Remoção de poluentes em um sistema de alagados construídos atuando como pós-tratamento de efluente de reator UASB e de filtro biológico percolador

Um dos processos de tratamento de águas residuárias domésticas de potencial uso em pequenas comunidades é o tratamento em sistemas alagados construídos (SAC). No experimento foram utilizadas duas unidades de SAC de escoamento horizontal subsuperficial dispostas em paralelo e preenchidas com escória de alto forno, de granulometria semelhante à da brita #1. Cada unidade foi projetada para tratar uma vazão de 7,5 m³.d-1, o equivalente a uma população de aproximadamente 50 habitantes cada, utilizado para o pós-tratamento de esgoto doméstico por reator UASB e filtro biológico percolador aberto (FBPA), instalados no Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento - CePTS/UFMG/COPASA, localizado na ETE Arrudas, na cidade de Belo Horizonte MG. As dimensões de cada unidade eram: comprimento 24,1 m; largura 3,0 m; altura do leito 0,4 m; altura do líquido 0,3 m. Uma unidade foi plantada com Typha latifolia respeitando-se uma densidade mínima de 4 plantas por m2. Quando necessário, foram realizadas podas periódicas. A outra unidade não foi vegetada, servindo como controle do experimento. A montante do sistema experimental o esgoto recebe tratamento preliminar, composto por gradeamento mecanizado (grade grossa e fina) e desarenador da própria COPASA. As amostras foram coletadas semanalmente ou quinzenalmente no esgoto bruto, na saída do efluente do FBPA, na entrada e saída das unidades plantada e não plantada do SAC. Quinzenalmente também foram coletadas amostras em 03 pontos distintos ao longo do comprimento das mesmas. Para avaliação do desempenho dos sistemas, foram quantificadas as seguintes variáveis: demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total, fósforo, oxigênio dissolvido, alcalinidade, condutividade elétrica, pH, temperatura, potencial redox, condutividade elétrica. Para a avaliação do crescimento das plantas cultivadas e sua influência no desempenho da unidade plantada, amostras da taboa foram avaliadas através de medições da altura da planta. Para caracterização da composição da biomassa vegetal, foi coletada a parte aérea das plantas para a quantificação da matéria seca e de nitrogênio e fósforo. A evapotranspiração foi medida em tanques evaporímetros e posteriormente calculada através de fórmulas. A análise estatística para comparações entre a unidade não vegetada e a vegetada foi realizada pelo método não paramétrico de comparação entre variáveis dependentes, com amostras pareadas, utilizando o Teste de Wilcoxon e nível de significância de 5%, utilizando o software Statistica®. Os resultados sugerem uma melhoria significativa na qualidade do efluente. Na Fase 1 (tratamento do efluente do reator UASB), as concentrações médias efluentes de DBO, DQO e SST das unidades plantada e não plantada foram de 25 e 23 mg.L-1, 50 e 55 mg.L-1 , 9 e 6 mg.L-1 respectivamente . Para a Fase 2 (tratamento do efluente do sistema composto por reator UASB e filtro biológico percolador aberto), as médias das concentrações efluentes para as unidades plantada e não plantada foram também muito baixas, relativas a DBO ( 13 e 12 mg.L-1 ), DQO (26 e 31 mg.L-1 ) e SST (16 e 12 mg.L-1 ). NTK e Namoniacal na Fase 2 apresentaram valores de concentrações médias finais menores do que na Fase 1, cerca de 22 mg.L-1 e 23 mg.L-1 de NTK e 19 mg.L-1 e 20 mg.L-1 de N-amoniacal para unidade plantada e não plantada, respectivamente. A média das concentrações finais de Fósforo na Fase 1 foi de 2,3 mg.L-1 e na Fase 2 de 1,3 mg.L-1 para ambas as unidades. Em termos de cargas removidas na primeira fase houve diferença estatística significativa apenas para o N total, com eficiência de remoção de cargas de 12,4% para a unidade plantada e 16,0% para a unidade não plantada. Já na Fase 2 houve diferença estatisticamente significativa para os parâmetros de DQO, DBO, SST, N total e P total, sendo que a eficiência de remoção no SACs relacionados a cargas removidas foram maiores na unidade plantada para DQO (80 e 76%), NTK (38 e 33%) e N amoniacal (37 e 32%). A raiz da Typha latifolia teve concentração de nutrientes semelhante da parte aérea (resultados da última coleta), com valores de 16,5 g.kg-1 N e 4,1 g.kg-1 P para nitrogênio e fósforo na raiz, respectivamente. Observou-se que a eficiência de remoção nas unidades do SAC foi pouco afetada pela mudança da caraterística do efluente advindo do reator UASB e FBPA, exceto para N-amoniacal, NTK, P-total, que foram maiores para os efluentes do FBPA. Para porção foliar encontrou-se 24,1 g N.kg-1 de nitrogênio e 4,4 g P. kg-1. Nenhum impacto de precipitação na eficiência ou remoção de poluentes foi constatado. Não foram observados grandes impactos da evapotranspiração na eficiência de remoção de N e P. Medições do perfil longitudinal da concentração de DQO indicaram contínuo decaimento ao longo do comprimento dos SACs, com comportamento similar para as unidades plantada e não plantada. Apesar dos vários pontos positivos encontrados, deve-se registrar que, após os quatro anos, observou-se colmatação do meio, conduzindo a expressivo escoamento superficial nas unidades. De modo geral, e tendo por base os resultados obtidos neste monitoramento de longo prazo, pode-se concluir