USO AGRÍCOLA DE BIOSSÓLIDOS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS DO ESTADO DE SÃO PAULO

Transcrição

1 USO AGRÍCOLA DE BIOSSÓLIDOS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS DO ESTADO DE SÃO PAULO Milton Tomoyuki Tsutiya Coordenador de Pesquisa da Superintendência de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico da SABESP. Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da USP (1975). Mestre em Engenharia pela Escola Politécnica da USP (1983). Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP (1989). Professor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da USP. Endereço: Rua Palestina, 531- apto 74 - Vila Mascote - São Paulo - SP - CEP: Brasil - Tel: (011) tsutiya@usp.br RESUMO O uso agrícola constitui em uma das formas mais utilizadas para a disposição final de biossólidos. Cerca de 25% de todo o biossólido produzido nos Estados Unidos são utilizados na agricultura; na Europa e no Canadá a utilização do biossólido é de aproximadamente 37%. Pela sua composição química, o biossólido se apresenta como um possível fertilizante para o uso agrícola, uma vez que é composto por cerca de 40% de matéria orgânica e macronutrientes como nitrogênio (2,2%), fósforo (1,5%), potássio (0,01%), cálcio (7,3%), magnésio (0,3%), e enxofre (0,5%). Também os micronutrientes como cobre, zinco, manganês, boro, molibdênio e cloro estão presentes nos biossólidos. Por outro lado, os biossólidos podem conter componentes tóxicos aos vegetais, aos animais e aos homens, como os metais pesados e organismos patogênicos. Pela norma norte-americana U.S. EPA 40 CFR Part 503, o biossólido pode ser classificado em Classe A e Classe B, dependendo dos teores de patógenos. Para o uso agrícola do biossólido devem ser levados em consideração, além dos aspectos referentes a qualidade dos biossólidos, os aspectos referentes as condições do solo, características das áreas de aplicação, taxa de aplicação do biossólido, culturas agrícolas e monitoramentos. Para o Estado de São Paulo, a aplicação do biossólido é regulamentado através da norma CETESB Aplicação de biossólidos em áreas agrícolas critérios para projeto e operação. As principais culturas para o uso agrícola dos biossólidos no Estado de São Paulo são: milho, café, cana de açúcar, citrus e florestas. Dentre essas culturas, destaca-se a cana de açúcar por ocupar áreas extensas e passar por processos de industrialização antes de ser consumida pela população. PALAVRAS-CHAVE: Biossólido, Lodo, Estação de Tratamento de Esgoto. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 744

2 INTRODUÇÃO O biossólido são lodos tratados de estações de tratamento de esgotos sanitários municipais, após passar por processos de tratamento que aumentam sua estabilização biológica. O processo de tratamento separa as impurezas presentes no esgoto, produzindo-se os lodos ainda na forma líquida nas ETE s com 2% de sólidos retirados dos esgotos. Quando os lodos na forma líquida são submetidos a processo de desidratação mecânica, elimina-se uma parcela representativa de águas transformando-se em tortas de lodo. As tortas podem ser processadas posteriormente com o intuito de reduzir ainda mais a quantidade de água através da secagem térmica ou incineração. A secagem térmica facilita a manipulação dos biossólidos nas fases de transporte e viabiliza o uso agrícola devido a manutenção da matéria orgânica necessária às plantas, a total higienização obtida e ainda a compatibilização com os equipamentos de uso comum na agricultura. O uso agrícola do biossólido é uma forma mundialmente aceita para reciclar a matéria orgânica e dispor adequada e economicamente o resíduo do tratamento de esgotos. Nos Estados Unidos cerca de 25% do total de biossólidos produzidos tem