UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA...
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA TAINÁ DE LANA NASCIMENTO ESTUDO DO USO DE WETLANDS CONSTRUÍDAS NO TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO EM COMUNIDADES RURAIS Orientador: Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves Lorena 2015
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
TAINÁ DE LANA NASCIMENTO
ESTUDO DO USO DE WETLANDS CONSTRUÍDAS NO TRATAMENTO DE
ESGOTO DOMÉSTICO EM COMUNIDADES RURAIS
Orientador: Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves
Lorena
2015
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
TAINÁ DE LANA NASCIMENTO
ESTUDO DO USO DE WETLANDS CONSTRUÍDAS NO TRATAMENTO DE
ESGOTO DOMÉSTICO EM COMUNIDADES RURAIS
Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo para obtenção do grau de Engenheira Química.
Orientador: Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves
Lorena
2015
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, Antonio e Maria, e minha
irmã, Talita, pelo incentivo,
apoio e amor incondicional.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Antonio e Maria, que cоm muito amor е apoio, nãо mediram
esforços para qυе еυ chegasse аté esta etapa dе minha vida.
À minha irmã, Talita, por acreditar sempre em mim e por toda a cumplicidade.
A toda minha família pelo incentivo е pelo apoio constantes.
Aos professores, pelo ensinamento transmitido e pela compreensão.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves, pela disponibilidade
e paciência nа orientação е incentivo qυе tornaram possível а conclusão desta
monografia.
Às amigas de república, por fazerem essa jornada mais divertida e por se
tornarem uma segunda família.
Aos meus amigos, pеlаs alegrias e, até mesmo tristezas compartilhadas. Sem
vocês esses anos teriam sido muito mais difíceis.
Aos meus companheiros e orientadores de estágio, pela convivência e
aprendizado.
“A força não provém da capacidade física,
provém de uma vontade indomável.”
Mahatma Gandhi
RESUMO
Nascimento, T. L. Estudo do uso de wetlands construídas no tratamento de
esgotos domésticos em comunidades rurais. 2015. 70f. Monografia
(Graduação) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo,
Lorena, 2015.
A falta de tratamento de esgoto é um dos maiores problemas ambientais da
população brasileira, principalmente nas comunidades rurais de baixa renda.
Nesse sentido, a busca por tecnologias alternativas e de baixo custo para o
tratamento desses efluentes torna-se imprescindível (KADLEC, WALLACE, 2009).
Sistemas mais "naturais", ou seja, que são mais influenciados pelas condições
ambientais naturais de temperatura, pluviosidade, luz solar e ação do vento, são
alternativas úteis aos sistemas convencionais. Em comparação com os sistemas
convencionais, sistemas naturais consomem menos energia elétrica e requerem
menos trabalho para operação (US EPA, 1988). O presente trabalho trata-se de
uma revisão bibliográfica através de quatro estudos de casos da literatura
realizados em pequenas comunidades rurais do Brasil: 2 na região Sul (Paraná),
1 no Nordeste (Rio Grande do Norte) e 1 na região Sudeste (São Paulo),
realizando uma abordagem crítica sobre o uso da tecnologia de wetlands
construídas como alternativa no tratamento de esgotos domésticos em pequenas
comunidades e propriedades rurais. Foram avaliados os desempenhos dos
sistemas, que apresentaram, em geral: boa eficiência de remoção de carga
orgânica, nutrientes e patógenos, atendendo aos requisitos da legislação
brasileira, além de baixos custos de implantação e simplicidade operação e
manutenção, mostrando-se uma tecnologia sustentável.
Palavras-chave: tratamento de efluentes, esgoto doméstico, zona rural, wetlands
construídas.
ABSTRACT
Nascimento, T. L. Study of the use of constructed wetlands on domestic
sewage treatment in rural communities. 2015. 70p. Monograph (Graduation) –
Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.
The lack of sewage treatment is one of the major environmental population
problems, especially on rural poor communities. Regarding it, the search for
alternative and economic technologies of effluent treatment becomes essential
(KADLEC, WALLACE, 2009). More "natural" systems, in other words, that which
have more influence of natural conditions of temperature, rainfall, sunlight and
wind action on the environment, are useful alternatives to conventional systems.
Compared with conventional systems, natural systems consume less energy and
require less labor for operation (US EPA, 1988). This paper is basically a literature
review about four studies of literature cases in Brazil: two in the South (Paraná), 1
in the Northeast (Rio Grande do Norte) and 1 in the Southeast (São Paulo),
making a critical approach of the use of constructed wetlands as an alternative
technology on the treatment of domestic sewage in small communities and rural
properties. Evaluating the performance of those systems, they had in general an
efficient removal of organic matter, nutrients and pathogens, meeting the
requirements of the Brazilian legislation, besides presenting low implementation
and operation costs and ease of maintenance, being a sustainable technology.
Keywords: effluent treatment, domestic sewage, rural area, constructed wettands.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Consumo per capita x porte da comunidade. ....................................... 18
Tabela 2 - Eficiência de diversos tratamentos de esgoto. ..................................... 19
Tabela 3 – Esgotamento sanitário nos domicílios do Brasil .................................. 20
Tabela 4 - Parâmetros inorgânicos para o lançamento de efluentes no corpo
receptor ................................................................................................................. 25
Tabela 5 - Parâmetros orgânicos para lançamento de efluentes em corpos
receptores: ............................................................................................................ 26
Tabela 6 - Quadro de vantagens e desvantagens do uso de wetlands construídas
no tratamento de águas residuárias ...................................................................... 29
Tabela 7 - Características típicas do meio de wetlands construídas de fluxo
subsuperficial. ....................................................................................................... 35
Tabela 8 - Papel dos micro-organismos no tratamento de efluentes. ................... 37
Tabela 9 - Fatores químicos, físicos e biológicos que favorecem o tratamento de
águas residuais em wetlands. ............................................................................... 39
Tabela 10 – Média geral dos resultados e percentual de remoção de todas as 18
ETEZRs. ............................................................................................................... 43
Tabela 11 - Dados para cálculo da fossa séptica .................................................. 47
Tabela 12 - Dados para o cálculo de dimensionamento do tanque de raízes. ...... 48
Tabela 13 - Valores médios e o resumo dos testes estatísticos das características
físicas e químicas do esgoto doméstico nos pontos de amostragem 1, 2, 3 e 4 e
percentual de remoção do sistema de tratamento de esgoto doméstico. ............. 52
Tabela 14 - Médias de remoção de variáveis do esgoto tratado no sistema de leito
cultivado ................................................................................................................ 55
Tabela 15 – Quadro geral das características dos casos da literatura estudados.
.............................................................................................................................. 57
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Tipos de wetlands construídas. ............................................................ 31
Figura 2 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo superficial .... 32
Figura 3 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo subsuperficial
horizontal............................................................................................................... 33
Figura 4 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo subsuperficial
horizontal............................................................................................................... 34
Figura 5 - Modelo de wetland construída de fluxo subsuperficial implantada nas 18
ETEZR. ................................................................................................................. 41
Figura 6 - Comparação dos resultados entre o esgoto bruto e tratado de Turbidez
(NTU), DQO, DBO e Fósforo nas 18 ETEZR avaliadas. ....................................... 43
Figura 7 - Modelo do tanque de raízes ................................................................. 48
Figura 8 - Sistema de tratamento e aproveitamento de esgoto doméstico
implantado no Assentamento Milagres. ................................................................ 50
Figura 9 – Esquema da ETE compacta por leito cultivado .................................... 54
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CEIVAP Comitê para Integração da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul:
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DBO5,20 Demanda Bioquímica de Oxigênio medida durante um período de 5
dias, a temperatura de 20ºC.
DIC Delineamento Inteiramente Casualizado
EPA Environmental Protection Agency
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
ETE Estação de Tratamento de Efluentes
ETEZR Estação de Tratamento de Efluentes por Zona de Raízes
FUNDEMA Fundo Municipal de Meio Ambiente
hab habitantes
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
MMA Ministério do Meio Ambiente
NBR Norma Brasileira
NMP número mais provável
NTU unidades nefelométricas de turbidez
pH Potencial hidrogeniônico
PVC Policloreto de Vinila
SAC Sistema Alagado Construído
US United States
WC Wetland Construída
WCED World Comission on Environment and Development
LISTA DE SÍMBOLOS
cm centímetro
d dia
dS decisiemens
ft² pé quadrado
ft³ pé cubico
L Litro
m² metro quadrado
m3 metro cúbico
mg miligrama
mL mililitro
mm milímetro
s segundo
Sumário
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 14
1.1 MOTIVAÇÃO ........................................................................................................... 14
1.2 OBJETIVOS GERAIS ............................................................................................ 15
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 15
2. REVISÃO BIBILOGRÁFICA ........................................................................... 16
2.1. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ............................................................ 16
2.2. ESGOTO DOMÉSTICO........................................................................................ 17
2.2.1. Tratamento de esgoto doméstico .................................................................... 18
2.3. ESGOTAMENTO SANITÁRIO NA ZONA RURAL ........................................... 19
2.3.1. Alternativas de tratamento de efluente doméstico na zona rural ............... 20
2.4. LEGISLAÇÃO BRASILEIRA PARA TRATAMENTO DE ESGOTO
DOMÉSTICO.................................................................................................................. 22
2.5. WETLANDS ............................................................................................................ 28
2.5.1. Tipos de wetlands construídas ......................................................................... 30
2.6. FATORES QUE INFLUENCIAM NO DESEMPENHO DE WETLANDS
CONSTRUÍDAS ............................................................................................................. 34
2.6.1. Meio granular ...................................................................................................... 35
2.6.2. Vegetação............................................................................................................ 36
2.6.3. Micro-organismos ............................................................................................... 36
2.6.4. Localização.......................................................................................................... 37
2.7. MECANISMOS DE REMOÇÃO DE POLUENTES .......................................... 38
3. METODOLOGIA ............................................................................................. 39
4. ESTUDO DE MODELOS EXISTENTES PARA ANALISAR AS
CAPACIDADES E RESTRIÇÕES DOS SISTEMAS .......................................... 41
4.1. TRATAMENTO DE ESGOTO POR ZONA DE RAÍZES: ANÁLISE E
EFICIÊNCIA, POR PAROLIN, CRISPIM E KAICK (2012). ................................ 41
4.2. IMPLANTAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO
POR ZONA DE RAÍZES NA COMUNIDADE RURAL DA SEÇÃO JACARÉ DO
MUNICÍPIO DE FRANCISCO BELTRÃO POR ABREU (2013). ........................... 45
4.3. SISTEMA ECOLÓGICO PARA TRATAMENTO DE ESGOTO PRIMÁRIO
EM ASSENTAMENTOS RURAIS DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO BATISTA et al.
(2013). ............................................................................................................................. 49
4.4. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
DOMÉSTICOS POR LEITO CULTIVADO: UMA PROPOSTA DE
SANEAMENTO BÁSICO PARA PEQUENAS COMUNIDADES POR RIBAS
(2007). ............................................................................................................................. 53
5. ABORDAGEM CRÍTICA ................................................................................. 57
6. CONCLUSÃO ................................................................................................. 60
7. RECOMENDAÇÕES FUTURAS .................................................................... 61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................... 62
14
1. INTRODUÇÃO
1.1 MOTIVAÇÃO
O crescente aumento da população mundial vem acarretando o
esgotamento de recursos naturais, em especial a água, recurso essencial à vida
humana, animal e vegetal. Além do seu consumo direto pelo ser humano, a água
está diretamente ligada ao cultivo de alimentos e à maioria dos processos
produtivos.
