II-071 AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO POTENCIAL DE REUSO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS TRATADAS EM CULTURAS DE MILHO (Zea mays)

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1 II-071 AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO POTENCIAL DE REUSO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS TRATADAS EM CULTURAS DE MILHO (Zea mays) Manoel Lucas Filho (1) Engenheiro Civil, Doutor em Recursos Hídricos, Professor da UFRN, pesquisador do FOTO PROSAB (RN) Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF); Maria Gorete Pereira NÃO Engenheira Civil, Mestre em Engenharia Química, Bolsista (DCR/CNPq) do PROSAB DISPONÍVEL (RN) Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF); Anita Maria de Lima Engenheira Química, Bolsista (AT-NS/CNPq) do PROSAB (RN) Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CEF); Dinarte Aéda da Silva Engenheiro Civil, Mestre em Irrigação e Drenagem, Professor Adjunto do Departamento Agropecuário (CT/UFRN), pesquisador do PROSAB (RN) Francisco das Chagas Estevan da Fonseca Engenheiro Agrônomo, Mestrado e Doutorado em Estatística e Experimentação Agronômica, Professor Adjunto IV do Departamento Agropecuário (CT/UFRN). Endereço (1) : Av. Rodrigues Alves, 1271, Apto. 502 Tirol Natal RN CEP Brasil Tel.: (84) Fax (84) Lucas@ct.ufrn.br RESUMO A disposição controlada de águas residuárias no solo como uma técnica de pós-tratamento, tem resultado em economia de custos quando comparado com o tratamento terciário. Nas regiões áridas e semi-áridas do Nordeste, onde a disponibilidade limitada de água constitui obstáculo importante ao seu desenvolvimento, é inevitável que exista crescente tendência para o reuso planejado de águas residuárias na agricultura, como forma de dinamizar a produção através do uso de novas técnicas e recursos. Este trabalho é fruto de uma pesquisa desenvolvida pelos Departamentos de Engenharia Civil e Engenharia Química da UFRN, no âmbito do PROSAB, que busca desenvolver uma técnica de disposição controlada de águas residuárias no solo que seja adequada às condições geológicas, edafológicas e geomorfológicas dessa região e permita o aproveitamento econômico dessas águas. O experimento foi efetuado em dois módulos Tabuleiros denominados T6 e T7, impermeabilizados com lona plástica de 200 mícrons e cobertos com solo de areia quartzosa com aproximadamente 20 cm de espessura, situação esta comparada aos solos rasos do cristalino às margens dos aluviões dos rios secos. O sistema de tratamento apresentou boa eficiência de remoção de matéria orgânica, com redução da Demanda Química de Oxigênio (DQO) próxima de 50%. O processo se mostrou, também, eficiente na remoção de coliformes fecais (99,9%). Com relação aos nutrientes, obteve-se uma substancial oxidação das formas reduzidas de nitrogênio, com remoções médias de 99% e 39% respectivamente para nitrogênio amoniacal e nitrato cuja concentração média no efluente foi da ordem de 0,7mg/L. Para o fósforo obteve-se reduções superiores a 95% em ambas as fases do experimento. O efeito benéfico do aporte de nutrientes das águas residuárias foi verificado para todos os fatores de produção analisados. PALAVRAS-CHAVE: Reuso de águas residuárias; disposição no solo; pós-tratamento; escoamento subsuperficial; ABES Trabalhos Técnicos 1

2 INTRODUÇÃO Em regiões áridas e semi-áridas que apresentam baixo índice de pluviometria, onde a instabilidade climática mostra-se como um dos fatores determinantes para que a produtividade esteja aquém da desejada, se faz necessária a dinamização da produção através do uso de novas técnicas e recursos. Dado seus inegáveis atrativos de ordem ecológica, (reciclagem de nutrientes, controle de poluição) e econômica (economia de fertilizantes, fonte alternativa de água), a reutilização das águas residuárias tem despertado cada vez mais a atenção das autoridades sanitárias e dos agricultores, ao mesmo tempo em que está aumentando o interesse e conhecimento sobre a necessidade de tratamento destas águas, antes de se voltar a utiliza-las. A disposição controlada de água residuária no solo como uma técnica de pós-tratamento, tem resultado em economia de custos quando comparado com o tratamento terciário. A agricultura utiliza maior quantidade de água e pode tolerar águas de qualidade mais baixa do que a indústria e o uso doméstico. É, portanto, inevitável que exista crescente tendência para encontrar na agricultura a solução dos problemas relacionados com a eliminação de efluentes. Em termos quantitativos, o volume de águas residuárias disponíveis para a irrigação é insignificante se comparado com o total de água necessária para esse fim. Porém, freqüentemente, estas águas constituem a única fonte de água disponível e mesmo que os rendimentos obtidos não sejam os máximos, representam retornos econômicos importantes. Neste trabalho apresentamos um estudo de disposição de águas residuárias no solo, pelo método do escoamento sub-superficial, aplicado no pós-tratamento de efluentes de sistemas anaeróbios, com dois objetivos principais: verificar a eficiência no tratamento complementar desses efluentes e avaliar o potencial de reuso destes na irrigação. As diretrizes para avaliar a qualidade de uma água residuária para reuso em irrigação, refere-se, sobretudo, aos efeitos em longo prazo da qualidade dessa água sobre a produção das culturas nas condições de solo e manejo agrícola. Para se prever um problema relacionado com a qualidade de uma água, tem-se que avaliar o seu potencial em criar condições no solo que possam restringir seu uso e avaliar a necessidade de empregar técnicas de manejo especiais para manter rendimentos aceitáveis. O milho (Zea mays) é um dos principais produtos na alimentação humana e animal em muitas regiões brasileiras, sendo explorado principalmente por pequenos e médios agricultores que não dispõem de alta tecnologia e/ou recursos. Por ser uma cultura de subsistência para a maioria deles, tem grande importância sócio-econômica. A exploração do milho ocorre, de um modo geral, sob condições de sequeiro. Entretanto, tem crescido o interesse pela irrigação, com o intuito de se produzir durante todo o ano. Os parâmetros de controle e operação do sistema, como, por exemplo, a taxa hidráulica (lâmina líquida ou carga), o período e a freqüência de aplicação, devem ser ministrados em quantidade que o sistema solo-planta possa suportar para atingir o objetivo. Neste experimento, optou-se pela irrigação com águas residuárias, servindo a água como veículo de transporte de nutrientes contido nela própria, e garantindo ao solo, o teor de umidade necessário ao desenvolvimento da cultura. Assim, tem-se a vantagem de reduzir os custos dos nutrientes, uma vez que ambas as práticas, adubação e irrigação, são executadas simultaneamente, sem acréscimo de mão-de-obra, de trabalho ou de tempo. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema estudado localiza-se na área da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) do Campus Central da UFRN, sendo alimentado com o efluente de tratamento anaeróbio. Consiste de dois módulos (T6 e T7) 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 impermeabilizados com lona plástica de 200 mícrons; o solo, uma areia quartzosa com granulometria muito uniforme (Cu=3) e diâmetro médio 0,24mm. Os dois módulos têm a mesma largura e profundidade: 3,50m e 0,20m respectivamente, diferindo apenas no comprimento que é de 10,00m no módulo T6, e de 3,50m no módulo de controle (T7). Ambos apresentam declividade de 1% no sentido longitudinal. Com o intuito de aumentar o tempo de contato água-solo-planta instalou-se septos de material argiloso, dispostos no sentido