Avaliação do tratamento de lodo anaeróbio e emissões de gases de efeito estufa em wetlands de escoamento vertical
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Evaluation of anaerobic sludge treatment and greenhouse gas emissions in vertical flow wetlands
Primeiro orientador
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Eduardo Coutinho de Paula
Pablo Heleno Sezerino
Alisson Carraro Borges
Aníbal da Fonseca Santiago
Pablo Heleno Sezerino
Alisson Carraro Borges
Aníbal da Fonseca Santiago
Resumo
Nas estações de tratamento de esgotos, o gerenciamento do lodo tem sido uma preocupação frequente, sendo necessário encontrar opções eficientes e econômicas para tratamento desse subproduto sólido. Sabendo que a presença de plantas pode acelerar o processo de secagem, estabilização e higienização do lodo, sistemas Wetlands de escoamento vertical (WV) têm sido avaliados como alternativas aos tradicionais leitos de secagem. Assim, com a realização da presente pesquisa, visou-se avaliar o tratamento de lodo de esgoto sanitário e a emissão de gases de efeito estufa em WV, utilizando unidades em escala piloto presentes no Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento – CePTS (UFMG/COPASA), localizado no município de Belo Horizonte–MG. Foram montadas doze unidades de área superficial de 1 m² e 80 cm de altura e perfil vertical de meio suporte de 60 cm. Em três dessas unidades foram aplicadas taxas de 75 kg de ST por m² por ano; outras três foram alimentadas com taxa de 100 kg de ST por m² por ano; três com taxa de 150 kg de ST por m² por ano e, por fim, três com taxa de 200 kg de ST por m² por ano-1, sendo quatro unidades plantadas com capim tifton-85 (Cynodon spp), outras quatro com capim elefante-roxo (Pennisetum purpureum Schum) e as quatro unidades restantes não plantadas (unidades controle). Durante a operação e monitoramento, no período de um ano e nove meses foram realizadas análises físicas, químicas e biológicas no lodo acumulado e no efluente percolado. Além disso, a pesquisa contemplou a análise das emissões de gases de efeito estufa (CO₂ e CH₄), considerando as diferentes estações do ano, utilizando a metodologia da câmara estática fechada. O aumento das taxas de carregamento não alterou os teores de carbono total, nitrogênio total nas unidades plantadas. O tratamento de lodo anaeróbio em WV alcançou boa estabilização e desidratação mesmo em carregamentos de 200 kg ST m-2 ano-1. O aumento das taxas de carregamento promoveu maiores emissões de metano e as emissões foram superiores no período chuvoso, bem como os teores de água encontrados no lodo acumulado no leito. As emissões foram maiores no período próximo ao carregamento, diminuindo à medida que o tempo passava (até ocorrer novo carregamento). A presença de vegetação reduziu as emissões de metano, principalmente, no período de repouso. O lodo gerado atendeu aos critérios estabelecidos pela legislação ambiental brasileira, para uso agrícola.
Abstract
In sewage treatment plants, sludge management has been a frequent concern, requiring efficient
and cost-effective solutions for treating this solid byproduct. Given that the presence of plants
can accelerate sludge drying, stabilization, and sanitization, vertical flow constructed wetland
(VF CW) systems have been evaluated as an alternative to traditional drying beds. Thus, this
study aimed to assess the treatment of sanitary sewage sludge and greenhouse gas emissions in
VF CWs using pilot-scale units at the Center for Research and Training in Sanitation (CePTS -
UFMG/COPASA), located in Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. Twelve units were
assembled, each with a surface area of 1 m², a height of 80 cm, and a 60 cm vertical support
layer. Three units were loaded at a rate of 75 kg of total solids (TS) per m² per year; another
three at 100 kg TS/m²/year; three at 150 kg TS/m²/year; and the final three at 200 kg TS/m²/year.
Among these, four units were planted with Tifton-85 grass (Cynodon spp.), four with purple
elephant grass (Pennisetum purpureum Schum), and the remaining four were left unplanted
(control units). Over an operational and monitoring period of one year and nine months,
physical, chemical, and biological analyses were conducted on the accumulated sludge and
percolated effluent. Additionally, greenhouse gas emissions (CO₂ and CH₄) were analyzed,
considering seasonal variations, using the closed static chamber methodology. The increase in
loading rates did not significantly alter total carbon and nitrogen levels in the planted units.
Anaerobic sludge treatment in VF CWs achieved good stabilization and dewatering, even at the
highest loading rate (200 kg TS/m²/year). Higher loading rates led to increased methane
emissions, with greater emissions observed during the rainy season, along with higher moisture
content in the accumulated sludge. Emissions peaked shortly after loading and decreased over
time (until the next loading cycle). The presence of vegetation reduced methane emissions,
particularly during resting periods. The treated sludge met the criteria established by Brazilian
environmental legislation for agricultural use.
Assunto
Engenharia sanitária, Saneamento, Gestao de zonas úmidas, Lodo de esgoto, Lodo - Tratamento, Efeito estufa (Atmosfera)
Palavras-chave
Emissões atmosféricas, Gás carbônico, Lodo de esgoto sanitário, Metano, Sistema alagado construído de escoamento vertical, Soluções baseadas na natureza
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