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REMOÇÃO DE FÓSFORO ATRAVÉS DO SISTEMA “WETLAND”
José Tavares de Sousa
1
2
José Erismar Gomes de Oliveira
Eliana Rolim Florentino
3
Maria de Fátima Nascimento
3
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Engenheiro Químico (1980), Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento UFPB (1986),
Doutor em Hidráulica e Saneamento USP (1996). Professor Titular da Universidade
Estadual da Paraíba (UEPB) Departamento de Química. End.: Rua Basílio Araújo, 836 CEP: 58.104-693 - Campina Grande-PB, E-Mail: [email protected]. ou
[email protected].
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Químico Industrial - Universidade Estadual da Paraíba. Bolsistas do CNPq.
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Engenheira Química (1981), Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento UFPB (1993).
Professora Adjunta II da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB) - Departamento de
Química.
Palavras-chave: Banhado, Remoção de Fósforo, Macrófitas.
INTRODUÇÃO
A disposição de esgotos sanitários em corpos de água, no solo ou em qualquer tipo
natural de tratamento, remove cargas poluidoras através de processos físicos, químicos e
biológicos. A disposição de esgotos no solo, juntamente com macrófitas e energia solar
promovem a transformação de matéria orgânica em energia renovável. (SOUSA et al.,
1997)
Por outro lado, a manutenção da concentração de nutrientes, sobretudo fósforo e
nitrogênio, nos esgotos sanitários acaba promovendo a eutrofização das represas, dos
açudes e reservatórios de acumulação de água.
No Nordeste do Brasil, especificamente, no semi-árido que representa 58% da
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Região (extensão territorial de 950.000 km ), os reservatórios e represas de acumulação de
água que enchem durante o período chuvoso e esvaziam naturalmente no período do verão
sofrem depreciação na qualidade da água devido, sobretudo, aos processos de salinização,
assoreamento, contaminação fecal e eutrofização.
A ausência de políticas públicas eficientes e continuadas de gestão de recursos
hídricos, de geração de empregos entre outras vem consubstanciar o crescimento da
pobreza na região Nordeste. A falta de água leva ao êxodo da população economicamente
ativa nordestina e constitui uma das principais razões para que essa região seja
considerada uma das mais pobres do país. (SOUSA et al., 1998)
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A região semi-árida definida pelo Fundo Constitucional do Nordeste (FNE)
compreende 86% do território do Estado da Paraíba onde habita cerca de 2 milhões de
pessoas das quais metade vive em estado de miséria absoluta.
Assim sendo, para garantir a demanda de água das populações do Semi-Árido, fazse necessária uma política racional de manejo e gestão da bacia, como também tratar
convenientemente os esgotos sanitários.
A remoção de fósforo por disposição dos esgotos em várzea (“WETLAND”) é
controlado por processos bióticos e abióticos. Conforme Figura 1, o fósforo da coluna de
água pode ser realmente removido por perifitos seguido de deposição da biomassa morta
sobre a superfície do solo. Dessa forma, os processos bióticos incluem: (a) utilização de
fósforo por vegetais, perifitos e microrganismos; (b) mineralização das próprias macrófitas e
fósforo orgânico no solo. Processos abióticos incluem: (a) sedimentação; (b) adsorção e
precipitação; (c) processo de trocas entre o solo e a coluna de água que se mantém na
superfície.
AFLUENTE
P Solúvel
P Particulado
Lixo detectado
na planta
P Organico
Solúvel
3
P Particulado
4
P Solúvel
5
3
detritos
3
P Orgâncio
Solúvel
2
4
5
Fósforo
Agregado
O2
P Organico
Particulado
2
Sobrenadante
(aerobico)
Solo Aeróbico
Solo Anaeróbico
4
P Solúvel
3
P Biomassa
Microbiana
P Organico
Solúvel
4
2
1
Ca
P Particulado Ca - P Efluente
(org. e inorg.)
P Solúvel
P Particulado
P Solúvel
3
O2
Perifito
P Orgânico
Solúvel
4
P Solúvel
5
P Inorgânico
Particulado
[Fe, Al, ou
Ca para P]
1
Interface solo
sobrenadante
Figura 1 - Transformações do Fósforo no solo e na coluna de água de Wetlands. [1)
adsorção e dissolução ; precipitação e dissolução, 2) planta e “microbial
uptake”,
3) fragmentação e lixiviação, 4) mineralização, 5) sedimentação e
burial”]. Fonte: REDDY & D’ANGELO, 1997.
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Tabela 1 - Critérios para construção de “WETLANDS” segundo REED (1992).
