Câmpus de Rio Claro
ANA PAULA FERREIRA DE BRITO
AVALIAÇÃO DA DISPOSIÇÃO DE BIOSSÓLIDO ORIUNDO DA ETE
ARARAQUARA (SP) EM ARGISSOLO VERMELHO
Orientador: Marcelo Loureiro Garcia
Co-Orientador: Jairo Roberto Jimenéz-Rueda
Rio Claro - SP 2013
AVALIAÇÃO DA DISPOSIÇÃO DE BIOSSÓLIDO ORIUNDO DA ETE ARARAQUARA (SP) EM ARGISSOLO VERMELHO
Comissão Examinadora
______________________________________ Prof. Dr. Marcelo Loureiro Garcia (IGCE/UNESP)
______________________________________ Prof. Dr. Roberto Naves Domingos (IGCE/UNESP)
______________________________________ Prof. Dr. Ariovaldo José da Silva (FEAGRI/UNICAMP)
Conceito: Aprovada com louvor
Rio Claro, SP 26 de abril de 2013.
A energia superior que nos rege. A minha avô querida Maria José de Brito. Aos meus pais Odair e Ireny de Brito. Ao meu amado irmão João Paulo de Brito.
A Universidade Estadual Paulista e ao Instituto de Geociências e Ciências Exatas,
Câmpus de Rio, pelo incentivo a pesquisa.
Aos Professores Dr. Marcelo Loureiro Garcia e Dr. Jairo Roberto Jimenéz-Rueda, pelo apoio, por seu tempo e pela estima e consideração. Muito Obrigada!
Ao CEA, Centro de Estudos Ambientais, e toda equipe (Francisca, Eleny, Amandinha, Suely e Marcos), pelo tempo disponibilizado e pelo conhecimento construído.
Ao Prof. Dr. Roberto Naves Domingos pelo apoio logístico.
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CAPES pela concessão de bolsa de estudos.
A Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo (Processo FAPESP nº 2009/15984-0), pela concessão de auxílio financeiro para o desenvolvimento do projeto de pesquisa.
A Fundação para o desenvolvimento da UNESP (Fundunesp) pela colaboração para o desenvolvimento das análises do projeto de pesquisa.
Aos colegas de pós-graduação pelo apoio e carinho oferecido durante a execução deste trabalho, em especial a Rosângela pela atenção.
As demais pessoas e instituições que, apesar de não citadas, ofereceram sua preciosa colaboração.
A grande demanda e o crescente desenvolvimento urbano tem intensificado o esgotamento dos recursos naturais no mundo. Surge com a premissa de criar
ambientes permanentes, “a permacultura”, uma ferramenta da agricultura a qual se
criam zonas de ambientes equilibradamente produtivos com caráter sustentável. De acordo com técnicas de aproveitamento de resíduos para a agricultura, ao se pensar na questão urbana, as ETE (Estações de Tratamento de Esgoto), tratam as águas residuais e neste processo acumula nas unidades de tratamento, um lodo, cuja disposição final geralmente é problemática. Assim, são necessários estudos sobre a utilização do lodo em sistemas recicláveis, e como alternativa viável seu uso na agricultura. Dentro dos estudos realizados acerca dos impactos físicos, químicos e biológicos que este lodo pode causar ao ambiente, este trabalho teve por objetivo avaliar a aplicação do lodo da ETE de Araraquara, em Argissolo Vermelho (PV). Para isso foram construídos lisímetros com o solo e aplicadas 2 doses de lodo denominados L5 com 500 g de sólidos totais/m2 e L15 com 1500 g de sólidos totais/m2. Ao longo de 89 dias foram realizados 4 aplicações acumulativas de lodo.
Os lisímetros ficaram expostos à temperatura e a chuva ambiente. Durante os dias de chuva, foram coletadas amostras de água percolada e estas foram submetidas a análises em ICP-OES (Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado), para metais. Também foram realizados testes microbiológicos para um indicador biológico nas águas percoladas. Durante o tratamento, sementes remanescentes na camada superficial do solo, germinaram espécie denominada Brachiaria Decumbens, e análises químicas em ICP-OES foram realizadas em suas folhas. Observou-se que ao longo dos 89 dias, houve ausência de E. coli e coliformes totais nas águas percoladas. Para análises de metais em águas, realizadas em ICP-OES, o teste foi confiável, sendo suas concentrações em águas percoladas superiores ao limite de detecção do equipamento utilizado e inferiores aos limites máximos permitidos na resolução 357/05 do CONAMA (alterada pela 410/2009 e 430/2011), para águas doces, classe I. Amostras de solos foram coletadas ao final dos tratamentos e um acréscimo na fertilidade do solo foi observado. O lodo da ETE de Araraquara tem características específicas, e dentro da premissa do projeto, pode ser utilizado na agricultura, respeitando as quantidades recomendadas pela legislação vigente e através de monitoramentos periódicos de impactos.
The high demand and increasing urban development has intensified the depletion of natural resources in the world. Arises from the premise of create permanent environments, "permaculture," an agricultural tool which are created zones balanced productive environments with sustainable character. Accordance with use of residues techniques for agriculture, when thinking about urban issues, the STS (Sewage Treatment Station), treat the wastewater and in the process accumulate in treatment units, one sludge, whose final disposition is generally problematic. Thus, studies are needed on usage of this sludge in recyclable systems, and how alternative viable their use in agriculture. Within these studies are the physical, chemical and biological impacts this sludge may cause to the environment, this study aimed to evaluate application of the sewage sludge of Araraquara, in PV - Paleudalf. For this tanks were constructed (lysimeters) with the soil applied and two doses of sludge called L5 with 500 g of solids total/m2 and L15 with 1500 g of solid total/m2. For 89 days four accumulative applications of sludge were performed. The tanks were exposed to environmental temperature and rainfall. During the rainy days, water samples were collected and percolated and they were subjected to ICP-OES (inductively coupled plasma optical emission spectroscopy) analyzes for metals. Microbiological tests were also performed on the percolated waters for a biological indicator. During treatment, seeds remaining in the surface layer of the soil, germinated species called Brachiaria decumbens, and chemical analyzes in ICP-OES were performed on their leaves. It was observed that over the 89 days, there were no E. coli and total coliforms in percolated water. For analysis of metals in waters held in ICP-OES, the test was reliable, and their concentrations in percolated water was above the detection limit of the equipment used and below the maximum allowable limits in the resolution 357/05 of CONAMA (amended by 410/2009 and 430/2011) for freshwater, class I. Soil samples were collected at the end of treatment and an increase in soil fertility was observed. The Araraquara sewage sludge has specific characteristics, and within the premise of the project, can be used in agriculture, respecting the recommended amounts by legislation and through periodic monitoring of impacts.
