A falta de infraestrutura adequada para a coleta e o tratamento de esgotos atinge várias comunidades costeiras e de sistemas insulares do Estado do Rio de Janeiro, que vivem em condições de insalubridade. O objetivo do presente estudo foi avaliar o desempenho de um ecossistema engenheirado para tratamento descentralizado de esgoto domiciliar implantado no Centro de Estudos Ambientais e Desenvolvimento Sustentável (CEADS) da UERJ, na Vila Dois Rios, Ilha Grande - RJ, com ênfase na contribuição de macrófitas e algas em tanques vegetados como tratamento terciário para a melhoria geral da qualidade do efluente e em especial, para remoção de nutrientes. O sistema é composto por caixa controladora de vazão, caixa de gordura, fossa séptica, filtro aerado submerso, decantador secundário e o conjunto de tanques vegetados contendo as macrófitas aquáticas Eichhornia crassipes, Schoenoplectus sp., Panicum cf. racemosum + Cyperus ligularis, além de um tanque de algas entre as 2 primeiras macrófitas. Os principais parâmetros monitorados em amostras quinzenais obtidas durante o período de 09/2009 a 07/2010 em 10 pontos de coleta equivalentes à saída do efluente de cada unidade de tratamento foram: OD, pH, Cond. Elétrica, Temperatura, DBO5, DQO, SST, SDT, Nitrogênio amoniacal, Nitrito, Nitrato e Fósforo total. A vazão média do sistema foi 52 L/h. A produção primária de biomassa das macrófitas e o metabolismo no tanque com algas também foram estimados. A eficiência média do ecossistema engenheirado foi de 93% de redução dos SST, 93% de DBO, 90% da DQO, 30% de N amoniacal e, 38% de Fósforo. O conjunto de tanques vegetados promoveu um aumento médio de oxigênio dissolvido (OD) em 182% comparados ao valor de saída do decantador. Pode-se concluir que esse sistema contribuiu para uma melhoria geral da qualidade do efluente final com relação a praticamente todos os parâmetros, ainda que em alguns casos, apenas de forma incremental. Houve maior produção média de biomassa (peso seco.dia-1) e retenção média de água na espécie E. crassipes (aguapé) em comparação com as espécies Schoenoplectus sp, P. cf. racemosum e C. ligularis. A baixa produção primária no tanque de algas em relação à respiração, pelo menos no período monitorado, indica condições desfavoráveis à remoção de nutrientes (N e P) nesse tanque através da incorporação na biomassa. Uma investigação mais detalhada acerca dos parâmetros de projeto que inclua um eventual redimensionamento do decantador e do tanque de algas é sugerida. / The lack of appropriate infrastructure for sewage collection and treatment affects several communities living under unhealthy conditions in coastal areas and in insular systems in Rio de Janeiro State. The objective of this study was to assess the performance of an engineering ecosystem for the descentralized treatment of domestic wastewater located at the Centre of Environmental Studies and Sustainable Development (CEADS), UERJ, Vila Dois Rios, Ilha Grande, Rio de Janeiro State. The emphasis was put on the contribution of macrophytes and algae in vegetated tanks as a terciary treatment for the general improvement of the quality of the effluent, particularly regarding nutrients removal. The system includes a flow controlling box, grease box, septic tank, submersed aerated filter, secondary decanter and a set of vegetated tanks planted with aquatic Eichhornia crassipes, Schoenoplectus sp., Panicum cf. racemosum plus Cyperus ligularis besides an algae tank between the first two macrophytes tanks. The main parameters monitored in samples taken every 15 days during the period from September 2009 to July 2010 in 10 sampling points equivalent to the outflow of each treatment unit were: OD, pH, electric conductivity, temperature, DBO5, DQO, SST, SDT, Ammonia Nitrogen, Nitrite, Nitrate and total Phosphorus. The average flow from the system was 52 litres per hour. The primary biomass production by macrophytes and the metabolism (primary production and respiration) from the algae tank were also estimated. The average efficiency of the engineering ecosystem was 93% for SST, 93% for DBO, 90% for DQO, 30% for Ammonia Nitrogen and, 38% for total Phosphorus. The set of vegetated tanks promoted an average increase for dissolved oxygen (DO) of 182%, compared to the average DO found in the decanter outflow. It was concluded that the system of vegetated tanks contributed with a general improvement of the quality of the final effluent in relation to practically all parameters, even if in some cases only as an incremental level. There was more production of biomass (dry weight.day-1) and water retation by E. crassipes (water hyacinth) in comparison to the species Schoenoplectus sp, P. cf. racemosum and C. ligularis. The low primary production (measured as O2 production) in the algae tank in relation to the respiration (measured as O2 consumption), at least during the monitoring period, indicated unfavourable conditions to the nutrients removal (N and P) in these tanks. A more detailed investigation about the project parameters which includes an eventual decanter and algae tank re-dimensioning is suggested.

abstract: Constructed treatment wetlands (CTW) have been a cost-efficient technological solution to treat different types of wastewater but may also be sources of emitters of methane (CH4) and nitrous oxide (N2O). Thus, my objective for this dissertation was to investigate CH4 and N2O fluxes via multiple pathways from the Tres Rios CTW located in Phoenix, AZ, USA. I measured gas fluxes from the CTW along a whole-system gradient (from inflow to outflow) and a within-marsh gradient (shoreline, middle, and open water sites). I found higher diffusive CH4 release in the summer compared to spring and winter seasons. Along the whole-system gradient, I found greater CH4 and N2O emission fluxes near the inflow compared to near the outflow. Within the vegetated marsh, I found greater CH4 emission fluxes at the vegetated marsh subsites compared to the open water. In contrast, N2O emissions were greater at the marsh-open water locations compared to interior marsh. To study the plant-mediated pathway, I constructed small gas chambers fitted to Typha spp. leaves. I found plant-mediated CH4 fluxes were greater near the outflow than near the inflow and that CH4 fluxes were higher from lower sections of plants compared to higher sections. Overall, Typha spp. emitted a mean annual daily flux rate of 358.23 mg CH4 m-2 d-1. Third, using a 30-day mesocosm experiment I studied the effects of three different drydown treatments (2, 7, 14 days) on the fluxes of CH4 and N2O from flooded CTW soils. I found that CH4 fluxes were not significantly affected by soil drydown events. Soils that were dry for 7 days shifted from being N2O sources to sinks upon inundation. As a result, the 7-day drydown soils were sinks while the 14-day drydown soils showed significant N2O release. My results emphasize the importance of studying ecological processes in CTWs to improve their design and management strategies so we can better mitigate their greenhouse gas emissions. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biology 2017

A várzea do ribeirão Parelheiros foi o objeto desse estudo. É um corpo de água que recebe água de transposição da represa Billings para a represa do Guarapiranga. Além disso, essa várzea recebe contribuições de poluentes de diversas fontes difusas originadas dentro e fora da bacia do Guarapiranga, que deságuam no referido ribeirão. Esse trabalho de pesquisa aplicada visou analisar a atuação da várzea do ribeirão Parelheiros na melhoria da qualidade das águas que afluem à represa do Guarapiranga. Foram analisados dados de qualidade de águas relativos a diversos parâmetros relevantes (médias mensais de contagens de coliformes totais e fecais, contagens de células de cianofíceas totais, concentrações de exotoxina, teores de nitrogênio total e fósforo total, cor aparente, turbidez, demanda química de oxigênio e pH) e de vazões afluentes (mínimas, médias e máximas mensais) que tinham sido coletados durante cerca de dez meses seqüenciais, sendo quatro meses ditos secos e seis meses ditos chuvosos. Não foi possível analisar completamente os efeitos do regime de vazões de entrada e saída da várzea sobre a atuação desta como amortecedora de constituintes poluidores (por exemplo, de nutrientes - nitrogênio e fósforo) porque não se dispunha de dados das contribuições das fontes difusas, as quais não são monitoradas. A várzea mostrou eficiência de remoção superior a 30% em relação à melhoria de algumas, não de todas as variáveis ambientais, a saber turbidez, cianofíceas totais e microcistina, sendo que o regime pluviométrico exerceu influência significativa na atuação da várzea como amortecedora de constituintes poluidores. Porém, as eficiências relativas aos períodos seco e chuvoso mostraram resultados muito semelhantes / The wetlands formed by Parelheiros creek were the focal point of this study. The creek is a water body that receives waters imported from Billings reservoir into Guarapiranga reservoir. The referred creek and associated wetlands also receive waters with diffuse source pollutants from inside and outside of the Guarapiranga watershed. This applied research work aimed at analyzing the performance of the referred wetlands in the improvement of the quality of the above-mentioned waters before they enter the Guarapiranga reservoir. Water quality data regarding several relevant parameters (monthly averages of total and fecal coliform counts, total cyanobacteria cell counts, exotoxin concentrations, total nitrogen and total phosphorus, apparent color, turbidity, chemical oxygen demand and pH) as well as flow data (minimum, average and maximum influent flows) were analyzed. The data were collected during a ten-month period comprised of four dry weather months followed by six wet weather months. It was not possible to analyze completely the effects of flow regime on the performance of the wetlands as a buffer zone for pollutant abatement because there was no available data on the diffuse source contributions, since they are not monitored. The wetlands showed removal efficiencies above 30% with respect to the improvement of some (not all) variables, as follows: turbidity, total cyanobacteria concentration and microcystia concentration. The pluviometry exerted significant influence on the wetland performance as a buffer zone for abatement of certain water constituents which represent pollution. However, removal efficiencies regarding wet and dry periods were very similar to each other

O presente trabalho tem o objetivo de avaliar a metodologia de construção, de plantio, de manutenção, de operação e a eficiência de um sistema de tratamento por wetland construído como etapa de polimento da Estação de Tratamento de Lixiviado (ETC) de Aterro já encerrado de Resíduos Sólidos Urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Parte do efluente tratado por lodos ativados na ETC foi direcionado e tratado no wetland construído. Foi escolhido o projeto de Fluxo Horizontal Subsuperficial e a vegetação selecionada foi a taboa (Typha latifolia) que é nativa da área do aterro. Em média, foram feitas três amostragens mensais do afluente e do efluente do wetland, de maio a outubro de 2013. A eficiência do sistema foi avaliada por meio de parâmetros físico-químicos e de parâmetros coletivos específicos. A eficiência de remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi de 60%, nitrogênio amoniacal de 67%, nitrito de 72% e nitrato de 57%. Outro parâmetro avaliado foi a toxicidade aguda, foram utilizados os organismos teste Danio rerio (peixe), a Daphnia similis (microcrustáceo) e a Aliivibrio fischeri (bactéria luminescente). Durante o período foram coletados diariamente as vazões de entrada e saída, a condutividade elétrica e o índice pluviométrico. Os resultados mostraram que o uso de wetland como etapa de polimento pode ser uma alternativa para o tratamento de lixiviado. / This paper aims to evaluate the methodology of construction, planting, maintenance and efficiency of a constructed wetland treatment system as a constructed wetland polishing step of the leachate treatment (ETC) of the closed Landfill station. One amount of the effluent from the activated sludge plant was directed and treated in a constructed wetland. We used an Horizontal Subsurface Flow plant and the selected vegetation was the Cattail (Typha latifolia) which is native to the disposal area. Three samples of influent and effluent of the constructed wetland were made on average per month in the period from May up to October 2013. The system efficiency was evaluated by physical-chemical parameters and parameters of specific groups. The COD (chemical oxygen demand) removal efficiency was 60%, ammonia nitrogen was 67%, nitrite and nitrate was 72% and 57%, respectively. It was also evaluated acute toxicity, the test organisms used were: Danio rerio, a Daphnia similis e a Aliivibrio fischeri. It was collected flow rates of input and output, eletric conductivity and rainfall daily. The results showed that the use of wetland, as a polishing step, may be an alternative for treatment of leachate.

A falta de infraestrutura adequada para a coleta e o tratamento de esgotos atinge várias comunidades costeiras e de sistemas insulares do Estado do Rio de Janeiro, que vivem em condições de insalubridade. O objetivo do presente estudo foi avaliar o desempenho de um ecossistema engenheirado para tratamento descentralizado de esgoto domiciliar implantado no Centro de Estudos Ambientais e Desenvolvimento Sustentável (CEADS) da UERJ, na Vila Dois Rios, Ilha Grande - RJ, com ênfase na contribuição de macrófitas e algas em tanques vegetados como tratamento terciário para a melhoria geral da qualidade do efluente e em especial, para remoção de nutrientes. O sistema é composto por caixa controladora de vazão, caixa de gordura, fossa séptica, filtro aerado submerso, decantador secundário e o conjunto de tanques vegetados contendo as macrófitas aquáticas Eichhornia crassipes, Schoenoplectus sp., Panicum cf. racemosum + Cyperus ligularis, além de um tanque de algas entre as 2 primeiras macrófitas. Os principais parâmetros monitorados em amostras quinzenais obtidas durante o período de 09/2009 a 07/2010 em 10 pontos de coleta equivalentes à saída do efluente de cada unidade de tratamento foram: OD, pH, Cond. Elétrica, Temperatura, DBO5, DQO, SST, SDT, Nitrogênio amoniacal, Nitrito, Nitrato e Fósforo total. A vazão média do sistema foi 52 L/h. A produção primária de biomassa das macrófitas e o metabolismo no tanque com algas também foram estimados. A eficiência média do ecossistema engenheirado foi de 93% de redução dos SST, 93% de DBO, 90% da DQO, 30% de N amoniacal e, 38% de Fósforo. O conjunto de tanques vegetados promoveu um aumento médio de oxigênio dissolvido (OD) em 182% comparados ao valor de saída do decantador. Pode-se concluir que esse sistema contribuiu para uma melhoria geral da qualidade do efluente final com relação a praticamente todos os parâmetros, ainda que em alguns casos, apenas de forma incremental. Houve maior produção média de biomassa (peso seco.dia-1) e retenção média de água na espécie E. crassipes (aguapé) em comparação com as espécies Schoenoplectus sp, P. cf. racemosum e C. ligularis. A baixa produção primária no tanque de algas em relação à respiração, pelo menos no período monitorado, indica condições desfavoráveis à remoção de nutrientes (N e P) nesse tanque através da incorporação na biomassa. Uma investigação mais detalhada acerca dos parâmetros de projeto que inclua um eventual redimensionamento do decantador e do tanque de algas é sugerida. / The lack of appropriate infrastructure for sewage collection and treatment affects several communities living under unhealthy conditions in coastal areas and in insular systems in Rio de Janeiro State. The objective of this study was to assess the performance of an engineering ecosystem for the descentralized treatment of domestic wastewater located at the Centre of Environmental Studies and Sustainable Development (CEADS), UERJ, Vila Dois Rios, Ilha Grande, Rio de Janeiro State. The emphasis was put on the contribution of macrophytes and algae in vegetated tanks as a terciary treatment for the general improvement of the quality of the effluent, particularly regarding nutrients removal. The system includes a flow controlling box, grease box, septic tank, submersed aerated filter, secondary decanter and a set of vegetated tanks planted with aquatic Eichhornia crassipes, Schoenoplectus sp., Panicum cf. racemosum plus Cyperus ligularis besides an algae tank between the first two macrophytes tanks. The main parameters monitored in samples taken every 15 days during the period from September 2009 to July 2010 in 10 sampling points equivalent to the outflow of each treatment unit were: OD, pH, electric conductivity, temperature, DBO5, DQO, SST, SDT, Ammonia Nitrogen, Nitrite, Nitrate and total Phosphorus. The average flow from the system was 52 litres per hour. The primary biomass production by macrophytes and the metabolism (primary production and respiration) from the algae tank were also estimated. The average efficiency of the engineering ecosystem was 93% for SST, 93% for DBO, 90% for DQO, 30% for Ammonia Nitrogen and, 38% for total Phosphorus. The set of vegetated tanks promoted an average increase for dissolved oxygen (DO) of 182%, compared to the average DO found in the decanter outflow. It was concluded that the system of vegetated tanks contributed with a general improvement of the quality of the final effluent in relation to practically all parameters, even if in some cases only as an incremental level. There was more production of biomass (dry weight.day-1) and water retation by E. crassipes (water hyacinth) in comparison to the species Schoenoplectus sp, P. cf. racemosum and C. ligularis. The low primary production (measured as O2 production) in the algae tank in relation to the respiration (measured as O2 consumption), at least during the monitoring period, indicated unfavourable conditions to the nutrients removal (N and P) in these tanks. A more detailed investigation about the project parameters which includes an eventual decanter and algae tank re-dimensioning is suggested.

Esta dissertação propõe uma metodologia para a escolha do melhor local para se implantar uma wetland construída. Wetlands Construídas são modelos de ecossistemas projetados pelo homem, especificamente para tratar águas residuais, otimizando processos biológicos, físicos e químicos que ocorrem em sistemas alagados naturais. Proporcionando por sua vez, um tratamento eficaz, econômico e ambientalmente adequado de esgoto. O avanço da informática associado com a Geografia tem gerado o recurso Sistema de Informações Geográficas, e neste se fundamenta este projeto. O SIG, permite que os fundamentos teóricos, conceituais e práticos se mesclem às experiências dos projetistas, trazendo à razão uma base matemática expressa em forma de mapas que podem mostrar as diversas variáveis tratadas em muitas questões relacionadas ao planejamento ambiental racionalizado. Diversos mapas podem ser cruzados pelo SIG, com atribuição de pesos vinculados à importância de cada variável para que, desta forma, possam ser determinadas às regiões do espaço geográfico que melhor atinjam todas as condições estabelecidas, cunhadas como ideais, na implementação de um tipo de intervenção no espaço analisado, como encontrar lugares ideais para implantar sistemas de tratamento de água como wetland construída acompanhado das prerrogativas do Reúso de Água. O lugar escolhido para este projeto de pesquisa foi a Serra do Japi, localizada no município de Jundiaí, situado a aproximadamente 63 quilômetros da capital do Estado de São Paulo, fazendo divisa com os municípios de Cabreúva, Pirapora do Bom Jesus e Cajamar, pertencente a um dos eixos econômicos de maior relevância do país, segundo Morellato (1992). Para o desenvolvimento do projeto, foi estabelecido como condição, que o software utilizado fosse de boa qualidade técnica e também gratuito, para que desta forma outros pesquisadores pudessem facilmente testar e fazer uso da metodologia proposta, sem grandes custos, assim como diversas instituições, como pequenos municípios, ONGs etc. Por este motivo que o software Spring, do INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, foi escolhido. / Não fornecido pela autora.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Douglas Pereira da Silva Pitaluga.pdf: 5429888 bytes, checksum: 32eb4d8cd9077124fcd7f2e8207c5e41 (MD5) Previous issue date: 2011-06-28 / The present study had the goal of assessing the efficiency and behavior of three substrates in the treatment of sanitary sewage in a root zone system. Specifically the objectives were to assess the behavior of the washed sand, gravel # 0 and gravel # 1 substrates and relate their efficacies in a root zone system with sub-superficial horizontal flow preceded by a septic tank and an anaerobic filter in the treatment of a sewage coming from one university unit. The repetitions of raw sewage constituted of five simple samples and five composed samples. The repetitions of the effluent of each stage of the treatment constituted of nineteen simple samples. All the samples were performed fortnightly and submitted to laboratorial analysis. Were assessed parameters the BOD, DO, COD, thermotolerant coliforms, pH, total phosphorus, Kjeldahl total nitrogen, ammoniacal nitrogen, oil and grease, total solids, total fixed solids and suspended solids. The experimental system of sewage treatment was set up at the Civil Engineering College, located at Campus I of the Federal University of Goiás, in the east region of the city of Goiânia Goiás, Brazil, which constituted of a septic tank and an anaerobic filter, followed by three independent units of root zones. Each unit of the root zones received the flow of 180 L d-1, which corresponds to the area of a treatment station of 3 m2 per inhabitant. The treatment in these units occurred simultaneously. After thirty days from the beginning of the sewage application in the root zones, the collection of the samples to the analysis of the effluent and affluent quality were started. Considering the plant evapotranspiration, the results were analyzed by the tool Statistical Analysis System SAS, performing F tests and Tukey Kramer test with a 5% probability. The percentage efficacies of the three substrates used were similar. There hasn t been any significant difference between the efficacies of the treatments in the removal of the attributes: COD, Kjeldahl total nitrogen, ammoniacal nitrogen, oil and grease. The treatment with washed sand substrate was more efficient in the removal of BOD and total phosphorous. The gravel # 0 was more efficient in the removal of thermotolerant coliforms, total solids and fixed total solids, and gravel # 1 was more efficient in the removal of suspended solids. After 18 months the system started working, the channel filled with washed sand colmatated. / O presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência e o comportamento de três substratos no tratamento de esgoto sanitário, num sistema do tipo zona de raízes. De modo específico, objetivou-se avaliar o comportamento dos substratos areia lavada, brita # 0 e brita # 1 e relacionar suas eficiências num sistema do tipo zona de raízes de fluxo sub-superficial horizontal, precedido de tanque séptico e filtro anaeróbio, no tratamento do esgoto gerado numa unidade universitária. As repetições do esgoto bruto foram constituídas por cinco amostragens compostas e cinco amostragens simples. Já as repetições do efluente de cada etapa do tratamento foram constituídas por dezenove amostragens simples. Todas as amostragens foram realizadas quinzenalmente e submetidas a análises laboratoriais. Foram avaliados os parâmetros de DBO, OD, DQO, coliformes termotolerantes, pH, óleos e graxas, fósforo total, nitrogênio total Kjeldahl, nitrogênio amoniacal, sólidos totais, sólidos totais fixos e sólidos suspensos. O sistema experimental de tratamento de esgotos foi implantado na Escola de Engenharias, localizada no Campus I da Universidade Federal de Goiás (UFG), região Leste da cidade de Goiânia-GO e constituiu-se de um tanque séptico e um filtro anaeróbio, seguidos por três unidades de zona de raízes independentes. Cada unidade de zona de raízes recebeu uma vazão de 180 L d-1, correspondente a uma área de sistema zona de raízes de 3 m2 por habitante. O tratamento nestas unidades ocorreu de forma simultânea. Após trinta dias do início da aplicação de esgoto nas zonas de raízes, iniciaram-se as amostragens para a análise da qualidade do afluente e dos efluentes. Considerando a evapotranspiração das plantas, os resultados foram analisados pela ferramenta Statistical Analysis System SAS, realizando os Testes F e de Tukey Kramer, a 5% de probabilidade. As eficiências percentuais dos três substratos utilizados foram semelhantes. Não houve diferença significativa entre as eficiências dos tratamentos na remoção dos atributos: DQO, nitrogênio total Kjeldahl, nitrogênio amoniacal e óleos e graxas. O tratamento com substrato areia lavada foi mais eficiente na remoção de: DBO e fósforo total; o substrato brita # 0 foi mais eficiente na remoção de coliformes termotolerantes, sólidos totais e sólidos totais fixos, e a brita # 1 foi mais eficiente na redução dos sólidos suspensos. Após 18 meses do início de funcionamento do sistema o leito preenchido com areia lavada colmatou.

A redução dos impactos da poluição difusa é ainda pouco explorada no Brasil, havendo ausência de critérios legais quanto à sua mitigação. Contudo, na esfera científica o seu impacto é reconhecido. Seguindo evidências de que há uma carência no tratamento de poluição difusa no país, este trabalho se propõe a analisar wetlands construídas como medidas de controle de poluição difusa, através de modelagens, para 4 áreas na bacia do córrego do Mineirinho. A exploração dessa proposta se deu por três abordagens paralelas. Na primeira, as wetlands foram projetadas para tratar o escoamento superficial de uma chuva crítica, de 61 minutos. Na segunda abordagem, foi utilizada uma chuva crítica de 24 horas de duração. Na terceira, utilizou-se o índice de precipitação anual. O escoamento superficial foi calculado conforme os coeficientes de runoff. Atribuíram-se valores de concentrações médias de evento para DBO e Fósforo aos tipos de uso e ocupação, obtendo-se concentrações médias nas águas pluviais a serem tratadas. O modelo P-k-C* foi empregado na primeira e terceira abordagens, para dimensionar os sistemas com base no desempenho de remoção de cargas. Os resultados obtidos demonstraram a aptidão dos sistemas em reduzir cargas e/ou concentrações na bacia, apresentando como principal limitação técnica o espaço demandado para sua implantação. Houve influência majoritária da infiltração na remoção de cargas, que agiu em conjunto com o decaimento de poluentes ao longo dos sistemas. Na primeira abordagem, o modelo P-k-C* apresentou limitações em prever o desempenho dos sistemas por não comportar vazões variáveis. A segunda abordagem foi a mais simples, baseada apenas no armazenamento do evento crítico, entretanto, há uma carência de relações empíricas traçadas experimentalmente para prever seu desempenho. A terceira abordagem se mostrou a mais adequada ao modelo P-k-C*, podendo ser aprimorada de duas formas: adaptações nas constantes cinéticas ou vazões equivalentes, a fim de descrever uma média anual de desempenho. Concluiu-se que wetlands construídas demonstram potencial para o tratamento de poluição difusa, porém há uma necessidade de estudos a fim de se adaptar as ferramentas de modelagem disponíveis. / Nonpoint source pollutions impacts are still a rarely explored theme in Brazil, in which there are no legal criteria for its treatment. Although, in the scientific sphere its impacts are well known. Following evidence that there is a lack of nonpoint source pollution treatment in Brazil, this study proposes to analyze constructed wetlands as a nonpoint source pollution control measure, through modelling, for four different areas in the Mineirinho stream watershed. This proposal was explored through three different approaches. At first, the wetlands were designed to threat a critic rainfall for flood estimation, with detailed hydrographs. On the second approach, the wetlands were design to fully contain a 24-hour critic rainfall. On the third approach, the wetlands were designed to treat the average annual rainfall. The runoff volumes were estimated by runoff coefficients, and event mean concentrations for BOD and TP were assigned to each source area, resulting in the stormwater quality estimation. The P-k-C* model was applied to calculate systems performance on the first and third approaches. The results showed the aptitude of the systems for reducing loads and concentrations in the watershed, although mainly limited by the availability of areas. Infiltration had a major hole in reducing loads, although there were also significant amounts of pollutant removed by the systems. At the first approach, the P-k-C* model presented limitations on describing stormwater treatment, because of its unsteady and intermittent characteristics. The second approach was the simplest, based on containing the whole runoff volume, but it also showed a lack of studies stablishing empiric relations to estimate its performance. The third approach was the most adequate to the P-k-C* model, which usage could be improved by two adaptations in its parameters: kinetic coefficient adaptations or the adoption of equivalent steady flows, to describe the annual wetland performance. The study concluded that constructed wetlands show great promise for treating nonpoint source pollution in the watershed, but there is a need of more studies to regionalize empiric solutions available in the scientific literature, to apply the designing techniques with greater precision.

Interest in, and rates of, wetland restoration have increased over the past several decades. However, despite proliferations of restored wetlands across the landscape, the structural and functional restoration success of these systems is unclear. Thus, understanding factors and processes that influence wetland characteristics is of considerable interest. This study focuses on herbaceous wetlands in the Mississippi River Alluvial Valley (MAV), a largely agricultural region interspersed with restored and naturally occurring wetlands. Chapter I is an introduction and provides a background to wetlands, wetland ecology, and the current state of wetland restoration in the United States. Chapter II focuses on factors which affect seedling density and similarities between standing vegetation, germinated seedlings, and early successional stage assemblages. Seedling density was heavily influenced by hydrology while richness and diversity were similar between restored and non-managed wetlands. Landscape-level factors affected seedling density, while germinated seedlings did not reflect standing vegetation in MAV wetlands. In Chapter III, I examine the impact of agricultural stressors on wetland plant assemblage development. Resulting assemblages showed strong fidelity to wetland soil site of origin while richness and diversity were negatively affected by elevated stressor levels. In Chapter IV, I compare characteristics between non-managed and restored wetlands in the MAV. These wetlands differed hydrologically, had different levels of soil organic matter, were dissimilar in plant assemblage composition, and varied by surrounding land use/cover. Finally, Chapter V is a discussion of the results and places this work within a larger context.

ABSTRACT PHYSIO-CHEMICAL EVALUATION AND FUNCTIONAL ASSESSMENT OF NATIVE WETLAND SOILS AND ORGANIC AMENDMENTS FOR FRESHWATER MITIGATION WETLANDS MAY 2007 EMILY K.D. STOCKMAN, B.S., UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST M.S., UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST Directed by: Dr. Peter Veneman Due to the history of wetland loss within the United States a National “No Net Loss” policy was adopted in 1988. This policy requires the creation of mitigation wetlands to replace lost and/or damaged natural wetlands. The role of soil in natural wetland systems is key in providing a number of ecology functions, such as the supply of wetland plant nutrients and the retention of nonpoint source pollutants. Nonetheless, Federal and Massachusetts guidelines regarding the creation of soil and the utilization of organic amendments in mitigation wetlands lack specific parameters and thresholds. This research compares the chemical and physical properties of two commercially available composts and two natural wetland soils and evaluates these materials as possible pollutant sources and sinks. The results of the characterization study demonstrate significant differences between the compost samples and the wetland soils in regards to the following properties: organic matter content, pH, polarity, total nutrients (P, K, B, Zn, Fe, Al, Cd, Ni, Cr) and extractable nutrients (P, K, Ca, B, Mn). These physio-chemical properties influence the functions of supplying plant nutrients and retaining nonpoint source pollutants such as excessive nutrients and herbicides. The results of the nutrient release studies indicate that the compost samples behave as potential sources of excessive levels of phosphorus and nitrate. In addition, the pollutant retention studies concluded that the compost samples sorbed lower amounts of phosphorus under aerobic conditions and lower amounts of the commonly-used herbicide, 2,4-D, as compared to the wetland soils. Overall, the differences in both physio-chemical properties and the behavior of the composts as compared with the wetlands soils as well as each other, substantiate the necessity to re-evaluate Federal and Massachusetts guidelines pertaining to mitigation wetland soil and amendments. Based on the results of this study the following minimal analyses are recommended: organic matter content, pH, total nutrients and extractable nutrients. In addition, based on the phosphorus release and retention studies the following thresholds are recommended to prohibit the release of excessive levels of phosphorus into the mitigation wetland and adjacent aquatic systems: Morgan’s extractable P content ≤ 25 mg kg-1 and/or the total P content ≤ 1286 mg kg-1.