transversal ao caminhamento do fluxo, em forma de chicanas. O experimento, além do tratamento da água residuária no solo, envolveu duas diferentes disponibilidades de água durante o ciclo da cultura que teve início no final de maio/2000, com a semeadura do cultivar de milho AG-405, um híbrido duplo, precoce, de grãos laranja semiduro. Foram plantadas três sementes por cova. O arranjo foi aleatório, mantendo-se, entretanto, uma média de cinco covas por metro quadrado. A princípio, estava previsto um desbaste aos 30 dias após a emergência, deixando-se o número de plantas de acordo com o nível de densidade desejado, 50 mil plantas/ha. Posteriormente, decidiu-se manter todas as plantas germinadas (em média, três por cova). Foram feitas duas capinas manuais, aos 30 e 60 dias, para controle de ervas daninhas. Não houve controle químico à lagarta-do-cartucho, apenas catação manual, quando necessária. Os módulos funcionaram como bacia de disposição controlada com escoamento sub-superficial, o que permitem um balanço de massa completo, visto que o seu confinamento favorece a perdas somente por evapotranspiração. Nos meses de junho e julho/2000 (fase 1) a carga hidráulica aplicada foi da ordem de 29mm/dia (29 litros/m².dia) com uma freqüência variável, devido à ocorrência das precipitações pluviais mensais (577mm e 482mm, respectivamente). Em agosto/2000 (fase 2) adotou-se um ciclo de 16 horas de aplicação contínua em cinco dias consecutivos e dois dias de descanso, mantida a carga hidráulica de 29mm/dia. Amostras do afluente e do efluente final do sistema foram coletadas e analisadas quanto aos parâmetros ph, DQO, condutividade elétrica, sólidos suspensos, N, P, Ca, K, Mg e Na. Quanto ao controle bacteriológico analisou-se apenas coliformes fecais. Foram coletadas amostras de solo, para análises de fertilidade, nas parcelas experimentais, em duas oportunidades: na implantação (solo natural), e aos 90 dias. Por ocasião da colheita, foram determinados a altura da planta e o peso de raiz nos dois módulos, considerando a média de 10 plantas, tomadas ao acaso, ao longo da parcela útil de cada tratamento. RESULTADOS E DISCUSSÕES SOLO As análises químicas do solo efetuadas antes do plantio (solo natural) e após a colheita do milho, à profundidade 0-15cm, apresentaram valores de capacidade de troca catiônica (CTC) e soma de bases trocáveis (S) inferiores a 2 o que indica um solo com baixa capacidade para reter cátions em forma trocável e pobre em nutrientes vegetais como Ca, Mg, K e outros. Não apresentando, em curto prazo, mudanças significativas nas suas características, decorrentes da aplicação de águas residuárias. TRATAMENTO O sistema de tratamento apresentou boa eficiência de remoção de matéria orgânica (redução de DQO próxima de 50%). A relação sólidos suspensos voláteis / sólidos suspensos (SSV/SS) igual a 0,29 (fase 1) e 0,46 (fase 2) no efluente do módulo T6, sofreu, significativo decréscimo em relação ao afluente (0,95), visto ABES Trabalhos Técnicos 3

4 que há uma redução da matéria orgânica devido a mineralização dos sólidos. O processo se mostrou, também, eficiente na remoção de Coliformes Fecais, com reduções de 99,9% nas duas fases do experimento. O valor da relação de absorção de sódio (RAS) no afluente, determinada pelas concentrações médias de Na, Ca e Mg foi inferior a 5. Isto e uma condutividade elétrica da ordem de 0,7 ds/m conferindo uma restrição de uso ligeira a moderada, o que exige cuidados gradualmente maiores na seleção das culturas e das alternativas de manejo para alcançar o potencial máximo de rendimento. O afluente também apresentou baixo risco de alcalinização com o ph variando de 6,8 a 7,5, mantendo-se na faixa normal para águas de irrigação (6,5 a 8,4). O ph controla a solubilidade dos nutrientes do solo exercendo, por isso, considerável influência sobre a absorção