A história do uso da água na Terra é complexa e está diretamente ligada
ao crescimento da população humana, ao grau de urbanização e aos usos
múltiplos que afetam a quantidade e qualidade de água (LEME1, 2003 apud
TUNDISI, 2003).
E junto a este cenário vem a crescente demanda de maior quantidade e
melhor qualidade da água, acarretando uma preocupação mundial e um
consequente investimento em pesquisas e desenvolvimento de tecnologias para
melhor uso e descarte de água.
O grande desafio do século XXI será criar mecanismos eficientes que
combatam a escassez, a má qualidade, a distribuição ineficiente, o desperdício,
entre outros fatores instaurados pela má gestão do uso da água (REIS, FADIGAS
e CARVALHO, 2005).
De acordo com a World Health Organization (2004) a maior parte da
população que não tem acesso a água e saneamento, cerca de 80%, está
concentrada na zona rural. Situações precárias de saneamento, ou a falta dele,
além de causarem a poluição de recursos hídricos, podem acarretar diversas
doenças à população local.
No mercado há inúmeras técnicas de tratamento de água e dejetos que
podem ser empregadas com sucesso. Contudo, o custo de aquisição de
1 LEME, Edson J. A.. Hidrologia Estatística da Vazão do Rio Jaguari Mirim. Ecossistema, Espírito
Santo do Pinhal , n. 27, p.77-81, 2002.
15
equipamentos, os insumos utilizados e a elevada manutenção dos sistemas
inviabilizam sua implantação no meio rural (BERTONCINI, 2008).
Uma alternativa tecnológica que exige baixos custos de construção,
manutenção e operação é o uso de wetlands construídas (WC), também
conhecidas como sistema alagado construído (SAC) ou zona de raízes. Essa
alternativa tem sido estudada e implementada em diversas regiões do Brasil e do
mundo no tratamento de esgoto doméstico. Tratam-se de sistemas ecológicos,
plantados com macrófitas e preenchidos com material filtrante, que removem
nutrientes do efluente através de processos físico-químicos e biológicos.
Wetlands construídas desempenham um papel importante na
descentralização dos sistemas de tratamento de águas residuais, devido a serem
sistemas "naturais" de fácil aplicação, com um bom custo, uso eficaz e baixas
exigências operacionais (HOFFMAN, 2011).
1.2 OBJETIVOS GERAIS
Este trabalho tem como objetivo avaliar, através de estudo de casos da
literatura, o uso de wetlands construídas como alternativa tecnológica de
tratamento de efluentes domésticos de pequeno porte em propriedades e
comunidades na zona rural.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar uma proposta sustentável de sistema de tratamento de esgotos de
pequeno porte para zona rural;
Realizar análise crítica da tecnologia proposta e seu uso atual, através de
estudos de casos da literatura.
16
2. REVISÃO BIBILOGRÁFICA
2.1. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
“O conceito dominante de desenvolvimento sustentável consiste em
descobrir como o planeta pode proporcionar recursos suficientes para assegurar o
bem estar das pessoas, em toda parte”. (SILVA et al., 2013).
Segundo a Comissão Mundial Sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento
(World Comission on Environment and Development, WCED, 2008), em um
Relatório chamado “Nosso Futuro Comum”, o desenvolvimento sustentável é “o
desenvolvimento no qual as necessidades no presente são supridas sem
comprometer a capacidade das gerações futuras de suprirem as suas”.
Em 1992, no Rio de Janeiro, 170 países se reuniram para a Conferência
das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, onde um novo
conceito de desenvolvimento sustentável, sendo aprovada a criação da Agenda
21. Este documento contém uma série de compromissos acordados pelos países
signatários, com a missão de incorporar medidas públicas que levem ao
desenvolvimento sustentável, levando em conta conscientização de todos os
indivíduos sobre o papel ambiental, econômico, social e político que
desempenham em sua comunidade e exige, portanto, a integração de toda a
sociedade no processo de construção do futuro (CPDS, 2004b).
No decreto nº 4978 de 3 de fevereiro de 2004 da Presidência da República, foi
criada a Comissão de Políticas de Desenvolvimento Sustentável e da Agenda 21
Brasileira, no âmbito da Câmara de Políticas dos Recursos Naturais, do Conselho
de Governo, com a finalidade de propor estratégias de desenvolvimento
sustentável (BRASIL, 2004).
A Comissão de Políticas de Desenvolvimento Sustentável e da Agenda 21
Nacional - CPDS enumera os desafios a serem enfrentados pela sociedade
brasileira rumo a um novo desenvolvimento, definindo 21 ações prioritárias,
baseadas em temas como: agricultura sustentável, cidades sustentáveis, infra-
estrutura e integração regional, gestão dos recursos naturais, redução das
desigualdades sociais, e ciência e tecnologia para o desenvolvimento sustentável
(CPDS, 2004a).
17
2.2. ESGOTO DOMÉSTICO
Segundo a Resolução Nº 430 do CONAMA, de 13 de Maio de 2011,
efluente é “o termo usado para caracterizar os despejos líquidos provenientes de
diversas atividades ou processos” (BRASIL, 2011).
Os efluentes são divididos em dois tipos: efluentes industriais e esgoto sanitário.
Segundo o Ministério do Meio Ambiente - MMA (2009), o primeiro é
extremamente diverso e derivado de qualquer utilização da água para fins
industriais. Já o esgoto sanitário é “constituído essencialmente de despejos
domésticos, uma parcela de águas pluviais e, eventualmente, uma parcela não
significativa de despejos industriais, tendo características bem definidas” (MMA,
2009).
De acordo com a norma brasileira NBR 9.648 (ABNT, 1986), esgoto
doméstico é o “despejo liquido resultante do uso da água para higiene e
necessidades fisiológicas humanas”. Ainda podem ser separados em águas
“cinzas”, que são águas servidas que foram utilizadas para limpeza (tanques,
pias, chuveiros) e águas “negras”, que são águas servidas que foram utilizadas
nos vasos sanitários e contém coliformes fecais como indicador recente de
contaminação por excretas humanas.
Segundo Von Sperling (1996) a composição dos esgotos domésticos é de
aproximadamente 99,9% de água e 0,1% de sólidos orgânicos e inorgânicos,
suspensos e dissolvidos, e microrganismos, esta pequena fração é responsável
pela necessidade de tratamento dos esgotos.
De acordo com Benetti e Bidone (1997), “os esgotos sanitários apresentam
uma composição praticamente uniforme, que é constituída, primeiramente, por
matéria orgânica biodegradável, microrganismos (bactérias, vírus, etc...)
nutrientes (nitrogênio e fósforo), óleos, graxas e detergentes”.
A NBR 13969/97 da ABNT classifica a contribuição de esgotos domésticos
de acordo com o padrão da residência, da seguinte maneira: padrão alto - 160
L/pessoa.dia; padrão médio - 130 L/pessoa.dia e padrão baixo - 100 L/pessoa.dia.
18
De acordo com Van Sperling (1996) a vazão doméstica de esgoto pode ser
estimada conforme o consumo per capita de água, utilizando-se de um coeficiente
de retorno (R) que se dá pela razão entre a vazão de esgotos e a vazão de água,
conforme na Tabela 1, sendo o valor de R adotado igual a 80% (VON SPERLING,
1996):
Tabela 1 - Consumo per capita x porte da comunidade.
Porte da comunidade Faixa de população (hab) Consumo per capita (L/hab.dia)
Povoado rural < 5.000 90 - 140
Vila 5.000 - 10.000 100 - 160
Pequena localidade 10.000 - 50.000 110 - 180
Cidade média 50.000 - 250.000 120 - 220
Cidade grande > 250.000 150 - 300
Fonte: CETESB2, 1978 (apud Von Sperling, 1996).
2.2.1. Tratamento de esgoto doméstico
O tratamento dos esgotos tem duas razões fundamentais: a proteção da
saúde pública e preservação do meio ambiente, sendo portanto o objetivo
principal do tratamento a remoção de impurezas físicas, químicas e biológicas
(BENETTI, BIDONE, 1997).
Segundo o Ministério do Meio Ambiente (2009), a escolha do Processo de
Tratamento de Esgoto baseia-se principalmente no nível de eficiência desejado
na área disponível para sua implantação, no custo e na complexidade de
implantação e operação de cada processo, nas condicionantes ambientais
relativas à localização, na produção e disposição de lodos e na dependência de
insumos externos.
Ainda de acordo com o Ministério do Meio Ambiente (2009):
2 CETESB. Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – São Paulo. Guia de coleta e
preservação de amostras de água. São Paulo: CETESB, 1987. 150p.
19
A quantidade de matéria orgânica presente, indicada pelo parâmetro DBO,
é importante para se conhecer o grau de poluição do esgoto, fator
necessário para o dimensionamento das estações de tratamento de esgoto
e a medida de sua eficiência. Quanto maior o grau de poluição, maior a
DBO e, paralelamente, à medida que ocorre a estabilização da matéria
orgânica, decresce a DBO. Normalmente a DBO5 do esgoto doméstico
varia entre 200 e 500 mg/L, de acordo com a condição de vida dos
moradores locais.
A Tabela 2 indica valores teóricos para a eficiência de diversos sistemas de
tratamento, medidos em função da redução de matéria orgânica (DBO):
Tabela 2 - Eficiência de diversos tratamentos de esgoto.
Sistema de Tratamento de Esgoto Sanitário Eficiência de remoção (%)
DBO
Fossas Sépticas 35 a 60
Fossas Sépticas seguidas de Filtro Anaeróbio 75 a 85
Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente – UASB 55 a 75
Lodo Ativado Convencional 75 a 95
Lodo Ativado Aeração Prolongada 93 a 98
Reator UASB seguido de Reatores Biológicos 75 a 97
Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Estabilização 75 a 90
Lagoa Aerada seguida de Lagoa de Decantação 70 a 90
Lagoa Anaeróbia seguida de Lagoa Facultativa 70 a 90
Fonte: Ministério do Meio Ambiente, 2009.
2.3. ESGOTAMENTO SANITÁRIO NA ZONA RURAL
A contaminação do solo e da água no meio rural não é uma realidade
diferente do que acontece no meio urbano, é uma regra e não exceção. O
consumo de água de má qualidade pelo homem e pelos animais é cada vez mais
comum no meio rural. Os principais contaminantes de água no meio rural
20
consistem de argilas suspensas, matéria orgânica, patógenos originados de
fossas sépticas, além de pesticidas e fertilizantes utilizados nas culturas agrícolas.
(BERTONCINI, 2008).
De acordo com o IBGE (2013), 97,6% dos domicílios brasileiros possuem
algum tipo de esgotamento sanitário, no entanto apenas 42% destes domicílios
possuem rede coletora, sendo a situação ainda mais grave na zona rural. A
Tabela 3 mostra a situação do esgotamento sanitário nos domicílios do Brasil nas
zonas urbana e rural.
