Abstract In Brazil, there is low coverage of sewage collection and treatment, a condition that is even more critical in smaller cities. One reason for this is the lack of resources for investment in conventional reactors. The present study therefore compared the costs of different treatment alternatives based on the average values of construction and operation present in the literature, the values of the price per square meter for land acquisition, electricity tariffs, and final sludge disposal by considering different operating times of wastewater treatment plants (WWTPs). This allowed inferences about the costs associated with the choice of the configuration of a municipal WWTP. Based on the scenarios studied, it was observed that the conventional systems evaluated are, in general, more costly, especially after several years of operation. However, the choice of these treatment units may be more interesting in scenarios with high cost per square metre and lower electricity rates or where there is no area availability. For smaller cities and with lower real estate pressure, the natural systems evaluated are more indicated due to the low total costs (construction and operation) and adequate pollutant-removal efficiencies.

Resumo No Brasil, verifica-se baixa cobertura de coleta e tratamento de esgotos, condição que é ainda mais crítica em cidades de menor porte. Um dos motivos apontados é a falta de recursos para investimento em reatores convencionais. Assim, o presente trabalho objetivou comparar custos de diferentes alternativas de tratamento, tendo como base, valores médios de construção e operação, presentes na literatura, valores do preço do metro quadrado para aquisição de terra, de tarifas de energia elétrica e da disposição final do lodo, considerando diferentes tempos de funcionamento das Estações de Tratamentos de Esgotos (ETE), permitindo fazer inferências sobre os custos associados na escolha da configuração de uma ETE municipal. Com base nos cenários estudados, observou-se que os sistemas convencionais avaliados são, em geral, mais onerosos, sobretudo após vários anos de operação. A escolha dessas unidades de tratamento, no entanto, pode ser mais interessante em cenários com alto custo do metro quadrado e tarifas de energia elétrica mais baratas, ou onde não haja disponibilidade de área. Para cidades de menor porte, com menor pressão imobiliária, os sistemas naturais avaliados são mais indicados, pelos baixos custos totais (construção e operação) e adequadas eficiências de remoção de poluentes.

RESUMO A epidemiologia baseada em esgotos é uma importante ferramenta de saúde pública com grande aplicabilidade no enfrentamento à pandemia de COVID-19, visto que indivíduos infectados são capazes de excretar partículas de SARS-CoV-2. Diante desse contexto, este estudo objetivou correlacionar o número de casos de COVID-19 com variáveis físicas e químicas e presença do vírus em amostras de esgoto bruto provenientes de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) do município de Lavras (MG) coletadas entre as 19ª e 25ª semanas epidemiológicas. As amostras foram concentradas pelo método de adsorção em membrana eletronegativa, e o RNA de SARS-CoV-2 foi extraído, detectado e quantificado por reação da transcriptase reversa seguida pela reação em cadeia da polimerase (RT-qPCR) utilizando-se oligonucleotídeos e sondas para o gene N. Ademais, as variáveis pH, sólidos suspensos totais e demanda química de oxigênio foram avaliadas. Os casos de COVID-19 foram obtidos de boletins epidemiológicos disponibilizados pela prefeitura. Na 24ª semana epidemiológica, observou-se redução na concentração viral (cópias L-1) concomitantemente às medidas de enfrentamento à pandemia iniciadas pelo município. Correlação positiva forte e significativa (p < 0,05) entre carga viral e número de casos confirmados foi obtida por meio do teste de Spearman, entretanto não houve correlação entre a presença do vírus e as características físicas e químicas do esgoto. Sugere-se, portanto, que novas pesquisas sejam realizadas com a finalidade de rastrear a concentração de SARS-CoV-2 em águas residuárias, corroborando, desse modo, com o enfrentamento à pandemia e a obtenção de sistemas de vigilância epidemiológica por meio do monitoramento de esgotos.

