WETLANDS - PROCESSOS NATURAIS PARA REMOÇÃO DE NUTRIENTES EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS

WETLANDS - PROCESSOS NATURAIS PARA REMOÇÃO DE NUTRIENTES EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS Felipe Andrade Vitorino Carlos Alberto Vieira Gontijo André Lermontov

RESUMO O primeiro princípio do design ecológico é que "resíduo é igual a alimento". O maior conflito entre ecologia e economia, deriva-se do fato de que os ecossistemas naturais são cíclicos, não geram nenhum resíduo excedente, enquanto nossos sistemas industriais são lineares, descartam resíduos tanto na produção, como no consumo. (Capra F) A iniciativa de imitar os ciclos naturais em sistemas integrados de tratamento de esgotos domésticos é recente no Brasil e vem sendo aplicado nos últimos 25 anos por ONGs ambientais, agências de água e esgoto, iniciativas governamentais e principalmente por domicílios privados e em ecovilas com relativo sucesso. Nos vários estudos já realizados na tentativa de pós-tratar efluente de estações de tratamento de esgotos, o sistema wetland destaca-se pela sua capacidade de remover carga poluidora, manter a conservação dos ecossistemas terrestres e aquáticos, reduzir o aquecimento global da terra, fixar o carbono do meio ambiente, mantendo o equilíbrio do CO2, além de conservar a biodiversidade (Denny, 1997). PALAVRAS-CHAVE: Wetland, Tratamento de Esgoto, Tratamento Terciário de Esgoto, Processos Naturais de Tratamento de Esgoto.

OBJETIVO Para a remoção de nutrientes (fósforo e nitrogênio) de águas residuais de estações de tratamento de esgoto (ETE), é exigido tratamento em nível terciário, onde para além da remoção de nutrientes propriamente dita, ocorre ainda uma remoção de matéria orgânica residual, organismos patogênicos ou outro constituinte indesejável. Na tentativa de pós-tratar efluente de estações de tratamento de esgotos, o sistema wetland destaca-se pela sua capacidade de remover carga poluidora, manter a conservação dos ecossistemas terrestres e aquáticos, reduzir o aquecimento global da terra, fixar o carbono do meio ambiente, mantendo o equilíbrio do CO2, além de criar e conservar uma biodiversidade. Este estudo tem como objetivo demonstrar a metodologia de wetland para tratamento terciário, aplicada na Estação de Tratamento de Esgoto de Araruama, a ETE com capacidade de 200 litros/seg. estudada apresenta um sistema de pré-tratamento composto por gradeamento e caixa de areia, em seguida duas lagoas aeradas com misturadores superficiais

posteriormente três lagoas de decantação com remoção parcial de nutrientes através de um sistema de wetland e o polimento com outras três células de outra modalidade de wetland para remoção de nutrientes. O estudo também tem objetivo de demonstrar os benefícios decorridos, tanto na eficiência de remoção da ETE como para a manutenção de uma biodiversidade em função da aplicação de um processo natural de tratamento.

METODOLOGIA UTILIZADA Os wetlands construídos são sistemas artificialmente projetados para utilizar plantas aquáticas (macrófitas) em substratos como areia, cascalhos ou outro material inerte e mesmo sobre o espelho d´agua, onde ocorre à proliferação de biofilmes, aumento de biomassa, em função do processo de alimentação das macrófitas pelos nutrientes contidos no efluente, e ainda a utilização de macrófitas agregam populações variadas de microrganismos os quais, por meio de processos biológicos, químicos e físicos, tratam as águas residuárias. As macrófitas aquáticas utilizadas nos sistemas wetlands construídos podem ser de dois tipos: emergentes e flutuantes. Para escolhê-las, devem-se observar os seguintes critérios: fácil propagação e crescimento rápido; alta capacidade de absorção de poluentes; tolerância a ambiente eutrofizado; fácil colheita e manejo e valor econômico. As plantas flutuantes são mais fáceis de serem removidas, permitindo uma renovação de crescimento e com isto a manutenção mais constante de remoção de nutrientes ao longo de todo o tempo. As plantas aquáticas emergentes podem permanecer por ciclos longos, sem necessidade de remoção para manutenção da zona de raízes. A opção entre plantas flutuantes e enraizadas vistas pelo lado teórico, apesar de utilizarem plantas, eles acabam funcionando de maneiras diferentes, principalmente pelas características hidrológicas. Um sistema com macrófitas flutuantes não apresenta nenhum material de enchimento (brita, areia ou solo construído), dessa forma um reservatório para 1000L cabem 1000L de água. Um sistema com plantas enraizadas, um reservatório com 1000L, cabem em média 500L de água (depende muito do material de recheio ou do tipo de solo). Dessa forma, a quantidade de área necessária para utilização de macrófitas emergentes é maior que as lagoas com macrófitas flutuantes, em média o dobro. As plantas mais utilizadas em zonas de raízes de paises de climas tropical e subtropical são papiros, juncos, lírios, taboas e palmas, entre outras que são adaptadas a condições saturadas de água. Em sistemas com macrófitas flutuantes, as variedades são lemna, azola, pistia, salvinia, e aguapé. Na ETE estudada foram utilizadas as macrófitas flutuantes da família Salviniaceae, Salvinia auriculata, comumente chamada de orelha de onça e ainda da família Araceae, pistia stratiotes, também conhecida como alface d´água, já as macrófitas emergentes utilizadas foram

as Cyperus giganteus, papirão, Cyperus comosus, pairinho e Cyperus alternifolius conhecida como sombrinha chinesa. Além da opção entre macrófitas flutuantes e emergentes, os sistemas de wetlands podem diferenciar no módulo de aplicação hidrológica, do fluxo afluente de águas residuárias ao sistema de wetland construído, os módulos conhecidos são: I. Free water surface (FWS) – FIGURA 1; II. Horizontal subsurface flow (HSSF) wetlands – FIGURA 2; III. Vertical flow (VF) wetlands – FIGURA 3.

