PROJETO TOPE - UNICAMP: Todos podem ensinar, todos podem aprender
Apoio:
FITORREMEDIAÇÃO Uma estratégia da paisagem urbana para melhoria da qualidade ambiental nas cidades
Arq. Maria Estela Ribeiro Mendes
PESQUISA DE MESTRADO OBJETIVO: Esta pesquisa tem como objetivo reconhecer a colaboração da técnica da fitorremediação na melhoria da qualidade das águas urbanas, por meio de sua incorporação em infraestruturas verdes e dispositivos de drenagem sustentável na paisagem urbana.
Por que a fitorremediação não pode ser vista além das habilidade depurativas e integrar-se à paisagem urbana em uma rede multifuncional de infraestruturas verdes? PALAVRAS-CHAVE: Fitorremediação: Infraestruturas verdes; Paisagem urbana; Cidade sustentável.
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EMENTA DO MINI-CURSO 1. Introdução: contextualização teórica 2. O que é fitorremediação?
3. Aplicações: infraestruturas verdes 4. Paisagem multifuncional
5. Vantagens e precauções 6. Estudos de Caso
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INTRODUÇÃO contextualização teórica
URBANIZAÇÃO BRASILEIRA As cidades em geral enfrentam desafios relacionados à contaminação da água, do solo e do ar, expondo os moradores urbanos a diferentes tipos de poluição prejudiciais à saúde e à qualidade ambiental.
O escoamento superficial dos eventos chuvosos tem grande contribuição no transporte de cargas poluidoras até os corpos d'água receptores, estima-se que 25% da poluição das águas urbanas provém da poluição difusa.
Efluentes industriais e domésticos são frequentemente despejados em rios, lagos e riachos sem a necessária cautela ou tratamento, comprometendo os corpos hídricos. Soma-se a isso a contribuição no transporte de cargas poluidoras provenientes do escoamento superficial durante os eventos chuvosos.
O saneamento ambiental é uma questão que deveria estar estritamente alinhada à paisagem urbana, incorporada como uma estratégia de desenho para diminuir a pressão sobre os ecossistemas e reduzir a carga poluidora lançada na bacia hidrográfica.
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INFRAESTRUTURAS VERDES São cada vez mais expressivos os exemplos de cidades que entram na vanguarda da sustentabilidade ao aplicar soluções alternativas para as diversas problemáticas urbanas. A adoção de intervenções com técnicas atreladas à paisagem urbana, são capazes de
tratar e armazenar
prevenir,
o escoamento e os poluentes associados, atuando não apenas na melhoria da qualidade e do manejo das águas urbanas, mas também como um mecanismo de resiliência na relação homem-natureza.
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Os processos naturais atuam na depuração das águas de forma espontânea, influenciado diretamente na manutenção de sua qualidade. A técnica que explora a propriedade de interação entre as bactérias localizadas nos rizomas das plantas e os diferentes tipos de contaminantes, orgânicos e inorgânicos, é chamada de fitorremediação. Consiste no uso de plantas para
remover, reduzir ou imobilizar contaminantes presentes na água, no solo e no ar.
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O2
PROCESSOS NATURAIS DAS PLANTAS Fotossíntese (nutrição orgânica): processo realizado pelas plantas para a produção de energia necessária para a sua própria sobrevivência.
CO2
O2
CO2
30x
RESPIRAÇÃO
FOTOSSÍNTESE SÍNTESE GLICOSE
luz
CO2 + H2O → (CH2O) + O2 gás carbônico
água
glicídios
oxigênio
↓ Glicose C6H12O6 (ácidos nucleicos, proteínas, lipídios, amido)
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PROCESSOS NATURAIS DAS PLANTAS Fotossíntese (nutrição orgânica): processo realizado pelas plantas para a produção de energia necessária para a sua própria sobrevivência. A nutrição da plantas é autotrófica, ou seja, elas mesmas produzem a matéria orgânica que lhes servem de alimento. Para isso utilizam gás carbônico proveniente do ar, água e sais minerais (nutrição inorgânica) retirados do solo.
Sais Mineiras: Macronutrientes primários, secundários e micronutrientes.
