Phosphorus dynamics in constructed wetlands systems treating swine wastewater

Fia, Fátima Resende Luiz; Matos, Antonio Teixeira de; Fia, Ronaldo; Borges, Alisson Carraro; Baptestini, Gheila Corrêa Ferres

doi:10.1590/S1413-41522020124591

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 25 (1) • Jan-Feb 2020 • https://doi.org/10.1590/S1413-41522020124591 copy

Phosphorus dynamics in constructed wetlands systems treating swine wastewater

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

ABSTRACT

The objective of this study was to evaluate phosphorus removal and to obtain kinetic parameters in SACs used in the treatment of swine wastewater (ARS), under different phosphorus loading rates (TC_P). For this, eight tanks of 2.0 × 0.5 × 0.6 m were used. SAC₃, SAC₅, SAC_7, and SAC₉ were planted with Tifton-85 bermudagrass (Cynodon spp.) and SAC₂, SAC₄, SAC_6, and SAC₈ were planted with cattail (Typha latifolia). The average TC_P applied were 6.2 (SAC₂ and SAC₃), 12.4 (SAC₄ and SAC₅), 17.5 (SAC₆ and SAC₇) and 21.5 kg ha^-1 d^-1 (SAC₈ and SAC₉). The efficiency of phosphorus removal ranged between 65 and 78%, values which can be considered satisfactory, since the removal of phosphorus in these systems is low and ranges between 40 and 60%. Regarding adjustment of the kinetic models, it was found that the first order model did not fit well to the data obtained in this work, while the models of Brasil et al. (2007) and Kadlec & Wallace (2008) provided good fit and accurately described the kinetics of phosphorus removal in the evaluated SACs, with R² greater than 90%.

Keywords:
nutrients; kinetic; phosphorus; wetlands

Variáveis	SAC₂	SAC₃	SAC₄	SAC₅	SAC₆	SAC₇	SAC₈	SAC₉
Q	21 ± 2	21 ± 2	42 ± 4	42 ± 5	59 ± 5	59 ± 4	66 ± 17	78 ± 6
TDH	11,8 ± 1,1	12,0 ± 1,2	5,9 ± 0,6	5,9 ± 0,6	4,2 ± 0,4	4,2 ± 0,3	4,0 ± 1,1	3,2 ± 0,3
TC_P	6,2 ± 3,0	6,1 ± 3,0	12,4 ± 6,0	12,4 ± 6,0	17,5 ± 8,4	17,5 ± 8,4	19,5 ± 9,4	23,0 ± 11,1

SAC	pH	SST		Fósforo
SAC	pH	(mg.L^-1)	Rem. (%)	(mg.L^-1)	Rem. (%)
Afluente	7,68 ± 0,33	953 ± 803	-	161 ± 119	-
SAC₂	7,92 ± 0,09b	52 ± 15	84 ± 19a	34 ± 17	74 ± 17a
SAC₃	7,91 ± 0,11b	51 ± 19	86 ± 14a	37 ± 15	73 ± 15a
SAC₄	7,83 ± 0,19c	46 ± 34	89 ± 12b	39 ± 18	69 ± 19b
SAC₅	7,88 ± 0,17c	57 ± 24	87 ± 13b	38 ± 15	71 ± 20b
SAC₆	7,81 ± 0,15d	58 ± 25	87 ± 14c	43 ± 17	67 ± 20c
SAC₇	7,85 ± 0,16d	52 ± 28	90 ± 09c	46 ± 19	67 ± 20c
SAC₈	7,79 ± 0,17e	52 ± 25	90 ± 09d	48 ± 20	68 ± 16d
SAC₉	7,82 ± 0,18e	48 ± 23	88 ± 12d	50 ± 30	65 ± 19d

Grupos	Tratamentos	C_a	k	R² (%)
1	SAC₆ - Taboa + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	172	0,5668	71,70
	SAC₇ - Tifton-85 + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	169	0,4834	72,87
	SAC₈ - Taboa + TC_P = 19,5 kg.ha^-1.d^-1	172	0,5561	74,42
Modelo comum		171	0,5326	72,78
2	SAC₂ - Taboa + TC_P = 6,2 kg.ha^-1.d^-1	173	0,2339	73,00
2	SAC₃ - Tifton-85 + TC_P = 6,1 kg.ha^-1.d^-1	172	0,2240	72,92
Modelo comum		173	0,2289	72,95
3	SAC₄ - Taboa + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	172	0,3750	76,23
Modelo comum		172	0,3750	76,23
4	SAC₅ - Tifton-85 + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	168	0,4257	67,17
Modelo comum		168	0,4257	67,17
5	SAC₉ - Tifton-85 + TC_P = 23,0 kg.ha^-1.d^-1	168	0,6419	72,37
Modelo único		168	0,6419	72,37

