Palestra ucdb - campo grande

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Palestra ucdb - campo grande

  1. 1. APLICAÇÃO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Prof. Pablo H. Sezerino
  2. 2. Wetlands - conceitos •Ecossistema de transição entre ambientes aquáticos e terrestres; Fonte: http://institutoterramax.blogspot.com.br Fonte: http://institutoterramax.blogspot.com.br
  3. 3. Wetlands - Classificações Fonte: Adaptado de Vymazal e Kropfelová, (2008)
  4. 4. Wetlands Superficial
  5. 5. Wetlands subsuperficial Horizontal - WCFH 1) afluente; 2) macrófitas; 3) impermeabilização; 4) zona de entrada; 5) tubulação de alimentação; 6) material filtrante; 7) sentido do fluxo; 8) zona de saída; 9) tubulação de coleta; 10) controlador de nível.
  6. 6. a) escavação no solo; b) impermeabilização; c) assentamento do material filtrante; d) FPMH pós-plantio; e) FPMH em janeiro de 2012; f) FPMH em agosto de 2012.
  7. 7. Wetlands subsuperficial Vertical -WCFV 1) afluente; 2)macrófitas; 3)material filtrante; 4) tubulação de alimentação; 5) sentido do fluxo; 6) tubulação de coleta; 7) impermeabilização; 8) controlador de nível; 9) efluente final.
  8. 8. a) escavação no solo; b) impermeabilização com lona; c) assentamento de manta de poliéster; d) primeira camada de brita utilizada na confecção do material filtrante; e) detalhe da tubulação de coleta do efluente; f) areia distribuída no WCFV; g) detalhe da última camada de brita; h) término do assentamento do material filtrante; i) WCFV plantado.
  9. 9. Sistemas Híbridos Fonte: Adaptado de Vymazal e Kropfelová, (2008)
  10. 10. Critérios essenciais - impermeabilização
  11. 11. Elementos atuantes Material filtrante Macrófitas Micro-organismos
  12. 12. Material filtrante Qual é a função do material filtrante ? Quais os critérios devemos considerar ? Qual escolher ?
  13. 13. Material filtrante – Funções: Filtração Suporte desenvolvimento biofilme Suporte desenvolvimento macrófitas Local de desenvolvimento das reações bioquímicas
  14. 14. Material filtrante – Características Boa condutividade hidráulica Adsorção de compostos inorgânicos N-NH4 P-PO43- Manter o fluxo até a zona de saída do efluente
  15. 15. Material filtrante •Areia: possuem um ótimo potencial de fluxo, porém, nenhuma, ou muito pouca, capacidade adsortiva; •Argilas: possuem alto potencial de adsorção, mas são praticamente impermeáveis. A escolha do tipo deste material filtrante a ser empregado está, portanto, condicionada às finalidades do tratamento.
  16. 16. Material filtrante Recomendações : Literatura internacional: (d10) superior ou igual a 0,20mm; (U) menor ou igual a 5 unidades; (Ks), maior ou igual a 10-4m/s (≥ 10-2cm/s ou ≥ 0,36m/h). (NBR 13969/97 – ABNT, 1997) = d10 entre 0,25mm e 1,20mm ; U < 4
  17. 17. Material filtrante - Cuidados
  18. 18. Macrófitas Qual é a função das macrófitas? Qual espécie escolher ? Fonte: http://www.northcreeknurseries.com
  19. 19. Macrófitas - Definição Macrófitas aquáticas Organismos que vivem desde em ambientes úmidos até ambientes saturados de água; Tundisi e Tundisi, (2008) Luz + Água + nutrientes Grande produtividade vegetal e atividade heterotrófica Alta capacidade de decomposição de matéria orgânica e outros componentes
  20. 20. Macrófitas - Definição •Flutuantes •Submersas •Emergentes Fonte: Thomaz e Bini (2003)
  21. 21. Macrófitas – fluxo subsuperfical Typha Papirus Juncus Phragmites Fonte: http://www.northcreeknurseries.com Fonte: http://vitalsignsme.org
  22. 22. Macrófitas Macrófita Profundidade das raízes (m) Crescimento (m) Phragmites australis 0,6 a 1 0,5 a 8 – rápido e denso Typha spp. 0,3 a 0,4 0,5 a 4 – rápido e denso Juncus spp 0,6 a 1 0,5 a 4 – variado e moderado Características fisiológicas das principais macrófitas empregadas nos wetlands
  23. 23. Macrófitas - Funções oAumento na retenção de sólidos: Presença de raízes e/ou rizomas: melhor distribuição e redução na velocidade do escoamento da água residuária;  melhores condições para sedimentação de SST e aumento no tempo de contato entre a água e as raízes das plantas.
