I AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DOS MACRONUTRIENTES SÓDIO, POTÁSSIO, CÁLCIO E MAGNÉSIO EM DISPOSIÇÃO CONTROLADA EM SOLO

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1 I-10 - AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DOS MACRONUTRIENTES SÓDIO, POTÁSSIO, CÁLCIO E MAGNÉSIO EM DISPOSIÇÃO CONTROLADA EM SOLO Josette Lourdes de Sousa Melo (1) Engenheira Química, UFPE. Mestre em Química Analítica, UFPE. Doutora em Engenharia Ambiental, INSA, Toulouse/França. Professora Adjunto IV do DEQ e FOTOGRAFIA PPGEQ da UFRN. Chefe do Lab. Eng. Amb. do DEQ/UFRN. Tutora do PET/DEQ da UFRN. Pesquisadora do PROSAB/PRONEX/UFRN. Vice-chefe do DEQ/UFRN. NÃO Anita Maria de Lima DISPONÍVEL Engenheira Química. Bolsista de apoio técnico de nível superior do PROSAB - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF). Henio Normando de Souza Melo Engenheiro Químico, UFPE. Mestre em Química Ambiental, UFPE. Doutor em Engenharia Ambiental, INSA, Tousouse/França. Professor Adjunto IV do DEQ e PPGEQ da UFRN. Vice-Chefe do Lab. Eng. Amb. do DEQ/UFRN. Coordenador do PROSAB /UFRN. Coordenador do PRONEX/UFRN. Cícero Onofre de Andrade Neto Engenheiro Civil,UFRN. Mestre em Engenharia Civil com concentração em Saneamento, UFPB. Professor da UFRN. Membro do Grupo Coordenador do PROSAB - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF). Pesquisador do PROSAB/PRONEX/UFRN. Manoel Lucas Filho Engenheiro Civil, UFRN. Doutor em Recursos Hídricos, UPM - Madri/Espanha. Professor Adjunto da UFRN. Coordenador do Mestrado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do DEC/CT/UFRN. Membro do Grupo de Pesquisa do PROSAB (RN) - Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF). Endereço (1) : Rua Maxaranguape, apto Tirol - Natal - RN - CEP: Brasil - Tel: 9- / 1-97 / josette@eq.ufrn.br RESUMO A escassez de água, em algumas regiões do Brasil, é um problema que, entre outros fatores, impede o desenvolvimento agrícola dessas regiões. Para viabililizarmos a tecnologia da utilização de efluentes tratados como forma de irrigação é necessário que se estabeleça uma caracterização do efluente que se pretende utilizar, determinando parâmetros físico-químicos a fim de qualificar a aplicação mais adequada para esta água residuária. Dentre alguns parâmetros físico-químicos os efluentes apresentam concentrações regulares dos macronutrientes sódio, potássio, cálcio e magnésio que podem ser aproveitados pelo sistema solo-planta como fonte mineral, possibilitando assim a redução considerável de alguns desses constituintes no solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento destes macronutrientes presentes no efluente tratado, aplicado nos módulos plantados com Pennisetum Purpurem (capim elefante). Para efetuar esta avaliação foram determinadas as concentrações de entrada (afluente) e de saída (efluente) desses elementos ao passarem pelo sistema solo-planta. Os módulos irrigados com efluente tratado apresentaram remoção de potássio na ordem de %. O elemento magnésio apresentou uma redução de e 5% para os módulos 3 e respectivamente. As concentrações de sódio e cálcio afluente aos módulos não sofreram redução. PALAVRAS-CHAVE: Pós-tratamento, Solo, Macronutrientes, Reuso. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO A escassez de água em algumas regiões do Brasil, é um problema que, entre outros fatores, impede o desenvolvimento agrícola dessas regiões. Para estabelecer um programa de esclarecimento para aplicação desta tecnologia como forma alternativa de irrigação, é necessário que se tenha total conhecimento de todos os parâmetros físico-químicos e bacteriológicos que venham influenciar a qualidade do solo quando da aplicação de efluente para irrigação. Dentro deste contexto o PROSAB - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico, busca desenvolver, avaliar e otimizar tecnologias alternativas para o tratamento de águas residuárias, reutilização de efluente tratados e reaproveitamento de rejeitos sólidos. A eficácia de uma depuração depende de vários fatores, podendo salientar-se, como mais importante, a natureza e formas químicas em que os elementos se apresentam nas águas, as características das plantas quanto às exigências e/ou tolerâncias em relação àqueles elementos e à capacidade do solo para os reter em formas de reduzida atividade físico-química e biológica. De qualquer modo, é indispensável ter sempre presente que se trata