Nature-based solutions : the use of a floating wetland as an alternative to wastewater treatment

Abstract

Métodos físico-químicos convencionais usados no tratamento de efluentes são geralmente caros e o descarte destes efluentes ainda pode ser prejudicial ao meio ambiente. Deste modo, eco-tecnologias alternativas, como wetlands construídos (WC), são uma solução tradicionalmente utilizada. Uma variante dos sistemas de WC é o Wetland Flutuante Construído (WFC), que utiliza uma estrutura flutuante na qual um tapete radicular hidropônico é formado, auxiliando na biorremediação de águas poluídas. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de um sistema de WFC na melhora de parâmetros da qualidade de águas residuais brutas. No presente estudo realizou-se três experimentos com triplicatas, utilizando o efluente do Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No delineamento experimental foram considerados três tanques com macrófitas (M), Typha domingensis, e três tanques controles sem macrófitas (C). Os parâmetros analisados foram condutividade, pH, cor, turbidez, nutrientes (nitrogênio e fósforo), metais pesados (Zn, Cr, Cu, Pb e Cd) e ecotoxicidade. A comparação de tais parâmetros entre influentes (água residual bruta de entrada no sistema) e efluentes (pós-tratamento) foi por teste-T para amostras dependentes e para a comparação entre tratamentos (M vs C) teste-T para amostras independentes. Uma Análise de Agrupamento de duas vias foi realizada para identificar semelhanças entre as amostras brutas e pós-tratamento; e Análise de Componentes Principais (ACP) foi utilizada para identificar as principais variáveis explicativas do sistema. Como resultados, os tanques com T. domingensis apresentaram melhora significativa para condutividade, pH, cor, turbidez, nitrogênio e parâmetros ecotoxicológicos (p < 0,001) em comparação ao influente, menos fósforo. Os controles também apresentaram certa eficiência para todos os parâmetros (p < 0,04), que pode ser resultante de interações como processos de foto-oxidação e/ou da proliferação de algas/macrófitas flutuantes, que atuaram como agentes fitorremediadores. Dentre os metais pesados quantificados, apenas Zinco estava acima do limite de detecção do método analítico (0.012 mg/L) e não foi removido com eficiência nos tanques com macrófitas ou pelos controles. As macrófitas apresentarem ganho significativo de aproximadamente 30% de biomassa (p < 0,001), mas não houve crescimento das raízes em comprimento. Como conclusão geral, os resultados mostram que os WFCs têm o potencial de tratar o efluente bruto, contudo, o mesmo deve ser aplicado complementarmente com outras tecnologias de tratamento para garantir a melhora da qualidade do efluente bruto de modo efetivo.

Conventional physicochemical methods for effluent treatment are expensive and the resulting discharge can still be harmful to the environment. Thus, alternative eco-technologies such as constructed wetlands (CW) are a solution traditionally used. A variant from CW is the Floating Wetland Treatment (FWT) that uses a buoyant structure in which a hydroponic root net-work operates to bioremediate polluted waters. Therefore, the aim of this study was to evaluate the efficiency of a FWT system to improve the water quality parameters of a raw wastewater. The current study performed three experiments with triplicates, using effluent from the Vale Campus of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). In the experimental design it was considered three tanks with macrophytes (M), Typha domingensis, and its respective non-vegetated controls (C). Water quality parameters analyzed were conductivity, pH, color, turbidity, nutrients (nitrogen and phosphorus), heavy metals (Zn, Cr, Cu, Pb, and Cd) and ecotoxicity. The comparison of these parameters between influent (raw wastewater) and effluents (after treatment) used T-test for dependent samples and to compare treatments (M vs C) T-test for independent samples. A Two-way Cluster Analysis was performed to identify similarities between the raw and post-treatment samples; and a Principal Component Analysis (PCA) was used to identify the main explanatory variables on the system. As a result, the floating mats vegetated with T. domingensis significantly enhanced conductivity, pH, color, turbidity, nitrogen and ecotoxicological parameters (p < 0,001) compared to influent, minus phosphorus. Control tanks presented some efficiency for all parameters (p < 0.04), which may have occurred by interactions such as photo-oxidation processes and/or the presence of algae/floating macrophyte proliferation, that might also have acted as phytoremediation agents. Among all heavy metals quantified, only Zinc was above the detection limit and it was not efficiently removed in neither macrophyte or control tanks. The macrophytes show a significant gain of approximately 30% of biomass (p < 0,001), but there was no growth of root’s length. As an overall conclusion, FTW systems have potential to treat raw wastewater, nonetheless it has to be applied as a complementary technology in order to efficiently improve water quality of a complex effluent.