Mestrado Guilherme Schulz Pae

5/9/2018 Mestrado Guilherme Schulz Pae - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mestrado-guilherme-schulz-pae 1/72

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

MESTRADO PROFISSIONAL

SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES COMPLANTAS AQUÁTICAS EMERGENTES (PAE) PARA O

PROCESSO DE PARBOILIZAÇÃO DE ARROZ

GUILHERME SCHULZ

Orientadora: Profa. Dra. Nádia Teresinha Schröder

Co-orientadora: Profa. Dra. Liliana Amaral

Canoas, julho de 2009



II

DEDICATÓRIA

Dedico a realização deste trabalho:

a minha esposa Cristiane;a minha Empresa BIOMA PAMPA;

aos meus Pais;que tanto apoiaram e incentivaram meu crescimento profissional.



III

AGRADECIMENTOS

a minha esposa Cristiane, pela paciência das aulas e por todo o amor e

incentivo dado;ao incentivo dado pela minha empresa BIOMA PAMPA.ao incentivo também dado pela minha família;

a grande ajuda dada pela minha orientadora Profa. Dra. Nádia Schröder;a ciência da Ecologia;

ao meu trabalho profissional.



IV

SUMÁRIO 1. Introdução ..................................................................................................... 1

1.1. Justificativa ............................................................................................................. 3 1.2. Objetivos .................................................................................................................. 4

1.2.1. Objetivo Geral ....................................................................... 4 1.2.2. Objetivos Específicos ............................................................ 4

2. Revisão Bibliográfica .................................................................................... 5 2.1. Tipos de sistemas de tratamento com PAE .......................................................... 6 2.2. Sistema com Plantas Aquáticas Emergentes (PAE) .......................................... 10

2.2.1. Composição das camadas suporte ..................................... 12 2.2.2.

Regime Hidrológico ............................................................. 13

2.2.3. Vegetação ........................................................................... 13 2.2.4. Mecanismos de Remoção de Poluentes ............................. 17 2.2.5. Eficiência da Remoção ........................................................ 18

3. Materiais e Métodos .................................................................................... 20 3.1. Caracterização da Área de Estudo ...................................................................... 20 3.2. Diagnóstico Inicial - Sistema de Tratamento de Efluentes ............................... 21 3.3. Dimensionamento do Sistema PAE Proposto ..................................................... 23 3.4. Camada Suporte ................................................................................................... 24 3.5. Seleção de Plantas Aquáticas Emergentes .......................................................... 24 3.6. Coleta dos Propágulos .......................................................................................... 25 3.7. Plantio das mudas ................................................................................................. 26 3.8. Monitoramento ..................................................................................................... 26

4. Resultados e Discussão ............................................................................... 28 4.1. Plantas Aquáticas Emergentes ............................................................................ 28

4.1.1. Taboa (Typha dominguensis ) .............................................. 28 4.1.2. Espadana (Zizaniposis bonariensis ).................................... 29 4.1.3. Junco (Scirpus colifornicus ) ................................................ 30

4.2. Local de coleta ....................................................................................................... 31 4.3. Camada Suporte ................................................................................................... 31 4.4. Dimensionamento do Sistema PAE ..................................................................... 34 4.5. Densidade de plantas aquáticas no Sistema PAE .............................................. 40 4.6. Monitoramento do efluente .................................................................................. 42

5. Conclusões .................................................................................................. 57 6. Trabalhos Futuros ...................................................................................... 59 7. Referências .................................................................................................. 60



V

Listagem de Figuras

Figura 01: Representação de um Sistema de Fluxo Horizontal típico – folha 08;

Figura 02: Representação de um Sistema de Fluxo Vertical típico – folha 09;

Figura 03: Formas Biológicas das plantas aquáticas – folha 15;

Figura 04: Vista aérea da área de estudo – Folha 20;

Figura 05: Caixa de filtração do efluente bruto presente no sistema antigo –folha 21

Figura 06: Efluente com arraste de cinza de casca – folha 22

Figura 07: Local de saída do efluente do sistema primário – folha 22;

Figura 08: Lagoas facultativas existentes no antigo sistema – folha 22;Figura 09: Plantio das muda – folha 26

Figura 10: Taboa (Typha dominguensis ) Pers. – folha 29;

Figura 11: Espadana (Zizaniopsis bonariensis ) (Balansa & Poitr.) Speg. – folha30;

Figura 12: Muda de Junco (Scirpus californicus ) (C. A. Meyer) Steud – folha31;Figura 13: Perfil dos substratos utilizados para composição da camada suporte – folha 32

Figura 14: Efluente sendo filtrado por peneiras – folha 34;Figura 15: Tanques de equalização e resfriamento – folha 34;

Figura 16: Construção dos banhados – folha 35;

Figura 17: Construção dos taludes laterais – folha 35;

Figura 18: Impermeabilização com argila – folha 36;

Figura 19: Colocação do substrato brita – folha 36;

Figura 20: Colocação do substrato areia – folha 37;

Figura 21: Colocação de brita e areia – folha 37;

Figura 22: Colocação de pedra calcária – folha 37;

Figura 23: Plantio de mudas de Taboa – folha 38;

Figura 24: Plantio de mudas de Espadana – folha 38;

Figura 25: Plantio e brotação de mudas de Junco – folha 38;Figura 26: Tubulação de entrada do efluente e pedras irregulares para suadistribuição no sistema de tratamento – folha 39;Figura 27: Colocação das tubulações do Efluente – folha 39;

Figura 28: Saída do efluente do sistema de tratamento – folha 40;

Figura 29: Distribuição e distanciamento do plantio das mudas nos banhados –folha 40;



VI

Figura 30: Distribuição e plantio das mudas de Taboa no banhado 1 – folha 41;

Figura 31: Distribuição e plantio das mudas de Espadana no banhado 2 – folha41;

Figura 32: Distribuição e plantio das mudas de Junco no banhado 3 – folha 42;Figura 33: Mortandade de espécimes de Taboa – folha 43;

Figura 34: Presença de plantas invasoras nos banhados PAE – folha 43;

Figura 35: Presença de plantas sagitárias – folha 44;

Figura 36: Presença de pássaros junto aos taludes dos banhados – folha 44;

Figura 37: Presença de pássaros junto à vegetação – folha 45;

Figura 38: Presença de pássaros junto a ETE – folha 45;

Figura 39: Taboa após 15 meses de plantio – folha 46;

Figura 40: Espadana após 15 meses de plantio – Folha 46;

Figura 41: Junco após 15 meses de plantio – Folha 46;

Figura 42: Vista do sistema de tratamento em julho de 2009 – folha 47;

Figura 43: Sistema de filtração de sólidos nos banhados – folha 48;

Figura 44: Borra e limo acumulados – folha 48;

Figura 45: Da esquerda para a direita efluente bruto, efluente tratado PAE 1,PAE 2 e PAE3 – folha 49;

Figura 46: Muçum (peixe), junto à saída do efluente – folha 49;

Figura 47: Percentuais de remoção dos contaminantes (%) – folha 50;

Figura 48: DBO no efluente bruto e no tratado - folha 52;

Figura 49: DQO no efluente bruto e no tratado – folha 52;

Figura 50: Sólidos suspensos no efluente bruto e no tratado – folha 53;

Figura 51: Fósforo Total no efluente bruto e no tratado – folha 53;

Figura 52: Nitrogênio Amoniacal no efluente bruto e no tratado – folha 55;

Figura 53: Nitrogênio Total no efluente bruto e no tratado – folha 55.



VII

Listagem de Tabelas

Tabela 01: taxa de transferência de O2 por plantas aquáticas emergentes –Folha 10;

Tabela 02: plantas aquáticas emergentes da região Sul do Brasil – folha 16;

Tabela 03: principais mecanismos de remoção de poluentes – filha 17;

Tabela 04: Eficiência de remoção dos principais parâmetros de monitoramento – folha 18;

Tabela 05: Composição da Pedra Calcária – folha 32

Tabela 06: Valores dos parâmetros utilizados no Monitoramento do Efluente –folha 50

Tabela 07: Concentrações de Cálcio no efluente tratado e bruto – folha 54.



VIII

Resumo

O processo industrial de parboilização de arroz produz grandes volumes

de efluentes que contem altas concentrações de fósforo, matéria-orgânica,nitrogênio e outros contaminantes. Estes efluentes possuem ainda altas

temperaturas e forte odor, que acabam degradando a qualidade ambiental de

águas superficiais e subterrâneas se não forem devidamente tratados. A fim de

evitar a degradação ambiental, as plantas aquáticas emergentes (PAE) têm

sido utilizadas como filtros, em banhados construídos, para o tratamento de

efluentes contaminados. Apresentam como vantagem o baixo custo de

operação, baixo consumo energético e simplicidade operacional. Nestecontexto, o presente trabalho objetivou avaliar a eficiência da Taboa (Typha

dominguensis ), Espadana (Zizaniopsis bonariensis ) e Junco (Scirpus

californicus ) em sistemas para tratamentos de efluentes da indústria de arroz

parboilizado. O sistema de tratamento de efluente, com plantas aquáticas

emergentes, proposto neste estudo, indicou ser eficiente na remoção de

poluentes, mesmo com variações nas condições climáticas e possibilitou a

coexistência de várias espécies de pássaros, apresentando as características

de seus habitats naturais e, conseqüentemente, um local que oferece abrigo e

alimentação para sua sobrevivência e das demais espécies aumentando a

biodiversidade na região.

Palavras-Chaves: plantas aquáticas emergentes – tratamento de efluentes –indústria de parboilização de arroz – banhados construídos.



IX

Abstract

The process of parboiling rice industry produces large volumes of wastewater

containing high concentrations of phosphorus, organic matter, nitrogen and

other contaminants. These effluents still present high temperatures and strong

odor, which can degradate the environmental quality of surface and

groundwater if not properly treated. In order to prevent environmental

deterioration, emergent aquatic plants (EAP) have been used as filters, built in

wetlands, for the treatment of contaminated effluents. The advantages of its use

are the low cost of operation, low energy consumption and operational

simplicity. In this context, this study aimed to evaluate the efficiency of Taboa(Typha dominguensis), Espadana (Zizaniopsis bonariensis) and Junco (Scirpus

californicus) in systems for wastewater treatment of the parboiling rice industry.

The effluent treatment system applying emergent aquatic plants proposed in

this study indicated efficient removal of pollutants, even with variations in

climate and the possible coexistence of several species of birds. It shows the

characteristics of their natural habitats, and consequently a place that offers

shelter and food for their survival and other species increase biodiversity in theregion.

Keywords: emergent aquatic plants - wastewater treatment - parboiling rice

industry - wetlands.



Sistema de Tratamento de Efluentes com PAE 1

1. Introdução

O estado do Rio Grande do Sul é um importante pólo de produção dealimentos, o que torna a agroindústria a principal atividade econômica da

região. O principal grão processado no estado é o arroz, que chega ao

beneficiamento de 3.442.537 t/ano dos 4.708.695 t/ano de grãos colhidos

representando mais de um terço da produção nacional (IRGA, 2006). A

produção nacional de arroz, em 2006, somou 11.524.434 toneladas e o

rendimento médio (3.881 kg/ha) foi recorde. Este índice foi fortemente

influenciado pelas lavouras do Rio Grande do Sul, principal produtor nacional eonde se concentram os 20 municípios maiores produtores de arroz (IBGE,

2006).