Grupos	Tratamentos	C_a	k	n	R² (%)
1	SAC₂ - Taboa + TC_P = 6,2 kg.ha^-1.d^-1	183	1,0240	0,000001	83,67
	SAC₃ - Tifton-85 + TC_P = 6,1 kg.ha^-1.d^-1	172	0,8794	0,000001	77,48
	SAC₄ - Taboa + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	171	0,8810	0,000001	81,33
	SAC₆ - Taboa + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	190	1,0028	0,000002	85,03
	SAC₇ - Tifton-85 + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	187	0,8383	0,000002	79,50
	SAC₈ - Taboa + TC_P = 19,5 kg.ha^-1.d^-1	186	0,8543	0,000001	77,90
	SAC₉ - Tifton-85 + TC_P = 23,0 kg.ha^-1.d^-1	172	0,7080	0,000001	69,67
Modelo comum		200	1,0843	0,1605	99,22
2	SAC₅ - Tifton-85 + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	200	1,2244	0,0972	99,77
Modelo comum		200	1,2244	0,0972	99,77

Grupos	Tratamentos	C_a	C^*	k	R² (%)
1	SAC₂ - Taboa + TC_P = 6,2 kg.ha^-1.d^-1	200	56	1,5709	87,95
	SAC₃ - Tifton-85 + TC_P = 6,1 kg.ha^-1.d^-1	200	57	1,6530	88,22
	SAC₄ - Taboa + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	200	61	2,1607	89,12
	SAC₆ - Taboa + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	200	59	3,2678	88,96
	SAC₇ - Tifton-85 + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	200	63	3,0350	90,49
	SAC₈ - Taboa + TC_P = 19,5 kg.ha^-1.d^-1	200	61	2,9585	89,66
	SAC₉ - Tifton-85 + TC_P = 23,0 kg.ha^-1.d^-1	200	63	4,7825	89,89
Modelo comum		200	52	2,4773	98,77
2	SAC₅ - Tifton-85 + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	200	58	25,2305	88,98
Modelo comum		200	47	2,5313	99,18

Grupos	Tratamentos	C_r	C_a	k	R² (%)
1	SAC₂ - Taboa + TC_P = 6,2 kg.ha^-1.d^-1	0,8503	200	0,0550	25,53
	SAC₃ - Tifton-85 + TC_P = 6,1 kg.ha^-1.d^-1	0,8416	200	0,0521	25,04
	SAC₄ - Taboa + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	0,8478	202	0,0942	22,90
	SAC₅ - Tifton-85 + TC_P = 12,4 kg.ha^-1.d^-1	0,8410	200	0,1074	17,64
	SAC₆ - Taboa + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	0,8198	209	0,1426	20,01
	SAC₇ - Tifton-85 + TC_P = 17,5 kg.ha^-1.d^-1	0,8161	207	0,1209	16,56
	SAC₈ - Taboa + TC_P = 19,5 kg.ha^-1.d^-1	0,8101	212	0,1488	20,71
Modelo comum		0,8364	207	0,4307	66,64
2	SAC₉ - Tifton-85 + TC_P = 23,0 kg.ha^-1.d^-1	0,8198	205	0,6419	72,37
Modelo comum		0,8198	205	0,6419	72,37

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[1] * Autora correspondente: fatimarlf@deg.ufla.br

(1)	$C_{e} = C_{a} \cdot e^{(- k \cdot T H D)}$	C_e = concentração efluente (M.L^-3); C_a = concentração afluente (M.L^-3); C* = concentração residual (M.L^-3); C_r = coeficiente determinado experimentalmente, representando a fração residual do poluente (adimensional); k = constante de reação de primeira ordem (L.T^-1); A_SUP = área superficial do SAC (L²); Q = vazão afluente (L³ T^-1); TDH = tempo de detenção hidráulica (T); n = constante da equação.
(2)	$C_{e} = C_{a} \cdot C_{r} e^{- k (\frac{A_{S U P}}{Q})}$
(3)	$C_{e} = C_{a} \cdot e^{({- k \cdot T H D}^{a})}$
(4)	$C_{e} = C^{} + (C_{a} - C^{}) . e^{({- k . T H D}^{a})}$