I EXTRAÇÃO DE NUTRIENTES ATRAVÉS DE PLANTAS AQUÁTICAS EM SISTEMA DE WETLANDS

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1 I EXTRAÇÃO DE NUTRIENTES ATRAVÉS DE PLANTAS AQUÁTICAS EM SISTEMA DE WETLANDS Andréa Bogatti Guimarães (1) Engenheira Agrônoma formada pela FCA/ UNESP- Botucatu em Aluna do curso de Pós-graduação na área de Concentração em Energia na Agricultura - FCA/ UNESP, a nível de mestrado. Membro do grupo de pesquisadores do Laboratório de Recursos Hídricos do Departamento de Engenharia Rural da FCA/ UNESP, tem participado de pesquisas ligadas ao monitoramento de recursos hídricos da região de Botucatu. Paulo Rodolfo Leopoldo Professor Titular do Dep to de Engenharia Rural- FCA/ UNESP- Botucatu Formado em Engenharia Agronômica em 1965 pela ESALQ/USP-Piracicaba. Recebeu os títulos de Mestre em 1972, pela ESALQ, de Doutor, através da ex-fcmbb, em 1973, de Livre Docente no ano de 1981 pela FCA. Professor Titular, também pela FCA em Realizou Pós-doutorado na Escola Politécnica Federal de Lausanne, Suiça, na área de Hidrologia Operacional e Aplicada, em Carlos Cesar Breda Engenheiro Agrônomo. Mestre em Agronomia pela FCA/ UNESP - Botucatu. Aluno do curso de Pósgraduação em Energia na Agricultura - FCA/UNESP, nível Doutorado. Endereço (1) : Rua Maestro André Rocha, Vila Rodrigues - Botucatu - SP - CEP: Brasil - Tel: (14) bogatti@fca.unesp.br RESUMO As pesquisas sobre a utilização de macrófitas para o tratamento dos recursos hídricos, tem apresentado grande destaque no meio científico por tratar-se de um processo de fácil aplicabilidade, especialmente no meio rural. Dessa forma, o projeto envolveu a implantação de uma Estação de Tratamento de esgoto doméstico (FCA/ UNESP- Botucatu) através das plantas aquáticas Echinocloa cruz pavones e Juncus sellovianus em sistema de wetlands, destacando a eficiência destas espécies quanto a extração de nutrientes no efluente considerado. O esgoto gerado por uma comunidade rural de aproximadamente sessenta pessoas, era conduzido primeiramente para caixas de decantação, em seguida, para caixas preenchidas com pedras britadas n o 1 e finalmente, para três caixas com leito filtrante composto por camadas de casca de arroz, solo e pedra. Salienta-se que desses três compartimentos, dois continham respectivamente, cada uma das plantas testadas, enquanto que o outro foi preenchido somente com o referido leito filtrante (caixa testemunha). No decorrer do período experimental, foram medidas as concentrações de N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Zn e Mn, presentes no efluente, em quatro pontos de amostragem: na entrada da caixa de decantação, saída da caixa testemunha e das duas caixas com as plantas testadas, respectivamente. A planta Juncus sellovianus destacou-se por promover a redução da maioria das espécies químicas estudadas: 44(P); 17(K); 60(S) e 100(Cu e Zn). O sistema estudado obteve resultados promissores, além de apresentar baixos custos de instalação e manutenção. Considerando estes aspectos, recomenda-se, portanto, o seu empregado em pequenas indústrias e no meio rural. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento do Esgoto, Sistema de Wetlands, Plantas Aquáticas, Poluição da Água, Extração de Nutrientes. INTRODUÇÃO As previsões a respeito da escassez de água para o suprimento das necessidades básicas do homem, têm sido motivo de intensas pesquisas visando melhorar o gerenciamento dos recursos hídricos ou a maximização de seu aproveitamento. De acordo com Silva (1998), desde 1950 o consumo de água no mundo triplicou de modo que 23 países, englobando um total de 230 milhões de pessoas, enfrentam problemas de escassez deste produto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Rebouças( 1997) referindo-se a essa situação afirma que a maior prioridade nacional em recursos hídricos e saneamento é a reversão urgente do quadro de desperdício e poluição dos corpos de água, para níveis compatíveis com a sustentabilidade. O Estado de São Paulo é dotado de uma produção hídrica satisfatória onde, somente em termos