A indústria de arroz parboilizado é uma das atividades agroindustriais que

apresenta um forte crescimento no estado do Rio Grande do Sul. O processo

de parboilização constitui-se por três etapas: encharcamento, gelatinização e

secagem para aumentar o valor nutritivo, o rendimento do engenho e a

conservação do produto (AMATO e SILVEIRA FILHO, 1991; GUTKOSKI,1991). Este processo gera cerca de 4m3 de efluentes por tonelada de grão

industrializado (LOPES et. al., 2001). O tratamento de efluentes gerados nesta

atividade é necessário devido à presença de matéria orgânica e nutrientes

acima dos limites permitidos pela legislação ambiental.

De acordo com Metcalf e Eddy (1991), os efluentes que possuem grandes

concentrações de fósforo, matéria-orgânica, nitrogênio, altas temperaturas e

outros contaminantes, se não forem devidamente tratados, possuem alto

potencial poluidor, degradando a qualidade ambiental de águas superficiais e

subterrâneas.

Geralmente os efluentes da indústria de parboilização de arroz são

tratados por sistemas formados por reatores anaeróbios e por sistemas de

lodos ativados. Estas tecnologias geralmente se mostram satisfatórias, mas

exigem investimentos altos e corpo técnico qualificado na operação destes

sistemas. Os sistemas anaeróbios têm sido muito empregados no tratamento

de efluentes de indústrias alimentícias, principalmente através da utilização de




reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB), que tem uma larga aceitação

em razão da comprovada eficiência na remoção de carga orgânica de diversos

efluentes. Entretanto, os sistemas anaeróbios não são eficientes na remoção

de nutrientes, e os efluentes agroindustriais tratados nestes sistemas

normalmente necessitam de tratamento complementar (WEF, 1994).

A utilização de plantas aquáticas em estações de tratamento de efluentes

vem sendo estudada e aplicada principalmente nos Estados Unidos e na

Alemanha. No estado do Rio Grande do Sul, a tecnologia de utilizar plantas

aquáticas para tratar efluente vem sendo pesquisada para os efluentes da

indústria de pescados, frigoríficos, celulose e papel e domésticos iniciados em

1997 no Laboratório de Celulose e Efluentes do Instituto Federal Sul Rio-Grandense (IFSul ), campus Pelotas/RS (SCHULZ, 1998).

Plantas Aquáticas Emergentes (PAE) são àquelas plantas que projetam

suas raízes no interior do solo e mantém suas principais superfícies

fotossintéticas projetadas acima do nível d’água, permanentemente ou na

maior parte do tempo (IRGANG e GASTAL, 1996).

Os sistemas de tratamento de efluentes que utilizam as plantas aquáticas

emergentes ou wetlands apresentam um grande potencial para seremutilizados em atividades industriais, domésticas e agrícolas, como pós-

tratamento de efluentes de reatores anaeróbios ou mesmo para etapa única de

tratamento secundário. Estes sistemas visam geralmente à remoção de cor,

sólidos suspensos, matéria orgânica, nutrientes, metais, patogênicos, entre

outros parâmetros (WEF, 1990).

O sistema de plantas aquáticas emergentes apresenta características

semelhantes à de um banhado natural. O uso intencional de banhados naturaispara tratamento de efluentes não é permitido, pelos efeitos deletérios que

podem causar à flora e á fauna, sem um monitoramento, impermeabilização e

dimensionamento corretos (CALHEIROS et. al, 2007).

As plantas aquáticas emergentes mais utilizadas em wetlands para

tratamento de efluentes são a Typha sp., Phragmites spp. e Scirpus sp.

(KASEVA , 2004).

Segundo WEF (1994) existem dois grandes sistemas de tratamento complantas aquáticas:




1) Lagoas com plantas aquáticas submersas e/ou flutuantes: estes

sistemas se caracterizam por possuir lâmina d’água e por não utilizarem

camadas suporte de substrato, sendo utilizadas plantas aquáticas

submersas ou plantas flutuantes. Estas são mais comuns neste tipo de

tratamento e as mais utilizadas são os aguapés (Eicchornia spp.). A

utilização desses aguapés nunca alcançou os resultados desejados e a

formação de biomassa em excesso sempre foi um ponto contrário neste

tratamento, inviabilizando-o.

2) Wetlands, lagoas ou banhados com plantas aquáticas emergentes:

nos sistema de lagoas com plantas aquáticas emergentes, os níveis

aquáticos e as taxas de fluxo podem ser facilmente controlados emonitorados. O tipo de camada suporte e vegetação são selecionados a

partir das suas capacidades de se adaptarem ao sistema e à remoção dos

constituintes do efluente. O sistema de tratamento é dimensionado para

condições específicas do local de implantação, o que permite sua

construção em praticamente qualquer tipo de terreno e de clima, chegando

a ter altos índices de remoções até em temperaturas congelantes, pela

parte subterrânea dos vegetais. Estes sistemas se caracterizam por possuircamadas suporte de substrato para as plantas e pouco ou nenhum nível de

lâmina d’água.

1.1. Justificativa

O tratamento de efluentes é uma exigência dos órgãos de controle

ambiental, portanto, nada mais indicado que tratá-lo de uma maneira biológica,

limpa e flexível, com um consumo mínimo de energia, fazendo uso de sistemasnaturais e recursos regionais. Por isso, busca-se obter dados relativos à

construção e ao monitoramento de sistemas que mantenham as mesmas

características dos banhados naturais, mas que possam receber uma carga

maior do efluente, em uma menor área.

A tecnologia proposta, neste estudo, para tratar os efluentes da

parboilização de arroz, se baseia na utilização de plantas aquáticas

emergentes (PAE) dispostas em banhados, por ser uma tecnologia de baixocusto e por apresentar custos menores que os usuais, (UASB e Lodos




Ativados), principalmente pela baixa manutenção e pelo menor investimento

inicial.

Assim sendo, as empresas do estado do Rio Grande do Sul podem fazer

uso de uma tecnologia limpa e se adequar a Portaria no 128/2006 do Conselho

Estadual de Meio Ambiente - CONSEMA, que exige, de fontes poluidoras, o

tratamento de efluentes domésticos e industriais em padrões bastante rígidos,

principalmente para DQO (Demanda Química de Oxigênio), nitrogênio e

fósforo.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo Geral

Avaliar o desempenho de plantas aquáticas emergentes no sistema de

tratamento de efluente da indústria de parboilização de arroz.

1.2.2. Objetivos Específicos

1. Selecionar as espécies nativas de plantas aquáticas enraizadas que

possam ser utilizadas em sistemas de tratamento de efluentes;

2. Determinar as características da camada suporte necessárias ao

enraizamento das plantas;

3. Determinar a capacidade de remoção dos contaminantes pelas plantas

aquáticas emergentes selecionadas;

4. Determinar a densidade vegetal necessária para a remoção dos

contaminantes no sistema em estudo;

5. Dimensionar o sistema de tratamento em estudo;

6. Analisar os parâmetros pH, DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio),

DQO, Nitrogênio, Fósforo, Sólidos e monitorá-los pelo período de oito

meses, visando atender as exigências dos Órgãos Ambientais.




2. Revisão Bibliográfica

Os sistemas de tratamento com plantas aquáticas emergentes recebemdenominações específicas de acordo com as suas localizações geográficas. No

Reino Unido, são utilizados os termos Wetlands ou Root Zone . Na Alemanha,

utiliza-se a sigla PKA (PflanzenKläranlage ) e no Brasil, existem várias

denominações como Terras Úmidas, Banhados Construídos, Zona de Raízes,

entre outras (WEF, 1990).

No Brasil grandes avanços em pesquisa e desenvolvimento de processos

e técnicas de tratamento de águas residuárias têm sido direcionados tanto parasistemas de grande porte e de maior complexidade, quanto de pequeno porte,

baixo custo e simplicidade operacional, tais como: tanques sépticos, lagoas de

estabilização, reatores anaeróbios, disposição nos solos e leitos cultivados.

Estes, no Brasil, são sistemas que ainda são pouco estudados, ao menos na

exploração de todo o seu potencial (MAZZOLA, 2005).

Os chineses, provavelmente, foram os primeiros a usarem as plantas

aquáticas no tratamento de águas residuárias, mas, cientificamente, Seidel, em1952, na Alemanha, foi o primeiro a utilizar planta aquática na remoção de

fenol por Scirpus lacustris , utilizando brita como camada suporte. Seidel

realizou, também, outros experimentos usando leitos com brita cultivados com

plantas aquáticas emergentes: Phragmites australis , Iris sp., Schoeneplectus

sp, Typha sp. Nos anos 70 Kickuth, também na Alemanha, utilizou leitos com

silte de alta quantidade cultivados com P. australis para tratar efluentes

municipais. Nos Estados Unidos, os leitos cultivados tornaram-se mais

conhecidos a partir dos estudos de Wolverton, em 1988, para a Agência

Espacial Norte Americana (NASA) onde foi testado o uso do tanque séptico

associado aos leitos cultivados no tratamento de efluentes de casas não

servidas pela rede de captação pública (MAZZOLA, 2003).

Campos et al. (2002) avaliaram o uso de sistemas de leitos cultivados, em

escala piloto, como tratamento do chorume gerado no Aterro Sanitário de Piraí,

RJ. Cita, também, Souza e Bernardes que trataram o esgoto doméstico de uma

comunidade próxima a Brasília, DF, por uma combinação de reator anaeróbio




de fluxo ascendente (UASB) e pós-tratamento em leitos cultivados de fluxo

sub-superficial com Typha latifolia . Cita, ainda, Sezerino et al. que avaliaram o

potencial dos leitos cultivados no tratamento de efluente de lagoa de

estabilização que tratava dejetos de suínos.

Segundo Mazzola (2005) têm-se utilizado leitos cultivados de fluxo

horizontal no tratamento de efluente de reator anaeróbio compartimentado.

Esses sistemas se mostraram muito promissores devido à alta remoção da

matéria orgânica, fácil implantação e baixo custo.

2.1. Tipos de sistemas de tratamento com PAE

Segundo Cooper (1998), basicamente, existem dois grandes sistemas de

tratamento que utilizam com plantas aquáticas emergentes:

1) Sistemas de Superfície Aquática Livre (SAL): nestes sistemas, o efluente

circula somente sobre a superfície do solo, como nos banhados naturais, por

um canalete controlado. A água pode ser perdida, do sistema, por

evapotranspiração e por infiltração. A percentagem de perda d’água por

evapotranspiração será significativa dependendo dos níveis de carregamento

hidráulico e de condições climáticas. Nos sistemas SAL, a profundidade de

água varia de 0,4 m a 2,0 m, com uma profundidade média de 1,0 m. Os

sistemas SAL podem ser naturais com utilização de substrato natural ou

construído, onde, geralmente, é utilizado uma lona plástica ou materiais

argilosos para impermeabilização do terreno.

2) Sistema de Fluxo Sub-Superficial (FSS): neste sistema, o efluente circula

através de uma matriz porosa de areia grossa ou brita, na qual estão presentes

as raízes das plantas aquáticas. As perdas de água por evapotranspiração

também são significativas.

Segundo Cooper (1993 e 1998), o sistema FSS pode ser dividido em dois

tipos:

a) Sistema de Fluxo Horizontal (SFH): este sistema é chamado desta forma

porque o efluente percorre vagarosamente todas as camadas do solo artificial e

desloca-se no sentido horizontal, desde a entrada até a saída do sistema.




Durante este percurso, o efluente passa por zonas aeróbias, anaeróbias e

anóxias (Figura 01).