Tabela 3 – Esgotamento sanitário nos domicílios do Brasil
Situação dos domicílios Brasil Zona
Urbana Zona Rural
Rede coletora 58,2% 67,1% 4,6%
Fossa séptica ligada à rede coletora 5,3% 5,6% 3,4%
Fossa séptica não ligada à rede coletora 12,7% 11,2% 21,8%
Fossa rudimentar 18,6% 13,3% 50,8%
Outro 2,8% 2,1% 6,9%
Não possuem esgotamento sanitário 2,4% 0,8% 12,6%
Total de domicílios 65.130 55.857 9.273
Fonte: IBGE, 2013.
2.3.1. Alternativas de tratamento de efluente doméstico na zona rural
a) Fossas sépticas: são unidades de tratamento primário de esgoto doméstico
nas quais são feitas a separação e a transformação da matéria sólida contida
no esgoto, inciando a purificação do líquido. Normalmente, são constituídas de
um tanque enterrado, sendo recomendando que a parte líquida seja enviada
para sumidouros ou valas de infiltração, enquanto os sólidos ficam retidos no
fundo da fossa (MMA, 2009).
b) Fossa séptica biodigestora: o sistema desenvolvido pela EMBRAPA para o
tratamento de águas negras é composto por três caixas coletoras com 1.000
litros cada uma, que ficam enterradas no solo, interligadas por tubulação de
PVC. Para ativar o processo de biodigestão, adiciona-se esterco bovino ou de
outro animal ruminante, ao final do processo é produzido um adubo natural
21
líquido, que pode ser utilizado para fertilizar e irrigar o solo (FUNDAÇÃO
BANCO DO BRASIL, 2010).
c) Filtro anaeróbio: remove parcialmente a matéria orgânica remanescente dos
tanques sépticos, através da retenção de sólidos de pequenas dimensões, por
contato com o material suporte (normalmente pedra britada) recoberto com
biofilme, por sedimentação forçada nos interstícios e pela ação metabólica dos
microorganismos do biofilme e do lodo retido nos interstícios sobre a matéria
dissolvida (GALVÃO JÚNIOR; MORENO; MAGALHÃES et al., 2001). O
recheio de bambu também tem sido pesquisado e utilizado como material
suporte, por tratar-se de um método de baixo custo, que consome pouca
energia e produz quantidade pequena de lodo, no entanto, a remoção de
organismos patogênicos, nutrientes e matéria orgânica, não atende aos
padrões de lançamento da legislação brasileira (CAMARGO; NOUR, 2001).
d) Filtro de areia: seu funcionamento baseia-se na aplicação intermitente de
afluente sobre a superfície de um leito de areia por meio de uma tubulação de
distribuição. Durante a infiltração do líquido incide a purificação por
mecanismos físicos, que consistem na retenção de sólidos entre as partículas
de areias, químicos, dados pela retenção química entre partículas do efluente
e do leito, e por fim, e mais importante, biológicos, que consistem na
decomposição do material orgânico por microrganismos decompositores
(AUSLAND et al., 2002).
e) Escoamento superficial no solo: neste método utiliza-se da declividade do
terreno para tratamento. O efluente líquido é disposto na parte superior do
terreno, percorre por gravidade todo o terreno, sendo alguma parcela perdida
por evapotranspiração e uma pouca parte por percolação, a maior parte é
coletada na base do declive. É um sistema indicado para terrenos com
pequena declividade, de 2 a 8%, e de solo de baixa permeabilidade. Possui
alta remoção de DBO, sólidos suspensos e nitrogênio (TONETTI et al., 2009;
COURACCI FILHO et al., 1999, p.326).
22
2.4. LEGISLAÇÃO BRASILEIRA PARA TRATAMENTO DE ESGOTO
DOMÉSTICO
A Constituição Federal, de 1988, trata, no artigo 225, dos direitos e deveres
do poder público e da coletividade em relação à preservação do meio ambiente,
como forma de garantir qualidade de vida à população presente e a gerações
futuras. (BRASIL, 1988).
A Lei nº 9433, de 1997, estabelece a Política Nacional de Recursos
Hídricos e trata a água como um bem de uso público, sendo um recurso limitado,
dotado e valor econômico, tratando como prioridade seu uso para o consumo
humano e dessedentação de animais. Cria o Conselho Nacional de Recursos
Hídricos e descentraliza a gestão dos recursos hídricos. Regulamenta a cobrança
pelo uso dos recursos hídricos sujeitos a outorga e dá outras providências
(BRASIL, 1997).
A Lei nº 9605, de 1998, estabelece penalidades para diferentes crimes
ambientais. O artigo 54 da Lei 9605 trata do crime de poluição ambiental e prevê
pena de reclusão de um a cinco anos para quem causar poluição de qualquer
natureza em níveis tais que possam causar danos à saúde humana, mortandade
de animais ou destruição da flora ou, no caso da poluição de recursos hídricos,
que culminem na interrupção do abastecimento público de água de uma
comunidade (BRASIL, 1998).
A Lei nº 9984, de 2000, cria a Agência Nacional de Águas – ANA, entidade
federal de implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos, integrante
do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, estabelecendo
regras para a sua atuação, sua estrutura administrativa e suas fontes de recursos
(BRASIL, 2000).
A resolução nº 357 do CONAMA, de 2005 dispõe sobre a classificação dos
corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como
estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras
providências. (BRASIL, 2005)
23
São adotadas as definições de água doces, salobras e salinas conforme o
grau de salinidade da água. E então as águas doces são classificadas em
(BRASIL, 2005):
I - Classe especial: águas que são destinadas:
a) Ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção;
b) À preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas;
c) À preservação dos ambientes aquáticos em unidades de proteção
integral.
II - Classe 1: águas que podem ser destinadas:
a) Ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado;
b) À proteção das comunidades aquáticas;
c) À recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e
mergulho;
d) À irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvem rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de
película;
e) À proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas.
III - Classe 2: águas que podem ser destinadas:
a) Ao abastecimento para consumo humano, após tratamento
convencional;
b) À proteção das comunidades aquáticas;
c) À recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e
mergulho;
d) À irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos
de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto;
e) À aquicultura e atividade de pesca.
IV – Classe 3: águas que podem ser destinadas:
a) Ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional
ou avançado;
b) À irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras;
24
c) À pesca amadora;
d) À recreação de contato secundário;
e) À dessedentação de animais.
V – Classe 4: águas que podem ser destinadas:
a) À navegação;
b) À harmonia paisagística;
A resolução nº 430 do CONAMA, de 2011, dispõe condições, parâmetros,
padrões e diretrizes para gestão do lançamento de efluentes em corpos de água
receptores, alterando parcialmente e complementando a Resolução nº 357, de
2005. Os efluentes não poderão conferir ao corpo receptor características de
qualidade em desacordo com as metas obrigatórias progressivas, intermediárias e
finais, do seu enquadramento, que deverão ser estabelecidas de acordo com
parâmetros específicos (BRASIL, 2011).
Para o lançamento direto de efluentes oriundos de sistemas de tratamento
de esgotos sanitários deverão ser obedecidas as seguintes condições e padrões
específicos (BRASIL, 2011):
I - condições de lançamento de efluentes no corpo receptor:
a) pH entre 5 e 9;
b) temperatura: inferior a 40°C, sendo que a variação de temperatura do
corpo receptor não deverá exceder a 3°C no limite da zona de mistura;
c) materiais sedimentáveis: até 1 mL/L em teste de 1 hora em cone
Inmhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de
circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão
estar virtualmente ausentes;
d) Demanda Bioquímica de Oxigênio-DBO 5 dias, 20°C: máximo de 120
mg/L, sendo que este limite somente poderá ser ultrapassado no caso de
efluente de sistema de tratamento com eficiência de remoção mínima de
60% de DBO, ou mediante estudo de autodepuração do corpo hídrico que
comprove atendimento às metas do enquadramento do corpo receptor.
e) substâncias solúveis em hexano (óleos e graxas) até 100 mg/L; e
f) ausência de materiais flutuantes.
25
II - Padrões de lançamento de efluentes no corpo receptor:
A Tabela 4 dispõe dos parâmetros inorgânicos estabelecidos para o lançamento
de efluentes.
Tabela 4 - Parâmetros inorgânicos para o lançamento de efluentes no corpo receptor
Parâmetros inorgânicos Valores máximos
Arsênio total 0,5 mg/L As
Bário total 5,0 mg/L Ba
Boro total (Não se aplica para o lançamento em águas salinas) 5,0 mg/L B
Cádmio total 0,2 mg/L Cd
Chumbo total 0,5 mg/L Pb
Cianeto total 1,0 mg/L CN
Cianeto livre (destilável por ácidos fracos) 0,2 mg/L CN
Cobre dissolvido 1,0 mg/L Cu
Cromo hexavalente 0,1 mg/L Cr+6
Cromo trivalente 1,0 mg/L Cr+3
Estanho total 4,0 mg/L Sn
Ferro dissolvido 15,0 mg/L Fe
Fluoreto total 10,0 mg/L F
Manganês dissolvido 1,0 mg/L Mn
Mercúrio total 0,01 mg/L Hg
Níquel total 2,0 mg/L Ni
Nitrogênio amoniacal total 20,0 mg/L N
Prata total 0,1 mg/L Ag
Selênio total 0,30 mg/L Se
Sulfeto 1,0 mg/L S
Zinco total 5,0 mg/L Zn
Fonte: BRASIL, 2011
A Tabela 5 dispõe dos parâmetros orgânicos estabelecidos para o lançamento de
efluentes.
26
Tabela 5 - Parâmetros orgânicos para lançamento de efluentes em corpos receptores:
Parâmetros Orgânicos Valores máximos
Benzeno 1,2 mg/L
Clorofórmio 1,0 mg/L
Dicloroeteno (somatório de 1,1 + 1,2cis + 1,2 trans) 1,0 mg/L
Estireno 0,07 mg/L
Etilbenzeno 0,84 mg/L
Fenóis totais (substâncias que reagem com 4-aminoantipirina) 0,5 mg/L C6H5OH
Tetracloreto de carbono 1,0 mg/L
Tricloroeteno 1,0 mg/L
Tolueno 1,2 mg/L
Xileno 1,6 mg/L
Fonte: BRASIL, 2011
Os padrões de lançamento de efluente poderão ser aplicáveis aos sistemas
de tratamento de esgotos sanitários, a critério do órgão ambiental competente, em
função das características locais, não sendo exigível o padrão de nitrogênio
amoniacal total (BRASIL, 2011).
A Resolução CONAMA nº 377, de 9 de outubro de 2006, considerando os
termos do art. 12 da Resolução no 237/97, dispõe sobre licenciamento ambiental
simplificado de Sistemas de Esgotamento Sanitário, mais especificamente de
unidades de transporte e de tratamento de esgoto sanitário de pequeno e médio
porte. No entanto, a mesma estabelece que os procedimentos simplificados não
se aplicam às unidades situadas em áreas declaradas pelo órgão competente
como ambientalmente sensíveis (BRASIL, 2006).
