ESTUDOS PARA ORIENTAR O APROVEITAMENTO DE UM LODO ORIUNDO DE UM VALO DE OXIDAÇÃO NA MELHORIA DE UM SOLO

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1 ESTUDOS PARA ORIENTAR O APROVEITAMENTO DE UM LODO ORIUNDO DE UM VALO DE OXIDAÇÃO NA MELHORIA DE UM SOLO Ariovaldo Nuvolari (1) Tecnólogo, professor do Departamento de Hidráulica da FATEC- SP/CEETEPS/UNESP, doutorando em saneamento pela FEC- UNICAMP. Bruno Coraucci Filho Prof. Assist. Dr. do Depto. de Saneamento da FEC-UNICAMP. Laudinor Gonçalves Silva Tecnólogo, mestrando em saneamento pela FEC-UNICAMP. Pedro Sérgio Fadini Químico, doutorando em química pelo IQ-UNICAMP. FOTO Endereço (1) : Departamento de Hidráulica - FATEC-SP - Pça Cel. Fernando Prestes, 30 - São Paulo - SP - CEP: Brasil - Tel: (011) R Fax: (011) RESUMO Nesta pesquisa foram utilizados 4 protótipos (FIG. 1), denominados cubas: 0, 5, 10 e 15, preenchidos com o mesmo tipo de solo (argilo-arenoso), no qual foram feitas aplicações de lodo de esgoto, proveniente de um valo de oxidação, com teor de sólidos variando de 0,5 a 1,9%, nas taxas: 0 (solo-controle), 5, 10 e 15 tds/ha (toneladas de sólidos secos por hectare). Coletando-se amostras de solo, ao longo de 169 dias, monitorou-se: a GRGC - Geração Respirométrica de Gás Carbônico, através da técnica prevista na norma (ABNT, 1993), utilizando-se os respirômetros de Bartha (FIG. 2) e respirômetros alternativos (FIG. 3); o ph e os teores: de umidade e de sólidos voláteis (secagem a 105 e 550 C), de carbono e de matéria orgânica (CAMARGO et al., 1986) e de elementos potencialmente tóxicos EPT (EPA, 1986). Os resultados de EPT foram comparados com a regulamentação norteamericana (EPA, 1993), tendo-se concluído que o lodo em questão pode ser aproveitado no solo, desde que tomadas algumas precauções. PALAVRAS-CHAVE: Lodo de Esgoto, Disposição Final, Aproveitamento no Solo, Elementos Potencialmente Tóxicos, Biodegradação de Matéria Orgânica no Solo. INTRODUÇÃO O destino final dos lodos gerados nas Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) é um sério problema, em nível mundial. Nas ETES a geração de lodo é significativa, sendo estimada pelos europeus em 82 g/dia de sólidos secos per capita (VINCENT & CRITCHLEY, 1984). Se utilizada essa estimativa, na Região Metropolitana de São Paulo, por exemplo, com uma 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 61