Na rizosfera, ao redor das raízes e dos rizomas das plantas, é formada

uma zona aeróbia. Nesta zona, existe uma intensa vida microbiológica,

favorecida pela capacidade de transporte do oxigênio atmosférico pelas plantas

emergentes, por suas folhas, caules e hastes, até a zona de raízes. É nesta

zona que ocorre a oxidação da matéria orgânica pelas bactérias heterotróficas,

a oxidação do nitrogênio amoniacal a nitrito e a nitrato pelas bactérias

autotróficas e a volatilização da amônia.

Na zona anóxica, ocorre à transformação do nitrato em nitrito e este a

nitrogênio gasoso, pelas bactérias heterotróficas e a oxidação da matériaorgânica, utilizando o nitrato como receptor de elétrons.

Na zona anaeróbia, os índices de remoção de DBO são alcançados devido

à alta capacidade de decomposição das bactérias anaeróbias (DAVIES et. al,

2006).

Segundo o mesmo autor, os SFH são eficientes na remoção de matéria

orgânica, fósforo e sólidos suspensos totais (SST) como sistema secundário de

tratamento, mas tendem a ter uma limitação no fornecimento de oxigênio, ondeas plantas aquáticas podem não suprir a taxa de oxigênio requerida pela carga

do efluente. Portanto, não são eficientes para promover a nitrificação em

efluentes, devido a sua limitada capacidade de transferir oxigênio atmosférico

até a zona de raízes, tendo uma baixa capacidade de transferência de oxigênio

(CTO).

Uma grande variedade de plantas aquáticas pode ser usada no tratamento de

águas residuárias em sistemas alagados construídos com fluxo sub-superficialhorizontal. Todavia, é necessário que essas plantas apresentem tolerância às

condições de alagamento contínuo conjugado com altas concentrações de

poluentes presentes em águas residuárias ou águas de enxurradas (BRASIL e

MATOS, 2007).




As características do SFH são:

• Os rizomas crescem vertical e horizontalmente, abrindo espaços nas

camadas do substrato, produzindo caminhos hidráulicos;

• Na área em torno dos rizomas, há grande proliferação de populações

bacterianas anaeróbias e aeróbias. O processo aeróbio acontece próximo

das raízes e rizomas, enquanto os processos anaeróbios e anóxicos

acontecem nas áreas distantes dos rizomas;

• Na superfície da camada suporte destes sistemas, aparecem materiais

como palhas, folhas e ramificações mortas, que são aerobiamente

degradadas, que podem aumentar a concentração de sólidos suspensos

no efluente final.

Figura 01: representação de um Sistema de Fluxo Horizontal típico.

b) Sistema de Fluxo Vertical (SFV): os princípios deste sistema são similaresao de um filtro biológico. O efluente a ser tratado é distribuído

intermitentemente sobre a superfície da camada suporte, inundando-a

uniformemente. Após, o efluente é drenado gradualmente, atravessando todas

as camadas do leito construído, no sentido vertical. A vazão deve ser

controlada de modo que garanta que o efluente percorra todas as camadas

antes de uma nova distribuição, permitindo que os espaços vazios sejam

novamente preenchidos pelo ar. Este procedimento de inundação intermitenteconduz a uma boa transferência de oxigênio. As bactérias responsáveis pela




remoção de DBO e pela nitrificação estão presentes em todas as camadas do

leito. As plantas aquáticas, neste sistema apresentam maior taxa de

transferência de oxigênio para a rizosfera. Entretanto, este sistema não possui

grande capacidade de oxidação da matéria orgânica (MOLLE et al, 2006)

(Figura 02).

As principais características do SFV são:

• A camada suporte, para as plantas, é constituída por sucessivas camadas

de areia, brita e pedras maiores.

• As pedras maiores são distribuídas, normalmente, no fundo do leito, em

torno do sistema de drenagem.

• O plantio das plantas aquáticas se dá na camada de areia grossa, que

compõe a superfície da camada suporte;

• O controle da vazão é fundamental para atingir as taxas de transferência

de oxigênio desejadas. A camada suporte nunca deve estar saturada com

efluentes.

Figura 02: representação de um Sistema de Fluxo Vertical típico.




Cooper (1998) descreve um terceiro tipo de sistema, o Combinado ou

Híbrido, que consiste na utilização conjunta do SFH e do SFV, porém

construídos em células diferentes do mesmo sistema de tratamento.

c) Sistema Combinado ou Híbrido: este sistema foi idealizado para corrigir

as deficiências da capacidade de transferência de oxigênio ser limitada em

SFH e pela pequena capacidade de oxidação da matéria orgânica em SFV.

Desta forma um Sistema Híbrido é composto por várias células, onde,

normalmente, as primeiras células são de Fluxo Horizontal (SFH) para receber

a maior carga orgânica, as células intermediárias são de Fluxo Vertical (SFV)

para promover a nitrificação e, as últimas, são novamente células de Fluxo

Horizontal (SFH) para realizar a denitrificação.Em relação à capacidade de transferência de oxigênio pelas plantas, os

valores existentes na literatura são bastante variados. A Tabela 1 apresenta os

resultados de experimentos de alguns autores citados por Platzer, 1996.

TABELA 1: taxa de transferência de O2 por plantas aquáticas emergentes

Transferência de Oxigênio

(g O2/m2d)Referência

4-5 Hofmann, 1992

5-25 Kikuth, 1980

0.02 Brix & Schierup, 1990

4.5-15 Kramer, 1990

4.32 Lawson, 1985Fonte: Platzer, 1996

2.2. Sistema com Plantas Aquáticas Emergentes (PAE)

Os três principais fatores que influenciam o desempenho de um sistema

PAE são: a camada suporte, o regime hidrológico e a vegetação. A interação

destes três fatores é que, realmente, determina a eficiência de remoção dos

contaminantes dos efluentes (COOPER, 1993).




A remoção de nutrientes, matéria orgânica e organismos patogênicos do

efluente são, diretamente, influenciados pelos seguintes fatores (WEF, 1993):

• Nível de crescimento das plantas;

• Densidade das plantas por unidade de área;

• Capacidade de transferência de oxigênio para a zona de raízes;

• Capacidade de remoção de nutrientes pelas plantas;

• Composição do efluente;

• Regime hídrico adotado;

• Materiais utilizados na construção da camada suporte;

• Clima.

Os wetlands ou sistemas de tratamento com plantas aquáticas

emergentes apresentam algumas vantagens, quando comparados aos

sistemas convencionais de tratamento (MATAMOROS et. al, 2008):

• Pequena área requisitada, comparada a sistemas naturais de

tratamento, como lagoas facultativas;

• Facilidade de construção;

• Baixo valor do investimento global;• Baixo consumo energético;

• Alta eficiência na remoção de poluentes específicos;

• Desprezível geração de lodo a ser descartado;

• Desprezível geração de odor;

• Baixa geração de biomassa em excesso;

•

Boa tolerância das plantas à salinidade e a variações de pH;• Flexibilidade quanto ao tipo de efluente a ser tratado.

Segundo Mannarino (2006) ressalta-se ainda o custo relativamente baixo

de implantação de tais sistemas e a pouca demanda técnica para sua

operação, bastante adequados às condições da maioria dos municípios

brasileiros, de forma geral carentes de recursos e de corpo técnico

especializado. Isso não significa que os wetlands podem ser construídos edeixados à sua própria sorte, sem nenhum tipo de cuidado.




2.2.1. Composição das camadas suporte

Segundo Kadlec citado por WEF (1994), a constituição da camada

suporte é fundamental para a construção do sistema com plantas emergentes.Sendo que o tipo e a textura das camadas afetam física, química e

biologicamente os mecanismos de remoção dos constituintes do efluente.

Em Sistema de FSS, comumente, são utilizados seixos, britas, areia e

saibro como camada suporte e substrato agrícola como camada de

enraizamento (GERBER, 2002).

Kadlec citado por Giovannini (1997), as propriedades desejadas dos

constituintes da camada suporte são:• Permeabilidade: que permita o livre escoamento do efluente entre os

materiais que compõem a camada suporte;

• Sustentação das plantas adultas: que permita a sustentação necessária

para o desenvolvimento das plantas até a idade adulta;

• Favorecimento ao desenvolvimento das raízes: que as raízes das plantas

selecionadas possam atingir o grau de tratabilidade proposto pelo projeto;

•

Neutralidade: que o material selecionado não deve influenciar,negativamente, nas características do efluente utilizado;

• Capacidade de filtração: que a distribuição das camadas dos substratos

esteja diretamente ligada à capacidade de remoção, principalmente, dos

nutrientes do sistema;

• Facilidade de aquisição e manejo: que a fácil aquisição dos materiais

utilizados seja decisiva para sua aplicabilidade no projeto. Os materiais

utilizados devem ser de fácil manejo, não apresentando características nocivas

aos operários, na construção e operação do sistema.

Os materiais mais utilizados como camadas suportes nos sistemas de

tratamento com plantas aquáticas emergentes no Brasil são a brita e a areia.

Na Europa são utilizados seixos de rio, pedra vulcânica, brita, areia, húmus,

entre outros materiais, que são selecionados, normalmente pela disponibilidade

no local, pelo custo de aquisição e pela disponibilidade do uso (GERBER,

2001).




2.2.2. Regime Hidrológico

Segundo Aracelly e Garcia (2006), um estudo hidrológico compreende a

avaliação do fluxo interno de água superficial, precipitação, fluxo interno daágua no solo, evapotranspiração, fluxo externo de água superficial e

infiltrações. Em relação às respostas da vegetação ao regime hídrico,

genericamente é dito que as plantas aquáticas possuem extrema plasticidade,

a qual pode ser fisiológica, morfológica e fenológica. O hidroperíodo, desta

forma, além de influenciar as possibilidades plásticas e fenotípicas de uma

dada espécie, é considerado também como fator selecionador de espécies

afetando diretamente a sua distribuição espacial e temporal.Uma exata estimativa de remoção da massa de nutrientes requer

considerações importantes por perdas por evapotranspiração que pode causar

perdas significativas de água, causando o aumento de concentração dos

constituintes do efluente (Allen et al., citado por GIOVANNINI, 1997).

O nível d’água é considerado o aspecto mais crítico para a sobrevivência

das mudas durante o primeiro ano após o plantio. Espécies emergentes de

banhado, nesta perspectiva, devem ser cultivadas em substrato úmido, mas

não inundado para crescerem e gerarem brotos com folhas que possam estar

acima do nível de inundação. O substrato deve estar somente saturado, não

inundado, e conforme as plantas crescerem o nível de água poderia ser

elevado proporcionalmente (Allen et al., citado por GIOVANNINI, 1997).

A completa submergência dos propágulos plantados pode reduzir o

sucesso de Typha sp., introduzida neste sistema. Isto acontece porque o O2

não está disponível para a respiração destas mudas. Já na brotação, os brotos

podem se desenvolver e emergir, pois estão recebendo O2 das plantas

originais (WEF, 1994).

2.2.3. Vegetação

A vegetação de banhados é genericamente denominada de plantas

aquáticas ou macrófitas aquáticas, podendo ser agrupada em formas

biológicas dadas por categorias de posição relativa ao gradiente físico nível

d’água. Baseando-se neste contexto diferenciam-se sete formas biológicasprincipais: anfíbias, flutuantes fixos, flutuantes livres, submersas fixos,




submersas livres, epífitas e emergentes ou enraizadas (Figura 03) (IRGANG e

GASTAL Jr., 1996).

