Influence of the support medium’s depth on vertical up flow constructed wetland planted with vetiver grass

Constructed Wetlands (CW) are an important option on the treatment process of sanitary waste, however there is a lack of optimization around land use for the dedicated treatment area that is needed to maintain the effectiveness of any proposed treatment. The objective of this study was to evaluate if the depth of the support medium factors in the efficacy of treatment of sanitary waste through a newly built Vertical Up flow Constructed Wetland. The experiment consisted of three pilot scale constructed wetlands (CW 1, CW 2, CW 3) with a surface area of 0.22 m2 and different depths (0.45; 0.73 and 1.60 m) of the support medium which consisted of fragmented ceramic blocks. Vetiver grass seedlings were planted at a density of 23 plants m-2. The systems were evaluated through classical methodologies applied to samples of the effluent and affluent sources during 152 days (May of 2018 to October 2018): temperature measurement, pH, turbidity (NTU), dissolved oxygen (DO), redox potential (ORP), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen (N Amon), nitrite (NO2-), nitrate (NO3-) and total phosphorus (P). The elemental composition of the ceramic block (Si, O, Al, Ca, C and others) associated to the irregular characteristics (grooves, granules, pores and resistance) grant beneficial characteristics to waste treatment. The pH of both the effluent and affluent was not influenced by the support medium’s depth and no significant statistical difference was observed through this parameter. During the ORP and DO monitoring, it was observed that the system had a majorly anaerobic environment but there were significant statistical differences attributed to CW 3 (p-value= 0.001) where anoxic conditions developed near the root zone. The optimal average removal efficiency of organic loads in the average removal of TKN was registered to be up to 10%, 4% for ammoniacal nitrogen and both nitrite nitrate had a better average removal on CW 3 at 41%. The removal of the phosphorus load was also higher on CW 3 (38%) where it presented significant statistical differences (p-value= 0.0043). The growth of the vetiver grass seedlings was affected by the weather and consequently had a low growth rate but at the end of the monitoring period it was found that the plants had developed well. In CW 3 the plants had a better development rate at 0.57 cm d-1 for the aerial portion and 11,5 mg d-1 for relative growth rate (RGR). The three systems where built to have similar operational characteristics aside from depth which was bigger on CW 3 (1.45 m). CW 3 showed the best global results when compared to the other two systems. With that in mind, the possibility of optimizing vertical up flow constructed wetland by increasing the ceramic block support medium’s depth was verified.Wetlands construídos (WC) são uma importante opção no tratamento de esgotos sanitários que entretanto carecem de otimização da área ocupada a fim de atender com eficiência o tratamento proposto. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da profundidade do meio suporte de wetlands construídos de fluxo subsuperficial vertical com escoamento ascendente no tratamento de esgotos sanitários a partir da fase inicial do tratamento. O experimento é composto por três wetlands (WC 1, WC 2 e WC 3) em escala piloto cada um com área superficial de 0,22 m² e diferente profundidade (0,45 m; 0,73 e 1,60 m) de meio suporte composto de fragmentos de blocos cerâmicos. Mudas de capim vetiver foram plantadas nos sistemas com densidade de 23 plantas m-2. Os sistemas foram avaliados por metodologias clássicas com determinação da temperatura, pH, turbidez (UNT), oxigênio dissolvido (OD), potencial de oxirredução (POR), demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO); nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (N amon), nitrito (NO2-), nitrato (NO3- ) e fósforo total (P) em amostras do afluente e do efluente durante 152 dias (maio de 2018 a outubro de 2018). A composição elementar do material do bloco cerâmico (Si, O, Al, Ca, C e outros) associada às características da superfície irregular (sulcos, grânulos, porosidades e resistência) proporcionam propriedades de interesse no tratamento dos esgotos. O pH tanto do afluente quanto do efluente não sofreu influência das profundidades do meio suporte nos wetlands e não se verificou diferenças estatisticamente significativas neste parâmetro. Foi observado no monitoramento do POR e do OD, o ambiente anaeróbio nos sistemas, mas foram verificadas diferenças estatísticas significantes atribuídas ao WC 3 (pvalor= 0,001) em que se observou a condição anóxica junto a zona de raízes. A eficiência na remoção de cargas orgânicas em termos de DQO e de DBO teve os melhores índices médios observados no WC 3 com 37% e 24%, respectivamente. Foi verificada eficiência média na remoção do NTK de até 10%, no máximo 4% para nitrogênio amoniacal e tanto para nitrito quanto nitrato o melhor índice médio foi de 41% no WC 3. A remoção das cargas de fósforo foi maior no WC 3 (38%) em que se verificou diferenças estatísticas significativas (p-valor= 0,0043). O desenvolvimento das mudas do capim vetiver foi afetado por fatores climáticos e apresentaram baixos índices de crescimento, mas ao final do período de monitoramento observou-se bom desenvolvimento das plantas. No WC 3 verificou-se que as taxas de desenvolvimento foram superiores aos demais com 0,57 cm d-1 para crescimento da parte aérea e 11,5 mg d-1 para a TCR. Os três sistemas foram dimensionados para terem características operacionais similares, exceto na profundidade do meio suporte, maior no WC 3 (1,45 m) o qual apresentou os melhores resultados no desempenho global comparado ao WC 1 e o WC 2. Desse modo verificou-se possibilidade de otimização de wetlands construídos de fluxo vertical ascendente aumentando a profundidade do meio suporte constituído de blocos cerâmicos fragmentados