UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA DINÂMICA DA REMOÇÃO DE FÓSFORO EM LEITOS CULTIVADOS COM Typha sp. Tese de Doutorado submetida à banca examinadora para obtenção do título de Doutor em Engenharia Agrícola, na Área de Concentração Água e Solo. ALINE REGINA PIEDADE ORIENTADOR: Prof. Dr. José Teixeira Filho CAMPINAS JULHO DE 2010 FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP Piedade, Aline Regina P595d Dinâmica da remoção de fósforo em leitos cultivados com Typha sp.. / Aline Regina Piedade. --Campinas, SP: [s.n.], 2010. Orientador: José Teixeira Filho. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola. 1. Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico. 2. Esgotos - Tratamento. 3. Plantas aquáticas. 4. Biorremediação. 5. Água - Controle de qualidade. I. Teixeira Filho, José. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. III. Título. Título em Inglês: Dynamics of phosphorus removal in constructed wetlands with Typha sp.. Palavras-chave em Inglês: Wastewater - Purification - Biological treatment, Sewage - Treatment, Aquatic plants, Phytoremediation, Water - Quality control Área de concentração: Água e Solo Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora: Andréa Bogatti Guimarães Tomazela, Plínio Barbosa de Camargo, Bruno Couracci Filho, Denis Miguel Roston Data da defesa: 30/07/2010 Programa de Pós Graduação: Engenharia Agrícola ii iii Embora ninguém possa voltar atrás e fazer um novo começo, qualquer um pode começar agora e fazer um novo fim. Chico Xavier iv Ao Professor Paulo Rodolfo Leopoldo ( in memoriam ), Grande Mestre e Amigo, com o qual pude aprender muito no campo pessoal e profissional. A minha eterna saudade e infinita gratidão. DEDICO Aos meus pais, Walkíria e José Antonio Piedade, pelo amor incondicional e confiança depositada em mim; Ao meu noivo Marcio, pelo amor, companheirismo e ensinamentos ao longo destes anos; Aos meus irmãos Patrícia e Júnior, pela paciência e carinho na convivência familiar. OFEREÇO v AGRADECIMENTOS À Divina Providência, que em tempo integral, sempre me protegeu e iluminou. À Nossa Senhora Desatadora dos Nós, pelo consolo e esperança a cada dia dessa jornada. À Faculdade de Engenharia Agrícola - UNICAMP, pela oportunidade de realização do curso. Ao Professor Dr. José Teixeira Filho pela orientação, amizade e principalmente pela paciência dedicada a mim. À CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), pela concessão da bolsa de estudos. Ao Diretor da Faculdade de Engenharia Agrícola, Professor Dr. Denis Miguel Roston, pela amizade e ensinamentos transmitidos sobre a arte da docência na área do saneamento básico e como cidadão modelo na transmissão de valores éticos. Ao Professor Dr. Zigomar Menezes de Souza, coordenador do curso de pós-graduação em Engenharia Agrícola, e demais membros do Conselho de Curso, pela constante colaboração. Aos docentes responsáveis pelas disciplinas do programa de pós-graduação, pelo empenho e capacidade, que me possibilitaram enriquecimento técnico e profissional. Aos componentes da banca examinadora: Professora Dra. Andreá Bogatti Guimarães Tomazela, Professor Dr. Plínio Barbosa de Camargo e Professor Dr. Bruno Couracci Filho, pelas contribuições pertinentes na melhoria da redação da tese. Ao meu noivo e maior incentivador pela busca do equilíbrio pessoal e profissional, Márcio, companheiro de todas as horas pelo amor, carinho, paciência, ensinamentos e força dispensados a mim desde o início. vi As amigas super poderosas, Kelly Cristina Tonello e Rojane Magda Kletecke, pela convivência durante todos estes anos. Aos amigos Tânia, Marcelo Colet, Vânia, Sônia, Ricardo, Luis Eduardo pelo companheirismo e palavras de apoio nos momentos difíceis. Aos estagiários: Carina, Tiago, David e Gustavo pelo auxilio na coleta dos dados em campo e práticas no laboratório. Aos funcionários da FEAGRI: Sérgio, Pequeno, Túlio, Domitilla, Gelson e Lucarelli que prontamente me ajudaram na realização dos trabalhos experimentais. À Professora Dra. Helena Teixeira Godoy, Professor Dr. Marcelo Alexandre Prado e a todos os funcionários do Laboratório de Análise de Alimentos da Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA) pela oportunidade e ajuda nos trabalhos laboratoriais. Ao Professor Dr. Inácio Maria Dal Fabbro e a Professora Dra. Maria Angela Fagnani, sempre pacientes, pelo acolhimento e paz transmitidos nessa jornada. As companheiras de república: Mônica, Beatriz, Bianca, Rachel, Aline, Bruna, Thassiane, Alinerd, Paula, Jussara, Carla, Marina, Suzane, Laila e Ana Paula pela convivência e tolerância. E a todos aqueles que, embora não citados, colaboraram para realização deste trabalho. vii SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ x LISTA DE TABELAS ......................................................................................................... xviii RESUMO ................................................................................................................................. xxi ABSTRACT .......................................................................................................................... xxii 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA .................................................................................. 1 2. HIPÓTESE ............................................................................................................................. 2 3. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3 3.1 Objetivos gerais ................................................................................................................. 3 3.2 Objetivos específicos ......................................................................................................... 3 4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................. 4 4.1 Tecnologias para o tratamento de efluentes ...................................................................... 4 4.2 Sistema de tratamento com leitos cultivados ..................................................................... 4 4.2.1 Tipos de leitos cultivados ........................................................................................... 7 4.3 O elemento fósforo em leitos cultivados ......................................................................... 10 4.3.1 Fósforo presente nas plantas ..................................................................................... 14 4.3.2 Fósforo presente na biomassa ................................................................................... 15 4.3.3 A retirada e o armazenamento de fósforo pela biota em leitos cultivados ............... 16 4.3.4 Sedimentação e Adsorção de fósforo ....................................................................... 16 4.3.5 Retenção de fósforo em leitos cultivados ................................................................. 18 4.4 Escolha da macrófita Typha sp. ....................................................................................... 20 4.5 Evapotranspiração ........................................................................................................... 23 5. MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 29 5.1 Caracterização da área experimental ............................................................................... 29 5.2 Caracterização do efluente............................................................................................... 29 5.3 PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico ............................................ 31 viii 5.4 Sistema de leitos cultivados ............................................................................................. 33 5.5 Monitoramento de variáveis do sistema de leitos cultivados .......................................... 34 5.5.1 Quantidade de água .................................................................................................. 35 5.5.2 Qualidade de água .................................................................................................... 35 5.5.3 Fisiologia da vegetação ............................................................................................ 36 5.5.4 Variáveis meteorológicas ......................................................................................... 37 5.6 Avaliações da eficiência de retenção e eficiência de remoção ........................................ 38 5.7 Período de monitoramento e Período estendido .............................................................. 39 6. RESULTADOS .................................................................................................................... 43 6.1 Avaliações horárias.......................................................................................................... 43 6.1.1 Quantidade de água .................................................................................................. 43 6.1.2 Qualidade de água .................................................................................................... 58 6.2 Avaliações diárias ............................................................................................................ 90 6.2.1 Quantidade de água .................................................................................................