Lítio, dextrana e rodamina na avaliação da hidrodinâmica de sistemas alagados construídos / Lithium, dextran, and rhodamine in the hydrodynamic evaluation of constructed wetlands

RESUMO Sistemas alagados construídos (SACs) são alternativas de engenharia para tratamento de águas residuárias. Entretanto, ainda são limitadas as pesquisas relacionadas à hidrodinâmica desses sistemas, quando comparados a outras unidades de tratamento, como filtros biológicos, reatores anaeróbios, lagoas de estabilização, dentre outros. Dessa forma, neste estudo teve-se como objetivo avaliar o comportamento hidrodinâmico de três SACs de escoamento horizontal subsuperficial (plantados e não plantados) em escala piloto, por meio da injeção dos traçadores cloreto de lítio, dextrana azul e rodamina WT. Utilizaram-se diferentes metodologias de normalização, para vazão constante e para vazão variável, para avaliar o efeito da variação da taxa de escoamento no sistema. Além disso, determinaram-se os índices hidrodinâmicos e o grau de dispersão dos sistemas por meio dos modelos de escoamento tanques em série e escoamento disperso. Os valores recuperados de rodamina WT e de lítio foram satisfatórios, maiores do que 80% da massa injetada nos três SACs. Para a dextrana azul, a taxa recuperação não foi validada. Não foram verificadas diferenças nas curvas de distribuição de tempo de retenção submetidas às duas metodologias de normalização. Os índices hidrodinâmicos determinados revelaram baixo grau de curtos-circuitos, boa eficiência hidráulica e mistura nos sistemas. Os sistemas apresentaram grau de dispersão moderada, o que está de acordo com os resultados obtidos pelos índices hidrodinâmicos.

ABSTRACT Constructed wetlands (CWs) are engineering alternatives for wastewater treatment. However, the scientific literature related to the hydrodynamics of these systems is still scarce when compared to other treatments, such as trickling filters, anaerobic reactors, stabilizations ponds, among others. Thus, this study aimed to evaluate the hydrodynamic behavior of three subsurface horizontal flow CWs (vegetated and unvegetated) on a pilot scale by injecting the tracers lithium chloride, blue dextran, and rhodamine WT. Different normalization methodologies for constant and variable flows were used to evaluate the effect of flow rate variation on the system. In addition, hydrodynamic indices and the system dispersion degree were determined by tank-in-series and dispersion models. The recovered mass of rhodamine WT and lithium was greater than 80% in the three systems, considered satisfactory. For the blue dextran, the recovery rate was not validated. Residence time distribution curves were submitted to two normalization methodologies. No difference was detected. The hydrodynamic indices found revealed low short circuit level, good hydraulic efficiency and mixing in the systems. The systems presented a moderate degree of dispersion, agreeing with the results obtained by the hydrodynamic indices.

Dinâmica do fósforo em sistemas alagados construídos tratando água residuária da suinocultura / Phosphorus dynamics in constructed wetlands systems treating swine wastewater

RESUMO Neste estudo, teve-se por objetivo avaliar a remoção de fósforo e obter coeficientes cinéticos em sistemas alagados construídos (SAC) utilizados no tratamento das águas residuárias da suinocultura (ARS), sob diferentes taxas de carregamento de fósforo (TCP). Para isso, foram utilizados oito tanques de 2,0 × 0,5 × 0,6 m. Em SAC3, SAC5, SAC7 e SAC9, foi plantado o capim tifton-85 (Cynodon spp.) e, em SAC2, SAC4, SAC6 e SAC8, foi plantada a taboa (Typha latifolia). As TCP médias aplicadas foram de 6,2 (SAC2 e SAC3), 12,4 (SAC4 e SAC5), 17,5 (SAC6 e SAC7) e 21,5 kg.ha-1.d-1 (SAC8 e SAC9). As eficiências de remoção de fósforo variaram entre 65 e 78%, valores que podem ser considerados satisfatórios, visto que a remoção de fósforo total nesses sistemas é baixa e varia entre 40 e 60%. Em relação aos ajustes de modelos cinéticos, verificou-se que o de primeira ordem não se ajustou bem aos dados obtidos neste trabalho, enquanto os de Brasil et al. (2007) e Kadlec & Wallace (2008) proporcionaram bom ajuste e descreveram com precisão a cinética de remoção de fósforo nos SAC avaliados, apresentando R2 superior a 90%.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate phosphorus removal and to obtain kinetic parameters in SACs used in the treatment of swine wastewater (ARS), under different phosphorus loading rates (TCP). For this, eight tanks of 2.0 × 0.5 × 0.6 m were used. SAC3, SAC5, SAC7, and SAC9 were planted with Tifton-85 bermudagrass (Cynodon spp.) and SAC2, SAC4, SAC6, and SAC8 were planted with cattail (Typha latifolia). The average TCP applied were 6.2 (SAC2 and SAC3), 12.4 (SAC4 and SAC5), 17.5 (SAC6 and SAC7) and 21.5 kg ha-1 d-1 (SAC8 and SAC9). The efficiency of phosphorus removal ranged between 65 and 78%, values which can be considered satisfactory, since the removal of phosphorus in these systems is low and ranges between 40 and 60%. Regarding adjustment of the kinetic models, it was found that the first order model did not fit well to the data obtained in this work, while the models of Brasil et al. (2007) and Kadlec & Wallace (2008) provided good fit and accurately described the kinetics of phosphorus removal in the evaluated SACs, with R2 greater than 90%.