Uma das primeiras menções ao termo plantas aquáticas foi proposta por

Weaner e Clements em 1938, que as definiram de maneira muito ampla: como

sendo plantas herbáceas que crescem na água, em solos cobertos por água ou

em solos saturados com água (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).

Plantas aquáticas são consideradas os vegetais visíveis a olho nú com

partes fotossinteticamente ativas, permanentemente, ou por diversos meses,

total ou parcialmente submersas em água doce ou salobra, podendo ainda ser

flutuantes (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).

Dada à heterogeneidade filogenética das plantas aquáticas, estesvegetais são perfeitamente classificados quanto ao seu biótopo. Esta

classificação, segundo Irgang e Gastal Jr. (1996) reflete a adaptação dessas

plantas ao meio aquático. Abaixo estão relacionados os principais grupos de

plantas aquáticas quanto ao seu biótopo:

a) Plantas aquáticas emersas ou emergentes: plantas enraizadas no

sedimento e com folhas fora d’água. Ex.: Typha, Scirpus, Pontederia,

Echinodorus etc.b) Plantas aquáticas com folhas flutuantes: plantas enraizadas no

sedimento e com folhas flutuando na superfície d’água. Ex.: Nymphaea,

Vitoria e Nymphoides.

c) Plantas aquáticas submersas enraizadas: plantas enraizadas no

sedimento que crescem totalmente submersas na água. Podem crescer

até 11m de profundidade, dependendo da disponibilidade de luz. A

maioria tem seus órgãos reprodutivos flutuando na superfície ou aéreos.Ex.: Potamogeton, Myriophyllum, Elodea, Egeria .

d) Plantas aquáticas submersas livres: são plantas que tem rizóides

pouco desenvolvidos e que permanecem flutuando submergidas na água

em locais de pouca turbulência. Geralmente ficam presas aos pecíolos

das e talos das plantas aquáticas de folhas flutuantes e nos caules das

plantas aquáticas emersas. Durante o período reprodutivo emitem flores

emersas (exceção de Ceratophyllum ). Ex.: Utriculária e Ceratophyllum .




e) Plantas aquáticas flutuantes: são aquelas que flutuam na superfície da

água. Geralmente seu desenvolvimento máximo se dá em locais

protegidos pelo vento. Neste grupo destacam-se: Eichhornia crassipes,

Salvinia, Pistia, Lemna e Azolla.

Figura 03: Formas Biológicas das plantas aquáticas(Fonte: IRGANG e GASTAL Jr., 1996)

A vegetação, denominada de plantas aquáticas emergentes, possui papel

determinante na remoção dos constituintes do efluente. A sua principal

característica é captar oxigênio da atmosfera, através de suas folhas e hastes,

e o transportar para a zona de enraizamento (WEF, 1990).

As plantas aquáticas emergentes possuem um tecido de sustentação

muito mais resistente do que as flutuantes, resultando numa maior capacidade

de remoção e retenção de nutrientes. Durante o inverno, a parte aérea das

plantas morre, mas as raízes e os rizomas produzem energia para o novo

desenvolvimento na primavera (IRGANG e GASTAL Jr., 1996).

Segundo Brasil e Matos (2007), em estudos realizados em sistemas de

wetlands para tratamento de esgotos, a Taboa (Typha sp.) apresentou bom

desenvolvimento agronômico, possibilitando o início da operação do sistema

alagado construído aos quatro meses após o estabelecimento da vegetação. O




sistema radicular destas plantas alcançou a profundidade média de 0,27 m,

não superando 0,30 m, o que indicou que esse deve ser a profundidade

máxima do meio suporte em sistemas de fluxo sub-superficial.

Quanto ao tipo de vegetação, Mulamoottil et al. citado em Mannarino,

(2006), destacam a taboa (Typha sp.) como própria para utilização em

wetlands por sua estrutura interna ser formada por tecidos que contém espaços

abertos, através dos quais acontece transporte de oxigênio da atmosfera para

as folhas e daí para as raízes e rizomas. Parte do oxigênio pode ainda sair do

sistema radicular para a área em torno da rizosfera criando condições para

decomposição aeróbia da matéria orgânica, bem como para crescimento de

bactérias nitrificantes.Na Tabela 2 encontram-se as famílias, os gêneros, as espécies, além dos

nomes populares de plantas aquáticas emergentes da região sul do Brasil

(IRGANG e GASTAL Jr., 1996).

TABELA 2: plantas aquáticas emergentes da região Sul do Brasil.

Família Nome Científico Nome Popular

ALISMATACEAE Sagitária lancifolia Chapéu de couro Echinodorus grandiflorus

ASTERACEAE Mikania cordifolia Guaco

CANNACEAE Canna glauca Caeté

CHENOPODIACEAE Atriplex montevidensis

CYPERACEAE

Scirpus colifornicus Junco Scirpus giganteus Tiriricão

Eleocharis interstincta Tiririca Cypereus giganteus Palha

CONMBINACEAE Floscopa glabrata Trapoeiraba

EUPHORBIACEAE Sebastiania schottiana Sarandi Vermelho Phyllonthus sellowianus Sarandi Branco

POACEAE Zizaniopsis bonorienses Palha

TYPHACEAE Typha subulata

Taboa Typha Domingensis Typha latifolia




2.2.4. Mecanismos de Remoção de Poluentes

A remoção dos principais constituintes do efluente é alcançada através de

processos físicos, químicos e biológicos.O fósforo é um constituinte fundamental que armazena e transfere energia

à planta, e sem a presença desse não ocorre nenhum processo metabólico. Os

três principais fatores que contribuem para manter a disponibilidade do fósforo

para a planta são: manutenção do pH perto da neutralidade, solo

adequadamente arejado e a permanente incorporação da matéria orgânica que

permite a humificação, aumentando o tamponamento e possibilitando a ligação

do fósforo em compostos de húmus que mantêm formas de fósforo disponíveispara a maioria das plantas. Já a matéria orgânica estabilizada é fonte de

energia para os microrganismos, de forma que a bioestrutura granular aumenta

a capacidade de armazenar umidade, reter e fixar fósforo e nitrogênio, aumenta

a capacidade de troca de cátions (CTC), ajuda a reter potássio, cálcio,

magnésio, entre outros nutrientes disponíveis nestes sistemas de tratamento

(SOUZA, 2005). Os principais mecanismos de remoção de poluentes

encontram-se identificados na Tabela 3.TABELA 3: principais mecanismos de remoção de poluentes

Parâmetros Mecanismo de remoção

SST Sedimentação/filtração

DBO5 Degradação microbiológica (anaeróbia e aeróbia)Sedimentação (acúmulo de material orgânico)

NitrogênioNitrificação/denitrificaçãoVolatilização da amônia

Absorção pelas raízes

Fósforo

Imobilização (reações de adsorção-precipitaçãocom alumínio, ferro, cálcio e outros minerais dosolo)Absorção pelas raízes

Patogênicos

Sedimentação/filtraçãoRadiação UVExcreção de antibióticos pelas plantas e outrasbactérias

Fonte: WEF (1994)




2.2.5. Eficiência da Remoção

A eficiência da remoção está intimamente ligada às características do

efluente a ser tratado. A Tabela 4 apresenta o intervalo médio observado emsistemas de tratamento existentes nos Estados Unidos e na Europa.

TABELA 4: Eficiência de remoção dos principais parâmetros demonitoramento

Parâmetros Remoção (%)

DQO 80 – 98 %

DBO5 80 – 98 %

Sólidos Suspensos Totais 90 – 98 %

Nitrogênio Total 60 – 90 %

Fósforo Total 60 – 90 %

Coliformes Totais 99,9 %

Coliformes Fecais 99,9 %

Fonte: WEF (1994)

Conforme Mannarino (2006) o estudo de wetlands realizados com Taboa,

para tratamento do lixiviado no Aterro Sanitário de Piraí, apresentou bons

resultados de remoção de matéria orgânica (41% de DQO e 57% de DBO),

nitrogênio amoniacal (51%) e sólidos (60%), apesar das significativas variações

de vazão afluente e das taxas de aplicação de poluentes no mesmo. Conforme

este autor, isso demonstra a resistência do sistema de tratamento (vegetação e

microrganismos) às oscilações de quantidade e qualidade do lixiviado

produzido, situação comum em aterros sanitários.

A remoção da biomassa das plantas aquáticas emergentes uma vez por

ano ou em períodos pré-determinados aumenta a eficiência da remoção de

nutrientes. Nos meses de inverno, as partes aéreas das plantas morrem,

mantendo-se ativas as porções abaixo do substrato, o que faz os vegetais




permanecerem vivos. A manutenção do sistema, através de podas anuais ou

semestrais, bem como limpezas periódicas, aumenta significativamente a

remoção de nitrogênio e fósforo, pois evitam que os nutrientes retidos sejam

reintroduzidos no efluente. Para que a remoção de nutrientes seja satisfatória,

a escolha de plantas diferentes e adaptadas às condições é fundamental

(Reddy et al. citado em WEF, 1990).




3. Materiais e Métodos

3.1. Caracterização da Área de Estudo

A área em estudo está localizada, pelo Sistema Geodésico SAD-69, entre

as coordenadas geográficas Lat. 29o 50599’ e Long. 50o 30634’, na RS 030 do

município de Santo Antônio da Patrulha, RS, fazendo parte da Bacia

Hidrográfica do Rio dos Sinos e Região Hidrográfica do Guaíba.

A localização da indústria de parboilização de arroz e respectivas áreas

da ETE antiga e da área do projeto da nova ETE visualiza-se na Figura 04.

A Empresa realiza atividades de engenho de arroz com parboilização e

desta atividade resulta efluentes industriais que necessitam de tratamento para

alcançarem os padrões de emissões de efluentes estabelecidos pela

Resolução CONSEMA no 128/2006, antes do seu lançamento ao meio

ambiente.

Figura 04: vista aérea da área de estudo(Fonte: http://earth.google.com)

Engenho

Rodovia

Área do Projeto - ETE

ETE Antiga




3.2. Diagnóstico Inicial - Sistema de Tratamento de Efluentes

O sistema de tratamento de efluentes do processo de parboilização de

arroz existente, na área de estudo, era muito simples e não atendia aos

padrões de emissão estabelecidos pela legislação ambiental brasileira.

O antigo sistema constituía-se de grades simples, para reter sólidos

grosseiros, de um sistema de lavagem de cinzas, onde ocorria o arraste desse

material para o efluente bruto, e três lagoas facultativas de tratamento,

assoreadas e apresentando forte odor para a comunidade vizinha (Figuras 05,

06, 07 e 08).

Como diagnóstico inicial verificou-se a necessidade de modificação desse

sistema, com a adoção das seguintes medidas:

• Modificação do sistema de filtragem do efluente;

• Implantação de tanques a fim de uniformizar a vazão do efluente bruto e

baixar sua temperatura;

• Modificação e redimensionamento do sistema de tratamento existente por

apresentar-se ineficiente.

Figura 05: caixa de filtração do efluente brutopresente no sistema antigo




Figura 06: efluente com arraste de cinza de casca

Figura 07: local de saída do efluente do sistema primário

Figura 08: Lagoas facultativas existentes no antigo sistema




3.3. Dimensionamento do Sistema PAE Proposto

O sistema de tratamento com plantas aquáticas emergentes foi

dimensionado para receber o efluente filtrado constituindo-se num sistemasecundário para adequação dos parâmetros em estudo.