de um sistema de depuração que exige um rigoroso controle, nunca devendo permitir-se que, para reduzir uma forma de poluição, se criem outras formas, em geral mais graves, associadas à qualidade sanitária das produções agrícolas e à capacidade produtiva dos solos. A avaliação desses fatores físico-químicos bem como a adequação da forma de irrigação do efluente a ser utilizado são alguns itens que ajudarão na definição e disponibilização dessa tecnologia às comunidades onde a água é escassa. Para se viabilizar a tecnologia da utilização de efluentes tratados como forma de irrigação, é necessário que se estabeleça uma caracterização do efluente que se pretende utilizar, determinado parâmetros físicoquímicos a fim de qualificar a aplicação mais adequada para esta água residuária. Dentre esses parâmetros os efluentes apresentam concentrações regulares dos macronutrientes sódio, potássio, cálcio e magnésio que podem ser aproveitados pelo sistema solo-planta como fonte mineral, possibilitando assim a redução considerável de alguns desses constituintes. A presença de altas concentrações de sódio na água de irrigação pode acarretar a perda de permeabilidade do solo pela adsorsão dos íons de sódio às partículas do solo e levam à dispersão coloidal, com o conseqüente bloqueio dos poros do solo. Esse bloqueio também pode ocorrer em argilas com a presença de baixa salinidade. O cálcio pode estar envolvido numa série de reações químicas, incluindo troca iônica, precipitação e fixação. Muitos fatores podem contribuir com a mobilização e subsequente redução do magnésio ao solo pelos esgoto. Primeiramente, a adição imediata da matéria orgânica decomponível ao solo facilita a redução de óxido de magnésio insolúveis a cátions bivalentes mais móveis. Em seguida, ligantes orgânicos podem formar complexos solúveis com magnésio bivalente.[paganini,1997] O potássio é um elemento dinâmico e com grande mobilidade, tanto no solo quanto nas plantas. Ele pode deslocar o sódio pela capacidade de troca catiônica do solo; em contrapartida, é um dos elementos com capacidade de ser deslocado por outros cátions bivalentes ou monovalentes. Muitos minerais, em meio argiloso, têm uma grande capacidade de fixar o potássio por substituição isomórfica. Esse fenômeno é importante ao longo do tempo, com a incorporação do potássio na formação de minerais secundários.[paganini, 1997] ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

3 DESCRIÇÃO DO SISTEMA ESTUDADO O campo experimental estudado (Figura 1) encontra-se instalado na ETE-UFRN, dispondo de dois reatores anaeróbios e de um sistema para disposição controlada de efluente em solo, denominado tabuleiros. Os dois tabuleiros monitorados, 3 e apresentam inclinação de 1 e % respectivamente com dimensões de 3,5m x 10,0m, recebendo efluentes de dois reatores anaeróbios. A forma de alimentação é através de microtubos 5mm de diâmetro, propiciando um escoamento superficial com taxa de aplicação média de 0,70m 3 /dia. O solo utilizado é classificado como areia franca, granulometria muito uniforme e diâmetro médio abaixo de 0, mm, apresentando uma composição na qual % dos componentes são de areia quartzosa e 1% de argila, caracterizando-se como um solo muito pobre em nutrientes. Escolheu-se o Capim Elefante (Penninsetum purpureum) para cobertura vegetal, por ser uma gramínea perene, de alto potencial de produção de matéria seca, e que adapta-se muito bem às condições de clima e solo de praticamente todo o Brasil. 9 EFLUENTE EFLU ENTE TRATADO F A FLU ENTE LEGENDA 1 Decanto Digestor - Câmara 1 Decanto Digestor - Câmara F3 F F Filtro Anaeróbio Ascendente Filtro Anaeróbio Descendente - Tijolo Cerâmico 5 Filtro Anaeróbio Descendente - Brita Comercial Filtro Anaeróbio Descendente - Seixo Rolado nº 7 Filtro Anaeróbio Descendente - Brita nº Tanque de efluente tratado dos filtros descendentes 9 BIOFIBER T1 T T1 Tabuleiro 1 - Escoamento através de sulcos T Tabuleiro - Escoamento Superficial T3 T3 T Tabuleiros 3 e - Irrigação sub-superficial T T5 T5 Tabuleiro 5 - Irrigação localizada Figura 1: Detalhe esquemático do sistema Para determinação de um balanço completo de nutrientes e demais parâmetros analisados, os tabuleiros foram escavados até a profundidade de 30cm, forrados com lona preta de 0,0 mm, instalados dois drenos de fundo, sendo um localizado a 5,0m e outro a 10,0m da cabeceira, ambos com finalidade de promover a saída do efluente e tomada de amostras. MATERIAIS E MÉTODOS Para efetuar esta avaliação foram determinadas as concentrações de entrada (afluente) e de saída (efluente) desses elementos ao passarem pelo sistema solo-planta. O período de amostragem foi de agosto de 1999 a janeiro/000, com coletas semanais. O acondicionamento e conservação das amostras e os método de análises utilizados, são parte integrante do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19 th Edition ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 RESULTADOS OBTIDOS Durante o período estudado observou-se (Figura 0) que a concentração de sódio afluente não sofreu redução ao passar pelo sistema estudado, indicando que o solo não está absorvendo este elemento. Esta avaliação é positiva, pois de acordo com a literatura (Paganini, 1997) um aumento da concentração de sódio no solo, poderia torná-lo impermeável, impossibilitando o uso desses sistemas. O aumento na concentração de sódio efluente nos módulos é ocasionado pela lixiviação do sódio remanescente de aplicações anteriores a este estudo. Concentração de K- mg/l ENTRADA ST3 ST Figura : Avaliação da concentração de sódio nos tabuleiros 3 e O comportamento do potássio apresentado na Figura 3, mostra que a concentração de potássio afluente sofreu significativa redução (remoção %) ao passar pelo sistema solo-planta dos módulos. Esta remoção é satisfatória, pois indica que o potássio presente no efluente está sendo utilizado como fonte mineral pela planta e se incorporando ao solo através de reações químicas. Concentrações de Na em mg/l 10, ,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 ENT. ST3 ST Figura 3: Avaliação da concentração do potássio nos tabuleiros 3 e. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental

5 As concentrações encontradas para o cálcio (Figura ) indicaram que não houve remoção deste parâmetro no sistema estudado. Segundo a literatura, a remoção deste elemento é mais eficiente em regiões úmidas, fato que não ocorre no nosso clima. Outra hipótese que deve ser levada em consideração, reside na qualidade do solo utilizado, que talvez impossibilite fixação do cálcio, por adsorsão ou troca iônica. Concentração de Mgmg/L ENTRADA ST3 ST Figura : Avaliação do cálcio nos tabuleiros 3 e. O comportamento da concentração afluente e efluente do magnésio nos sistema estudado esta apresentado na Figura 5, onde observa-se que houve remoção deste elemento nos tabuleiros 3 e na ordem de % e 5% respectivamente. Esta remoção é atribuída a matéria orgânica presente, que decomposta no solo possibilita a redução de óxido de magnésio, insolúveis a cátions bivalentes mais disponíveis. 10 Concentração de Calcio - mg/l 0 ENTRADA ST3 ST Figura 5: Avaliação de magnésio nos tabuleiros A e B. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 CONCLUSÕES Os dados obtidos durante o período estudado possibilitou as seguintes conclusões: Os módulos irrigados com efluente tratado apresentaram remoção de potássio na ordem de %. Este fato é atribuído a mobilidade deste elemento tornando-se disponível, tanto para planta, como na formação de novos compostos. O elemento magnésio apresentou uma redução de e 5% para os módulos 3 e respectivamente. Esta remoção foi favorecida pela presença da matéria orgânica presente no efluente. As concentrações de sódio e cálcio afluente aos módulos não sofreram redução. Este fato pode ser atribuído ao tipo de solo utilizado para suporte da vegetação. No entanto não seria interessante uma alta remoção de sódio já que o excesso desse elemento no solo ocasionaria uma redução da permeabilidade do solo. No tocante ao cálcio um clima mais úmido poderia tornar mais eficiente sua remoção. O uso do solo como sistema de pós-tratamento de efluentes é viável, no entanto é necessário uma boa caracterização do efluente para que se possa direcionar o tipo de cultura a ser irrigada, e a forma mais adequada de irrigação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA (1995). Standart Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19 th edition. New York American Public Health Association.. Monte, M. H. M. Tratamento e destino final de águas residuais municipais e industriais no solo, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa PAGANINI, W. S. Disposição de esgotos no solo: (escoamento à superfície)/wanderley da Silva Paganini. - São Paulo: fundo Editorial da AESA BESP ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental