wetlands
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倀爀 漀昀 ⸀ 刀椀 挀愀爀 搀漀 䘀 爀 愀渀挀椀 䜀漀渀愀氀 瘀 攀猀 䄀瀀漀椀 漀㨀 Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) Wetlands Construídos e Aplicações no Tratamento de Águas Residuárias Ricardo Franci Gonçalves DEA – CT / UFES Wetlands = ecossistema que passam significativamente parte, ou toda parte do tempo, cobertos por água a pouca profundidade. http://www.branford-ct.gov/images/Wetland-view.jpg http://i.pbase.com/v3/75/47975/1/45349169.MarshSunrays_122163.jpg Sistemas Wetland No Brasil, também recebe denominações como: áreas alagadas construídas, zona de raízes, leitos cultivados, sistemas alagados construídos (SACs) e banhados construídos. Principais características: são meios saturados ou inundados pela água. Wetland: natural ou construído Wetlands construídas - WC • WC age como uma camada filtrante que responsáveis direta ou indiretamente possibilita a ação de sorção e pela a atividade ocorrência dos mecanismos de microbiológica que mineraliza a matéria orgânica Macrófit remoção de ainda contida no efluente, disponibilizando os a poluentes. minerais e nutrientes para vegetação • Busca de condições muito parecidas com as Biofilme bacteriano existentes nos ambientes naturais, maximizando as funções de interesse: Substrat o remoção de matéria orgânica e a retenção de nutrientes. Remoção de Contaminantes Parâmetro Físico Químico Biológico Sólidos Suspensos Totais Fixação - Biodegradação Demanda Química de Oxigênio (DQO) Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Fixação Oxidação Biodegradação Oxidação Fotoquímica Biodegradação Fitodegradação Fitovolatilização Evapotranspiração Fixação - Desnitrificação Crescimento da Planta Fixação Precipitação Adsorção Crescimento da Planta Precipitação Adsorção Troca Iônica Fitoacumulação Fitovolatilização Difusão/ Volatilização, Fixação Hidrocarbonetos Compostos Nitrogenados N, NH3, NH4, NO3-2, NO2- Compostos Fosfóricos Metais Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Ni, Se, Ag, Zn Patógenos Fixação - Radiação UV Morte de microorganismos Fatores de influência dos WC: • • Fatores climáticos: Temperatura Radiação solar Precipitação Vento Solo e geologia Percolação dos poluentes para o lençol freático • pH • Bactérias pH entre 4,0 a 9,5 • Acidificação natural • Sistema água-meio suporte dentro do leito é tamponado em relação a substâncias básicas presentes no fluxo de entrada Processos em wetlands Desnitrificação Adsorção de íons amônio e de metais pelos argilominerais. Adsorção de íons metálicos pela matéria orgânica Decomposição de matéria orgânica Remoção de patógenos Retirada de metais pesados e outras substâncias tóxicas pelas macrófitas Decomposição de compostos orgânicos tóxicos Contenção de nutrientes pelas macrófitas. Transformações do N em WC Vymazal, 2007. Processos em wetlands Baixas velocidades do fluxo do efluente + macrófita + brita sedimentação nos interstícios, retenção por constrição do fluxo e colisão com adesão a grânulos do meio suporte Redução de elevadas concentrações de sólidos suspensos. Configurações Típicas 1. Célula Única 3. 