destinação agrícola, enquanto que, na Europa e Canadá o uso agrícola de biossólido é de aproximadamente 37%. Observamos que, atualmente dentre as várias formas de disposição final de biossólidos, somente a disposição em aterros ainda é a solução mais praticada do que o uso agrícola nos Estados Unidos e na Europa, correspondendo a 41% e 40%, respectivamente. A incineração ocupa a terceira opção nesses dois países, correspondendo a 16% nos Estados Unidos e 11% na Europa. BENEFÍCIO AGRONÔMICO DO BIOSSÓLIDO Principais Parâmetros de Valor Agronômico dos Biossólidos O biossólido contêm matéria orgânica, macro e micronutrientes que exercem um papel fundamental na produção agrícola e na manutenção da fertilidade do solo. Além disso, a matéria orgânica contida no biossólido pode aumentar o conteúdo de húmus que melhora a capacidade de armazenamento e de infiltração da água no solo, aumentando a resistência dos agregados, reduzindo a erosão. Na Tabela 1 são apresentados a comparação dos principais parâmetros de valor agronômico dos biossólidos produzidos em São Paulo (ETE Barueri), Curitiba (ETE Belém), Brasília (ETE s Sul, Norte e Sobradinho), Canadá, Estados Unidos e fertilizante típico de uso agrícola. Observa-se na Tabela 1 que, de um modo geral, as quantidades de nitrogênio contido nos biossólidos de diversas localidades tem concentração variável de 2,2 a 5,6%, as concentrações de fósforo variam de 1,5 a 3,7%, decorrentes do processo de tratamento da fase líquida e da fase sólida dos esgotos. Entretanto, as concentrações de potássio são pequenas porque esse elemento é altamente solúvel em água e durante o processo de tratamento de esgoto o potássio fica contido no efluente líquido. Pela quantidade de nitrogênio e fósforo contido nos biossólidos, pode-se admitir que esses elementos podem substituir os fertilizantes comerciais como uma fonte de nutrientes para as plantas (Webber e Bates, 1997). No entanto, o uso exclusivo de biossólido como fertilizante poderá implicar em deficiências nutricionais para a cultura. A adição de biossólido proporcionou aumento significativo no rendimento da matéria seca e na absorção de N, P, e K pela cultura, contudo Ros (1993) indica que deve ser feita a suplementação mineral 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 745

3 Tabela 1 - Comparação dos principais parâmetros de valor agronômico dos biossólidos. PARÂMETRO CONCENTRAÇÕES (%) SÃO PAULO CURITIBA BRASÍLIA CANADÁ EUA Fertilizante ETE BARUERI ETE BELÉM (b) Lodo Digerido Lodo Digerido Lodo Típico para Lodo Digerido + (c) (d) Digerido Uso Agrícola Cal (a) (e) (f) Lodo Digerido Lodo Digerido + Cal Nitrogênio Total 2,25 2,94 4,91 5,5 5,6 3,0 5 Fósforo (P 2 O 5 ) 1,48 2,2 3,7 3,0 2,4 2,5 10 Potássio (K 2 O) 0,01 0,21 0,36 0,35 0,01 1,0 10 Matéria Orgânica 44 37,6 69,4 52, Cálcio 7,29 9,08 1,59 4,5 (*) (*) - Magnésio (*) 4,78 0,60 0,35 0,7 (*) - Enxofre 0,51 (*) (*) (*) (*) (*) - Cobre 0,13 (*) (*) 0,015 (*) (*) - Zinco 0,20 (*) (*) 0,065 (*) (*) - Umidade 63 (*) (*) 83 (*) (*) - PH 11 11,4 5,9 7,9 (*) 7,0 - *valores não apresentados (a) Média de 4 análises de lodo digerido realizadas pela CEEJ (c) em 1995 (Fonte: Santos, H. F.; 1996) (b) Características médias (5 a 16 amostras) em % de peso seco de lodo aeróbio (ETE Belém), bruto e tratado com cal (calado) na razão de 50% do peso seco, 1994 e 1995 (Fonte: Fernandes, F.; Andreoli, C. V.; Domaszak, S. C.; 1996) (c) Concentrações médias do lodo digerido produzido nas ETE s de Brasília (Fonte: Luduvice, M. L.; 1996) (d) Concentrações médias de lodo digerido de 15 ETE s pertencentes ao município de Ontário, Canadá (Fonte: Webber, M. D.; Bates, T. E.; 1997) (e) Concentração típica de lodo digerido (Fonte: Metcalf-Eddy, 1991) (f) Concentração de nutrientes em fertilizantes minerais de uso agrícola (Fonte: Malina, J. F.; 1993) 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 746