TIPOS DE WETLANDS
PARÂMETROS
TDH (dia)
Taxa máxima de carregamento (Kg / ha
FLUXO DE SUPERFÍCIE
LEITO C/ VEGETAÇÃO
LIVRE
SUBMERSA
5 a 14
2a7
80
75
0,1 a 0,5
0,10 a 1,0
7 a 60
2 a 30
0,002 a 0,014
0,001 a 0,007
2 : 1 para 10 : 1
0,25 :1 para 5 : 1
necessário
não necessário
. dia)
Profundidade da água (m) - substrato
Taxa de carregamento hidráulico (mm /
dia)
3
Área requerida (ha . m . dia)
Raio
Controle de Mosquito
TDH : Tempo de Detenção Hidráulico, dia.
OBJETIVO
Avaliar a eficiência das macrófitas: Typha sp e Eichhornia crassipes com relação a
remoção de fosfato e organismos patógenos no tratamento de esgotos sanitários.
METODOLOGIA
Conceituação do Sistema
Sistemas “WETLANDS” podem ser naturais ou construídos. Esses, tratam águas
residuárias através de processos combinados: biológicos, químicos e físicos (CRITES,
1994).
Há diversos tipos de “WETLANDS”, os naturais que são geralmente, charcos,
brejos, várzeas e pântanos e os construídos (CRITES, 1994), apresentam dois principais
tipos:
a) Várzea livre de água de superfície (VLAS). O sistema consiste de bacia ou canal
onde são colocadas as vegetações que crescem utilizando matéria orgânica e
nutrientes das águas residuárias a serem tratadas. O sistema pode ser natural
ou construído de barreiras superficiais para minimizar a filtração. São
tipicamente longo e estreito para evitar curtos circuitos.
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b) Fluxo Subsuperficial (FS). O sistema de fluxo subsuperficial, consiste de canal
ou bacia que contém cascalho ou areia o qual suportará o crescimento da
vegetação. A declividade deve ser de 0 a 2%. A água residuária a ser tratada
escoa horizontalmente através da zona das raízes das plantas situadas a cerca
de 100 a 150 mm, abaixo da superfícies de cascalho.
Monitoramento do Sistema
Foi utilizado um banhado ou várzea (Wetland) natural com área de 110 m
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e
profundidade média de 0,6 m, onde se apresenta macrófitas aquáticas em abundância,
especialmente os gêneros: Typha sp e Eichhornia crassipes. Esse sistema foi alimentado
com esgotos sanitários e monitorado durante o período de seis meses com tempo de
detenção hidráulica de sete dias. As concentrações afluente e efluente de fósforo e as
determinações microbiológicas tais como: coliformes fecais e estreptococos foram
determinadas de acordo com técnicas padrões do STANDARD METHODS OF AND
WASTEWATER (1992).
Figura 2 - Sistema de Várzea Natural com macrófitas do gênero Typha sp e Eichlornia
crassipes.
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APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
O fósforo tem importância fundamental para as plantas, animais e para o
crescimento da microbiota. Mesmo fazendo parte dos ácidos nucleicos dos compostos de
transferência de energia, muitas formas de fósforo são indispensáveis às plantas e aos
microrganismos devido, sobretudo, a sua baixa solubilidade. O fósforo presente nas águas
residuárias, quer seja na forma iônica ou complexada, encontra-se geralmente como
fosfato.
Tabela 2 - Variação da concentração média de fósforo total e coliformes fecais afluente e
efluente, durante o período de dezembro de 1996 a maio de 1997.
Meses
Dezembro
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
n
8
6
6
6
6
6
Média
Desvio Padrão
Coeficiente
de Variação
Fósforo Total
-1
(mg.P.L )
Remoção
(%)
Afluente
2,54
2,84
2,02
2,10
3,11
4,05
Efluente
0,82
0,84
0,88
0,70
0,86
1,58
67,7
70,4
56,0
67,0
72,3
61,0
2,77
0,75
27
0,94
0,31
32
66
9,3
14
Coliformes Fecais
(CF/ 100 ml)
Remoção
(%)
Afluente
1,25E+07
4,05E+06
1,07E+07
7
1.30E+10
5,75E+07
5,40E+07
Efluente
1,25E+05
2,60E+04
1,33E+05
5
1.10E+10
7,70E+06
6,60E+06
99
99
98
98
86
87
2,70E+07
2,50E+06
94
Sistemas Wetlands podem ser naturais ou construídos. Esses, tratam água
residuária através de processos combinados: biológicos, químicos e físicos. (CRITES, 1994)
O fósforo solúvel disponível pode ser absorvido por plantas ou microrganismos e
conseqüentemente convertido em material celular, como também, pela precipitação química
e pela adsorção.
