Avaliação de Sistemas de Tratamento de Esgoto Doméstico

Transcrição

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
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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
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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
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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
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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;
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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.
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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).
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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.
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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):
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- 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.
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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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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;
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CENTRO TECNOLÓGICO
•
•
•
•
•
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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.
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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
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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.
O tanque séptico foi dimensionado segundo a NBR 7229/93 (ABNT, 1993), possuindo as
seguintes dimensões:
- 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
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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
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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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.
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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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.
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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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.
O tanque séptico do sistema foi dimensionado segundo NBR 7229/93 (ABNT, 1993),
possuindo as seguintes dimensões:
- 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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
A
G ESA D
B
C
D
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.
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:
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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
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CENTRO TECNOLÓGICO
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:
- Largura: 0,70m;
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:
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CENTRO TECNOLÓGICO
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:
- Largura: 1,50m;
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:
- Largura: 1,20m;
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;
- Largura: 4,50m
- Profundidade: 0,70m.
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CENTRO TECNOLÓGICO
G ESA D
O leito filtrante é constituído por areia grossa, saibro, argila e casca de arroz.
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.
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CENTRO TECNOLÓGICO
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
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Planta
Zizanopsis
bonariensis
Zizanopsis
bonariensis
Eleocharis
interstincta
e Eleocharis
elegans
Zizanopsis
bonariensis
Zizanopsis
bonariensis
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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 da primeira parte: 1,10m;
- Comprimento da 2ª parte: 1,80m;
- Comprimento da 3ª parte: 1,10m;
- Largura: 1,50;
- Profundidade média: 0,70.
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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:
- 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)
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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
Cetrag – água
Laboratório de Análise de Águas – UNOESC
Cetrevi
Pousada
Laboratório de Análise de Águas – Epagri Urussanga
Cetuba
Laboratório de Análise de Águas – Epagri Urussanga
Gravatal
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).
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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)
31
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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).
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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.
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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.
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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).
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Amônia (mgN/L)
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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
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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.
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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;
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•
•
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 =
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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.
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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.
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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.
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•
•
•
•
•
•
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
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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.
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Seguro. 500 Anos de Saneamento Ambiental – Brasil e Portugal. Rio de Janeiro, RJ: ABESAPRH.
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ANEXOS
ANEXO 1
Anexo 1 – Resultados médios (± desvio padrão) obtidos com o monitoramento dos sistemas
de tratamento de esgotos estudados.
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
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)
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.
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ANEXO 2
Anexo 2 – Resultados médios (± desvio padrão) obtidos com o monitoramento dos sistemas
de tratamento de água estudados.
Parâmetros
pH
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)
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.
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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
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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.
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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
Latitude 27º00’30”S – Longitude 51º09’06”W
Altitude: 750 m – Average temperature: 17.1ºC
TUBARÃO – Capacity: 150 people
Date of implantation: December 2002
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
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.
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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).
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a
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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
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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.
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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
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Water Pollution Control. Proceeding. Cambridge, UK: IAWPRC. Pp. 347-358.
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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].
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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);
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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
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
com até 20% de argila
e casca de arroz
Areia grossa, saibro,
Areia grossa, saibro,
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.
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A
B
D
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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)
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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
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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.
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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,
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Avaliação de Sistemas de Tratamento de Esgoto Doméstico

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