4 Melo (1997) ressalta que pelo conteúdo de matéria orgânica e nutrientes das plantas, o biossólido apresenta potencial para uso em agricultura, substituindo parte da adubação mineral. Para solos paulistas, onde há uma carência de matéria orgânica, possivelmente o valor agronômico de maior importância dos biossólidos refere-se à matéria orgânica, cuja concentração é de, no mínimo, 40%. Os biossólidos contém também outros macronutrientes, tais como, cálcio, magnésio e enxofre e também micronutrientes como, cromo, cobre e zinco, que constituem elementos de vital importância para o desenvolvimento das plantas. QUALIDADE DOS BIOSSÓLIDOS Os biossólidos produzidos em sistemas de tratamento biológicos podem poluir o meio ambiente devido aos seguintes aspectos: Metais pesados; Organismos patogênicos. Os metais pesados originários da atividade industrial podem estar presentes nos biossólidos, pois as ETE s recebem os esgotos sanitários, que compõem de esgotos doméstico, água de infiltração e esgoto industrial. Para a Região Metropolitana de São Paulo a presença de metais pesados é o principal aspecto poluidor dos biossólidos. São apresentados nos Tabela 2 e 3 as concentrações de metais pesados em biossólidos das ETE s Barueri e Suzano, respectivamente. As análises foram realizadas nos anos 1993, 1995, 1996 e 1997, totalizando 14 amostras para o lodo de Barueri e 12 amostras para o lodo de Suzano. Nesses quadros, também, estão apresentados os limites estabelecidos pela norma norte-americana U.S.EPA-40 CFR, Part 503, para o uso agrícola dos biossólidos. Observa-se no Tabela 2, que o níquel em quatro amostras, excederam o limite da U.S.EPA-40 CFR Part 503 e no Tabela 3, o arsênio excedeu em uma amostra o limite da U.S.EPA-40 CFR Part 503. Portanto, os biossólidos produzidos nesses dias não poderiam ser utilizados na agricultura, pela legislação norte-americana e também pela proposta de norma da CETESB. Os organismos patogênicos são inerentes aos esgotos sanitários e consequentemente aos biossólidos. A sua presença causa um problema potencial de poluição na medida em que se verifica a possibilidade da sua disseminação pelo meio ambiente. A combinação de organismo patogênico com a matéria orgânica causará outro tipo de problema ambiental, que se refere a atração de vetores. A Tabela 4 apresenta as concentrações de patógenos em biossólidos das ETE s Barueri e Belém, localizados em São Paulo e Curitiba, respectivamente. Nessa Tabela são apresentadas os valores encontrados de Coliformes Fecais, Salmonella sp, ovos de Helmintos e Cistos de Protozoários. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 747

5 Tabela 2 - Concentração de metais pesados em biossólidos da ETE Barueri. Poluente Concentração em mg/kg, base seca Concentação. máxima U.S.EPA 40 CFR - Part 503 (uso agrícola) /03 29/03 06/04 14/04 17/01 23/01 10/02 15/02 22/11 29/12 05/03 29/01 07/03 09/12 Arsênio <8 7, ,7 2, ,3 75 Cádmio ,7 7,6 85 Chumbo Cobre Mercúrio 1,8 3,5 6,8 NA 4,8 0,9 2,2 1,9 1,0 1,0 0,7 0,0 1,6 0,67 57 Molibdênio 2,7 0, NA 75 Níquel Selênio 3 0,7 2 NA ND ND ND ND ND 1,4 100 Zinco NA Resultado não disponível. ND Valor menor que o limite de detecção. Tabela 3 Concentração de metais pesados em biossólidos da ETE Suzano. Poluente Concentração em mg/kg, base seca Concentação. máxima U.S.EPA 40 CFR - Part 503 (uso agrícola) /03 29/03 06/04 14/04 17/01 23/01 10/02 15/02 22/11 29/12 29/01 04/03 Arsênio ND ND Cádmio ND Chumbo Cobre Mercúrio NA Molibdênio Níquel Selênio ND 0.5 ND ND ND ND ND ND ND ND 100 Zinco NA Resultado não disponível. ND Valor menor que o limite de detecção. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 748