Figura 1. Lagoa Aerada da ETE de Araraquara – SP. ... 20
Figura 2. Lagoa de sedimentação da ETE de Araraquara – SP... 21
Figura 3. Coleta do Lodo residuário e armazenamento nos contêineres. ... 21
Figura 4. Esquema Ilustrativo dos Lisímetros. Tratamento L5. ... 23
Figura 5. Fotografia de lisímetros em campo, área experimental CEA. ... 24
Figura 6. Fotografia da primeira aplicação de lodo no tratamento L15. ... 25
Figura 7. Amostras sendo preparadas. ... 27
Figura 8. Amostra identificada e preparada para análise. ... 28
Figuras 9. A (Acima). Amostras sendo lidas em ICP – OES. B (Abaixo). Batelada de amostras a serem lidas em ICP – OES...29
Figura 10. Material da peneira de abertura 1mm. ... 31
Figuras 11. A (Acima). Material da peneira de abertura 0,500mm. B (Abaixo). Material da peneira de abertura 0,250 mm. ... 32
Figuras 12. A (Acima). Material da peneira de abertura 0,125mm. B (Abaixo). Material da peneira de abertura 0,063 mm...33
Figura 13. Material da peneira de abertura 0,053 mm. ... 34
Figura 14. Plântulas emergindo do tanque L0. ... 35
Figuras 15. A (Esquerda). Plântulas emergindo do Lisímetro L5. B (Direita). Plântulas emergindo do lisímetro L15. ... 35
Figura 16. Folha da Carta de Rio Claro. ... 37
Figura 17. Mapa com área do CEA. ... 38
Figura 18. Orientações: Truncado pela N 10 W com mergulho SW de 45º. ... 41
Figura 19. Fraturamentos de 10 em 10 cm evidenciando um (sistema de ... 41
Figura 20. Truncado pela N 10 W com mergulho de 45º SW. ... 42
Figuras 21. Estruturas Romboédricas menores. ... 42
Figura 22. Estruturas Romboédricas menores. ... 43
Figura 23. Estruturas Romboédricas menores retiradas do perfil da área ... 43
Figura 24. Estruturas Romboédricas menores retiradas do perfil com cutans de argila. ... 44
Figura 25. Estruturas Romboédricas menores com cutans de argila. ... 44
Figura 26. Estruturas Romboédricas menores com cutans de argila. ... 45
Figura 48. Terceira camada sendo disposta sobre a manta bidim. ... 83
Figura 49. Terceira camada ou camada intermediária. ... 84
Figura 50. Retirada dos blocos de solo horizonte diagnóstico Bt. ... 84
Figuras 51. A (Esquerda). Montagem dos Lisímetros em campo. B (Direita). Retirada dos blocos de solo horizonte diagnóstico Ap... 85
Figura 52. Lisímetros montados em campo. ... 85
Figura 53. Tratamento L15. ... 86
Figura 54. Tratamento L5. ... 86
Figura 55. Execução metodologia para teste Colilert para Coliformes Totais e E. coli. ... 87
Figuras 56. A (Acima). Seladora visão frontal. B (Abaixo). Seladora visão lateral. ... 88
Figura 57. Ilustração com parte I da tabela para contagem de NMP Coliforme total e E. coli. ... 90
Figura 58. Ilustração com parte II da tabela para contagem de NMP Coliforme total e E. coli. ... 91
Figura 59. Luz fluorescente sob cartela para contagem de E. coli. ... 92
Figura 60. Amostras em leitura no ICP-OES. ... 93
Tabela 1. Distribuição das Classes de solos no Brasil. ... 17
Tabela 2. Módulos de tratamento das Lagoas da ETE de Araraquara (SP). ... 20
Tabela 3. Datas de aplicação de lodo equivalente aos tratamentos L15 e L5. ... 26
Tabela 4. Datas de coleta de água percolada nos lisímetros L15, L5 e L0. ... 26
Tabela 5. Caracterização química e biológica do lodo utilizado nos tratamentos L5 e L15. ... 47
Tabela 6. Caracterização química do lodo utilizado nos tratamentos L5 e L15. ... 48
Tabela 7. Matéria orgânica, carbono orgânico e umidade. Comparação entre tratamentos e solo controle. ... 48
Tabela 8. Padrões para lançamento dos efluentes em corpos receptores segundo CONAMA 357/2005 e Decreto estado de São Paulo 8468/76. ... 49
Tabela 9. Relação DBO/DQO da ETE de Araraquara – SP. ... 50
Tabela 10. Limites máximos permitidos segundo CONAMA 375/2006. ... 51
Tabela 11. Concentrações comparativas entre EPA-3050B e IAC 1986. ... 52
Tabela 12. Concentrações lidas em ICP-OES e Limites máximos de concentrações permitidos em solo e lodo, estabelecidos pelo CONAMA. ... 52
Tabela 13. Limites nacionais e internacionais de metais pesados, para a aplicação do biossólido (base seca) na agricultura. ... 52
Tabela 14. NMP para indicadores biológicos patogênicos. ... 53
Tabela 15. Concentrações (em mg/L) dos elementos encontrados na água percolada nos tratamentos nos dias 19 e 89, limites de detecção do equipamento utilizado (ICP-OES) e limites máximos estabelecidos pelo CONAMA para a classe de água doce I. ... 58
Tabela 16. Concentração dos elementos P (mg/kg), K, Ca, Mg, Al, H+Al, SB (em mmolc/Kg), CTC, grau de saturação por bases V (%) e grau de saturação por alumínio m (%). ... 64
Tabela 17. Granulometria de amostra composta de solo bruto. ... 65
biossólido: Lodo proveniente de ETE, processado de modo a permitir o uso e manuseio agrícola de forma segura.
horst: Unidade crustal positiva, com forma relativamente alongada, estreita e limitada por falhas normais.
Latolização: Processo pedogenético próprio de climas quentes e úmidos, onde a sílica e os cátions básicos são lixiviados, com consequente concentração residual de óxidos de Fe e de Al.
lodo de esgoto: Resíduo gerado nos processos de tratamento de esgoto sanitário.
pedimento: Depósito sedimentar originado por erosão e recuo paralelo das vertentes (escarpas) nos processos de pediplanação.
pediplanação; Desenvolvimento de áreas aplainadas, ou superfícies de aplainamento, em clima árido a semiárido.
permacultura: Termo utilizado na agricultura caracterizando uma cultura permanente. É um método de design que objetiva desenvolver áreas humanas produtivas de forma sustentável, respeitando os ciclos e o equilíbrio natural dos ecossistemas naturais.
transmissividade: Coeficiente que define a facilidade que oferece uma formação rochosa qualquer ao escoamento de água, através de uma seção definida. Este coeficiente é expresso em m3/segundo.
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ... 14
CAPÍTULO 2. ESTUDO ETE ARARAQUARA-SP ... 15
2.1. Objetivo ... 15
2.2. Justificativa ... 15
CAPÍTULO 3 – REVISÃO DE LITERATURA ... 17
CAPÍTULO 4 – MATERIAIS E MÉTODOS ... 20
4.1. Lodo ... 20
4.2. Solo ... 22
4.3. Procedimento Experimental ... 22
4.3.1. Tratamentos ... 24
4.3.2. Análises ... 27
CAPÍTULO 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 37
5.1. Área em estudo ... 37
5.2. Solo experimental ... 38
5.3. Análises em lodo e solo ... 47
5.3.1. Análises microbiológicas ... 53
5.3.2. Análises em plantas ... 55
5.3.3. Análises em águas ... 58
5.3.4. pH como diferenciador ... 63
5.3.5. Caracterização Física ... 65
CONCLUSÕES ... 66
RECOMENDAÇÕES...67
CURIOSIDADES...68
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 69
Ilustração do Protótipo Utilizado em Campo ... 79
APÊNDICE B ... 80
Montagem Dos Lisímetros ... 80
Instalação de Torneiras e Nivelamento: Primeira camada ... 80
Segunda camada ou camada drenante ... 82
Manta Bidim ... 82
Terceira camada ou camada intermediária ... 83
Quarta camada ou horizonte diagnóstico Bt ... 84
Quinta camada ou horizonte diagnóstico Ap ... 85
APÊNDICE C ... 86
Tratamentos ... 86
APÊNDICE D ... 87
Análises microbiológicas ... 87
APÊNDICE E ... 93
Análise de Metais ... 93
APÊNDICE F ... 94
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
Nos dias atuais é intensa a demanda por uma cadeia sustentável em atividades de setores diversos.
Em meados dos anos 70 dois australianos Bill Mollison e David Holmgren, cunharam com a junção das palavras agricultura e permanente o termo
“permacultura”, dando a ideia de uma cultura permanente (BRITO, 2009).
O conceito de permacultura se baseia em princípios éticos e de desenho que estimulam a criação de ambientes produtivos, ricos em alimentos, energia, abrigo, ética e cultura (BRITO, 2009).
O termo “permacultura” enquadra-se nesse contexto no setor agrícola,
surgindo com a premissa de investigar formas de tecnologias voltadas para a criação de ambientes equilibradamente produtivos.
A permacultura pode ser utilizada como uma ferramenta capaz de mitigar impactos ambientais.
Os grandes centros e regiões metropolitanas geram despejos líquidos que são normalmente encaminhados às Estações de Tratamento de Esgotos (ETE), retornando a água aos mananciais das cidades de forma menos impactante.
Neste processo de tratamento, gera-e o resíduo sólido denominado de lodo (e/ou biossólido). Este lodo acumula-se nas ETE e necessita disposição adequada, sendo a disposição em aterro sanitário à alternativa mais comum.
No entanto, o lodo pode ter parte de sua composição orgânica e pode conter nutrientes que, por sua vez, permite retorno para a agricultura, com base nas normativas do CONAMA nº 375 e 380 de 2006.
Práticas como a utilização de resíduos sólidos em solos são utilizadas e podem ser economicamente vantajosas. Tecnologias de compostagem de dejetos humanos podem transformá-lo em adubo de excelente qualidade, dependendo da composição do material e seu manejo (LEGAN, 2008).
CAPÍTULO 2. ESTUDO ETE ARARAQUARA-SP
2.1. Objetivo
O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a disposição de biossólido (lodo de esgoto da lagoa de sedimentação) oriundo da ETE Araraquara (SP) em Argissolo Vermelho, verificando se este tipo de solo oferece condições apropriadas para a prática. Esta verificação será baseada na análise temporal da composição do solo, da caracterização da água percolada e de seu potencial patogênico, e na análise de folhas da cultivar Brachiaria decumbens.