ABSTRACT Wastewater-based epidemiology is an important public health tool with great applicability when facing the COVID-19 pandemic, since infected individuals are able to excrete SARS-CoV-2 particles. In this context, this study aimed to correlate the number of cases of COVID-19 with physical and chemical variables and the presence of the virus in raw sewage samples from a sewage treatment plant (STP) in the municipality of Lavras, Minas Gerais, Brazil, collected between the 19th and 25th epidemiological weeks. The samples were concentrated by electronegative membrane adsorption method and SARS-CoV-2 RNA was extracted, detected, and quantified by RT-qPCR using oligonucleotides and probes for the N gene. Moreover, the variables pH, total suspended solids, and chemical oxygen demand were evaluated. COVID-19 cases were obtained from epidemiological bulletins made available by the municipal government. From the 24th epidemiological week on, a reduction in viral concentration (copies L-1) was observed concomitantly with the pandemic response countermeasures initiated by the municipality. A strong and significant positive correlation (p<0.05) between viral load and number of confirmed cases was obtained through Spearman’s test. However, there was no correlation between the presence of the virus and the physical and chemical characteristics of the sewage. Therefore, it is suggested that further research be carried out in order to track SARS-CoV-2 concentrations in wastewater, thus corroborating with the fight against the pandemic and the achievement of epidemiological surveillance systems based on sewage monitoring.

Resumo No presente trabalho, avaliou-se a influência do tipo de substrato (garrafas PET amassadas ou brita gnáissica # 0) de preenchimento na eficiência de remoção de poluentes em sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (HSSF-CWs) cultivados, de forma consorciada, com capim-elefante cv. Napier (Pennisetum purpureum Schum) e capim-tifton 85 (Cynodon spp.), para o tratamento de água residuária de tanque comunitário de resfriamento de leite (WWMT). Para isso, foram utilizados seis HSSF-CWs, nas dimensões de 0,6 m de altura x 1,0 m de largura x 2,5 m de comprimento. Com o intuito de investigar a possível perda de eficiência na remoção de poluentes pelo sistema, a operação do sistema foi dividida em dois períodos: Período I (de abril a dezembro de 2015) e Período II (abril a dezembro de 2016). Assim, compararam-se estatisticamente, as eficiências na remoção de DBO5, série de sólidos e nitrogênio total (TN), fósforo total (TP), potássio (K) e sódio (Na) da WWMT. Os resultados indicaram que a eficiência dos HSSF-CWs na remoção de poluentes aumentou ou permaneceu semelhante após um ano e nove meses de sua operação e que Garrafas PET amassadas podem constituir alternativa viável de substrato em HSSF-CWs, tendo em vista que propiciaram eficiente remoção de poluentes da WWMT, ao longo de um ano e nove meses de monitoramento. Garrafas PET amassadas são opção viável se substrato para enchimento de HSFF-CWs. Alteração na posição de cultivo das espécies vegetais não alterou as eficiências de remoção de poluentes, mas indicou a importância da forma de arranjo das espécies no desempenho desse sistema.

Abstract The present work evaluated the influence of filling substrate material (crushed PET bottles or fine gravel) on the efficiency of pollutant removal in horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CWs). They were cultivated with a consortium of elephant grass cv. Napier (Pennisetum purpureum Schum) and Tifton 85 (Cynodon spp.) to treat wastewater from a common milk cooling tank (WWMT). For this, six HSSF-CWs were used which had dimensions of 0.6 m tall x 1.0 m wide x 2.5 m long. In order to investigate possible efficiency loss in the removal of pollutants from the system, operation was divided into two periods: Period I (from April to December 2015) and Period II (April to December 2016). Thus, the removal efficiencies of BOD5, solids and total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), potassium (K) and sodium (Na) from WWMT were statistically compared. Results indicated that the efficiency of the HSSF-CWs for removing pollutants increased or remained similar after one year and nine months of their operation; and PET bottles were a viable alternative substrate in HSSF-CWs based on the efficient removal of pollutants from WWMT during the one year and nine months of monitoring. Crushed PET bottles constitute a viable substrate for filling HSSF-CWs. Altering the cultivation positions of the plant species did not change pollutant removal efficiencies, but indicates the importance of species arrangement to maximize system performance.

