Evaluation of a decentralized system of domestic sewage treatment in real scale composed of septic tank and hybrid constructed wetland

A concentração demográfica e de sistemas coletivos de esgotamento sanitário dentro do perímetro urbano da maioria dos municípios brasileiros, dificulta a viabilização do fornecimento de serviços de tratamento de esgotos domésticos à habitações e núcleos habitacionais isolados situados em áreas periurbanas e rurais, intensificando os danos provocados pela poluição de origem antrópica ao meio ambiente e à preservação da saúde pública. Para contribuir no equacionamento deste problema, o presente estudo teve por finalidade avaliar uma wetland construída híbrida em escala real, composta por uma unidade com fluxo contínuo subsuperficial vertical seguida por uma unidade de fluxo contínuo subsuperficial horizontal, cultivadas com capim Vetiver, para o tratamento de efluente proveniente de tanque séptico. A presente configuração experimental busca uma solução de baixo custo e simplificada para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos. A estação experimental de tratamento de esgotos, parte integrante e um dos produtos da Rede Nacional de Tratamento de Esgotos Descentralizados RENTED, foi construída no Centro Tecnológico de Hidráulica CTH / Escola Politécnica EPUSP, campus Butantã da USP, em São Paulo. O esgoto bruto foi proveniente do Conjunto Residencial da USP e do restaurante central da Cidade Universitária. As vazões média e máxima de esgoto bruto, respectivamente, de 640L.d-1 e 1600L.d-1, foram aplicadas à entrada do TS de 5.000L e deste escoaram por gravidade à entrada da wetland construída híbrida, com TDH total de 2,8d e 1,1d, respectivamente, sob aplicação das vazões média e máxima de projeto. O monitoramento do experimento em campo, incluindo o período inicial de partida, durou 6 meses consecutivos. Foram avaliados os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do esgoto bruto e do efluente do tanque séptico e das câmaras da wetland construída híbrida durante 97 dias consecutivos. Os resultados indicaram que tanto as mudas jovens quanto as adultas de capim Vetiver adaptaram-se bem às condições ambientais. As eficiências médias de remoção no efluente tratado final quanto à matéria orgânica carbonácea foram de 96 por cento para DBO5,20 e 90 por cento para DQO, 40 por cento para N-total, 23 por cento para N-amoniacal total, 60 por cento para P-total, 52 por cento para P-PO4, 74 por cento para SST, 96 por cento para SSV, 75 por cento para sólidos sedimentáveis, 44 por cento para SDV, 88 por cento para sulfeto total, e 97 por cento para óleos e graxas totais, variando entre 73 por cento a 100 por cento . Cerca de 80 por cento da fração orgânica da matéria nitrogenada presente no esgoto bruto foi removida. A remoção de coliformes termotolerantes foi, em média, de 2 e 3 unidades log, e de Escherichia Coli, média de 1 e 3 unidades log, respectivamente, sob aplicação das vazões máxima e média, Giardia sp, média de 99,995 por cento , Cryptosporidium sp, média de 98,7 por cento , Enterovírus, média de 99,6 por cento , e Ascaris sp, média de 0,10 ovo/L. A remoção de sulfetos propiciou a geração de efluente tratado sem odores desagradáveis. A diminuição da vazão aplicada e a elevação do TDH influenciaram positivamente no desempenho do sistema com relação às remoções dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos. Com base no presente estudo, ficou evidente o benefício da associação de wetlands construídas com fluxo vertical e horizontal no tratamento de efluente de tanque séptico. O capim Vetiver apresentou bom potencial de utilização em wetlands 8 construídas para tratamento de esgotos domésticos. O sistema experimental de tratamento apresentou flexibilidade operacional, mantendo bom desempenho inclusive nos períodos de sobrecarga. A qualidade do efluente tratado final obtido no presente estudo atende às exigências de lançamento e aos padrões de emissão de efluentes líquidos em corpos dágua e em sistemas públicos de esgotamento sanitário definidos na legislação ambiental federal e do Estado de São Paulo. A tecnologia de wetlands construídas híbridas associada ao tratamento de efluentes de tanque séptico apresentou bom potencial para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos, inclusive em regiões com pouca disponibilidade de área livre.The demographic concentration and collective systems of sanitation inside the urban perimeter of most Brazilian municipalities, hampers the feasibility of providing sewage treatment services to domestic dwellings and housing isolated nuclei located in peri-urban and rural areas, intensifying the damage caused by pollution of human origin to the environment and to the preservation of public health. For help in solving this problem, the present study had the purpose to evaluate a hybrid constructed wetland full-scale, composed of a unit with continuous vertical subsurface flow followed by a continuous horizontal subsurface flow unit, grown with Vetiver grass, for the treatment of effluent from septic tank. This experimental search setting a low-cost and simplified solution for decentralized treatment of household sewage. The experimental sewage treatment station, integral and one of the products of the Rede Nacional de Tratamento de Esgotos Descentralizados RENTED, was built on the Centro Tecnológico de Hidráulica CTH / Escola Politécnica EPUSP, campus Butantã of USP, in São Paulo. The raw sewage was coming from the residential condominium of the USP and the central restaurant of the University City. The average and maximum flows of raw sewage, respectively, of 640L.d-1 and 1600L.d-1, have been applied to the septic tank input to 5,000L and drained by gravity from the edge of the hybrid constructed wetland with TDH total of 2.8d and 1.1d, respectively, under application of the average and maximum flow rates. Monitoring the experiment in the field, including the early period, lasted 6 months. They were evaluated the physico-chemical and microbiological parameters of raw sewage and effluent from septic tank and the chambers of hybrid constructed wetland during 97 consecutive days. The results indicated that both the young seedlings as the adults of Vetiver grass have adapted well to environmental conditions. The average removal efficiencies in the final treated effluent as to carbonaceous organic matter were 96 per cent for BOD5,20 and 90 per cent for COD, 40 per cent for Ntotal, 23 per cent for N-ammoniacal, 60 per cent for P-total, 52 per cent for P-PO4, 74 per cent for SST, 96 per cent for SSV, 75 per cent for settleable solids, 44 per cent for SDV, 88 per cent for total sulfide, and 97 per cent for oils and greases totals, ranging from 73 per cent to 100 per cent . About 80 per cent of the organic fraction of nitrogen matter present in the raw sewage has been removed. The thermotolerants coliforms removal was, in average, of 2 and 3 log units, and Escherichia Coli, average of 1 and 3 log units, respectively, under application of the maximum and average flow rates, Giardia sp, average of 99.995 per cent , Cryptosporidium sp, average of 98.7 per cent , Enterovirus, average of 99.6 per cent , and Ascaris sp, average of 0.10 eggs/L. Removal of sulfides allowed the generation of treated effluent without unpleasant odors. The decrease in flow rate applied and the elevation of TDH influenced positively on system performance with respect to removals of chemical-physical and microbiological parameters. Based on this study, it became apparent the association benefit constructed wetlands with vertical and horizontal flow in the treatment of wastewater of septic tank. The Vetiver grass has good potential for use in constructed wetlands for wastewater treatment. The experimental system of treatment presented operational flexibility while maintaining good performance even in periods of overload. The quality of the final treated effluent obtained in this study 10 meets the requirements and emission standards of liquid effluents in water bodies and in public sanitation systems defined in federal environmental legislation and the State of São Paulo in Brazil. Hybrid constructed wetlands technology associated with the septic tank effluent treatment showed good potential for decentralized domestic wastewater treatment, including in regions with low availability of free area