EFICIÊNCIA DE SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS NA REMOÇÃO DE POLUENTES DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DA SUINOCULTURA

Transcrição

1 EFICIÊNCIA DE SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS NA REMOÇÃO DE POLUENTES DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DA SUINOCULTURA Viktor Kayro Souza Santos, Ana Paula Ferreira Colares, Rodrigo Nogueira Martins, Victória Viana Silva, Marco Aurélio Rodrigues de Souza, Danilo Pereira Ribeiro Instituto Federal do Norte de Minas Gerais IFNMG Campus Januária Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental. Fazenda São Geraldo, S/N Km 06, Bairro Bom Jardim, Januária - MG, , viktorpel@hotmail.com, anapaula.colares@hotmail.com; rodrigonmartins@hotmail.com; victoria.viana.s@gmail.com; marcoaurelio.rdesouza@yahoo.com.br danilo.ribeiro@ifnmg.edu.br; Resumo O trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a remoção de poluentes do efluente da suinocultura em Sistemas Alagados Construídos (SACs) cultivados com as gramíneas Cynodon spp., híbrido Tifton-85, Paspalum vaginatum e Brachiaria mutica. Cada gramínea foi cultivada individualmente em um SAC de fluxo horizontal subsuperficial preenchidos com brita zero. O efluente utilizado passou pela biodigestão anaeróbia e posteriormente foi aplicado nos SACs com tempo de detenção hidráulica de 4 dias. Não houve significativa redução do ph ao longo do SAC. O tratamento de ARS por SACs cultivados com gramíneas pode aumentar a salinidade do efluente. O SAC cultivado com a gramínea Paspalum vaginatum foi mais eficiente na remoção de ST, SF, SV e DQO que as gramíneas Tifton 85 e Brachiaria mutica. Contudo, o efluente tratado no SAC cultivado com a Paspalum vaginatum apresentou as menores remoções de N e P em relação às outras duas gramíneas. Assim, o SAC cultivado com P. vaginatum propicia o efluente com melhor qualidade para a fertirrigação de culturas. Em nenhum dos SACs houve satisfatória remoção de K e Na. Palavras-chave: efluente, gramíneas, wetlands Área do Conhecimento: Ciências Agrárias. Introdução A suinocultura é uma atividade que vem crescendo devido ao aumento na demanda pela carne suína e o suinocultor se depara com a exigência de tratamento da água residuária gerada que tem elevado potencial poluidor. Dentre as propostas para tratamento de águas residuárias, ricas em material orgânico, como é o caso dos efluentes da suinocultura, destaca-se a utilização do leito alagado cultivado ou sistema alagado construído (SAC) (MATOS et al., 2011). O sistema em relação a outras tecnologias apresenta diversas vantagens, menor custo de implantação e manutenção, tratamento de elevada eficiência, fácil operação e resistência a alterações abruptas na qualidade do efluente, podendo ser utilizado como única opção ou como pós-tratamento para o efluente de biodigestor. A escolha da espécie vegetal a ser cultivada nos SACs é de grande relevância para o sucesso do tratamento, visto que, possuem funções importantes no sistema, como a remoção de nutrientes da água residuária, transferência de oxigênio para o substrato, atuação como suporte para o crescimento do biofilme de microrganismos, aumento da permeabilidade do substrato e a garantia de um aspecto visual agradável do ambiente (MATOS et al., 2011). Algumas pesquisas sobre a utilização dos SACs para o tratamento de águas residuárias da suinocultura tem apresentado bons resultados. Contudo, existe a necessidade de trabalhos que avaliem a adaptação das espécies vegetais de acordo com as condições climáticas de cada região. Deste modo, o trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a remoção de poluentes do efluente da suinocultura por Sistemas Alagados Construídos cultivados com as gramíneas Cynodon spp., híbrido Tifton-85, Paspalum vaginatum e Brachiaria mutica. 1

