São raros os modelos matemáticos que consideram a precipitação (PCT) e evapotranspiração
(EVT) no tratamento de esgoto. Esta pesquisa objetivou avaliar a influência desses fatores
climáticos em cinco modelos de tratamento de esgoto doméstico em wetlands construídas
(WCs). Foi construída uma estação de tratamento de esgoto doméstico composta por um
sistema híbrido de WCs (uma célula de fluxo subsuperficial vertical – WC-FSSV, seguida
de uma subsuperficial horizontal – WC-FSSH). Foi utilizado o meio suporte brita nº2 e a
espécie vegetal Crysopogon zizanioides em ambas as células. Realizou-se um ensaio com
traçador hidrodinâmico para avaliação do fluxo de esgoto nas WCs. Foram monitoradas, por
22 meses, as vazões diárias de entrada e saída de cada célula, o nível de esgoto e PCT diária
para cálculo da EVT (método do balanço de massa) das WCs. Quantificou-se a concentração
de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo do esgoto na entrada e saída de cada célula. Esses
dados (exceto de fósforo) foram aplicados aos modelos cinéticos de 1ª Ordem, de Grau de
2ª Ordem, de Monod, de Monod Multi e de Stover-Kincannon, segundo os fluxos
hidrodinâmicos de mistura completa (CSTR) e pistão (PFR), sem influência da PCT e EVT
(considerando apenas a concentração dos poluentes) e com influência dessas variáveis
climáticas (considerando nas equações as cargas poluentes e média das vazões afluente e
efluente). A WC-FSSV apresentou hidrodinâmica com leve desvio ao fluxo CSTR (d = 1,58
e N = 1,54) e a WC-FSSH com elevado grau de dispersão (d = 0,63 e N = 4,53) do esgoto
(alto desvio do fluxo PFR). As taxas médias de EVT nas WC-FSSV e WC-FSSH foram de
23,4 e 8,2 mm.d-1, correspondendo à perda percentual média de água de 30,8 e 35,8% do
volume de esgoto afluente, respectivamente. Na WC-FSSV, o modelo de Monod Multi
(CSTR) foi o mais adequado para o comportamento de NH4+, NO3- e DQO. Para DBO, o mais representativo foi o modelo de Stover-Kincannon-CSTR. Na WC-FSSH, o modelo de
Monod Multi (fluxo CSTR) foi o que representou melhor a NH4+ e DBO. Stover-Kincannon
foi a cinética mais adequada para a WC-FSSH descrevendo o NO3- (fluxo PFR) e DQO
(fluxo CSTR). Concluiu-se que o uso da carga poluente nos modelos matemáticos
representativos do tratamento de esgoto apresentou melhor performance ou insignificante
diferença estatística (exceção da DBO na WC-FSSV) do que os modelos que consideraram
apenas a concentração dos poluentes. Por fim, a DBO foi o parâmetro de qualidade da água
que se mostrou mais adequado para o dimensionamento de WCs, considerando os modelos
de Stover-Kincannon-CSTR (para WC-FSSV) e de Monod Multi-CSTR (para WC-FSSH).
Mathematical models that consider precipitation (PCT) and evapotranspiration (EVT) in
sewage treatment are rare. This research aimed to evaluate the influence of these climatic
factors on five models of domestic sewage treatment in constructed wetlands (CWs). A
domestic sewage treatment plant was constructed, consisting of a CW hybrid system (a
subsurface vertical flow cell – CW-SSVF, followed by a horizontal subsurface CW-SSHF).
Gravel support medium (#2) and Crysopogon zizanioides plant species were used in both
cells. Hydrodynamic tracer test was performed to evaluate the flow of sewage in CWs. The
daily outflows of influent and effluents from each cell were monitored for 22 months. Daily
sewage and PCT levels were used to calculate EVT (mass flow rate). The concentration of
organic matter, nitrogen and phosphorus of the sewage was quantified at the entrance and
exit of each cell. These data (excepting phosphorus) were applied to 1º Order, Grau 2º Order,
Monod, Monod Multi and Stover-Kincannon kinetic models, according to CSTR
(continuous stirred-tank reactor) and PFR (plug-flow reactor), with no influence of PCT and
EVT (considering only the concentration of pollutants) and with influences of these variables
(considering the pollutant loads and the mean of the inflows and effluents in the equations).
CW-SSVF presented hydrodynamics similar to CSTR (d = 1.58 and N = 1.54) and CWSSHF
with high dispersion (d = 0.63 and N = 4.53). The mean EVT rates in CW-SSVF and
CW-SSHF were 23.4 and 8.2 mm.d-1, corresponding to the mean percentage water loss of
30.8 and 35.8% of the influent sewage, respectively. In CW-SSVF, Monod Multi model
(CSTR) was the most adequate to represent the behavior of NH4
+, NO3
– and COD. For BOD,
the most representative was Stover-Kincannon-CSTR model. In the CW-SSHF, Monod
Multi model (CSTR flow) represented the best behavior of NH4
+ and BOD. Stover-
Kincannon was the most suitable kinetics for CW-SSHF describing NO3
– (PFR flow) and
COD (CSTR flow). It was concluded that the use of the pollutant load in the mathematical
models representative of the sewage treatment presented a better performance (or statistical
insignificance), except for BOD in CW-SSVF, than the models that consider only the
concentration of the pollutants. Finally, the most suitable parameter for the CWs design was
BOD, considering the Stover-Kincannon-CSTR (for CW-SSVF) and Monod Multi-CSTR
(for CW-SSHF) models.