que sistemas de alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial constituem ótima alternativa para o pós-tratamento de efluentes anaeróbios e aeróbios. Acredita-se que este sistema, em virtude dos ótimos resultados e do período relativamente longo testado, esteja pronto para ser utilizado em escala real para pequenas comunidades.One method of treating domestic wastewater for potential use in small communities is the treatment in constructed wetlands. In the experiment, two units of subsurface horizontal flow constructed wetlands arranged in parallel were used and filled with blast furnace slag, similar to the particle size of crushed stone # 1. Each of the units has been designed to treat a flow of 7.5 m³.d-1, equivalent to a population of approximately 50 people each, for the post-treatment of domestic wastewater by UASB reactor and open biological trickling filter (FBPA). The system was installed at the Center for Research and Training in Sanitation - CePTS / UFMG / COPASA, located in Arrudas WWTP in the city of Belo Horizonte Brazil. The dimensions of each unit were: lengtj 24.1 m; width 3.0 m; filter bed height 0.4 m; liquid height 0.3 m. One unit was planted with Typha latifolia (cattail) respecting a minimum density of 4 plants per m2. When necessary, periodic pruning was carried out. The other unit was not planted, serving as a experimental control. The wastewater received preliminary treatment, consisting of fine screening and grit removal. Samples were collected weekly or fortnightly in the raw sewage, effluent from UASB reactor and open trickling filter and in the effluent from the planted and unplanted wetlands.Fortnightly samples were also collected at 03 different points along the length of the wetlands. To evaluate systems performance, the following variables were quantified: chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen, phosphorus, dissolved oxygen, alkalinity, pH, temperature, redox potential and electrical conductivity. To evaluate the growth of cultivated plants and their influence on the performance of the planted unit, cattail samples were evaluated by measurements of plant height. To characterize the composition of plant, biomass was collected at the shoot for the quantification of dry matter and nitrogen and phosphorus. The evapotranspiration was measured in evaporimetric tanks. Statistical analysis for comparison between the vegetated and non-vegetated unit was performed by nonparametric comparison of dependent variables, with paired samples, by the Wilcoxon test at a significance level of 5%, using the Statistica ® software. The results showed a significant improvement in effluent quality. In Phase 1 (treatment of the effluent from the UASB reactor), the average effluent concentrations of BOD, COD and TSS from the planted and not planted units were 25 and 23 mg L-1, 50 and 55 mg L-1, 9 and 6 mg.L-1 respectively. For Phase 2 (treatment of the effluent from a system comprised by UASB reactor and open trickling filter), the mean effluent concentrations for planted and not planted units were also very low, for BOD (13 and 12 mg.L-1), COD (26 and 31 mg L-1) and TSS (16 and 12 mg L-1). TKN and N-ammonia in Phase 2 showed values of final average concentrations lower than in Phase 1, about 22 mg L-1 and 23 mg L-1 TKN and 19 mg.L-1 and 20 mg.L-1 for N-ammonia for the planted and unplanted units, respectively. The average final concentrations of phosphorus in Phase 1 was 2.3 mg.L-1 and in Phase 2 of 1.3 mg.L-1 for both units. In terms of loads removed in the first phase were statistically significant only for total nitrogen removal efficiency, with 12.4% for planted unit and 16.0% for unplanted unit. In Phase 2 there was statistically significant difference for the parameters COD, BOD, TSS, total N and total P. The removal efficiencies based on loads were higher in the planted unit for COD (80 and 76%), TKN (38 and 33%) and N ammonia (37 and 32%). The root of Typha latifolia had nutrient concentrations similar to the shoot (results from last sampling), with values of 16.5 g.kg-1 N and 4.1 g.kg-1 P in the root. It was observed that the removal efficiency in the wetland units was little affected by changing the characteristic of the effluent arising from the UASB reactor and open trickling filter, except for N-ammonia, TKN, total-P, which were higher in the treatment of the effluent from the trickling filter. The foliar portion had 24.1 g N.kg-1 and 4.4 g P. kg-1. No impact of precipitation on the removal efficiency of pollutants was found. No major impacts of evapotranspiration were observed in the removal efficiency of N and P. Measurements of the longitudinal profile of the concentration of COD indicated continual decay along the length, with similar behavior in both units. Despite the various positive aspects, it should be noted that, after four years, there was clogging, leading to substantial runoff in both units.In general, and based on the results of this long-term monitoring, it can be concluded that horizontal subsurface flow constructed wetland systems are a very good alternative for the post-treatment of anaerobic and aerobic effluents. It is believed that this system, due to the good results and the relatively long duration of the test is ready to be used for small-scale communities