2.2. Justificativa
O estudo de lodos de esgotos em países tropicais, ainda é restrito, portanto se fazem necessários trabalhos sobre sua aplicabilidade.
As classes de solos denominadas Latossolos e Argissolos, ocupam aproximadamente 58% da área do Brasil e são classificados como solos profundos, altamente intemperizados, ácidos e de baixa fertilidade natural, em certos casos saturados por alumínio (EMBRAPA, 2006).
Existe hoje no Brasil uma grande dificuldade em inserir no planejamento das ETE, a incorporação deste insumo para fins agrícolas e ou florestais. Geralmente o lodo vai para lixões e aterros, localizados na periferia das grandes cidades. Estudos demonstram que a disposição adequada do lodo de esgoto, poderá gerar um estímulo a aplicabilidade deste insumo que hoje é tão problemático (LIRA et al 2008).
O aproveitamento do potencial fertilizante e condicionador que o lodo de esgoto acarreta aos solos, e consequentemente sua influencia no crescimento de plantas, podem possibilitar ganhos ao produtor por meio de maior produtividade das culturas e redução no uso de fertilizantes minerais e em contrapartida gerar ganhos aos produtores de lodos efetivando métodos mais econômicos e menos impactantes de disposição deste resíduo, (GUEDES et al., 2006).
CAPÍTULO 3 – REVISÃO DE LITERATURA
A imensa diversidade dos solos classificados na natureza é determinada pelas formas e tipos de relevo, clima, material de origem, vegetação e organismos no solo.
Abaixo, de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 2006), podem ser distinguidas treze grandes classes de solos que representam as paisagens do Brasil. Os Latossolos, Argissolos e Neossolos, são os grandes grupos predominantes e que num conjunto se distribuem em aproximadamente 70% do território nacional (Tabela 1).
Tabela 1. Distribuição das Classes de solos no Brasil.
Fonte: EMBRAPA (2006)
O solo Argissolo Vermelho, caracterizado pelo horizonte B textural, vincula atributos que evidenciam a baixa ou alta atividade da fração argila. Esta característica é conjugada com saturação por bases relativamente baixas, ou caráter alítico, com evolução avançada e atuação incompleta do processo de fertilização (EMBRAPA, 2006).
Distrofia e eutrofia são propriedades do estado do solo quanto à saturação por bases, e referem-se à proporção de cátions básicos trocáveis em relação à capacidade de troca de cátions (CTC) (OLIVEIRA, 1992). São denominados solos eutróficos aqueles cuja saturação por bases é alta e seu valor é superior a 50%
Classes Área Absoluta (km2) Área Relativa (%)
Argissolos 228.589,16 26,84
Cambissolos 448.268,08 5,26
Chermossolos 37.206,29 0,44
Espodossolos 160.892,69 1,89
Gleissolos 397.644,27 4,67
Latossolos 2.681.588,69 31,49
Luvissolos 241.910,74 2,84
Neossolos 1.122.603,82 13,18
Nitossolos 96.533,02 1,13
Organossolos 2.231,33 0,03
Planossolos 226.561,75 2,66
Plintossolos 594.599,98 6,98
Vertissolos 17.630,98 0,21
Afloramento de rocha, dunas, água e outros 201.815,77 2,37
(OLIVEIRA, 1992). Solos com baixa saturação por bases e de CTC relativamente alta apresentam atividade de argila mais elevada e consequentemente alto poder degradante de material poluente. Esses solos tendem a ter menor perda por lixiviação (RESENDE, 1988).
Regiões de clima tropical ou subtropical tem predominância de solos muito intemperizados, com baixos teores de matéria orgânica e nutrientes disponíveis (BRADY, 1989).
A finalidade de se preparar um solo consiste em deixá-lo com condições de receber sementes, além de controlar pragas e doenças e criar-lhe condições físicas adequadas (CENTURION & DEMATTÊ 1985). O estudo dos fatores químicos, físicos e biológicos do solo serve como guia para o manejo racional de sua fertilidade.
Breda (2003) aponta que a aplicação de lodo de esgoto como fertilizante é uma prática muito interessante para solucionar problemas de disposição desse material. Com critérios, uma vez aplicado ao solo, o lodo aumenta os teores de matéria orgânica, fósforo, cálcio e magnésio em sua fertilidade.
O lodo aplicado ao solo contribui em partes com a matéria orgânica que é rapidamente mineralizada nas condições de clima tropical, fornecendo ainda nutrientes para as plantas, especialmente nitrogênio e fósforo (TRABALLI, 2008).
Em vários países, em cultivos agrícolas e florestais, o lodo é utilizado como recondicionador de solos, principalmente em regiões de clima temperado. Pesquisas sobre sua utilização são bastante desenvolvidas na América do Norte e na Europa. A Alemanha, por exemplo, utiliza em escala operacional nas plantações florestais grande parte do lodo gerado nas ETE (TRABALLI, 2008).
Rocha et al., (2004) aponta uma das utilizações potenciais do lodo como recondicionador físico e químico de solos usados em cultivos agrícolas e florestais.
A aplicação de lodo no solo aumenta os teores de cálcio e magnésio, conforme verificado nos trabalhos de Marques (1997), Silva et al. (1998), Simonete
et al. (1999), Galli et al. (1999), Tsutiya et al. (2001), Melfi et al. (2001) e Melo et al.
(2001).
trabalhos de Melo et al. (1993), Bertoncini et al. (1999), Galli et al. (1999), Simonete
et al. (1999), Fiest et al. (1999), Carmo et al. (2000) e Corrêa (2001).
Para os nutrientes zinco, manganês e cobre disponíveis no solo, Marques et al. (1993) e Simonete et al. (1999) observaram que de maneira geral suas disponibilidades foram elevadas conforme o aumento na quantidade de lodo aplicado.
CAPÍTULO 4 – MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Lodo
O lodo foi proveniente da ETE “Manoel Ferreira Leão Neto” de Araraquara
(SP). A ETE recebe esgotos domésticos municipais da cidade de Araraquara (SP). O processo central de tratamento empregado é constituído por lagoas aeradas e de sedimentação, com tempos de detenção hidráulica médios de 3 e 1,7 dias, respectivamente conforme (Tabela 2) abaixo:
Tabela 2. Módulos de tratamento das Lagoas da ETE de Araraquara (SP).
Módulo de Tratamento Dimensões (m) Volume (m3) Tempo de Detenção
Lagoas Aeradas 240x125x4,7 141.000 3 dias
Lagoas de Sedimentação 130x125x2,7 48.875 1,7 dias
Lagoas de Lodo 60x125x2,7 20.250 1 a 4 anos
Fonte: ETE de Araraquara – SP
O lodo foi amostrado da lagoa de sedimentação, na qual se acumulavam os sólidos suspensos presentes no efluente da lagoa aerada. Este lodo estava sedimentado entre 3 a 4 metros da base da lagoa a superfície.
Figura 2. Lagoa de sedimentação da ETE de Araraquara – SP.
O lodo foi coletado com coletor de PVC e madeira, construído para esse fim. O lodo foi armazenado em coletores de polipropileno com tampa e conservados a uma temperatura de 2 a 4º C.
4.2. Solo
A escolha do solo experimental iniciou-se com a realização de um trabalho de campo, aos arredores do CEA na UNESP Campus de Rio Claro.
Levando-se em consideração o material de origem do solo, a orientação das fraturas, análise de perfis, declividade, relevo e análise da paisagem, juntamente com o auxílio de lupa, água, canivete, copo, carta de cor para solos Munsell e literatura para referência (IBGE, 2007), o sólum amostrado foi caracterizado geologicamente como Cobertura de Alteração Intempérica Ribeirão Preto e pedologicamente como Argissolo Vermelho Distrófico (JIMENÉZ-RUEDA, GARCIA E BRITO, 2011).
4.3. Procedimento Experimental
Lisímetros (Figuras 4 e 5) foram construídos após a identificação do solo de interesse.
O solo foi coletado em blocos e alocado na camada superior dos lisímetros, os quais foram compostos por 5 camadas:
x 1ª camada ou camada inferior: constituído de argamassa de cimento
para a nivelação de fundo. Altura: 13 cm;
x 2ª camada ou camada drenante: camada constituída de pedregulhos
de quartzo. Altura: 15 cm;
x 3ª camada ou camada intermediária: camada constituída de areia
média a fina de quartzo. Altura: 10 cm;
x 4ª camada ou horizonte diagnóstico Bt: constituída de sólum coletado
em campo. Altura: 20 cm;
x 5ª camada ou horizonte diagnóstico Ap: constituída de sólum coletado
em campo. Altura: 20 cm.
