Influência climática em modelos cinéticohidrodinâmicos para dimensionamento de wetlands construídas no tratamento de esgoto doméstico

Abstract

São raros os modelos matemáticos que consideram a precipitação (PCT) e evapotranspiração (EVT) no tratamento de esgoto. Esta pesquisa objetivou avaliar a influência desses fatores climáticos em cinco modelos de tratamento de esgoto doméstico em wetlands construídas (WCs). Foi construída uma estação de tratamento de esgoto doméstico composta por um sistema híbrido de WCs (uma célula de fluxo subsuperficial vertical – WC-FSSV, seguida de uma subsuperficial horizontal – WC-FSSH). Foi utilizado o meio suporte brita nº2 e a espécie vegetal Crysopogon zizanioides em ambas as células. Realizou-se um ensaio com traçador hidrodinâmico para avaliação do fluxo de esgoto nas WCs. Foram monitoradas, por 22 meses, as vazões diárias de entrada e saída de cada célula, o nível de esgoto e PCT diária para cálculo da EVT (método do balanço de massa) das WCs. Quantificou-se a concentração de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo do esgoto na entrada e saída de cada célula. Esses dados (exceto de fósforo) foram aplicados aos modelos cinéticos de 1ª Ordem, de Grau de 2ª Ordem, de Monod, de Monod Multi e de Stover-Kincannon, segundo os fluxos hidrodinâmicos de mistura completa (CSTR) e pistão (PFR), sem influência da PCT e EVT (considerando apenas a concentração dos poluentes) e com influência dessas variáveis climáticas (considerando nas equações as cargas poluentes e média das vazões afluente e efluente). A WC-FSSV apresentou hidrodinâmica com leve desvio ao fluxo CSTR (d = 1,58 e N = 1,54) e a WC-FSSH com elevado grau de dispersão (d = 0,63 e N = 4,53) do esgoto (alto desvio do fluxo PFR). As taxas médias de EVT nas WC-FSSV e WC-FSSH foram de 23,4 e 8,2 mm.d-1, correspondendo à perda percentual média de água de 30,8 e 35,8% do volume de esgoto afluente, respectivamente. Na WC-FSSV, o modelo de Monod Multi (CSTR) foi o mais adequado para o comportamento de NH4 +, NO3 - e DQO. Para DBO, o mais representativo foi o modelo de Stover-Kincannon-CSTR. Na WC-FSSH, o modelo de Monod Multi (fluxo CSTR) foi o que representou melhor a NH4 + e DBO. Stover-Kincannon foi a cinética mais adequada para a WC-FSSH descrevendo o NO3 - (fluxo PFR) e DQO (fluxo CSTR). Concluiu-se que o uso da carga poluente nos modelos matemáticos representativos do tratamento de esgoto apresentou melhor performance ou insignificante diferença estatística (exceção da DBO na WC-FSSV) do que os modelos que consideraram apenas a concentração dos poluentes. Por fim, a DBO foi o parâmetro de qualidade da água que se mostrou mais adequado para o dimensionamento de WCs, considerando os modelos de Stover-Kincannon-CSTR (para WC-FSSV) e de Monod Multi-CSTR (para WC-FSSH).