dos mesmos pelas plantas. Muito embora o ph do esgoto aplicado estivesse próximo do neutro, verificou-se diferenças da alcalinidade nas duas fases (1 e 2) do experimento, devido às reações de nitrificação, havendo reduções da alcalinidade de bicarbonatos de 82 e 77%, respectivamente. O nitrogênio e o potássio na cultura do milho são absorvidos durante todo ciclo vegetativo, sendo a absorção mais lenta nos primeiros 30 dias após a emergência e aumentando consideravelmente a partir desse período. O nitrogênio situa-se entre os nutrientes mais importantes no crescimento e desenvolvimento de vegetais, sendo ainda necessário em maior proporção em comparação com os demais. É mais freqüentemente aproveitado pelas plantas sob as formas nítrica e amoniacal. A tabela 1 apresenta as concentrações médias de alguns nutrientes, obtidas nas duas fases do experimento do módulo 6. Tabela 1: Concentrações médias de nutrientes (N, P) no afluente/efluente do módulo T6. Parâmetro Fase 1 (Junho-Julho/2000) Fase 2 (Agosto/2000) Afluente Efluente Afluente Efluente N-NH + 4 (mg/l) 22,9 0,26 35,1 0,2 N-NO 3 - (mg/l) 1,0 2,9 1,1 0,7 P-HPO 2 4 (mg/l) 1,83 0,09 2,31 0,03 Uma substancial oxidação das formas reduzidas de nitrogênio foi observada no efluente final do módulo onde a remoção de nitrogênio amoniacal foi em média 99% nas duas fases, enquanto o nitrato sofreu acréscimo na fase 1, passando de uma concentração de 1,0mg/L no afluente para 2,9mg/L no efluente, já na fase 2 houve remoção média de 39%. Em esgotos domésticos típicos o fósforo predomina na forma de ortofosfatos (HPO 4-2 ) e são diretamente disponíveis para o metabolismo das plantas sem necessidade de conversões a formas mais simples. O sistema constitui os dois principais mecanismos de remoção desse nutriente (por adsorção e pela vegetação), obtendo-se eficiências superiores a 95%, em ambas as fases. FATORES DE PRODUÇÃO Não foi observado qualquer efeito dos tratamentos sobre a emergência, que ocorreu simultaneamente nos dois módulos. Outros parâmetros, no entanto, mostraram-se sensíveis às diferenças. A umidade do solo é condição essencial ao crescimento dos vegetais, não apenas sob o ponto de vista de fornecimento de água, mas também devido ao seu efeito sobre a mobilização e absorção de nutrientes e sobre a microflora e fauna úteis. Por outro lado, tanto a deficiência por excesso de umidade provoca um estresse às culturas, conduzindo a menores aproveitamentos de nutrientes e conseqüente diminuição das atividades biológicas e produtivas. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 Os efeitos da drenagem no solo foram observados especialmente durante os estádios iniciais da cultura, quando as precipitações foram mais abundantes e o solo manteve-se saturado, apresentando alagamento na metade final do módulo (6) com certa freqüência (Figura 1). Nesses estádios, em que o milho é mais sensível ao excesso de umidade no solo, o alagamento, ainda que por um dia, reduz consideravelmente a produção de matéria seca. Esse fenômeno se refletiu no porte das plantas situadas nos locais mais úmidos. O aspecto clorótico observado nas plantas mais distantes do ponto de aplicação da água residuária foi provavelmente resultante da redução na absorção de nutrientes pelas raízes, em conseqüência da deficiência de aeração do solo, como, também, da menor disponibilidade de certos nutrientes, principalmente o nitrogênio. Figura 1: Aspectos provocados na cultura do milho pela deficiência de drenagem no solo. Aos 60 dias, colheu-se amostras de plantas localizadas no início, meio e final dos módulos para observação do sistema radicular. As plantas das fileiras mais próximas do ponto de abastecimento do módulo tiveram seu sistema radicular mais amplo que os das parcelas mais distantes. As raízes concentram-se, principalmente, na camada superficial do solo, de 0 a 15cm