Os efluentes oriundos do processo de parboilização de arroz passaram

por dois tanques de alvenaria impermeabilizados, para que ocorresse uma

maior eficiência na retirada de sólidos, que a vazão do efluente de entrada se

tornasse mais uniforme e que ocorresse uma diminuição na temperatura do

efluente a ser tratado.

O efluente filtrado foi encaminhado para um sistema de plantas aquáticasemergentes, dimensionado para adequar e tratar o efluente de acordo com os

padrões de emissão permitidos. Para que este sistema entrasse em operação

foi dimensionado um projeto técnico e foram construídos sistemas de

contenção de sólidos e “banhados” com a finalidade de tratar os contaminantes

e adequar o tratamento de efluentes da atividade de parboilização de arroz e

cumprir a legislação ambiental.

O sistema foi projetado para ser constituído de uma linha de tratamento,dividido em três banhados construídos (PAE 01, PAE 02 e PAE 03). Estes

banhados foram dispostos em cascata para aproveitar a declividade do terreno

e a gravidade dispensando o uso de bombas para alimentá-los. Para esta

estação de tratamento, foram utilizados banhados de fluxo sub-superficial, ou

seja, sem lâmina de água, montadas seqüencialmente com um fluxo horizontal.

A utilização de sistema de fluxo sub-superficial, ao invés de sistemas com

lâmina d’água, deve-se ao fato de se evitar a proliferação de insetos e de

geração de odor para moradores circunvizinhos.

Os sistemas de alimentação e descarga dos banhados foram projetados

para evitar qualquer nível de efluente nos mesmos, mas com a possibilidade de

elevação através da regulagem da altura das tubulações de saída de cada

banhado. Esta medida facilitou a operação, para que em períodos pré-

determinados, para que se possa aumentar ou diminuir a lâmina do efluente

nos banhados, a fim de possibilitar uma melhor manutenção do sistema. O




nível do banhado foi controlado pelas tubulações montadas com saídas que

possibilitaram a regulagem de altura, junto às caixas de repartição, nos taludes.

A alimentação do efluente foi junta à superfície, utilizando-se um

distribuidor constituído de pedras calcárias irregulares, similares às pedras de

pavimentação.

3.4. Camada Suporte

A camada suporte é fundamental para que os sistemas de tratamentos

com plantas aquáticas enraizadas sejam eficientes. Ela visa diminuir a

mortandade inicial dos propágulos e aumentar os índices de brotação dos

propágulos, no sistema de tratamento.

Os substratos utilizados para formar as camadas suporte foram

selecionados por apresentarem: permeabilidade, sustentação das plantas

adultas, favorecimento ao desenvolvimento das raízes, neutralidade,

capacidade de filtração e facilidade de aquisição e manejo.

Antes da montagem das camadas suporte para a construção dos

banhados, a base foi impermeabilizada e limpa, permanecendo isenta de lodo,

efluente ou outro material; na seqüência os taludes laterais, também, foram

impermeabilizados e compactados. Previamente à colocação dos substratos foi

inserido um leito de pedras calcárias, no início e fim de cada banhado, com

extensão de 50 cm de largura e 80 cm de altura, permanecendo um espaço

livre de 50 cm para entrada e saída do efluente.

Os substratos escolhidos, para a composição das camadas suporte,

foram distribuídos em camadas, sendo que a final foi bem nivelada, devido à

preocupação da inexistência de desnível e, conseqüentemente, formação delâmina d’água.

3.5. Seleção de Plantas Aquáticas Emergentes

Das plantas aquáticas enraizadas, que existem no Rio Grande do Sul, foi

efetuada uma seleção de espécies que se adaptassem ao sistema de

tratamento e que preenchessem os seguintes critérios de avaliação:




1. Ocorrência na região do Projeto: este critério foi estabelecido levando-

se em consideração a facilidade de coleta das plantas; a adaptação

natural às condições climáticas local; a aplicabilidade prática do sistema

e a facilidade de reposição dos espécimes.

2. Capacidade de absorção de nutrientes;

3. Resistência às variações climáticas: utilizaram-se espécies que se

mostraram resistentes ao clima da região onde foi desenvolvido o

estudo;

4. Profundidade das raízes: utilizaram-se espécies com raízes mais

profundas e tuberosas;

5. Capacidade de transferência de oxigênio para as raízes: critériomuito importante para a criação da zona aeróbia, fundamental para a

degradação biológica aeróbia e nitrificação de contaminantes do

efluente.

6. Adaptação e facilidade de propagação em camada suporte:

analisaram-se sistemas de tratamento já desenvolvidos.

3.6. Coleta dos PropágulosA coleta dos propágulos das espécies selecionadas foi realizada em três

saídas de campo (07, 08 e 09 de abril de 2008) no Canal de São Gonçalo

distante 320 km do local, onde as mudas foram replantadas.

Esta coleta ocorreu de forma simples, sendo os propágulos retirados com

torrões para evitar danos às partes subterrâneas dos propágulos. No mesmo

local, os rizomas e raízes foram lavados até ficarem limpos.

O preparo das mudas se deu pela secção da parte aérea a uma altura de30-40 cm e dos rizomas a 10-15 cm de comprimento. As raízes das espécies

foram deixadas com 5 cm de comprimento, no máximo. Estes procedimentos

visaram garantir o enraizamento e reduzir a mortalidade de plantas.

Os propágulos permaneceram cortados por um período inferior a 24 horas

e protegidos do sol a partir de sua coleta. Finalizando o procedimento de

coleta, os propágulos foram transportados, em um caminhão com caçamba

aberta, até a estação de tratamento, onde foram utilizados no estudo.




3.7. Plantio das mudas

Sulcos de, aproximadamente, 15 cm de profundidade e de diâmetro

(Figura 09) foram escavados para efetuar o plantio das mudas. Estaprofundidade se faz necessária para cobrir todas as dimensões dos rizomas.

As mudas permaneceram em solo encharcado com uma lâmina d’água de

10cm pelo período de um mês.

Figura 09: plantio das muda

3.8. Monitoramento

Durante os oito meses, após a posta em marcha do sistema, que foi em

outubro de 2008, foi realizado o monitoramento do enraizamento, do

desenvolvimento das plantas e da remoção dos poluentes do efluente.

O monitoramento das plantas foi realizado com visitas, quinzenais, ao

local e foram observados os seguintes critérios: coloração das folhas,

crescimento da parte aérea e da zona de raízes, densidade das plantas a partir

do plantio do propágulo, resistência das plantas às variações climáticas e ao

estresse natural provocado pela mudança de habitat ou pelas características

do sistema de tratamento, capacidade de adaptação das espécies aos tipos de




camadas suportes utilizadas, capacidade de absorção de nutrientes , vazão do

efluente e altura da lâmina d’água, além dos parâmetros DBO, DQO, Fósforo

Total, Nitrogênio Amoniacal, Nitrogênio Total, pH e sólidos suspensos) .

Após o plantio, periodicamente eram retiradas todas as plantas invasoras

que se desenvolviam no sistema de tratamento, pois o seu desenvolvimento

prejudica o crescimento das plantas aquáticas e, conseqüentemente, suas

funções no tratamento do efluente.




4. Resultados e Discussão

4.1. Plantas Aquáticas Emergentes

As plantas utilizadas nesta pesquisa foram plantas aquáticas emergentes

de áreas alagadas da região sul do Rio Grande do Sul.

As espécies selecionadas foram a Taboa (Typha dominguensis ) Pers., a

Espadana (Zizaniopsis bonariensis ) (Balansa & Poitr.) Speg. e o Junco (Scirpus

californicus ) (C. A. Meyer) Steud.

As espécies utilizadas se mostraram resistentes às condições edafo-

climáticas adversas, como baixas e altas temperaturas, remoção de nutrientes

e matéria orgânica do efluente e estabelecimento nos substratos artificiais.

Os resultados indicaram o estresse no estabelecimento inicial dos

propágulos como causa principal de mortalidade, não havendo, posteriormente,

durante o desenvolvimento vegetal, tendência de mortalidade.

4.1.1. Taboa (Typha dominguensis )

A T. dominguensis , espécie de Taboa utilizada para povoar o primeiro

banhado (PAE 1), apresentou um sistema radicular vigoroso (Figura 10).

Adaptou-se ao sistema de tratamento proposto, sem rejeição aos

constituintes do substrato artificial e apresentou índices de remoção de

nutrientes.

A taxa de mortalidade inicial foi em torno de 30%, mesmo recebendo o

efluente bruto com grande carga orgânica e de nutrientes.

Nos meses de janeiro e fevereiro de 2009, observou-se a morte de

espécimes na entrada do banhado 01, devido a altas temperaturas do efluente

bruto (40 - 50oC). Nos dois meses seguintes, março e abril, foi necessário um

replantio de 150 mudas na área afetada.

Não foi necessária a poda da Taboa, pois não se obteve uma grande

produção de biomassa.




Figura 10. Taboa (Typha dominguensis ) Pers.

4.1.2. Espadana (Zizaniposis bonariensis )

A Z. bonariensis , espécie de Espadana utilizada no segundo banhado

(PAE 2) (Figura 11), foi das espécies de plantas aquáticas emergentes

selecionadas, a que apresentou maior densidade e a que melhor se adaptou ao

sistema de tratamento proposto.

Verificou-se sistema radicular bastante vigoroso.

Não apresentou nenhuma rejeição aos componentes do substrato

artificial.

Foi muito tolerante às mudanças de temperatura.

A taxa de mortalidade inicial foi baixa, em torno de 10% no

estabelecimento dos propágulos, não ocorrendo posteriormente.

Quanto ao grau de produção de biomassa não foi possível chegar a

resultados, pois não ocorreram necessidades de poda e de retirada debiomassa seca.




Figura 11. Espadana (Zizaniopsis bonariensis ) (Balansa & Poitr.) Speg.

4.1.3. Junco (Scirpus colifornicus )

O S. Californicus , espécie de Junco utilizado no terceiro banhado (PAE 3)

(Figura 12) também, apresentou um sistema radicular vigoroso e funcional para

o sistema de tratamento proposto.

Quanto aos substratos utilizados, o Junco apresentou índices de

desenvolvimento satisfatórios, sendo a ausência de lâmina d’água um fator

determinante para seu lento crescimento, quando comparados com as outras

duas espécies utilizadas, pois em condições naturais esta espécie encontra-se

geralmente em locais com lâmina d’água acima de 10cm.

A taxa de mortalidade dos propágulos não chegou a preocupar, pois 65%

dos espécimes plantados se desenvolveram, um índice considerado bom para

uma mudança das condições naturais de desenvolvimento, na qual estavam

adaptados.

Entre as espécies estudadas foi a que gerou menor quantidade de

biomassa verde. O Junco não obteve a mesma taxa de densidade que a Taboa

e a Espadana, mas apresentou bons índices de remoção de nutrientes e de

outros constituintes do efluente.




Figura 12. Muda de Junco (Scirpus californicus ) (C. A. Meyer) Steud

4.2. Local de coleta

Quanto à coleta das espécies selecionadas, somente a Taboa foi

encontrada na região de localização da área em estudo, em quantidade

suficiente para ser utilizada no sistema de tratamento. As outras duas espécies,

Espadana e Junco, não foram encontradas nos locais vistoriados na área doprojeto, mas como são importantes para a remoção de contaminantes do

efluente em estudo, estas plantas aquáticas foram adquiridas na região de

Pelotas/RS, junto ao Canal São Gonçalo.