A resolução considera os seguintes conceitos:
I - unidades de transporte de esgoto de pequeno porte: interceptores,
emissários e respectivas estações elevatórias de esgoto com vazão nominal de
projeto menor ou igual a 200 L/s;
II - unidades de tratamento de esgoto de pequeno porte: estação de
tratamento de esgoto com vazão nominal de projeto menor ou igual a 50 L/s ou
com capacidade para atendimento até 30.000 habitantes, a critério do órgão
ambiental competente;
27
III - unidades de transporte de esgoto de médio porte: interceptores,
emissários e estações elevatórias de esgoto com vazão nominal de projeto maior
do que 200 l/s e menor ou igual a 1.000 L/s;
IV - unidades de tratamento de esgoto de médio porte: estação de
tratamento de esgoto com vazão nominal de projeto maior que 50 L/s e menor ou
igual a 400 l/s ou com capacidade para atendimento superior a 30.000 e inferior a
250.000 habitantes, a critério do órgão ambiental competente;
V - sistema de esgotamento sanitário: as unidades de coleta, transporte
e tratamento de esgoto sanitário;
VI - Licença Ambiental Única de Instalação e Operação - LIO ou ato
administrativo equivalente: ato administrativo único que autoriza a implantação e
operação de empreendimento.
As unidades de transporte e de tratamento de esgoto de pequeno porte,
ressalvadas as situadas em áreas ambientalmente sensíveis, ficam sujeitas, tão
somente, à LIO ou ao ato administrativo equivalente, desde que regulamentados
pelo Conselho Estadual do Meio Ambiente.
E, para a LIO ou ato administrativo, o empreendedor deverá apresentar os
seguintes itens:
I - informações gerais sobre o projeto e outras informações consideradas
relevantes pelo órgão ambiental competente;
II - declaração de responsabilidade civil e a respectiva Anotação de
Responsabilidade Técnica - ART;
III - autorização para supressão de vegetação, quando for o caso;
IV - outorga de direito de uso de recursos hídricos para lançamento de
efluentes;
V - localização em conformidade com instrumento de ordenamento
territorial do Município ou do Distrito Federal.
No que se refere ao reuso de água, o Conselho Nacional de Recursos
Hídricos (CNRH), publicou a Resolução nº 54, em 2005, que estabelece
modalidades, diretrizes e critérios gerais para a prática de reuso direto não
potável de água para fins agrícolas, industriais, ambientais e urbanos, porém não
estabelece critérios de qualidade requeridos para cada tipo de uso da água
tratada (BRASIL, 2005). Posteriormente, o CNRH publicou ainda, a Resolução nº
121, de 2010, que estabelece diretrizes e critérios para a prática de reúso direto
28
não potável de água na modalidade agrícola e florestal, definida na Resolução
CNRH nº 54, de 28 de novembro de 2005. De acordo com a resolução, a água de
reuso para fins agrícolas e florestais não pode apresentar riscos ou causar danos
ambientais e a saúde pública, sendo o produtor da água de reuso o responsável
pelas informações constantes de sua caracterização e monitoramento periódico,
que serão realizados de acordo com critérios definidos pelo órgão ou entidade
competente (BRASIL, 2010).
2.5. WETLANDS
Mitsch (1993) define wetlands como áreas alagadas que compõem um
ecossistema, sendo cobertas por água a pouca profundidade integral ou
sazonalmente, oferecendo boas condições para o crescimento de macrófitas. As
wetlands construídas podem ser, ainda, encontradas na literatura como sistemas
alagados construídos, zonas de raízes, ou leitos cultivados.
Segundo Vymazal (2006), as wetlands construídas são sistemas projetados
para utilizar processos naturais no auxílio do tratamento de águas residuais,
envolvendo vegetação, solo e microrganismos associados a zonas úmidas.
“Estes sistemas são projetados para imitar os sistemas de zonas úmidas
naturais, utilizando plantas, o solo e os microrganismos para remover
contaminantes de efluentes de águas residuais” (U.S. EPA, 1993).
Blumberg (2009) enumera o uso de wetlands construídas em diversas
aplicações, destacando-se:
Tratamento de efluentes domésticos;
Tratamento de Efluentes Industriais;
Tratamento terciário de efluentes pré-tratados em plantas
convencionais de tratamento de águas residuais;
Tratamento de águas residuais;
Tratamento e retenção de águas pluviais;
Pequenas estações de tratamento de esgoto;
Tratamento natural de rios e lagos poluídos.
29
De acordo com Vymazal (2006) wetlands construídas:
[...] têm sido utilizadas para o tratamento de águas residuais por mais de
40 anos e tornaram-se uma tecnologia amplamente aceita, disponível para
lidar com ambas as fontes pontuais e difusas de poluição da água. Esta
tecnologia oferece baixos requisitos operacionais e baixo consumo de
energia em alternativa aos sistemas convencionais de tratamento,
especialmente para as pequenas comunidades e locais remotos.
Algumas vantagens e desvantagens do uso de wetlands construídas
citadas na literatura podem ser observados na Tabela 6:
Tabela 6 - Quadro de vantagens e desvantagens do uso de wetlands construídas no tratamento de águas residuárias
Vantagens Desvantagens
Custos de construção e operação
relativamente baixos;
Podem causar problemas com
mosquitos;
Fácil manutenção;
Tolerância a flutuações no ciclo hidrológico e nas
cargas de contaminantes;
Não requer o uso de energia;
Redução da matéria orgânica e sólidos
sedimentáveis;
Necessidade de caracterizações
precisas dos sólidos do efluente a tratar,
do tipo de enchimento, do ciclo
hidrológico e do regime de
temperaturas;
Possibilidade de se obter alguns benefícios
adicionais, tais como a criação de espaços verdes, de
habitats naturais e de áreas recreacionais ou
educacionais;
Não requer produtos químicos ou
equipamentos mecânicos;
Podem ser construídos com solo e com
mínimo de concreto e aço;
Colmatação que ocorre com
alguma frequência, havendo, portanto, a
necessidade do controle da carga
hidráulica e de sólidos para minimizar
este problema;
Não possui mau cheiro, porque as raízes
funcionam como filtro, eliminando-o;
Possibilidade de um tratamento eficaz sem a
necessidade de equipamentos complexos;
Alguns compostos orgânicos
removidos pelo sistema podem estar
ligados aos sedimentos e se
acumularem ao longo do tempo;
“Alta produção de biomassa que pode ser
utilizada na produção de ração animal, energia
(biogás) e biofertilizantes (compostos orgânicos)”;
Requer um período de início até
a vegetação estar bem estabelecida;
Considerável redução de patógenos;
Remoção satisfatória de matéria orgânica,
sólidos suspensos, nitrogênio e fósforo.
Eficiências sazonais.
30
Fonte: Cooper3, 1999; Chernicharo4, 2001; Denny5, 1997; Duarte6, 2002; IEA7,
2004; Koottatep8 et al., 2001; Senzia9 et al., 2003; Sivestre e Pedro-de-Jesus10,
2002 (apud Silva, 2007).
As wetlands construídas podem ser combinadas com outros tipos de
tratamento de efluentes de alta tecnologia, sendo usadas recentemente como
tratamento posterior a lodo ativado, reator tipo UASB, entre outros, até mesmo
com outro tipo de wetland, buscando explorar vantagens específicas de diferentes
sistemas (ROUSSEAU et al., 2008).
2.5.1. Tipos de wetlands construídas
3 COOPER, P. A review of the design and performance of vertical-flow and hybrid reed bed
treatment systems. Water science and technology, 1999. 4 CHERNICHARO, C. A. L. Pós tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. PROSAB –
Programa de Saneamento Básico, Belo Horizonte, 2001.183p. 5 DENNY, P. Implementation of constructed wetlands in development countries. Water science and
technology, 1999. 6 DUARTE, S. Estudo das Potencialidades das Zonas Húmidas Artificiais no Tratamento de
Efluentes Aquícolas, Monografia de Final de Curso, Departamento de Engenharia Biológica e
Química, Licenciatura em Engenharia do Ambiente, Portugal, Instituto Superior Técnico,
Universidade de Lisboa, 2002. 7 IEA, Instituo de Ecologia Aplicada. “Wetland”. 2004.
8 KOOTTATEP, T; OAHN, N. T. K.; HEINS, U; MONTANGERO, A; STRAUSS. Potential of vertical-
flow constructed wetlands for septage treatment in tropical regions. Water and Sanitation in
Developing Countries. SANDEC. Publications of the Program on Faecal Sludges Management.
2001. 9 SENZIA, A. M.; MASHAURI, D. A.; MAYO, A. W. Modeling nitrogen transformation in horizontal
subsurface flow constructed wetlands planted with Phragmites Mauritianus. Journal of Civil
Engineering Research and Practice, 2004. 10
SIVESTRE, A.; PEDRO-DE-JESUS, M. Tratamento de Águas Residuais Domésticas em Zonas
Húmidas Artificiais. Monografia de Final de Curso, Departamento de Engenharia Biológica e
Química, 2002.
31
A Figura 1 mostra a divisão dos diferentes tipos de wetlands construídas.
Figura 1 - Tipos de wetlands construídas.
Fonte: Kadlec e Wallace, 2009.
a) Wetlands construídas de fluxo superficial
Wetlands Construídas de fluxo superficial tipicamente “consistem de bacias
ou canais com algum tipo de barreira subsuperficial para impedir a infiltração, solo
ou outro meio adequado para suportar a vegetação emergente e água que flui a
uma profundidade relativamente rasa através da unidade” (U.S. EPA, 1988). Nos
wetlands de fluxo superficial, o efluente flui acima da superfície do meio filtrante,
por entre os caules e as folhas da vegetação (MANNARINO, 2003).
De acordo com Vymazal (2006), esses sistemas podem utilizar macrófitas
emergentes, submersas, flutuantes, flutuantes submersas ou ainda flutuantes de
folhas, e no caso de macrófitas enraizadas serem empregadas são necessários
de 20 a 40 centímetros do solo para apoiar a raízes da vegetação.
Devido a exposição atmosférica do efluente líquido, a introdução de
oxigênio nesse sistema é maior se comparada a wetlands de fluxo subsuperficial,
além disso, a exposição a raios ultravioletas favorece a maior inativação de
patógenos. No entanto, em contrapartida, a desvantagem dessa configuração,
devido a superfície livre, é que o líquido pode apresentar aspecto desagradável e
ser potencial criador de mosquitos e artrópodes (MONTEIRO, 2009).
A Figura 2 mostra as características de uma wetland construída de fluxo
superficial:
Wetlands construídas
Fluxo subsuperficial
Horizontal Vertical
Fluxo superficial
32
Figura 2 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo superficial
Fonte: Kadlec e Knight, 1996.
Os dispositivos de entrada de wetlands construídas são projetados de
modo a se tentar otimizar o fluxo superficial do material afluente com relação à
eficiência de tratamento (KADLEC; KNIGHT, 1996).
b) Wetlands construídas de fluxo subsuperficial
Nas wetlands construídas de fluxo subsuperficial, o resíduo líquido escoa
por gravidade horizontalmente ou verticalmente através do meio filtrante, entrando
em contato com organismos facultativos que vivem em associação com o meio
suporte e as raízes das plantas (MAIER, 2007).
Esse tipo de wetland é projetado especificamente para o tratamento de
determinado tipo de água residual, ou fase final do tratamento, e é construído
tipicamente na forma de um leito ou de canais contendo um meio apropriado (U.S.
EPA, 2000b).
Nesse tipo de configuração o tipo de escoamento do líquido através do leito
pode ser horizontal ou, ainda, vertical.
Wetlands construídas de fluxo subsuperficial horizontal: O efluente é lançado
efluente é lançado na parte inicial do leito e percola pelo leito até a saída,
impulsionado por uma ligeira declividade (1-3 por cento) entre a entrada e a saída
saída (U.S. EPA, 1988), conforme mostrado na
Figura 3:
33
Figura 3 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo subsuperficial
horizontal.