2 Metodologia O experimento foi conduzido na Área Experimental de Tratamento de Efluentes construída nas dependências da suinocultura do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Norte de Minas, Campus Januária. A área experimental (Figura 1) é composta por 4 SACs de fluxo horizontal subsuperficial, com 10 m de comprimento, 1,0 m de largura e 0,25 m de profundidade, preenchidos com brita de número zero, cada. Os SACs eram impermeabilizados com lona de casa de vegetação e dotados de sistema de drenagem no final com recipiente para armazenar e determinar o volume drenado. Figura 1. Sistemas Alagados Construídos da Área Experimental de Tratamento de Efluentes do IFNMG, Campus Januária. A água residuária da suinocultura (ARS) usada no experimento foi captada de uma lagoa de decantação que recebe o efluente do biodigestor, localizada próxima à área experimental. A ARS foi armazenada em caixa de 1000 L e aplicada no início dos SACs, por um cano PVC de 32 mm perfurado e nivelado para distribuição uniforme do liquido ao longo da largura do SAC. O Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) do efluente nos SACs foi de 4 dias. O experimento foi realizado em três SACs, cada um cultivado com uma única espécie de gramínea, sendo elas o Tifton 85, Paspalum vaginatum e Brachiaria mutica. O plantio foi realizado de forma uniforme em toda área, com 10 mudas por m 2. Amostras do efluente foram coletadas ao longo do tempo do experimento para determinação de diversas variáveis, como: Demanda Química de Oxigênio (DQO), Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Sólidos Fixos (SF), condutividade Elétrica (CE), ph, Nitrogênio total Kjeldahl (NTK), Fósforo (P), Potássio (K) e Sódio (Na). As análises foram realizadas no Laboratório de Qualidade de Água e de Fertilidade do IFNMG, campus Januária. Resultados Durante o período experimental, ocorreram variações na qualidade da água residuária da suinocultura devido as diferentes atividades realizadas no setor. Na Tabela 1 estão apresentados os valores médios de parâmetros de qualidade analisados no afluente e efluente da água residuária da suinocultura aplicada nos SACs cultivados com o Tifton 85, Paspalum vaginatum e Brachiaria mutica. O ph não foi muito alterado pelo tratamento da água residuária da suinocultura nos SACs, para todas as gramíneas cultivadas observou-se pequena redução no valor do ph, a média geral do afluente foi 8 e do efluente 7,87. A condutividade elétrica da água residuária apresentou pequeno aumento após o tratamento nos SACs, principalmente nos SACs cultivados com Tifton 85 e P. vaginatum. Esse resultado pode ter sido influenciado pela perda de água devido á evapotranspiração das gramíneas, causando aumento de concentração de sais na água que permanece no sistema. A água residuária da suinocultura apresentou maiores concentrações média de ST, SF, SV e DQO no SAC cultivado com a Paspalum vaginatum, nesse SAC também foram constatadas as maiores eficiências médias na remoção de ST, SF, SV e DQO, sendo 58,26, 58,44, 57,89 e 76,69%, 2

3 respectivamente. O SAC cultivado com a Brachiaria mutica apresentou remoção média de 23,74, 52,77 e 72,86% de ST, SV e DQO, respectivamente, enquanto que o SAC com Tifton 85 apresentou remoção média de 28,72, 25,97 e 39,72%. Tabela 1 - Valores médios de parâmetros monitorados no afluente e efluente da ARS durante a condução do experimento. UNIDADE Tifton 85 Brachiaria mutica Paspalum vaginatum Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente ph - 7,99 7,84 8,05 7,90 8,01 7,86 CE ms cm -1 3,08 3,27 3,00 3,07 3,05 3,34 ST mg L , , , , , ,00 SF mg L , , , , ,00 800,00 SV mg L ,25 452,50 962,50 455,00 926,25 390,00 DQO mg L ,00 396, ,00 315, ,00 310,50 NTK mg L ,37 58,35 204,23 68, ,19 87,525 P mg L -1 67,74 47,87 71,09 42,54 58,03 49,88 K mg L Na mg L CE: condutividade elétrica. ST, SF e SV, respectivamente, sólidos totais, fixos e voláteis. DQO: Demanda química de oxigênio. NTK: Nitrogênio total Kjeldahl. P: Fósforo, K: potássio. Na: Sódio. A remoção de N nos SACs foi considerável, a remoção mais elevada foi observada no SAC cultivado com a grama Tifton 85, com eficiência média de remoção de NTK de 71%, o SAC cultivado com a P. vaginatum apresentou a menor eficiência de remoção de NTK de 48,6%. Quanto à remoção de P, a eficiência do sistema foi menor que a observada para o NTK, o SAC cultivado com a B. mutica apresentou a maior eficiência de 40,2% e o SAC cultivado com a P. vaginatum a menor eficiência que foi 14%. Na média geral observa-se que não houve remoção de K e Na do efluente tratado nos SACs, esses resultados podem ter colaborado para o aumento na condutividade elétrica do efluente tratado. Para o K, o melhor resultado foi observado no SAC cultivado com a B. mutica em que os valores de entrada e saída foram iguais, o pior resultado foi observado no SAC cultivado com a