sistema de tratamento de efluente com plantas aquáticas emergentes
possibilitou a coexistência de espécies de pássaros, tornando-se um habitat
natural para estas espécies animais.
58
6.
Trabalhos Futuros
Estudar a capacidade de transferência de oxigênio de plantas aquáticas
emergentes e sua relação com a nitrificação do Nitrogênio do efluente.
Aprofundar as pesquisas do potencial de pedras calcárias na remoção do
fósforo total em sistemas com plantas aquáticas emergentes.
Estudar a capacidade de oxi-redução e do potencial Redox nos solos de
sistemas com plantas aquáticas emergentes.
Verificar novos tipos de substratos e de plantas aquáticas capazes de
remover constituintes de efluentes industriais em sistemas com plantas
aquáticas emergentes.
59
7.
Referências
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Porto Alegre, 1991.
ARACELLY C., GARCÍA J. Performance of experimental horizontal subsurface
flow constructed wetlands fed with dissolved or particulate organic matter,
pag. 3603, IWA, USA, 2006.
BRASIL, M. S.; MATOS, A. T. Plantio e desempenho fenológico da taboa
(Thypha sp.) utilizada no tratamento de esgoto doméstico em sistema alagado
construído. Eng. Sanit. Ambient., Set 2007, vol.12, no.3, p.266-272. ISSN 14134152
CALHEIROS C., RANGEL A. and CASTRO P. Constructed wetland systems
vegetated with different plants applied to the treatment of tannery wastewater,
pag. 1790, IWA, 2007
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M. P. Tratamento do chorume do aterro sanitário de Piraí(RJ) utilizando
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European Design and Operations Guidelines for Reed Bed Treatment
Systems. In: MOSHIRI, G. A. Constructed Wetlands for Water Quality
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ANEXOS
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sistema de tratamento de efluentes com plantas aquáticas

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