Figura 1. – Esquema FWS.

Figura 2. – Esquema HSSF.

Figura 3. – Esquema VF.

Foto 1. Utilização de plantas flutuantes.

Foto 2. Utilização de plantas emergentes.

Na ETE estudada, os módulos aplicados foram o de Free Water Surface (FWS), com a implantação de macrófitas flutuantes nas lagoas de decantação, o tratamento com as macrofitas flutuantes são mais completo, pois com aplicação delas na superfície da águas, criase um perfil vertical de tratamento, nas primeiras profundidades há penetração de luz e troca de oxigênio, o que proporciona oxidação do H2S, eliminação do mau cheiro e controle de vetores. Depois segue uma zona com pouco oxigênio que elimina com as algas, e no fundo da lagoa há um processo de digestão anaeróbio de carga orgânica.

Posteriormente ao tratamento com macrófitas flutuantes foi construídas três células com macrófitas emergentes, sistema horizontal de zona de raízes (HSSF), No processo de tratamento com zona de raízes, o efluente é direcionado a inundar um talude cultivado com as espécies citadas, uma parte infiltra e outra parte percola sobre a zona de raízes havendo a filtração e remoção dos nutrientes.

MATERIAIS E MÉTODOS A estação de tratamento de esgotos de Araruama, ETE Ponte dos Leites, operada pela concessionária, Águas de Juturnaíba desde maio de 2004, foi herdada da Prefeitura Municipal de Araruama, que dispunha de um sistema de lagoas de estabilização, com típica configuração de duas lagoas anaeróbias, seguidas de uma lagoa facultativa e uma de maturação. Na impossibilidade daquele sistema absorver o aumento de vazão, resultante da ampliação do atendimento, foram introduzidas modificações no processo, de modo a adequar a capacidade à demanda necessária, sua remodelagem foi realizada em 2009 para a implantação do sistema complementar o tratamento terciário com remoção de nutrientes através de wetland construídos e além de melhorias no sistema de lagoas. Para implementação das ações objeto do presente trabalho, foram realizadas, conforme se segue, uma série de melhorias de natureza física e operacional na estação de tratamento de esgoto, bem como a instalação de novos equipamentos de aeração voltados para otimizar a aeração na lagoas, dragagem e aprofundamento das lagoa de decantação bem como a implantação de plantas aquáticas flutuantes na superfície e posteriormente aos processos anteriormente a implantação de uma zona de raízes com utilização de plantas aquáticas emergentes, espécies como o papirão (Cyperus giganteus) , papirinho (Cyperus comosus) e sombrinha chinesa (Cyperus alternifolius) compõem as células de wetlands construídos para o tratamento complementar. A configuração atual do processo de tratamento é exemplificada na imagem abaixo. Imagem 1. Fluxograma do sistema atual de tratamento.

RESULTADOS OBTIDOS Para remoção de nutrientes de águas residuárias, as macrófitas flutuantes de fácil manejo e remoção periódica atingem o dobro da eficiência. Os gráficos abaixo representam os resultados obtidos em análises composta de 12 horas, durante o mês de setembro 2010, para remoção de nutrientes (N - Total e P - Total) nas células de zona de raízes e nas lagoas com macrófitas flutuantes, pontos da entrada do afluente á lagoa de decantação (azul), saída da lagoa e entrada da zona de raízes(amarelo) e saída da zona de raízes(roxo).

REMOÇÃO N - TOTAL 18

16,2

16

14,56

14

12,5

12 10 8

6,44

6,05

6 4

2,12

2

5,32

4,56

4,02

2,56

2,02

1,16

0 01/09/2010

08/09/2010

15/09/2010

24/09/2010

REMOÇÃO P - TOTAL 5 4,32

4,5 4 3,23

3,5 3 2,5

2,74 2,19

2 1,5

0,98

1 0,5

1,35

1,32 0,98 0,58 0,26

0,32

0,54

0 01/09/2010

08/09/2010

15/09/2010

24/09/2010

CONCLUSÕES Os resultados das análises mostram uma eficiência mais significante na primeira fase de remoção do sistema wetland, representada pelas macrófitas flutuantes de fluxo livre implantadas nas lagoas de decantação, percebe-se que em média 60% da remoção de P – total e N – Total encontra-se nessa fase. Levando em consideração o conjunto do sistema de wetlands, chegamos a ter 82% de eficiência de remoção de nutrientes, mostrando ser um sistema capaz e eficaz para remoção de nutrientes. Além das vantagens de baixo custo de implantação e a não demanda de energia e insumos químicos, os wetlands construídos são uma forma alternativa de tratar efluentes que alcançam excelentes níveis de remoção e ainda proporcionam á criação de ambientes naturais, com proteção de micro e macro fauna e flora aquáticos, contribuindo para incremento da biodiversidade. Em termos ecológicos, todos os resíduos gerados pelo sistema, podas e retirada das macrófitas, são excelentes produtos para ser compostar, gerar energia através de biogás e ainda podem contribuir para o mercado de crédito de carbono, não havendo passivos ambientais e ainda com poder de agregação de valor. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

KADLEC, ROBERT H. (2008). “Treatment Wetlands Second edition”. Londres. CRC Press. p 10- 25. SALATI, E. FILHO; MANFRINATO, E.S.; SALATI, E. “Secondary and tertiary treatment of urban sewage utilizing the hds system with upflow transport” In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON WETLANDS SYSTEMS FOR WATER POLLUTION CONTROL, 5., 1996, Viena. Proceedings. Viena: 1996. v.1, p.VI/3-1-VI/3-6.