Figura 4. Esquema Ilustrativo dos Lisímetros. Tratamento L5.
O ensaio foi constituído em 3 tratamentos denominados L15, L5 e L0. Os módulos L15 e L5 receberam taxas de aplicações de 15 toneladas de sólidos totais/ha (1500 g de sólidos totais/m2) e 5 toneladas de sólidos totais/ha (500 g de
sólidos totais/m2), respectivamente, e não houve aplicação de sólidos totais em L0.A duração do experimento foi de aproximadamente 4 meses, cujos intervalos de aplicação de lodo no solo foram de aproximadamente 19 dias, resultando em uma carga acumulada de 2,5 e 7,5 kg/m2 de sólidos totais para os módulos L5 e L15, respectivamente.
Amostras brutas de solo e de lodo foram utilizadas como referência de comparação com as amostras do ensaio. Os lisímetros foram alocados em uma área aberta no CEA (Figura 5), na qual se permitia livremente a incorporação da água de chuva.
Figura 5. Fotografia de lisímetros em campo, área experimental CEA.
4.3.1. Tratamentos
A primeira aplicação de lodo nos lisímetros ocorreu em 21/10/2011, onde o L0 não recebeu carga de lodo, o L5 recebeu (5 toneladas de sólidos totais/ha) correspondente a 500 g de sólidos totais/m2 e o tratamento Ll5 recebeu (15 toneladas de sólidos totais/ha) correspondente a 1500 g de sólidos totais/m2. No dia
Figura 6. Fotografia da primeira aplicação de lodo no tratamento L15.
Tabela 3. Datas de aplicação de lodo equivalente aos tratamentos L15 e L5.
Tanques 21/10/2011 16/11/2011 30/11/2011 19/12/2011 03/01/2012
L0 Sem tratamento Sem tratamento Sem tratamento Sem tratamento Sem tratamento
L5* 5 5 5 5 5
L15** 15 15 15 15 15
Legenda: L5*: 5 toneladas de sólidos totais/ha (500 g de sólidos totais/m2) e L15**: 15 toneladas de sólidos totais/ha (1500 g de sólidos totais/m2). Período: outubro, novembro e dezembro de 2011 e janeiro de 2012.
Tabela 4. Datas de coleta de água percolada nos lisímetros L15, L5 e L0.
L (19 dias) 08/11 16/11 21/11 25/11 30/11 05/12 08/12 14/12 19/12 20/12 21/12 03/01 06/01 09/01 11/01 12/01 (89dias) 17/01
L0 coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta Coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta
L5 coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta Coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta
L15 coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta Coleta coleta coleta coleta coleta coleta coleta Legenda: Período de coletas: outubro, novembro e dezembro de 2011 e janeiro de 2012.
L: Lisímetros
4.3.2. Análises
4.3.2.1. Água
As amostras de água foram armazenadas em frascos de polipropileno e realizaram-se ensaios de caracterização da água (saída dos lisímetros). Após a coleta, as amostras foram separadas para os ensaios de caracterização da água: ensaios microbiológicos e químicos. O teste para a determinação de um indicativo biológico patogênico, denominado E. coli., de acordo com o método comercial colilert®, deve ser realizado logo após a coleta da amostra, para que sua integridade seja mantida e o teste seja confiável. O teste consiste em coletar 10 mL de amostra e diluir em 90 mL de água esterilizada em autoclave.
Figura 8. Amostra identificada e preparada para análise.
Após a diluição, foi acrescentada enzima catalisadora, colocando a solução em cartelas contendo 49 células grandes e 49 células pequenas, e posteriormente as deixando em repouso por um dia em câmara de 38°C. No outro dia ter em mãos a cartela para contagem do número mais provável (NMP) de coliformes totais e E. coli. A cor amarela determina o número de coliformes totais e em presença de luz fluorescente são contadas as cédulas para E. coli. Cruzando-se os valores de cédulas grandes e pequenas obteve-se o NMP para os dois indicadores biológicos patogênicos estudados. A outra fração da amostra coletada foi filtrada em filtro de 45 µm. Para fins de conservação do material amostrado, corrigiu-se o volume para 49 mL, acidificou-se a 1%, e refrigerou-se a temperatura de 2 a 4°C. Essa metodologia foi realizada para todas as amostras coletadas a fim de se manter a integridade dos resultados.
A leitura em ICP-OES1 foi realizada no Laboratório de Espectrometria Atômica/CEA, seguida pelo método EPA 3010A.
Figuras 9. A (Acima). Amostras sendo lidas em ICP – OES. B (Abaixo). Batelada de amostras a serem lidas em ICP – OES.
4.3.2.2. Lodo
Foram realizadas as seguintes análises químicas para amostras de lodo: densidade, umidade, matéria orgânica total, carbono orgânico total (orgânico e mineral), resíduo mineral total, resíduo mineral solúvel e insolúvel, nitrogênio total, relação carbono/nitrogênio, fósforo total, potássio, cálcio, magnésio, enxofre, cobre, manganês, zinco e ferro (macro+micro elementos), o método de análise foi realizado pelo laboratório de solos da ESALQ, conforme metodologias da EMBRAPA (1997/1999) e do IAC (2001).
Ainda para os elementos fósforo, potássio, cálcio e magnésio foram lidas suas concentrações em ICP-OES e seguiram a metodologia EPA 3050 B.
Para os metais cobre, cádmio, molibdênio, níquel, chumbo e zinco foram lidas as concentrações em ICP-OES, também pelo método 3050 B.
O teste de indicador biológico patogênico (colilert®) foi também realizado nas amostras de lodo, sendo necessária sua diluição2.
O NMP estimado pelo teste colilert® foi adaptado do método 9223 A, da APHA, 1998.
Foram investigados no lodo os teores de sólidos totais, voláteis e fixos segundo a norma NBR 10664/04/1989.
Pelo método HACH foram determinados os teores de DBO e DQO (aprovado pela USEPA, U. S. Environmental Protection Agency, APHA, 2005).
Foi realizado, completando as análises químicas, a fluorescência de raio-x nos resíduos do lodo após sua digestão em meio ácido e alta temperatura. O método utilizado foi a espectrometria de fluorescência de raio-x, empregando amostras fundidas em matriz de borato e foi realizado no laboratório de Geoquímica do Departamento de Petrologia e Metalogenia (DPM/IGCE/UNESP).
4.3.2.3. Solo
Foi realizada análise granulométrica em amostras brutas de solo, segundo o método da pipeta 3 frações, sem pipetar silte (adaptado de IAC Solos, 1986).
As amostras foram secas a temperatura ambiente, destorroadas e peneiradas em peneira3 10 de malha 2 mm.
Essa amostra foi denominada de terra fina seca ao ar (TFSA).
Foi separado 10 g de TFSA para cada horizonte diagnóstico do solo, sendo de 0 a 20 cm denominada amostra sete e de 20 a 40 cm denominada amostra oito.
O restante da TFSA foi colocado em sacos plásticos, rotulados e armazenados em local seco, fresco e a temperatura ambiente, para preservação e utilização em outras análises.
Após a pesagem as amostras de 10 g de TFSA foram peneiradas em peneiras para granulometria. Os números representam as peneiras. Cada número de peneira corresponde a um diâmetro, respectivamente: 18 (1mm); 35 (0,500 mm); 60 (250 mm), 120 (125 mm), 230 (0,063 mm) e 270 (0,053 mm).
Abaixo segue esquema (Figuras 10 a 13) de fotografias da amostra sete representando a granulometria do solo.
Figura 10. Material da peneira de abertura 1 mm.
Figuras 12. A (Acima). Material da peneira de abertura 0,125 mm.
Figura 13. Material da peneira de abertura 0,053 mm.
4.3.2.4. Planta
Durante o período de experimentação, uma gramínea conhecida como
Brachiaria decumbens se desenvolveu por sementes remanescentes presentes no solo coletado e utilizado nos lisímetros. A emergência de plântulas ocorreu a partir da terceira aplicação do lodo.
Figura 14. Plântulas emergindo do tanque L0.
Figuras 15. A (Esquerda). Plântulas emergindo do Lisímetro L5. B (Direita).
Plântulas emergindo do lisímetro L15.
Ao final dos 4 meses de experimentação as plantas foram amostradas aleatoriamente dentro de cada tanque e submetidas a digestão nitroperclórica (Parkinson & Allen 1975), adaptada pelo CENA/USP de Piracicaba (Centro de Energia Nuclear na Agricultura) em março de 2000.
Esta metodologia consiste na decomposição de materiais vegetais, secos e moídos, feito com ácido nítrico e perclórico concentrados, e alta temperatura, que permite a determinação de P, K, Ca, Mg, S, B, Ca, Fe, Mn, Al e Na, e posteriormente submetidas a leitura em ICP-OES conforme EPA 3050 B.