6 Tabela 4 - Concentração de patógenos em biossólidos de ETE. ETE Ano Concentração de Patógenos Coliformes Fecais NMP/g* Salmonella sp NMP/4g* Helmintos Ovos viáveis/4g* Barueri São Paulo 1993 (a) 1997 Cistos de Protozoários NMP/4g* Ausente Ausente 1,25 Ausente 5,4 Ausente 1,00 - Belém 86,4 x 10 4 Presente em 17% das 17,20 0, Curitiba (b) amostras * Resultados expressos por grama de sólidos totais de biossólidos (a) ETE Barueri: biossólido digerido com adição de cal ph=11. Análises microbiológicas realizadas pela CETESB, em 1993 (4 amostras) e 1997 (5 amostras) (b) ETE Belém: biossólido aeróbio, ph=5,9. Concentração média de 17 amostras, 1997 APLICAÇÃO DO BIOSSÓLIDO EM SOLOS AGRÍCOLAS DO ESTADO DE SÃO PAULO Para a aplicação de biossólido na agricultura é necessário que essa atividade seja regulamentada, de modo que se fixe as condições e restrições para que os biossólidos possam ser aplicados de forma segura para a população e meio ambiente. Para o Estado de São Paulo a CETESB através da norma Aplicação de Biossólidos em Áreas Agrícolas Critérios para Projeto e Operação estabelece os procedimentos, critérios e requisitos para a elaboração de projetos, implantação, operação e emissão de autorização para o uso do biossólido em áreas agrícolas. Para o uso agrícola do biossólido devem ser levados em consideração os aspectos referentes a qualidade dos biossólidos, principalmente quanto aos metais pesados e organismos patogênicos, conforme apresentados no item anterior. Além disso, devem também serem considerados os seguintes aspectos: Condições do solo para o uso do biossólido; Características das áreas para aplicação do biossólido; Taxa de aplicação do biossólido; Culturas agrícolas recomendadas. Culturas Agrícolas Recomendadas As propriedades do biossólido são semelhantes a outros produtos orgânicos usados normalmente na agricultura (esterco suíno, bovino, avícola...), portanto, em termos de resultados agronômicos, o biossólido poderia ser aplicado à maioria das culturas. Porém, algumas culturas se prestam mais que outras para o uso do biossólido, seja por aproveitarem melhor sua composição química e liberação lenta do nitrogênio, seja por eliminarem os riscos associados à reciclagem de resíduos animais, principalmente com relação aos patógenos. Desta forma, por precaução, a SANEPAR veta o uso do biossólido (mesmo higienizado) para horticultura e demais produtos consumidos crus que tenham contato direto com o biossólido. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 749

7 O milho e as gramíneas, de modo geral (trigo, cana, sorgo...) pelas suas características, são as culturas mais recomendadas e as que dão melhores respostas ao uso do biossólido. Outras aplicações como a fruticultura, reflorestamento e recuperação de áreas degradadas também são alternativas interessantes, dentro de critérios específicos de utilização. (Sanepar, 1997) Para a estimativa da área potencial, por cultura e por região do uso agrícola de biossólidos gerados nas estações de tratamento de esgotos da Região Metropolitana de São Paulo, o Plano Diretor selecionou 116 municípios, sendo que dez regiões foram selecionadas como áreas potencialmente adequadas para receberem o biossólido (Tabela 5), em função das características agronômicas do sistema solo/planta, áreas disponíveis, além de sua proximidade com a RMSP e da vocação agrícola. Tabela 5 Estimativa da área potencial, por cultura e por região para o uso agrícola do biossólido gerado na RMSP Região Área potencial em hectare Cana Milho Café Citrus Florestais Total Atibaia Jacareí Sorocaba Campinas Piracicaba Limeira Tatuí Araraquara Jaú Ribeirão Preto TOTAL Fonte: SABESP Plano Diretor de Uso/Disposição de Lodos das ETE s da RMSP, 1998 Para a estimativa da área e do tipo