ISSN: 2358-0259 PÓS TRATAMENTO EM LEITOS CULTIVADOS COM TYPHA SP. DE SOBRENADANTE PROVENIENTE DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS DE SUÍNOS EM REATOR ANERÓBIO DE BAIXA CARGA Rafael Montanhini Soares de Oliveira* UTFPR, Campo Mourão PR, Brasil Departamento de Ambiental rafaeloliveira@utfpr.edu.br Natália Martelozo Santos, Letícia Rezende de Souza ** UTFPR, Campo Mourão PR, Brasil Departamento de Ambiental naath.ms@gmail.com letícia-rezende@hotmail.com RESUMO Durante o estudo foi avaliado o desempenho de um Sistema Integrado, para tratamento de dejetos provenientes da suinocultura, objetivando o aproveitamento dos subprodutos gerados. O sistema operou por batelada durante 18 meses e é composto por um Reator Anaeróbio de baixa carga construído em concreto, em formato cilíndrico, e seis leitos cultivados com Typha-sp de fluxo vertical sub-superficial montados em tambores de 100 L, de polipropileno com camadas sobrepostas de areia e pedra para a fixação das macrófitas. Durante a digestão foram observados principalmente os parâmetros ph, alcalinidade, ácidos voláteis, sólidos sedimentáveis e suspensos totais para o controle do processo. Após o processo de digestão, o sobrenadante ficou retido nos leitos por 21 dias, apresentando redução da DQO, SST, turbidez, fósforo e nitrogênio. O sistema pode representar uma alternativa eficaz de tratamento gerando produtos que podem ser aproveitados na propriedade, além do baixo custo de implantação para o pequeno produtor. Palavras-chave: reator, leito cultivado, sistema integrado, suinocultura. 1 INTRODUÇÃO A suinocultura é um dos grandes responsáveis pelo desenvolvimento econômico do Brasil, no entanto, o aumento de sua produção vem causando problemas ambientais graves, por conta do grande volume de resíduos sólidos gerados, que via de regra não são tratados adequadamente (Dalla Costa, 2004). Desta forma há a necessidade de se dispor ou desenvolver recursos que venham a
diminuir o volume de material sólido, minimizar o odor e demais efeitos indesejáveis resultados desta atividade. Há a necessidade de uma melhor definição de um sistema capaz de harmonizar a redução do potencial poluidor ambiental com as propriedades fertilizantes que apresentam os dejetos, e que seja compatível com a realidade econômica da atividade e dos criadores (Perdomo et al, 2001). A digestão anaeróbia é um processo biológico no qual uma grande variedade de organismos, na ausência de oxigênio molecular, promove a transformação de compostos orgânicos complexos em produtos mais simples como metano e dióxido de carbono. A conversão dos compostos orgânicos em metano é eficaz na remoção de matéria orgânica, apesar de não promover a sua oxidação completa (Campos, 1999). O lodo estabilizado é rico em nutrientes e tem os seguintes teores: nitrogênio (1,8 a 4,5%), fosfato (1,1 a 2,5%) e potássio (0,8 a 1,2%). Os nutrientes no lodo estabilizado são essenciais para as plantas, devido aos conteúdos de bases trocáveis e da capacidade de troca catiônica desses nutrientes. O trabalho de Sawyer (1985) mostrou que o biogás produzido na digestão anaeróbia usualmente continha de 33 a 38% de dióxido de carbono, 55 a 65% de metano, pequenas quantidades de H, N e H 2 S. Este biogás pode ser utilizado no próprio sistema de criação, como por exemplo para o aquecimento ou iluminação da granja. O sobrenadante gerado, pode passar por um processo adicional de tratamento feito por leitos cultivados, sendo posteriormente utilizado na lavagem das pocilgas, levando assim a uma significativa diminuição de consumo de água e consequentemente diminuição na geração de resíduos. Os leitos cultivados são leitos recheados com meio filtrante que reproduzem áreas como alagados naturais ou várzeas, referindo-se a áreas inundadas ou saturadas por águas superficiais ou subterrâneas, de forma a manter condições para essas referidas saturações (USEPA, 1988). Esses leitos devem possuir suas laterais e fundo impermeabilizados, pois os efluentes contaminados não devem ter contato com o solo natural. Uma grande diversidade de plantas pode ser utilizada nos leitos cultivados, no entanto, alguns autores citam a taboa (typha sp.), como um excelente filtro biológico. Sabendo da necessidade o departamento de engenharia Ambiental da Universidade Tecnológica Federal do Paraná vem realizando um projeto, cujo objetivo geral é a proposição de um sistema integrado de tratamento de resíduos gerados nas operações de pequeno e médio porte da suinocultura, com vistas à estabilização do resíduo sólido, para utilização como condicionador de solo na agricultura e de re-uso da água para lavagem das pocilgas.
