Soluções baseadas na natureza combinadas com processos oxidativos avançados visando o reúso de água

Abstract

A escassez hídrica e a presença de contaminantes emergentes têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias eficazes para o reúso seguro da água. Esta dissertação investigou a integração entre SbN e POAs como estratégia para viabilizar esse reúso. O estudo foi estruturado em três etapas. A primeira consistiu em uma análise bibliométrica na base Scopus, que revelou o crescimento expressivo da produção científica sobre a combinação entre WC e POAs, especialmente a partir de 2015. A análise dos artigos aponta o uso de WCs como etapa preliminar para remoção de carga orgânica e sólidos, sendo seguidos por POAs para polimento final, enquanto para situações com contaminantes mais recalcitrantes, a aplicação é inversa: POAs precedendo os WC para atenuar a carga antes do tratamento biológico. Na segunda etapa, avaliou-se o desempenho de um WC em escala real, operando com esgoto secundário e sujeito a inundações. Foram conduzidos ensaios de condutividade hidráulica, como Falling head e análise de sólidos, que indicaram ausência de colmatação crítica, mesmo sob taxas de aplicação superiores às recomendadas. O sistema apresentou remoções médias de 52% para DBO, 47% para DQO e 75% para SST, atendendo aos critérios da classe B de reúso. Na etapa final, investigou-se a degradação dos contaminantes ATZ, CPZ e SMX em efluente tratado pelo WC, utilizando o processo Foto-Fenton solar em pH neutro com Fe(III)-NTA e H₂O₂. Aplicou-se um planejamento experimental com superfície de resposta para otimização das condições operacionais, sendo identificado como ponto ótimo 0,3 mM de Fe(III)-NTA e 40 mg·L⁻¹ de H₂O₂. Nessa condição, as remoções alcançadas após 90 minutos foram de 91% para CPZ, 84% para SMX e 60% para ATZ. Os testes de toxicidade aguda com Daphnia magna e Allium cepa demonstraram ausência de efeitos tóxicos detectáveis após o tratamento. Os resultados indicam que a abordagem integrada entre SbN e POAs é eficaz, ambientalmente segura e aplicável em contextos com infraestrutura limitada, contribuindo para a gestão sustentável da água frente à crescente ameaça dos contaminantes emergentes.

Water scarcity and the presence of emerging contaminants have driven the development of effective technologies for the safe reuse of water. This dissertation investigated the integration of Nature-based Solutions (NbS) and Advanced Oxidation Processes (AOPs) as a strategy to enable such reuse. The study was structured into three main stages. The first consisted of a bibliometric analysis using the Scopus database, which revealed a significant increase in scientific production regarding the combination of constructed wetlands (CW) and AOPs, especially since 2015. The review showed a trend of using CWs as a preliminary step for removing organic load and suspended solids, followed by AOPs for final polishing. Conversely, in cases involving more recalcitrant contaminants, AOPs were applied prior to CWs to reduce the load before biological treatment. In the second stage, the performance of a full-scale CW treating secondary effluent and exposed to flood conditions was evaluated. Hydraulic conductivity tests, including the falling head method and solids analysis, indicated no evidence of critical clogging, even under hydraulic loading rates higher than recommended. The system achieved average removals of 52% for BOD, 47% for COD, and 75% for TSS, meeting the criteria for Class B water reuse. In the final stage, the degradation of the pharmaceuticals ATZ, CPZ, and SMX was assessed in CW-treated effluent using the solar photo-Fenton process at neutral pH with Fe(III)-NTA and H₂O₂. A response surface methodology was applied to optimize operational conditions, identifying the optimal point as 0.3 mM of Fe(III)-NTA and 40 mg·L⁻¹ of H₂O₂. Under these conditions, removals after 90 minutes were 91% for CPZ, 84% for SMX, and 60% for ATZ. Acute toxicity assays with Daphnia magna and Allium cepa indicated no detectable toxic effects after treatment. The results demonstrate that the integrated approach combining NbS and AOPs is effective, environmentally safe, and applicable in contexts with limited infrastructure, contributing to sustainable water management in the face of emerging contaminant pollution.