Avaliação da modificação das condições operacionais no comportamento do primeiro estágio do sistema francês de wetlands construídos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Pablo Heleno Sezerino
Maria Elisa Magri
Paula Loureiro Paulo
Ênio Leandro Machado
Maria Elisa Magri
Paula Loureiro Paulo
Ênio Leandro Machado
Resumo
Este trabalho teve como objetivo contribuir para uma melhor compreensão do desempenho do primeiro estágio do wetland construído vertical - Sistema Francês (WCV-SF) operando em condições climáticas mais quentes que as da França. O sistema investigado estava localizado no Centro de Treinamento e Pesquisa em Saneamento (CePTS - UFMG/COPASA), Belo Horizonte/Minas Gerais. Durante todo o período de monitoramento o sistema operou com área reduzida (total de 0,6 m2.e.p-1). Com apenas duas unidades em paralelo, a caracterização das unidades foi influenciada pela camada de depósito orgânico na superfície, sendo que a unidade I trabalhou com o lodo acumulado desde o início da operação do sistema (altura média < 10 cm), e a unidade II teve menor altura de lodo (média < 5 cm), devido à sua remoção antes do início da pesquisa. Recebendo 24 pulsos.dia-1, as unidades operaram com tempo de alimentação prolongado, sendo sete dias de alimentação e sete dias de repouso. Buscou-se avaliar a operação das unidades em três etapas sequenciais: 1) com o meio insaturado (22 meses de operação), 2) com o fundo saturado e interligado (ao longo de 11 meses de operação) e 3) com o fundo saturado, sem interligação (total de 4 meses de operação). A taxa de acúmulo de lodo nas duas unidades foi menor que 1 cm.ano-1, inferior aos valores encontrados em sistemas operados em regiões de clima temperado (1,5 a 3,0 cm.ano-1) com três unidades em operação (total de 1,2 m2.e.p-1). A classificação das unidades como madura (matéria orgânica < 60%, índice térmico > 0,80 e índice de humificação > 1,0) foi obtida mesmo com os diferentes tempos de acúmulo de lodo (unidade I e II com menos de 10 e 3 anos, respectivamente). Em condições aeróbias predominantes nas unidades com o meio insaturado (etapa 1), o efluente esteve dentro dos padrões de descarga menos rigorosos (eficiências médias de remoção de DQO de 61 – 72%, SST de 85 – 81% e NTK de 59 – 60%, respectivamente para as unidades I e II). Com os dados de monitoramento físico-químico, em condições de meio insaturado foi possível encontrar valores que sustentam a operação das unidades com ciclo de alimentação estendido (sete dias ao invés de três dias e meio, conforme recomendações francesas), objetivando reduzir os requisitos operacionais. A produção de N-NO3- em ambas as unidades foi maior no primeiro pulso, diminuindo progressivamente à medida que o período de alimentação progrediu, coincidindo com a concentração de oxigênio no efluente das unidades. A configuração do sistema com o fundo saturado e interligado (etapa 2) permitiu eficiências de remoção médias de matéria orgânica para DQO e SST de 79 e 89%, respectivamente para a unidade I e, 74 e 91% respectivamente para a unidade II, e nitrogênio de 53 e 41% para NT na unidade I e II, respectivamente. Com condições mais simples de operação, os resultados do monitoramento das unidades com o fundo saturado, sem a interligação (etapa 3) foram melhores em termos de NTK e N-NH4+ (65 e 58%, respectivamente para a unidade I; 70 e 55%, respectivamente para a unidade II). Nessa última configuração, as eficiências de remoção de NT foram 30 e 29% para as unidades I e II, respectivamente. Desta forma, através dos resultados dos parâmetros físico-químicos foi possível verificar que o potencial de nitrificação e desnitrificação foi sensível às condições operacionais propostas (ao longo do ciclo de alimentação e nas condições com meio insaturado e fundo saturado, com ou sem interligação) do WCV-SF. De maneira geral, os resultados demonstraram que, mesmo com as várias diferenças em termos de concepção, taxas de carregamento hidráulico e orgânico, bem como taxas de acumulação de lodo, o desempenho do tratamento e a característica da fração orgânica da camada superficial de depósito orgânico em sistemas com área reduzida adaptados para a realidade brasileira foram bastante semelhantes às francesas.