Degradation kinetics of organic matter in dairy industry wastewater by flotation/ozonation processes / Cinética de degradação da matéria orgânica nas águas residuárias da indústria de laticínios pelos processos de flotação/ozonização

This study evaluated the adjustment of four kinetic models and their respective parameters on data of dairy wastewater treatment by the physico-chemical process of flotation and ozonation. The experiment was implemented during the year 2014, with all the tests in triplicate. The treatments were carried out at different pH levels (3.6, 7.0 and 10.4), and flotation/ozonation was catalyzed by manganese (Mn2+) in neutral level (pH 7.0). Best removal efficiencies for chemical oxygen demand (COD) were obtained in acidic medium, with removals greater than 75% after 20 min of treatment. There was no significant difference with regards to addition of Mn2+ on COD removal by the physicochemical process. The kinetic models that best fit to the experimental data, for all treatments, were the asymptotic (residual) model and that of Chan and Chu. Treatment in acidic medium showed the highest values of the kinetic parameters for the adjusted model, obtaining a k coefficient equal to 0.2394 min-1 for the asymptotic model and kinetic coefficient 1/ of 0.4816 min-1 for the Chan and Chu model, both presenting a determination coefficient greater than 99%.

Neste estudo, avaliou-se o ajuste de quatro modelos cinéticos (modelo de escoamento pistonado, mistura completa, assintótico ou residual e de Chan e Chu e seus respectivos parâmetros, na degradação da matéria orgânica presente no efluente de laticínios pelo processo físico-químico de flotação e ozonização. O experimento foi implementado durante o ano de 2014, com todos os testes em triplicata, os s tratamentos foram realizados sob diferentes pHs (3,6; 7,0 e 10,4), além da flotação/ozonização catalisada pelo manganês (Mn2+) em meio neutro. Observando que em meio ácido ocorreram as melhores eficiências de remoção da demanda química de oxigênio (DQO), tendo sido obtida uma remoção superior a 75% em 20 min de tratamento. Não houve diferença significativa em relação à adição de Mn2+ ao processo físico-químico. Os modelos que mais se ajustaram aos dados experimentais, para todos os tratamentos realizados, foram o modelo assintótico e o de Chan e Chu. O tratamento em meio ácido foi o que apresentou os maiores valores dos parâmetros cinéticos para os modelos ajustados, obtendo-se para o modelo assintótico, coeficiente k igual a 0,2394 min-1, e para o modelo de Chan e Chu, coeficiente cinético 1/ de 0,4816 min-1, apresentando para ambos os modelos um coeficiente de determinação superior a 99%.

Modelagem da progressão da DBO obtida na incubação de esgoto doméstico sob diferentes temperaturas / Modeling of BOD progression obtained in sewage incubated under different temperatures

RESUMO Confiável quantificação da demanda bioquímica de oxigênio exercida (DBO exercida) poderá ser obtida com incubação das amostras sob temperaturas diferentes, desde que o valor da demanda bioquímica de oxigênio última (DBOU) não seja alterado nessas condições. Alguns autores têm relatado aumento no valor da DBOU com a elevação da temperatura de incubação das amostras, o que pode ser decorrente da ocorrência da nitrificação, da aclimatação diferenciada ou do mau ajuste dos modelos de progressão da demanda bioquímica carbonácea de oxigênio (DBO exercida). Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito da temperatura sobre a progressão da DBO exercida e o valor da DBOu em amostras de esgoto doméstico bruto, avaliando-se qual modelo melhor se ajusta aos dados obtidos. Os resultados indicaram pequena influência da temperatura de incubação das amostras nos valores da DBOU do esgoto sanitário e que os modelos de primeira e segunda ordens descreveram adequadamente a progressão da DBO exercida.