O teor de matéria seca foi determinado de folhas das plantas amostradas aleatoriamente nos tratamentos.
CAPÍTULO 5 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Área em estudo
A área de estudo caracteriza o município de Rio Claro, com 186.253 habitantes (IBGE-PAINEL CIDADES 2007), sendo 95% desta população residente na área urbana. A 175 km noroeste da Capital, Rio Claro tem acesso rodoviário pelo sistema Anhanguera Æ Bandeirantes, rodovia Washington Luiz (SP-310) e acesso
ferroviário através da FEPASA (ZAINE, 1994).
Figura 16. Folha da Carta de Rio Claro.
5.2. Solo experimental
Foi realizado um trabalho de campo na área do CEA (Figura 17) para reconhecer os tipos de solos do local. Com base nas informações de campo ficou possível identificar o solo apropriado para os ensaios com lodo da ETE de Araraquara - SP.
Figura 17. Mapa com área do CEA.
Fonte: Google Earth
Durante a descrição feita em campo, foi realizado um registro fotográfico e anotações de campo em caderneta de campo (Figuras 18 a 29).
Levando-se em consideração o material de origem do solo, a orientação das fraturas, análise de perfis, declividade, relevo e análise da paisagem, juntamente com o auxílio de lupa, água, canivete, copo, carta de cor para solos Munsell e literatura (IBGE, 2007) obteve-se a seguinte descrição (JIMENÉZ-RUEDA, GARCIA E BRITO, 20114).
Em análise, a área apresenta planalto de 635 a 640 m. No alto estrutural fraturado, ficam evidentes, horsts sequenciais e falhas no sentido Norte 10 ou 30 Leste, onde há uma distensão no ponto: um horst com o DPM (Departamento de Petrologia e Metalogenia) da UNESP – Rio Claro, e um horst com a Floresta
Estadual Edmundo de Andrade, caracterizando maior transmissividade nessa área
onde as plumas de contaminação irão se abrir em forma de leques e avançar um sobre o outro. As orientações foram5
:
x N 30 W subvertical, onde as plumas de contaminação irão
se acumular no fundo plumas SW 45°;
x N 70 E subvertical, plumas SW 45; x N 10E ou W com mergulho SW 45.
Se fossemos adequar a ETE a área, esta deveria ficar na vertente da área, entre um horst que separa a Floresta Estadual Edmundo de Andrade, da vertente, cujas estruturas estão a N 10 ou 30 E com frequência de espaçamento de 100 em 100 cm. Ribeirão com vários sistemas complementares, várias quebras, mais frequentes no sentido E-W, 10 em 10 cm, trends que caracterizam um sistema notável de erosão.
Foram observadas estruturas características do Cenozoico para o recente mais ou menos 10.000 antes do presente (AP); sendo estruturas hexagonais e prismáticas de 10 em 10 cm.
Quanto ao solo desta área foi possível verificar estruturas romboédricas. Esta estrutura caracteriza possivelmente um ambiente eutrófico ou efeito de usos e ocupação da área por sobre carga. Sendo boa a sua relação com o alto estrutural fraturado, promove a argilização do sólum, e sua estruturação como blocos subarredondados e/ou com prismas subarredondados.
Segundo o Levantamento Pedológico Semidetalhado da Quadrícula de São Carlos (1981), os solos encontrados na área de estudo são o Latossolo Vermelho-Amarelo e o Argissolo Álico Textura argilosa a médio argilosa e o Argissolo vermelho Distrófico de textura médio-argilosa.
Contudo quando analisado o perfil do solo, foi verificado o horizonte Ap ( A proeminente) de 16 cm, seguido do Bt (B textural) de 22 cm (muito pegajoso, muito plástico a extremamente plástico), caracterizado pedologicamente como Argissolo
Vermelho, originado do retrabalhamento policíclico das paisagens dominantes durante, ou que, antecedem ao Pleistoceno médio, incluindo como fonte os basaltos, altamente selantes e argilo siltosos.
Percebe-se ao longo do perfil que a coloração do horizonte B está mais escura que a do A apontando uma translocação de húmus+argila+ferro. Ainda no horizonte B aparecem mais de 2% de cutans de argila (cerosidade), caracterizando solos mais antigos e mais prolongados geologicamente, com, horizonte distrófico de mais ou menos 2.000 AP. Tais cutans contribuem com uma maior expansão e um maior CTC. Há ainda, presença de estrutura prismática muito grande de textura argilosilto arenosa, de granulometria fina a média; de consistência firme. A declividade do horizonte A variou de 0 a 3% e do horizonte B de 7 a 12%.
O material de origem é típico de sistemas gravitacionais que constituem os pedimentos regionais classificados por Embrapa-IAC (1981) como unidade Ribeirão Preto. Abaixo segue descrição dos horizontes diagnósticos:
x Horizonte Ap: 5YR/4/3, vermelho ferrugem, baixo teor de Matéria Orgânica <
0,5%, formação de blocos granulares/ mamilares pela compressão e expansão. Organo-argilas, quartzos subangulares, subarredondados e algumas arredondadas foscas magnetitas de diferentes tamanhos e diâmetros indicando os vários ciclos de deposição, concreções de lateritas tanto de basalto como de arenitos, assim como feldspatos caolinizados de vários tamanhos e formas; Limite irregular/quebrado, gradual.
x Horizonte Bt: 5YR/4/3 ou 4, vermelho ferrugem; argilo siltoso; prismática
grande forte; muito dura (o que comunica muita resistência a deformação), muito firme, muito plástica, muito pegajosa; presença de cutans (quando umedece o terreno fica firme) devido à contração e expansão.
encontram feldspatos associados à ferromagnesianos, magnetita, os quais constituíam tal litologia. Com base nas informações preliminares de campo o sólum amostrado foi caracterizado geologicamente como Cobertura de Alteração Intempérica Ribeirão Preto e pedologicamente como Argissolo Vermelho.
Figura 18. Orientações: Truncado pela N 10 W com mergulho SW de 45º. Estrutura romboédrica, com outras estruturas N 70°, N 80° E.
Figura 20. Truncado pela N 10 W com mergulho de 45º SW.
Figura 22. Estruturas Romboédricas menores.
Figura 24. Estruturas Romboédricas menores retiradas do perfil com cutans de argila.
Figura 26. Estruturas Romboédricas menores com cutans de argila.
Figura 27. Estruturas prismáticas em vários tamanhos.
Figura 28. Turmalina, feldspatos, argilominerais e magnetita.
Figuras 29. A (Esquerda). B (Direita). Cutans de argila.
5.3. Análises em lodo e solo
De acordo com as análises de séries de sólidos, as concentrações de sólidos totais, sólidos fixos e sólidos voláteis do lodo da lagoa de sedimentação foram, respectivamente, 460, 354,2 e 105,8 g/kg, conforme tabela 05.
Estes valores não foram antecipados e indicam uma composição predominantemente inorgânica.
Tabela 5. Caracterização química e biológica do lodo utilizado nos tratamentos L5 e L15.
Fonte: Metodologia segundo norma NBR 10664/04/1989. Unidade: g/Kg
A densidade do lodo foi de 0,93 g/ml.
O material encontrado nos sólidos fixos representa um material de origem amorfa que não se desintegrou após ataque sulfúrico e alta temperatura. Devido a essa percepção o material de origem amorfa foi submetido à análise de fluorescência de raio-x onde concentrações de sílica foram detectadas.
Contrastando os dados de sólidos, as concentrações de matéria orgânica total e carbono orgânico total foram de 22,18 e 12,32 g/kg, respectivamente, indicando um material com baixo teor de matéria orgânica, em estado alto de maturidade devido ao seu tempo de estagnação na lagoa de sedimentação, por volta de 4 anos.
Após análises refinadas, quanto a composição orgânica do lodo, um dos componentes que pode explicar a alta concentração de sólidos fixos é a sílica, cuja concentração foi de 9,76 g/kg de SiO2, obtendo uma relação de aproximadamente
50% de material inerte advindo da sílica.
A relação carbono/nitrogênio do lodo foi 10/1, que segundo Duchaufour (1960) é do tipo moderado a muito cálcico, de nitrificação rápida e alta síntese biológica.
Em relação à microflora bactérias actinomicetes são encontradas em materiais com essas características, (Duchaufour 1960).
Amostra Sólidos Totais Sólidos Fixos Sólidos Voláteis
A matéria orgânica representa o potencial fertilizador dos solos. Ela é de extrema importância, pois contem cargas negativas que possibilitam a troca e a disponibilidade de nutrientes para o solo e consequentemente para as plantas.
