Influência do regime hidráulico no desempenho de wetlands construídos verticais empregados no tratamento de esgoto sanitário

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2021.A utilização de wetlands construídos verticais (WCV) como solução ao esgotamento sanitário de pequenas coletividades vem crescendo no Brasil, impulsionada pelo objetivo de universalização dos serviços de saneamento. A pesquisa e melhoria contínua dos processos de tratamento colabora com o desenvolvimento e a consolidação da ecotecnologia, sendo que a influência do regime hidráulico e a comparação entre diferentes modalidades de WCV, são temas relevantes de avaliação nesta área, sendo o objetivo deste trabalho. O estudo foi conduzido em duas unidades de WCV (ambas com área superficial de 7,5m²), implantadas em escala piloto como etapas de tratamento secundário de esgoto sanitário, denominadas como wetland construído vertical com fluxo livre (WCV-FL) e wetland construído vertical com fundo saturado (WCV-FS). Os módulos foram avaliados sob dois regimes hidráulicos distintos (período I: junho/2015 a março/2017 e período II: abril/2017 a julho/2019) com variação de carregamento hidráulico (75 mm.dia-1 no período I e 103 mm.dia-1 no período II), volume de pulso (140 L no período I e 193 L no período II), volume específico de pulso (19 L.m-2 para o período I e 26 L.m-2 no período II) e taxa hidráulica específica (THE de 10 L.m-2.min-1 para o WCV-FS e 8 L.m-2.min-1 para o WCV-FL no período I e 4 L.m-2.min-1 para ambos os WCV no período II). Por meio de análises estatísticas avaliou-se comparativamente a eficiência de remoção de matéria orgânica, nutrientes e sólidos, entre as unidades e os períodos. O WCV-FL apresentou diferença estatística significativa entre os períodos apenas para a remoção de SST (94% no período I e 88% no período II) e P-PO43- (72% no período I e de 69% no período II); as eficiências médias de remoção de N-NH4+ e DBO5 em ambos períodos foram de 60% e 87%, respectivamente. O WCV-FS apresentou diferença estatística significativa entre períodos apenas para P-PO43-, onde alcançou 85% de remoção no período I e 80% no período II, e as remoções médias de nitrogênio amoniacal, DBO5 e SST foram para ambos períodos de 68%, 90% e 97%, respectivamente. Com exceção de SST no período I onde os sistemas apresentaram igual remoção, o WCV-FS obteve melhor desempenho de tratamento para todos os parâmetros em ambos os períodos avaliados, mostrando-se a melhor modalidade de WCV para tratamento de esgoto sanitário. Acerca dos dois períodos operacionais, observou-se baixa variação de performance para as faixas de regime hidráulico avaliadas, deste modo, entende-se que é possível nas condições climáticas subtropicais operar WCV com valores de carga hidráulica, volume de pulso e volume específico de pulso superiores aos recomendados para clima temperado, além de uma inferior taxa hidráulica específica, sem perder eficiência na remoção de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal.Abstract: The use of vertical constructed wetlands (VCW) as a solution to sanitary sewage of small collectivities is growing in Brazil, driven by the goal of universalization of sanitation services. Research and continuous improvement of treatment processes collaborates with the development and consolidation of ecotechnology and the influence of the hydraulic regime and the comparison between different VCW modalities, are relevant themes of evaluation in this area and the objective of this work. The study was conducted in two units of VCW (both with an area of 7.5m²), deployed on a pilot scale as secondary treatment steps of sanitary sewage, called as free flow vertical constructed wetland (VCW-FL) and partially saturated vertical flow constructed wetland (VWC-FS). The modules were evaluated under two distinct hydraulic regimens (period I: June/2015 to March/2017 and period II: April/2017 to July/2019), where there were variations in hydraulic loading rate (75 mm.day-1 in period I and 103 mm.day-1 in period II), pulse volume (140 L in period I and 193 L in period II), specific pulse volume (19 L.m-2 for period I and 26 L.m-2 for period II) and specific hydraulic rate (THE of 10 L.m-2.min-1 for VCW-FS and 8 L.m-2.min-1 for VWC-FL in period I and 4 L.m-2.min-1 for both VCW in period II). By means of statistical analyses the efficiency of removal of organic matter, nutrients and solids between modules and periods were compared. VCW-FL showed a significant statistical difference between the periods only for the removal of TSS (94% in period I and 88% in period II) and P-PO43- (72% in period I and 69% in period II); mean ammoniacal nitrogen removal efficiencies and DBO5 in both periods, were 60% and 87%, respectively. VCW-FS showed significant statistical difference between periods only for P-PO43- where it achieved 85% removal in period I and 80% in period II, and mean removals of N-NH4+, DBO5 and TSS were for both periods of 68%, 90% and 97%, respectively. The modules showed equal removal only for TSS in period I, however, VCW-FS obtained better treatment performance for the rest of the parameters in both evaluated periods, showing itself the best VCW modality for sanitary sewage treatment. Concerning the two operational periods, low variation in performance was observed for the evaluated hydraulic regime bands. Thus, it is understood that it is possible in subtropical climatic conditions to operate VCW with values of specific hydraulic loading rate applied below the recommended, and values of hydraulic loading rate, pulse volume and specific pulse volume higher than that recommended by the standard for the temperate climate, without resulting in losses in the performance of treatment of organic matter and ammoniacal nitrogen