ABSTRACT Reliable quantification of biochemical oxygen demand exerted (exerted BOD) can be obtained by incubating samples at different temperatures, since the amount of ultimate biochemical oxygen demand (UBOD) does not change in these conditions. Some authors have found increased UBOD values with rise in temperature of incubating samples, which could be due to the occurrence of nitrification, the acclimatization or the inadequacy of modeling of carbonaceous oxygen demand (exerted BOD) progression. This study aimed to evaluate the effect of temperature on the progression of exerted BOD and UBOD values in samples of raw domestic sewage, checking which model best fits the data. The results indicated low influence of incubating sewage samples temperature on UBOD values, being that both models, first and second order, described properly the exerted BOD progression.

Efeito da vegetação em sistemas alagados construídos para tratar águas residuárias da suinocultura / Effect of vegetation in constructed wetlands treating swine wastewater

RESUMO No presente trabalho, objetivou-se avaliar a influência da vegetação em sistemas alagados construídos (SACs) na remoção de poluentes da água residuária da suinocultura (ARS). O experimento foi constituído por três SACs, construídos em escala piloto. O SAC1 foi utilizado como controle, não sendo nele cultivada nenhuma espécie vegetal. No SAC2 foi plantada a taboa (Typha latifolia ), e no SAC3, o capim tifton-85 (Cynodon spp.). Quanto à remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e de sólidos suspensos totais (SST), não se constatou diferença entre os SACs (p>0,05), no entanto a eficiência de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) foi diferente entre os SACs (p<0.05) - o SAC1 foi mais eficiente que o SAC2. Com exceção de Mg, o cultivo do capim tifton-85 e da taboa não influenciou (p>0,05) a remoção de macro nem de micronutrientes. A forma de cultivo nos SACs nem mesmo o tipo de espécie cultivada tiveram influência considerável na remoção de matéria orgânica, de macro e de micronutrientes da ARS.

ABSTRACT This study aimed to evaluate the influence of vegetation in constructed wetlands (CWs) in removing swine wastewater (SWW) pollutants. The experiment consisted of three CWs, built on a pilot scale. CW1 was used as control, and no plant species were cultivated in it. In CW2, cattail (Typha latifolia ) was planted, and in CW3, bermudagrass (Cynodon spp.). No difference was observed between the CWs regarding the removal of biochemical oxygen demand (BOD) and total suspended solids (TSS) (p>0.05). Chemical oxygen demand (COD) removal was different between the CWs (p<0.05) - CW1 was more efficient than CW2. With the exception of Mg, bermudagrass and cattail cultivation did not influence (p>0.05) the removal of macro and micronutrients. The form of cultivation in the CWs and even the type of species cultivated had considerable influence in the removal of organic matter and nutrients of SWW.

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em sistemas alagados construídos, com Chrysopogon zizanioides e Polygonum punctatum cultivadas em leito de argila expandida / Swine wastewater treatment in constructed wetlands cultivated with Chrysopogon zizanioides e Polygonum punctatum on expanded clay bed

RESUMO No presente estudo avaliou-se a remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT) da água residuária de suinocultura (ARS) em sistemas alagados construídos (SACs) de escoamento horizontal subsuperficial, além da contribuição das espécies vegetais cultivadas: Polygonum punctatum (erva-de-bicho) e Chrysopogon zizanioides (capim-vetiver). Foram implantados três SACs, utilizando-se argila expandida como meio suporte, sendo um cultivado com P. punctatum (SACE), outro cultivado com C. zizanioides (SACV) e um mantido como controle, sem cultivo (SACC). Para um tempo de retenção hidráulica nominal (τ) de 3,2 dias, observou-se remoção de DBO, NT e PT, ao longo do período experimental, com eficiências médias de 85, 38 e 51% (SACC), 89, 48 e 69% (SACE) e 81, 36 e 45% (SACV), respectivamente. O melhor desempenho foi observado no SACE. Foram obtidas, em termos de matéria seca, produtividades de 2,79 e 1,91 g m-2 d-1 e remoções de NT de 1,54 e 1,01% e de PT de 0,81 e 1,19%, da carga aplicada, para a erva-de-bicho e o capim-vetiver, respectivamente.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the pollutant removal of swine wastewater in horizontal-flow constructed wetlands (CW) and the contribution of vegetable species Polygonum punctatum (smartweed) and Chrysopogon zizanioides (vetiver grass). Three CW's were implanted with expanded clay as support bed, one cultivated with P. punctatum (CWE), another cultivated with C. zizanioides (CWV) and one without cultivation, used as control (CWC). Using a nominal hydraulic retention time (τ) of 3.21 days, theaverage removal efficiencies of BOD, NT and PT obtained were 85, 38 e 51% (CWC), 89, 48 e 69% (CWE) and 81, 36 e 45% (CWV), respectively. The best performance was observed on CWE. The dry mass productivities were 2.79 and 1.91 g m-2 d-1. NT removals were 1.54 and 1.01% and PT removals were 0.81 and 1.19%, respectively for Polygonum punctatum and Chrysopogon zizanioides .