Tabela 6. Caracterização química do lodo utilizado nos tratamentos L5 e L15.
Fonte: Universidade de São Paulo-ESALQ/Solos. Unidade: g/kg
Os teores de matéria orgânica, carbono orgânico e umidade do solo controle e dos tratamentos são apresentados na Tabela 06.
Para os tratamentos L0 e L5 os teores de matéria orgânica foram menores que o do solo controle (solo bruto) no horizonte Ap.
Somente o horizonte Ap para o tratamento L15 obteve resposta significativa com aumento de 3 g/kg de matéria orgânica.
Os horizontes Bt de todos os tratamentos não sofreram influência ou translocamento vertical do lodo, mantendo-se o teor de 22 g/kg, do L0 (lisímetro controle).
Pode-se dizer que o translocamento no horizonte Ap foi horizontal, o que explica a diminuição dos teores após os tratamentos, ou ainda existe a possibilidade de disponibilidade de nutrientes com a aplicação do lodo e a possível absorção pela cultura Brachiaria decumbens.
Tabela 7. Matéria orgânica, carbono orgânico e umidade. Comparação entre tratamentos e solo controle.
Amostra (cm) Matéria Orgânica Carbono Orgânico Umidade
Solo Controle (0 a 20) 32 19 0,02
Solo Controle (20 a 40) 22 13 0,02
L0 (0 a 20) 24 14 0,24
L0 (20 a 40) 22 13 0,29
L5 (0 a 20) 27 16 0,24
L5 (20 a 40) 22 13 0,31
L15 (0 a 20) 35 20 0,22
L15 (20 a40) 22 13 0,30
Fonte: Universidade de São Paulo-ESALQ/ Solos. Unidades: M. O. e C. O. (g/kg) e umidade (%).
Amostra N Total C. O. M. O. C/N
O teor de nitrogênio (N) é absorvido em grandes quantidades pela maioria das culturas (IAC, 1996).
Por volta de 95% ou mais do N do solo faz parte da matéria orgânica, que constitui o grande reservatório desse nutriente. No entanto, a capacidade do solo de fornecer N às culturas depende da mineralização do N orgânico, função de fatores do clima, que são de difícil previsão (IAC, 1999).
A matéria orgânica presente no lodo da ETE de Araraquara, embora seja baixa sua concentração, está em alto grau de maturidade e, portanto, é de fácil mineralização.
Um bom parâmetro utilizado como indicador do potencial poluidor de um efluente é a Demanda Química de Oxigênio (DQO). A DQO é entendida como a quantidade de oxigênio consumida por inúmeros compostos sem a intervenção de microrganismos. É a indicação indireta do teor de carbono orgânico, mediante o consumo de oxigênio no processo de oxidação da matéria orgânica presente na água.
Foram verificadas entre os parâmetros de indicadores de poluição orgânica para o lodo em estudo, a Demanda Biológica (ou Bioquímica) de Oxigênio (DBO) e a Demanda Química de Oxigênio (DQO).
Esses parâmetros podem classificar o grau de contaminação de um efluente em fraco, médio ou forte, (RODRIGUES et al, 2003).
Segundo a resolução do CONAMA nº 357/2005 (alterada pela 410/2009 e 430/2011), e no Estado de São Paulo o Decreto Estadual nº 8468, de 8 de setembro de 1976, limites para lançamentos de efluentes em corpos receptores são estabelecidos:
Tabela 8. Padrões para lançamento dos efluentes em corpos receptores segundo CONAMA 357/2005 e Decreto estado de São Paulo 8468/76.
Parâmetros Resolução CONAMA 357 Decreto Estadual 8468
DBO (mg/L) - < 60,0*
pH 5,0-9,0 5,0-9,0
Materiais Sedimentáveis (mL/L) <1,0 <1,0
Óleos e Graxas(mg/L) <70 <100
Temperatura (°C) <40 <40
Fonte: Adaptado de RODRIGUES et al, 2003.
Para o lodo da ETE de Araraquara, a DQO e DBO foram verificados seus teores em mg/L respectivamente de 21270 e 3800. A relação DBO/DQO foi de 0,18 (Tabela 9).
Figuras 30. A. (Esquerda). Câmara de DBO, temperatura 20ºC, por 5 dias.
B. (Direita). Tubos para DQO (20-1500ppm) com amostras de lodo diluídas e com uma amostra de branco.
Fonte: Para DBO, equipamento BODTRAK-Hach. Foi utilizada semente plyseed, hidróxido de lítio e creme vedante lubriseal – stopcock Grease. Para DQO, equipamento Hach DR/2000 – Direct
Reading Spectrophotometer, método 453 – COD HR.
Tabela 9. Relação DBO/DQO da ETE de Araraquara – SP.
Fonte: Método 435 – COD HR para DQO: equipamento HACH DR/2000 DRS. Para
DBO, equipamento BODTRAK HACH. Foram utilizadas garrafas escuras com a amostra, solução de semente polyssed, hidróxido de lítio e creme vedante.
Segundo Metcalf & Eddy (2003) para águas residuais típicas, são verificadas relações entre DBO/DQO variando de 0,4 a 0,8.
Silva et al (1997), ao monitorar seis ETE na região da Grande Vitória, obtiveram uma relação média DBO/DQO para esgoto bruto afluente de 0,47. No mesmo monitoramento foram relatados os valores médios da relação DBO/ DQO para os efluentes finais das diferentes ETE, que variaram entre 0,27 a 0,28.
Scalize (2004) realizando estudos em duas ETE de Araraquara-SP, a ETE-Araraquara e a ETE-Bueno, verificou a relação média DBO/DQO dos afluentes da ETE-Araraquara entre 2002 e 2003 de 0,47 e da ETE-Bueno entre 2002 e 2003 de 0,48.
Amostra DQO (mg/L) DBO (mg/L) Relação DBO/DQO
A relação DBO/DQO do lodo da ETE de Araraquara está abaixo das relações acima citadas em literatura.
De acordo com os resultados das análises químicas no lodo, o material pode ser caracterizado como fonte de nutrientes, pois em sua composição os elementos cálcio, potássio, magnésio e fósforo, foram verificados com as seguintes concentrações em mg/kg (seco): 1016,54; 62,60; 173,25 e 1104,94, respectivamente. Foi observado conforme tabela 10 que a normativa do CONAMA 375/2006 não estabelece valores máximos para os nutrientes estudados no lodo da ETE de Araraquara – SP:
Tabela 10. Limites máximos permitidos segundo CONAMA 375/2006.
Elementos Araraquara (mg/kg) Lodo ETE úmido Lodo ETE Araraquara (mg/kg) seco CONAMA nº 375/2006 (mg/kg) seco
Ca3179 983,89 1069,45 -
K_769,8 57,59 62,60 -
Mg2795 159,40 173,25 -
P_2136 1016,54 1104,94 -
Fonte: CONAMA 375/2006. Concentrações lidas em ICP-OES, segundo EPA 3050B em laboratório de determinação de metais do CEA.
Para comparação de resultados, foram utilizadas duas ferramentas para determinação das concentrações de cálcio, potássio, magnésio e fósforo. A leitura em ICP-OES seguiu o método EPA 3050 B. Para as análises realizadas no laboratório da ESALQ solos, as metodologias utilizadas seguiram a EMBRAPA (1999/1997) e o IAC (2001).
Tabela 11. Concentrações comparativas entre EPA-3050B e IAC 1986.
Fonte: Análises realizadas em laboratório da ESALQ/Solos e em laboratório de Espectrometria Atômica no CEA.
Com referência ao teor de metais pesados encontrados no lodo, observa-se que os valores de cobre, cádmio, molibdênio, níquel, chumbo e zinco em mg/kg: 23,39; 0,16; 9,71; 1,96; 9,22 e 95,39, conforme tabelas 12 e 13; estão abaixo dos limites estabelecidos pelas principais normas nacionais: CONAMA, (2006) ; Cetesb, (1999) e internacionais Estados Unidos, (1996) e União Europeia (2000), que regulam a aplicação de biossólidos à agricultura.
Tabela 12. Concentrações lidas em ICP-OES e Limites máximos de concentrações permitidos em solo e lodo, estabelecidos pelo CONAMA.
Elementos CONAMA Nº 420/2009 CONAMA nº 375/2006 Lodo ETE Araraquara
Cu3247 200,00 1500,00 23,39
Cd2288 3,00 39,00 0,16
Mo2816 50,00 50,00 9,71
Ni2216 70,00 420,00 1,96
Pb2169 180,00 300,00 9,22
Zn2138 250,00 2800,00 95,39
Fonte: Concentrações lidas segundo método EPA 3050 B e concentrações máximas determinadas pelo CONAMA em solos segundo nº 420/2009 e lodo segundo nº 375/2006. Unidade: mg/kg.