Abstract
This research, aimed to contribute to a better understanding of the performance in terms of treatment of
the first stage of the vertical constructed wetland - French System (VCW-FS) operating in warmer
climatic conditions than in France. The investigated system was located at the Centre for Research and
Training in Sanitation (CePTS - UFMG / COPASA), Belo Horizonte/Minas Gerais. During the
monitoring period, the system operated with a reduced area (total 0.6 m2
.p.e-1
). With only two units in
parallel, the characterization of the units was influenced by the organic deposit layer on the surface, with
unit I working with the accumulated sludge since the beginning of the system's operation (average height
< 10 cm), and unit II had lower sludge height (average < 5 cm), due to its removal before the beginning
of the research. Receiving 24 pulses.day-1
, the units operated with extended feeding time, with seven
days of feeding and seven days of rest. Searched evaluate the operation of the units in three sequential
steps: 1) with unsaturated medium (22 months of operation), 2) with saturated bottom and
interconnected with the unit next to it (over 11 months of operation) and 3) with saturated bottom,
without interconnection (total of 4 months of operation). The rate of sludge accumulation in the two
units was less than 1 cm.year-1
, lower than the values found in systems operated in regions of temperate
climate (1.5 to 3.0 cm.year-1
) with three units in operation (1.2 m2
.p.e-1
total). The classification of the
units as mature (organic matter < 60%, thermal index > 0.80 and humification index > 1.0) was obtained
even with the different sludge accumulation times (units I and II with less than 10 and 3 years,
respectively). Under prevailing aerobic conditions in the units with unsaturated medium (step 1), the
effluent was within the least stringent discharge standards (average COD removal efficiencies of 61 -
72%, TSS of 85 - 81% and TKN of 59 - 60 %, respectively for units I and II). With the data of physicalchemical monitoring, in conditions of unsaturated medium it was possible to find values that support
the operation of the units with extended feeding cycle (seven days instead of three and a half days,
according to French recommendations), aiming to reduce the operational. The production of NO3
-
-N in
both units was higher in the first pulse, decreasing progressively as the feeding period progressed,
coinciding with the oxygen concentration in the units' effluent. The system configuration with the
saturated and interconnected bottom (step 2) allowed for average removal efficiencies of organic matter
of COD and TSS of 79 and 89%, respectively for unit I and, 74 and 91% respectively for unit II, and
nitrogen of 53 and 41% for TN in unit I and II, respectively. With simpler operating conditions, the
results of monitoring the units with the saturated bottom, without interconnection (step 3) were better in
terms of TKN and NH4
+
-N (65 and 58%, respectively for unit I; 70 and 55 %, respectively for unit II).
In this last configuration, the TN removal efficiencies were 30 and 29% for units I and II, respectively.
Thus, through the results of the physical-chemical parameters it was possible to verify that the potential
for nitrification and denitrification was sensitive to the proposed operational conditions (throughout the
feeding cycle and in conditions with unsaturated medium and saturated bottom, with or without
interconnection) of VCW-FS. In general, the results showed that, even with the various differences in
terms of design, hydraulic and organic loading rates, as well as sludge accumulation rates, the treatment
performance and the organic fraction characteristic of the organic layer surface layer in systems with
reduced area adapted to the Brazilian reality they were quite similar to the French.
Assunto
Engenharia sanitária, Saneamento, Terras inundáveis, Esgotos, Lodo
Palavras-chave
Esgoto bruto, Fundo saturado, Fundo saturado e interligado, Área reduzida, Depósito orgânico, Condições climáticas subtropicais
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