de águas superficiais, se dispõe de uma vazão específica de cerca de 12 L.s -1.Km -2 (Barth et al.,1987). No entanto, apesar dessa elevada abundância, o Estado não dispõe, pelo que se tem notícias, de água suficiente para implantar em sua totalidade o plano de irrigação que foi delineado para a produção agrícola de suas terras. Na verdade, as opções para tratamento ou recuperação de águas servidas de origem doméstica, agrícola ou industrial envolvem inúmeras e diferentes alternativas, muitas delas onerosas e complexas e outras de baixos custos e simples, conforme afirmou Gasi (1988). Referindo-se aos sistemas de baixo custo de instalação e manutenção, Guimarães (1999) ao estudar o papel desempenhado por algumas espécies de macrófitas na despoluição de águas servidas de esgoto doméstico, detectou uma redução de 86,87, 83,61 e 39,75 nos valores dos parâmetros de DQO, turbidez e sólidos totais, respectivamente. Dentro deste contexto, o trabalho teve como objetivo a configuração de um sistema wetland, envolvendo as espécies Echinocloa cruz pavones (capim arroz) e Juncus sellovianus (junco), atuando na remoção de nutrientes presentes na água de esgoto doméstico. MATERIAL E MÉTODOS LOCAL A estrutura experimental, esquematizada na figura 1, foi implantada na Fazenda Experimental Lageado (FCA/ UNESP), município de Botucatu- SP, cujas coordenadas são de 22º55 S e 48º55 W. Situada nas proximidades de um pequeno córrego que recebe o lançamento do esgoto gerado por um comunidade rural de aproximadamente 60 pessoas, é responsável pelo tratamento desse efluente. Dada as condições topográficas do terreno, não houve maiores dificuldades em captar e conduzir a água para a estrutura de tratamento. Figura 1: Esquema geral da estrutura experimental. casas Rede coletora de esgoto casas caixas de decantação Córrego estrada caixas com pedra Caixa testemunha caixas com plantas Estação de Tratamento ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 ESTRUTURAS DO SISTEMA DE TRATAMENTO: CAIXAS DE DECANTAÇÃO E REPARTIDOR DE FLUXO Todo efluente doméstico gerado pela comunidade rural era conduzido primeiramente para 3 caixas de cimento amianto interligadas entre si, com capacidade de 1000 litros cada, cuja finalidade era de promover a decantação do material mais grosseiro existente na água de esgoto (figura 2). Após passar por uma peneira, situada na última caixa de decantação, o esgoto era lançado em um repartidor de fluxo o qual era responsável pela distribuição da água, de maneira uniforme, para as etapas subsequentes do tratamento. Figura 2: Foto das caixas de decantação. CAIXAS COM PEDRA De início, o efluente doméstico (cada porção derivada) passava por caixas de 1000 L contendo pedra britada n o 1 e que tinha a função de efetuar sua pré-filtragem, com remoção significativa de parte do material sólido não retido pela peneira situada à saída das caixas de decantação. CAIXAS COM LEITO FILTRANTE E PLANTAS AQUÁTICAS O efluente doméstico após passar pelo compartimento com pedra, era conduzido para outras 3 caixas com leito filtrante, cuja capacidade era de 1000 litros cada e com tempo de residência maior que 10 horas. As caixas que continham Echinocloa cruz pavones (capim arroz) e o Juncus sellovianus ( junco) e a caixa testemunha (sem planta) foram preenchidos com pedra n o 1, mistura de casca de arroz e solo na proporção de 1 : 1 e uma camada de casca de arroz de 10cm em sua parte superior, constituindo-se em leitos filtrantes, conforme Figura 3. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 3: Esquema dos componentes do leito filtrante colocado nas caixas com as plantas testadas. Folga + 10 cm Casca de arroz 10 cm Casca de arroz + Solo ( 1: 1 ) 25 cm Pedra 20 cm PROCEDIMENTO DE AMOSTRAGEM E ANÁLISES EFETUADAS As amostras foram coletadas durante 9 meses, sempre às 14:00 horas (horário de maior despejo de material poluente), nos seguintes pontos: Ponto 1 - Entrada da 1 a caixa de decantação; Ponto 2 - Saída da caixa testemunha; Ponto 3 - Saída da caixa com Echinocloa cruz pavones (capim arroz); Ponto 4 - Saída da caixa contendo Juncus sellovianus ( junco). Em cada um dos pontos amostrados, foram medidas as concentrações das seguintes espécies químicas: nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio, enxofre, ferro, manganês, zinco e cobre. RESULTADOS E DISCUSSÕES As concentrações médias das espécies químicas em cada ponto amostrado estão descritas na Tabela 1, assim como seus percentuais de aumento e redução são mostrados na Tabela 2: Tabela 1: Resultados médios das concentrações de nutrientes em cada pontos amostrado: Pontos Nutrientes ( ppm ) N P K Ca Mg S Cu Fe Mn Zn 1 30,71 11,50 14,75 6,14 2,38 26,49 0,0062 0,30 0,038 0, ,00 4,23 15,26 10,45 4,21 5,04 0,00 0,43 0,217 0, ,45 4,92 15,37 10,30 4,10 7,58 0,00 0,42 0,140 0, ,66 6,40 12,16 10,84 4,05 16,59 0,00 0,38 0,136 0,00 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 2: Percentuais médios de redução e aumento das quantidades de nutrientes: Nutrientes Testemunha Echinocloa cruz pavones Juncus sellovianus redução aumento redução aumento redução aumento Nitrogênio ( N ) Fósforo ( P ) Potássio ( K ) Cálcio ( Ca ) Magnésio ( Mg ) Enxofre ( S ) Cobre ( Cu ) Ferro ( Fe ) Manganês ( Mn ) Zinco ( Zn ) De acordo com as tabelas acima nota-se que o Juncus sellovianus promoveu a extração de um número maior de nutrientes presentes no efluente, ou seja, fósforo, potássio, enxofre, zinco e cobre, quando comparado com os demais tratamentos envolvidos neste sistema que reduziram apenas as quantidades de fósforo, enxofre, zinco e cobre. No entanto, apesar de ter ocorrido uma diminuição significativa nos valores de importantes variáveis indicadoras de poluição, a níveis aceitáveis pela legislação, houve aumento nas quantidades de alguns elementos químicos. Provavelmente isso tenha ocorrido devido ao processo de mineralização da matéria orgânica presente no efluente, que desencadeou um aumento da quantidade de sais dissolvidos na água, os quais ao se dissociarem liberaram altas concentrações de elementos químicos, superando a capacidade de absorção dos sistemas estudados. CONCLUSÕES De modo geral, o sistema empregado pode ser considerado eficiente uma vez que cumpriu com o objetivo de devolver ao meio a água em melhores condições de qualidade, favorecendo o processo de auto depuração deste recurso natural. Salienta-se, também, que devido a facilidade de instalação e aos baixos custos de implantação e manutenção deste sistema, é viável que seja empregado por pequenas indústrias e por comunidades rurais. Além disso, a água tratada, devido as suas características químicas, pode ser reutilizada para irrigação de plantas de interesse agrícola reduzindo, neste caso, a aplicação de fertilizantes. Por outro lado, deve-se considerar a influência do tipo de substrato empregado na eficiência das plantas em extrair nutrientes do efluente. Ainda continua em estudo, outras composições de leitos filtrantes cuja implantação permita maximizar o poder de absorção das plantas. AGRADECIMENTO Os autores agradecem à FAPESP pelo apoio dado a realização deste projeto, assim como, a oportunidade de dar continuidade a outras pesquisas sobre o monitoramento de recursos hídricos neste local. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BARTH, F.T., POMPEU, C.T., FILL, H.D., TUCCI, C.E.M., KELMAN, J., BRAGA JR, B.P.F. Modelos para gerenciamento de recursos hídricos. Coleção ABRH de Recursos Hídricos. São Paulo, Ed. NOBEL/ABRH, p.. 2. GASI, T.M.T. Opções para tratamento de esgotos de pequenas comunidades. Série Manuais 3, CETESB, São Paulo, p.. 3. GUIMARÃES, A. B. Avaliação dos efeitos de plantas aquáticas na recuperação da qualidade de águas servidas. Parte II - Configuração de sistema de tratamento e reciclagem de resíduos. FAPESP, Relatório Científico Final, Bolsa de IC, Proc. 98/ , REBOUÇAS, A.C. Panorama da água doce no Brasil. In: REBOUÇAS, A.C., (org.) Panoramas da degradação do ar, da água doce e da terra no Brasil. São Paulo: IEA/USP, p. 5. SILVA, G. O pivô da discórdia. Revista Globo Rural, n. 158, p , ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6