Tabela 13. Limites nacionais e internacionais de metais pesados, para a aplicação do biossólido (base seca) na agricultura.
Fonte(1) Zn Cu Cd Mo Ni Pb
CETESB 7500 4300 85 75 420 840
EUA 7500 4300 85 75 420 840
União Européia 2500-4000 1000-1750 20-40 - 300-400 750-1200 Fonte: (1)Cetesb (1999); Estados Unidos da América (1996); Europa (2000). Unidade: mg/kg.
Elementos Lodo ETE Araraquara mg/L EPA-3050B Lodo ETE Araraquara mg/L IAC 1986
Ca3179 915,02 410
K_769,8 53,56 30
Mg2795 148,24 110
5.3.1. Análises microbiológicas
As concentrações de coliforme total e E. coli no lodo da lagoa de sedimentação foram aproximadamente 7,3x106 e 9,5x104 NMP, respectivamente.
Tabela 14. NMP para indicadores biológicos patogênicos.
Fonte: Método comercial Colilert®.
Figura 31. Cartela com 49 células grandes amarelas e 33 células pequenas amarelas totalizado 7,3x106 NMP (número mais provável de coliformes totais), no lodo com diluição de 104.
Figura 32. Cartela sob lâmpada fluorescente. Com seis células grandes e três células pequenas na cor neon totalizando 9,5x104 NMP, no lodo com diluição de 104.
Fonte: Lâmpada Fluorescente: (model CM-IC, fluorescence Analysis Cabinet).
Amostra Coliformes Totais (NMP)** E. Coli (NMP)**
Não foi identificada a presença de coliformes totais e E. coli nas amostras de água infiltrada nos lisímetros, exceto uma amostra do lisímetro L5 após um mês de sua operação, cuja concentração de coliforme total foi de 2,4x104 NMP. É possível
ter ocorrido um “falso-positivo” nesta determinação, por meio de contaminação ou
falha no procedimento experimental da análise.
Figura 33. Sequencia de testes colilert® para coliforme total e E. coli. A ausência de
5.3.2. Análises em plantas
Nos tratamentos L0, L5 e L15, folhas de Brachiaria decumbens amostradas obtiveram os teores de matéria seca de 6,6; 9,0 e 8,0%, respectivamente.
O tratamento L5 obteve maior acúmulo de matéria seca nas folhas da cultivar.
Figura 34. Plantas do tratamento L5 sendo colhidas para análises física e química.
Da Ros et al. (1993), Berton et al. (1997) e Simonete et al (2003) observaram aumentos na produção de matéria seca de plantas de milho em solos tratados com doses de lodo de esgoto.
Figura 35. Folhas de B. decumbens dos tratamentos L15, L5 e L0
Segundo Malavolta et al. (1997) as exigências, em nutrientes, para pastagens são representadas pelas seguintes concentrações (em g/Kg) dos elementos, fósforo (2), potássio (21), cálcio (5), magnésio (3), boro (17x10-3), cobalto (70x10-4), ferro (15,4x10-2), manganês (14,2x10-2), molibdênio (43x10-5), zinco (26x10-3), sódio (32,6x10-2) e cobre (60x10-2) g/Kg.
As concentrações obtidas nas plantas dos lisímetros L15, L5 foram ótimas considerando as exigências nutricionais segundo Malavolta et al. (1997).
O tratamento L5 foi o que obteve a relação de macro e micronutrientes, próximo das exigências em nutrientes, representadas pelas seguintes concentrações (em g/kg), cálcio (53,1x10-1), magnésio (34,1x10-1), boro (30x10-2), ferro (16x10-2), molibdênio (46x10-5) e zinco (32x10-3).
Por outro lado o tratamento L15 apresentou as concentrações em g/Kg de cobalto (74x10-6), manganês (99x10-3), sódio (26x10-3) e principalmente o elemento fósforo, cuja concentração foi de 1,29 g/Kg. O fósforo é o nutriente mais limitante na produtividade da maioria dos solos nunca ou pouco adubados (IAC, 1996).
O fósforo é praticamente inerte no solo, portanto quando possível esse nutriente deve ser incorporado ao solo, em sulcos ou covas, no caso de fosfatos solúveis em água (IAC, 1996).
O potássio é o segundo elemento absorvido em maior quantidade pelos vegetais e o tratamento L15 obteve o valor mais próximo das exigências, sendo 20,57 g/kg. O potássio presente nos tecidos vegetais não é ligado à fração orgânica, permanecendo como íon.
Portanto quando parte do material vegetal é reciclado após a colheita, o potássio presente, pode voltar rapidamente ao solo, em forma prontamente disponível (IAC, 1996).
B Ca Co Cu Fe K Mg Mn Mo Na P Zn 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Concent racoes (g/ k g) Elementos
L0 L5 L15
Figura 36. Concentrações de macro e microelementos em g/Kg . Comparação entre tratamentos.
Dos elementos com potencial maléfico as plantas, também foram quantificadas nas folhas dos tratamentos L0, L5 e L15 os respectivos teores de alumínio 9x10-2; 1,5x10-1 e 1,3x10-1 g/kg, de cádmio 6x10-5; 5x10-5 e 7x10-5 g/kg, e de chumbo 7x10-4, 9x10-4 e 1x10-3 g/kg.
Esses elementos se encontrados em altas concentrações podem acumular-se na cadeia trófica, diminuir o crescimento e até levar a morte dos vegetais.
Berton et al. (1997), em aplicações de lodo com teor de 393 kg/ha de zinco em dois latossolos cultivados com milho, verificaram na parte aérea das plantas, concentrações acima de 320 mg/kg de Zn, e não foram identificados distúrbios no desenvolvimento das mesmas em decorrência do aumento da concentração deste metal.
Araújo e Nascimento (2005) não encontraram fito toxicidade de zinco, ou de qualquer outro metal, mesmo em plantas de milho adubadas com lodo de esgoto, com doses equivalentes a 1,5 vezes a dose máxima permitida de zinco para solos preconizados pela legislação americana.
5.3.3. Análises em águas
Foram analisados 25 elementos: B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sn, Sr, Ti, Tl, V e Zn.
Não foi detectada a presença da maioria dos elementos indicados.
De maneira geral, as concentrações dos elementos analisados foram inferiores aos limites estabelecidos pela Resolução do CONAMA 357 (2005) para águas doces (classe I), indicando a não contaminação da água infiltrada no solo nas condições estabelecidas a partir da disposição do lodo de lagoa anaeróbia em Argissolo Vermelho distrófico. As concentrações dos elementos com valores superiores a zero, podem ser visualizados na tabela 15.
Tabela 15. Concentrações (em mg/L) dos elementos encontrados na água percolada nos tratamentos nos dias 19 e 89, limites de detecção do equipamento utilizado (ICP-OES) e limites máximos estabelecidos pelo CONAMA para a classe de água doce I.
Elemento L01 L02 L51 L52 L151 L152 L.D. CONAMA*
B 3x10-2 10-1 9x10-2 5x10-2 4x10-2 5x10-2 6x10-3 7,5x10-1
Ba 9x10-2 10-1 9x10-2 5x10-2 4x10-2 5x10-2 7x10-4 1,0
Fe 3x10-2 7x10-3 9x10-2 1x10-2 3x10-2 5x10-3 1,6x10-2 5,0 Li 1x10-2 1x10-2 1x10-2 1x10-2 1x10-2 1x10-2 1,3x10-2 2,5
Mn 7x10-4 2x10-3 1x10-3 1x10-3 7x10-3 9x10-4 8x10-4 5x10-1
P 9x10-2 5x10-2 2x10-1 2x10-2 10-1 10-2 -1,269 7,5x10-2 V 10-1 2x10-2 2x10-1 10-2 10-1 10-2 3x10-3 10-1 Legenda: 1: amostra de água infiltrada no dia 19.
2: amostra de água infiltrada no dia 89.
L.D. – limite de detecção obtido na experimentação analítica.
* Resolução CONAMA 357 (2005) para a classe de água doce I.
