22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 Joinville Santa Catarina II350 AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE TILÁPIA DO NILO COM EFLUENTE DE LAGOA DE ESTABILIZAÇÃO Rafael K.X. Bastos (1) Engenheiro Civil (UFJF), Especialização em Engenharia de Saúde Pública (ENSP/FIOCRUZ), PhD em Engenharia Sanitária (University of Leeds, UK), Professor Adjunto Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Chefe da Divisão de Água e Esgotos da UFV. Anderson S. Freitas Graduando em Zootecnia (UFV), Bolsista de Iniciação Científica (CNPq) Ana L. Salaro Licenciada em Ciências Biológicas (UNESP), MS em Ciências Biológicas (UNESP), DS em Zoologia (UNESP), Professora Adjunta Departamento de Biologia Animal, Universidade Federal de Viçosa (UFV). Eduardo A. T. Lanna Biólogo (UFV), MS em Produção Animal (UFV), DS em Nutrição Animal (UNESP), Professor Adjunto Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa (UFV). Paula Dias Bevilacqua Médica Veterinária (UFV), Especialização em Epidemiologia (UFMG), MS em Epidemiologia (UFMG), DS em Epidemiologia (UFMG), Professora Adjunta Departamento de Veterinária, Universidade Federal de Viçosa (UFV).
Endereço(1): Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil,Viçosa MG. CEP: 36571000 Tel: (31) 38992356 email: rkxb@ufv.br RESUMO Experimentos de campo, em escala piloto, incluíram a avaliação comparativa da produtividade e da qualidade sanitária de tilápias do Nilo cultivadas em sistemas de renovação contínua de água e água residuária (efluente de lagoa de estabilização). O sistema de tratamento apresentou excelente desempenho na remoção de amônia e coliformes, produzindo efluente propício à prática da piscicultura. Os peixes cultivados em esgoto tratado apresentaram excelente qualidade sanitária. Entretanto, a produtividade alcançada no cultivo com o efluente da lagoa de estabilização, cuja única fonte de alimento era o fitoplâncton, não alcançou a produtividade do sistema convencional. A disponibilidade de alimento, na forma de fitoplâncton, revelouse, de um lado, de excelente valor nutritivo no estágio inicial de crescimento dos peixes, mas insuficiente para as densidades mais elevadas e nas fases mais avançadas de crescimento. De forma consistente, as densidades mais elevadas apresentaramse como fator limitante. Os resultados são interpretados como indicativos da viabilidade técnicoeconômica do cultivo de tilápias com águas residuárias e, ao mesmo tempo, sugerem a necessidade de otimização do manejo com vista à obtenção de melhor produtividade PALAVRASCHAVE: esgotos sanitários, tratamento, piscicultura. INTRODUÇÃO Os critérios de qualidade microbiológica originalmente sugeridos pela Organização Mundial da Saúde para a utilização de efluentes na piscicultura foram os seguintes: 103 CF/100 ml no tanque de piscicultura ou ~ 104 CF/100 ml no afluente ao tanque de piscicultura e ausência de ovos de helmintos (trematóides) (WHO,1989). Desde a publicação das recomendações da OMS, diversos estudos vêm sendo conduzidos no sentido de sua avaliação, desde o ponto de vista de riscos potenciais e reais à saúde associados à prática da piscicultura com esgotos sanitários (MOSCOSO et al, 1990; BLUMENTHAL et al, 1992; EDWARDS, 1992; STRAUSS, 1995). O estado da arte do conhecimento, sugere as seguintes observações em relação às recomendações originais da OMS: (i) validação do padrão bacteriológico (103 CF/100 ml no tanque de piscicultura); (ii) a propriedade do estabelecimento de um indicador auxiliar, por exemplo, contagem de bactérias heterotróficas na água (UFC/100 ml) e no músculo de peixes (UFC/g). Neste sentido, vale destacar os seguintes relatos de literatura: MOSCOSO et al (1990), encontraram que coliformes fecais passavam a ser detectados no músculo de tilápias
quando as densidades na água eram superiores a 105 CF/100 ml, sugerindo então um limite de 104 CF/100 ml; por outro lado, BURAS et al (1987), por razões similares, sugerem um limite de 104 UFC/100 ml (contagem de bactérias heterotróficas), questionando o emprego dos coliformes como indicadores adequados da qualidade sanitária dos peixes. Estes autores sugerem ainda um padrão de qualidade bastante restrito para os peixes cultivados em águas residuárias 50 UFC/g, bem mais restrito que a maioria da legislação de qualidade microbiológica para peixes em geral; 105107 UFC/g e 101102 E.coli/g (BLUMENTHAL et al, 2000). Efluentes de lagoas de estabilização, potencialmente, contém nutrientes em quantidades para atender, ao menos parcialmente, as demandas nutricionais dos peixes, sendo, entretanto, os níveis de amônia o principal fator limitante em termos de toxicidade. Não