Remoção de contaminantes do esgoto sanitário em sistemas alagados construídos cultivados com Mentha aquatica / Removal of sewage contaminants in constructed wetlands systems cultivated with Mentha aquatica

RESUMO Neste trabalho, teve-se como objetivo avaliar o desempenho de Sistemas Alagados Construídos de Escoamento Horizontal Subsuperficial (SAC-EHSS) cultivados com Mentha aquatica, submetidos a diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH), na remoção de matéria orgânica, nutrientes e bactérias do grupo coliformes presentes em esgoto sanitário efluente de tanque séptico. Quatro SACs-EHSS de 24,0 × 1,0 × 0,35 m foram construídos e preenchidos com brita #0, como meio suporte, até a altura de 0,20 m. Em dois SAC-EHSS, foi cultivada a espécie Mentha aquatica, permanecendo os outros dois sem vegetação como tratamento controle. O experimento foi realizado em duas etapas: na primeira, de 20 de junho a 24 de agosto de 2011, avaliaram-se os TDH de 6,0 e 4,5 dias; e, na segunda, de 31 de agosto a 09 de novembro de 2011, foram analisados os TDH de 3,0 e 1,5 dias. Para avaliação do desempenho dos sistemas, foram quantificadas as variáveis: demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), concentrações totais de nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K) e sódio (Na), coliformes totais e Escherichia coli. As eficiências médias na remoção de DQO variaram entre 71,3 e 91,4% e as de DBO5, entre 75,3 e 91,0%. As remoções médias de nutrientes foram de 29,5 a 77,2% do N total; de 12,8 a 58,3% do P total; de 20,4 a 63,3% do K total; e de 17,5 a 53,4% do Na total. As reduções na contagem de coliformes totais foram de 1,29 a 3,41 unidades logarítmicas e as de E. coli, de 1,13 a 3,46 unidades logarítmicas. Maiores eficiências na remoção de matéria orgânica, nutrientes e bactérias do grupo coliformes foram observadas nos SAC-EHSS cultivados que operaram com maiores TDH.

ABSTRACT This work was conducted to evaluate the performance of horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CWs) cultivated with Mentha aquatica, subjected to different hydraulic retention times (HRTs), in the removal of organic matter, nutrients and coliform bacteria in sewage effluent from septic tank. Four HSSF-CWs measuring 24.0 × 1.0 × 0.35 m were built and filled with gravel # 0, as a support medium, up to the height of 0.20 m. In two HSSF-CWs, Mentha aquatica was cultivated, the other two remained without vegetation, as control treatment. The experiment was conducted in two stages: in the first, from 06/20 to 08/24/2011, HRTs of 6.0 and 4.5 days were evaluated, and in the second stage, from 08/31 to 11/09/2011, HRTs of 3.0 and 1.5 days were evaluated. To evaluate the systems performance, the following variables were quantified: chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total nitrogen, phosphorus, potassium, sodium, total coliforms and Escherichia coli. Average removal efficiencies of COD ranged from 71.3 to 91.4% and of BOD5 from 75.3 to 91.0%. With respect to nutrients, average removals ranged from 29.5 to 77.2% total N; 12.8 to 58.3% total P; 20.4 to 63.3% total K and 17.5 to 53.4% total Na. Reductions in total coliform counts ranged from 1.29 to 3.41 log units and 1.13 to 3.46 log units in E. coli. Improved efficiencies in the removal of organic matter, nutrients and coliform bacteria were observed in cultivated HSSF-CWs that operated at higher HRT.

Comportamento hidrodinâmico de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial de diferentes proporções geométricas e tempos de operação / Hydrodynamic behavior of horizontal subsurface flow constructed wetlands with different aspect ratio and operation time

RESUMO No presente trabalho, teve-se por objetivo avaliar a influência da proporção geométrica e o tempo de operação na hidrodinâmica do sistema. Para isso, três sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS) de diferentes razões comprimento:largura (L/B) foram caracterizados no que se refere ao comportamento hidrodinâmico, no início e após três meses de sua operação, durante o tratamento de esgoto sanitário. O comportamento hidrodinâmico foi avaliado por meio da técnica estímulo-resposta, com a injeção de traçador de cloreto de lítio (LiCl), na forma de pulso, e da construção da curva de distribuição dos tempos de residência (DTR), a partir da qual foram extraídos parâmetros que permitiram a análise hidrodinâmica dos sistemas. Verificou-se que todos os SACs-EHSS apresentaram comportamento hidrodinâmico do tipo disperso, embora tenha sido observada correlação inversa entre L/B e o número de dispersão (d) no sistema. O tempo de operação desses sistemas também proporcionou pequena redução no d, em todos os SACs-EHSS.

ABSTRACT The objective of the present work was to evaluate the geometric ratio and the operating time's influence on the systems' hydrodynamic conditions. For this purpose, three horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CWs) in pilot scale, with same useful volume () but with different length:width (L/B) ratio, were characterized regarding the hydrodynamic behavior at the beginning and after 3 months of operation, in sewage treatment. To obtain the HSSF-CW conditions, the stimulus-response technique with the lithium chloride (LiCl) tracer injection on a pulse format was used. Thus, the residence time distribution curve was constructed, from which parameters were extracted and enabled the hydrodynamic analysis of the systems. It was found that all HSSF-CWs presented dispersed hydrodynamic behavior, although the results indicated an inverse correlation between L/B and the dispersion number. The operating time of these systems provided a reduction in the dispersion number in all HSSF-CWs, different from the results found in some works.

Colmatação e desempenho de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial ao longo de oito anos de operação / Clogging and performance of horizontal subsurface flow constructed wetlands over eight years of operation

RESUMO O presente trabalho objetivou avaliar as condições de funcionamento de dois sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS), um plantado (SACP) com taboa (Typha latifolia) e outro mantido sem plantas (SACNP), ao longo de oito anos de operação, no tratamento de esgoto sanitário. Mediu-se a extensão do escoamento superficial, como indicativo da colmatação do meio poroso ao longo do tempo, além de diversas variáveis que possibilitem inferências sobre as possíveis perdas de eficiência do sistema na remoção de poluentes dessa água residuária. As avaliações indicaram que o meio poroso dos dois SACs se encontra colmatado (mais de 80% do leito apresentando escoamento superficial), estando o SACNP, atualmente, em pior situação, tendo havido prejuízo do seu potencial de remoção de sólidos e nitrogênio em relação ao SACP. Apesar disso, o desempenho em ambos os sistemas permanece satisfatório, não existindo tendência de decréscimo acentuado nas suas capacidades de remoção de poluentes, contrariando a expectativa e corroborando resultados obtidos em trabalhos de monitoramento desses sistemas por longos períodos de tempo. A carga aplicada e o tipo de pré-tratamento a que o esgoto foi submetido parecem ter sido mais decisivos na eficiência dos sistemas em remover nutrientes/poluentes do que o próprio período de operação das unidades, sobretudo no que se refere ao SACP.

ABSTRACT The objective of this work was to evaluate the conditions of operation of two horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CW), one planted (PCW) with cattail (Typha latifolia), and another, maintained without plants (NPCW), along eight years of operation in sewage treatment. The extent of the overland surface flow was measured as an indicative of the clogging of the pore medium over time, besides several variables that allow to infer possible losses of treatment efficiency in the pollutants removal from wastewater. Evaluations indicated that the porous medium of the two CWs is clogged (more than 80% of the bed with overland surface flow), and that the NPCW is currently in a worse condition, with a reduction of its solids and nitrogen removal potential in relation to the PCW. Despite this, the performance in both systems remains satisfactory, and there is no tendency of decrease in the capacity to remove pollutants, contrary to expectations, and corroborating the results obtained in works that monitored these systems for long periods of time. The load applied and the type of pretreatment to which the influent was submitted seem to have been more decisive in the systems' efficiency in removing nutrients/pollutants than the operating period of the unit, especially for the PCW.

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.

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.