de cultura apresentado no Tabela 5, foi considerado latifúndio acima de 1000 ha e distância de até 300 km da RMSP. Para a seleção da cultura agrícola que poderão receber os biossólidos, foram adotados os seguintes critérios: Significado econômico das culturas dentro das regiões determinadas, relativamente próximas da RMSP e com infra-estrutura favorável para transporte; Exclusão de todas culturas, ainda que remotamente, pudessem oferecer qualquer risco ao homem ou ao ambiente. Assim, foram excluídas todas as plantas hortícolas, pastagens e frutícolas tendo em vista indicações da fixação de metais pesados nas folhagens. A laranja é uma exceção, no que se refere às frutícolas, porque o biossólido seco é aplicado intensivamente nos laranjais do sul dos Estados Unidos, não havendo registros de risco à saúde pública; Consideração do ponto de vista agronômico, com seleção de culturas que respondem bem a adubações e cujas práticas agrícolas empregadas permitem o uso do solo sem afetar rotinas e sem alterações de máquinas e equipamentos. Entre as culturas selecionadas cabe destacar a cana de açúcar que detém as melhores condições para utilização do biossólido, seja em extensão de área cultivada, como por características da própria agroindústria açucareira. A pesquisa realizada na 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 750

8 UNESP/Jaboticabal por Marques (1997), com o biossólido da ETE Suzano conclui que a utilização do biossólido na adubação da cana não encontrou restrição por parte dos produtores do setor, já acostumados a utilizar produtos orgânicos no cultivo, sendo a cana de açúcar a cultura ideal para a adubação com o biossólido. CONCLUSÕES O uso agrícola constitue na alternativa mais adequada para a disposição final de biossólidos gerados nas ETE s no Estado de São Paulo. Nos Estados Unidos cerca de 25% do total de biossólidos produzidos tem destinação agrícola, e no Canadá e na Comunidade Européia esse valor aumenta para 37%. O biossólido contêm cerca de 40% de matéria orgânica que possibilita a melhoria das características físicas, químicas e biológicas do solo. O biossólido contêm, aproximadamente, 2,2% de nitrogênio, 1,5% de fósforo, 0,01% de potássio, 7,3% de cálcio, 0,3% de magnésio e 0,5% de enxofre. Esses nutrientes são denominados macronutrientes. Além disso, os biossólidos contêm, também, os micronutrientes como o cobre, zinco, manganês, boro, molibdênio e cloro. Os macronutrientes e os miconutrientes tem impacto direto no desenvolvimento e rendimento das plantas. O biossólido pode conter componentes prejudiciais aos vegetais, aos animais e aos homens, como os metais pesados e organismos patogênicos. Como os metais pesados são originários da atividade industrial, o controle de efluentes industriais é fundamental para uma boa qualidade de biossólidos gerados nas ETE s. O biossólido pode ser classificado em Classe A e Classe B, dependendo dos teores de patógenos. Para os de Classe A não há nenhuma restrição de uso. O biossólido gerado na ETE Barueri é classificado como Classe B, pelo fato de que a concentração de ovos viáveis de Helmintos é um pouco superior ao limite estabelecido pela norma norteamericana. Devido a utilização do cal para a desidratação, o biossólido gerado na ETE Barueri é praticamente isento de Coliformes Fecais, Salmonella sp e Cistos de Protozoários. Os valores recomendados pela norma norte-americana U.S. EPA-40 CFR Part 503, são bem superiores aos valores adotados em outros países. O Plano Diretor de Uso/Disposição de Lodos das ETE s da RMSP desenvolvido através do Consórcio ETEP-ESTÁTICA-JNS para a SABESP, e também, a proposta de norma da CETESB, recomendam a utilização da norma norte-americana para a aplicação de biossólidos na agricultura, no Estado de São Paulo. As principais culturas agrícolas selecionadas pelo Plano Diretor de Lodos, em função das características dos sistema solo/planta, áreas disponíveis, proximidades com a RMSP e da vocação agrícola foram: milho, café, cana de açúcar, laranja e floresta. Por ocupar grandes áreas e não ser consumida diretamente pela população, destaca-se a cana de açúcar que é a cultura mais propícia para o uso do biossólido. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 751