O elemento Bário (B) ocorre de forma natural na água, como carbonatos. Sua concentração está geralmente entre 7x10-4 e 9x10-1 mg/L (CETESB, 2009).
concentração encontrada na crosta terrestre é de 4x10-3 % aproximadamente. A concentração de Lítio varia entre 1x10-4 e 2x10-3 mg/L, em águas naturais (MASON, 1960). A Resolução CONAMA 357 (2005) estabelece para o lítio o limite de 2,5 mg/L. As concentrações das águas coletadas estão abaixo desse limite, assim como as concentrações de águas percoladas para os demais elementos (Tabela 15). Para solos, a concentração deste elemento, varia normalmente de 1 a 50 μg/g (MASON,
1960 E BOWEN, 1979).
O elemento Manganês (Mn) também ocorre de forma natural na água superficial e subterrânea. É raro quando esse elemento atinge concentrações de 1,0 mg/L em águas superficiais naturais, e geralmente está presente em quantidades de 0,2 mg/L ou inferior (CETESB, 2009).
Abaixo seguem as figuras 37 A, B, C, D, E, F e G, respectivamente, mostrando a relação entre a concentração dos elementos estudados comparados aos dias de experimento. Os testes foram confiáveis para o método utilizado mostrando as concentrações dos elementos estudados acima do limite de detecção do equipamento ICP-OES.
5.3.4. pH como diferenciador
Os valores de pH dos solos de 0 a 20 cm de profundidade tratados com lodo nos lisímetros L15, L5 e solo controle foram 6,0, 5,7 e 5,0, respectivamente. Os valores de pH dos solos de 20 a 40 cm de profundidade tratados com lodo nos lisímetros L15, L5 e solo controle foram 5,3, 5,6 e 4,7, respectivamente (Figuras 38 A e B).
Figuras 38. A (Esquerda). pH do solo após tratamentos, horizonte Ap. B (Direita).
pH do solo após tratamentos, horizonte Bt.
Legenda: SC: Solo controle; L5: pH do solo com aplicação de 500 g de sólidos totais/m2; L15: pH do solo com aplicação de 1500 g de sólidos totais/m2.
Observa-se um acréscimo nos pHs dos solos que receberam a adição do lodo, indicando um decréscimo na acidez do solo.6 A acidez do solo controle na profundidade de 0 a 20 cm foi de 10 mmol/Kg, enquanto na profundidade de 20 a 40 cm foi de 17 mmol/Kg. O decréscimo na acidez foi de aproximadamente 8 mmol/Kg no horizonte de 0 a 20 cm, enquanto na profundidade de 20 a 40 cm foi de 15 mmol/kg, em L5 e L15. Este acréscimo de pH do solo foi relacionado ao incremento das bases de cálcio e magnésio (Tabela 16).
Tabela 16. Concentração dos elementos P (mg/kg), K, Ca, Mg, Al, H+Al, SB (mmolc/Kg), CTC, grau de saturação por bases V (%) e grau de saturação por
alumínio m (%).
Amostra (prof.) P K Ca Mg Al H+Al SB CTC V m Solo (0 a 20 cm7) 4 2,1 20 8 10 93 30,3 123,3 25 25
Solo (20 a 40 cm) 2 1,0 10 4 17 97 15,0 112,5 13 53
L5 (0 a 20) 1 0,7 25 7 <2 <26 33,2 57,9 57 0
L5 (20 a 40) 1 0,5 19 6 <2 29 25,3 54,4 47 0
L15 (0 a 20) 3 0,9 43 9 <2 27 53,0 80,4 66 0
L15 (20 a 40) 2 0,5 18 6 5 32 24,3 56,1 43 16 Fonte: Universidade de São Paulo-ESALQ, departamento de Ciência do Solo.
Metolodologia segundo Embrapa (1997 e 1999) e IAC (2001).
O sólum do lisímetro L5 obteve um grau de saturação por bases (V) de 57% na profundidade 0 a 20 cm e de 47% na profundidade de 20 a 40 cm do tratamento.
Houve um acréscimo de 32% para o horizonte Ap e de 34% para o horizonte Bt, quando comparados com o solo controle (Tabela 15). Similarmente, é possível observar que o tratamento L15 aumentou em 41% para o horizonte Ap e 30% para o horizonte Bt.
O grau de saturação por bases indica o potencial de elementos de cargas negativas que podem ser trocadas a pH 7,0 e ocupados pelos elementos Ca, Mg, K e, eventualmente, Na, quando comparados com aquelas ocupadas por H e Al. Esse parâmetro é utilizado, em geral, para indicar os solos considerados férteis (V>50%) e solos com menor fertilidade (V<50%).
A capacidade de troca catiônica (CTC) e o grau de saturação por alumínio m% no solo diminuíram após o tratamento com lodo, indicando uma possível percolação horizontal de Al através do solo e a retirada do H+ da superfície de adsorção por reação direta com hidroxilas (OH-), originando água. Contudo houve um aumento na soma de bases trocáveis e na saturação por bases8.
Trabalhos como os de Berton et al. (1989), Sloan & Basta (1995) e Silva et al.
(2001) mostram acréscimos nos valores de pH com a adição de lodo de esgoto. Este comportamento é típico para lodos tratados com alcalinizantes antecedendo sua disposição. O lodo utilizado neste trabalho não recebeu tratamento químico antes de sua disposição em Argissolo Vermelho distrófico.
7 SC: Para esta discussão o solo em consideração é o solo bruto.
Logan et al. (1997) observaram um decréscimo no pH do solo durante o primeiro ano de aplicação de lodo de esgoto não tratado com cal, imediatamente após a aplicação de 7,5 e 15 tds/ha. Atribuíram assim a acidificação às reações de nitrificação do N amoniacal. Estas diferenças no comportamento do solo estão relacionadas às características intrínsecas de cada lodo (Simonete et al., 2003).
A maior parte das culturas apresenta boa produtividade com valor de V% entre 50 e 80% e valor de pH entre 6,0 e 6,5, no solo.
5.3.5. Caracterização Física
Para o solo bruto nos horizontes diagnósticos Ap e Bt, foi realizada análise granulométrica a qual correspondeu a seguinte proporção conforme tabela 16:
Tabela 17. Granulometria de amostra composta de solo bruto.
Solo Bruto
Horizontes Areia total % Silte Total % Argila total %
Ap (0 a 20 cm) 25,55 21,10 53,35
Bt (20 a 40 cm) 20,05 14,20 65,75
Fonte: Metodologia segundo IAC/Solos, 1986.
Solos cuja granulometria é argilosa tem em sua constituição argilominerais, que apresentam uma grande afinidade com íons metálicos e dependendo das condições físico-químicas, podem reter ou liberar cátions. O resultado é que esses solos podem atuar tanto como purificadores quanto como fontes potenciais de poluição.
O solo escolhido apresentou grande porcentagem de partículas de argila, sendo indicado como um bom solo para a retenção de metais elevando a disponibilidade de nutrientes e aumentando o complexo de troca9 para as plantas.
CONCLUSÕES
A aplicação do lodo, até uma taxa de aplicação de 15 toneladas de sólidos totais/ha (1500 g de sólidos totais/m2), da ETE de Araraquara-SP em solos do tipo Argissolo Vermelho se mostrou viável, sendo uma prática sustentável sem a projeção de um impacto ambiental.
O lodo de esgoto aumentou a fertilidade do solo, decresceu sua acidez e forneceu nutrientes.
As águas infiltradas mostraram-se ausentes de teores de metais que causariam algum dano ao meio ambiente.
Os indicadores patogênicos E. coli e coliformes totais em águas se mostraram ausentes após os tratamentos.
A adição do lodo de esgoto nos solos denominados pelos tratamentos L15 e L5 resultou em um aumento de pH, de soma de bases e de grau de saturação por bases em Argissolo Vermelho distrófico.
RECOMENDAÇÕES
A proposta apresentada reforça a necessidade de planejamento da gestão física urbana e na adequação das legislações vigentes, para incorporação do lodo de esgoto, em sistemas passíveis de monitoramento e adequação como a agricultura e áreas florestais.
Estudos com base nas propriedades férteis do lodo deverão ser alvo crescente neste século devido à escassez dos recursos naturais e da necessidade de gerenciamento de resíduos gerados.
Ensaios microbiológicos no lodo deverão ser melhores quantificados e compreendidos, e se presentes, veicular sua persistência após incorporação nas várias classes de solos encontradas no mundo. Lembrando que o monitoramento de patógenos é de extrema relevância tanto no lodo, no solo, na água e nas cultivares em estudo.
Ainda é necessário aprofundar estudos sobre o aporte de sedimentos do lodo ao solo, aumentando as concentrações aplicadas e entendendo os processos de lixiviação em classes de solos diferentes e o transporte de metais para diversas espécies de plantas, descrevendo impactos, quando presentes.
É preciso compreender melhor os métodos de análise e leitura em ICP-OES, difundindo sua utilização para solos, lodos e plantas, onde se mostra uma ferramenta interessante de análises, porém muito sensível e que pode vir a ter interferências que implicam o resultado final.