A Taboa foi selecionada por ser uma planta resistente, a Espadana e

Junco pela remoção de nitrogênio.

4.3. Camada Suporte

Os substratos selecionados para a composição da camada suporte foram

areia grossa e brita nas três banhados, além da pedra calcária utilizada na

entrada e na saída de cada banhado construído. Na Tabela 05 discrimina-se a

composição da pedra calcária utilizada.




Tabela 05: Composição da Pedra Calcária

Elemento Quantidade (%)

CaO 35MgO 14

Fe2O3 2

Al2O3 5

SiO2 19FONTE: Empresa Dagoberto Barcellos SA

Os critérios de escolha dos substratos utilizados estão diretamente

ligados aos coeficientes de permeabilidade, tempo de detenção, tamanho dosbanhados e pelo tipo de efluente da parboilização de arroz.

No banhado 01 a camada suporte foi composta por uma camada inferior

com espessura de 15 cm de brita 1 (brita da construção civil com um índice de

vazios de 65-70%); uma camada intermediária com espessura de 55 cm e

proporção de 50% para cada um dos tipos de brita (brita 0 - pedrisco com

índices de vazios de 55-60%; e brita 1) e uma camada superior de 10 cm

formada por brita 0 e areia grossa (com índice de vazios de 40% egranulometria compatível com a retenção na malha de 8 mm), também na

proporção de 50% para cada tipo de substrato. Já as camadas suporte dos

banhados 02 e 03 foram construídas com os estratos inferiores e superiores

idênticos aos do banhado 01, mas a camada intermediária foi alterada para a

composição de 50% de areia grossa e 50% de brita 1 (Figura 13).

Figura 13: perfil dos substratos utilizados para composição da camadasuporte

+

BRITA 0 + BRITA 1

BRITA 1

10 cm

55 cm

15 cm

BANHADO 01

BRITA 0 + AREIA GROSSA

BRITA 1 + AREIA GROSSA

BRITA 1

10 cm

55 cm

15 cm

BANHADOS 02 e 03




No banhado 01 não foi usada areia grossa na camada intermediária para

evitar preenchimento dos espaços vazios e criação de caminhos preferenciais,

principalmente pelos sólidos de entrada do efluente bruto. A utilização de areia

grossa nos banhados 02 e 03 se deu devida à capacidade de filtração do solo,

pois os sólidos mais grosseiros ficaram retidos no banhado 01 e a areia grossa

possui maior capacidade de criação de zona de raízes (zona aeróbia para

nitrificação) que a brita.

Os substratos utilizados para criação das camadas suportes

apresentaram boa fixação de contaminantes do efluente, capacidade de

filtração e ótimo desenvolvimento das macrófitas aquáticas emergentes

utilizadas, criando uma zona de raízes em torno de 20-30cm.Nenhum substrato utilizado acarretou acréscimo de contaminantes no

efluente tratado, sendo que apresentou características de neutralidade e de

potencial tampão, elevando o pH do efluente bruto para valores em torno de pH

7,0.

Todos os substratos utilizados apresentaram boa permeabilidade, ótima

capacidade de sustentação das plantas adultas e favorecimento ao

desenvolvimento das raízes.Em nenhum momento ocorreu à criação de caminhos preferenciais no

sistema e o aumento de lâmina d’água por motivos de entupimentos e ou

saturação das camadas suportes.

As brita 0 e 1 utilizadas tiveram um importante papel na sustentação das

plantas, de drenagem do efluente e de sua distribuição por toda a célula.

A areia grossa apresentou resultados favoráveis tanto para o

desenvolvimento das plantas como para a alta taxa de retenção e eliminaçãode nutrientes do efluente.

A pedra calcária demonstrou ótima capacidade de distribuição do efluente

em todos banhados, principalmente, por sua granulometria. Também seu uso

neste estudo está relacionado à precipitação do fósforo em fosfato de cálcio,

devendo, neste aspecto, este substrato ser mais bem estudado quanto ao

tempo de saturação da capacidade de precipitar este nutriente.




4.4. Dimensionamento do Sistema PAE

Os efluentes oriundos do processo de parboilização de arroz passarampor um tanque de filtração (Figura 14) e por dois tanques de alvenaria

impermeabilizados (equalização e resfriamento) (Figura 15), todos com

peneiras, sendo retidos por um período mínimo de 04 horas e máximo de 06

horas visando à ocorrência de uma maior eficiência na retirada de sólidos,

diminuição da temperatura do efluente e uniformidade da vazão do efluente de

entrada no sistema com plantas aquáticas.

Figura 14: efluente sendo filtrado por peneiras

Figura 15: tanques de equalização e resfriamento




O sistema de tratamento com plantas aquáticas emergentes foi

dimensionado para receber o efluente da parboilização filtrado após a

passagem em sistema de grades, a fim de adequá-lo e tratá-lo de acordo com

os padrões de emissão final constituindo-se, portanto, como um sistema

secundário de tratamento.

Este sistema foi constituído por três banhados (PAE 01, PAE 02 e PAE

03) (Figura 16), para isso foi construído um sistema com plantas aquáticas

emergentes. Os banhados e seus taludes (Figura 17) foram devidamente

impermeabilizados com argila compactada (Figura 18).

Figura 16: construção dos banhados

Figura 17: construção dos taludes laterais




Figura 18: impermeabilização com argila

Os critérios utilizados para o dimensionamento deste sistema de

tratamento foram restritivos e conservadores, onde foram analisados e

adotados os valores máximos encontrados.

Os banhados foram projetados com dimensões idênticas, para facilitar a

montagem e simplificar a operação. As dimensões utilizadas foram: 30 m de

largura, 22 m de comprimento e profundidade útil de 0,8 m.

Após a construção dos Banhados, os substratos (brita (0 e 1) (Figura 19),

areia e areia grossa) (Figura 20) foram depositados um sobre o outrocompondo as camadas suporte (Figura 21) e pedra calcária (Figura 22) e,

posteriormente, realizou-se o plantio das mudas de Taboa, Espadana e Junco

(Figuras 23 a 25).

Figura 19: colocação do substrato brita




Figura 20: colocação do substrato areia

Figura 21: colocação de brita e areia

Figura 22: colocação de pedra calcária




Figura 23: plantio de mudas de Taboa

Figura 24: plantio de mudas de Espadana

Figura 25: plantio e brotação de mudas de Junco




Os sistemas de alimentação e descarga de cada PAE foram realizados

por duas tubulações de 100 mm, eqüidistantes, distribuídas ao longo dos 30 m

de largura de cada lagoa. A alimentação foi realizada junto à superfície,

utilizando-se um distribuidor constituído de pedras calcárias irregulares (Figura

26).

Figura 26: tubulação de entrada do efluente e pedras irregulares para suadistribuição no sistema de tratamento

O nível da lagoa foi controlado por tubulações de 100 mm (Figura 27),

montadas com saídas que possibilitaram a regulagem de altura, junto às caixas

de repartição, montadas nos taludes. Na operação normal dos banhados, as

tubulações de saída (Figura 28) apresentaram uma altura de 0,75 m.

Figura 27: colocação das tubulações do Efluente




Figura 28: saída do efluente do sistema de tratamento

4.5. Densidade de plantas aquáticas no Sistema PAE

A distribuição das mudas nos banhados obedeceu a um distanciamento

de 0,50 m nas linhas laterais (largura do banhado) e de 1,0 m nas linhas

longitudinais (comprimento do banhado, sentido do fluxo do efluente) (Figura

29).

Figura 29: distribuição e distanciamento do plantio das mudas nos banhados

No Banhado PAE 1 foram utilizadas as mudas de Taboa (Figura 30), no

Banhado PAE 2 as de Espadana (Figura 31) e no Banhado PAE 3 as de Junco(Figura 32).

1,0 m

1,0 m

0,5 m

Sentido doEfluente

0,5 m




O dimensionamento de cada banhado totalizou uma área útil de 660 m2,

sendo necessárias 1.320 mudas, de cada espécie, para preenchimento da área

de cada banhado. Com este cálculo foram necessárias duas mudas/m2 de

banhado, para o povoamento inicial. O total de mudas utilizadas, independente

da espécie selecionada foi 3.960 mudas.

Figura 30: distribuição e plantio das mudas de Taboa no banhado 1

Figura 31: distribuição e plantio das mudas de Espadana no banhado 2




Figura 32: distribuição e plantio das mudas de Junco no banhado 3

4.6. Monitoramento do efluente

O plantio das mudas na Estação de Tratamento de Efluentes foram

efetuadas em março de 2008.

Visitas técnicas quinzenais foram realizadas para, sistematicamente,

avaliar o sistema implantado e realizar a sua manutenção.O monitoramento visual das plantas aquáticas emergentes verificou que,

inicialmente, durante os quatro primeiros meses, a brotação e o crescimento

das mudas de Taboa e Espadana (banhados 1 e 2) foram biologicamente

satisfatórios, enquanto que as de Junco (Banhado 3) foram abaixo do

esperado. Esta planta apresentou dificuldades de crescimento, principalmente,

pelas baixas temperaturas do outono e pelo seu plantio não ter sido efetivado

na primavera.

Após a adaptação e estresse inicial dos propágulos, o crescimento

vegetativo das mudas de Taboa, Espadana e Junco estava dentro do

esperado. Porém houve necessidade de reposição de espécimes de Taboa, no

banhado 1 (Figura 33) devido à ocorrência de mortandade. Esta situação

ocorreu em decorrência da alta temperatura de entrada do efluente. Para

solução deste problema e evitar futuras intercorrências foi construída nova

caixa de retenção de efluente.




Figura 33: mortandade de espécimes de Taboa

O aparecimento de plantas invasoras herbáceas (Figura 34) e de plantas

conhecidas como sagitárias (Figura 35) junto aos taludes e na parte interna dos

banhados, principalmente do PAE 3, foi registrado em todo o período de

desenvolvimento do trabalho, sendo necessária a sua remoção e a colocação

de brita. Porém, a presença dessas plantas demonstrou que não existe

toxicidade no efluente, devido o seu estabelecimento e proliferação no sistema

PAE.

Figura 34: presença de plantas invasoras nos banhados PAE




Figura 35: presença de plantas sagitárias

A presença de pássaros junto aos taludes dos banhados (Figura 36) e

junto às plantas aquáticas emergentes (Figura 37) indicou que o sistema

proposto tornou-se um ambiente que reproduz o habitat necessário para a

manutenção de várias espécies de animais, mantendo uma cadeia alimentar

adequada ao local (Figura 38).

Figura 36: presença de pássaros junto aos taludes dos banhados




Figura 37: presença de pássaros junto à vegetação

As espécies de pássaros, que usam o sistema de tratamento estudado

como seu habitat natural foram: Pardal (Passer domesticus ); Bem-te-vi

(Pitangus sulphuratus ); Sabiá (Turdus rufiventris ); João-de-barro (Furnarius

rufus ); Quero-quero (Vanellus chilensis ); Galinhola (Gallinula chloropus );

Pássaro-preto (Gnorimopsar chopi ); Anu (Crotophaga sp.); Maçarico (Tringa

sp.); Marreca-Pele-vermelha (Dendrocygna sp.); Pomba-rola (Zenaida

auriculata); Cardeal (Paroaria coronata); Canário-da-terra (Sicalis flaveola

brasiliensis ); Coleirinho-do-brejo (Sporophila collaris ).