2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Reator O volume total do reator é de 2,2 m 3, O afluente vindo da pocilga é introduzido por uma tubulação de 75 mm na lateral superior do reator. Adotou-se para construção, a técnica de concreto armado pré-moldado, com diâmetro 1,70 m e profundidade 1.00 m. A forma circular foi utilizada pelas facilidades que oferece nas construções das armaduras, pela melhor distribuição das tensões externas que se concentram nos cantos retos e pela menor retenção de biomassa nas laterais do tanque. O fundo, para saída de lodo, foi construído em declive em forma de cone ligada a um tubo de 75 mm no centro da parte inferior do tanque. Foram colocadas três saídas tubulares de PVC com 75mm para a retirada de sobrenadante e lodo estabilizado. Duas localizadas a 60 cm e a 75 cm do solo, na lateral oposta à entrada do afluente, para a saída do sobrenadante, e uma saída para o lodo no centro do fundo do tanque. A figura 1 mostra um desenho esquemático do reator. Geomembrana Entrada do Afluente Figura 1. Ilustração do reator de baixa carga Saída do Sobrenadante Saída do lodo 2.2 Leitos Cultivados Os leitos cultivados de fluxo sub-superficial foram construídos utilizando-se tambores de 200 litros de polipropileno de alta resistência cortados ao meio. Para fixação das macrófitas foram utilizadas camadas sobrepostas de pedra britada e areia no interior dos tambores. Tubulações de ¾ com furos nas laterais na parte superior dos leitos foram instaladas para distribuição do afluente proveniente do reator de forma uniformizada. Esses leitos foram ligados as saídas de sobrenadante do reator para posterior tratamento da parte líquida.após a construção dos leitos foram plantadas mudas de Typha sp (taboa) e cultivadas durante três meses com água limpa para boa adaptação ao meio. Os leitos têm a capacidade de armazenamento de 35 litros de sobrenadante cada um.
0,83m 0,57m 0,27m Figura 2. Leitos cultivados 2.3 Parâmetros avaliados Para alcançar os objetivos propostos nesse estudo foram analisados segundo o Standard Methods 20th Edition os seguintes parâmetros: Sobrenadante ph, DQO, sólidos totais fixos e voláteis, alcalinidade, acidez volátil, proteína, nitrito, nitrato, contagem de coliformes totais e fecais, metais pesados, micronutrientes e amônia. Lodo Estabilizado ph, DQO, densidade real, sólidos totais fixos e voláteis, alcalinidade, acidez volátil, proteína, umidade, matéria orgânica total, resíduo mineral, carbono orgânico, matéria orgânica total, contagem de coliformes totais e fecais, manganês, cobre, ferro, zinco, cromo, magnésio, potássio, cálcio, nitrogênio (Kjedahl), fósforo e amônia. Biogás Volume total de teores de metano, dióxido de carbono, gás sulfídrico e nitrogênio. 3 RESULTADOS OBTIDOS Os resultados apresentados foram obtidos após a passagem do efluente gerado da atividade suinicola em um reator a batelada de baixa carga, onde são separadas as fases do lodo (sólido) e do sobrenadante (líquida). O sobrenadante gerado foi posteriormente tratado nos leitos cultivados com taboas. Os resultados demonstram a eficiência do sistema após a passagem pelos leitos. A tabela 1 mostra a duração das fases de operação do sistema integrado com a variação dos tempos de retenção. Tabela 1: fases operacionais do sistema TDH (dias) TDH (dias) Fase Reator Leitos I 28 21 II 28 21 III 63 21 IV 28 21 V 63 21