4. Células Paralelas 2. Célula em Série Serpentina Fonte: EPA, 2008 4. Célula em Série - Linear Classificação Wetlands Wetlands Fluxo Superficial Fluxo Submerso Horizontal Vertical Plantas Emergentes Plantas Submersas Plantas com flutuação livre Folhas Flutuantes Fonte: Vymazal & Kröpfevolá, 2008 Descendente Ascendente Correnteza 1. WC com fluxo superficial e plantas flutuantes 2. WC com fluxo superficial e macrófitas emergentes 3. WC com fluxo subsuperficial horizontal 4. WC com fluxo subsuperficial vertical Fluxo Superficial Submersas Emergentes Folhas flutuantes Flutuação livre Emergentes Classificação das macrófitas de acordo com o tipo de fixação no meio suporte Flutuantes Submergentes Classificação dos wetlands de acordo com a posição do nível da água em relação ao leito 1 = pedrisco e 2 = brita zero 1 = pedrisco, 2 = brita zero e 3 = areia grossa Fonte: Begosso, 2009 Fluxo Horizontal São comumente chamados de “Reed Bed” (Europa) e “Cama de vegetação submersa” (VSB - EUA); Entrada Plantas Saída Nível da Água Distribuição do Afluente Fluxo Coleta do Efluente Meio Suporte (areia, brita, cascalho, solo) Fluxo Horizontal Remoção de nitrogênio Volatilização é limitada Nitrificação e Desnitrificação; Não tem superfície livre da água; Fósforo é removido pelas reações de troca iônica; Mecanismos de remoção por absorção são mais significativas em regiões tropicais e subtropicais; Remoção de microorganismos é alcançada pela combinação de processos físicos, químicos e biológicos. Fonte: Vymazal & Kröpfevolá, 2008 WC de macrófitas emergentes e de fluxo subsuperficial vertical e descendente distribuição do efluente é feita à superfície dos leitos e o líquido é percolado. O sistema de escoamento de água se encontra alguns centímetros abaixo da superfície do meio suporte, o que elimina odores e propagação de mosquitos, e protege pessoas e animais de exposição a micro-organismos patogênicos WC fluxo vertical Os padrões hidráulicos e as condições de oxigênio de WC verticais e horizontais são muito diferentes. O desempenho de WC verticais aproxima-se de infiltração-percolação. Alimentado em intervalos melhor distribuição de esgoto e aproveitamento do volume de filtro maior eficiência no fluxo vertical, resultando em uma necessidade de área menor. A alimentação em intervalos possibilita a entrada de de ar (oxigênio) e entre os intervalos ocorre certa secagem da área de entrada aumentam a eficiência de processos biológicos e diminuem o perigo de colmatação. Meio suporte Poroso contato do efluente com a rizosfera Rochas duras, resistentes e capazes de manter sua forma no leito ao longo do tempo. WC fluxo subsuperficial material que permita a manutenção da permeabilidade do leito, dificultando a colmatação dos poros pedra britada Fina camada de composto orgânico acima do leito para promover níveis iniciais adequados de nutrientes e isolamento térmico adequado para as plantas. 1: Brita nº 3 entrada do efluente 2: Brita nº1 material com maior índice de vazios, favorecendo a formação de biofilme 3: Areia média grossa filtração predominante. Monteiro, 2009 Critérios para Seleção do Wetland Caracterização do efluente a ser tratado; Vazão; Área a ser construída; Custos; Clima (precipitação e temperatura); Configuração do Wetland Tamanho do wetland (área, altura útil); Estruturas de entrada e saída; Meio suporte (areia, cascalho, brita, calcário, solo, etc.); Seleção de plantas (macrófitas aquáticas); Declividade 0,5%. TDH, Carga Hidráulica e a Remoção 1 = pedrisco e 2 = brita zero 1 = pedrisco, 2 = brita zero e 3 = areia grossa Fonte: Begosso, 2009 Wetland tem como uma das vantagens o fator estético proporcionado pela presença da vegetação Macrófita Hidrófitas + genérico Plantas aquáticas, emergentes ou flutuantes Plantas existentes nos leitos cultivados possuem estruturas físicas especializadas para sua sobrevivência. Aerênquimas: estruturas desenvolvidas para o transporte de gases atmosféricos através das folhas e caule a fim de promover a oxigenação