Aplicação de solução baseada na natureza para revitalização de cursos de água urbanos: wetland construído flutuante

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2023.

Nas últimas décadas surgiram novas abordagens em ambientes urbanos para recuperação de rios, manejo de águas pluviais, e conservação da natureza, como as Soluções Baseadas na Natureza (NBS). Wetlands Construídos Flutuantes (CFW) são ecotecnologias que promovem a melhoria da qualidade de água com utilização de macrófitas emergentes sobre uma estrutura flutuante. Esta pesquisa avaliou a aplicação em escala real de um CFW de 19 m2 na revitalização de uma seção lêntica de um curso de água urbano. Os parâmetros de projeto comprimento mínimo (2,2 m), cobertura da seção (100%), área do CFW/área de contribuição (0,017%), área do CFW/área da lagoa de retenção (1,5%), tipo e densidade de macrófitas (emergente; 30 plantas /m2) foram selecionados para dimensionar o CFW. Parâmetros de qualidade de água, meteorológicos, hidrológicos e de desenvolvimento das macrófitas (Typha dominguensis) foram monitorados entre outubro de 2022 a abril de 2023. As folhas das macrófitas cresceram 1,0 cm/dia em média. Podas provocaram perdas por secagem, embora densidade média apresentou ganho de 2 plantas/m2. Os parâmetros de qualidade de água que apresentaram reduções significativas foram: demanda bioquímica oxigênio (DBO) (72%), fósforo total (52%), turbidez (53%), sólidos totais (60%), oxigênio dissolvido (OD) (39%) e temperatura da água (-0,4ºC). Amônia apresentou aumento não significativo, enquanto nitrito e nitrato não foram alterados na maioria das análises. Coliformes totais (74%) e fecais (64%) apresentaram redução não significativa devido à variabilidade dos dados. A influência das precipitações em 24h não apresentou diferenças significativas sobre os parâmetros de qualidade de água. O tempo de retenção hidráulico (HRT) mediano foi de 1,64 h. As reduções de OD e DBO apresentaram correlação de 0,30 e 0,21 respectivamente com o tempo de retenção hidráulico (HRT), o que indicou que quanto maior foi o HRT, maior foi a atuação de processos biológicos abaixo do CFW, na remoção da matéria carbonácea. No entanto, os resultados confirmaram que os processos físicos atrelados às partículas sólidas, como filtração e sedimentação, dominaram a remoção de poluentes abaixo do CFW. As taxas de aplicação orgânica e hidráulica transversal resultantes desta pesquisa foram maiores que as taxas aplicadas em wetlands construídos de escoamento subsuperficial, e auxiliam na comparação e dimensionamento entre projetos de CFW. O CFW promoveu a atratividade de fauna, regulação da temperatura, melhoria paisagística, melhoria da qualidade de água e sequestro de carbono, e apresenta-se como uma ecotecnologia em potencial para colaborar com todos os princípios das NBS, principalmente inserido em programas de despoluição de bacias hidrográficas urbanas.

Abstract: In the last decades, ecological approaches have been developed to deal with urban river restoration, stormwater management and urban nature conservation, as the Nature-Based Solution (NBS) concept. Constructed floating wetlands (CFW) are ecotechnologies used to improve water?s quality using emergent macrophytes on a floating mat structure. This research evaluated a CFW field application of 19 m2 for revitalization of a small urban river in a lentic section. Reviewed design field parameters as the ratio CFW area by catchment contribution area (0,017%), ratio CFW area by pond area (1,5%), macrophyte type and density (emergent; 30 plants/m2), and minimum length (2,2 m) were selected to scale the application. Water quality, meteorological, hydraulic and macrophyte development parameters (Typha dominguensis) were monitored by October 2022 to April 2023. Macrophyte leaves grew 1 cm/day on average. Leaves pruning caused losses, although the average density showed a gain of 2 plants/m2. The water quality parameters that showed significant reductions were: biochemical oxygen demand (BOD) (72%), total phosphorus (52%), turbidity (53%), total solids (60%), dissolved oxygen (DO) (39%) and water temperature (-0.4ºC). Ammonia showed a non-significant increase, while nitrite and nitrate were unchanged in most analyses. Total (74%) and fecal (64%) coliforms showed non-significant reduction due data variability. The influence of precipitation in 24 hours did not affect the water quality parameters. The median hydraulic retention time (HRT) was 1.64 h. The reductions in DO and BOD presented a correlation of 0.30 and 0.21 respectively with the hydraulic retention time (HRT), which indicated that the higher the HRT, the greater the performance of biological processes below the CFW, in the removal of carbonaceous matter. However, the results confirmed that physical processes linked to solid particles, such as filtration and sedimentation, dominated the removal of pollutants below the CFW. The organic and transverse hydraulic application rates resulting from this research were higher than the rates applied in constructed wetlands with subsurface flow, and help in the comparison and sizing between CFW projects. The CFW promoted the attractiveness of fauna, temperature regulation, landscape improvement, improvement of water quality and carbon sequestration, and it is a potential ecotechnology to collaborate with all the principles of the NBS, mainly inserted in programs of depollution of urban watersheds.