RESUMO Neste trabalho, teve-se como objetivo avaliar o desempenho de Sistemas Alagados Construídos de Escoamento Horizontal Subsuperficial (SAC-EHSS) cultivados com Mentha aquatica, submetidos a diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH), na remoção de matéria orgânica, nutrientes e bactérias do grupo coliformes presentes em esgoto sanitário efluente de tanque séptico. Quatro SACs-EHSS de 24,0 × 1,0 × 0,35 m foram construídos e preenchidos com brita #0, como meio suporte, até a altura de 0,20 m. Em dois SAC-EHSS, foi cultivada a espécie Mentha aquatica, permanecendo os outros dois sem vegetação como tratamento controle. O experimento foi realizado em duas etapas: na primeira, de 20 de junho a 24 de agosto de 2011, avaliaram-se os TDH de 6,0 e 4,5 dias; e, na segunda, de 31 de agosto a 09 de novembro de 2011, foram analisados os TDH de 3,0 e 1,5 dias. Para avaliação do desempenho dos sistemas, foram quantificadas as variáveis: demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), concentrações totais de nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K) e sódio (Na), coliformes totais e Escherichia coli. As eficiências médias na remoção de DQO variaram entre 71,3 e 91,4% e as de DBO5, entre 75,3 e 91,0%. As remoções médias de nutrientes foram de 29,5 a 77,2% do N total; de 12,8 a 58,3% do P total; de 20,4 a 63,3% do K total; e de 17,5 a 53,4% do Na total. As reduções na contagem de coliformes totais foram de 1,29 a 3,41 unidades logarítmicas e as de E. coli, de 1,13 a 3,46 unidades logarítmicas. Maiores eficiências na remoção de matéria orgânica, nutrientes e bactérias do grupo coliformes foram observadas nos SAC-EHSS cultivados que operaram com maiores TDH.

ABSTRACT This work was conducted to evaluate the performance of horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CWs) cultivated with Mentha aquatica, subjected to different hydraulic retention times (HRTs), in the removal of organic matter, nutrients and coliform bacteria in sewage effluent from septic tank. Four HSSF-CWs measuring 24.0 × 1.0 × 0.35 m were built and filled with gravel # 0, as a support medium, up to the height of 0.20 m. In two HSSF-CWs, Mentha aquatica was cultivated, the other two remained without vegetation, as control treatment. The experiment was conducted in two stages: in the first, from 06/20 to 08/24/2011, HRTs of 6.0 and 4.5 days were evaluated, and in the second stage, from 08/31 to 11/09/2011, HRTs of 3.0 and 1.5 days were evaluated. To evaluate the systems performance, the following variables were quantified: chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total nitrogen, phosphorus, potassium, sodium, total coliforms and Escherichia coli. Average removal efficiencies of COD ranged from 71.3 to 91.4% and of BOD5 from 75.3 to 91.0%. With respect to nutrients, average removals ranged from 29.5 to 77.2% total N; 12.8 to 58.3% total P; 20.4 to 63.3% total K and 17.5 to 53.4% total Na. Reductions in total coliform counts ranged from 1.29 to 3.41 log units and 1.13 to 3.46 log units in E. coli. Improved efficiencies in the removal of organic matter, nutrients and coliform bacteria were observed in cultivated HSSF-CWs that operated at higher HRT.

RESUMO No presente trabalho, teve-se por objetivo avaliar a influência da proporção geométrica e o tempo de operação na hidrodinâmica do sistema. Para isso, três sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS) de diferentes razões comprimento:largura (L/B) foram caracterizados no que se refere ao comportamento hidrodinâmico, no início e após três meses de sua operação, durante o tratamento de esgoto sanitário. O comportamento hidrodinâmico foi avaliado por meio da técnica estímulo-resposta, com a injeção de traçador de cloreto de lítio (LiCl), na forma de pulso, e da construção da curva de distribuição dos tempos de residência (DTR), a partir da qual foram extraídos parâmetros que permitiram a análise hidrodinâmica dos sistemas. Verificou-se que todos os SACs-EHSS apresentaram comportamento hidrodinâmico do tipo disperso, embora tenha sido observada correlação inversa entre L/B e o número de dispersão (d) no sistema. O tempo de operação desses sistemas também proporcionou pequena redução no d, em todos os SACs-EHSS.

ABSTRACT The objective of the present work was to evaluate the geometric ratio and the operating time’s influence on the systems’ hydrodynamic conditions. For this purpose, three horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CWs) in pilot scale, with same useful volume () but with different length:width (L/B) ratio, were characterized regarding the hydrodynamic behavior at the beginning and after 3 months of operation, in sewage treatment. To obtain the HSSF-CW conditions, the stimulus-response technique with the lithium chloride (LiCl) tracer injection on a pulse format was used. Thus, the residence time distribution curve was constructed, from which parameters were extracted and enabled the hydrodynamic analysis of the systems. It was found that all HSSF-CWs presented dispersed hydrodynamic behavior, although the results indicated an inverse correlation between L/B and the dispersion number. The operating time of these systems provided a reduction in the dispersion number in all HSSF-CWs, different from the results found in some works.

