Comparação de modelos de degradação de matéria orgânica em sistemas alagados construídos tratando esgoto sanitário

Abstract

Sistemas alagados construídos (SACs) são tecnologias utilizadas nos sistemas de tratamento descentralizado por serem eficientes, de pequeno custo e manutenção. A capacidade de um SAC em remover poluentes é função das suas características físicas, químicas e biológicas. Estas características e o desempenho do sistema podem ser descritos por meio de modelos matemáticos que podem auxiliar na compreensão de como se processa a remoção de poluentes e a dinâmica desta remoção no sistema. Os modelos mais comuns utilizados em projetos de SACs são aqueles que predizem um decaimento exponencial entre as concentrações de entrada e saída, sob condições permanentes do líquido residente. Para o desenvolvimento do presente trabalho foram utilizadas informações de 42 SACs de escoamento horizontal subsuperficial empregados no tratamento esgoto sanitário, operados em diferentes países, e avaliados quatro modelos: de primeira ordem, tipo sigmoidal, residual e de retardamento. O objetivo foi propor qual desses modelos representa melhor o decaimento de matéria orgânica em esgoto sanitário. Realizou-se o agrupamento dos dados (Cluster analysis) por meio das cargas orgânicas totais (COVt) aplicadas a cada SAC e comparou-se, dentro desses grupos, por meio dos valores do erro padrão da regressão (standard error of the regression – SE) qual modelo se destacou com melhor ajuste. O modelo que apresentou melhor ajuste para remoção de matéria orgânica em sistemas alagados construídos foi o modelo tipo sigmoidal, porém o coeficiente representativo do aumento da resistência de degradação do material orgânico (n), utilizado por esses autores para corrigir os valores do coeficiente de decaimento de matéria orgânica (k) ao longo dos SACs, continua sendo uma variável inexplicada. Buscou-se relacionar os valores de n, obtidos por meio dos ajustes matemáticos, com outras características imprescindíveis para projeto de SACs. A sua relação com o coeficiente k é inversamente proporcional, assim, um menor valor de n implica na redução da sua influência sobre a taxa de remoção de matéria orgânica; a mesma tendência é observada para a relação da COVt e de n, de modo que existe uma carga orgânica ótima na qual o SAC apresentará eficiência máxima; a relação entre o coeficiente n e o tempo de retenção hidráulica t h é proporcional, demonstrando que elevados valores de th, elevam a eficiência do sistema; já o aumento do número de dispersão (d) não tem influência sobre o comportamento do coeficiente n, possibilitando concluir que o tipo de escoamento do SAC não influencia nos valores de n, quando este é obtido por meio do modelo tipo sigmoidal para escoamento pistonado.

Constructed wetlands (CW) are technologies used in decentralized treatment systems for being efficient, low-cost and low-maintenance. The capacity of a wetland to remove pollutants is a function of its physical, chemical and biological features. These features and the system performance can be described by mathematical models that can assist in the understanding of how to handle the removal of pollutants and the dynamics of this removal in the system. The most common models used in CW projects are those that predict an exponential decay between the input and output concentrations, in permanent conditions of the resident fluid. For the development of this work data of 42 horizontal subsurface-flow CW were used. These CW have treated municipal sewage in different countries. Four models were evaluated: the first order, sigmoidal-type, residual model and time-dependent retardation model. The objective was to propose which of these models best represents the organic matter degradation in sewage. Cluster analysis was performed using total organic loading rate (OLR) applied to each wetland and compared within these groups, through the standard error values of regression (SE), which model stood out with better fit, a greater number of times. The model that best fit for organic matter removal in CW was the sigmoidal-type, but the representative coefficient of increased of organic matter degradation resistance (n), used to correct the values of the coefficient of organic matter degradation (k), remains an unexplained variable. Searched to relate the values of n, obtained by means of mathematical adjustments with other essential features for wetlands project. The relation of n with the coefficient k is inversely proportional, so a lower value of n implies in reduction of its influence on the removal rate of organic matter; the same trend is observed for the relation of TOC and n, so there is a great organic load in which the wetland will present maximum efficiency; the relation between the coefficient n and the hydraulic retention time (th) is proportional, demonstrating that high values of th, increase system efficiency; however the increase of the number of dispersion (n) has no influence on the behavior of the coefficient n, allowing to conclude that the type of flow of the wetland does not influence on values of n, when it is obtained through the sigmoidal type model under plug flow pattern.