Figura 38: presença de pássaros junto a ETE

Mesmo com as baixas temperaturas do inverno, as plantas aquáticasemergentes (Figuras 39 a 41) utilizadas no sistema de tratamento se




desenvolveram bem e não criaram biomassa em excesso, não necessitando de

poda mesmo após 15 meses de plantio (Figura 42).

Figura 39: Taboa após 15 meses de plantio

Figura 40: Espadana após 15 meses de plantio

Figura 41: Junco após 15 meses de plantio




Figura 42: vista do sistema de tratamento em julho de 2009

O sistema PAE teve sua operação colocada em funcionamento em 10 de

outubro de 2008.

Durante o monitoramento verificou-se, a necessidade de instalação de

peneiras no tanque do efluente bruto e junto ao segundo tanque de

recebimento do efluente da parboilização de arroz, para diminuir, ao máximo, a

entrada de sólidos no sistema, principalmente casca e película de arroz, sendo

necessária uma otimização do sistema de filtragem junto aos tanques.

A canalização que liga os efluentes até os banhados do Sistema PAE, foi

adequadamente instalada e o isolada.

Foi verificada uma pequena lâmina de efluente, no banhado 1, e, para

solucionar este problema, adequou-se as camadas de pedras irregulares.

Para evitar futuros problemas, os canos de saída dos banhados foram

corretamente nivelados e o sistema de filtração de sólidos funcionou

plenamente (Figura 43).




Figura 43: sistema de filtração de sólidos nos banhados

Verificou-se a existência de borra junto às entradas e saídas dos

banhados (PAE 2 e PAE 3), principalmente limo acumulado e, na seqüência,

efetuou-se sua retirada, devido a possibilidade de entupimento nas

canalizações (Figura 44).

Figura 44: borra e limo acumulados

Quanto ao efluente tratado, foi possível verificar que, em direção ao fluxo

de tratamento, o efluente se mostrou cada vez mais límpido e sem sólidos.

Na Figura 45 visualiza-se, da esquerda para a direita, respectivamente, o

efluente bruto, o efluente de saída do PAE 1, PAE 2 e PAE 3.




Figura 45: da esquerda para a direita efluente bruto, efluente tratadoPAE 1, PAE 2 e PAE3

O efluente final, de saída do sistema, apresentou-se sem odor e bastante

límpido e sem alteração de cor no corpo receptor.

Durante o período de monitoramento observou-se um muçum no bueiro

(Figura 46), junto à saída do efluente, o aparecimento de peixes e girinos, na

água, demonstrou boa oxigenação e presença de nutrientes.

Figura 46: muçum (peixe), junto à saída do efluente

Na Tabela 06 encontram-se os valores médios do efluente bruto, os

valores do efluente tratado de outubro de 2008 a junho de 2009 e os valores,

padrão de emissão da ETE, estabelecidos na resolução CONSEMA no




128/2006 e na Licença de Operação (LO) da empresa responsável pela

atividade agroindustrial de parboilização de arroz.

TABELA 06: valores dos parâmetros utilizados no Monitoramento do Efluente

Análises(mg/L)

EfluenteBruto

Efluente Tratado PadrãoLO

2008 200910 11 12 01 02 03 04 05 06

DBO 997,5 130 115 30 50 55 24 44 4,8 56 150DQO 1.234,2 330 280 226,4 246,4 272,6 110 151,2 70 249,6 360Cálcio 47,6 ND ND ND ND ND 22,2 25,4 13,5 20,8 -P Total 48,8 0,7 0,9 0,6 0,8 0,9 8,7 1,8 3,4 3,5 4N

2Amoniacal 37,5 2,3 6,5 2,8 4,9 8,7 12,7 13,7 12,2 15,6 20

N2 Total 124,1 9,9 15,9 7,2 12,4 17,5 17,9 25,9 16,9 25,4 20pH 4,4 7,0 7,2 7,0 7,5 7,4 7,3 7,5 7,4 7,0 6 a 9S Suspensos 288 32 45 80 75 62 10 8 6 54 155

Na Figura 47 visualizam-se os percentuais de remoção (%) dos

parâmetros monitorados do efluente tratado (DBO, DQO, Fósforo, Nitrogênio

Amoniacal e Nitrogênio Total). Os resultados indicaram percentuais de

remoção acima de 58%, apresentando uma média de 83 % no sistema PAE.

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 m ai/09 j un/09

P r o c e n t a g e m d e R

e m o ç ã o ( % ) d o s P a r â m e t r o s DBO (mgO2/L)

DQO (mgO2/L)

Fósforo (mg P/L)

Nitrogênio Amoniacal (mgN/L)

Nitrogênio Total (mg N/L)

Sólidos Suspensos (mg/L)

Figura 47: percentuais de remoção dos contaminantes (%)

Os resultados expressos na Figuras 48, 49 e 50 evidenciaram que osparâmetros DBO, DQO e Sólidos Suspensos, respectivamente, apresentaram-




se dentro dos padrões estabelecidos pela Resolução CONSEMA no 128/2006

em todas as amostragens.

A construção de um sistema para retenção de sólidos do efluente, antes

do tratamento com PAE, foi fundamental para que não ocorresse contaminação

de casca e cinzas de arroz no sistema projetado, evitando assim entupimentos

e criação de caminhos preferências nas camadas suporte. A retirada destes

sólidos também possibilitou uma diminuição da matéria orgânica a ser tratada

no sistema em estudo.

No sistema PAE a matéria orgânica foi decomposta por microorganismos

anaeróbios facultativos e aeróbios, sendo o carbono orgânico usado como

fonte de energia pelas bactérias, sendo este convertido em biomassa bacterial,dióxido de carbono e/ou metano.

O oxigênio na zona de raízes das plantas aquáticas, zona aeróbia, oxidou

os sulfetos tóxicos, reduziu o ferro e o manganês, e foi importante na oxidação

aeróbia dos compostos orgânicos solúveis.

Na zona anaeróbia da camada suporte, a comunidade microbiana

facultativa tornou a respiração anaeróbia e usou o nitrato como receptor de

elétrons durante a oxidação da matéria orgânica. Quando este não estápresente, compostos inorgânicos e férricos desempenham esta função.

O bom desenvolvimento e crescimento das plantas aquáticas emergentes

utilizadas estão diretamente relacionados com os índices de remoção destes

constituintes, pois a matéria orgânica disponível é utilizada no crescimento da

biomassa vegetal.

Quanto à filtragem de sólidos e, conseqüentemente, diminuição de

matéria orgânica relacionada, as camadas suporte utilizadas demonstraramalta eficiência. Em nenhum momento ocorreu saturação dos substratos

escolhidos para compor o sistema de tratamento.




Figura 48: DBO no efluente bruto e no tratado

Figura 49: DQO no efluente bruto e no tratado




Figura 50: sólidos suspensos no efluente bruto e no tratado

Os resultados indicados na Figura 51 mostram que na análise realizada

em março de 2009, o Fósforo Total (8 mg/L) ultrapassou o padrão estabelecido

pela legislação ambiental (4 mg/L). Este fato pode estar relacionado ao período

de safra de arroz, isto é, devido à mudança de matéria-prima e/ou aumento da

vazão do efluente bruto resultando numa baixa da eficiência do sistema em

relação à remoção de fósforo, mas no mês seguinte o padrão de emissão foi

restabelecido.

Figura 51: Fósforo Total no efluente bruto e no tratado




Os principais mecanismos de remoção de fósforo nestes sistemas de

tratamento são a imobilização nas camadas suportes (reações de adsorção,

complexação e precipitação com ferro, alumínio e cálcio) e absorção pelas

raízes das plantas. As formas oxidadas de metais precipitam o fósforo na forma

de óxidos e hidróxidos e assim permanecem imobilizados na zona oxidada pelo

tempo em que esta permaneça oxidada.

A remoção de fósforo ainda pode ser obtida pela remoção das macrófitas,

imobilização microbiana, retenção pelas camadas suportes e precipitação na

coluna d’água. Diferente do nitrogênio e do carbono, o fósforo não pode ser

perdido nestes sistemas de tratamento por processos metabólicos, ou seja, não

há perdas pela forma gasosa, tendo a se acumular no sistema. O fósforoarmazenado nos detritos das plantas é rapidamente transferido para a coluna

d’água durante a decomposição. De qualquer forma, o fósforo que não é

retirado com a biomassa vegetal e que não se encontra na coluna de água, fica

retido na camada suporte por um longo período de tempo. Essas formas de

fósforo são relativamente resistentes ao ataque microbiano.

O uso da pedra calcária mostrou uma boa eficiência na precipitação do

fósforo do efluente em fosfato de cálcio - Ca3(PO4)2 - sendo esta umatransformação dominante em valores de pH maiores que 7,0, como é o caso do

efluente em estudo (Tabela 07). Este fato pode possibilitar a redução e até

eliminação da dosagem de cal em sistemas de tratamento de efluentes, que

atualmente é utilizado para precipitação do fósforo. O uso deste substrato para

tal fim deve ser mais estudado quanto ao tempo de saturação da capacidade

de precipitação deste nutriente.

TABELA 07: concentrações de Cálcio no efluente tratado e bruto

Análise Efluente Efluente TratadoBruto 03/09 04/09 05/09 06/09

Cálcio (mg/L) 47,61 22,22 25,39 13,49 20,84

Os resultados do Nitrogênio Amoniacal, visualizado na Figura 52, estão

dentro dos padrões estabelecidos pela Resolução CONSEMA nº 128/2006,

enquanto que o Nitrogênio Total (Figura 53), nas análises realizadas em abril e




em junho de 2009, ultrapassou o padrão de 20 mg/L. Este fato, também, pode

estar relacionado com o período de safra de arroz, alteração na matéria-prima

e/ou aumento da vazão do efluente bruto baixando a eficiência do sistema

quanto à remoção de Nitrogênio Total.

Figura 52: Nitrogênio Amoniacal no efluente bruto e no tratado

Figura 53: Nitrogênio Total no efluente bruto e no tratado

Nestes sistemas, podem ser observadas três zonas distintas nascamadas suporte às plantas. Na rizosfera, ao redor das raízes e dos rizomas




das plantas, é formada uma zona aeróbia. Nesta zona, existe uma intensa vida

microbiológica, favorecida pela capacidade de transporte do oxigênio

atmosférico pelas plantas emergentes, por suas folhas, caules e hastes, até a

zona de raízes. É nesta zona que ocorre a oxidação do nitrogênio amoniacal a

nitrito e a nitrato pelas bactérias autotróficas e a volatilização da amônia. Na

zona anóxica, ocorre a transformação do nitrato em nitrito e este a nitrogênio

gasoso, pelas bactérias heterotróficas e a oxidação da matéria orgânica,

utilizando o nitrato como receptor de elétrons. Na zona anaeróbia, os índices

de remoção de carga orgânica são alcançados devido à alta capacidade de

decomposição das bactérias anaeróbias.