Fonte: Pelissari, 2013.
Notas: 1) afluente; 2) macrófitas; 3) impermeabilização; 4) zona de entrada; 5)
tubulação de alimentação; 6) material filtrante; 7) sentido do fluxo; 8) zona de
saída; 9) tubulação de coleta; 10) controlador de nível.
Segundo Sezerino (2006), esses tipos de wetlands geralmente mostram
eficiência na remoção de matéria orgânica e sólidos em suspensão, no entanto,
em relação a transformação de frações nitrogenadas e fosforadas possuem
atuação limitada.
Wetlands construídas de fluxo subsuperficial vertical: Esses sistemas
sistemas possuem como característica a alimentação dada em intervalos,
promovendo um grande arraste de oxigênio atmosférico para o material filtrante
filtrante através da convecção e difusão, aumentando a eficiência de processos
processos aeróbios. (COOPER et.al. 1996). Através da
34
Figura 4 é possível observar uma configuração típica desse tipo de
wetland.
Figura 4 - Configuração típica de uma wetland construída de fluxo subsuperficial
horizontal.
Notas: 1) afluente; 2) macrófitas; 3)material filtrante; 4) tubulação de alimentação;
5) sentido do fluxo; 6) tubulação de coleta; 7) impermeabilização; 8) controlador
de nível; 9) efluente final.
Fonte: Pelissari, 2013.
A maior vantagem dessa configuração está na necessidade de área muito
menor, devido à distribuição de efluente bruto numa área de entrada maior e uso
mais eficiente do volume do filtro (PLATZER; HOFFMANN; CARDIA, 2007).
2.6. FATORES QUE INFLUENCIAM NO DESEMPENHO DE WETLANDS
CONSTRUÍDAS
35
Wetlands construídas são sistemas ecológicos que combinam processos
físicos, químicos e biológicos em um sistema projetado e gerenciado. Para
construção e operação de sucesso de um sistema ecológico de tratamento de
águas residuais são necessários conhecimento básico e compreensão dos
componentes e inter-relações que compõem o sistema (US EPA, 2000).
2.6.1. Meio granular
Na escolha de um local para uma wetland de fluxo superficial, a área de
superfície e a permeabilidade do solo subjacente devem ser considerados. A
permeabilidade do solo mais desejável é 10-6 a 10-7 m / s (em 0,14-0,014/h). (US
EPA, 1984). Areias e lodos argilosos podem ser adequados quando
compactados. (US EPA, 1988)
No caso de wetlands de fluxo subsuperficial, o meio granular tem papel de
agente filtrante, sendo assim, o fluxo ao longo das unidades deste tipo de sistema
“depende do gradiente hidráulico na unidade, assim como a condutividade
hidráulica (ks), o tamanho e a porosidade do meio utilizado (n)” (US EPA, 2000b).
A Tabela 7 apresenta os principais tipos de meio utilizados e suas respectivas
características:
Tabela 7 - Características típicas do meio de wetlands construídas de fluxo subsuperficial.
Tipo de meio Tamanho efetivo
D10 (mm) * Porosidade
Condutividade Hidráulica, ks (ft³/ft²/d) **
Areia grossa 2 28 a 32 300 a 3000
Areia com cascalho 8 30 a 35 1600 a 6000
Cascalho fino 16 35 a 85 3000 a 32000
Cascalho mediano 32 36 a 40 32000 a 160000
Rocha triturada 128 38 a 45 160000 a 820000
Fonte: Reed, Crites e Middlebrooks, 1995.
** ft3/ft2/d x 0.3047 = m3/m2/d
36
2.6.2. Vegetação
Macrófitas aquáticas são vegetais visíveis a olho nu, com partes
fotossinteticamente ativas permanentemente ou por diversos meses, todos os
anos, total ou parcialmente, submersas em águas doce ou salobra, podendo
também serem flutuantes (IRGANG; GASTAL JR., 1996).
Independente do tipo ecológico da macrófita aquática, as principais
características que contribuem de forma positiva para o desempenho da wetland
são a capacidade de rápido crescimento, elevada capacidade de assimilação de
nutrientes, grande suporte de estocagem de nutrientes na biomassa, tolerância às
características físicas e químicas do fluxo d’água, tolerância às condições
climáticas locais, valor econômico, fácil colheita e manejo (TANNER11, 1996;
SOUSA12 et al., 2004; HENRY-SILVA; CAMARGO13, 2006 apud LIMA, 2011).
2.6.3. Micro-organismos
Dentre as comunidades microbianas presentes nos sistemas de wetlands
construídas, as bactérias são as mais representativas entre os grupos. A Tabela 8
descreve a comunidade microbiana e suas principais funções em wetlands
(PHILIPPI e SEZERINO14, 2004, apud PELISSARI, 2013):
11
TANNER, C. C. Plants for constructed wetland treatment systems – A comparison of the growth
and nutrient uptake of eight emergent species. Ecological Engineering, v. 7, p. 59-83, 1996. 12
SOUSA, J. T. de, VAN HAANDEL, A. C., GUIMARÃES, A. V. A. Performance of constructed
wetland systems treating anaerobic effluents. Water Science and Technology 48 (6), p.295-299,
2003. 13
HENRY-SILVA, G. G.; CAMARGO, A. F. M. Efficiency of aquatic macrophytes to treat Nile tilapia
pond effluents. Scientia Agricola, v. 63, p. 433–438, 2006. 14
PHILIPPI,L. S.; SEZERINO, P. H. Aplicação de sistemas tipo wetlands no tratamento de águas
residuárias: utilização de filtros plantados com macrófitas. Ed.do Autor.. Florianópolis, 2004,144p.
37
Tabela 8 - Papel dos micro-organismos no tratamento de efluentes.
Micro-organismos Função
Bactérias Oxidação da matéria carbonácea;
Nitrificação e Desnitrificação;
Protozoários
Clarificação do efluente;
Degradação da matéria orgânica;
Produção de polissacarídeos contribuindo na floculação do material suspenso;
Mantêm o equilíbrio ecológico do sistema;
Redução da produção do lodo através da ingestão de bactérias floculadas
Indicação da qualidade do efluente final;
Micrometazóarios
Contribuem para a manutenção da população de bactérias saudáveis;
Diminuem a turbidez do efluente;
Atuam na recirculação de nutrientes;
Aumentam a penetração do oxigênio;
Contribuem na biofloculação;
Auxiliam na redução de DBO;
Favorecem o balanço ecológico do sistema
Fonte: Philippi e Zeferino, 2004 apud Pelissari, 2013.
2.6.4. Localização
Wetlands podem ser construídas em qualquer lugar. As espécies de
plantas emergentes usadas podem tolerar as baixas temperaturas de inverno
muito melhor do que os sistemas de plantas aquáticas. No entanto, classificação
e escavação representam um importante fator de custo, levando a topografia a
38
ser uma importante consideração na seleção de um local apropriado. (US EPA,
1988).
De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (US
EPA, 2000a), os critérios principais para definição da tecnologia apropriada para
sistemas de tratamento em pequenas comunidades são:
Acessibilidade - os custos totais anuais, incluindo capital,
operação, manutenção e depreciação estão dentro da capacidade do
usuário de pagar.
Operabilidade - O funcionamento do sistema é possível com o
local de trabalho disponível e apoio.
Confiabilidade - requisitos de qualidade dos efluentes podem
ser claramente atendidos.
2.7. MECANISMOS DE REMOÇÃO DE POLUENTES
A ecologia de wetlands construídas é “afetada por inundação contínua,
concentrações de sólidos suspensos totais (SST), demanda bioquímica de
oxigênio (DBO), e outros constituintes de águas residuais em níveis normalmente
mais elevados aos que poderiam ocorrer na natureza” (US EPA, 2000a).
Os dois principais mecanismos de remoção, na maioria dos sistemas de
tratamento são as separações sólido/líquido e transformações de constituintes.
Normalmente separações incluem filtração e absorção, adsorção, separação por
gravidade, troca iônica, e lixiviação. Transformações podem ser químicas,
incluindo reações de oxidação e redução, floculação, reações ácido-base,
precipitação ou uma série de reações bioquímicas, ocorrendo em condições
aeróbias, anóxicas ou anaeróbias. Tanto as separações quanto as
transformações podem levar à remoção de contaminantes em wetlands, mas
podem também, muitas vezes, apenas resultar na detenção do contaminante no
sistema por um período de tempo (US EPA, 2000a).
39
A Tabela 9 demonstra os principais contaminantes e respectivos processos
de remoção em wetlands construídas:
Tabela 9 - Fatores químicos, físicos e biológicos que favorecem o tratamento de águas residuais em wetlands.
Contaminantes Processos de remoção
Sólidos suspensos Sedimentação, filtração, degradação aeróbia e anaeróbia.
Orgânicos solúveis Absorção pela planta, adsorção na matriz. Mineralização da matéria orgânica.
Nutrientes: Nitrogênio e fósforo
Absorção pela planta. Assimilação vegetal e imobilização microbiana de compostos orgânicos.
Amonificação, nitrificação e desnitrificação.
Volatilização do amônio desde as capas superficiais do sedimento
Adsorção e precipitação química do fosfato com Al, Fe, Ca e minerais da argila.
Agentes patogênicos Sedimentação, filtração, decaimento natural.
Metais e metaloides Adsorção e intercâmbio iônico, complexação, precipitação, absorção pela planta, oxidação / redução microbiana. Fixação microbiana.
Fonte: US EPA, 2000a; Kadlec e Knight, 1996.
3. METODOLOGIA
A metodologia adotada no projeto trata-se de pesquisa bibliográfica através
de estudo de casos da literatura.
Para Lakatos e Marconi (2003, p. 183):
40
“A pesquisa bibliográfica, ou de fontes secundárias, abrange toda a
bibliografia já tornada pública em relação ao tema de estudos, desde
publicações avulsas, boletins, jornais, revistas, livros, pesquisas,
monografias, teses, material cartográfico etc., até meios de comunicação
orais [...] e propicia o exame de um tema sob novo enfoque ou abordagem,
chegando a conclusões inovadoras”.
O estudo foi realizado através das seguintes etapas:
Levantamento bibliográfico preliminar para elucidação dos
conceitos e aplicações de wetlands construída
Estudo da legislação para tratamento de águas residuais no
Brasil;
Leitura aprofundada do material, organização dos assuntos e
formulação da revisão bibliográfica;
Abordagem crítica sobre o uso de wetlands construídas,
através da coleta de informações de artigos científicos e entrevista com
especialistas de órgãos de controle;
Análise da viabilidade técnica (operacional), econômica e
ambiental da proposta;
41
4. ESTUDO DE MODELOS EXISTENTES PARA ANALISAR AS
CAPACIDADES E RESTRIÇÕES DOS SISTEMAS
4.1. TRATAMENTO DE ESGOTO POR ZONA DE RAÍZES: ANÁLISE E
EFICIÊNCIA, POR PAROLIN, CRISPIM E KAICK (2012).
O estudo realizado por Parolin, Crispim e Kaick (2012), faz parte do edital
do Edital MCT/CNPq/CT-Agronegócio/CT-Hidro nº 27/2008 que visa à melhoria,
em relação a saneamento, a qualidade de vida de pequenos proprietários e
comunidades rurais.