  24. 24. Macrófitas - Funções oFacilitam as trocas gasosas no meio: •As macrófitas, podem facilitar a entrada de O2 e a saída de •CH4, CO2, N2O e H2S do sistema; * Transferência de O2 de (0, 02 g O2 /m².d; (Kadlec e Knight,1996) ) * Liberação de exsudados Aumento de colonização de bactérias
  25. 25. Macrófitas - Funções oAbsorvem nutrientes do meio: •Assimilam N e P do meio para seu desenvolvimento •Eficiência do sistema em relação ao desenvolvimento da planta: Fase do crescimento: altas taxas de absorção - máxima eficiência; Senescência: translocação de parte dos nutrientes para os rizomas e as raízes de onde podem ser exsudados - diminuição na eficiência; Após a morte: degradação do material orgânico, com re-disponibilização dos poluentes - eficiência negativa.
  26. 26. Macrófitas - Funções oProporcionar habitat para vida silvestre e agradável aspecto estético : Fonte: campos et. al. 2013 Fonte: Ferreira et. al. 2013
  27. 27. Macrófitas - Características 1 – A macrófita deve ser tolerante a ambientes com excesso de água/salino ou até mesmo ambientes com pouca água; 2- Rapidez no crescimento; 3- Formação de volumosos sistema radicular; 4- Grande produtividade de biomassa; 5- Não serem invasoras; 6- Facilidade de manejo; 7 – Possibilidade de reutilização;
  28. 28. Macrófitas Mas afinal, qual macrófita escolher ? Além das características citadas, a macrófita a ser escolhida deve ser adaptada à região; Estética; Agregação de valor à biomassa vegetal após poda...
  29. 29. PERFORMANCES DE TRATAMENTO 100 trabalhos publicados no BR entre 1999-2011 Macrófitas
  30. 30. Macrófitas - Plantio
  31. 31. Micro-organismos •Material filtrante •Efluente •Rizosfera Presentes:
  32. 32. Literatura: Utilizando areia como material filtrante, aproximadamente 90% da atividade microbiana se concentra nos 10 primeiros cm da areia. Partículas do material filtrante Biofilme de microorganismos NO3 H2S NO2 Ácidos orgânicos DBO OD Esgoto Biofilme Aeróbio Anaeróbio Rizoma / raízes
  33. 33. Micro-organismos Bactérias Protozoários Micrometazoários Principais grupos Fonte: http://www.infoescola.com Fonte: http://www.quimilab.com Fonte: http://www.quimilab.com
  34. 34. Micro-organismos Micro-organismos Função Bactérias Oxidação da matéria carbonácea; Nitrificação e Desnitrificação; Protozoários Clarificação do efluente; Degradação da matéria orgânica; Produção de polissacarídeos contribuindo na floculação do material suspenso; Mantêm o equilíbrio ecológico do sistema; Redução da produção do lodo através da ingestão de bactérias floculadas Indicação da qualidade do efluente final; Micrometazóarios Contribuem para a manutenção da população de bactérias saudáveis; Diminuem a turbidez do efluente; Atuam na recirculação de nutrientes; Aumentam a penetração do oxigênio; Contribuem na biofloculação; Auxiliam na redução de DBO; Favorecem o balanço ecológico do sistema Papel dos micro-organismos no tratamento de efluentes
  35. 35. Mecanismos de depuração Águas Residuárias Material carbonáceo Sólidos Nutrientes Patógenos
  36. 36. Material sólido O ideal é realizar a remoção de uma parcela do material sólido em um tratamento primário; Porque ? Filtro entope !!!!
  37. 37. •Qual é a carga de SS que podemos aplicar nesses sistemas ? Com o passar do tempo, a condutividade hidráulica tende a ser reduzida até que ocorra a colmatação completa do filtro. Fonte: De Paoli e Von Sperling,2013 Fonte: De Paoli e Von Sperling,2013
  38. 38. Deposição de SS no material filtrante Produção da biomassa e excreção de substâncias pelos micro-organismos Precipitação química e deposição nos sólidos COLMATAÇÃO
  39. 39. Depuração da matéria carbonácea •Aeróbia: CHONP + O2 + bactérias → CO2 + H2O + novas células Geralmente essas condições ocorrem nos sistemas de fluxo vertical; •Anaeróbia: Matéria orgânica + bactérias → álcool, ácidos e novas células → bactérias →CH4,H2S,NH3,CO2,H2O,novas células Geralmente essas condições ocorrem nos sistemas de fluxo horizontal;
  40. 40. Transformações do nitrogênio Fonte: Adaptado Cooper et al, 1996
  41. 41. Transformações do N em wetlands Adsorção pelo material filtrante Assimilação pelas macrófitas Transformações bioquímicas por micro- organismos
  42. 42. Remoção de P •Precipitação, Adsorção e Sedimentação; •As reações de adsorção e precipitação ocorrem quando há presença no material filtrante de minerais como o cálcio, alumínio e o ferro, estas reações são controladas pela interação do pH e potencial redox com os minerais presentes, bem como a área superficial dos grãos
  43. 43. Comportamento de um WCFH na remoção de ortofosfato ao longo de 1 ano de monitoramento Remoção de P
  44. 44. Assimilação de P macrófitas Dias após a poda WCFH Dias após a poda WCFV P (g/Kg) P (g/Kg) 44 58 92 105 133 150 5,43 6,55 3,42 2,44 2,50 2,65 41 92 108 - - - 2,77 2,15 2,44 - - - Teores de P no tecido foliar da macrófita Typha domingenis Pers ao longo do seu crescimento
  45. 45.  K t  Co Ce T  exp  onde: Ce = concentração efluente em termos de DBO5 (mg.L-1) Co = concentração afluente em termos de DBO5 (mg.L-1) KT = constante de reação da cinética de primeira ordem – dependente da temperatura T (d-1) t = tempo de retenção hidráulico (d) (i) Modelos oriundos da cinética de primeira ordem aplicável aos reatores tipo pistão:   K p n Q Co Ce A T      ln ln onde: A = área superficial requerida (m2) Q = vazão afluente (m3.d-1) Co = concentração afluente em termos de DBO5 (mg.L-1 = g.m-3) Ce = concentração efluente em termos de DBO5 (mg.L-1 = g.m-3) KT = obtida pela equação 3 (d-1) n = porosidade do material filtrante (m3 vazios.m-3 material) p = profundidade média do filtro (m) Dimensionamento WCFH
  46. 46. Dimensionamento WCFV (i) Balanço de Oxigênio (Platzer, 1999): Balanço O2 - equações: demanda O2 (g/d) = (0,85 * 0,7 * DQOaflu) + (4,3*NTKaflu) - (0,1*2,9*NTKaflu) convecção O2 (g/d) = 0,3*Q*1000 difusão O2 (g/d) = 1* área prevista * [24 - (1,5 * núm aplicações)] balanco = convecção O2 (g/d) + difusão O2 (g/d) - demanda O2 (g/d) > 0
  47. 47. Aplicação intermitente (3 vezes ao dia; de 8 em 8hs) Taxa hidráulica = 230 mm/d 40 gDQO/m2.d 15 gSS/m2.d 12 gNTK/m2.d Areia (d10 = 0,20mm; U = 4,9) – profundidade de 60cm 4 mudas Typha domingensis/m2 Relação de 1,2 m2/pessoa (ii) Carregamento superficial (Sezerino, 2006) Dimensionamento WCFV
  48. 48. WC HORIZONTAL - remoção de 90% de DBO5; - remoção de 90% de SS; - remoção de 20% de amônia; - remoção de 30% de fósforo. Para relação ͌ 2 m2/pessoa POSSIBILIDADES 100 trabalhos publicados no BR entre 1999-2011 Limites X Possibilidades
  49. 49. WC HORIZONTAL Carga transversal aplicada de no máximo 16 gSS.m-2seção transversal.d-1, para a manutenção de remoções superiores a 65% e 80% para DQO e SS, respectivamente LIMITES Colmatação ! Limites X Possibilidades
  50. 50. WC HORIZONTAL Colmatação ! Limites x Possibilidades
  51. 51. WC VERTICAL pH = 6,29 ± 0,35 DQO = 72% NH4-N = 78% com nitrificação de 73% SS = 70% de remoção Para relação ͌ 1,2 m2/pessoa POSSIBILIDADES Critérios de Sezerino (2006) Limites x Possibilidades
  52. 52. WC VERTICAL LIMITES Remoção de Fósforo 0,032 0,146 0,014 0,09 y = 0,0059e0,0455x R2 = 0,984 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0 10 20 30 40 50 60 70 80 concentração de PO4-P (mg/L) Massa adsorvida (mg de PO 4-P/g areia seca) Remoção de Coliformes Curva de adsorção de fósforo dissolvido reativo obtida com ensaio junto a areia Limites x Possibilidades
  53. 53. www.gesad.com.br wetlandsbrasil@gmail.com catianebti@gmail.com

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