de profundidade. Tanto o peso como o comprimento das raízes decresceram com o afastamento das plantas em relação ao ponto de aplicação do esgoto. Das quantidades extraídas de nutrientes pela plantas depende diretamente sua produtividade, sendo que variações dos nutrientes no solo promovem diferenças no seu desenvolvimento, tanto a nível radicular como na parte aérea. No tabuleiro testemunha eram visíveis o efeito da carência de nutrientes evidenciado pelo baixo desenvolvimento e aspecto da cultura, que denotava claramente deficiência em fósforo e nitrogênio, entre outros. A colheita foi realizada em meados de setembro, aos 109 dias do plantio. Foram efetuadas análises de variância das variáveis altura (cm) e peso de raiz (g). A análise de variância da variável altura revelou haver diferença, ao nível de significância de 1%, entre tratamentos. O tabuleiro que foi alimentado com água residuária tratada (T6) proporcionou maior altura média (127cm) que o tabuleiro controle (T7) alimentado com água potável sem adição de nutrientes, cuja altura média foi de 97cm. Idêntico procedimento foi realizado para a variável peso de raiz que revelou ABES Trabalhos Técnicos 5

6 haver diferença, ao nível de significância de 5% entre os referidos tratamentos. No módulo T6 o peso médio de raiz foi de 47g e apenas 10g no módulo T7. Sobre rendimentos de grãos secos ocorreram falhas que impediram a correta avaliação da produtividade. Entretanto, foi possível observar que o módulo irrigado com águas residuárias apresentou melhores condições para desenvolvimento vegetativo e produtivo, apesar do aporte de N, P e K adicionados ao solo através da água terem sido inferiores às doses recomendadas para a adubação química. Amostras do produto final foram colhidas em ambos os módulos, para uma avaliação visual, que permitiu identificar através das espigas (Figura 2) os principais sintomas de deficiência de nutrientes. A carência de nitrogênio provoca o surgimento de espigas pequenas, com grãos mal formados em suas pontas; espigas tortas, pequenas e com grãos mal formados, são causadas pela falta de fósforo, enquanto que a deficiência de potássio é responsável por espigas mal granadas nas pontas, com grãos pequenos e mal formados. 1 2 Figura 2: Espigas produzidas no módulo irrigado com águas residuárias (1) e no módulo de controle (2) CONCLUSÕES Em termos de tratamento, o processo apresentou uma eficiência bastante considerável na remoção de coliformes fecais (superior a 99,9%), de nutrientes como nitrogênio amoniacal (99%) e fósforo (superior a 95%) num afluente com baixa concentração em matéria orgânica (DQOt média de 105 mg/l), constituindo-se numa solução muito boa para a região do semi-árido nordestino, tanto do ponto de vista ambiental como econômico. O efeito benéfico da água residuária foi verificado para todos os fatores de produção analisados, o que permite concluir que o aporte de nutrientes juntamente com a água de irrigação (reuso) foi positivo e significativo. Ressalte-se, entretanto, o fato do experimento ter sido realizado em solo de baixa fertilidade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AYRES, R.S.; WESTCOT, D.W. A qualidade da água na agricultura. 2. CAMPOS, J.R. et ak, Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro: ABES, p.: il. Projeto PROSAB. 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 3. FERNANDES, E.N.; SILVA, P.S.L. Tamanho da amostra e método de amostragem para caracteres da espiga do milho. Ciência e Agrotécnica. Lavras. V.20, n. 2, p , abr./jun., MELLO, F.A.F. et al. Fertilidade do solo. São Paulo: Nobel, p. 5. PAGANINI, W.S. Disposição de esgotos no solo: (escoamento a superfície). São Paulo: Fundo Editorial da AESABESP, p. 6. SILVA, B.G.; CORRÊA, L.A. Cultivares de milho. Informe Agropecuário, Belo Horizonte, v.14, n.164, p.13-14, ABES Trabalhos Técnicos 7