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Título: Sistema híbrido de wetlands construídos no tratamento de esgotos sanitários
Título(s) alternativo(s): Hybrid constructed wetlands in the treatment of sewage
Autor(es): Patel, André Gustavo
Orientador(es): Carvalho, Karina Querne de
Palavras-chave: Esgotos - Purificação - Remoção de nutrientes
Macrófitas aquáticas
Aguapé (Botânica)
Biomassa
Alagadiços
Engenharia civil
Sewerage - Purification - Nutrient removal
Aquatic mammals
Water hyacinth
Biomass
Wetlands
Civil engineering
Data do documento: 8-Mar-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: PATEL, André Gustavo. Sistema híbrido de wetlands construídos no tratamento de esgotos sanitários. 2018. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Neste trabalho foi avaliado o comportamento destes sistemas híbridos na remoção de matéria carbonácea, nitrogenada e fosfatada de esgotos sanitários. Cada sistema foi composto pela combinação de um Wetland construído de escoamento vertical seguido de um Wetland construído de escoamento horizontal, sendo um sistema plantado (SWC-P) com a macrófita aquática (Eichhornia crassipes) e um sistema apenas com areia e brita (SWC-NP). A este arranjo deu-se o nome de Sistema de Wetland Construído Híbrido (SWC). Os sistemas foram operados em duas etapas: Etapa I com TDH de 9 dias e Etapa II com TDH de 5 dias e mantidos a temperatura ambiente. Os parâmetros pH, Temperatura do líquido, Oxigênio Dissolvido (OD), Condutividade Elétrica, Potencial Redox (EH), Demanda Química de Oxigênio (DQO), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), Nitrogênio Amoniacal (N-Amon), Nitrito (N-NO2 - ), Nitrato (N-NO3 - ), e Fósforo Fosfato (PPO4 -3 ) foram determinados em amostras do afluente e efluente de cada sistema. O afluente utilizado na alimentação dos SWCs foi classificado como esgoto sanitário ―fraco‖ em termos de matéria carbonácea (DQO) e ―médio‖ para NTK e P-PO4 -3 . As melhores eficiências de remoção de DQO (13,63 g m -2 d -1 ), P-PO4 -3 (1,52 g m -2 d -1 ), N-NO2 - (0,01 g m -2 d -1 ), N-NO3 - (0,26 g m -2 d -1 ) foram verificadas no SWC-P na Etapa II com 83, 95, 80 e 52%, respectivamente; e de NTK (5,46 g m -2 d -1 ) e N-Amon (4,42 g m -2 d -1 ) na Etapa I com 73 e 88% no SWC-P. A absorção do NT e PT pela E. Crassipes resultou em 11,77 e 10,37 g m -2 na unidade vertical e 6,12 e 6,92 g m -2 na unidade horizontal, com maior participação das raízes de 6,35 e 6,55 g m -2 nas unidades verticais e 2,45 e 3,05 g m -2 nas unidades horizontais, respectivamente. Remoções de 4,65 e 5,59 unidades logarítmicas de coliformes termotolerantes foram alcançadas nos SWC-P e SWC-NP, respectivamente. Na incorporação da fibra da macrófita em blocos de concreto foi possível observar que a força aplicada na deformação à compressão (fibra 56 kN e referência 42 kN) foi maior que a força aplicada na deformação à flexão. Não foi verificada influência da evapotranspiração. No sistema plantado foi removida carga de NT de 1622,43 g m -2 com contribuição da planta de 17,89 g m -2 , resultando na carga remanescente de 85,21 g m -2 para carga aplicada de 1725,53 g m -2 ; e de PT de 35,22 g m -2 com contribuição da planta de 17,29 g m -2 , resultando na carga remanescente de 170,33 g m -2 para carga aplicada de 222,84 g m -2 . A Eichhornia Crassipes desempenhou papel importante na remoção do nitrogênio, variando em função das condições operacionais (cargas aplicadas e direção do fluxo), dependendo, também da quantidade da biomassa produzida.
Abstract: In this study, the behavior of hybrid constructed wetlands were evaluated in the removal of carbonaceous, nitrogenous and phosphorous matter from sewage. Each system consisted in the combination of a vertical-flow constructed wetland followed by a horizontal-flow constructed wetland, one being vegetated (CW-P) with macrophyte (Eichhornia crassipes) and one system only with sand and gravel (CW-UP). These arrangements are henceforth called hybrid constructed wetland (CW). The systems operated in two stages: Stage I with HRT of 9 days and Stage II with HRT of 5 days, and kept at room temperature. The pH, temperature of the liquid, dissolved oxygen (DO), electrical conductivity (EC), oxidation-reduction potential (EH), Chemical Oxygen Demand (COD), total Kjeldahl nitrogen (TKN), total ammonia nitrogen (TAN), nitrite (N-NO2 - ), nitrate (N-NO3 - ), and phosphate phosphorus (P-PO4 -3 ) were determined in samples from the influent and effluent of each system. The wastewater used to feed the CWs was classified as ―week‖ sewage in terms of carbonaceous matter (COD) and ―medium‖ for TKN and P-PO4 -3 . The best removal efficiencies of COD (13.63 g m -2 d -1 ), PPO4 -3 (1.52 g m -2 d -1 ), N-NO2 - (0.01 g m -2 d -1 ) were verified in CW-P in Stage II with 83, 95, 80 and 52%, respectively; and TKN (5.46 g m -2 d -1 ) and TAN (4.42 g m -2 d -1 ) in Stage II with 73 and 88% in CW-P. The absorption of TN and TP by E. crassipes resulted in 11.77 and 10.37 g m -2 in the vertical unity and 6.12 and 6;92 g m -2 in the horizontal unity, with major role of the roots – 6.35 and 6.55 g m -2 in the vertical unity and 2.45 and 3.05 g m -2 in the horizontal unity, respectively. Removal of 4.65 and 5.59 logarithmic unities of thermotolerant coliforms were achieved in CW-P and CW-UP, respectively. For the incorporation of fibers from the macrophyte, it was possible to observe that the applied force to compressive stress (56 kN and 42 kN) was superior than the applied force to tensile stress. In the planted system a TN load of 1622.43 g m -2 was removed with plant contribution of 17.89 g m -2 , resulting in residual load of 82.21 g m -2 for the applied load of 1725.53 g m -2 ; and a PT load of 35.22 g m -2 was removed with plant contribution of 17.29 g m -2 , resulting in residual load of 170.33 g m -2 for the applied load of 222.87 g m -2 . Eichhornia crassipes had important role in the removal of nitrogen, varying in function of the operational conditions (applied loads and flow), depending also on the produced biomass.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3168
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