Foram implantadas 18 Estações de Tratamento de Esgoto por Zona de
Raízes (ETEZR) em pequenas propriedades rurais em três municípios
paranaenses: 10 em Campos Mourão, sete em Rancho Alegre d’Oeste e um em
Corumbataí do Sul.
O sistema foi baseado no modelo proposto por Kaick (2002) de uma
wetland construída de fluxo subsuperficial vertical (Figura 5), considerando-se
uma vazão de consumo médio 120L/dia/habitante, conforme FUNASA (2006)
para dimensionamento do sistema.
Figura 5 - Modelo de wetland construída de fluxo subsuperficial implantada nas 18
ETEZR.
42
Fonte: Parolin, Crispim e Kaick ,2012.
Pré-tratamento
Em cada residência, as fossas sépticas de concreto foram substituídas por
2 bombonas plásticas de 220L. Foram instaladas também caixas de gordura para
efluentes da cozinha e, para efluente proveniente da lavanderia, caixas com
carvão vegetal para adsorção de fósforo, ambas feitas com bombonas de 60L.
Wetland construída de fluxo subsuperficial vertical (KAICK, 2002)
Para construção da zona de raízes (wetland construída), foi escavada no
solo uma área de 4 m² e 1 m de profundidade, coberta, então, com lona plástica
para impermeabilização. Sobre a lona é disposta a tubulação de coleta de água,
que é, então coberta por brita. Por fim a estrutura é preenchida metade com areia
grossa e a outra metade superior com brita nº2.
Optou-se pelo plantio das espécies Cymbopogon nardus (L.), citronela,
conhecida pelo seu poder repelente, e Rendle e Canna indica Lily, planta
ornamental conhecida como cana índica ou bananinha de jardim.
Para captação do efluente tratado foram instalados drenos com canos de
PVC de 100 mm, responsáveis pela condução do efluente para valas de
drenagem ou sumidouros construídos no solo.
43
Resultados
As 18 instalações foram acompanhadas e avaliadas durante um período de
22 meses para identificar a eficiência do sistema.
Durante o estudo, para cada uma das 18 instalações, foram realizadas 7
análises dos parâmetros físico-químicos pH e turbidez e 11 análises de Demanda
Química de Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5). As
análises de DQO, DBO5 e Fósforo seguiram o proposto por Standart Methods for
the Examination of Water and Wastewater (1977).
Os resultados dos parâmetros analisados para esgoto bruto e tratado,
obtidos para cada ETEZR (Figura 6) e, a média geral e percentual de remoção de
todas as ETEZR (Tabela 10) são mostrados a seguir:
Figura 6 - Comparação dos resultados entre o esgoto bruto e tratado de
Turbidez (NTU), DQO, DBO e Fósforo nas 18 ETEZR avaliadas.
Fonte: Parolin, Crispim e Kaick, 2012.
Tabela 10 – Média geral dos resultados e percentual de remoção de todas as 18
ETEZRs.
44
Parâmetros Efluente
Bruto
Efluente
Tratado
%
Remoção
pH 7,1 6,6 -
Turbidez 25 4 83
DQO 544,4 68,4 87,4
DBO5 251,4 39,4 84,3
DQO/DBO5 2,2 1,7 -
Fósforo 12,5 2,8 77,5
Fonte: Parolin, Crispim e Kaick, 2012.
Os valores de pH, tanto de efluente bruto quanto tratado, obedecem a
legislação para lançamento de corpos hídricos, de acordo com o que estabelece a
resolução nº430 de 2011 do CONAMA: pH entre 5 e 9.
Houve eficiência na remoção de Turbidez, cerca de 83%, e DQO, cerca de
87,4%, valor similar ao encontrado por Kaick, Macedo e Presznhuk (2008), que
encontraram eficiência de 88% na remoção ETEZR instaladas nos municípios do
litoral paranaense, Foz do Iguaçu (PR) e Campos do Jordão (SP).
Os valores de DBO5 do efluente tratado estão todos abaixo do limite
estabelecido pela resolução nº430/2011 do CONAMA de 120mg/L para
lançamento direto de efluentes oriundos de sistema de tratamento de esgotos
sanitários. A eficiência média de remoção, 84,3%, é próxima também à obtida por
Kaick, Macedo e Presznhuk (2008), 88%.
A correlação entre eficiência do sistema em relação à remoção de DQO e
DBO5 pelo número de pessoas por domicílio não foram lineares: r²= 0,006 (DQO)
e r² = 0,022 (DBO5). Sendo assim, a eficiência da ETEZR em relação aos
parâmetros DQO e DBO5 independe do número de pessoas por domicílio.
As correlações entre os valores médios de fósforo, tomando por base o
número de pessoas por domicílio, estabeleceram correlação positiva r = 0,900
(esgoto bruto) e r = 0,746 (esgoto tratado). Portanto, pode-se dizer que os valores
de fósforo são dependentes do número de pessoas residente no domicílio, o que
decorre do lançamento de efluente proveniente da lavanderia, que eleva o teor de
fósforo no esgoto. No entanto, a correlação entre a eficiência do sistema e o
número de pessoas por domicílio apresentou-se como não linear (r²=0,379), ou
seja, a relação é independente.
45
A relação média DQO/DBO5 está de acordo com os valores de relação
variando de 1,7 a 2,4 para esgoto doméstico bruto proposto por Von Sperling
(1996).
Apesar de algumas variações entre os resultados de uma estação de
tratamento para outra em determinados parâmetros, os valores médios obtidos e
a eficiência das estações de tratamento de esgoto por zona de raízes foram
extremamente satisfatórios.
Ferreira et al. (2013) abordaram a conservação dos 10 sistemas de
tratamento de esgoto por zona de raízes instalados na cidade de Campo Mourão
por meio de manutenção e sensibilização ambiental dos moradores contemplados
pelos sistemas. Foram necessárias algumas manutenções dos sistemas devido a
entupimentos, o que era previsto pelos autores, pois os microrganismos
responsáveis pela degradação da matéria orgânica não estavam totalmente
estabelecidos no sistema no inicio da pesquisa, além disso, constatou-se que a
falta da manutenção das caixas de gordura do sistema se mostrou um dos
maiores causadores de problemas na ETEZR, mostrando a importância de sua
manutenção. A educação ambiental foi trabalhada de forma a analisar os
problemas ambientais de forma crítica, determinando suas causas reais e não
somente os efeitos provocados, assim os moradores puderam compreender a real
importância do tratamento de esgoto, do cuidado com o meio ambiente, e os
benefícios do sistema para a comunidade. Foi realizado também um questionário
a fim de conhecer as melhorias que a alternativa trouxe aos olhos dos
proprietários, em que 55,6% relataram uma diminuição de insetos na área, 22,2%
melhoria na aparência do local e 22,2% fim do mau cheiro.
4.2. IMPLANTAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO POR
ZONA DE RAÍZES NA COMUNIDADE RURAL DA SEÇÃO JACARÉ DO
MUNICÍPIO DE FRANCISCO BELTRÃO POR ABREU (2013).
No município de Francisco Beltrão, Paraná, apenas a população urbana
dispõe de rede de tratamento e coleta de esgoto. A fim de propor uma tecnologia
alternativa de tratamento foi construída uma ETE por zona de raízes na Escola
46
Municipal Epitácio Pessoa, localizada na comunidade da Seção do Jacaré. Esta
comunidade possui 1.378 habitantes, dos quais a grande maioria, 1.350, vive na
zona rural.
Desenvolveu-se um trabalho de educação ambiental com aulas e palestras
voltadas a assuntos como: preservação e poluição das águas, saneamento
básico, saúde e a tecnologia alternativa para tratamento de esgoto por zona de
raízes, com a participação de professores, alunos e comunidade local. O projeto
foi realizado em parceria com a Secretaria Municipal do Meio Ambiente e
financiado com recursos do FUNDEMA (Fundo Municipal de Meio Ambiente).
Levou-se em questão o número de 160 pessoas para dimensionamento da
ETE, considerando que a escola funciona em dois turnos de aulas e tem um total
entre alunos e funcionários de 157 pessoas, levando a um custo de R$3.833,53,
representando um valor de R$24,00 por pessoa. A localização e declividade da
ETE foram definidas através de medição e levantamento topográfico do terreno.
A escola possuía um tipo de fossa rudimentar, ou “vala negra”, de cerca 34
anos, construída na fundação da escola, sem nenhum tipo de impermeabilização
para evitar a percolação do efluente sanitário e consequente contaminação do
solo. Foi preciso, portanto, isolar essa fossa rudimentar para construção de uma
fossa séptica, conforme padrões e normas estabelecidas.
Dimensionamento da fossa séptica
O dimensionamento da fossa séptica foi realizado segundo NBR 7229
(1993) - Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos,
conforme seguinte fórmula (equação 1):
V = 1000 + N (CT + K Lf) (1)
Onde:
V = volume útil, em litros.
N = número de pessoas ou unidades de contribuição.
C = contribuição de despejos, em litro/pessoa x dia ou em litro/unidade x
dia.
T = período de detenção, em dias.
47
K = taxa de acumulação de lodo digerido em dias, equivalente ao tempo de
acumulação de lodo fresco.
Lf = contribuição de lodo fresco, em litro/pessoa x dia ou em litro/unidade x
dia.
O consumo médio diário de água medido através do hidrômetro foi de
4,07m³/dia, ou 25,4L/dia/pessoa.
Tabela 11 - Dados para cálculo da fossa séptica
Dados Valores adotados
N 160 pessoas
C 25,4 L/pessoa/dia
T 0,75 dias
Lf 0,1 L/pessoa/dia
K 57
¹ Tabela 2 - NBR7229/93
² Tabela 1 - NBR7229/93
³ Tabela 3 - NBR7229/93 – Considerando intervalo de limpeza de 1 ano
Fonte: Abreu, Potira Soares (2013).
Utilizando-se a Equação (1) e os dados da Tabela 11 obteve-se um volume
útil V=5,5m³.
A NBR7229/93 também determina as profundidades mínima e máxima de
acordo com o volume. Utilizou-se então uma caixa de fibra de 5m³ e profundidade
de 2,05m, atendendo à norma.
Dimensionamento do tanque de raízes
Para o dimensionamento do tanque de raízes de fluxo subsuperficial
vertical, foi calculada a área superficial necessária a partir da seguinte fórmula
(Equação 2) (ANDRADE; BORBA, 2012):
AT= TDH x Q x Pop / 0,46 (2)
Onde:
48
AT= Área de Demanda (m²)
TDH = Tempos de Detenção Hidráulica (dias)
Q = Vazão (m³/dia)
Pop = Número de Usuários
*0,46 é o índice de espaços vazios para ZR com brita nº 2 e areia grossa.
Tabela 12 - Dados para o cálculo de dimensionamento do tanque de raízes.
Dados Valores
TDH 3 dias
Q 25L/dia/hab ou 0,025m³/dia/hab
Pop 160 pessoas
Fonte: Abreu, 2013.
A partir dos dados da Tabela 12 e da Equação 2, obteve-se uma área de
demanda AT=26,08m².
O tanque de raízes seguiu o modelo apresentado na Figura 7, apresentado
por Andrade e Borba (2012).
Figura 7 - Modelo do tanque de raízes
Fonte: Andrade e Borba, 2012 (apud Abreu, 2013).
