Fitorremediação de Zonas Úmidas Construídas

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Fitorremediação de zonas úmidas construídas
Discente do curso de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia1
Docente do curso de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia2
Leonardo Figueiredo Landim1
Raniela Andrade de Brito1
Gabriela 2
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restauração
manutenção
Diversas técnicas de tratamento
Altos custos operacionais;
geração secundária de resíduos
O tratamento
Sistemas biológicos
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Alto custo, geração secundária de resíduo, ambientalmente incorreto: escavação, lavagem do solo ou incineração do solo
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Fitorremediação
Promissora Custo benefício Meio ambiente
purificação de água das áreas úmidas
opção atraente no tratamento de águas residuais
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Fitorremediação é processo que utiliza plantas verdes para remover poluentes de meio ambiente ou para torná-los inofensivos (Raskin et al. 1994). É considerada uma tecnologia nova e altamente promissora para a remediação de locais poluídos devido ao seu desempenho competitivo, relação custo-benefício e meio ambiente. Usada para degradação, remoção e desintoxicação de poluentes químicos solos, sedimentos ou águas contaminados
A capacidade de purificação de água das áreas úmidas está agora sendo reconhecida como uma opção atraente no tratamento de águas residuais devido à sua capacidade de tratamento multi-poluente, baixo custo e operação fácil.
A fitorremediação é considerada subcategoria da biorremediação.
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Últimas décadas
Remediar águas residuais
Áreas úmidas
Contaminantes tóxicos
Metais pesados
pesticidas
Carbono orgânico
Material particulado
nutrientes
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Nas duas últimas décadas, a fitorremediação de áreas úmidas tem sido uma tecnologia significativa para remediar águas residuais, como as áreas úmidas atuam como uma fonte de vários contaminantes tóxicos, incluindo metais pesados, radionuclídeos, pesticidas, carbono orgânico, material particulado e nutrientes
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Existem vários processos associados à fitorremediação, dependendo do contaminante a ser tratado e das condições específicas do local. Com base na ação fisiológica de plantas, pelo menos dez processos diferentes foram identificados que auxiliam no manejo de solo poluído, água e ar.
A fitodegradação descreve o uso de plantas capazes de decomposição enzimática de compostos orgânicos ou contendo carbono em produtos químicos mais simples e menos tóxicos.
Fitoextração é o uso de plantas tolerantes a metais ou hiperacumuladores.
Fitovolatilização : às plantas absorve água rica em contaminantes orgânicos e libera os contaminantes na atmosfera através de transpiração.
Fitoestabilização refere-se a o uso de plantas para imobilizar contaminantes no solo.
Rizofiltração é o uso de sistemas radiculares de plantas para interceptar ou degradar contaminantes transmitidos pela água.
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sucesso da fitorremediação
Depende de fatores ambientais
Estrutura do solo;
Matéria orgânica;
Água;
Disponibilidade de oxigênio;
Temperatura;
Nutrientes;
Radiação solar;
intemperismo
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O sucesso da fitorremediação depende principalmente de uma variedade de fatores ambientais incluindo estrutura do solo, textura e matéria orgânica, água e disponibilidade de oxigênio, temperatura, nutrientes, radiação solar e intemperismo
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Zonas úmidas
Ecossistemas altamente diversos
Papel vital no meio ambiente
Terras de transição entre sistemas terrestres e aquáticos 
Áreas de pântano, turfeiras, águas naturais ou artificiais, permanentes ou temporárias, estática ou corrente
Variedade vegetal e animal
filtros naturais e incrível dinâmica de nutrientes 
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As zonas úmidas são ecossistemas altamente diversos e específicos tem papel vital no meio ambiente. Eles são identificados como áreas cobertas por água ou que tenham inundado os solos por períodos significativos durante a estação de crescimento.
As zonas úmidas podem ser definidas como terras de transição entre sistemas terrestres e aquáticos, onde o lençol freático geralmente fica próximo ou à superfície da terra ou a terra é coberta por águas rasas.
áreas úmidas são áreas de pântano, feno, turfeiras ou água, naturais ou artificiais ou permanentes ou temporária, com água estática ou corrente, fresca, salobra ou salgada.
Essas definições enfatizaram o significado ecológico das áreas úmidas. As zonas húmidas são frequentemente ricas em uma variedade de recursos que são altamente valioso para diferentes habitats, incluindo uma grande variedade da vida vegetal e animal.
A função das áreas úmidas também é significativa devido ao ótimo desempenho para regular o regime hídrico, atuar como filtros naturais e exibir uma incrível dinâmica de nutrientes 
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Zonas úmidas naturais
Zonas úmidas construídas
Purifica e melhora a qualidade da água
Atuam: Filtros do ecossistema
Sistema de engenharia artificial
Controla ou remove resíduos perigosos
Ambiente mais controlado
Conjunto ilimitado de toxinas e poluentes descartados
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Áreas úmidas naturais geralmente purificam e melhorar a qualidade da água que passa pelo sistema atuando como filtros do ecossistema.
Construído zonas úmidas são sistemas de engenharia artificial que são usados ​​para controlar ou remover resíduos perigosos de águas poluídas sob um ambiente mais controlado.
O sistema em torno de áreas úmidas construídas é um conjunto de número ilimitado de toxinas e poluentes descarregada de resíduos industriais, municipais e domésticos efluentes
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Zonas úmidas construídas
Ciclo hidrológico
química
Precipitação;
Fluxo superficial/subterrânea;
evapotranspiração
Variáveis físico-químicas
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. Os principais componentes do ciclo hidrológico incluem precipitação, fluxo de água superficial, fluxo de águas subterrâneas e evapotranspiração
A química das zonas úmidas é fortemente influenciada pelas variáveis ​​físico-químicas que interagiram com alguns elementos como como oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo, ferro e alumín
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Plantas úmidas
Facilita remoção de contaminantes
Remediação econômica
Ambientalmente correta
Morfologicamente tolerantes
Plantas pantanosas ou macrófitas
classificação
Emergentes
Submersas
flutuantes
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As plantas úmidas facilitam os principais mecanismos para remover tais contaminantes e, portanto, o uso de áreas úmidas para fitorremediação foi desenvolvido como uma remediação econômica e ambientalmente correta da água contaminada.
Plantas que são morfologicamente tolerantes ao crescimento em solo úmido sob condições de água suficientes ou insuficientes são como plantas pantanosas ou macrófitas.
As plantas de áreas úmidas podem ser classificadas em categorias gerais que incluem emergentes, submersas e plantas flutuantes com base em suas adaptações à vida na água.
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Plantas emergentes
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As plantas úmidas emergentes estão enraizadas no solo com porções basais que normalmente crescem sob a superfície da água, mas cujas folhas, caules (partes fotossintéticas) e reprodutivas órgãos são aéreos (Fig. 21.2). Exemplos de plantas emergentes incluem espécies de taboa e junco
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Plantas submersas
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As plantas submersas passam o ciclo de vida inteiro sob a  superfície da água e quase todos estão enraizados no substrato. Plantas submersas podem absorver oxigênio dissolvido e dióxido de carbono da coluna de água. As raízes podem absorver facilmente os nutrientes e a água do substrato e sua principal função é a ancoragem.
As folhas de plantas submersas são frequentemente altamente dissecadas ou divididas, tendo a vantagem de criar uma área de superfície muito grande para absorção e fotossíntese
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Plantas flutuantes
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Plantas cujas folhas flutuam principalmente na superfície da água enquanto as raízes estão ancoradas no substrato são conhecidas como flutuantes plantas. Grande parte do corpo da planta está debaixo d'água e pode ou pode não estar enraizado no substrato . Apenas pequeno porções, nomeadamente flores, elevam-se acima do nível da água. As plantas flutuantes podem sombrear água abaixo, reduzindo o número de espécies submersas que competir com eles por nutrientes.
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Tipos de Pantanal ConstruídoSistemas de tratamento
Classificação Geral
Dos sistemas de tratamento de áreas úmidas construídos (CWs).
Fonte:Phyt-remediation, volume 2
A maioria dos sistemas é projetada com fluxo subsuperficial horizontal (HF CWs), mas os sistemas de fluxo vertical (VF CWs) são ficando mais popular no momento. Áreas úmidas construídas com superfície livre da água (FWS CWs) não são usadas tanto quanto Sistemas HF ou VF, apesar de ser um dos projetos mais antigos da Europa.
combinados
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Superfície de Água Livre Construída Áreas Úmidas (FWS CWs)
Tipos de Pantanal Construído Sistemas de tratamento
Fonte: Phyt-remediation, volume 2
Com macrófitas emergentes é uma bacia selada; 
Contendo 20 a 30 cm de solo enraizado
Com profundidade de água de 20 a 40 cm
Lixo fornece carbono orgânico para desnitrificação, que pode ocorrer em bolsas anaeróbicas dentro da camada de areia
20-30 cm
20 a 40 cm
plantas não são colhidas
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Superfície de Água Livre Construída Áreas Úmidas (FWS CWs)
Função: fornecer estrutura para melhorar a floculação, sedimentação e filtração de sólidos em suspensão por condições hidrodinâmicas, e plantas fornecem superfícies sólidas essenciais para atividades microbianas para remover matéria orgânica. 
Phragmites australis 
Sagittaria latifolia 
Bolboschoenus
Fonte: Google
Macrófitas
O N é removido principalmente através da nitrificação (na coluna de água) e subsequente desnitrificação (na camada de areia) e volatilização de amônia.
Tipos de Pantanal Construído Sistemas de tratamento
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Fluxo Subterrâneo Horizontal Áreas Úmidas Construídas (HF CWs)
Fonte: Phyt-remediation, volume 2 
Canal cheio de cascalho;
Topo de cascalho
areia plantado com vegetação aquática;
As águas residuais fluem horizontalmente através do canal; 
O material do filtro filtra as partículas presentes em águas residuais e microrganismos degradam materiais orgânicos.
 O nível da água em um pantanal de HF CW
5 e 15 cm 
abaixo da superfície para garantir a subsuperfície
Bactérias facultativas e anaeróbicas são capazes de degradar a maioria dos materiais.
 A vegetação tende a transferir uma pequena quantidade de oxigênio para a zona da raiz.
As raízes das plantas desempenham um papel importante na manutenção da permeabilidade do filtro.
Tipos de Pantanal Construído Sistemas de tratamento
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Fluxo Subterrâneo Horizontal Áreas Úmidas Construídas (HF CWs)
Phragmites australis (junco) 
 É uma boa escolha para HF CWs, uma vez que forma rizomas horizontais que penetram toda a profundidade do filtro;
O principal mecanismo de remoção do nitrogênio é a desnitrificação, e a remoção de amônia é limitada devido à falta de oxigênio no leito de filtração;
EXEMPLO DE MACROFITA
Tipos de Pantanal Construído Sistemas de tratamento
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Fluxo Subsuperficial Vertical Áreas Úmidas Construídas (VF CW)
Tipos de Pantanal Construído Sistemas de tratamento
Fonte: Phyt-remediation, volume 2 
É um filtro para tratamento secundário ou terciário de águas residuais ;
As águas residuais pré-tratadas são distribuído por toda a superfície do filtro e flui verticalmente através do filtro.
 A água é tratada por uma combinação de processos biológicos e físicos. 
Existe um sistema de drenagem na parte inferior do filtro para coletar as águas residuais tratadas 
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Áreas úmidas construídas híbridas
São sistemas projetados combinando diferentes tipos de zonas húmidas; eficiência do tratamento.
 São usados ​​particularmente quando é necessária a remoção de amônia-N e N total. 
 
Sistemas de Fluxo Horizontal 
não fornecer nitrificação: capacidade limitada de transferência de O.
Sistemas de Fluxo Vertical 
boas condições para a nitrificação, mas a desnitrificação não ocorre nesses sistemas.
Bactérias usam NO3 na respiração
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Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação de Pantanal Construída
Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação 
Remoção de nutrientes
N e P são os principais poluentes em efluentes de esgoto, agricultura e escoamento de tempestades urbanas.
Eutrofização de lagos, rios, estuários, e oceanos costeiros se deve principalmente à presença de excesso nutrientes 
As áreas úmidas construídas estão agora sendo reconhecidas como uma opção de tratamento de águas residuais economicamente viável para a remoção de nitrogênio e fósforo nas águas residuais.
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Remoção de Nutrientes
Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação 
As zonas úmidas construídas são mais utilizadas tratamento águas residuais ricas em nitrogênio
 alternativa econômica e desnitrificante de alta qualidade águas residuais nitrificadas.
 Os processos envolvidos na remoção e retenção de nitrogênio;
 A maioria  processos apenas convertem N em suas várias formas. Remoção do nitrogênio total por sistema de zonas húmidas depende do tipo de CWs.
Nitrogênio (N)
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Conversão biológica de N orgânico em nitrato
ºC, pH, relação C/N, condições do solo- textura e estrutura
Nitrito
Intermediário
ºC, pH, alcalinidade, P. microbiana, O.D
Amônio NH4
Nitrato NO3
Remoção de Nutrientes
transformar nitratos e outras substâncias em gás nitrogênio (N2)-bactérias desnitrificantes.
Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação 
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As taxas de remoção o nitrato diferem significativamente entre os tratamentos de vegetação e o tratamento misto remove três vezes mais nitrato do que o único tratamento.
Os cálculos do balanço de massa determinaram que a desnitrificação é a principal mecanismo. 
Temperatura da água e disponibilidade orgânica afeta as taxas de desnitrificação. 
A eficiência de diferentes tipos de CW para remover o nitrogênio total também foi estudado- a remoção de nitrogênio total nos tipos estudados de zonas úmidas construídas varia entre 40 e 50% com carga removida variando entre 250 e 630 g N dependendo do tipo de CW e carga de entrada.
Remoção de Nutrientes- N
Vymazal (2007) 
Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação 
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Remoção de Fósforo
fósforo nas áreas úmidas 
Ocorre principalmente como fosfato compostos orgânicos e inorgânicos;
A Principal mecanismos de retenção de fósforo incluem captação e liberação por vegetação e microorganismos;
Fonte: Google
É a espécies vegetal mais efetiva para fitorremediação de fósforo em comparação com as eficiências de remoção de Carex lacustris, Phalaris arundinacea e Typha latifolia plantadas em pantanais construídos.
Scirpus validus 
Mistura de espécies de plantas úmidas- mais eficaz do que o uso de plantas individuais.
Remoção de Poluentes Através de Fitorremediação 
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Limitações e Incerteza em Fitorremediação de Pantanal
Área nova e não totalmente desenvolvido;
 
Restrita por limitação da profundidade de enraizamento devido à distribuição rasa das raízes das plantas.
O uso da tecnologia de engenharia genética está sendo um prática existente em colocar a fitorremediação em primeiro plano de tecnologia de remediação
Fitorremedição
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