Avaliação de aspectos da colmatação e descolmatação de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial

Abstract

Os sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS) são sistemas utilizados no tratamento de águas residuárias. O principal problema operacional desses sistemas é o entupimento do meio poroso, cujo fenômeno é denominado de colmatação. Com a realização deste estudo, objetivou-se caracterizar a composição do material responsável pela colmatação do meio poroso dos SACs-EHSS e avaliar a descolmatação desses sistemas, por adição de solução nutritiva à base de nitrogênio. Para possibilitar este estudo, utilizou-se seis SACs-EHSS que encontravam-se totalmente colmatados após terem sido utilizados no tratamento de águas residuárias da suinocultura. As condições operacionais desses sistemas foram denominadas de SAC-C (SAC- EHSS 1 e SAC-EHSS 4, não cultivados, ou seja controles); SAC-T (SAC-EHSS 2 e SAC-EHSS 5 cultivados com capim tifton 85 (Cynodon spp.)) e SAC-A (SAC- EHSS 3 e SAC-EHSS 6 cultivados com alternantera (Alternanthera philoxeroides)). A caracterização do material colmatante do meio poroso de cada unidade experimental indicou que, em sua maior parte, foi composto por sólidos fixos (95, 84 e 82% nos SAC-C, SAC-T e SAC-A, respectivamente). Observou-se que os SACs cultivados acumularam/produziram mais sólidos voláteis que os sistemas não cultivados, sendo que a contribuição de tecido vegetal morto pode ter sido a principal fonte da colmatação nos SACs-EHSS estudados. Para avaliação dos efeitos da aplicação da solução nutritiva no processo de descolmatação dos SACs-EHSS, realizou-se uma comparação entre as séries de sólidos (sólidos totais - ST, sólidos voláteis totais - SVT e sólidos fixos totais - SFT) e carbono facilmente oxidável (COfo), antes e após o tratamento, além de efetuados testes de condutividade hidráulica no meio poroso saturado, e do acompanhamento no escoamento superficial no leito dos sistemas. Os resultados indicaram que a passagem da solução nutritiva, por 55 dias, no leito dos SACs- EHSS proporcionou reduções de 11 e 33%, respectivamente, no teor de SVT do material fino colmatante dos SAC-T e SAC-A. No que se refere ao material grosseiro, essa redução foi ainda maior, sendo de 33% para o SAC-T e 62% para o SAC-A. A condutividade hidráulica em meio saturado, efetuadas ao longo dos leitos (1o, 2o e 3o terços), antes e depois da passagem da solução nutritiva nos SACs, indicaram, respectivamente, aumentos, de 7%, 13% e 0,1% no SAC-C, 21%, 11% e 7% no SAC-T. No SAC-A foi evidenciado aumento apenas no 1o terço (52%) e no 2o terço de (6%), enquanto no 3o terço houve diminuição na condutividade hidráulica no meio poroso. A redução no comprimento do leito em que havia escoamento superficial da solução nutritiva ocorreu de forma gradativa, ao longo do tempo de tratamento, não tendo sido mais observado qualquer escoamento superficial, a partir da quarta semana de passagem da solução nutritiva, no SAC-C, e a partir da quinta semana, no SAC-T. No SAC-A, apesar de ter sido observada redução de 72%, na sétima semana de tratamento, não ocorreu, no período de avaliação, cessamento, por completo, do escoamento superficial nesses leitos. Com base nos resultados obtidos, verificou-se que a aplicação da solução nutritiva à base de nitrogênio contribuiu para redução no escoamento superficial nos leitos, tendo sido a redução na concentração de material orgânico morto, presente nas camadas superficiais, um dos principais fatores para essa diminuição.

Constructed wetland systems of horizontal subsurface flow (CW-SSHF) are systems used in wastewater treatment. The main operational problem of these systems is the clogging of the porous medium, a phenomenon called "clogging". With this study, we aimed to characterize the composition of the material responsible for clogging the porous medium, CWs-SSHF and evaluate reverse clogging in these systems by adding nutrient solution nitrogen-based. To make possible this study, we used six CWs-SSHF that were completely clogged after being used in the treatment of swine wastewater. The operating conditions of these systems were called: CW-C (CW-SSHF 1 and CW-SSHF 4, uncultivated, ie controls); CW-T (CW-SSHF 2 and CW-SSHF 5 cultured with tifton 85 (Cynodon spp.)) and CW-A (CW-SSHF 3 and CW-SSHF 6 cultured with alternantera (Alternanthera philoxeroides)). The characterization of clogging material of porous medium from each experimental indicated that, for the most part, was composed of fixed solids (95, 84 e 82% in CW-C, CW-T e CW-A, respectively). It was observed that the cultivated CWs accumulated/produced more volatile solids that not cultivated systems, and the contribution of dead plant tissue may have been the main source of clogging in SACs-EHSS studied. To evaluate the effects of application of nutrient solution in the reverse clogging CWs-EHSS process, we carried out a comparison between sets of solids (total solids -TS, volatile solids - TVS and fixed solids -TFS) and readily oxidizable carbon (OCFO), before and after treatment, and performed hydraulic conductivity tests in saturated porous media, and monitoring the runoff in the gravel of the systems. The results indicated that the passage of the nutrient solution for 55 days, in the gravel of the SACs-EHSS provided reductions of 11 and 33%, respectively TVS content of fine material from clogging CW-T and CW-A. With respect to gross material, the reduction was even greater, being 33% for the CW-T and 62% for a CW-A. The hydraulic conductivity of saturated medium, made over the beds (1st, 2nd and 3rd thirds) before and after the passage of the nutrient solution in SACs, indicated, respectively, increases of 7%, 13% and 0,1% in CW-C, 21%, 11% and 7% CW-T. In the CW-A increase was evidenced only in 1st third (52%) and in the 2nd third (6%), while in the 3rd third there was a decrease in hydraulic conductivity in porous media. The reduction in the length of the gravel that had runoff nutrient solution occurred gradually, over time of treatment and were not observed any more runoff from the fourth week of the passage of the nutrient solution, the CW-C , and from the fifth week, the CW-T. In the CW-A, despite 72% reduction was observed in the seventh week of therapy, did not occur during the evaluation period, cessing, altogether, the runoff in these beds. Based on the results obtained, it was found that the passage of the nutrient solution based nitrogen contributed to reduction in surface runoff in the gravel, having been the reduction in the concentration of dead organic material present in the superficial layers, one of the main factors for this decrease.