2 população estimada em 17 milhões de habitantes, seriamgeradas cerca de tds/dia (toneladas de sólidos secos por dia) de lodo, se todo o esgoto fosse coletado e tratado. Considerando-se ainda que, após passar pelos processos normais de desidratação, esse lodo ainda apresenta teores de umidade de no mínimo 60%, esses números subiriam para cerca de t/dia, ou 300 viagens de caminhão com 10 t. As técnicas de disposição e/ou aproveitamento do lodo em outros países vão, desde o simples descarte no mar, já proibido nos EUA em 1991, e com previsão de proibição na Europa, a partir de 1998; disposição em aterros sanitários landfill ou mesmo em aterros exclusivos para lodos monofill, até o seu aproveitamento: na melhoria de solos agrícolas; pastagens; florestas; solos degradados por erosão; produção de adubos organo-minerais; agregados leves para concreto; tijolos e óleo combustível. A reciclagem desse resíduo, pela incorporação em solos agrícolas e de pastagens, é benéfica por causa da sua transformação em húmus, pelos microrganismos do solo. Outras precauções devem ser tomadas: deve-se conhecer os teores de EPT - Elementos Potencialmente Tóxicos no lodo (basicamente os metais pesados e mais o elemento arsênio), além de monitorá-los no solo que recebe lodo e respectivos aquíferos. Dependendo da especiação química, alguns EPT em excesso são tóxicos às plantas e outros podem entrar para a cadeia alimentar, com sérios prejuízos à saúde de homens e animais. O lodo pode conter organismos patogênicos, que limitam o seu aproveitamento, sendo maior o risco para as culturas em que os alimentos são consumidos in natura. Nas pastagens que recebem lodo deve-se aguardar no mínimo 6 semanas, antes da colocação do gado. MATERIAIS E MÉTODOS O lodo foi coletado numa ETE (processo de lodos ativados do tipo valo de oxidação), situada no município de São Bernardo do Campo - SP e aplicado no solo, com teor de sólidos na faixa de 0,5 a 1,9%. O solo foi coletado na Divisão de Parques e Jardins do mesmo município, tendo sido caracterizado como argilo-arenoso (USDA) e já se apresentava com teor de matéria orgânica de 6,7%. As cubas foram montadas conforme Fig. 1. Na data 0, o lodo foi aplicado no solo das cubas 5, 10 e 15, a taxas de 5, 10 e 15 tds/ha, respectivamente. A cuba 0 não recebeu lodo (solo -controle), tendo recebido apenas água destilada. A cuba 5 recebeu mais 4 reaplicações de lodo, sendo 2 com o mesmo lodo da 1ª aplicação. O lodo permaneceu armazenado em recipientes de plástico, à temperatura ambiente, por 24 dias (1ª reaplicação) e 59 dias (2ª reaplicação), respectivamente. Para a 3ª e 4ª reaplicações foram feitas novas coletas de lodos, que ficaram armazenados por apenas 7 dias, antes de cada reaplicação. As coletas de amostras para ensaios de monitoramento foram feitas antes e após as aplicações ou reaplicações. Após a última reaplicação na cuba 5, foram feitas mais 2 amostragens em cada cuba (a cada 28 dias). A GRGC do solo foi monitorada através da técnica de respirometria com incubação das amostras em triplicata (ABNT, 1993), utilizando para cada respirômetro de Bartha (Fig. 2) dois respirômetros alternativos (Fig.3). O teor de umidade h e de sólidos voláteis SV foram determinados por processos gravimétricos (com secagem a 105 C e 550 C). O ph, os 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 62

3 teores de carbono C e de matéria orgânica MO foram determinados pelos processos descritos em CAMARGO et al. (1986). Os teores de EPTs foram determinados através de espectrometria por emissão de plasma de argônio induzido (ICP), com preparo das amostras pelo método Digestão ácida de sedimentos, lodo e solos (EPA, 1986). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 63

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5 RESULTADOS E DISCUSSÕES O tempo necessário à degradação do lodo no solo foi obtido utilizando-se os dados referentes ao pico das curvas de GRGC média efetiva x tempo. Na 1ª aplicação (Fig. 2), para a taxa de 5 tds/ha, a estabilização ocorreu em torno do 20 dia, com cerca de 64 mg de CO 2. Para a taxa de 10 tds/ha, inexplicavelmente, não houve estabilização nos 169 dias de monitoramento, sendo acumulados 260 mg de CO 2. Para a taxa de 15 tds/ha a estabilização se deu em 60 dias, com cerca de 160 mg de CO 2. Nas reaplicações feitas na cuba 5 (Fig. 3), pode-se observar a influência do tempo de estocagem do lodo nos resultados. Na 1ª reaplicação (lodo estocado por 29 dias), a estabilização também se deu em torno do 20 dia, mas com cerca de 33 mg de CO 2 (metade da 1ª aplicação). Na 2ª reaplicação (lodo estocado por 59 dias), a GRGC média efetiva foi nula, ou seja não houve diferença entre a GRGC no solo-controle e na mistura sololodo. Isto indica que o lodo já se encontrava estabilizado. Na 3ª reaplicação (lodo novo estocado por 7 dias), a GRGC efetiva acumulada ficou próxima dos 100 mg de CO 2, não tendo havido estabilização, durante o período de monitoramento (cerca de 88 dias). O mesmo sucedeu na 4ª e última reaplicação, onde em cerca de 60 dias, não houve estabilização e a leitura acumulada ficou em torno de 77 mg de CO o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 65