A construção da ETE foi realizada nas seguintes etapas:
1) Escavações dos buracos da fossa séptica e do tanque de raízes;
2) Preparo da tubulação de distribuição e coleta do efluente;
49
3) Instalação da fossa séptica;
4) Colocação da lona de impermeabilização e preenchimento do filtro
do tanque de raízes, conforme Figura 7.
5) Plantio das mudas de plantio das mudas de Zantedeschia aethiopica
(copo-de-leite).
Para evitar odores e presenças de inseto, a fossa séptica foi coberta com
lona para impedir entrada de ar e garantir a proliferação de bactérias anaeróbias
para degradação da matéria orgânica e no filtro de raízes foi colocada brita mais
fina na parte superior.
O plantio de mudas foi realizado cinco dias após o início do funcionamento,
já que as plantas dependem do efluente para sobreviver.
Durante a construção da ETE, foram encontradas algumas dificuldades.
Principalmente devido à grande quantidade de chuva durante o mês de dezembro
de 2012, causando atraso no cronograma. Além disso, o local apresentava solo
bastante úmido devido à superficialidade do lençol freático, levando à presença
constante de água durante as escavações, no entanto, com o auxílio de moto-
bomba essa dificuldade foi superada, garantindo impermeabilização correta do
solo.
O sistema de zona de raízes mostrou-se uma alternativa economicamente
viável no tratamento de esgoto em regiões de situação sanitária precária, tendo
um grande diferencial em relação a sistemas convencionais no que se refere a
custos de operação, manutenção e instalação. Além de ser uma alternativa
ambientalmente correta, visto que não utiliza de nenhum recurso energético para
seu funcionamento.
4.3. SISTEMA ECOLÓGICO PARA TRATAMENTO DE ESGOTO PRIMÁRIO EM
ASSENTAMENTOS RURAIS DO SEMIÁRIDO BRASILEIRO BATISTA et al.
(2013).
O trabalho foi realizado no Projeto de Assentamento Rural Milagres em
Apodi, Rio Grande do Norte. O assentamento possui 24 casas, nas quais vivem
107 pessoas e dispõe de rede de coletora do esgoto doméstico e de tratamento
50
primário através de um sistema denominado decanto-digestor. Foi proposto,
então, por Batista et al. (2013) um sistema ecológico, adicionando-se ao
tratamento do esgoto do assentamento, um sistema alagado construído (wetland
construída) e um reator solar, conforme Figura 8.
Figura 8 - Sistema de tratamento e aproveitamento de esgoto doméstico
implantado no Assentamento Milagres.
Fonte: Batista et al. (2013)
Decanto-digestor
O decanto-digestor é constituído de um tanque séptico com duas câmaras,
gradeamento e dois filtros anaeróbios de fluxo descendente, e foi dimensionado
para uma vazão de 20m³/dia. No entanto, no período experimental (setembro a
dezembro de 2010), apenas 60 pessoas estavam gerando esgoto doméstico,
totalizando uma vazão de 12m³/dia.
Wetland construída
O SAC implantado é do tipo fluxo subsuperficial horizontal, para tratamento
secundário ou terciário do esgoto doméstico, foi construído em alvenaria,
considerando-se uma vazão de 1m³/dia, com dimensões de 2,0 m de largura,
51
4,0m de comprimento e 0,7m de profundidade. O meio filtrante utilizado foi a brita
1, que possibilita formação da camada do biofilme para o tratamento biológico. o
plantio do capim elefante (Pennisetum purpureum), foi realizado 48 dias antes da
primeira coleta para amostragem. Essa espécie foi eleita devido a capacidade de
extração de nutrientes do esgoto doméstico e posterior conversão em biomassa,
podendo servir de alimento para pequenas criações de animais no assentamento.
No dimensionamento, foi considerada taxa de aplicação de DBO de 400 kg de
DBO/ha/dia e concentração típica de DBO de 300mg/L, de acordo com Matos
(2007).
O efluente tratado no sistema alagado construído é enviado parte para um
reservatório, com capacidade armazenadora de 10m³, para ser utilizado na
fertirrigação de cultivo agrícolas no Assentamento Milagres. A outra parte é
destinada ao tratamento por radiação solar e, posteriormente, para o sumidouro.
Reator solar
O reator solar foi construído, de acordo com recomendações de Sanches-
Roman et al. (2007), com fibra de vidro, no formato cilíndrico, com 1,3 m de
diâmetro e 0,4 m de profundidade, tendo capacidade retentora de 0,53m³.
Operou-se o reator com uma lâmina de efluente de 0,10 m durante um período de
exposição à radiação solar de 12 horas, de acordo com Moura et al. (2011). O
volume tratado nessa etapa, cerca de 0,13 m³, segue, então, para infiltração no
sumidouro, dimensionado conforme recomendações da NBR7229/93. Em ensaio
prévio de infiltração notou-se que o coeficiente de infiltração do solo na área foi de
65L/m²/dia.
Foram realizadas quatro amostragens de efluente no período de 1 a 22 de
dezembro de 2010 nos seguintes pontos:
Ponto 1 – entrada do decanto-digestor;
Ponto 2 - saída do decanto-digestor;
Ponto 3 – saída do sistema alagado construído;
Ponto 4 – saída do reator solar.
Nos pontos 2 e 3 foram analisados somente pH, condutividade elétrica,
turbidez, sólidos totais e sólidos suspensos, enquanto que, nos pontos 1 e 4
foram analisados todos as variáveis anteriores e ainda: Demanda Química de
52
Oxigênio, Demanda Bioquímica de Oxigênio, nitrogênio total, fósforo total, óleos e
graxas, nitrato.
Para caracterização microbiológica dos efluentes foram coletadas amostras
de somente dos pontos 1 e 4 para identificação e quantificação dos níveis
populacionais de coliformes totais e coliformes termotolerantes.
O experimento foi montado em delineamento inteiramente casualizado
(DIC) com quatro repetições no tempo. Os dados foram, inicialmente, submetidos
a análise de variância, utilizando-se o teste F com significância de até 5%; e as
médias foram comparadas empregando-se o teste de Tukey com significância de
até 5% (Tabela 13).
Tabela 13 - Valores médios e o resumo dos testes estatísticos das características
físicas e químicas do esgoto doméstico nos pontos de amostragem 1, 2, 3 e 4 e
percentual de remoção do sistema de tratamento de esgoto doméstico.
Característica Amostragem
F Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Remoção
pH 0,17ns
7,55 7,4 7,31 7,25 -
Condutividade elétrica
(Ds/m) 2,56
ns 1,5 1,22 1,2 1,14 -
Turbidez (UNT) 60,59* 445,23ª 285,54ª 37,20b 34,78b 92,19%
Coliformes totais
(NMP/100 mL) 87,98* 7,7x10
7a
1,7x10
4b 99,98%
Coliformes termotolerantes
(NMP/100 mL) 35,59* 9,4x10
5a
9,8x10
2b 99,90%
DQO 184,42* 1064,71a
212,34b 80,06%
DBO5 50,04* 523,21ª
107,79b 79,40%
Sólidos totais (mg/L) 121,25* 834,5ª 400,50b 255,75b 242,5b 70,94%
Sólidos suspensos (mg/L) 173,48* 267ª 88,75b 24,25c 22,00c 91,76%
Fósforo (mg/L) 16,33* 7,58ª
2,14b 71,77%
Nitrogênio total (mg/L) 30,78* 59,07ª
19,56b 66,89%
Óleos e graxas (mg/L) 93,69* 151,68ª
1,03b 99,32%
Nitrato (mg/L) 5,47ns
7,04 4,17 40,77%
Fonte: Batista et al., 2013.
Notas: (*) F significativo a 5% de probabilidade. (ns) F não-significativo a 5% de
probabilidade. Médias seguidas de pelo menos uma mesma letra nas linhas não
diferem entre si, a 5% de probabilidade, pelo teste de Tukey.
53
O tratamento por radiação de 25,16MJ através de exposição solar de 12
horas, lâmina de 0,10m de efluente permitiu remoção de 99,9% dos coliformes
termotolerantes.
A Portaria n.º 154 do Estado do Ceará (CEARÁ, 2002), estabelece um
limite de condutividade elétrica de 3dS/m e nível populacional de coliformes
termotolerantes inferior a 5000 NMP/100 mL (Número Mais Provável por 100 mL)
em relação ao reuso de água para fertirrigação de cultivos agrícolas não
consumidos crus. Portanto, o efluente tratado atende à legislação estadual e pode
ser destinado ao reuso na fertirrigação agrícola de alimentos não crus, desde que
haja acompanhamento e análise periódicos.
Os valores de pH, DBO5 e de óleos e graxas obtidos estão dentro dos
valores estabelecidos pela Resolução nº430 do CONAMA, pH entre 5 e 9, limite
máximo de 120mg/L de DBO5 e 100 mg/L de óleos e gorduras para lançamento
direto de esgotamento sanitário.
Mostrou-se eficiência do sistema conjunto de decanto-digestor, wetland
construída de fluxo horizontal e reator solar no tratamento de efluente doméstico,
que pode ser demonstrada através da remoção significativa de turbidez,
coliformes totais e termotolerantes, Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda
Química de Oxigênio, sólidos totais, sólidos suspensos, fósforo total, nitrogênio
total e óleos e graxas.
4.4. ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS
POR LEITO CULTIVADO: UMA PROPOSTA DE SANEAMENTO BÁSICO PARA
PEQUENAS COMUNIDADES POR RIBAS (2007).
Na região sudeste do Brasil, entre a Serra da Mantiqueira e a Serra do Mar,
está localizado o Vale do Paraíba. Nesta região, encontra-se a Bacia Hidrográfica
do Rio Paraíba do Sul, constituída pelo rio Paraíba do Sul, com aproximadamente
1.150 km de extensão e seus afluentes, sendo uma das bacias hidrográficas
maiores e mais complexas do país, e abrangendo os estados de São Paulo, Rio
de Janeiro e Minas Gerais (CEIVAP, 2001). De acordo com a ANEEL (2001), 90%
54
dos municípios da região não possuem estações de tratamento de esgoto, isso
acarreta cerca de um bilhão de litros de esgoto não tratado por dia na Bacia
Hidrográfica do Paraíba do Sul.
A proposta de Ribas (2007) é a utilização de leitos cultivados (wetlands
construídas) para o tratamento de esgotos domésticos gerados pelas
comunidades rurais e das periferias de áreas urbanas. Para isso foi feito
dimensionamento, construção e acompanhamento de uma ETE compacta por
leito cultivado para tratamento de esgoto doméstico nas dependências do Viveiro
de Plantas Municipal de Jacareí, SP, município localizado as margens do rio
Paraíba do Sul.
A ETE foi dimensionada para tratar o esgoto gerado por 40 pessoas, de
acordo com o modelo (Figura 9):
Figura 9 – Esquema da ETE compacta por leito cultivado
Fonte: Ribas, 2007.
Tanque séptico
O tanque séptico foi dimensionado conforme estabelecido na NBR
7229/93, aplicando-se a equação:
V = 1000 + N (CT + KLf)
V = 1000 + 40 (70 .0,92 + 57 . 0,30)
55
V = 4,3m³
Wetland construída
O leito cultivado foi construído conforme o modelo proposto por Kaick
(2002) de uma wetland construída de fluxo subsuperficial vertical e foi
dimensionado para uma vazão estimada de 2.500 L/dia, obtendo as seguintes
dimensões: 2,0m de largura x 7,0 m de comprimento x 1,0 m de profundidade,
totalizando um volume de 14,0m³.
