Digestor integrado a leito de evapotranspiração: concepção, monitoramento simplificado e recuperação de recursos no contexto de saneamento descentralizado | Digester integrated with evapotranspiration bed: design, simplified monitoring and resources recovery in the context of decentralized sanitation

A carência de saneamento, especialmente no que tange aos serviços de coleta e tratamento de esgoto é acentuada em regiões periurbanas e rurais. A implementação de sistemas centralizados de tratamento, comuns em grandes centros urbanos e áreas densamente povoadas, revela-se economicamente inviável para atender essas populações. Nessas áreas, a adoção de sistemas unifamiliar, particularmente aqueles baseados na natureza (SBN), pode ser uma solução ambientalmente apropriada e economicamente viável, pois além de simplificar o tratamento, há o aproveitamento de recursos naturais e locais. No entanto, essas soluções enfrentam desafios tanto em relação ao cumprimento da legislação ambiental vigente quanto ao monitoramento de seu desempenho. Desse modo, este estudo teve como objetivo desenvolver equipamento compacto de tratamento de esgoto doméstico (ECTE) baseado na natureza, denominado digestor integrado a leito de evapotranspiração (DIET), concebido para escala unifamiliar, e avaliar seu desempenho em comparação a ECTE comercializados no Brasil. Além disso, avaliar um pós-tratamento com sistemas alagados construídos e aplicar a escala cinza, desenvolvida por von Sperling (2020) como ferramenta de baixo custo para monitoramento. Para isso, as unidades de tratamento foram monitoradas continuamente ao longo de 270 dias, divididos em três fases de 90 dias. Em cada fase, foram aplicadas diferentes vazões e tempos de retenção hidráulica para avaliar o desempenho dos sistemas sob distintas condições operacionais. Os ECTE apresentaram uma eficiência na remoção de poluentes e recomenda-se uma vazão de operação de 600 litros por dia. O DIET 1 apresentou-se como uma alternativa viável para a expansão do saneamento em áreas periurbanas e rurais, destacando- se por ser economicamente e ambientalmente eficiente. Os sistemas alagados construídos cultivados com ora-pro-nóbis (Pereskia aculeata) e citronela (Cymbopogon winterianus), operados sob taxas de carregamento orgânico específicas, apresentaram desempenho satisfatório na remoção de poluentes. A citronela, em particular, adaptou-se bem às condições de alagamento permanente, demonstrando uma planta potencialmente promissora para uso nesses sistemas. A aplicação da escala cinza mostrou-se útil na simplificação do monitoramento dos efluentes, facilitando a identificação de problemas operacionais e contribuindo para a manutenção eficiente dos sistemas descentralizados. Portanto, a pesquisa sublinha a importância de sistemas descentralizados de tratamento de esgoto evidenciando-os como uma solução prática e viável para áreas periurbanas e rurais. Essa pesquisa contribui para o campo do saneamento ambiental, apresentando novas abordagens e tecnologias que podem transformar a gestão de esgoto em comunidades carentes e afastadas. Com essas inovações (DIET 1 e DIET 2), a tese propõe um caminho promissor para um futuro mais sustentável e inclusivo no saneamento. Palavras-chave: recuperação de recursos, saneamento, tratamento descentralizado de esgoto, soluções baseada na natureza, remoção de carga orgânica.

The lack of sanitation, especially regarding sewage collection and treatment services, is accentuated in peri-urban and rural regions. The implementation of centralized treatment systems, common in large urban centers and densely populated areas, proves to be economically unfeasible to serve these populations. In these areas, the adoption of single-family systems, particularly those based on nature (NBS), can be an environmentally appropriate and economically viable solution, since in addition to simplifying treatment, there is the use of natural and local resources. However, these solutions face challenges both in terms of complying with current environmental legislation and monitoring their performance. The aim of this study was to develop a nature-based compact wastewater treatment equipment (CWTE), called a digester integrated with an evapotranspiration bed (DIET), designed for a single-family scale, and to evaluate its performance in comparison to ECTEs sold in Brazil. In addition, to evaluate post-treatment with constructed wetland systems and apply the gray scale developed by von Sperling (2020) as a low-cost monitoring tool. To this end, the treatment units were monitored continuously over 270 days, divided into three 90-day phases. In each phase, different flow rates and hydraulic retention times were applied to assess the performance of the systems under different operating conditions. The CWTEs were efficient in removing pollutants and an operating flow rate of 600 liters per day is recommended. DIET 1 proved to be a viable alternative for expanding sanitation in peri-urban and rural areas, standing out for being economically and environmentally efficient. The constructed wetland systems cultivated with ora-pro- nóbis (Pereskia aculeata) and citronela (Cymbopogon winterianus), operated under specific organic loading rates, showed satisfactory performance in removing pollutants. Citronella adapted well to the conditions of permanent flooding, demonstrating that it is a potentially promising plant for use in these systems. The application of the grey scale proved useful in simplifying effluent monitoring, facilitating the identification of operational problems and contributing to the efficient maintenance of decentralized systems. The research therefore underlines the importance of decentralized sewage treatment systems, highlighting them as a practical and viable solution for peri-urban and rural areas. This research contributes to the field of environmental sanitation by presenting new approaches and technologies that can transform wastewater management in poor and remote communities. With these innovations (DIET 1 and DIET 2), the thesis proposes a promising path towards a more sustainable and inclusive future in sanitation. Keywords: resource recovery, sanitation, decentralized sewage treatment, nature- based solutions, organic load removal.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)