Influência da taxa de carga orgânica no desempenho de sistemas alagados construídos cultivados com forrageiras / Influence of organic loading rate on the performance of constructed wetlands cultivated with grass

Estudou-se a influência da taxa de carga orgânica (TCO) no desempenho de sistemas alagados construídos (SACs) de escoamento subsuperficial. Cada SAC foi constituído por um tanque de 0,40 x 0,73 x 3,00 m. A água residuária de laticínios (ARL) foi aplicada com vazão de 60 L.d-1. O tratamento testemunha foi constituído por um SAC sem vegetação, ao qual foi aplicada uma TCO de 130 kg.ha-1 d-1 de DBO. Nos SACs cultivados com capim-elefante e com capim-tifton 85, foram aplicadas TCOs de 66, 130, 190, 320 e 570 kg.ha-1 d-1 de DBO. Os SACs se mostraram eficientes na remoção de DBO, DQO, SST, ST e nitrogênio. TCOs entre 250 e 400 kg.ha-1 d-1 de DBO proporcionaram maiores eficiências na remoção da carga orgânica e acima de 400 kg.ha-1 d-1 na de sólidos da água residuária. A presença de plantas nos SACs mostrou-se importante na remoção de N, K e Na da ARL.

The present paper was carried out to study the influence of organic loading rate (OLR) on the performance of subsurface flow constructed wetlands systems (CWs). Each CW was composed of a sealed tank of 0.40 x 0.73 x 3.00 m. The dairy industry wastewater was applied with flow rate of 60 L.d-1. In the control system, consisting of CW without vegetation, 130 kg.ha-1 d-1 of BOD was applied. In vegetated CWs (cultivated with elephant grass and tifton 85 bermudagrass), OLRs of 66, 130, 190, 320 and 570 kg.ha-1 d-1 of BOD were applied . The CW systems were efficient in the removal of BOD, COD, TSS, TS and nitrogen. OLRs between 250 and 400 kg.ha-1 d-1 BOD provide greater efficiencies in organic loading removal and above 400 kg.ha-1 d-1 in the solids removal from wastewater. The presence of the plants in the CWs showed to be important in the removal of N, K and Na of wastewater.

Influência da estratégia de alimentação no desempenho do reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada / Influence of feeding strategy on the performance of anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass

Submeteu-se um reator anaeróbio operado em batelada seqüencial a diferentes tempos de enchimento, com o objetivo de verificar-se o desempenho do sistema. O reator, construído em acrílico e com capacidade de 6,3 L, tratou por ciclo um volume de 2,5 L de esgoto sintético com concentração de aproximadamente 500 mgDQO/L. O sistema foi operado à temperatura de 30 graus mais ou menos 1, com duração de 8 h para cada ciclo (tC) e agitação de 500 rpm implementada mecanicamente. Cubos de espuma de poliuretano foram usados como suporte para imobilização da biomassa. No início de cada ciclo, o reator foi carregado com 60 por cento do volume do esgoto; o restante foi preenchido durante tempos de enchimento (tF) que caracterizaram as diferentes estratégias de alimentação. Os resultados obtidos demonstram que para razões tF/tC <= 0,5 o sistema alcança médias de remoção de matéria orgânica acima de 75 por cento e 70 por cento para amostras filtradas e não filtradas, respectivamente. Nos ensaios em que tF/tC > 0,5, registrou-se perda na eficiência e formação de polímeros extracelulares, apesar da estabilidade observada. O estudo contribuiu para o melhor entendimento do sistema e definição de técnicas de operação em futuras aplicações.