obstante, diversos estudos têm demonstrado a viabilidade econômica da produção de peixes com efluentes de lagoas, com significativa economia de insumos. Por exemplo, MOSCOSO et al (1990), em experimentos conduzidos no Peru, obtiveram excelente produção (4.400 kg/ha), sem qualquer suprimento alimentício adicional aos nutrientes naturalmente veiculados pela águas residuárias; as tilápias, com um peso inicial de 60 g, alcançaram um peso comercial de 250 g em quatro meses durante períodos de temperaturas elevadas A piscicultura, como atividade zootécnica é uma atividade em plena expansão no Brasil (TIAGO, 2002). A utilização de esgotos sanitários na piscicultura é uma prática quase centenária e difundida em diversos países, entre Europa, África, Ásia, América Latina e Oriente Médio. (MOSCOSO et al,1990; EDWARDS, 1992). Entretanto, ainda são escassas as informações sobre a viabilidade técnica, econômica e sanitária desta prática com base na realidade nacional. Tornase, assim, necessário testar sua validade sob diferentes condições, tais como: clima, métodos de cultivo de peixes, espécies cultivadas, qualidade de efluentes. Neste sentido apresentase este trabalho, contribuindo com informações sobre a utilização de efluentes de lagoas de estabilização para o cultivo de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus). Cabe o registro que esta espécie é uma das mais cultivadas em todo o mundo, com aceitação crescente de mercado. Tratase ainda de uma espécie relativamente robusta, capaz de adaptarse em águas com salinidade mais elevada (TEIXEIRA FILHO, 1991) e, portanto, é também uma das espécies mais estudadas em cultivo com águas residuárias. MATERIAIS E MÉTODOS Descrição da unidade experimental Os experimentos foram conduzidos na cidade de Viçosa MG. A estação de tratamento de esgotos (ETE) experimental é constituída por um reator anaeróbio em escala real, seguido de uma série de três lagoas de estabilização em escala piloto com as seguintes características: volume (V) = 14,6 m3; altura de lâmina (h) = 0,90 m; área superficial = 16,22 m2; comprimento/largura (L/B) = 1,8, TDH= 7 dias. O reator anaeróbio recebe a contribuição de cerca de 600 habitantes, sendo que, do efluente do reator, em torno de 2m3/dia são encaminhados ao sistema de lagoas.
A unidade de piscicultura era constituída por duas linhas de 12 tanques em escala piloto (caixas d água de 1000 L em fibra de vidro), distribuídos entre sistemas de renovação contínua (10%/dia do volume total dos tanques) de água de poço e efluente final do sistema de lagoas. O tratamento 1 (controle) recebeu ração comercial contendo 28% de proteína bruta em duas doses diárias (8:00 e 14:00 h); o tratamento 2 recebeu apenas o efluente final do sistema de lagoas, sendo a única fonte de alimento disponível o fitoplâncton produzido nas lagoas. Em cada tanque foram distribuídos jovens de tilápia do Nilo (12 g). O experimento foi realizado no período de dezembro/2001 a julho/2002, sendo divido em três etapas: Etapa 1: dois tratamentos (água tratada controle e água residuária), com quatro repetições e três densidades (102030 peixes/caixa); de dezembro/2001 a fevereiro/2002; Etapa 2: Idem, e densidades de 61218 peixes/caixa, de março a abril/2002; Etapa 3: Idem, e densidades de 369 peixes/caixa, de maio a julho/2002 Avaliação do sistema de tratamento de esgotos e da qualidade da água na unidade de piscicultura O sistema de tratamento foi monitorado semanalmente, com amostragem composta (8:00 às 18:00), para a determinação de parâmetros físicoquímicos e microbiológicos. Nas caixas de peixes, em freqüência quinzenal e mensal eram realizadas coletas individuais para a determinação, em laboratório, de parâmetros físicoquímicos e microbiológicos; semanalmente eram determinados em campo: ph, OD. condutividade elétrica e transparência; a temperatura era medida diariamente. Essencialmente, as análises seguiram as prescrições do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998). A colimetria das amostras dos tanques de cultivo com água foi determinada com testes qualitativos (presença/ausência) em caldo lauril triptose, confirmação em caldo verde brilhante (coliformes totais), caldo EC (coliformes termotolerantes) e água triptonada (E.coli). Para as amostras de águas residuárias, a pesquisa de coliformes foi realizada utilizando o método cromogênico (Fluorocultâ ). Avaliação da produtividade e da qualidade sanitária dos peixes Na primeira etapa a biometria foi realizada mensalmente; nas demais, no início e ao final do respectivo período. Os resultados de ganho de peso foram utilizados como parâmetro zootécnico para discussão dos resultados.
