II-162- REUSO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS TRATADAS NO CULTIVO DE GRAMA HIDROPÔNICA

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1 II-162- REUSO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS TRATADAS NO CULTIVO DE GRAMA HIDROPÔNICA Renata Carolina Pifer Abujamra (1) Engenheira Agrônoma pela Universidade Federal do Paraná, Mestre em Engenharia Sanitária pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Bolsista (DTI/CNPq) do PROSAB/RN - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico. Cícero Onofre de Andrade Neto Engenheiro Civil, Mestre em Engenharia Civil com Concentração em Saneamento, Doutor em Recursos Naturais, Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Membro do Grupo Coordenador do PROSAB - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CAIXA), Membro do Comitê Científico do Programa de Pesquisas do Departamento de Engenharia de Saúde Pública da FUNASA. Henio Normando de Souza Melo Engenheiro Químico, Mestre em Química Ambiental, Doutor em Engenharia Ambiental pelo Institut National des Sciences Appliqées, Toulouse/França, Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Coordenador do PROSAB-RN - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CAIXA). Endereço (1) : Av. Praia de Tibau, Ponta Negra Natal/RN - CEP: Brasil - Tel: (84) abujamrarenata@eq.ufrn.br RESUMO O uso de efluentes tratados como fonte de nutrição vegetal preserva os recursos hídricos já bastante escassos para usos mais nobres. Quando utilizado em substituição às soluções nutritivas convencionais, tem condições de fornecer macro e micronutrientes às plantas, passando estes a serem retirados do próprio efluente doméstico, evitando assim o seu descarte no meio ambiente e conseqüente poluição. Este trabalho apresenta um estudo sobre o reuso de esgotos tratados no cultivo de grama hidropônica, utilizando a Técnica de Forragem Hidropônica de Milho (FHM) já de domínio da equipe (ANDRADE NETO et al, (2003) e adaptando ao Cultivo de Grama Hidropônica (CGH). O cultivo de forragem hidropônica do milho com esgoto tratado é realizado aplicando-se uma lâmina de água e nutrientes (esgoto tratado), que fluem em um leito, com ou sem substrato, intermitentemente, sendo o intervalo de rega e a vazão aplicada um importante fator de controle. Esta pesquisa apresenta como objetivos específicos: a - estabelecer um Protocolo para Produção de Grama utilizando a técnica de Hidroponia Forrageira, b - comparar a produção alcançada e o consumo dos nutrientes quando fornecidos pelo esgoto e solução nutritiva. Os resultados obtidos no experimento são demonstrativos da potencialidade e viabilidade de se produzir grama, para ornamentação de parques e jardins, com esgoto sanitário tratado em reatores anaeróbios de alta eficiência, pela Técnica de Forragem Hidropônica de Milho, constituindo-se numa alternativa tecnológica para o destino produtivo de efluentes. A primeira etapa, de caráter preliminar, permitiu definir o substrato e apontou para aspectos operacionais que necessitam de um melhor controle e monitoramento. PALAVRAS-CHAVE: Reúso de águas, tratamento de esgoto, grama hidropônica. INTRODUÇÃO A hidroponia é uma técnica de cultivo de plantas, sem a utilização de solo, de forma que os nutrientes minerais são fornecidos através de uma solução nutritiva balanceada para as necessidades das plantas que se deseja cultivar. O suporte do vegetal pode se dar pelo caule, deixando as raízes livremente submersas em solução nutritiva, ou pelas raízes, quando plantado em material inerte. O cultivo de forragem hidropônica do milho é realizado aplicando-se uma lâmina de água e nutrientes (esgoto tratado), que fluem e um leito, com ou sem substrato, intermitentemente, sendo o intervalo de rega e a vazão aplicada um importante fator de controle. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 O uso de efluentes de estações de tratamento de esgotos para hidroponia produtiva pode propiciar as seguintes vantagens: permite a utilização de todo ou quase todo o efluente, evitando a poluição e contaminação ambiental; pode ser utilizada como forma de remoção de nitrogênio e fósforo, retidos na biomassa vegetal da cultura; em casos de dificuldades de transporte dos esgotos até campos de irrigação, viabiliza a opção de transportar o produto cultivado em pequena área e próximo do ponto de reunião e tratamento dos esgotos. Comparado com o aproveitamento de efluentes para irrigação, permite melhor controle sanitário e maior flexibilidade de localização em pequenas áreas. Segundo Andrade Neto et. al (2003), o uso de efluentes tratados como fonte de nutrição vegetal preserva os recursos hídricos já bastante escassos para usos mais nobres. Quando utilizado em substituição às soluções nutritivas convencionais, tem condições de fornecer macro e micronutrientes às plantas, passando estes a serem retirados do próprio efluente doméstico, evitando assim o seu descarte no meio ambiente e conseqüente poluição. Este trabalho apresenta um estudo sobre o reuso de esgotos tratados no cultivo de grama hidropônica, utilizando a Técnica de Forragem Hidropônica de Milho (FHM) já de domínio da equipe de ANDRADE NETO et al (2003) ao Cultivo de Grama Hidropônica (CGH). Portanto esta pesquisa apresenta como objetivo específico estabelecer um Protocolo para Produção de Grama utilizando a técnica de Hidroponia Forrageira. MATERIAIS E MÉTODOS Os experimentos foram conduzidos no campo experimental do PROSAB/RN, localizado na área da Estação de Tratamento de Esgotos do Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em Natal. O sistema piloto (Figura 1) consta de oito módulos denominados canteiros, com contornos limitados por alvenaria de tijolo cerâmico vazado, medindo cada um 2,5 m de comprimento por 1,0 m de largura. Os módulos foram construídos com declividade de 4% no sentido longitudinal, para permitir um bom escoamento e foram nivelados cuidadosamente, de forma a não permitir caminhos preferenciais no fluxo. Ao fundo e laterais são revestidos com lona plástica de 200 micra, na cor branca. Figura 1 Vista geral dos canteiros para produção de grama hidropônica A irrigação dos canteiros foi realizada através de um sistema de bombeamento independente para cada tratamento, de modo que: 02 (dois) canteiros são irrigados com esgoto tratado, em sistema aberto (sem recirculação) e um canteiro irrigado com solução nutritiva em sistema fechado, com recirculação. O turno de rega foi regulado por temporizadores. Em uma primeira etapa, de caráter preliminar, foi realizada a adaptação da Técnica de Forragem Hidropônica de Milho (FHM) já de domínio da equipe (ANDRADE NETO et al, 2003) ao Cultivo de Grama Hidropônica (CGH). Para este fim, o primeiro passo foi o acerto de aspectos técnicos operacionais: escolha do substrato, determinação de vazão, turno de rega/repouso, antes de se realizar o plantio. A escolha do substrato baseou-se na facilidade deste ser encontrado em qualquer localidade e ter baixo custo. Os substratos utilizados foram areia grossa e areia fina. As características dos substratos adotados encontramse na Tabela 1. A altura do substrato utilizada foi a menor possível 2 cm, para permitir secagem e reaeração rápidas, e também diminuir os custos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tabela 1: Classificação Textural dos Substratos TRATAMENTOS T2 T1/T3 % MATERIAL % % AREIA 97,95 98,85 ARGILA 2,00 1,00 SILTE 0,05 0,15 CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL AREIA AREIA Várias vazões e ciclos de rega/repouso foram testados, com base na retenção de umidade do substrato, possibilitando um escoamento uniforme por todo o canteiro e evitando saturação. Assim, foram instalados 03 (três) tratamentos com 02 (duas) repetições cada: - T1 Areia grossa - alimentado com solução nutritiva comercial em sistema fechado com recirculação - T2 Areia fina, alimentado com esgoto tratado - T3 Areia grossa, alimentado com esgoto tratado Todos os tratamentos trabalharam com uma vazão de 2L/minuto e um ciclo de rega de 2 minutos irrigando x 3 horas parado. Sendo assim, as irrigações se iniciavam as 5:00 horas e encerravam as 17:00 horas. Inicialmente os canteiros irrigados por apenas 01 (um) distribuidor no início dos canteiros, posteriormente, com o desenvolvimento das mudas, notou-se a necessidade da introdução de outro distribuidor na metade do canteiro para melhor distribuição da água, sendo assim foi mudado o ciclo de rega e vazão, ficando 4l/minuto com ciclo de 1 minuto irrigando e 3 horas parado. Para caracterização e monitoramento do esgoto doméstico tratado foram realizadas as seguintes análises (físico-químicas e microbiológicas): - Análises de Caracterização (realizadas somente no efluente tratado) realizadas quinzenalmente nos dois primeiros meses e posteriormente uma vez por mês: DBO, DQO, COT, Alcalinidade, AGV, Coliformes totais, E. coli, Ovos de helmintos; - Análises de Rotina realizadas semanalmente durante todo andamento da pesquisa: ph, condutividade, temperatura, turbidez, sólidos suspensos (totais, fixos e voláteis), macronutrientes - nitrogênio total (nitrogênio amoniacal + nitrogênio orgânico), nitrito, nitrato, fósforo total e ortofosfato, potássio, cálcio, magnésio e enxofre (sulfato) além de cloreto e sódio. As análises de rotina foram realizadas nos seguintes pontos: entrada do sistema hidropônico (efluente tratado) e solução nutritiva recirculada. Os dados de condutividade, temperatura e ph foram monitorados diariamente às 9:00 horas e às 15:00 horas. Para a solução nutritiva a condutividade fornece dados para manutenção de todos os seus nutrientes e para reposição diária do volume da água evapotranspirada. A variedade de grama utilizada foi a Esmeralda (Zoysia japonica), as mudas foram produzidas a partir de tapetes já formados com dimensões de 3 cm x 3 cm distanciadas entre si 15 cm entre linhas e entre mudas, sendo que as linhas eram intercaladas entre si. Como parâmetro de medida para avaliação do desenvolvimento da grama foram tomadas medidas quinzenais do espaçamento entre mudas e entre linhas. Devido a dificuldade de se encontrar, na bibliografia especializada, uma solução nutritiva própria ao cultivo de grama, foi adotada a solução usada para a produção de forragem de milho hidropônico recomendada pela EMATER/RN. Ao final do ciclo foi realizada análise do tecido vegetal (macronutrientes, matéria verde e matéria seca) bem como análise do substrato (macronutrientes, determinação de umidade). RESULTADOS E DISCUSSÕES Nesta primeira etapa duas análises podem ser verificadas. Num primeiro momento analisa-se a produção de grama cultiva com solução nutritiva e esgoto tratado. E num segundo momento compara-se a utilização de dois substrato diferentes quando alimentados com esgoto tratado em substituição à solução nutritiva. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Os resultados obtidos podem ser visualizados na Tabela 2 que apresenta os principais parâmetros da caracterização do esgoto tratado e da solução nutritiva recirculada de interesse para esse trabalho, e na Figura 02 onde são apresentados o desenvolvimento das mudas em relação ao fechamento da área de cobertura. Tabela 2: Características Físico-químicas do Esgoto Tratado (EF) Solução Nutritiva Nova (SNN) e Recirculada (SNR): VARIÁVEIS T1 SNR EF Temperatura ( C) 27,6 26,4 ph 6,1 7,1 Condutividade (µs/cm) Turbidez (NTU) 1,24 49,72 SST (mg/l) 6 15 Nitrogênio amoniacal (mg/l) 17,14 20,28 Nitrito (mg/l) 0,323 0,041 Nitrato (mg/l) 211,11 2,79 Fósforo Total (mg/l) 25,63 3,53 Ortofosfato (mg/l) 14,11 2,95 Potássio (mg/l) 227,1 34,7 Cálcio (mg/l) 143,1 8,36 Magnésio (mg/l) 37,4 6,68 Enxofre (Sulfato) (mg/l) 18,0 6,94 Cloreto (mg/l) 63,1 117 Sódio (mg/l) 44,5 61,6 16 Desenvolvim ento das Mudas 14 Espaçamento (cm) T1R T1R T2R T2R T3R T3R Tratam entos/repetições 1dias 30 dias 37 dias 45 dias 52 dias 60 dias Figura 2 Gráfico de desenvolvimento das mudas (Espaçamento x Tempo) O ph ideal para desenvolvimento da grama esmeralda está situado entre 6,0-7,0, o esgoto tratado apresentou uma variação muito baixa de ph ficando entre 6,9 e 7,2 e média de 7,1, não apresentando problemas portanto para sua utilização. Como o ph da solução nutritiva era monitorado e corrigido sempre que necessário, este também não apresentou problemas para a cultura. Quanto aos elementos minerais, o nitrogênio é o requerido em maiores quantidades pela grama, por esta razão, é o elemento aplicado em maiores quantidades nos programas de adubação para gramados. O nitrogênio participa de todas funções vitais do desenvolvimento da grama, por isso está diretamente relacionado com o seu crescimento, no aumento do número de estolões e densidade de folhas, no crescimento de raízes, na ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 coloração e no potencial de recuperação do gramado. A grama esmeralda é classificada como de média exigência de adubação nitrogenada, a necessidade de nitrogênio para formação de um bom gramado é de g/100m 2, ou seja em média 3150mg/m 2 /mês. Portanto uma necessidade diária de 105mg/m 2 /dia. Considerando a vazão adotada e a aplicação diária de água de 8l/dia/m 2, obtivemos um aporte total de 1828,58mg/m 2 /dia no tratamento com solução nutritiva, muito acima do necessário. Para o esgoto o aporte de nitrogênio, considerando todas as formas de nitrogênio presentes no esgoto foi de 98mg/m 2 /dia. Ao considerarmos somente as formas de nitrogênio disponíveis para as plantas (N-NH 4 + e N-NO 3 - ) temos um aporte de 78,82mg/m 2 /dia, estando, portanto abaixo do necessário. Salienta-se ainda que maior parte do nitrogênio disponível no esgoto está sob a forma de N-NH 4 +, e que a percentagem de N-NH 4 + em formulções de soluções nutritivas não deve ultrapassar 20-30%, o que pode ter prejudicado as plantas. O fósforo é encontrado em todas as células vivas da grama, pois participa das principais funções fisiológicas da planta. O fósforo é considerado o elemento "start" (inicial) do gramado, já que é responsável pela formação de raízes, tanto que uma boa concentração de fósforo é importantíssima no início da formação do gramado para formar um bom sistema radicular. Sua recomendação convencional é de aproximadamente 67mg/m 2 /dia, por ocasião do plantio. O esgoto apresentou baixas concentrações de fósforo total, com máxima de 4,55mg/l e mínima de 2,93 mg/l, com um aporte diário médio de 10,69mg/m 2. O mesmo acontece com os demais nutrientes estudados (K, Ca, Mg e S), apesar de estarem presentes no esgoto, de acordo com a vazão e turno de rega adotados o aporte foi considerado pequeno diante da necessidade das plantas. O potássio é o segundo elemento mais absorvido pela grama, depois do nitrogênio. Embora ele não seja um constituinte das células vivas, ele participa de uma série de sínteses no crescimento e desenvolvimento da grama. O cálcio está diretamente relacionado ao crescimento de raízes novas, particularmente, dos pêlos radiculares, responsáveis por grande parte da absorção dos nutrientes. O magnésio possui correlação direta com a manutenção da coloração verde e no crescimento do gramado. A relação ideal entre cálcio e magnésio dentro da planta é de 7-10:1. A importância do enxofre está relacionada na composição de certos aminoácidos e proteínas, além de ajudar a manter a coloração verde das folhas da grama. Comparando-se os tratamentos T1 e T3 que utilizaram o mesmo substrato no que se refere ao fechamento do espaço entre mudas, os resultados desta primeira etapa mostraram uma melhor adaptação da grama hidropônica quando cultivada com solução nutritiva. Verifica-se pela Figura 02, que a partir do 30 dia após o plantio, o tratamento com solução nutritiva apresenta um melhor desenvolvimento em relação ao fechamento da área, fechando completamente aos 55 dias. Já o T3 apresenta estagnação aos 45 dias, não conseguindo formar completamente o tapete. Considerando que a concentração de nutrientes na solução nutritiva é muito maior que no esgoto tratado e, levando-se em consideração que cada nutriente exerce uma função vital sobre a planta, resultado dessa natureza poderia ser esperado. Para contornar essa condição, aumentou-se a taxa de aplicação. Essa condição operacional deve ser colocada em prática com bastante atenção, pois pode acarretar saturação do substrato. Quando isso ocorre, diminui a aeração no sistema radicular da planta diminuindo a taxa de respiração da mesma e em conseqüência pode prejudicar seu desenvolvimento. Por outro lado, verificou-se ainda nesta primeira análise que a solução nutritiva continha nutrientes em quantidades excessivas de todos os elementos às necessidades da cultura, podendo portanto sofrer adaptações, diminuindo assim o seu custo e mesmo o risco de toxidez por alguns elementos ou ainda interações antagônicas ou competitivas entre os mesmos. Num segundo momento foram avaliados os resultados obtidos entre os tratamentos T2 e T3, ambos alimentados com esgoto tratado, porém com substratos diferentes. Pela Figura 02 observa-se já aos 30 dias um melhor desenvolvimento do T3 sobre o T2 em relação à área de cobertura (fechamento da grama). O T2 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 (areia fina) apresentou maiores dificuldades de emissão de estolões para fechamento da área. Esse fato ocorreu devido a areia fina reter por muito mais tempo a umidade o que prejudica como assinalado anteriormente a aeração das raízes. Via de regra os gramados não devem ser encharcados no tratamento de manutenção. Apesar da grama esmeralda adaptar-se a uma gama variada de solos, cresce melhor em solos bem drenados. Solos com saturação hídrica prejudicam seu crescimento e adaptação. Essa premissa pôde ser comprovada através da análise fisico-hídrica do solo (Tabela 03). Tabela 3: Características hídricas do substrato TRATAMENTOS T2 T3 Peso úmido 30,40 26,08 Peso seco 10,34 10,30 Umidade % 65,97 60,50 Capacidade de Campo % 3,99 2,82 CONCLUSÕES Os resultados da pesquisa, até o momento, permitem concluir que a utilização de esgotos tratados para produção de grama hidropônica exige altas taxas de aplicação como forma de suprir as necessidades nutricionais das plantas. Para tornar possível as altas taxas de aplicação de esgoto necessárias no cultivo de grama hidropônica se faz necessário substratos com granulometria suficiente para promover um espaço intersticial da matriz do substrato de forma a permitir o correto escoamento do excesso de esgoto, evitando a saturação hídrica, e assim obter uma melhor aeração do sistema radicular. Ressaltar-se a eficiência desta nova técnica em relação ao cultivo tradicional de grama (solo), do ponto de vista econômico viabilizando a produção de placas em menor tempo e com menores custos (supressão da necessidade de fertilizantes) e do ponto de vista ambiental constituindo-se em alternativa à disposição de efluentes líquidos sem a poluição do ambiente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANDRADE NETO, Cícero O. de, MELO, Henio N S, OLIVEIRA, Fernando K D, MELO FILHO, Carlindo P de, PEREIRA, Maria G. Hidroponia Forrageira com Efluente de Filtro Anaeróbio. In: 22º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 2003, Joinville. Anais... Rio de Janeiro: ABES, MALAVOLTA, E. Avaliação do estado nutricional das plantas: princípios e aplicações. Piracicaba: Associação Brasileira para Pesquisa da Potassa e do Fosfato, p. 3. MELO, Henio N S, ANDRADE NETO, Cícero Onofre de, MENDONÇA, Fernando C, MARQUES, Marcos O, PIVELLI, Roque P. Uso de Esgoto Tratado em Hidroponia. In: BASTOS, Rafael K X (coordenador) et al. Utilização de Esgotos Tratados em Fertirrigação, Hidroponia e Piscicultura. Rio de Janeiro, 2003, p ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6