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http://hdl.handle.net/1843/60581| Type: | Tese |
| Title: | Avaliação do impacto da colmatação e de métodos de descolmatação em wetlands construídos de escoamento horizontal subsuperficial |
| Authors: | Gabriel Rodrigues Vasconcellos |
| First Advisor: | Marcos Von Sperling |
| First Referee: | Antônio Teixeira de Matos |
| Second Referee: | Mateus Pimentel de Matos |
| Third Referee: | Alisson Carraro Borges |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Pablo Heleno Sezerino |
| Abstract: | A colmatação em wetlands construídos provoca problemas hidrodinâmicos, estéticos e até mesmo no desempenho do sistema. Existem milhares de unidades implementadas em todo o mundo e a principal preocupação deste tipo de sistema é em relação à colmatação do leito, que é um processo inevitável, ao longo do tempo. Os wetlands construídos de escoamento horizontal subsuperficial (WHSS), entre as variantes dos wetlands, são os que mais enfrentam problemas de colmatação. Este tipo de sistema é projetado, principalmente, para remover matéria orgânica e sólidos suspensos em águas residuárias. Muitas unidades, apesar de possuírem sérios problemas de colmatação, ainda apresentam desempenho satisfatório em termos de remoção de matéria orgânica e sólidos, mesmo operando em condições críticas, com escoamento superficial e próximos a uma severa deterioração, aqui caracterizada como um “colapso” operacional (em termos hidrodinâmicos e na capacidade de depuração). À vista disso, neste trabalho objetivou-se avaliar o impacto da colmatação e inferindo sobre um possível “colapso” no desempenho, e de métodos de descolmatação em dois wetlands construídos de escoamento horizontal subsuperficial, sendo uma unidade plantada com taboa (Typha latifolia) e outra não plantada. As duas unidades operaram em paralelo, cada uma com um equivalente populacional de aproximadamente 50 habitantes, recebendo uma vazão contínua de cerca de 7,5 m³ d-1, durante a maior parte do tempo. Cada unidade possui 25 m de comprimento e 3,0 m de largura e ambas foram preenchidas com 0,40 m de escória de alto forno. Neste estudo, foram avaliados dados gerados em aproximadamente 12 anos e 8 meses de monitoramento, desde o início da operação até o elevado grau de colmatação do sistema, além da implantação de dois tipos de métodos de descolmatação nos leitos. Na maior parte do tempo, desde junho de 2007, o sistema recebeu esgoto municipal previamente tratado em reator tipo UASB e, durante um período específico, recebeu efluente de filtro biológico percolador operando como pós-tratamento de efluente de reator UASB. Além da mudança no tipo de pré-tratamento, também foi avaliado o aumento da carga afluente no desempenho do sistema. O afluente das unidades possuiu mediana, para todo o período avaliado, de 59 mgDBO L-1, 139 mgDQO L-1 e 45 mgSST L-1, resultando em taxas de aplicação na seção transversal de 373 e 408 gDBO m-2 d-1, 982 e 1020 gDQO m-2 d-1, 269 e 237 gSST m-2 d-1, para as unidades plantada e não plantada, respectivamente. Durante a maior parte do período operacional, o desempenho de ambas unidades foi satisfatório, em termos de DBO, DQO e SST, com concentrações medianas efluentes de 20/19, 48/54 e 12/8 mg L-1 (unidade plantada/não plantada), apesar de evidências da colmatação (escoamento superficial) ter sido observadas já no segundo ano de operação. A colmatação dos leitos foi observada a partir do segundo ano de operação, levando ao escoamento superficial e acúmulo de lodo na superfície. O impacto no desempenho do sistema foi avaliado por meio do Controle Estatístico do Processo (CEP). O resultado do CEP indicou que o colapso do sistema, em termos de desempenho, ou seja, quando a qualidade do efluente já não se encontrava nas condições normais de operação, se iniciou nos primeiros anos de operação e foi resultado do avanço da colmatação nos leitos. Apesar disso, a qualidade do efluente, em ambas unidades, atendia aos padrões de emissão local. O tratamento a montante dos wetlands e a carga aplicada no leito influenciaram mais no desempenho do sistema do que o próprio período de operação, evidenciando a robustez dos WHSS. Diante dessa condição, métodos de descolmatação foram avaliados em amostras indeformadas dos leitos e diretamente nas unidades plantada e não plantada em escala plena. Em amostras indeformadas foram avaliados período de repouso de 7, 14 e 30 dias, lavagem do meio suporte e aplicação de peróxido de hidrogênio em doses de 172, 1039 e 1847 mL H2O2 a 35%. Os resultados dos testes com amostras indeformadas indicaram que todos os métodos avaliados foram promissores para aplicação em escala plena. Por uma questão de simplicidade, o período de repouso e aplicação de peróxido de hidrogênio foram escolhidos para serem aplicados nos leitos. Na unidade plantada foram aplicados 2.000 litros de peróxido de hidrogênio, a uma concentração de 50%, e na unidade não plantada foi aplicado o período de repouso de 30 dias. As eficiências dos métodos de descolmatação foram avaliadas por meio de análises de sólidos, ensaios de condutividade hidráulica, porosidade drenável e testes com traçadores. Os métodos de descolmatação aplicados nos leitos não foram efetivos para retornar com às condições hidráulicas, hidrodinâmicas e de desempenho iniciais do sistema. O volume de peróxido de hidrogênio aplicado na unidade plantada surtiu pouco efeito, sendo que a maior parcela do produto foi consumida pelo lodo acumulado na superfície do leito. Na unidade não plantada, o período de repouso empregado também não foi efetivo. O elevado grau de colmatação das unidades exigiria o emprego de métodos mais invasivos ou maiores volumes de produtos químicos oxidantes. |
| Abstract: | Clogging in constructed wetlands causes hydrodynamic, aesthetic, and even system´s performance problems. There are thousands of units implemented around the world and the main concern of this type of system is related to clogging the bed, which is an inevitable process over the time. The horizontal subsurface-flow constructed wetlands (HSCW), among wetland variants, are the ones that most face clogging problems. This type of system is mainly designed to remove organic matter and solids suspended in wastewater. Many units, despite of having serious clogging problems, still perform satisfactorily in terms of removal of organic matter and solids, even though operating in critical conditions, with surface-flow and close to a severe deterioration, here characterized as an operational “collapse” (in hydrodynamic terms and in the purification capacity). Based on it, this work aims to evaluate the impact of the clogging and inferring about a possible “collapse” in performance, and of unclogging methods in two constructed wetlands with horizontal subsurfaceflow, being one unit planted with cattail (Typha latifolia) and the other one unplanted. The two units operate in parallel, each one with a population equivalent of, approximately, 50 inhabitants, receiving a continuous flow of about 7.5 m³ d-1 , most of the time. Each unit is 25 m long and 3 m wide and both were filled with 0.40 m of blast furnace slag. At this study were evaluated data generated in, approximately, 12 years and 8 months of monitoring, from the beginning of the operation to the high degree of the system´s clogging, in addition to the implementation of two types of bed unclogging methods. Most of the time, since June 2007, the system received municipal sewage previously treated in a UASB type reactor and, during a specific period, received effluent from a percolator biological filter operating as a post-treatment of UASB reactor effluent. In addition to the change in the type of pre-treatment, the increase in the influent load on the system's performance was also evaluated. The influent of the units has a median, for the entire period evaluated, of 59 mgBOD L -1 , 139 mgCOD L -1 and 45 mgTSS L-1 , resulting in application rates in the cross section of 373 and 408 gDBO m-2 d -1 , 982 and 1020 gDQO m-2 d -1 , 269 and 237 gTSS m-2 d -1 , for the planted and unplanted units, respectively. During most of the operational period, the performance of both units was satisfactory with median effluent concentrations of 20 and 19 mgBOD L -1 , 48 and 54 mgCOD L -1 and 12 and 8 mgTSS L-1 (planted unit and unplanted unit, respectively), although evidence of clogging (surface flow) was observed in the second year of operation. The clogging of the beds was observed from the second year of operation, leading to surface flow and accumulation of sludge on the surface. The impact on system´s performance was assessed using Statistical Process Control (SPC). The result of the SPC indicated that the system´s Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UFMG collapse, in terms of performance, that is when the quality of the effluent was no longer in normal operating conditions, started in the first years of operation and was the result of the advance of the clogging in the beds. Nevertheless, the quality of the effluent in both units was according to the local discharge standards. The upstream treatment of the wetlands and the load applied to the bed influenced the system´s performance, more than the period of operation itself, showing the robustness of the HSCW. Based on it, unclogging methods were evaluated in undisturbed samples of the beds and in real scale of the planted and unplanted units. In undisturbed samples the resting period of 7, 14 and 30 days were evaluated, washing of the support medium and application of hydrogen peroxide in doses of 172, 1039 and 1847 mL of 35% H2O2. The results of the tests with undisturbed samples indicated that all the evaluated methods were promising for application in real scale. For simplicity reasons, the rest period of and application of hydrogen peroxide were chosen to be applied to the beds. In the planted unit, 2,000 liters of hydrogen peroxide were applied, at a concentration of 50%, and in the unplanted unit, the rest period of 30 days was applied. The efficiencies of the unclogging methods were evaluated by solids analysis, hydraulic conductivity tests, drainable porosity and tests with tracers. The unclogging methods applied in the beds were not effective to return with the hydraulic, hydrodynamic and performance conditions of the system. The volume of hydrogen peroxide applied to the planted unit had little effect, with the largest portion of the product being consumed by the sludge accumulated on the bed surface. In the unplanted unit, the rest period was also not effective. The high degree of clogging of the units requires more invasive methods or higher volumes of oxidizing chemicals. |
| Subject: | Engenharia sanitária Saneamento Terras inundáveis Peróxido de hidrogênio |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/60581 |
| Issue Date: | 28-Jul-2020 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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