ph VI 28 21 VII 63 21 Os tempos de retenção do reator foram variados para mapear a evolução do processo de digestão em tempos diferentes. Em estações mais frias os tempos foram prolongados para uma melhor estabilização do efluente. ph Durante toda fase experimental, os valores de ph no sistema integrado (Reator de baixa carga, seguido de Leitos Cultivados com Macrófitas), mantiveram-se dentro da faixa de 6,9 a 8,2. Estes valores estiveram próximos aos monitorados por (NOUR, 1996) tratando esgoto doméstico, os valores oscilaram entre 6,8 a 7,2. MANSOR (1998) encontrou valores entre 7,04 7,40 e VAN HANNDEEL (1993) citou valores na faixa de 6,3 a 7,8 tornaram possível a atividade bacteriana. A Figura 1 apresenta os valores de ph das amostras coletadas nos leitos cultivados com taboas. 8,1 7,9 7,7 7,5 7,3 7,1 6,9 experimento 1 experimento 2 experimento 3 experimento 4 experimento 5 experimento 6 experimento 7 6,7 0 7 14 21 Tempo (dias) Figura 1 Resultado do ph dos leitos cultivados com Taboas nos experimentos Concentração de Sólidos Sedimentáveis (ml/l) do efluente dos leitos cultivados A Tabela 2 indica que em alguns testes os leitos cultivados apresentaram remoção de 100% dos Sólidos Sedimentáveis (ml/l) com TDH de 21 dias. As pedras de brita e as raízes das macrófitas desempenham papel importante para conter sólidos, que possivelmente foram arrastados do reator. Tabela 2 Concentração de sólidos sedimentáveis pós leitos cultivados Experimento 1 Saída dos leitos 0,05 0,02 0 Experimento 2
DQO (mg O2/L) Saída do leito 0,1 0,1 0,1 Experimento 3 Saída do leito 0,05 0,02 0 Experimento 4 Saída do leito 0,1 0,1 0,2 Experimento 5 Saída do leito 0,2 0,5 0,1 Experimento 6 Saída do leito 0,7 0,6 0,4 Experimento 7 Saída do leito 1,2 1,0 0,7 Testemunha (sem planta) 1,8 1,25 0,92 Demanda Química de Oxigênio (DQO) Analisando a figura 2, observamos que após os primeiros 7 dias o TDH interferiu pouco na redução da DQO nos leitos cultivados com macrófitas. A redução da DQO obtida nos leitos cultivados superou valores encontrados por outros autores. POVINELLI (1994) realizou ensaios preliminares em ABR, tratando esgoto sanitário com TDH de 12 horas durante um período de 6 meses, obtendo redução de 70% da taxa de DBO. Já VALENTIM (1999) conseguiu redução de DQO de 61% e LETTINGA et al.(1980), conseguiram obter redução que variou de 30 a 80%, resultados estes obtidos com Reator UASB, no tratamento de esgoto doméstico. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 experimento 1 experimento 2 experimento 3 experimento 4 experimento 5 experimento 6 experimento 7 testemunha 0 0 5 10 15 20 25 Tempo (dias) Figura 4.25 Redução da concentração de DQO após passagem pelos leitos
Fósforo Analisando a tabela abaixo, verificou-se que a redução de Fósforo no sistema foi pequena. As médias da eficiência de remoção encontradas se aproximam às encontradas por VALENTIM (1999) as quais estiveram na faixa de 13 a 29%. Este autor comenta que a remoção de Fósforo é feita por processo de adsorção promovido pela matéria orgânica em decomposição, pela formação de compostos insolúveis com o ferro e manganês e pela retirada das plantas. Tabela 3 Resultado da eliminação de fósforo nos leitos Experimento 1 Saída dos leitos 2,25 2,62 2,43 Experimento 3 Saída dos leitos 2,34 2,28 2,25 Experimento 5 Saída dos leitos 2,05 2,12 2,14 Experimento 7 Saída dos leitos 1,84 1,42 1,50 Esta baixa eficiência na remoção das já mencionadas formas de Fósforo, provavelmente, foram decorrentes da fitotoxidez das macrófitas, bem como resultou dos processos de decomposição (KADLEC & KNIGHT, 1996), processo este decorrente da morte das folhas e das raízes das plantas, que incorporam fósforo ao meio. Constatou-se inclusive a elevação dos teores de fósforo em alguns testes, uma vez que alguns leitos apresentavam maior número de plantas, a quais se apresentavam com sua arquitetura foliar mais desenvolvida. Nitrogênio A redução deste elemento no sistema não apresentou boa eficiência, chegando a um aumento de porcentagem nas avaliações feitas, fato este mencionado por (NOUR, 1996) que, ao analisar a pequena remoção obtida operando o RAC, atribuiu este baixo rendimento ao processo de digestão anaeróbia. O aumento das concentrações foram verificados por VALENTIM (1999). Tabela 4 - Resultado da eliminação de nitrogênio nos leitos Experimento 1 Saída dos leitos 1,76 1,60 1,52