RESUMO O presente trabalho objetivou avaliar as condições de funcionamento de dois sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS), um plantado (SACP) com taboa (Typha latifolia) e outro mantido sem plantas (SACNP), ao longo de oito anos de operação, no tratamento de esgoto sanitário. Mediu-se a extensão do escoamento superficial, como indicativo da colmatação do meio poroso ao longo do tempo, além de diversas variáveis que possibilitem inferências sobre as possíveis perdas de eficiência do sistema na remoção de poluentes dessa água residuária. As avaliações indicaram que o meio poroso dos dois SACs se encontra colmatado (mais de 80% do leito apresentando escoamento superficial), estando o SACNP, atualmente, em pior situação, tendo havido prejuízo do seu potencial de remoção de sólidos e nitrogênio em relação ao SACP. Apesar disso, o desempenho em ambos os sistemas permanece satisfatório, não existindo tendência de decréscimo acentuado nas suas capacidades de remoção de poluentes, contrariando a expectativa e corroborando resultados obtidos em trabalhos de monitoramento desses sistemas por longos períodos de tempo. A carga aplicada e o tipo de pré-tratamento a que o esgoto foi submetido parecem ter sido mais decisivos na eficiência dos sistemas em remover nutrientes/poluentes do que o próprio período de operação das unidades, sobretudo no que se refere ao SACP.

ABSTRACT The objective of this work was to evaluate the conditions of operation of two horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CW), one planted (PCW) with cattail (Typha latifolia), and another, maintained without plants (NPCW), along eight years of operation in sewage treatment. The extent of the overland surface flow was measured as an indicative of the clogging of the pore medium over time, besides several variables that allow to infer possible losses of treatment efficiency in the pollutants removal from wastewater. Evaluations indicated that the porous medium of the two CWs is clogged (more than 80% of the bed with overland surface flow), and that the NPCW is currently in a worse condition, with a reduction of its solids and nitrogen removal potential in relation to the PCW. Despite this, the performance in both systems remains satisfactory, and there is no tendency of decrease in the capacity to remove pollutants, contrary to expectations, and corroborating the results obtained in works that monitored these systems for long periods of time. The load applied and the type of pretreatment to which the influent was submitted seem to have been more decisive in the systems’ efficiency in removing nutrients/pollutants than the operating period of the unit, especially for the PCW.

RESUMO Confiável quantificação da demanda bioquímica de oxigênio exercida (DBO exercida) poderá ser obtida com incubação das amostras sob temperaturas diferentes, desde que o valor da demanda bioquímica de oxigênio última (DBOU) não seja alterado nessas condições. Alguns autores têm relatado aumento no valor da DBOU com a elevação da temperatura de incubação das amostras, o que pode ser decorrente da ocorrência da nitrificação, da aclimatação diferenciada ou do mau ajuste dos modelos de progressão da demanda bioquímica carbonácea de oxigênio (DBO exercida). Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito da temperatura sobre a progressão da DBO exercida e o valor da DBOu em amostras de esgoto doméstico bruto, avaliando-se qual modelo melhor se ajusta aos dados obtidos. Os resultados indicaram pequena influência da temperatura de incubação das amostras nos valores da DBOU do esgoto sanitário e que os modelos de primeira e segunda ordens descreveram adequadamente a progressão da DBO exercida.

ABSTRACT Reliable quantification of biochemical oxygen demand exerted (exerted BOD) can be obtained by incubating samples at different temperatures, since the amount of ultimate biochemical oxygen demand (UBOD) does not change in these conditions. Some authors have found increased UBOD values with rise in temperature of incubating samples, which could be due to the occurrence of nitrification, the acclimatization or the inadequacy of modeling of carbonaceous oxygen demand (exerted BOD) progression. This study aimed to evaluate the effect of temperature on the progression of exerted BOD and UBOD values in samples of raw domestic sewage, checking which model best fits the data. The results indicated low influence of incubating sewage samples temperature on UBOD values, being that both models, first and second order, described properly the exerted BOD progression.