P. vaginatum em que se constatou aumento de 49% na concentração de K no efluente. Para o elemento Na, também constatou-se aumento em sua concentração após o tratamento em todos os SACs, os aumentos variaram de 7% no SAC cultivado com a B. mutica até 19% no SAC cultivado com a P. vaginatum. Discussão Durante o período de monitoramento o SAC cultivado com a grama Tifton 85 apresentou eficiência média de remoção abaixo do que é aceitável pela resolução CONAMA N 430 de 2011, a qual determina uma remoção mínima de 60% de DQO para o lançamento em corpos hídricos. A Paspalum vaginatum e a Brachiaria mutica apresentaram eficiências médias de remoção acima do aceitável pela resolução. Contudo, as eficiências foram consideradas apenas para a remoção no SAC que recebia efluente do biodigestor e este promovia a remoção inicial de DQO, assim, como sistema integrado todos os SACs podem ter conseguido atender a legislação. Fia et al. (2010a), utilizando SACs cultivados com Taboa e Alternanthera consorciados no tratamento de Água Residuária do Cafeeiro (ARC), obtiveram remoção média de 11% de DQO, valores inferiores aos obtidos neste trabalho. Fia et al. (2010b) apresentaram remoção média de 45 e 52,2%, na remoção de DQO, utilizando SACs cultivados com Aveia-preta (Avena strigosa Schreb) e Azevém (Lolium multiflorum Lam.), respectivamente, no tratamento de ARC proveniente de filtros anaeróbios. Na análise de eficiência de remoção dos sólidos a Paspalum vaginatum apresentou maior eficiência de remoção, contudo a Brachiaria mutica apresentou considerável eficiência na remoção de SV (média de 52,77%) que representa a fração orgânica dos sólidos presentes no efluente, sendo 3

4 degradada por microrganismos. O Tifton 85 foi à espécie que apresentou menor eficiência de remoção de sólidos. Matos et al. (2012) utilizando SACs cultivados com Capim elefante e Tifton 85 no tratamento de água residuária de Laticínio, apresentaram remoção de ST variando de 30,9 a 37,4%. Matos et al. (2010a), obtiveram remoção média de 26% de ST na primeira coleta, cultivando Tifton 85, Taboa e Alternanthera em SACs no tratamento de ARS. Nos resultados da CE, foi observado que em geral os valores efluentes foram maiores que os valores afluentes. Isso pode ter ocorrido devido à ausência de precipitação e a alta evapotranspiração durante o período das primeiras coletas, proporcionando o aumento na concentração iônica na ARS ou pela possível mineralização do material orgânico. Com relação à coleta realizada aos 90 dias, a CE apresentou tendência diferentes das anteriores.. Matos et al. (2010b) observaram aumento nos valores de CE quando aplicaram ARS com taxas de carregamento orgânico (TCO s) de 66, 130, 190, 320 e 570 kg ha -1 dia -1 em SACs cultivados com Tifton 85 e capim elefante no tratamento de ARS. Em pesquisa utilizando SAC cultivado com Taboa no tratamento de esgoto doméstico, Brasil et al. (2005) apresentaram valores de CE variando de 0,209 a 0,597 ms cm -1. O ph não apresentou grande variação ao longo do experimento, reduzindo em média 0,13. De forma semelhante, Matos et al. (2009b), tratando ARS com SACs cultivados com Tifton, Taboa e Alternanthera, apresentaram valores médios afluentes e efluente de 7,1 e 7,0, respectivamente. Para o nitrogênio observou-se as maiores remoções entre os nutrientes analisados. Essa alta taxa de remoção pode ser explicada pelos processos de nitrificação e desnitrificação que podem ter ocorrido no sistema, além da forma de N amoniacal proveniente do biodigestor e do ph alcalino do efluente que favorece a volatilização da amônia. Em outros trabalhos com a utilização de SAC s, Matos et al. (2010b) cultivando Tifton 85 e capim elefante no tratamento de ARS apresentaram eficiências de 35 a 57% na remoção de N. Dornelas et al. (2008), utilizando SAC cultivado com Taboa no tratamento de esgoto doméstico proveniente de reator UASB, apresentaram remoção de 23% de N, sendo ambos inferiores aos resultados do presente trabalho. A remoção de P do sistema variou de 14 a 40%. Brasil et al. (2005) em estudo utilizando filtro anaeróbio precedendo os SACs, apresentaram remoção de 57,6 e 50% na remoção de P. Enquanto que, Dornelas et al. (2008), apresentaram remoção de 43% de P, comportamento considerado semelhante à remoção de P no SAC cultivado com Tifton 85, observada nesse trabalho. Em relação ao