MACRONUTRIENTES PRIMÁRIOS
N P
MACRONUTRIENTES SECUNDÁRIOS
H2O
K
H2O
Ca Mg
H2O
S 8
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PROCESSOS NATURAIS DAS PLANTAS Fotossíntese (nutrição orgânica): processo realizado pelas plantas para a produção de energia necessária para a sua própria sobrevivência. A nutrição da plantas é autotrófica, ou seja, elas mesmas produzem a matéria orgânica que lhes servem de alimento. Para isso utilizam gás carbônico proveniente do ar, água e sais minerais (nutrição inorgânica) retirados do solo.
Sais Mineiras: Macronutrientes primários, secundários e micronutrientes.
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Cl Cu
H2O
B MICRONUTRIENTES
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H2O
Mn Fe Zn ARQ. MARIA ESTELA RIBEIRO MENDES
H2O
PROCESSOS NATURAIS DAS PLANTAS Absorção de sais minerais (nutrição inorgânica) NUTRIENTE
PAPEL FISIOLÓGICO
Nitrogênio (N) Essencial para a síntese protéica e de ácidos nucléicos. Fósforo (P)
Essencial para a síntese de ATP e de ácidos nucléicos.
Potássio (K)
Relacionados as trocas iônicas entre a célula e o meio; envolvido nos movimentos de abertura dos estômatos.
Enxofre (S)
Utilizado para a síntese de aminoácidos essenciais.
Magnésio (Mg) Componente da molécula de clorofila.
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POLUENTES DIFUSOS POLUENTE
FONTE
IMPACTOS
Nutrientes e compostos orgânicos e inorgânicos (N e P)
Fertilizantes, detergentes, vegetação, urina, esgoto
N e P são os nutrientes essenciais ao sistema aquático, mas o excesso pode ser tóxico. Altas concentração desencadeiam o processo de eutrofização.
Variam com as características geológicas, mas tem grande aumento por contribuição humana no esgoto doméstico
Cloretos, fluoretos e sulfetos indicam contaminação por esgotos domésticos e industrias. Outros compostos como cálcio e magnésio ocorrem naturalmente na água em decorrência da composição do solo e estão associados a dureza da água
Áreas comerciais e indústrias, aterros sanitários e disposição imprópria de resíduos residenciais
Elementos tóxicos para os organismos aquáticos e efeito acumulativo na cadeira alimentar, comprometendo também a saúde humana e a potabilidade dos recursos hídricos
Variáveis inorgânicas (Cl, F-, S2-, Ca, Mg) Metais pesados, pesticidas, herbicidas e hidrocarbonos
INDICADORES (357/05 CONAMA) N-NO3 (Nitrato) (10 mg/l) N-NO2 (Nitrito) (1 mg/l) Fósforo Total (0,1;0,15 mg/l) Cloretos (250 mg/l), Fluoretos (1,4 mg/l), Sulfetos (0,002;0,3 mg/l), Cálcio, Magnésio Alumínio Arsênio Cádmio, Chumbo Cobre, Cromo Ferro, Manganês Mercúrio, Zinco
Fonte: MOURA, 2013, p.47. 11
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PLANTAS QUE DESPOLUEM? O que as plantas precisam? H2O H2O
O que tem na água poluída?
+ LUZ +SAIS MINERAIS
90% do esgoto é água
H2O
N, P
MACRONUTRIENTES PRIMÁRIOS
N, P, K
MACRONUTRIENTES SECUNDÁRIOS
Ca, Mg, S
MICRONUTRIENTES
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Cl, Cu, B, Mn, Fe, Zn
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Cl, Mg, Zn inúmeras substâncias ARQ. MARIA ESTELA RIBEIRO MENDES
H2O
PLANTAS QUE DESPOLUEM?
plantas que se alimentam (nutrição inorgânica)
Plantas + Água poluída
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= desenvolvimento do vegetal e depuração da água
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O QUE É FITORREMEDIAÇÃO? as plantas como agentes da despoluição
A FITORREMEDIAÇÃO A fitorremediação é uma técnica que explora a propriedade de interação entre as bactérias localizadas nos rizomas das plantas e os diferentes tipos de contaminantes (orgânicos e inorgânicos). Consiste basicamente no uso de plantas para remover, reduzir ou imobilizar contaminantes presentes na água, no solo e no ar. Essa interação promove transformações químicas nas moléculas que resultam em formas não tóxicas, ou seja, inofensivas ao ecossistema.