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANDREOLI, C.V.; DOMASZAK, S.; FERNANDES, F.; LARA, A.I. Proposta preliminar de regulamentação para a reciclagem agrícola do lodo de esgoto no Paraná. Revista SANARE, v.7, n.7, jan/jun ANDREOLI, C.V.; BONNET, B.R.P.; LARA, A.I.; WOLTER, F.R. Proposição de plano de monitormento da reciclagem agrícola do lodo de esgoto no Estado do Paraná. Revista SANARE, v.7, n.7, jan/jun BETIOL, W.; CARVALHO, P.C.T. Utilização do lodo de esgoto primário e fertilizante organomineral na cultura do milho. Fertilizantes. São Paulo, v.4, n.1, BONNET, B.R.P. Diagnóstico situacional e proposição preliminar do plano de monitoramento dos impactos ambientais causados pelo uso agrícola de lodos de esgoto no Paraná. Curitiba, CARVALHO, P.C.T.; BARRAL, M.F. Aplicação do lodo de esgoto como fertilizante. Fertilizantes. São Paulo, v.3, n.2., CETESB Sistemas de aplicação de biossólidos e lodos de tratamentos biológicos em áreas de uso agrícola critérios para projeto e operação. Norma P São Paulo, outubro de LUDUVICE, M.L. Uso e disposição final de lodos orgânicos biossólidos. Seminário Internacional de Tratamento e Disposição de Esgotos Sanitários. Anais. Brasília-DF, jul MALINA JR., J. Tratamento e destino final do lodo. II Seminário de Transferência de Tecnologia. ABES/WEF. Rio de Janeiro, dez MARQUES, M. O Incorporação de lodo de esgoto em solo cultivado com cana de açúcar. Faculdade de Ciência Agrárias e Veterinárias de Jaboticabal. Universidade Estadual Paulista. Tese de Livre Docência. Jaboticabal, MELLO, W.J. O lodo de esgoto como fertilizante para as culturas de milho e café. Proposta de Trabalho. FUNEP. Jaboticabal, MERRIL, M.C.W. et al. Effects on vegetation of irrigation with waste treatment efluents and possible plant patogen irrigation interactions. In: Simposium of Soil and Water Pollution. Washington, MOREL, J.L. Phosphate fertilizer value of waste sludges. Phosphorus Agric. Paris, v.3, METCALF & EDDY. Wastewater Engineering Treatment, Disposal and Reuse. MacGraw-Hill Inc. New York, SABESP Plano diretor de uso/disposição dos lodos das ETE s da RMSP. Projeto Tietê. Consórcio ETEP/ESTÁTICA/JNS. São Paulo, SANEPAR Manual técnico para utilização agrícola do lodo de esgoto no Paraná. Curitiba, SANTOS, H.F. Uso agrícola do lodo das estações de tratamento de esgotos sanitários: subsídios para a elaboração de uma norma brasileira. Dissertação de Mestrado em Saneamento Ambiental. Universidade Mackenzie. São Paulo SANTOS, H.F.; TSUTIYA, M.T. Critérios para o uso agrícola dos biossólidos de ETE s da SABESP. Revista SANEAS, n.10, set SANTOS, H.F.; TSUTIYA, M.T. Aproveitamento e disposição final do lodo de estações de tratamento do Estado de São Paulo. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro, v.2, n. 2, abr/jun WEBBER, M.D. Land utilization of sewage sludge a discussion paper. Expert Committee on Soil and Water Management. Canada, WEBBER, M.D. Regulatory limits on heavy metals in soils: a review of canadian and international guidelines. Proceedings of the 4 th annual weala workshop on: heavy metals in the environment. Canada, WEBBER, M.D.; BATES, T.E. Municipal sludge (biosolids) use on agricultural land. Water Technology Corporation. Canada, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 752