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7 Os resultados do monitoramento do ph e teores: h, SV, C e MO, nos solos coletados nas cubas 0, 5, 10 e 15, ao longo do tempo, são apresentados nas Tab. 2 e 3. Tendências de acidificação dos solos foram observadas em todos os casos. Contudo, os solos que receberam lodo exibiram os menores valores de ph. Nesse aspecto, considerando-se que os solos do Estado de São Paulo já se apresentam ácidos, em sua maioria, sugere-se pesquisas com lodos que tenham sofrido condicionamento com cal para desidratação. A retenção de umidade h foi significativamente maior nas cubas que receberam lodo (teste t de dados pareados, p = 0,05). Com relação aos teores de SV, C e MO constatou-se um incremento destes, imediatamente após a aplicação de lodo, seguido de uma tendência de diminuição, ao longo do tempo. Como relevante contribuição ao cenário atual do monitoramento do teor de MO em solos, destaca-se a utilização inovadora da determinação do teor de sólidos voláteis (matéria orgânica total). Encontrou-se uma correlação significativa, com r = 0,66 (p = 0,05, N = 32), entre SV e MO, indicando a perspectiva da determinação indireta de MO, a partir de SV. A vantagem é que a técnica de obtenção deste último é mais simples e ambientalmente limpa (não se utiliza produtos químicos). Tabela 1 - EPT - Comparação entre as concentrações máximas permitidas e as concentrações encontradas no lodo e no solo EPT Concentrações máximas permitidas EPA (1993) Concentrações encontradas NUVOLARI (1996) pesquisados no lodo no solo no lodo no solo da (mg/kg) (kg/ha) (mg/kg) cuba 5 (kg/ha) - arsênio (*) 13,7 a 15,8 42,8 (*) - cádmio < 0,4 < 0,5 - cromo ,2 a 69,0 43,0 - cobre ,8 a 284,0 53,1 - chumbo ,2 a 79,0 98,9 - molibdênio < 4,7 < 5,2 - níquel < 0,6 < 0,7 - zinco ,9 a 620,7 207,8 Tabela 2 - Monitoramento: Valores de ph, h, SV, C e MO, nas cubas: 0 e 5 TEMPO (dias) CUBA 0 (solo-controle) CUBA 5 aplic. de 5 tds/ha ph h SV C MO ph h SV C MO 0 (a) 6,8 28,8 12,7 3,9 6,7 6,8 28,8 12,7 3,9 6,7 1-45, ,6 39,8 13,2 4,0 6,9 21 (b) 6,9 37,1 12,9 3,8 6,6 6,2 36,4 13,2 4,2 7, ,3 44,4 13,9 4,4 7,7 56 (c) 6,6 31,0 13,0 3,8 6,6 5,3 31,3 13,8 4,0 6, ,9 43,9 14,5 4,4 7,6 84 (d) 6,7 19,6 11,8 4,0 6,9 5,4 26,1 13,5 4,4 7, ,6 41,3 14,1 4,6 8,0 112 (e) 6,4 29,1 12,8 3,8 6,6 5,2 38,4 13,3 3,8 6,6 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 67

8 ,8 51,6 14,2 4,5 7, ,9 28,2 13,1 3,7 6,4 4,3 31,9 14,6 4,4 7, ,6 35,6 12,5 4,0 6,8 3,1 40,9 13,4 4,0 7,0 Tabela 3 - Monitoramento: Valores de ph, h, SV, C e MO, nas cubas: 10 e 15 TEMPO (dias) CUBA 10 aplic. de 10 tds/ha CUBA 15 aplic. de 15 tds/ha ph h SV C MO ph h SV C MO 0 (a) 6,8 28,8 12,7 3,9 6,7 6,8 28,8 12,7 3,9 6,7 1 7,0 48,1 14,4 4,2 7,2 6,9 66,2 14,7 4,3 7,4 21 (b) 5,9 38,4 14,1 4,3 7,4 6,1 38,2 13,8 4,2 7,2 56 (c) 5,5 30,8 13,4 4,1 7,1 5,4 33,3 13,6 3,9 6,7 84 (d) 5,5 20,5 13,6 4,0 6,9 5,2 24,0 13,8 4,3 7,4 112 (e) 5,6 33,7 13,3 4,2 7,2 5,5 32,0 13,6 4,1 7, ,0 29,1 13,5 4,0 7,0 4,7 29,6 13,6 4,2 7, ,8 39,8 13,2 4,1 7,1 3,5 37,4 12,9 4,1 7,1 OBSERVAÇÕES (a)... 1ª aplicação de lodo nas cubas: 5, 10 e 15 e água destilada na cuba 0; (b) (c) (d) (e)...1ª, 2ª, 3ª e 4ª reaplicações de lodo na cuba 5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados e conclusões aqui apresentados não consistem em uma generalização do comportamento de lodos aplicados em solos. O que se tem é o estudo de um caso, que certamente pode contribuir de modo significativo à execução de outros trabalhos semelhantes, uma vez que a metodologia proposta e utilizada, revelou-se plenamente satisfatória. Assim, recomenda-se sempre o estudo das particularidades de cada caso, de modo a possibilitar a condução segura e eficaz da técnica de aproveitamento do lodo nos solos. Neste caso particular, fica evidente a necessidade de correção do ph do solo, além dos necessários cuidados com a taxa de aplicação, em função dos teores de arsênio apresentados por esse lodo. Recomenda-se, baseado nesses resultados, não ultrapassar a taxa acumulada de 20 tds/ha. Ressaltando-se que o lodo foi sempre lançado no solo, em estado líquido (teor de sólidos variando de 0,5 a 1,9%), o lançamento de lodo a taxas de 5 tds/ha, revelou-se mais satisfatória em termos de tempo degradação do lodo no solo utilizado (em torno de 20 dias) e, por esse motivo, é a mais indicada, neste caso. Como benefícios mensuráveis ficam evidentes o acréscimo no teor de matéria orgânica do solo, pela aplicação do lodo, numa faixa de 0,2 a 0,7% e a maior retenção de água nos solos que receberam lodo, quando comparados com o solo-controle, numa faixa de 0,9 a 4,5%, nas duas últimas determinações. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 68

9 Finalmente, a plena convalidação analítica do método de determinação de SV, frente ao método clássico, poderá ser alcançada através de um estudo de diferentes matrizes de solo, contendo diferentes teores de MO. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 69

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Projeto de Norma 01: (no prelo). Determinação da Biodegradação em Solos - Método Respirométrico. Jan. 1993; 2. CAMARGO, O.A, MONIZ, A.C, JORGE, J.A e VALADARES, J.M.A.S. Métodos de Análise Química, Mineralógica e Física de Solos do Instituto Agronômico de Campinas. Campinas, Instituto Agronômico, Boletim Técnico nº p.; 3. EPA - Test Methods for Evaluating Solid Waste 3ª ed. vol. I - Sec. A. Rev. 0 - SW-846 -Sept. 1986; 4. EPA CFR PART Standards for the Use or Disposal of Sewage Sludge - Federal Register v HEMPHILL, B. Rules and Options for Sludge Disposal In: Water Engineering and Management v.139, n.2, p.24-26, feb. 1992; 6. MATTHEWS, P. J. Sewage Sludge Disposal in the UK: A New Challenge for the Next Twenty Years In: J. IWEM n.6, p , oct. 1992; 7. NUVOLARI, A. Aplicação de lodo de esgotos municipais no solo: ensaio de respirometria para avaliar a estabilidade do lodo, dissertação de mestrado apresentada na Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP, Campinas, 1996, 160p. 8. VINCENT, A.J. e CRITCHLEY, R.F. A Review of Sewage Sludge Treatment and Disposal in Europe. In: BRUCE, A. (ed.) Sewage Sludge Stabilisation and Disinfection. Chichester U.K.: p ; 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 70