necessária à respiração do sistema radicular Funções das macrófitas WC Utilização de nutrientes e metais pesados; Transferência de oxigênio para a rizosfera; Inibição da proliferação de algas, pela sombra causada pelas folhas; Suporte para o crescimento e ação de micro-organismos; Melhoria da aparência do sistema; Redução dos riscos de erosão e ressuspensão de sólidos; Melhora das condições de sedimentação de sólidos; Auxílio à prevenção de colmatação do meio suporte. MACRÓFITAS – Pontos de atenção Um processo de transpiração homogêneo contribui para um crescimento foliar uniforme da macrófita. Presença de barreira física sombreamento queda na taxas de transpiração diminuição ou uma ineficácia do processo de depuração d’água. Os dados levantados de índice de área foliar (IAF) permitiram verificar que a cobertura vegetal tendeu a ser maior num leito quadrado do que em retangular (Júnior, 2003) MACRÓFITAS – Pontos de atenção As plantas localizadas no centro do leito podem não resistir ao sombreamento provocado pelas folhas ao redor morrem comprometem a remoção de nutrientes No início do desenvolvimento da planta, com o crescimento do vegetal ↑ retirada de quantidade de nutrientes devido a uma maior necessidade de crescimento. MACRÓFITAS – Pontos de atenção Devem tolerar áreas permanentemente saturadas ou submersas e o fluxo constante de poluentes dos mais diversos tipos e concentrações por espécies nativas maior facilidade de adaptação e crescimento nas condições locais Preferência Quando se deseja mimetizar os alagados naturais, várias espécies vegetais podem ser utilizadas simultaneamente no mesmo tanque. Principais espécies de macrófitas emergentes utilizadas em wetlands Espécie Nome popular Carex spp. ---- Colocasia esculenta ---- Cyperus spp. ---- Eleocharis spp. ---- Glyceria spp. ---- Juncus spp. Junco Nelumbo spp. Lótus Phalaris arundinacea ---- Phragmites spp. Caniço Schoenoplectus spp. ---- Scirpus spp. ---- Typha spp. Taboa Principais espécies de macrófitas emergentes para WC Espécie Nome popular Características Zantedeschia aethiopica Copo de leite Resistência média Sol pleno ou meia sombra Cyperus papyrus Papiro Alta resistência, sol pleno, Altura entre 150 e 200 cm Mini papiro Alta resistência, sol pleno ou meia sombra, Altura até 90 cm Canna hortensis Biri Rizomatosa perene de até 1,5 m de altura, Sol pleno floração bastante vistosa Philodendron bipinnatifidum Guaimbê, Banana de macaco Porte arbustivo e folhagem ornamental Sol pleno Cyperus isocladus Principais espécies de macrófitas emergentes para WC Nome popular Características Cana de ouro Sol pleno ou meia sombra Altura até 120 cm Natural da Flórida Iris pseudacorus Iris amarelo Alta resistência, sol pleno ou meia sombra, Altura até 120 a 200 cm Hedychium coronarium Lirio do brejo, gengibre branco Cultivada em grupos, meia sombra, Altura até 90 cm Taboa Porte arbustivo, sol pleno ou meia sombra propriedades medicinais Potencialidade de artesanato Cavalinha Planta agressiva e persistente Sol pleno ou parcial Propriedades medicinais Espécie Canna flaccida Typha sp. Equisetum arvense Principais espécies de macrófitas emergentes para WC Espécie Nome popular Características Heliconia psittacorum Heliconia ou bico-depapagaio Sol pleno ou meia sombra Altura até 150 cm Natural do Brasil Alpinia purpurata Gengibre vermelho Alta resistência, Sol pleno ou meia sombra Arundina bambusifolia Orquídeabambú Sol pleno ou meia sombra Altura até 200 cm Sem encharcamento Mentha sp. Hortelã Mentha sp. Solos permanentemente úmidos porém sem encharcamento. Inseticida, aromático e rápido Hortelã gigante crescimento Folha-grossa Macrófitas Nome comum Nome Científico Temperatura (°C) Faixa de pH Taboa Principal Cana Typha spp. 10-30 habitat para 4-10 Função: servir como Phragmites 12-23 2-8 fixação de Microorganismos communis Junco Juncus spp. 16-26 5-7,5 Junco Scirpus spp. 18-27 4-9 Fonte: EPA, 1988 Critérios de escolha das macrófitas Ainda não existe um critério geral para a escolha da macrófita apropriada para um tratamento específico, sendo que é aconselhável observar as espécies presentes nas proximidades da região de onde será instalada a estação de tratamento e montar um sistema piloto com algumas destas variedades de plantas. - ter tolerância a ambiente eutrofizado; - ter valor econômico; - ter crescimento rápido e ser de fácil propagação; - absorver nutrientes e outros constituintes; - ser de fácil manejo e colheita. Recomendações Espaçamento homogêneo entre as plantas. Pitaluga et al (2009) citam 10 plantas /m2 Sugestão projeto FINEP – HIS / UFES: Wetland 1 – vertical Folhagens, intenso crescimento Raízes mais robustas Papiro gigante Banana-de-macaco Wetland 2 – vertical Florescências Canna spp. Cavalinha Wetland 3 – hotrizontal Wetland 4 – horizontal Florescências Espécies meia-sombra Fator estético Inseticida e aromático Cavalinha Mini-papiro Orquídea-bambu Copo-de-leite Lírio do brejo Hortelã anã e gigante WC X águas cinzas O uso de efluentes de lavação, de chuveiros, pias ou outras fontes, que não sejam poluídos com fezes podem ser tratados em wetland para que possam ser aplicados depois como água de reuso, vindo ao encontro da filosofia do saneamento ecológico. Vantagens e Desvantagens Desvantagens: Aquisição da área a ser construída; Depende das condições climáticas. Vantagens: Pouca manutenção; Aplicável a locais remotos; Pouca produção de lodo; Remediação de locais com poucos ou muitos contaminantes; Pouco odor; Disseminação de vetores é evitada; Seqüestro de monóxido de carbono do ar; Boa aceitação da população. Aplicações – Tratamento de Águas Residuárias Efluentes Domésticos (esgoto doméstico e águas cinzas); Efluentes Industriais (petroquímicas, celulose, alimentos, etc); Efluentes de Aterros (Lixiviado); Drenagem de Minas; Remedição (solos contaminados); Efluentes Agrícolas; Escoamento Superficial Sistema de Tratamento Wetland Horizontal UV RAC Água cinza bruta Água cinza tratada Peneira Fina Estudos Realizados Monteiro, 2009. Viabilidade Técnica do emprego de sistemas tipo "Wetlands" para tratamento de água cinza visando o reúso não potável. Macrófitas: taboa, papiro, copo-de-leite, citronela, cana de brejo, chapéu de couro, pontedeira, íris amarela, rogéria. Meio suporte: brita nº1 e areia grossa. Remoção média de 60% para DBO5, COT e DQO; 84% PT e 83% fósforo solúvel, 76% sulfeto; 27% N kjeldahl e 13% N NH3; 56% CT e 94% E. coli. Estudos Realizados Begosso, 2009. Determinação de parâmetros de projeto e critérios para dimensionamento e configuração wetlands construídas para tratamento de água cinza. de Macrófitas: helicônia, mini-papiro, cana, orquídea bambu e gengibre vermelho. Meio suporte: pedrisco e brita nº 0. Remoção de 69% turbidez, 56% DQO, 70% DBO5, 38% ST, 66% SST, 66% fosfato, 33% nitrogênio total, 73% nitrito, 90% CT e 80% E. coli. Estudos Realizados Paulo et al., 2007. Greywater treatment in constructed wetland at household level. Macrófitas: helicônia e papiro. Meio suporte: areia e cascalho. Remoção média de 47,8% DQO, 81,4% turbidez, 84,3% SST, 67% NT, 77,8% amônia, 67,6% PT, 58,6% nitrato, 63% nitrito. Fim
