Pollutants removal in vertical-flow constructed wetlands cultivated with different plant species

Sabe-se que a água residuária da suinocultura (ARS) pode ser tratada, aproveitada na agricultura ou ainda, ser despejada em corpos hídricos, desde que seja atendido o que está estabelecido na legislação ambiental vigente. Face à realidade brasileira, a escolha dos tipos de tratamentos nas áreas de criação de animais vem recaindo em sistemas de biorremediação que conjuguem baixos custos e simplicidade operacional. Dentre as soluções disponíveis para o tratamento da ARS, distingue-se a aplicação em sistemas alagados construídos (SACs). Objetivou-se, num primeiro momento, avaliar a influência do tempo de retenção hidráulica (TRH) e das espécies vegetais cultivadas em SACs de escoamento vertical na remoção de poluentes contidos na ARS. Foram estudados 12 SACs cilíndricos (Æ 0,6 m x 0,3 m de altura, preenchidos com 25 cm de brita zero ), sendo 3 cultivados com Cyperus sp.(tiriricão), 3 com Heliconia rostrata (helicônia), 3 com Hedychium coronarium (lírio-do-brejo) e 3 controles (somente com a brita). A carga orgânica aplicada por unidade de área foi de 20 g m-2 d-1 de DQO. A ARS foi submetida a tratamento por TRHs equivalentes a 24, 48, 72 e 96 h. Analisaram-se os afluentes e efluentes dos SACs, sendo as seguintes variáveis estudadas: potencial hidrogeniônico (pH), condutividade elétrica (CE), potencial redox (Eh), turbidez, alcalinidade (AT), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio total (NT), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (Namon), nitrato (N-NO3 -), fósforo total (PT), potássio (K) e sódio (Na). As análises estatísticas foram realizadas no aplicativo WinStat 2.11, sendo utilizado o teste Tukey para a comparação entre médias, cuja avaliação procedeu-se em nível de 1% de probabilidade. Como resultado geral, notou-se que os SACs que trabalharam sob os maiores TRHs apresentaram as maiores remoções de poluentes. Nos SACs cultivados, observou-se remoção de NTK 1,3 vez maior em relação aos SACs não cultivados. Em relação à espécie vegetal a ser cultivada nos SACs de escoamento vertical e ao TRH mais apropriado, a melhor combinação observada foi a dos SACs cultivados com Cyperus sp. operando sob TRH de 72 h, que apresentaram as maiores remoções mássicas médias, com valores de 69,1% para DQO, 56,5% para NTK, 61,7% para Namon, 64,3% para fósforo e 55,0% para potássio. Após tal constatação, em uma segunda experimentação, monitorou-se por 90 dias, SACs de escoamento vertical tratando água residuária de suinocultura (ARS), com o objetivo de avaliar a contribuição do Cyperus sp. na remoção mássica dos poluentes contidos na ARS. Dois SACs de escoamento vertical (sendo um cultivado e um controle) foram operados emparalelo, sob um TRH de 72 h. As diferenças significativas observadas, quando considerando a eficiência média de remoção foram de 37,5 e 28,5% para o NTK, de 55,9 e 44,4% para o PT, 30,2 e 25,6% para AT e 26,1 e 22,9% para CE nos SACs cultivado e não cultivado, respectivamente. Não se verificou diferença estatística entre os 2 SACs para as demais variáveis analisadas. Com absorção de nutrientes de 21,8; 2,1; 14,0 e 0,9 g m-2 de N, P, K e Na, respectivamente, o Cyperus sp. apresentou produtividade, em termos de matéria seca (MS), de 674,5 g m-2, com uma taxa de produtividade de MS de 7,5 g m-2 d-1. Durante o período de condução do experimento, verificou-se que a evapotranspiração média (2,7 mm d-1), estatisticamente superior no SAC cultivado em relação ao não cultivado, foi fundamental na contabilização da remoção mássica das variáveis analisadas. Como conclusão geral, observou-se que o cultivo de plantas em SACs se faz importante para a obtenção de maiores remoções de nutrientes, além de propiciar a formação de um ambiente com melhor estética paisagística. Com base nos resultados obtidos, pode-se afirmar que sistemas alagados construídos de escoamento vertical podem ser utilizados como etapa complementar no tratamento de efluentes suinícolas.It is known that swine wastewater (SWW) can be treated, exploited in agriculture or be discharged to water bodies, provided it obeys what is established by environmental law. Given the Brazilian reality, the choice of types of treatments in the areas of animal husbandry has been focused on bioremediation systems that combine low cost and operational simplicity. The solutions available for the treatment of SWW include their application in constructed wetlands (CWs). The objective, initially, was to evaluate the influence of hydraulic retention time (HRT) and cultivated plant species in vertical-flow CWs (VFCWs) for pollutants removal. The organic loading per unit area applied was 20 g m-2 d-1 of COD, to 12 cylindrical CWs (Æ 0.6 m x 0.3 m, filled with 25 cm of gravel "zero"), 3 planted with Cyperus sp., 3 with Heliconia rostrata, 3 with Hedychium coronarium and 3 controls (unvegetated). The HRTs tested were 24, 48, 72 and 96 h. The influent and effluent of the CWs was analyzed, by quantifying the following parameters: pH, electrical conductivity (EC), redox potential (Eh), turbidity, alkalinity (TA), COD, TN, TKN, NHx, N-NO3-, TP, K and Na. Statistical analysis was performed using the software WinStat 2.11, followed by the Tukey test for comparison between means, cat a level of 1% probability. As a general result, it was noted that the greatest reductions were observed when CWs operated under a higher HRT. In planted CWs TKN removals were 1.33 times higher than in unplanted CWs. Regarding the type of plant being grown in the VFCWs and the most appropriate HRT, the best combination observed was that of CWs planted with Cyperus sp. operating at a HRT of 72 h, which had the highest average mass removals, with values of 69.1% (COD), 56.5% (TKN), 61.7% (NHx), 64.3% (TP) and 55.0% (K). In a second phase, after it was established that the Cyperus sp. at a HRT of 72 h was the best combination, the VFCWs was monitored for 90 days, to evaluate the contribution of Cyperus sp. in mass removal of pollutants in the SWW. Two VFCWs (planted and unplanted), were operated in parallel with a HRT equivalent to 72 h. Significant differences were observed between planted and unplanted CWs, when comparing the variables TKN (37.5 and 28.5%), TP (55.9 and 44.4%), TA (30.2 and 25.6%) and EC (26.1 and 22.9%). There was no statistical difference between planted and unplanted CWs for most of the variables analyzed. At a nutrient uptake of 21.8, 2.1, 14.0, and 0.9 g m-2 of N, P, K and Na, respectively, the Cyperus sp. presented a dry matter productivity of 674.5 g m-2, with a dry matter yield of 7.5 g m-2 d-1. Evapotranspiration (2.7 mm d-1), statistically higher in the planted CW, has a fundamental role in accounting for the mass removal of all variables. As a general conclusion, it was observed what VFCWs can be used to complement treatment of SWW and the cultivation of plants in the CWs is important to achieve higher removalof nutrients, as well as provide a more aesthetically pleasing environmental landscape.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai