Utilização de esgoto tratado na fertirrigação agrícola

Transcrição

1 REVISTA DE BIOLOGIA E CIÊNCIAS DA TERRA ISSN Suplemento Especial - Número 1-2º Semestre 2006 Utilização de esgoto tratado na fertirrigação agrícola Keliana Dantas Santos 1, Israel Nunes Henrique 2, José Tavares de Sousa 3, Valderí Duarte Leite 3 RESUMO Os esgotos sanitários apresentam grande ameaça ao meio ambiente quando lançados inadequadamente em corpos d água, porém, podem ser tratados e utilizados na agricultura sem ocasionar riscos ambientais e de transmissão de doenças. Nesta perspectiva o presente trabalho teve como objetivo avaliar as principais características nutricionais de efluentes do sistema experimental constituído de um reator UASB, de Lagoa de Polimento e de um Leito de Brita tratando esgotos sanitários. Os três diferentes tipos de efluentes foram aplicados na fertirrigação da cultura do quiabo, sendo avaliado o desenvolvimento da planta e a sua respectiva produtividade. Em paralelo, dois tratamentos também foram utilizados: (a) água de abastecimento e (b) água de abastecimento e solo com adubação mineral. O delineamento experimental foi realizado em blocos casualizados, constituído de cinco tratamentos e quatro repetições. O resultado do tratamento estatístico demonstrou que não ocorreram diferenças significativas entre os tratamentos com água de abastecimento e Lagoa de Polimento, e os tratamentos utilizando efluente do reator UASB, efluente do Leito de Brita e água de abastecimento e solo com adubação mineral. Palavras-chave: Reúso de água, fertirrigação, cultura do quiabo ABSTRACT Sanitary sewage presents great threat to the environment when inadequately thrown in water bodies. However, they can be treated and used in the agriculture without causing environmental risks or transmission of diseases. In this paper an evaluation is made the main nutricional characteristics of sewage treament using UASB reactor effluent, Polishing Pond effluent and Rock Bed Filter effluent. The three different treatments were applied in the fertirrigation okra production. In parallel two treatments were used: (a) tap water irrigation and (b) tap water plus soil with mineral irrigation. The research obeyed in a randomized blocks design, composed of five treatments and four repetitions. The results of the statistic analyses showed that was no significant difference between treatments irrigation with waster municipal and Polishing Pond effluent. Also there was no significant difference between the treatment using tap water plus soil mineral fertirrigation and the treatments irrigation with Rock Bed Filter effluent and irrigation with UASB reactor effluent. Key-Words: Reuse of water, fertirrigation, okra production 1 INTRODUÇÃO A região Nordeste dispõe de um potencial hídrico considerável (3.853 m 3. hab -1. ano -1 ), o estado da Paraíba tem um potencial hídrico de apenas m 3. hab -1. ano -1, portanto, esse permanece em alerta de escassez de água doce. Assim sendo, para suprir a demanda de água desse Estado, precisa-se não somente administrar racionalmente as bacias hidrográficas locais, mas também implantar uma política racional no sentido de tratar convenientemente os esgotos sanitários provenientes dos grandes centros urbanos,

2 objetivando, usá-los para fins não nobres (SOUSA & LEITE, 2003). O tratamento de esgoto e a posterior utilização do efluente tratado na agricultura são medidas que se apresentam como forma de combate à poluição e incentivo à produção agrícola. Incentivar a agricultura é fundamental para economia, principalmente, quando associado à fertirrigação com nutrientes advindos do próprio esgoto. Dessa forma, o desenvolvimento de tecnologias que visem promover o aumento da produtividade agrícola sem graves danos ambientais, a curto e longo prazo, consiste em uma alternativa que favorece o desenvolvimento local sustentável. A prática da utilização de águas residuárias, tratadas na agricultura, apresenta diversas vantagens, dentre elas a economia de água, de fertilizante mineral e ainda evita a contaminação orgânica e microbiológica do meio ambiente. A Organização Mundial da Saúde (OMS) assegura que o tratamento primário de esgotos domésticos já é suficiente para torná-los adequados à irrigação de culturas de consumo indireto. No entanto, recomendamse tratamentos secundário e terciário quando estas águas forem utilizadas na irrigação das culturas para consumo direto (SHUVAL et al. 1997; METCALF & EDDY, 2003). Tratar esgotos utilizando reator UASB é uma opção positiva, sobretudo, para regiões de clima quente como no caso do Nordeste brasileiro (VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994). O efluente, produzido por este sistema, apresenta grande quantidade de nutrientes. No entanto, não deve ser utilizado na agricultura, pois exige cuidados com relação a patógenos que podem contaminar os trabalhadores rurais e consumidores dos produtos. Logo, o efluente do UASB exige um pós-tratamento para produzir esgotos tratados com características de qualidade sanitária, recomendada pela WHO (1989). Nesse sentido, a Lagoa de Polimento e o Leito de Brita apresentam-se como alternativas de pós-tratamento plausíveis. Nessa perspectiva, durante o período experimental foram caracterizados, do ponto de vista sanitário e físico-químico os efluentes produzidos pelos sistemas já citados e, em seguida, aplicados na fertirrigação da cultura do quiabo (Abelmoschus esculentus), objetivando avaliar o crescimento e a produtividade dessa cultura quando submetida a diferentes efluentes tratados. 2 MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi instalado e monitorado em uma área pertencente à Companhia de Águas e Esgotos da Paraíba (CAGEPA), localizada no bairro do Tambor, na cidade de Campina Grande-PB (latitude sul 7 13, longitude oeste e 550m de altitude), onde se localizam a Estação de Tratamento Biológico de Esgoto (EXTRABES) e o grupo de pesquisa do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB). A área destinada ao cultivo do quiabo (Abelmoschus esculentus) foi de 140 m 2, dividida em 20 parcelas, separadas por paredes de alvenaria com profundidade de 40 cm e impermeabilizada com lona. Em cada uma dessas parcelas de dimensões 2,5m x 2,8m, foi tomada uma área 4,68 m 2 onde o quiabo foi cultivado em três fileiras com espaçamento de 60 cm entre fileiras e 20 cm entre covas. O solo utilizado no experimento foi classificado como Neossolo Regolítico de textura arenosa. O delineamento experimental foi de blocos casualizados apresentando cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos utilizados foram caracterizados conforme descrição a seguir: tratamento 1 (T1) - irrigação com água de abastecimento; tratamento 2 (T2) - irrigação com água de abastecimento e solo com adubação mineral; tratamento 3 (T3) - irrigação com efluente da Lagoa de Polimento (LP); tratamento 4 (T4) - irrigação com efluente do Leito de Brita (LB) e tratamento 5 (T5) - irrigação com efluente do reator UASB. Considerando-se o ciclo do quiabo de aproximadamente 90 dias e sabendo-se que são necessários 450 mm de chuva durante o ciclo, foi realizada irrigação (por sulcos) equivalente a 15 mm de chuva em turno de rega de três dias. A irrigação com o uso dos efluentes dos sistemas de tratamento de esgoto e água de abastecimento foi realizada com a utilização de bomba que os retiravam de seus reservatórios e despejavam nos sulcos. Os parâmetros analisados durante todo o monitoramento foram: ph, condutividade elétrica, Demanda Química de Oxigênio (DQO),

3 nitrogênio amoniacal, nitrogênio total Kjedahl, fósforo total, ortofosfato solúvel e coliformes termotolerantes obedecendo às normas analíticas do Standard Methods for the Examination of Wastewater (APHA, 1995). Para avaliar a qualidade sanitária dos efluentes utilizados na fertirrigação do quiabo, além da análise de coliformes, foram realizados exames semanais de ovos de helmintos, conforme metodologia adaptada do Bailenger (1989). As análises de crescimento da planta estudada foram: área foliar, fitomassa e comprimento do caule. Estas análises foram realizadas colhendo duas plantas de quiabo, sorteadas de cada uma das parcelas. As extrações das plantas ocorreram através do corte do caule em sua extremidade inferior. As primeiras medidas de crescimento foram obtidas em plantas com 33 dias de germinação. Após esse período foram realizadas em intervalos quinzenais. A produtividade foi realizada utilizando-se a massa in natura dos quiabos colhidos. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 são apresentadas as médias e desvio padrão dos valores obtidos através das análises físico-químicas do esgoto bruto e dos efluentes, também são apresentados os resultados das análises de coliformes termotolerantes e ovos de helmintos. As Figuras 1, 2 e 3 apresentam a evolução da área foliar, da fitomassa e do comprimento da planta em todos os tratamentos. Características dos efluentes Tabela 1: Características físico-químicas e sanitárias do esgoto bruto e dos efluentes DQO (mgo 2.L -1 ) NTK (mg N-NTK.L -1 ) Parâmetros Medidas Estatísticas EB UASB LB LP Nitrogênio amoniacal (mg N-NH 4 +.L -1 ) Fósforo Total (mg P.L -1 ) Ortofosfato (mg P-PO 4 3-.L -1 ) Condutividade (ds.m -1 ) ph Média Desvio Padrão Média 46,6 41,0 32,8 9,8 Desvio Padrão 10,8 10,1 9,5 3,0 Média 28,2 40,4 30,4 4,5 Desvio Padrão 7,6 10,7 9,0 2,9 Média 6,3 6,1 4,9 3,7 Desvio Padrão 1,3 1,3 1,8 1,2 Média 4,9 4,8 4,6 1,9 Desvio Padrão 0,9 1,2 1,8 1,2 Média 1,490 1,493 1,417 1,265 Desvio Padrão 0,246 0,190 0,245 0,202 Máximo 7,68 7,97 7,86 10,57 Mínimo 6,61 6,68 7,28 7,58 Coliformes Termotolerantes (UFC.100mL -1 ) Média geométrica 1,7x10 7 6,1x10 6 7,2x10 3 2,9x10 1 Ovos de helmintos (Ovos.L -1 ) Média aritmética EB - esgoto bruto; UASB - reator anaeróbio de manta de lodo; LB -Leito de Brita; LP - Lagoa de Polimento. O efluente oriundo do Leito de Brita apresentou valores médios de 32,8 mg N- NTK.L -1 e 30,4 mg N-NH 4 +.L -1 de nitrogênio amoniacal, e concentração média de fósforo total e ortofosfato de 4,9 mg P.L -1 e 4,6 mg P- PO 4 3-.L -1, respectivamente, portanto, a eficiência de remoção de fósforo total foi de 22% e de nitrogênio foi de 20%. A Lagoa de Polimento apresentou concentrações médias de NTK e nitrogênio amoniacal de 9,8 mg N- NTK.L -1 e 4,5 mg N-NH 4 +.L -1, respectivamente, resultando assim, numa eficiência de remoção NTK de 76%. Assim, o efluente advindo de Lagoa de Polimento apresenta baixa concentração de nitrogênio. Quanto às concentrações de fósforo, estas apresentaram valores médios de 3,7 mg P.L -1 de fósforo total e 1,9 mg P-PO 4 3-.L -1 de ortofosfato, resultando eficiência de remoção de fósforo total de 41%.

4 Segundo a resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), n de março de 2005, concentrações maiores que 0,03 mg.l -1 de fósforo total podem favorecer o processo de eutrofização em corpos d água lênticos, portanto, apesar de ter ocorrido a remoção de fósforo promovida pelos sistemas Leito de Brita e Lagoa de Polimento, os efluentes produzidos pelos sistemas não apresentaram padrões de qualidade adequados para o lançamento em corpos d água, exigindo um pós-tratamento mais eficiente. No entanto, os efluentes produzidos, a partir deste procedimento, apresentam características tecnicamente viáveis para utilização na agricultura. O efluente do reator UASB apresentouse inadequado para utilização na agricultura para irrigação irrestrita devido às concentrações indesejáveis de coliformes termotolerantes e ovos de helmintos, segundo recomendações da WHO (1989). De acordo com estudos epidemiológicos realizados por SHUVAL et al. (1986) evidencia-se que são grandes os riscos de transmissão de ascaridíase e tricuríese aos agricultores que utilizarem esse efluente na agricultura. O pós-tratamento deste efluente em Lagoa de Polimento e em Leito de Brita foi realizado com a finalidade de complementar o tratamento quanto à remoção de helmintos e coliformes termotolerantes. Na Tabela 1, pode-se verificar que os efluentes da Lagoa de Polimento e do Leito de Brita apresentaram remoção total de ovos de helmintos (eficiência 100%). Quanto à concentração final de coliformes termotolerantes, apresentaram, respectivamente, a eficiência de remoção de 99,999% e 99,98%. A eficiência do Leito de Brita em relação à remoção total de ovos de helmintos deve-se, principalmente, a retenção desses pela massa aderida ao meio filtrante (brita). A remoção de coliformes deve-se, sobretudo, ao decaimento natural, decorrido em um período de 7 dias e a provável retenção desses microrganismos no leito, devido a processos como: sedimentação, filtração, oxidação e sorção da matéria orgânica. Na Lagoa de Polimento, a remoção dos ovos de helmintos deve-se a sedimentação destes e ao tempo de detenção hidráulica que foi de 15 dias. Quanto aos coliformes, os principais fatores que contribuíram para a remoção foram: temperatura, insolação, ph, escassez de alimento, organismos predadores, competição, compostos tóxicos e elevada concentração de oxigênio dissolvido (GONÇALVES et al., 2003). Utilização de efluente na fertirrigação: análise de crescimento das plantas Área foliar A área foliar de uma planta corresponde à superfície das folhas capazes de realizar fotossíntese. Assim, pode-se afirmar que a produtividade de uma cultura está diretamente ligada a sua área foliar. Quanto maior a capacidade de absorção de luz, maior será a produtividade, pois o seu desenvolvimento será também maior (BENICASA,1988). Figura 1 - Comportamento da área foliar da cultura do quiabo nos cinco tratamentos

5 Conforme Figura 1, o tratamento 5 (irrigação com efluente do reator UASB) apresentou a maior área foliar seguido do tratamento 4 (irrigação com efluente do leito de brita); o tratamento 2 (irrigação com água de abastecimento e solo com adubo mineral) apresentou área foliar ligeiramente superior aos tratamentos 3 e 1, irrigação com efluente de lagoa de polimento e irrigação com água de abastecimento, respectivamente. Fitomassa O quiabeiro irrigado com esgotos tratados apresentou durante as análises maior quantidade de matéria seca, indo em geral pelo caminho de que quanto maior a fitomassa, melhor o desenvolvimento da cultura e, conseqüentemente, melhor a produtividade (BENICASA, 1988). Observando-se a Figura 2, é possível perceber que o tratamento 4 apresenta maior fitomassa, seguido pelos tratamentos 5 e 2. Já os tratamentos 3 e 1 apresentaram os menores valores, devido provavelmente, a baixa concentração de nutrientes essenciais ao desenvolvimento da planta. Altura da planta O comprimento da planta é outro importante parâmetro de análise. Plantas com deficiência de nutrientes apresentam desenvolvimento insatisfatório, afetando diretamente o seu crescimento. Observando-se a Figura 3, percebe-se que o tratamento de melhor desenvolvimento foi o 2, seguido, com valores muito próximos, pelos tratamentos 4 e 5. Os tratamentos 3 e 1 apresentaram altura da planta bem inferior. Produtividade Com objetivos de verificar o comportamento em relação à produtividade de cada um dos tratamentos estudados, utilizou-se como procedimento estatístico à análise de variância (fator único) e para identificar entre quais tratamentos havia diferença significativa, utilizou-se o teste Tukey, a 5% de probabilidade (Tabela 2) Figura 2 - Comportamento da fitomassa nos cinco tratamentos Figura 3 - Comportamento do comprimento da planta nos cinco tratamentos

6 Tabela 2: Avaliação da produtividade do quiabo Tratamentos Produtividade (t.ha -1 ) T1 T2 T3 T4 T5 9,04 c a bc ab ab Obs.: As médias seguidas pelas mesmas letras, na coluna, não diferem do nível de 0,05 de probabilidade, pelo teste Tukey. De acordo com os resultados obtidos, percebe-se que o tratamento 1 (irrigação apenas com água sem solo adubado) não apresenta diferença significativa com relação ao tratamento 3, porém, diferencia-se dos demais. O tratamento 2 (irrigação com água e solo com adubo) não apresenta diferença significativa com relação aos tratamentos 4 e 5, diferenciando-se dos demais (tratamentos 1 e 3). O tratamento 3 (irrigação com efluente da lagoa de polimento) só apresenta diferença significativa entre o tratamento 2. Os tratamentos 4 (irrigação com efluente do leito de brita) e 5 (irrigação com efluente do reator UASB) apresentam diferença significativa apenas com relação ao tratamento 1. O tratamento 5 (irrigação com efluente do UASB) apresentou maior área foliar, portanto, não apresentou maior produtividade. Este fenômeno pode ter ocorrido devido à quantidade de nutrientes ter sido suficiente para o bom desenvolvimento da planta, porém, insuficiente na fase de produção dos frutos. 4 CONCLUSÕES De acordo com as recomendações da Organização Mundial de Saúde, o efluente do reator UASB não foi adequado para irrigação, principalmente, devido a sua concentração de ovos de helmintos. Os sistemas Leito de Brita e Lagoa de Polimento operados sob as condições apresentadas na pesquisa, produziram efluente isento de ovos de helmintos, no entanto, o Leito de Brita apresentou concentrações de coliformes termotolerantes acima dos padrões estabelecidos pela Organização Mundial de Saúde para irrigação irrestrita. O efluente da Lagoa de Polimento apresentou baixa concentração de coliformes termotolerantes, verificando uma alta eficiência de remoção (99,999%), Todavia, este efluente apresentou menor concentração de nitrogênio e fósforo em relação aos demais, assim como ph superior. Essas características mostraram-se suficientes para prejudicar a produtividade do quiabo fertirrigado com esse efluente. O tratamento 1 (irrigação com água de abastecimento) apresentou menor produtividade, já o tratamento 2 (irrigação com água e adubo mineral) produziu plantas com maior comprimento e maior produtividade, no entanto, não houve diferença significativa entre os tratamentos 4 (irrigação com efluente do leito de brita) e 5 (irrigação com efluente oriundo de reator UASB), comprovando a importância da utilização de águas residuárias tratadas na agricultura. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CT-HIDRO, ao CNPq, BNB, à Companhia de Água e Esgoto da Paraíba - CAGEPA, à Estação de Tratamento Biológico de Esgotos - EXTRABES e ao Programa de Pesquisa em Saneamento Básico - PROSAB. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA. AWWA. WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater. 15 ed. Washington, DC.: American Public Health

7 Association. American Water Association. American Waster Works Association, Water pollution Control Federation, 1995, 1134p. BAILENGER, J. Mechanisms of parasitological concentration in coprology and their practical consequences. Journal of American Medical Technology, 41, apud AYRES, R & MARA, D. Analysis of wastewater for use in agriculture. A laboratory manual of parasitological and bacteriological techniques. Geneva: WHO, p.65-71, WHO. Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture. World Health Organization Technical Report Series, No 778.World Health Organization, Geneva, [1]-Mestranda em Desenvolvimento e Meio Ambiente - PRODEMA UEPB/UFPB. [2]-Doutorando em Recursos Naturais - UFCG [3]-Prof. Dr. do Departamento de Química UEPB, CCT e do PRODEMA UEPB/UFPB. BENICASA, M. M. P. Análise de Crescimento de Plantas (Noções Básicas). São Paulo: FCAV-UNESP, CONAMA. Resolução nº 357, de 17 de março de Brasil, GONÇALVES, R. F.; JORDÃO, E. P.; ALÉM SOBRINHO, P. Introdução. In: Desinfecção de efluentes sanitários. PROSAB 3. ABES. Rio de Janeiro, METCALF & EDDY. Inc. Wastewater Engineering treatment Disposal Reuse. 4. ed. NewYork, McGraw - Hill Book, 1815p SHUVAL, H.I.; ADIN, A.; FAL, B.; RAWITZ, E.; YEKUTIEL, P. Wastewater irrigation in developing countries health effects and technical solutions. World Bank Technical Paper Number 51, Integrated Resource Recovery Projects series number GLO/80/004,Washington, D.C. 1986, 324p. SHUVAL, H.; LAMPERT Y. ; FATTAL, B.; RAWITZ, E.; YEKUTIEL, P. Development of a Risk Assessment Approach for Evaluating Wastewater Reuse Standards for Agriculture. Water Science and Technology, Oxford. v. 35, n , p , SOUSA, J. T.; LEITE, V. D. Tratamento e utilização de esgotos domésticos na agricultura. 2 ed. Campina Grande: EDUEP, 2003, 135p. VAN HANDEL, A. C. LETTINGA, G. Tratamento Anaeróbio de Esgoto: Um Manual para Regiões de Clima Quente, Epgraf, Campina Grande PB, 1994.