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PROCESSOS DA FITORREMEDIAÇÃO 1. FITOEXTRAÇÃO:
as plantas têm a capacidade de acumular em seus tecidos contaminantes extraídos do solo, água ou ar, sem degradá-los.
2. FITODEGRADAÇÃO:
as plantas têm capacidade de absorver e metabolizar os poluentes, promovendo transformações químicas.
3. FITOVOLATIZAÇÃO:
ocorre a transformação de poluentes em estado sólido ou líquido para estado gasoso. A volatização pode ocorrer pela biodegradação na rizosfera ou o poluente pode ser absorvido pela planta, e após passar por diversos processos metabólicos internos, é liberado através da superfície da folha.
4. FITOESTIMULAÇÃO:
processo no qual os microrganismos associados e/ou beneficiados pela presença vegetal (simbiose), estão envolvidos direta ou indiretamente na degradação dos contaminantes.
5. FITOESTABILIZAÇÃO:
a simples presença do vegetal funciona como uma barragem contra erosão superficial e a lixiviação do poluente.
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"Os microrganismos favorecidos passam então a consumir e a digerir contaminantes orgânicos para sua nutrição e produção de energia, promovendo a degradação de vários compostos e substâncias complexas em componentes mais simples, reduzindo com isso o grau de toxicidade e possibilitando a absorção pelas plantas” (MAHLER, 2007, pg. 22).
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FITORREMEDIAÇÃO APLICADA À SISTEMAS CONSTRUÍDOS – CONSTRUCTED WETLANDS Os processos naturais através de sistemas fitorremediadores vem sendo aprimorados afim de potencializar a capacidade que o meio ambiente tem de controlar a poluição. Ou seja, as interações físicas, químicas e biológicas presentes entre solo, plantas e microrganismos são otimizadas à um nível “ótimo”, suficiente para promover a redução de substâncias indicadoras de poluição (MENDES, 2016). 18
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APLICAÇÕES infraestruturas verdes
Emerald Necklace, projeto multifuncional que abriga biodiversidade, proporciona circulação, lazer e relaxamento para os moradores em pleno centro de Boston, além de filtrar as águas poluídas e prevenir inundações. Fonte: BONZI (2014, p.7)
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Efluentes Industriais
TIPOLOGIAS E OBJETIVOS
Wetlands
TRATAR
Jardins Filtrantes
Efluentes Sanitários
Lodos Ilhas Flutuantes
A infraestrutura verde é uma rede multifuncional interconectada que estrutura o mosaico da paisagem. A conexão é um aspecto fundamental para os fluxos d'água, biodiversidade e pessoas; e os espaços verdes mimetizam as funções naturais da paisagem, dessa forma a cidade funciona de forma integrada.
ENCAMINHAR
Biovaletas
Corpos Hídricos Águas Pluviais
Águas Pluviais Jardins de Chuva Água de reúso
INFILTRAR Lagoas Pluviais
...
Lagoas de Retenção ARMAZENAR Jardins Pluviais
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ÁGUAS PLUVIAIS E CORPOS HÍDRICOS Desenvolvimento histórico do manejo das águas urbanas por fases. Fonte: TUCCI, 2008.
FASES DO DESENVOLVIMENTO DAS ÁGUAS URBANAS FASE CARACTERÍSTICA CONSEQUÊNCIA Pré-Higienista (início Esgoto em fossas ou diretamente Epidemias e doenças com altas séc. XX) nas ruas, sem coleta ou tratamento taxas de mortalidade Redução das doenças e da Transporte do esgoto junto às mortalidade, degradação dos Higienista (até 1970) águas pluviais por canalização dos copos hídricos e contaminação escoamentos dos mananciais Sistema separador absoluto, Melhoria da qualidade das águas tratamento dos esgotos, Corretiva (até 1990) dos rios, poluição difusa, obras amortecimento dos escoamentos de grande impacto pluviais Tratamento do escoamento pluvial, Conservação ambiental, melhoria Desenvolvimento preservação do sistema natural, da qualidade de vida, controle Sustentável (após 1990) integração paisagística das inundações 22
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ÁGUAS PLUVIAIS E CORPOS HÍDRICOS Conceitos higienistas x Conceitos ambientalistas. Fonte: autora.
Visão Tradicional Conceito Higienista
Objetivo Função das calhas fluviais
Afastar a água
Ação
Canalizar
Gestão
Isolada, local Investimentos limitados pelo orçamento
Visão Holística Conceito Ambiental Manejo sustentável das águas urbanas através de infraestruturas de armazenamento e infiltração Conviver com a água Ambiente de lazer e contemplação, desenvolvimento dos ecossistemas Reter, armazenar, infiltrar, tratar, renaturalizar Integrada, global Taxas públicas específicas para drenagem e gestão de resíduos
Sistema separador
Sistema depurativo - tratamento "in loco"
Solução
Financiamento Controle da Poluição 23
Drenagem de rápido escoamento à jusante
Conduto isolado
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ÁGUAS PLUVIAIS E CORPOS HÍDRICOS As Biovalas (ou Sistemas de Biorretenção de águas pluviais) são estruturas escavadas no solo, geralmente implementadas nas calçadas ou canteiros centrais, que tem como objetivo acumular a água pluvial drenada da bacia, aumentando o tempo de escoamento e amortizando as cheias; o que resulta na menor incidência de enchentes e alagamentos. Além disso, devido a capacidade depuradora das plantas e microrganismos associados, a água limpa infiltra no solo para recarga de aquífero ou é encaminhada até rios, mares e outros corpos d’água com uma qualidade melhor, uma vez que os poluentes são removidos por adsorção, filtração, volatização, troca de íons e decomposição. 24
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JARDIM DE CHUVA
Fonte: Eagle Creek Watershed Alliance USA.
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ÁGUAS PLUVIAIS E CORPOS HÍDRICOS Alguns rios urbanos são diariamente poluídos devido ao lançamento de esgotos sem tratamento, resíduos sólidos e demais substâncias carregadas pelas chuvas. O excesso de carga orgânica na água diminui a taxa de oxigênio dissolvido, o que eleva o mau odor e provoca a mortalidade de peixes e demais seres aquáticos. Nesse tipo de intervenção é possível adotar estruturas flutuantes sob o próprio rio ou jardins adjacentes que recebem água desviada. Esses projetos devem ser implementados juntamente com a revegetação das margens (mata ciliar), promovendo (1) a estabilização do solo com a trama radicular das plantas e controle da umidade, (2) a função de barragem ou um filtro no controle do escoamento superficial e (3) a resistência no carregamento de sedimentos para o rio.
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ILHAS FLUTUANTES • Os jardins flutuantes acompanham a variação da lâmina d’água, evitando alagamento do sistema e arraste das plantas; • A própria superfície aquática funciona como área para implementação da solução, viabilizando a execução do projeto; • Eliminação de impermeabilização e substratos – os dois maiores custos do atual sistema de filtros plantados com fluxo subsuperficial.
apresentação extra
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ÁGUAS PLUVIAIS E CORPOS HÍDRICOS → Melhoria da qualidade da água; → Armazenamento da inundação; → Dessincronizarão entre tempestade e escoamento superficial;
→ Ciclo de nutrientes (compostos orgânicos); → Habitat para vida aquática; → Áreas de recreação passiva como observação de aves e fotografia da paisagem; → Educação e pesquisa; → Estética e valorização paisagística. 28
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Parc du Chemin de I'lle Parc du Chemin de I'lle, em Nanterre, na França, foi concebido como parte de um projeto para revitalização urbana e despoluição do Rio Sena, em 2006. O
parque é um agradável espaço de convívio, onde as pessoas passeiam e fazem piquenique aos finais de semana, mas os seus jardins não são apenas embelezadores da paisagem, são jardins de
fitorremediação
projetados
pela
Phytorestore que recebem parte da água
poluída do Rio Sena.
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LODOS INDUSTRIAIS O lodo é composto basicamente por substâncias mineralizadas e matéria orgânica decomposta, porém, antes de qualquer tratamento é necessária análise físico-química do material para conhecer caracterização. O tratamento do lodo tem dois objetivos: a redução de volume e a estabilização de matéria orgânica. A redução do volume ocorre através da secagem dos sólidos retidos mecanicamente através da filtragem no meio suporte. A parte líquida é absorvida pelo filtro plantado e tratada na rizosfera. Na zona de raízes ocorre a mineralização dos poluentes inorgânicos e a biodegradação da matéria orgânica, resultando em um líquido de melhor qualidade e finalizando a redução de massa e volume. 30
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EFLUENTES SANITÁRIOS E INDUSTRIAIS Os efluentes sanitários e domésticos são termos utilizados para caracterizar águas residuais, negras e/ou cinzas, provenientes de banheiros, cozinhas e demais lavagens. Sua composição inclui sólidos suspensos, sólidos dissolvidos, matéria orgânica, nutrientes (nitrogênio e fósforo) e organismos patogênicos (vírus, bactérias, protozoários e helmintos).
Já o efluente industrial possui características próprias, inerentes aos processos industriais. Suas características químicas, físicas e biológicas variam de acordo com o ramo de atividade da indústria. Os parâmetros de são avaliados a partir de uma amostra do resíduo líquido coletado e enviado para um laboratório credenciado.
indústria filtro vertical efluentes sanitários
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filtro horizontal
lagoa plantada
meio receptor
fluxo de água para tratamento
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EFICIÊNCIA DO SISTEMA Saída dos Jardins Lagoa Terminal Rendimento Global
MES
DBO
DQO
Nitrogênio
Fósforo
>95% 95% >99%
>85% 85% >97%
>85% 90% >98%
50 a 70% 90% >95%
30 a 60% 50% >65%
Rendimento padrão dos Jardins Filtrantes® para tratamento de efluente doméstico
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Biofazenda, off-site francês A Biofazenda é um centro de fitorremediação capacitado para receber lodo, efluentes, solos contaminados e resíduos orgânicos de empresas particulares ou organizações públicas que não possuem estações de tratamento em seu próprio site e que necessitam terceirizar essa função. Configurada em uma grande área afastada do ambiente urbano, a Biofazenda é formada por composições de Jardins Filtrantes® específicos para cada tipo de resíduo que será recebido. Constitui uma alternativa ecológica e sustentável que se contrapõe às soluções tradicionais - como aterramento e incineração 33
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PAISAGEM MULTIFUNCIONAL os jardins filtrantes da phytorestore
Apoio:
OS JARDINS FILTRANTES ® Os Jardins Filtrantes® são compostos por um sistema de wetlands emergentes de fluxo subsuperficial híbrido ― no qual o filtro de fluxo vertical antecede o filtro de fluxo horizontal ― combinado com um filtro de fluxo superficial. Ou seja, são três bacias sequenciadas denominadas de (a) Filtro Vertical, (b) Filtro Horizontal e (c) Lagoa Plantada.
O tratamento acontece através de reações produzidas no substrato, estimuladas pela atividade das plantas e dos microrganismos simbiontes nas raízes, eliminando os poluentes sem contaminação das plantas ou do meio.
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Indústria Farmacêutica, efluente sanitário, 650 funcionários, área de 1.600m² (superfície de tratamento)
ELEMENTOS
Ptotal (mg/l) DBO (mg/l) DQO (mg/l) O&G (mg/l)
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---------------12/08/2013-----------Entrada Saída Remoção 6,68 0,49 92,66% 233 20,8 91,07% 700 100 85,71% 16,6 3,47 79,10%
---------------11/09/2013------------Entrada Saída Remoção 5,78 0,43 92,56% 141 12,6 91,06% 521 108 79,27% 10,8 3,24 70,00%
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CONAMA 430 ATENDE ATENDE ATENDE ATENDE
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Apoio:
PROCESSOS DE TRATAMENTO Processos biológicos. Ocorrem no interior dos Jardins Filtrantes® através da fitorremediação em estágios aeróbios, anaeróbios e facultativos, reduzindo os parâmetros de DBO, DQO, N, P e desinfecção; e aumentando a taxa de OD.
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Processos mecânicos. Ocorrem através da passagem mecânica por partes dos vegetais e pelo meio suporte. A fricção da passagem possibilita a deposição dos sólidos, e consequentemente a melhora deste parâmetro, que também está muito ligado à turbidez.