Os parâmetros obtidos durante o período experimental são apresentados na Tabela
-
1. Como se pode observar a variação dos valores médios de fósforo de 2,77 e 0,94 (mg.P.L
1
) no afluente e efluente respectivamente, representam, portanto, uma remoção média de
fósforo de 66 %. Essa remoção é ligeiramente superior àquela observada em lodos ativados
por bactérias acinetobacter, principal microrganismo responsável pela remoção biológica de
fósforo. (WENTZEL et al., 1992)
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A redução de microrganismos como bactérias, vírus, protozoários e ovos de
helmintos, por meio da disposição de esgotos em várzea natural, está relacionada com uma
variedade de fatores, sobretudo, fatores ambientais (planta, água e solo) e físico-químicos.
Assim sendo, o processo de remoção ocorre devido a sedimentação e a filtração na camada
orgânica da superfície do solo e de vegetação presente, entre outros. Os dados
7
6
apresentados na Tabela 1, das variações de coliformes fecais foram 2,7 x 10 e 2,5 x 10
(CF / 100 ml) afluente e efluente respectivamente. Essa variação promoveu na redução de
coliformes de cerca de 92 %. Apesar desse percentual de redução, o efluente não deve ser
lançado em corpos receptores sem antes sofrer processo de pós-tratamento.
4,5
Fósforos Totais (mg. L -1)
4
3,5
Afluente
Efluente
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Dezembro
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Tempo (meses)
-1
Figura 3 - Valores médios mensais afluente e efluente de Fósforos Totais (mg P.L ),
presentes no corpo d’água, localizado no Distrito de São José da Mata.
1,00E+10
Log do número de CF/100ml
1,00E+09
1,00E+08
1,00E+07
1,00E+06
1,00E+05
1,00E+04
1,00E+03
1,00E+02
Afluente
Efluente
1,00E+01
1,00E+00
Dezembro
Janeiro
Fevereiro
Abril
Maio
Tempo (meses)
Figura 4 - Valores médios mensais afluente e efluente dos Coliformes Fecais,
presentes no corpo d’água, localizado no Distrito de São José da Mata.
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CONCLUSÕES
Os resultados obtidos durante seis meses de monitoramento do sistema natural de
várzea (“WETLAND”) permitiram concluir que:
Os sistema de várzea natural é um ecossistema que trata esgotos sanitários e se
comporta como alternativa de baixo custo.
Os gêneros
Typha sp e Eichhornia crassipes se apresentam como macrófitas
capazes de remover fósforo (66%) e coliformes fecais (92%) de esgotos sanitários.
Os sistemas de várzeas naturais devem ser mantidos sob manutenção periódica
das macrófitas presentes para evitar, assim, que essas funcionem também como produtoras
de matéria orgânica.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Amer. Public Health Assoc., Water Works Association, Water Poll. Control Federation,
Washington, D.C., 1992.
CRITES, R.W.
Desing criteria and practice for constructed Wetlands, Water Sc. Tech.,
V.29, n. 4, p. 1-6, 1994.
REED, S.
Constructed Wetland design: the first generation. Wat. Env. Res., V.64, n. 6, p.
776-781, 1992.
REEDY, K.R. ; D’ANGELO, E.M.
Biogeochemical indicatiors to evaluate pollutant removal
efficiency in constructed Wetlands. Wat. Sci. Tech., V. 35, n. 5, p. 1-10, 1997.
SOUSA, J. T. de ; FLORENTINO, E.R. ; OLIVEIRA, J.E.G. de.
Estudo com Sistema
“Wetland” para remoção de Fósforo in: XXVII Congresso Brasileiro de Química. Anais,
setembro/1997.
SOUSA, J. T. de ; OLIVEIRA, J.E.G. de ; COURA, H.R.
Avaliação das Condições de
Saneamento Ambiental do Distrito de São José da Mata in: XVI Encontro Nacional dos
Estudantes de Química, Salvador, 1997, Anais, Salvador-BA, 1997.
SOUSA, José Tavares de ; VAZOLLER, R. F. ; FORESTI, Eugênio.
Phosphate removal in
an UASB reactor treating synthetic substrate simulating domestic sewage.
Brazilian
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SOUSA, J.T. de ; ARAÚJO, H.W.C. de ; CATUNDA, P.F.C. ; FLORENTINO,
COSTA, R.A. da S.
E.R. ;
Tratamento de esgotos sanitários por filtro lento objetivando
produzir efluente para reuso na agricultura. In.: VIII SILUBESA, 26 a 30 de abril, João
Pessoa, PB. 1998. Rio de Janeiro, ABES, 1998, p. 317-327.