A fim de certificar a qualidade dos peixes estudados, uma amostra com posta de peixes (10%) da população de cada tratamento (água e água residuária) foram analisadas no início e ao final do experimento. No preparo das amostras de peixes, as parte analisadas músculo e trato intestinal, eram asceticamente separadas e homogeneizadas. Subamostras de 25 g eram diluídas em 225 ml de água destilada esterilizada, a partir do que eram preparadas séries de diluição para a análise de coliformes, utilizando o método cromogênico (Fluorocultâ ), e contagem de bactérias heterotróficas. resultados e discussão Qualidade da água Na Tabela 1 encontramse os resultados médios do monitoramento físicoquímico do efluente da terceira lagoa e dos tanques de piscicultura. Na Tabela 2, os resultados da qualidade bacteriológica das águas de cultivo. Tabela 1 Caracterização físicoquímica das águas nos tanques de piscicultura Parâmetro L3 TAR1 TA1 TAR2 TA2 TAR3 TA3 DQO 115,40 84,25 32,48
82,23 36,75 74,90 41,39 Ptotal 3,40 2,60 0,61 3,32 0,97 4,25 0,90 N0rg. 1,95 0,96 0,60 1,03 0,48 1,05 1,10 NNH3 2,95 0,38 0,34
0,48 0,32 0,60 0,38 Ca 8,64 10,59 9,14 11,51 9,59 11,33 9,48 Mg 4,63 3,55 2,95 4,08 2,98 3,44 3,07 Alc. 65,59
29,45 65,02 26,90 65,01 27,30 Clorofila 1420,9 533,62 579,75 409,25 SS 82,7 38,75 37,25 32,00 ph 9,80 8,70
8,00 8,65 7,90 8,40 7,85 resultados em mg/l, exceto clorofila (m g/l) e ph;l3: efluente da terceira lagoa; TARi:: tanques de piscicultura, água residuária, densidade de peixes (i); TAi: tanques de piscicultura, água, densidade de peixes (i) Tabela 2 Qualidade bacteriológica da água nos tanques de piscicultura TA* CT (% +) CF(% +) E. Coli (% +) CBH*** Fev 02 9 6 2,7x102 Mar 02 6 3 2
1,4x101 Abr 02 7 2,2x101 Mai 02 12 2,5x101 Jul 02 1 1,5x101 Média 3,2x101 TAR* CT
E. Coli ** Con. Total*** Fev 02 6,0x102 1,0 7,8x101 Mar 02 1,7x101 5,7 6,9x101 Abr 02 1,2x102 1,0 7,7x101 Mai 02 1,9x103 5,8 2,6x101 Jul 02 3,9x103 1,0x101 1,5x101 Média 3,9x102
4,3 4,4x101 TA: tanques de cultivo com água; TAR: tanques de cultivo com água residuária; CT: coliformes totais; CF: coliformes fecais (termotolerantes); CBH: Contagem de bactérias heterotróficas; : nãodetectado; (%+) porcentagem de resultados positivos do total de 12 amostras (tanques) (*) média geométrica de 12 amostras (**) NMP/100 ml; (***) UFC/mL. O sistema de tratamento apresentou excelente desempenho, sendo que a remoção total dos diversos parâmetros alcançou os seguintes valores: 95% DBO, 89,6% DQO filtr, 87,3% N NTK, 91,9 % NNH3, 56% Ptotal. As próprias características do sistema de lagoas escala piloto, baixa profundidade (0,90 m) propiciando uma intensa produção de algas e elevação significativa do ph e OD, ajudam a explicar a elevada remoção de nitrogênio, preponderantemente por volatilização da amônia. Em linhas gerais, percebese que do efluente da lagoa para os tanques, ocorre uma redução adicional de DQO total de cerca de 2735%, de Norg. de aproximadamente 4050% e de NNH3 de mais de 79%; em relação à clorofila, uma redução da ordem de 6080%; para sólidos suspensos, de aproximadamente 50% (BASTOS et al, 2002). Durante todo o experimento, os valores médios mantiveramse dentro das faixas recomendadas para a piscicultura. Os teores de nitrogênio reconhecidamente tóxicos para peixes situamse em torno de 0,5 mg/l de nitratos e 0,62,0 mg/l de amônia (TAVARES,1995). O sistema de tratamento demonstrou também um excelente desempenho de remoção bacteriana, alcançando uma eficiência global de remoção de coliformes superior à 99,999%, o que também pode ser creditado às suas próprias características profundidade reduzida, intensa produção de algas e elevação significativa do ph e OD (BASTOS et al, 2002). Considerando as densidades médias de coliformes no efluente da lagoa 3 (8,7x102 CT/100 ml e 5,2x101 E.coli/100 ml), registramse nos tanques de cultivo com água residuária, sensivelmente, as mesmas densidades de CT, porém, uma redução adicional de cerca de 90% (1 unidade logarítmica) de E. coli. Como esperado, nos tanques de água, coliformes termotolerantes e E.coli revelaramse virtualmente ausentes; a presença esporádica destes organismos poderia ser creditada à fontes externas, por exemplo, pássaros, já que os coliformes não fazem parte da flora intestinal de peixes Notável é a equivalência (estatisticamente significativa) da qualidade da água e do efluente nas caixas, medida em termos de contagem de bactérias heterotróficas. Em resumo, a excelente qualidade do efluente como água de cultivo permite predizer a segurança sanitária da prática da piscicultura Desempenho produtivo
Os resultados de peso médio inicial e final para as diferentes densidades e tipos de água e os respectivos ganhos de peso encontramse nas Tabela 3 a 6. Como os resultados da Etapas 2 e 3 foram bastante semelhantes, para efeito de síntese apresentamse apenas as informações referentes ao início e final do experimento (Etapas 1 e 3) Tabela 3. Peso médio inicial e final em função da densidade e tipo de água, etapa 1 Trat. Densidade de peixes/caixa 10 20 30 PMI PMF PMI PMF PMI PMF Efluente 1,58 9,78 1,5 6,53 1,45 4,98 Controle
1,68 6,88 1,5 6,63 1,65 7,02 PMI: peso médio inicial, PMF: peso médio final Tabela 4.Ganho de peso em função da densidade e tipo de água, etapa 1 Trat. Densidade 10 20 30 CV(%) Efluente 8,018 Aa 5,0275 Ba 3,5125 Cb Controle 6,03 Ab 5,1625Aa 5,0875 Aa
Médias nas colunas e linhas, seguidas de letras diferentes, diferem (p<0,05) pelo teste de Newman Keuls Tabela 5. Peso médio inicial final em função da densidade e tipo de água, etapa 3 Trat. Densidade de peixes/caixa 3 6 9 PMI PMF PMI PMF PMI PMF Efluente 19,6 42 14,6 28,3 11,8 25,6 Controle
46 121 34,8 83,9 31,6 73,5 Tabela 6. Ganho de peso em função da densidade e tipo de água, etapa 3 Trat. Densidade 3 6 9 Médias CV(%) Efluente 20,2708B Controle
55,917A Médias 54,500A 30,7687B 27,7750B 15,92 Em relação ao ganho de peso, apenas na Etapa 1 foi verificada interação entre as densidades e o tipo de água (efluente da terceira lagoa e controle). Em linhas gerais e ao longo do experimento, registrouse diferença significativa de ganho de peso em função da densidade de peixes: para maiores densidades e mesma quantidade de alimento, observouse um ganho de peso inferior. Na Etapa 1, na densidade 10 peixes por caixa, o tratamento que recebeu efluente apresentou um ganho de peso superior ao controle. Porém, nas demais densidades e nas etapas subsequentes, o ganho de peso dos peixes cultivados em água residuária foi inferior. Na fase inicial de crescimento, os alevinos de tilápia encontramse fisiologicamente mais adaptados para metabolizar alimentos naturais, principalmente devido ao fato da grande capacidade filtradora que esta espécie apresenta; entretanto, nas fases mais avançadas de crescimento, os peixes já apresentam características morfológicas e fisiológicas que possibilitam o aproveitamento mais eficiente do alimento artificial. Em resumo o fitoplâncton produzido nas lagoas mostrouse de excelente qualidade (valor nutritivo), porém insuficiente em termos quantitativos, principalmente nas fases de crescimento mais avançadas e para as densidades mais elevadas de peixes. Qualidade sanitária dos peixes Tabela 10. Qualidade sanitária dos peixes da unidade experimental (médias) Amostra CBH (*) CT (**) E.coli (**)