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Apoio:
MACRÓFITAS As espécies resilientes a esse meio são conhecidas como macrófitas e englobam todas as plantas cujas partes fotossinteticamente ativas estão o tempo todo, ou por algum período de tempo, submersas em água ou flutuantes em sua superfície. A presença das plantas ajuda a reduzir o índice de turbidez da água através da remoção de sólidos suspensos, o material adsorvido pelas raízes compõe um ecossistema favorável para o desenvolvimento de fungos e bactérias que de fato decompõe a matéria orgânica. Os produtos mineralizados resultantes dessa quebra são em parte absorvidos pela planta como nutrientes necessários para o seu desenvolvimento. 38
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Apoio:
MACRÓFITAS EMERGENTES Vymazal (1998) classifica os wetlands em três principais tipologias: flutuantes, submersas e emergentes. Na primeira, as plantas podem ser enraizadas com folhas flutuantes na superfície da água ou livres. Já na segunda tipologia, as plantas podem ser enraizadas, crescendo totalmente debaixo d’água ou livres, flutuando debaixo d’água. Por fim, na terceira tipologia as plantas são enraizadas no sedimento com folhas que crescem além do nível d’água.
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MACRÓFITAS EMERGENTES
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Apoio:
FILTROS VERTICAIS (WEFSSH-FV) Permite maior condutividade hidráulica, pois o substrato não permanece constantemente saturado, dessa forma a zona de raízes caracteriza-se como um meio aeróbico. A presença de oxigênio permite a ocorrência de importantes processos químicos como a nitrificação e a mineralização dos depósitos orgânicos resultantes dos Sólidos Suspensos Totais (SST), esse meio também promove a remoção da carga de DBO e DQO, Fósforo, Amônia, Nitrito e Sulfeto.
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Apoio:
FILTROS VERTICAIS (WEFSSH-FV) MACRÓFITAS TUBULAÇÃO PVC MEIO SUPORTE
IMPERMEABILIZAÇÃO
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Apoio:
FILTROS HORIZONTAIS (WEFSSH-FH) Apresenta estabilidade hidráulica, pois a água fica permanentemente armazenada no substrato, promovendo um meio anaeróbico. Devido à sua limitada capacidade de transferência de oxigênio é mais eficiente na remoção de poluentes como Nitrato, Sulfato e DBO no tratamento secundário e terciário. Essa etapa é muito satisfatória na remoção de sólidos suspensos e bactérias.
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Apoio:
FILTROS HORIZONTAIS (WEFSSH-FH) MACRÓFITAS TUBULAÇÃO PVC MEIO SUPORTE
IMPERMEABILIZAÇÃO
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Apoio:
LAGOA PLANTADA (WEFS)
Compõe o tratamento terciário removendo grande quantidade da carga de matéria orgânica e de sólidos suspensos devido a eficiência hidráulica (baixa velocidade de fluxo e alto tempo de detenção) e as boas condições de sedimentação. 45
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Apoio:
LAGOA PLANTADA (WEFS) MACRÓFITAS
LÂMINA D’ÁGUA LIVRE IMPERMEABILIZAÇÃO
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Apoio:
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VANTAGENS e precauções
Apoio:
PONTOS POSITIVOS Aplicação da técnica “in situ” Processo natural, eficiente e não necessita de insumos químicos ou equipamentos complexos Nos casos de tratamento de compostos orgânicos, a biomassa resultante da poda pode ser reutilizada como adubo e fins similares Melhoria visual da paisagem, valorização social e criação de nichos ecológicos Aplica-se a grande variedade de poluentes, sendo eficiente na remoção de sedimentos finos, metais, nutrientes e bactérias, além de não gerar lodo contínuo Baixo custo e complexidade de operação e manutenção quando comparada a soluções tradicionais Baixo impacto ambiental, redução do volume de escoamento superficial e melhoria das águas da bacia hidrográfica
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PONTOS DE ALERTA Demanda grandes áreas de implantação Limites de tolerância à certos contaminantes por parte das plantas (capacidade suporte) Dependência de fatores fora do controle humano, processo natural de sistema aberto (tempo de desenvolvimento das plantas para formação de uma rizosfera robusta) Em casos de compostos inorgânicos pesados, a bioacumulação gera toxicidade ao meio Com o tempo entra em processo de colmatação, dependendo do aporte de sedimentos, sendo necessária a troca do meio suporte e replantio das macrófitas
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OBRIGADA! Arq. Maria Estela Ribeiro Mendes