Os processos de remoção de Nitrogênio podem ser resumidos emnitrificação, denitrificação, volatilização da amônia e absorção pelas plantas. Na

nitrificação, que envolve a oxidação biológica de amônia a nitrato, as bactérias

envolvidas são quimiotróficas e usam o oxigênio como seu receptor eletrônico,

enquanto que a amônia é utilizada como seu substrato. A nitrificação em um

sistema de plantas aquáticas enraizadas ocorre na coluna d’água e na

rizosfera. Na falta de O2, microorganismos facultativos anaeróbios usam nitrato

como receptor de elétrons durante a respiração. Durante o processo dedenitrificação, o nitrogênio é reduzido a produtos gasosos, como óxido nitroso e

gás nitrogênio. A denitrificação pode ocorrer potencialmente na camada

suporte, na coluna de água isenta de O2 e no lado anóxico da rizosfera. A

rizosfera aeróbia favorece a nitrificação, enquanto que a zona anaeróbia

favorece a denitrificação. Este mecanismo explica a perda de nitrogênio nestes

sistemas, além da capacidade das plantas de utilizar o nitrogênio presente no

efluente.A utilização do nitrogênio pelas plantas depende dos níveis de

crescimento vegetal, densidade dos vegetais e parâmetros ambientais, como

radiação solar e temperatura.




5. Conclusões

O sistema de tratamento proposto neste estudo foi eficiente na remoçãode poluentes mesmo com variações nas condições de alimentação podendo

ser utilizado para o tratamento de efluente do arroz parboilizado.

O plantio dos propágulos no início do outono, mesmo não sendo o

período ideal, foi viável com um estabelecimento satisfatório das plantas.

Das espécies selecionadas, as que melhor se adaptaram ao PAE foram a

Taboa (T. dominguensis ) e a Espadada (Z. Bonariensis ), sendo que o Junco

(S. Californicus ) apresentou crescimento lento em decorrência da ausência delâmina d’água no sistema.

As três espécies de plantas utilizadas se mostraram resistentes às

condições edafo-climáticas adversas, como baixas e altas temperaturas,

remoção de nutrientes e matéria orgânica do efluente. Conseguiram, também,

tolerar o estresse inicial pelo qual os propágulos passaram para se adaptarem

aos substratos artificiais, sobrevivendo e evitando a mortalidade que pode

acontecer no início da brotação.Todos os substratos tiveram o mesmo grau de importância para a

composição da camada suporte visando o desenvolvimento das plantas e

remoção dos contaminantes do efluente.

Nas análises realizadas, os parâmetros DBO, DQO, Sólidos Suspensos e

Nitrogênio Amoniacal, estavam dentro dos padrões de emissão estabelecidos

pela Resolução CONSEMA no 128/2006, diminuindo suas concentrações de

entrada ao longo da direção do fluxo do sistema de tratamento. Somente as

análises de Fósforo Total, em março de 2009, e de Nitrogênio Total em abril e

junho de 2009, não atingiram os padrões de emissão estabelecidos pela

legislação ambiental.

Os índices de remoção, apesar de terem sido inferiores e apresentado

variabilidade aos já conhecidos e citados na literatura, foram acima de 58%. O

percentual médio de remoção foi de 83%, sendo considerado satisfatório, em

virtude das características do efluente utilizado no estudo.




A remoção de Fósforo está diretamente relacionada à utilização de pedra

calcária.

O sistema de tratamento de efluente com plantas aquáticas emergentes

possibilitou a coexistência de espécies de pássaros, tornando-se um habitat

natural para estas espécies animais.




6. Trabalhos Futuros

Estudar a capacidade de transferência de oxigênio de plantas aquáticasemergentes e sua relação com a nitrificação do Nitrogênio do efluente.

Aprofundar as pesquisas do potencial de pedras calcárias na remoção do

fósforo total em sistemas com plantas aquáticas emergentes.

Estudar a capacidade de oxi-redução e do potencial Redox nos solos de

sistemas com plantas aquáticas emergentes.

Verificar novos tipos de substratos e de plantas aquáticas capazes de

remover constituintes de efluentes industriais em sistemas com plantasaquáticas emergentes.




7. Referências

AMATO, G.; SILVEIRA FILHO, S. Parboilização do Arroz no Brasil. CIENTEC.Porto Alegre, 1991.

ARACELLY C., GARCÍA J. Performance of experimental horizontal subsurfaceflow constructed wetlands fed with dissolved or particulate organic matter,pag. 3603, IWA, USA, 2006.

BRASIL, M. S.; MATOS, A. T. Plantio e desempenho fenológico da taboa(Thypha sp.) utilizada no tratamento de esgoto doméstico em sistema alagadoconstruído. Eng. Sanit. Ambient., Set 2007, vol.12, no.3, p.266-272. ISSN 1413-4152

CALHEIROS C., RANGEL A. and CASTRO P. Constructed wetland systems

vegetated with different plants applied to the treatment of tannery wastewater,pag. 1790, IWA, 2007

CAMPOS, J. C.; FERREIRA, J. A.; MANNARINO, C. F; SILVA, H. R.; BORBA, S.M. P. Tratamento do chorume do aterro sanitário de Piraí(RJ) utilizandowetland. Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 6,Proceedings, Vitória: ABES, 2002. CD Rom

COOPER, P. F. The Use of Reed Bed Systems to Treat Domestic Sewage: TheEuropean Design and Operations Guidelines for Reed Bed TreatmentSystems. In: MOSHIRI, G. A. Constructed Wetlands for Water QualityImprovement. Florida, USA: Lewis Publishers, 1993. p.203-217.

COOPER, P. F.; GRIFFIN, P.; HUMPHRIES, S and POUND, A. Design of a HybridReed Bed System to Achieve Nitrification and Denitrification of a DomesticSewage. Paper presented at the 6th International Conference on ConstructedWetlands for Water Pollution Control, São Pedro, Brasil, Outubro de 1998.

CONSELHO ESTADUAL DO MEIO AMBIENTE (CONSEMA) Resolução 128/2006.http://www.sema.rs.gov.br/sema/html/pdf/Resolucao128Efluentes.pdf acessado em23 de abril de 2008

COOPER, P. F.; GREEN, M. B.; SCHUTES R.B.E. Reed Beds & ConstructedWetlands. WRc Swindon, USA, Jun 1996.

COOPER, P. F.; GRIFFIN, P.; HUMPHRIES, S; POUND, A. Design of a HybridReed Bed System to Achieve Nitrification and Denitrification of a DomesticSewage. Paper presented at the 6th International Conference on ConstructedWetlands for Water Pollution Control, São Pedro, Brasil, Outubro de 1998.

DAVIES L. C., PEDRO I. S. , NOVAIS J. M., S. Anaerobic degradation of acidorange 7 in a vertical-flow constructed wetland. Pag 2055, IWA, 2006

GERBER, W. Processos e sistema de tratamento de efluentes – Capítulo 3.Apostila didática, Disciplina de Tratamento e Análise de Resíduos, Bacharelado emEcologia/UCPel. Pelotas/RS, UCPel, 4a Edição Revisada, 2002;

GERBER, M. Tratabilidade de efluentes em sistema com plantas aquáticasemergentes. 47 f. – Dissertação (Mestrado). Ciência e Tecnologia Agroindustrial.Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel Universidade Federal de Pelotas. Pelotas,

2002.




GIOVANNINI, S. G. Estabelecimento e Desenvolvimento das MacrófitasAquáticas (Scirpus californicus, Typha subulata, Zizaniopsis bonariensis) SobCondições de Regimes Hídricos Diferenciados. Dissertação de Mestrado.IPH/UFRGS, Porto Alegre, Fevereiro de 1997.

GUTKOSKI, L.C. Efeito das condições de maceração e de autoclavagem naqualidade industrial e comercial dos grãos de arroz (Oriza sativa L.)parboilizado. Pelotas/RS, 1991. Dissertação (MESTRADO). DCTA-FAEM-UFPel,1991.

IBGE www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_impressao.php?id_noticia,acessado em 11 de setembro de 2008.

IRGA – www.irga.rs.gov.br/index.php?action=dados_safra_detalhes&cod_dica=39,acessado em 11 de setembro de 2008;

IRGANG, B., GASTAL, C. Macrófitas Aquáticas da Planície Costeira do RS.CPG-Botânica/UFRGS, Porto Alegre, 1996.

KADLEC, R. H.. Northeern Natural Wetland Water Treatment Systems. InAquatic Plants for Water Treatment and Resource Recovery. K. R. Reddy andW. H. Smith (Eds.), Magnolia pub., Inc., Orlando, Fla.,83 (1987).

KASEVA M. F. Performance of a sub-surface flow constructed wetlands inpolishing pre-treated wastewater- a tropical case study, pag 681, IWA 2004

MANNARINO, C. F. Wetlands para tratamento de lixiviados de aterros sanitários :experiências no aterro sanitário de Piraí e no aterro metropolitano de Gramacho(RJ). Eng. Sanit. Ambient., Jun 2006, vol.11, no.2, p.108-112. ISSN 1413-4152

MAZZOLA, MARCELO, ROSTON, DENIS M. AND VALENTIMR, MARCELUS A. A.Uso de leitos cultivados de fluxo vertical por batelada no pós-tratamento de efluente

de reator anaeróbio compartimentado. Rev. bras. eng. agríc. ambient., Jun 2005,vol.9, no.2, p.276-283. ISSN 1415-4366

MAZZOLA, M. Uso de leitos cultivados de fluxo vertical por batelada no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio compartimentado. Campinas:UNICAMP, 2003. 99p. Dissertação Mestrado

METCALF & EDDY, INC. Wastewater Engineering: Treatment Disposal Reuse –Third Edition. Revisado por George Tchobanoglous e Franklin Burton. New York:MCGRAW - HILL BOOK COMPANY, 1991.

MOLLE, Pascal; LIÉNARD, Alain; GRASMICK, Alain; IWEMA, Arthur. Effect ofreeds and feeding operations on hydraulic behaviour of vertical flow constructed

wetlands under hydraulic overloads. Water Research, v. 40, n. 3, p. 606-612, 2006.PLATZER, C. (1996). Design Recommendations on Sub-surface FlowConstructed Wetlands for Nitrification and Denitrification. Paper presented atthe 6th International Conference on Constructed Wetlands for Water PollutionControl, São Pedro, Brasil, Outubro de 1998.

PLATZER, C. Enhanced Nitrogen Elimination in Subsurface Flow ArtificialWetlands – a Multi Stage Concept. In: PROC. 5TH. INTERNATIONAL CONF.WETLANDS SYSTEMS FOR WATER POLLUTION CONTROL. Universität fürBodenkultur Wien, Vienna, Austria, 1996.

SCHULZ, C. Remoção biológica de carbono do efluente da parboilização dearroz utilizando reatores EGSB. Dissertação de mestrado. DCTA/FAEM/UFPel.Pelotas/RS, 2001.




SCHULZ G. Tratamento de Efluentes com Plantas Aquáticas EnraizadasRegionais, Trabalho de Conclusão de Curso – TCC. UCPEL, 1998.

SOUSA, J. T. Tratamento de esgoto para uso na agricultura do semi-áridonordestino. Eng. Sanit. Ambient., Set 2005, vol.10, no.3, p.260-265. ISSN 1413-

4152WEF-WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Biological and Chemical Systems forNutrient Removal. Public Water Environment Federation. Alexandria, USA, 1994.

WEF-WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Natural Systems Digest. PublicWater Environment Federation, Alexandria, USA, 1993.

WEF-WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Natural Systems for WastewaterTreatment. Public Water Environment Federation. Alexandria, USA. 1990.

VÍCTOR M., JOAN G., BAYONA J. Organic micro pollutant removal in a full-scale surface flow constructed wetland fed with secondary effluent , pag 653,IWA, USA, 2008.




ANEXOS

- Laudos de Monitoramento do Efluente;

Mestrado Guilherme Schulz Pae

Documents

Transcript of Mestrado Guilherme Schulz Pae