TAR Filé 0,8 6,5 Trato intestinal 2,6 x 10 1 TA Filé 9,6 x 10 2 1,6 x 10 2 Trato intestinal 2,4 x 10 2 (*)CBH: contagem de bactérias heterotróficas UFC /g; (**) CT: coliformes totais NMP/g Conforme esperado, haja vista a excelente qualidade do efluente como água de cultivo, a qualidade sanitária dos peixes revelouse também excelente. Sob todos os aspectos, as tilápias cultivadas com o efluente da terceira lagoa atenderiam aos critérios de qualidade sanitária. (BLUMENTHAL et al, 2000). BURAS et al (1987), sugerem um padrão de qualidade bastante restrito para peixes cultivados em águas residuárias 50 UFC/g (contagem de bactérias heterotróficas), bem mais restrito que a maioria da legislação de
qualidade microbiológica para peixes em geral; 105 107 UFC/g e 101 102 E. coli/g ( BLUMENTHAL et al, 2000). CONCLUSÕES Em resumo, os resultados indicam a viabilidade técnicoeconômica do cultivo de tilápias com águas residuárias e, ao mesmo tempo, sugerem a necessidade de otimização do manejo com vista à obtenção de maior produtividade. A qualidade físicoquímica e microbiológica do efluente mostrouse inteiramente propícia à piscicultura. Entretanto, a disponibilidade de alimento, na forma de fitoplâncton, revelouse, de um lado, de excelente valor nutritivo no estágio inicial de crescimento dos peixes, mas insuficiente para as densidades mais elevadas e nas fases mais avançadas de crescimento. De forma consistente, as densidades mais elevadas apresentaramse como fator limitante. Agradecimentos Este trabalho é parte dos resultados de um projeto de pesquisa financiado pela FINEP/CNPq no âmbito do PROSAB (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico), Edital 3, Tema 2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BASTOS, R.K.X; Bevilacqua, P. D.; Nunes, F.D.; Soeiro, G P. S.; Silva, C. V. Avaliação do tratamento de esgotos sanitários em lagoas de estabilização tendo em vista a utilização do efluente na agricultura e piscicultura. In: CONGRESO INTERAMERICANO DE INGIENERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, XXVIII, Cancún, Mexico. Trabajos Técnicos... AIDIS, 2002, Mexico (Anais eletrônicos). APHA, AWWA, WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 20.ed. Washington, DC: APHA, 1998 Blumenthal,U.J.; ABISUDJAK, B.; CIFUENTES, E.; BENNET, S.; RUIZPALCIOS, G. Recent epidemiological studies to test microbiological quality guidelines for wastewater use in agriculture and aquaculture. Public Health Reviews, 19, 237 250, 1992. Blumenthal,U.J.; PEASEY, A.; RUIZPALACIOS, G.; MARA, D.D. Guidelines for wastewater reuse in agriculture and aquaculture: recommended revisions based on new research evidence WELL Study, Task No 68, Part I. WELL, 2000, London.
BURAS, N.; DUEK, L.; NIV, B.H.; SABANK, L.. microbiology aspects of fish grown in treated wastewater. Water Research, 21 (1), 1 10, 1987 EDWARDS, P..Reuse of human wastes in aquaculture A technical review. UP World Bank Water Research Program.. THE WORLD BANK, 1992, WASHINGTON D.C, 350 p. MOSCOSO, J.C. et al. Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan. Sección II.. Tratamiento de aguas residuales y aspectos sanitarios. CEPIS, 1990, Lima, Peru. STRAUSS, M.. Health (pathogen) consideration regarding the use of human wastes in aquaculture. Environmental Research Forum. 5/6. 8398, 1995. TAVARES, L. H. S. Limnologia aplicada à aqüicultura.: FUNEP, JABOTICABAL, 1995, 70 p. TEIXEIRA FILHO, A. R. Piscicultura ao alcance de todos. Nobel, São Paulo, 1991, 212 p. TIAGO, G.G. Aq6uicultura, meio ambiente e legislação. São Paulo: Annablume, 2002. 162 p. WORLD HEALTH ORGANIZATION. Health guidelines for use of wastewater in agriculture and acquaculture. Technical Report Series. 778. WHO, 1989, Geneva.