A definição das doses de aplicação de resíduos orgânicos de origens agrícola, urbana ou industrial, com vistas a seu aproveitamento agrícola, deve estar fundamentada na taxa de sua mineralização no solo. Neste trabalho, os objetivos foram utilizar e analisar diferentes métodos de estimativa das frações mineralizadas dos estercos de bovinos, suínos e galinhas, bem como do lodo de esgoto e do composto de lixo urbano, em campo, quando incorporados ou dispostos sobre um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (LVAd). O experimento foi conduzido por um período de 360 dias, sendo feita coleta mensal de amostras do solo/resíduo, em que foram quantificadas as concentrações de carbono facilmente oxidável (COfo), o nitrogênio total, o amônio e o nitrato, possibilitando a estimativa do nitrogênio orgânico (NO). Verificou-se que estimativas das frações mineralizadas em resíduos dispostos superficialmente estão mais sujeitas a erros que as incorporadas, em razão das diferentes proporções resíduo/solo coletadas durante o período de monitoramento. Recomendou-se a obtenção das frações mineralizadas a partir de dados de concentração de COfo no solo/resíduo, tendo em vista que as de Ninorg e, consequentemente, de NO estão sujeitas à forte influência da ocorrência de chuvas, gerando valores pouco confiáveis. As frações mineralizadas de COfo e NO estimadas, considerando-se as adições de material orgânico (COfo(adic) ou NO(adic)), foram, após 120 dias de incubação do resíduo, superiores a 89,3 %, sejam nos resíduos incorporados ou dispostos superficialmente.

The definition of application rates of organic waste from agricultural, urban or industrial sources, with a view to agricultural re-use must be based on the soil mineralization rate. The objective of this study was to test different estimation methods of mineralized fractions of cattle, pig and poultry manure, as well as of sewage sludge and municipal solid waste compost, under field conditions, incorporated or applied to the surface of a Red-Yellow Latosol (LVAd). The experiment was conducted for 360 days and soil/residues were monthly sampled for analysis of readily oxidisable organic carbon (OCro), total N, ammonium and nitrate concentrations, allowing the estimation of organic N (ON). The estimates of mineralized fractions of surface-applied residues were more biased than of incorporated wastes, as shown by different soil/residue proportions collected during the monitoring period. It is recommended to calculate the mineralized fractions using OCro data of the soil/residues, because the inorganic N and therefore ON is strongly influenced by rainfall, resulting in unreliable values. After 120 days of residue incubation, the mineralized fractions of OCro and NO, estimated based on the applied organic material (OCro or ON), were over 89.3 %, for incorporated and surface-applied wastes.

Estudou-se a influência da taxa de carga orgânica (TCO) no desempenho de sistemas alagados construídos (SACs) de escoamento subsuperficial. Cada SAC foi constituído por um tanque de 0,40 x 0,73 x 3,00 m. A água residuária de laticínios (ARL) foi aplicada com vazão de 60 L.d-1. O tratamento testemunha foi constituído por um SAC sem vegetação, ao qual foi aplicada uma TCO de 130 kg.ha-1 d-1 de DBO. Nos SACs cultivados com capim-elefante e com capim-tifton 85, foram aplicadas TCOs de 66, 130, 190, 320 e 570 kg.ha-1 d-1 de DBO. Os SACs se mostraram eficientes na remoção de DBO, DQO, SST, ST e nitrogênio. TCOs entre 250 e 400 kg.ha-1 d-1 de DBO proporcionaram maiores eficiências na remoção da carga orgânica e acima de 400 kg.ha-1 d-1 na de sólidos da água residuária. A presença de plantas nos SACs mostrou-se importante na remoção de N, K e Na da ARL.

The present paper was carried out to study the influence of organic loading rate (OLR) on the performance of subsurface flow constructed wetlands systems (CWs). Each CW was composed of a sealed tank of 0.40 x 0.73 x 3.00 m. The dairy industry wastewater was applied with flow rate of 60 L.d-1. In the control system, consisting of CW without vegetation, 130 kg.ha-1 d-1 of BOD was applied. In vegetated CWs (cultivated with elephant grass and tifton 85 bermudagrass), OLRs of 66, 130, 190, 320 and 570 kg.ha-1 d-1 of BOD were applied . The CW systems were efficient in the removal of BOD, COD, TSS, TS and nitrogen. OLRs between 250 and 400 kg.ha-1 d-1 BOD provide greater efficiencies in organic loading removal and above 400 kg.ha-1 d-1 in the solids removal from wastewater. The presence of the plants in the CWs showed to be important in the removal of N, K and Na of wastewater.