O leito foi preenchido com 6m³ de areia de granulometria média a grossa e
coberto por 7m³ de pedra brita nº2. Sobre a camada de pedra brita, foram
plantadas cerca de 50 mudas da planta ornamental Zantedeschia aethiopica,
conhecida como Copo-de-leite, escolhida por se adequar a solos úmidos ou
saturados ricos em matéria orgânica (LORENZI, 1995).
Resultados
O sistema entrou em atividade a partir de Junho de 2004, quando se iniciou
também o monitoramento através de coletas de amostras de efluente tratado e
efluente bruto, que se deu até fevereiro de 2006.
As remoções médias obtidas no sistema, durante os 20 meses de
monitoramento, podem ser observadas na Tabela 14:
Tabela 14 - Médias de remoção de variáveis do esgoto tratado no sistema de leito cultivado
Parâmetros % Remoção
DBO5 86,6%
DQO 87,0%
Nitrogênio Amoniacal 46,0%
Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) 44,0%
Fósforo Total 38,0%
Coliformes Totais e Fecais 99,0%
Fonte: Ribas, 2007.
A média do pH do esgoto tratado da ETE foi de 6,9, atendendo à
legislação, conforme estabelecido pela resolução nº 430 do CONAMA. O valor
médio de DBO obtido no efluente tratado foi 64,0 mg/L, inferior ao limite de
56
120mg/L estabelecido pelo CONAMA para lançamento direto de efluentes
oriundos de tratamento de esgoto sanitário (BRASIL, 2011).
Os valores de remoção de Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) e Fósforo Total
estão de acordo com o citado pela EPA (1992) e por Metcalf & Eddy (1991), em
que a eficiência na remoção desses parâmetros deve estar entre 30% a 40%.
A ETE compacta por leito cultivado mostrou-se, portanto, adequada ao
tratamento de esgoto doméstico em pequenas comunidades, visto que, o sistema
apresentou resultados positivos quanto à redução de carga orgânica, nutrientes e
microrganismos patogênicos entre o efluente bruto e o tratado, atendendo à
legislação brasileira para lançamento de efluentes.
A espécie vegetal escolhida, Zantedeschia aethiopica, teve boa adaptação
às condições do leito cultivado, além de tratar-se de uma planta ornamental,
contribuindo com a paisagem do local. Para aumento da eficiência do sistema,
recomenda-se manutenção periódica com poda das plantas adultas.
O sistema apresentou também simplicidade operacional e de manutenção.
Além disso, durante o início da atividade até 2007, período de 33 meses, não foi
observado emissão de odores desagradáveis ou presença de vetores.
Por fim, o projeto teve também como importante vantagem a viabilidade
econômica, devido aos baixos custos de construção da ETE, que somaram
R$4.000,00, correspondendo à quantia de R$100,00 por pessoa produzindo
esgoto.
O sistema estudado por Ribas et al. (2007) foi replicado nas instalações da
Fazenda Piloto do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade de
Taubaté – UNITAU –, localizado na área rural do Município de Taubaté,
inicialmente para apenas 30% do esgoto gerado no campus, e posteriormente,
Fortes et al. (2008) realizaram ampliação da estação compacta de tratamento de
efluentes por leito de raízes para 100% do esgoto gerado no campus, totalizando
atendimento de cerca de 600 pessoas. De acordo com Fortes et al. (2008), a ETE
construída no Viveiro Municipal de Plantas de Jacareí se mantinha, até 2008, em
plena atividade apresentando como vantagens baixo custo de instalação, simples
operacionalidade e manutenção, ausência de maus odores e vetores, economia
de energia.
57
5. ABORDAGEM CRÍTICA
A Tabela 15 apresenta uma visão geral e as características dos casos da
literatura estudados neste trabalho:
Tabela 15 – Quadro geral das características dos casos da literatura estudados.
Autores Localização Sistema Características
Parolin,
Crispim e
Kaick (2012)
Campos Mourão,
Rancho Alegre
d’Oeste e
Corumbataí do
Sul – PR
2 fossas sépticas +
caixa de gordura
(cozinha) + caixa
lavanderia + wetland
subsupericial vertical
Eficiência na remoção de carga
orgânica, turbidez e fósforo;
Conservação através de
demonstração da importância da
manutenção do sistema (Ferreira et
al., 2013);
Redução dos insetos, odores e
melhoria da aparência local
(Ferreira et al., 2013).
Abreu (2013) Francisco Beltrão
– PR
Fossa séptica + wetland
subsuperficial vertical
Dificuldades iniciais na construção
devido à superficialidade do lençol
freático e volume de chuva no
período inicial de instalação;
Baixo custo de instalação,
operação e manutenção.
Batista et al.
(2013)
Apodi - Rio
Grande do Norte
Decanto-digestor +
wetland subsuperficial
horizontal:
a) Reservatório -
fertirrigação
b) Reator solar –
sumidouro
Eficiência na remoção de turbidez,
carga orgânica, patógenos, teor de
sólidos, fósforo, nitrogênio e óleos e
graxas;
Reuso para irrigação e fertilização
de cultivos agrícolas não
consumidos crus.
Ribas (2007) Jacareí – SP
Tanque séptico +
wetland construída de
fluxo subsuperficial
vertical
Eficiência na remoção de carga
orgânica, patógenos, fósforo e
nitrogênio;
Operabilidade;
Ausência de odores e vetores;
Baixo custo de implantação.
Fonte: Autora.
58
De modo geral, os resultados obtidos pelos autores, atendem às condições
e parâmetros de lançamento direto de efluente oriundo de tratamento de esgoto
sanitário, estabelecidos pela resolução nº 430 do CONAMA (BRASIL, 2011), não
havendo restrições do ponto de vista legal da tecnologia testada.
Em relação à remoção de carga orgânica, nutrientes e patógenos, os
sistemas de wetlands construídas mostraram alta eficiência nos casos
apresentados tanto nas regiões Sul (Paraná), quanto Nordeste (Rio Grande do
Norte) e Sudeste (Vale do Paraíba – SP), principalmente quando comparado às
técnicas mais comuns de tratamento utilizadas no tratamento de esgotos
domésticos de pequenas comunidades rurais em diferentes localidades do Brasil,
como fossas rudimentares, fossas sépticas e, ou, sumidouros.
Uma desvantagem da implantação de wetlands construídas é a área
utilizada, no entanto, isso não se torna um problema em pequenas comunidades
e propriedades rurais que geralmente possuem área disponível. Wetlands de fluxo
subsuperficial vertical demandam menor área de implantação, apresentando uma
vantagem em relação às wetlands de fluxo subsuperficial horizontal, já que, nos
casos estudados, ambos os tipos apresentaram bons resultados em relação à
eficiência do sistema. Devido à falta de artigos e estudos realizados em
comunidades rurais no Brasil, não foram apresentados, neste estudo, casos de
wetlands construídas de fluxo superficial, que apresentam como grande
desvantagem a exposição do efluente, gerando aspecto desagradável, maus
odores e criação de mosquitos vetores.
Através do sistema proposto por Batista et al. (2013), identifica-se a
oportunidade de utilização de wetlands construídas para tratamento de efluentes
destinados, então, para o reuso agrícola, desde que o produtor realize o
monitoramento periódico, de acordo com critérios definidos pelo órgão ou
entidade competente. No entanto, não existem leis nacionais que definam critérios
técnicos de controle, o que dificulta uma padronização dos efluentes para
diversos tipos de reuso, o que existe, nesse propósito, são documentos como
resoluções e portarias municipais e estaduais em determinadas regiões do país,
como exemplo a Portaria n.º 154 do Estado do Ceará (CEARÁ, 2002), que dispõe
sobre padrões e condições para lançamento de efluentes líquidos gerados por
fontes poluidoras, que estabelecendo os limites para reutilização de efluentes de
59
origem doméstica em atividades agronômicas (irrigação e drenagem,
dessedentação de animais e aquicultura).
Do ponto de vista econômico e sustentável, as wetlands construídas
mostraram-se como uma alternativa viável no tratamento de esgoto doméstico de
pequenas comunidades da zona rural, devido aos baixos custos de implantação e
operação, e simplicidade de operação e manutenção, visto que a tecnologia não
demanda energia para seu funcionamento.
No entanto, apesar da sua simplicidade, deve-se manter a atenção em
relação à instalação e manutenção do sistema, realizando correta
impermeabilização dos tanques de raízes, a fim de evitar possíveis infiltrações, e
mantendo um esquema de manutenção e limpeza periódica para evitar
colmatações, garantindo o melhor funcionamento e eficiência do sistema de
tratamento. Demanda-se, ainda, um período inicial destinado ao crescimento da
vegetação e estabilização do tratamento.
Por mais baixos que sejam os custos de implantação dessa tecnologia,
algumas comunidades simples de baixo poder aquisitivo, que são, de fato, as que
menos possuem tratamento de esgoto sanitário, não podem arcar com esses
custos, surgindo a necessidade de incentivo econômico do governo para
implantação do sistema, através, por exemplo, de programas sociais de
concessão de microcréditos destinados à melhoria da qualidade de vida da
população em relação a saneamento e saúde.
Em adição a isso, é relevante ressaltar a importância programas de
orientação e educação ambiental dos habitantes em que as wetlands construídas
serão implementadas, a fim de conscientizá-los quanto à importância do
tratamento de efluentes, e orientá-los quanto ao funcionamento e manutenção
correta do sistema, conforme os princípios da Agenda 21 Brasileira, que
estimulam o apoio à gestão de recursos naturais, por meio de medidas estruturais
e capacitação e educação ambiental dos indivíduos envolvidos.
60
6. CONCLUSÃO
As wetlands construídas mostraram-se como uma boa alternativa
sustentável no tratamento de esgotos domésticos em comunidades da zona rural,
apresentando como principais vantagens o seu baixo custo, simplicidade de
operação e manutenção, além da melhoria da aparência do local e ausência de
mosquitos. No entanto, como apontado nos estudos realizados, é importante que
seja realizada a orientação da população local em relação à manutenção e
limpeza para melhor funcionamento do sistema, conscientizando-os sobre a
importância da implantação desse tipo de tratamento e de outras práticas
sustentáveis ao meio ambiente. Dentre as limitações da implantação dessa
tecnologia está o baixo interesse e incentivo econômico por parte do governo para
pequenas comunidades rurais que não contam com nenhum tipo de tratamento
de esgoto.
Através do estudo realizado, foi observada uma oportunidade no reuso do
efluente tratado pelos sistemas de wetlands construídas na fertilização e irrigação
agrícola. Nesse sentido, verificou-se, ainda, a dificuldade da padronização de
efluentes destinados ao reuso no Brasil, devido à falta de legislação que
estabeleça padrões técnicos para essa prática no país. Sendo assim, uma boa
alternativa a criação de documentos regionais para regulamentação de reuso.
61
7. RECOMENDAÇÕES FUTURAS
Recomenda-se, para futuros estudos, que seja levado em conta o uso de
wetlands construídas em outros países, tal como suas principais limitações e
oportunidades, levando em conta diferentes climas e topografias, realizando uma
comparação com o seu uso no Brasil.
62
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