Pós-tratamento de água residuária da suinocultura em sistemas alagados construídos combinados

Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos, área de concentração em Saneamento Rural, para a obtenção do título de Doutor.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais, FAPEMIG

Saneamento Rural

This work evaluated hybrid constructed wetlands, composed by a vertical flow wetland (VW) followed by a horizontal (HW) flow wetland, treating swine wastewater. The Chapter I focus in Total Kjeldahl Nitrogen (NTK). Regarding the TKN removal, the systems had efficiencies ranging from 44 to 73%. The VW promoted ammonium oxidation to nitrite and nitrate, named nitrification and promoted suitable conditions for denitrification to take place on the HW. In the Chapter II, P removal is discussed. The VW presented low efficiency, of 12%, basically associated to oxidation of organic-P to orthophosphate. The combined efficiencies ranged from 7 to 31%. Initially, the ones containing oxisol filters had higher removal rates. We recommend testing other substrates with high P adsorption capacity and increase hydraulic detention times or alternation of saturation and drainage periods in order to enhance phosphorus removal rates. Regarding the plants in the wetlands, the Chapter III describes the satisfactory growth and development of both plants, rice (Oryza sativa) e tiririca (Cyperus rotundus). Rice yields varied from 27 to 5990. kg ha-1. The swine wastewater provided good fertilization in rates that were higher than the crop requirements. No contamination with fecal or total coliforms was found on rice grains, though, some heavy metals presented high concentration in leaves, which may pose human healthy risks. Tracer testes were conducted to evaluate hydraulic characteristics of the wetlands. LiCl was applied in pulse and samples were collected each minute meanwhile there was water flowing from the outlet. The Concentration x Time (CxT) curve shaped as various small plug flow curves and presented peaks and also a long tail, which suggests presence of dead zones. All the systems evidenced significant reductions in the saturated hydraulic conductivity (Ko) more likely to clogging of the rock medium by sand. The actual HRT was quite lower the theoretical HRT, with reductions of almost 91. The flow pattern could be assumed to be plug flow with low dispersion. The hydraulic efficiency was low, mostly due to the small ratio Length/Width (L/W). The systems presented low d and D values, evidencing therefore low axial dispersion, which still have occurred due to advective and dispersive processes. The presence of dead zones and short circuits have also contributed to the reductions in the wetlands actual HRT. However, the systems efficiency in treating swine wastewater was significant.

Neste estudo foram avaliados sistemas alagados construídos (SAC's) híbridos, compostos por SAC de escoamento vertical (SACV) seguido por SAC de escoamento horizontal (SACH) no pós-tratamento da água residuária da suinocultura (ARS). O capítulo I aborda a dinâmica do nitrogênio (N) nos. As cargas de N aplicadas aos SAC`s foram (kg ha-1 d-1): 11,5 – W1 e W2, 13,6 – W3 e 11,2 – W4. As eficiências de remoção de N foram entre 44 e 73 %. Os SAC‟s híbridos se mostraram eficientes na nitrificação, nos SACV, seguida da desnitrificação nos SACH.No capítulo II, o foco é o elemento fósforo (P). Foram utilizados filtros nos SAC‟s horizontais para melhorar a adsorção de P e contribuir para melhor eficiência dos sistemas. As cargas de P (kg ha-1 d-1) aplicadas foram: 10,4 – W1 e W2, 11,8 – W3 e 9,8 – W4. Os SAC‟s apresentaram eficiências entre7 e 31% na redução do P aplicado, sendo que os sistemas com filtros de argila apresentaram maiores eficiências iniciais, que se reduziram postriormente.O capítulo III traz informações a respeito do desempenho das culturas implantadas nos SAC‟s, arroz (Oryza sativa) e tiririca (Cyperus rotundus). A presença das plantas foi fundamental na remoção de nutrientes diversos. As produtividades variaram entre 27 e 5990 kg ha-1. A ARS forneceu nutrientes acima das quantidades recomendadas para o cultivo do arroz irrigado. Nenhuma contaminação por coliformes fecais foi encontrada nos grãos de arroz, contudo, alguns metais apresentaram elevados teores nas folhas, o que pode representar riscos de contaminação. O capítulo IV discute características hidráulicas dos SAC‟s. Foram fitos testes com traçador LiCl e a curva concentração x tempo (CxT) indicou que houve dispersão nos SAC‟s. Houve grande redução da condutividade hidráulica saturada (Ko) devido principalmente à colmatação do meio pela areia utilizada sobre a brita. O TDH real se mostrou bem inferior ao TDH teórico, com redução de até 91%.Os sistemas apresentaram baixa eficiência hidráulica, e baixos valores de d e D, indicando baixa dispersão axial, que, contudo deve ter ocorrido em função de processos advectivos e dispersivos sob condições estacionárias ou de escoamento laminar. A presença de zonas mortas e caminhos preferenciais também influenciaram na redução do TDHr dos SAC‟s. Por fim, conclui-se que o efluente dos SAC‟s não deve ser lançado em corpos hídricos, mas o reúso pode ser feito no solo, para fertirrigação de culturas agrícolas, por ainda conter teores satisfatórios de nutrientes essenciais aos cultivos agrícolas.