Tratamento de esgoto sanitário em alagados construídos de escoamento subsuperficial: comparação de modelos cinéticos para remoção de matéria orgânica

Abstract

Sistemas Alagados Construídos (SACs) são estruturas baseadas em processos naturais para tratamento de águas residuárias. Diversas são as técnicas para dimensionar estes sistemas e os modelos matemáticos tem sido frequente usados para tal fim por representarem com boa exatidão o comportamento do líquido nestes reatores. No presente trabalho, dados de fração da concentração relativa remanescente (C/C 0 ) de demanda química de oxigênio (DQO) e de tempo de retenção hidráulica (t) de 30 SACs do tipo escoamento horizontal subsuperficial foram base para se comparar, por meio de regressão não linear, o desempenho de dois modelos cinéticos de pseudo primeira ordem (Modelo P-k-C* e modelo Chan e Chu, 2003). O modelo P-k-C* é um dos recomendados pela International Water Association (IWA) para prever remoção de matéria orgânica em SACs, porém ainda foi pouco explorado na literatura. Já o modelo proposto por Chan e Chu (2003) ainda não havia sido usado na previsão de remoção de matéria orgânica em SACs. Em geral, ambos os modelos foram capazes de fornecer boas previsões da C/C 0. No entanto o modelo de Chan e Chu produziu, considerando Akaike information criterion (AIC), root-mean-square error (RMSE) e coeficiente de determinação ajustado (R2 ajustado), os melhores resultados. A equação de Chan e Chu (2003) gerou bom ajustes indicados por RMSE abaixo de 0,073 com média de 0,031 e R2 ajustado acima de 0,867 com média de 0,979, ajustes superiores aos obtidos pelo modelo P-k-C* para os SACs analisados. Pelo exposto, tal modelo tem potencialidade para ser empregado na modelagem e simulação da cinética de degradação de sistemas alagados construídos.

Constructed wetland systems (CWs) are structures based on natural processes for wastewater treatment. There are several techniques for dimensioning these systems and mathematical models have frequently been used for this purpose because they more accurately represent the behavior of the liquid in these reactors. In the present work, data of fraction of the relative chemical oxygen demand (COD) and hydraulic retention time (t) of 30 constructed wetlands of subsurface horizontal flow were base to compare, by means of nonlinear regression, the performance of two pseudo first order kinetic models (Model P-k-C* and model Chan and Chu, 2003). The model P- k-C* is one of recommended models by International Water Association (IWA) to predict organic matter removal in CWS, but it has not been explored in the literature, since the model proposed by Chan and Chu (2003) has not yet been used to predict organic matter removal in CWS. In general, both models were able to provide good predictions of the C/C 0 , however the model of Chan and Chu produced, considering Akaike information criterion (AIC), root-mean-square error (RMSE) and adjusted determination coefficient (R2 adjusted), the best results. The equation of Chan and Chu (2003) generated good adjustments indicated by RMSE below 0.073, with a mean of 0.031 and R2 adjusted above 0.867, with a mean of 0.979, adjustments higher than those obtained by the P-k-C* model for the analyzed CWS. For the above, this model has the potential to be used in the modeling and simulation of wetlands degradation kinetics.