K para as médias de cada SAC observou-se que não houve remoção do nutriente, o que pode estar relacionado à sua considerável concentração, pequena demanda de potássio pelas gramíneas e à perda de água por evapotranspiração nos SACs, causando o acúmulo desse nutriente. Resultados semelhantes para a remoção de K foram observados em alguns trabalhos. Matos et al. (2012), utilizando SACs cultivados com capim-elefante e Tifton 85, no tratamento de água residuária de laticínio, aplicando uma TCO de 130 kg ha -1 d -1, não obtiveram eficiência de remoção de K. Matos et al. (2010b), cultivando Tifton 85 e capim elefante em SACs no tratamento de ARS aplicada em diferentes TCOs, apresentaram eficiência média 7% na remoção de K. Fia et al. (2010b), cultivando Azevém (Lolium multiflorum Lam.) em SACs no tratamento de ARC proveniente de filtro anaeróbio, obtiveram 3,9% na remoção K e no cultivo da Aveia-preta (Avena strigosa Schreb), apresentou eficiência de 3,3%. Assim, além dos fatores já descritos para a baixa eficiência na remoção de K, a alta solubilidade do Na, a pequena associação com o material orgânico removido por processos físicos e a baixa absorção pelas plantas, também podem ter contribuído para ineficiência na remoção do sódio. Matos et al. (2010b), cultivando Tifton 85 e capim elefante em SACs no tratamento de ARS, apresentaram eficiência média 7% na remoção de K e de 4,8% na remoção de Na. Conclusão O tratamento de ARS por SACs cultivados com gramíneas pode aumentar a salinidade do efluente. O SAC cultivado com a gramínea Paspalum vaginatum foi mais eficiente na remoção de ST, SF, SV e DQO que as gramíneas Tifton 85 e Brachiaria mutica. Contudo, o efluente tratado no SAC cultivado com a Paspalum vaginatum apresentou as menores remoções de N e P em relação às outras duas gramíneas. Assim, o SAC cultivado com P. vaginatum propicia o efluente com melhor qualidade para a fertirrigação de culturas. Em nenhum dos SACs houve satisfatória remoção de K e Na. 4

5 Agradecimentos Os autores agradecem a FAPEMIG pela concessão das bolsas de iniciação científica e pelo apoio à pesquisa que utilizou materiais adquiridos com recurso do projeto Uso de Água Residuária da Suinocultura no Cultivo de Cana-de-açúcar e Pastagem no Semiárido Mineiro. Referências BRASIL, M. S.; MATOS, A. T.; SOARES, A. A.; FERREIRA, P. A. Qualidade do efluente de sistemas alagados construídos, utilizados no tratamento de esgoto doméstico. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.9, n.9, p , DORNELAS, F. L. Avaliação do desempenho de wetlands horizontais subsuperficiais como póstratamento de efluentes de reatores UASB. 2006, 115P. Dissertação (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, FIA, R.; MATOS, A. T.; MATOS, M. P.; ABREU, E. C.; FIA, F. R. L. Tratamento das águas do processamento dos frutos do cafeeiro em filtro anaeróbio seguido por sistema alagado construído: I Remoção de matéria orgânica. Engenharia agrícola, Jaboticabal, v.30, n.6, p , nov./dez, 2010b. FIA, R.; MATOS, A. T.; QUEIROZ, M. E. L. R.; CECON, P. R.; FIA, F. R. Desempenho de sistemas alagados no tratamento de águas residuárias do processamento dos frutos do cafeeiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, n.12, p , 2010a. MATOS, A. T.; ABRAHÃO S. S.; BORGES, A, C.; MATOS, M. P. Influência da taxa de carga orgânica no desempenho de sistemas alagados construídos cultivados com forrageiras, Engenharia Sanitária Ambiental, v.15, n.1, p , 2010b. MATOS, A. T.; ABRAHÃO, S. S.; LO MONACO, P. A. V. Eficiência de sistemas alagados construídos na remoção de poluentes de água residuárias de indústria de laticínios. Engenharia Agrícola., Jaboticabal, v.32, n.6, p , nov/dez, MATOS, A. T.; FREITAS, W. S.; BORGES, A. C. Estudo cinético da remoção de matéria orgânica de águas residuárias da suinocultura em sistemas alagados construídos cultivados com diferentes espécies de vegetais, Engenharia Agrícola, v.31, n.6, p , MATOS, A. T.; FREITAS, W. S.; FIA, R.; MATOS, M. P. Qualidade do efluente de sistemas alagados construídos utilizados no tratamento de águas residuárias da suinocultura visando seu reuso. Engenharia na Agricultura. v.17, p , 2009b. MATOS, A. T.; FREITAS, W. S.; LO MONACO, P. A. V. Eficiência de sistemas alagados construídos na remoção de poluentes de águas residuárias da suinocultura, Ambi-Água, v.5, n. 2, 2010a. 5