Experimento 3 Saída dos leitos 1,95 2,05 1,98 Experimento 5 Saída dos leitos 2,10 2,05 2,17 Experimento 7 Saída dos leitos 1,86 1,78 1,70 Testemunha Saída dos leitos 2,01 1,95 1,82 Coliformes Leitos As analises das amostras de efluentes foram realizadas pelo método do Número Mais Provável (NMP), pela técnica dos tubos múltiplos, de acordo com a metodologia da AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (1985). Tabela 5. Resultados das amostras de efluentes de suíno provenientes das unidades do sistema, na eliminação de microrganismos patogênicos. Patogênicos Escherichia coli Coliformes Fecais Coliformes Totais (UFC/mL) (UFC/mL) (UFC/mL) Saída dos leitos <300 <300 <300 O sistema mostrou-se eficiente na eliminação dos microrganismos patogênicos pesquisados, uma vez que os resultados encontrados constataram a presença desses microrganismos e a sua redução. Verificou-se que o meio anaeróbio é uma importante forma de saneamento, como citado por CRAVEIRO (1982). Biogás A Tabela 6 apresenta a composição do biogás na 2ª e 3ª batelada ao longo da operação do biodigestor. Tabela 6. Composição do Biogás ao longo do tempo 1ª Batelada TO (dia) CH 4 CO 2 H 2 S 0 0% 0% 0% 15 58% 30% 1% 30 65% 25% 1% 2ª Batelada TO (dia) CH 4 CO 2 H 2 S
0 0% 0% 0% 15 25% 48% 1% 30 48% 40% 1% Segundo Magalhães (1986), no processo de biodigestão anaeróbia de resíduos de suínos o biogás gerado apresenta de 55 a 65% de metano, 35 a 45% de dióxido de carbono, 0 a 3% de nitrogênio e 0 a 1% de gás sulfídrico. O biogás produzido na segunda batelada apresentou um percentual final de 65% de metano (CH 4 ), 25% de dióxido de carbono (CO 2 ), 9% de nitrogênio e 1% de gás sulfídrico (H 2 S). Na segunda batelada o biogás produzido apresentou um percentual final de 55% de CH 4, 22% de CO 2, 22% de N 2 e 1% de H 2 S. A composição do biogás está diretamente relacionada com a caracterização do resíduo, desta forma, pode-se justificar esta aparente alta concentração de N 2, provavelmente devido à alta concentração de NO - 3. CONCLUSÕES O reator anaeróbio de baixa carga seguido de leitos cultivados com macrófitas no tratamento do efluente da granja de suínos mostrou-se eficaz na remoção da DQO, com valores que variaram de 78,33% a 97,60%, numa média de 87,9%. Apesar dos níveis de fósforo e nitrogênio ainda estarem acima dos padrões legais de lançamento o sobrenadante após o tratamento feito com os leitos cultivados pode perfeitamente ser utilizado na lavagem das pocilgas. Comparado esses dados com os obtidos em outros sistemas utilizados no tratamento deste mesmo tipo de resíduo, verificou-se que o sistema é viável. 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMARAL, L. A; SCHOCKEN, D. B. L. (2000) Redução de bactérias indicadoras de poluição fecal em estrume de aves de postura tratados por digestão anaeróbia. Revista Brasileira de Ciência Avícola.. 1(1) 27-30. BARRERA, P. (1993) Biodigestores Energia, Fertilidade e Saneamento para a Zona Rural. São Paulo, Ícone. CAMPOS, J.R. (1999) Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. Rio de Janeiro, 1o edição, PROSAB ABES. DALLA COSTA, R. (2004) Biodigestão de Resíduos da Suinocultura. Tese de M.Sc., Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia Química, Maringá, Pr, Brasil. FERREIRA, A. C.; ANDREOLI, C. V.; JÜRGENSEN, D. Uso e manejo do lodo de esgoto na agricultura. Rio de Janeiro: PROSAB ABE, 1999. p. 587. HESS, A. A. (1980) Ecologia e Produção Agrícola. Concórdia, Nobel S.A.
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