REMOÇÃO DE NITROGÊNIO DE UM EFLUENTE ANAERÓBIO DE ORIGEM DOMÉSTICA POR MÉTODO DE IRRIGAÇÃO EM SULCOS RASOS

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1 REMOÇÃO DE NITROGÊNIO DE UM EFLUENTE ANAERÓBIO DE ORIGEM DOMÉSTICA POR MÉTODO DE IRRIGAÇÃO EM SULCOS RASOS Ricardo Stahlschmidt Pinto Silva Bruno Coraucci Filho* Engenheiro Civil pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP; Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP; Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP; Livre Docência pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Professor Associado do Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Roberto Feijó de Figueiredo Ronaldo Stefanutti Cristiane de Azevedo Tumang Frare Ivan da Silva Marquezini Cidade Universitária s/n Caixa Postal 621 Barão Geraldo Campinas SP, CEP Brasil Tel.:+55(19) Fax: +55(19) bruno@fec.unicamp.br RESUMO A utilização do efluente anaeróbio, que apresenta baixa remoção de nutrientes e matéria orgânica, na agricultura surge como uma ótima forma de tratamento e reuso. Tal processo promove o retorno dos micro e macro nutrientes para os seus reservatóros naturais, o fortalecimento da estrutura do solo e a fertilização do solo. Este trabalho visa estudar a remoção dos compostos nitrogenados pelo reator solo-planta nos primeiros 75cm em duas safras de seca, onde ocorre a irrigação, e uma de chuva. Os resultados apresentam uma remoção de 99% do nitrogênio amoniacal através da absorção pela cultura de milho e pela conversão em nitrito e nitrato através da nitrificação. Palavras Chave : Reuso, Nitrogênio, Efluente anaeróbio, Esgoto doméstico, Irrigação INTRODUÇÃO Os reatores anaeróbios apresentam uma baixa produção de lodo, devido a conversão do material carbonáceo em biogás, porém a qualidade do seu efluente é precária na remoção de nutrientes, não atendendo à resolução estabelecida pelo órgão ambiental brasileiro (CONAMA 2). Para a melhoria da qualidade do efluente anaeróbio, são empregados processos de pós-tratamento de pequena, média e larga escala. Dentre os processos de larga escala, existem o escoamento superficial, o infiltração-percolação e o método de irrigação. No tratamento de efluentes ao longo do perfil do solo, a remoção do nitrogênio é processada da seguinte forma: ocorrem as transformações sucessivas de amônia para nitrito e deste para nitrato, em região aeróbia, e a desnitrificação, ou seja, transformação de nitrato para nitrogênio gasoso, em região anaeróbia com a presença de material carbonáceo. A presença de vegetação, o que ocorre no método da irrigação, contribui consideravelmente na remoção das formas de nitrogênio. Conforme (Stefanutti,1991), as plantas absorvem principalmente as formas de nitrogênio iônicas, ou seja, o NH 4 + e o NO 3 -, sendo o primeiro a principal forma de nitrogênio presente no efluente anaeróbio. Para a irrigação com efluentes podem ser empregadas as técnicas de inundação, sulcos, aspersão e gotejamento. As técnicas de irrigação a serem empregadas são um fator determinante e relevante quanto aos efeitos na operação do sistema e na saúde da comunidade conforme ressaltado pela (CEPIS-OPS- OMS,1996). O gotejamento, muito eficiente do ponto de vista operacional, requer uma filtração para que não ocorra o

2 entupimento no sistema; a aspersão requer um afastamento de no mínimo 5m a 1m de qualquer comunidade, visto as conseqüências que podem provir dos aerossóis, e os sistemas de sulcos e inundação podem vir a comprometer a saúde do operador caso o mesmo não tome os devidos cuidados. O presente trabalho busca identificar a remoção dos compostos nitrogenados de um efluente anaeróbio em um sistema de irrigação por sulcos, processando a irrigação conforme a demanda hídrica da planta, no caso o milho, para safras sucessivas. Este estudo foi realizado para três lâminas diferentes e as amostras foram coletadas nas profundidades de 25cm, 5cm e 75cm, de modo a estudar o tratamento do efluente ao longo do perfil do solo. MATERIAIS E MÉTODOS O experimento consta de quatro filtros anaeróbios de fluxo ascendente com recheio de bambu, capacidade de 5L, referente a trabalho desenvolvido no PROSAB, Edital 1, Tema 2, operados com o tempo de detenção hidráulico de 3 horas. Foi realizado em três safras, nos períodos de estiagem, chuva e estiagem, sucessivamente. Preliminarmente, foram realizados os ensaios físicos do solo, ensaios de fertilidade do solo e levantamento topográfico do terreno, com o intuito de caracterizar a área e levantar parâmetros necessários para o dimensionamento do sistema de irrigação. Após o término destes ensaios, deu-se início ao preparo do solo para o cultivo. Para tal, foram realizados os serviços de aração e gradeamento mecanizado do solo e a correção do solo com calcáreo. A aplicação do efluente na irrigação foi baseada na umidade mínima necessária ao solo para que não seja comprometido o metabolismo da cultura, denominada umidade crítica, função do solo e da cultura empregada, no caso milho. A umidade foi controlada pelo método gravimétrico, método que analisa a umidade do solo, e pelo controle diário com o tanque classe A. Quando a umidade do solo atinge valores próximos à umidade crítica (UC), a parcela foi irrigada com a respectiva lâmina e a umidade do solo atinge valores próximos à saturação (capacidade de campo). Este processo adotado para a irrigação se deve ao fato que a freqüência de irrigação varia de acordo com o estágio do ciclo vegetativo da planta, pois a demanda hídrica pela cultura varia ao longo do ciclo, conforme salienta (Vieira,1995). O sistema implantado consta de três parcelas, nas quais foram aplicadas três lâminas de irrigação distintas que correspondem às profundidades de irrigação de 2cm, 4cm e 6cm, seguido de repetições deste conjunto em triplicata. Ocorreu a repetição deste conjunto em triplicata. Estas parcelas são constituídas de sulcos em nível com 4m de comprimento e com linhas de cultivos distantes 1m entre elas. As amostras foram coletadas nas profundidades de 25cm, 5cm e 75cm, de modo a obter a remoção do nitrogênio ao longo do perfil do solo. Para tal coleta foi desenvolvido um coletor de drenagem livre, que não retém em sua estrutura física qualquer tipo de microrganismo ou substância. A análise espectrofotométrica da série de nitrogênio foi realizada conforme AWWA/APHA, sendo a determinação do nitrito obtida pelo método da sulfanilamida, a determinação do nitrato pelo método do ácido fenoldissulfônico e a determinação do nitrogênio amoniacal pelo método da nesslerização com destilação prévia, adaptados para a faixa de concentração estabelecida. 2

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Tabela 1: Qualidade do efluente aplicado na 1 a safra (média referente a esta safra) DBO DQO N-NH 3 Nitrito Nitrato P total (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 1 a. safra (seca) ,4,18 6,,4,35 N-NH3 (mg/l),3,25,2,15,1,5 Figura 1 : Dados de N-NH 3 obtidos no final da 1 a. safra 1 Nitrito (mg/l),8,6,4,2,4,35,3,25,2,15,1 Figura 2 : Dados de Nitrito obtidos no final da 1 a. safra,5 Nitrato (mg/l) Figura 3 : Dados de Nitrato obtidos no final da 1 a. safra 3

4 Tabela 2 : Qualidade do efluente aplicado na 2 a. safra DBO DQO N-NH 3 Nitrito Nitrato P total (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 2 a. safra (chuva) Chuva ao longo de toda a safra 1,8 N-NH3 (mg/l),6,4,2 Figura 4 : Dados de N-NH 3 obtidos no final da 2 a. safra,2,15,1,5, Nitrito (mg/l) Figura 5 : Dados de Nitrito obtidos no final da 2 a. safra Nitrato (mg/l) Figura 6 : Dados de Nitrato obtidos no final da 2 a. safra 4

5 Tabela 3 : Qualidade do efluente aplicado (referente a média da safra) DBO DQO N-NH 3 Nitrito Nitrato P total (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 3 a. safra (seca) ,75,19 5,5,1,8 N-NH3 (mg/l),6,4,2 Figura 7 : Dados de N-NH 3 obtidos em meados da 3 a. safra,14,12 Nitrito (mg/l),1,8,6,4,2 Figura 8 : Dados de Nitrito obtidos em meados da 3 a. safra 25 2 Nitrato (mg/l) Figura 9 : Dados de Nitrato obtidos em meados da 3 a. safra 5

6 Analisando as safras de seca, quando ocorreu a aplicação do efluente anaeróbio no solo, pode-se identificar uma remoção considerável do nitrogênio amoniacal, da ordem de 99%, conforme pode ser visto na comparação entre a Tabela 1 e as Figuras 1, 2 e 3, e entre a Tabela 3 e as Figuras 7, 8 e 9. Isto indica que o reator solo-planta teve um bom desempenho, com cerca de 95% desta remoção sendo realizada pela absorção por parte da planta e os outros 4% sendo realizados pelo processo de nitrificação do nitrogênio no solo, com a transformação de praticamente todo o nitrogênio nitrificado para a forma de nitrato, devido as baixas concentrações de nitrito obtidas ao longo de todas as safras. A análise das concentrações de nitrato na 3 a. safra indica que nem todo o nitrato é absorvido pela planta, conforem apresentado pela Figura 9, o que sugere uma quantidade de nitrogênio superior a demandada pela planta neste estágio do ciclo vegetativo, o que pode acarretar uma lixiviação do mesmo para o lençol. Convém salientar que o presente estudo só analisou o comportamento dos compostos nitrogenados na irrigação da cultura de milho com efluente anaeróbio, não tendo sido realizado o mesmo para a irrigação com água em solo adubado. Tal estudo tem sido realizado em trabalho de mestrado realizado na mesma área para o lençol freático e tem apresentado concentrações muito próximas para as parcelas irrigadas com água e para as irrigadas com esgoto. Nos dados referentes a 2 a. safra, apresentados pela Tabela 2 e Figuras 4, 5 e 6, obteve-se apenas um resultado de nitrato acima do preconizado por norma (1mg/L) enquanto foram obtidos um conjunto de outros resultados com concentrações inferiores a 1, mg/l. Em todos os resultados obtidos no conjunto de figuras apresentadas, não foram obtidos resultados significativos para concluir sobre a melhoria no tratamento ao longo do perfil do solo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA/APHA/WEF. Standard Methods for Exam. of Water and Wastewater. 19 Ed. New York,1995. CEPIS-OPS-OMS. Tratamiento y Uso de Águas Residuales, CEPIS, Lima, Perú, 1996, 11p. Stefanutti, L. Estudo das Várias Formas do Nitrogênio Orgânico em Trinta Solos Representativos do Estado de São Paulo. Dissertação de Mestrado. São Carlos: Instituto de Física e Química, USP, Vieira, D.B. As Técnicas de Irrigação. 2.ed. São Paulo. Globo, p. 6