UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
ORLANDO ANTUNES CINTRA FILHO
IMPACTO NA QUALIDADE DA ÁGUA DO LENÇOL
FREÁTICO PELA IRRIGAÇÃO COM EFLUENTE DE
LAGOA FACULTATIVA EM ÁREA CULTIVADA COM
EUCALÍPTO.
CAMPINAS 2013
IMPACTO NA QUALIDADE DA ÁGUA DO LENÇOL
FREÁTICO PELA IRRIGAÇÃO COM EFLUENTE DE
LAGOA FACULTATIVA EM ÁREA CULTIVADA COM
EUCALÍPTO.
Tese de Doutorado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil, na área de Saneamento e Ambiente.
Orientador: Prof. Dr. BRUNO CORAUCCI FILHO
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO OU TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ORLANDO ANTUNES CINTRA FILHO E ORIENTADO PELO PROF. DR. BRUNO CORAUCCI FILHO.
ASSINATURA DO ORIENTADOR
______________________________________
CAMPINAS 2013
Dedicatória
À memória do meu saudoso pai Orlando A. Cintra, à minha mãe Isabel Moreno Cintra, guerreira incondicional, que forneceu as armas e estratégias para todas as minhas conquistas.
À querida esposa, Berenice, e filhos, Monique e Rafael, que, nos momentos árduos deste trabalho, foram meus maiores incentivadores, sempre compreensivos quanto à minha ausência em alguns momentos e jamais permitiram que eu esmorecesse.
Um especial agradecimento ao amigo, companheiro e orientador, Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho, pelo incentivo, ensinamentos, apoio e confiança, sempre com muita disposição e alegria.
Ao amigo Dr. Ronaldo Stefanutti, pelo apoio em todos os momentos, pelas sábias e fundamentais “dicas”.
À minha filha Monique que, mesmo tão jovem, apoiou-me com sabedoria, na revisão ortográfica;
Ao Prof. Dr. Denis Miguel Roston, pelas contribuições e incentivos nos trabalhos.
À Dra. Edna Ivani Bertncini, pela disposição apoio especial na fase de montagem do experimento.
Ao amigo e mestre, Eng. Sanitarista José E. Vanzo, que, com sabedoria, instigou-me a este desafio. Seus valiosos conselhos, orientações e exemplos explícitos conduziram-me a encontrar os melhores caminhos para minhas realizações profissionais.
Ao amigo e parceiro, Eng. José Paulo Zamarioli, que não mediu esforços para me apoiar e incentivar durante todas as etapas da pesquisa, diante às minhas dificuldades de conciliar o trabalho e o desenvolvimento da pesquisa
Aos amigos, Aléx Veronêz e Luis Salomão, inseparáveis parceiros nos trabalhos desenvolvidos, sempre disponíveis, demonstrando muita competência e sabedoria.
À FINEP e ao PROSAB (Programa de Pesquisas em Saneamento Básico), pelos recursos empregados na pesquisa;
À SABESP, Unidade Pardo/Grande com sede em Franca-SP, na pessoa do seu superintendente, Gilson Santos Mendonça, pela disponibilização o efluente da ETE City Petrópolis e pelo forte apoio logístico;
Ao laboratório de solos da FEAGRI/UNICAMP, pelo apoio técnico na realização das determinações físicas e ensaios de solo;
Aos amigos do meu time da Divisão de Controle Sanitário e Ambiental da SABESP em Franca, sem os quais seria impossível meu desdobramento para a dedicação a este trabalho. Luís Salomão, companheiro na jornada, Cláudia, sempre prestativa nas análises de metais pesados, Karla, envolvida diretamente nos ensaios bacteriológicos, Paulo Vitor, Josimar, Elaine, Márcia, Giovanna, Ana Carolina, André Bagatim, Marcos, Gelson, Ademar, Flávio, André e o fiel colaborador direto nas coletas da pesquisa, Nassif Abrão.
Aos amigos e irmãos do time das Divisões de Controle Sanitário e Ambiental da Diretoria Regional da SABESP: Osvaldo Beltrame, Ana Maria, Dirceu, Oswaldo Júnior, Roberto Messias, Tadeu França, Augusto, Marco Antônio, Ana Lúcia, Sávio, Mauro Ignácio e Vasti Ribeiro, pelo incentivo e apoio.
À amiga Bethania Vieira Cavalheiro, pela colaboração desde o início da pesquisa;
Ao Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza e a sua equipe pela colaboração direta no trabalho;
Ao amigo, Eng. Dr. Luciano Reami, pela colaboração;
efluente de lagoa facultativa na qualidade da água do lençol freático. Campinas:
Faculdade de Engenharia Civil - UNICAMP, 129p. Tese de doutorado, 2013.
A utilização de efluentes de processos de tratamento de esgoto sanitário para irrigação de culturas é uma prática aplicada em vários lugares do mundo, como fonte de água e nutrientes e, consequentemente, tendo pelo menos em parte, condições de proporcionar um aumento na produtividade. Essa pesquisa desenvolvida na Escola Agrícola no município de Franca-SP teve a finalidade de avaliar o impacto da irrigação na cultura de eucalipto na qualidade da água no nível do lençol freático.
Foi instalado um campo experimental com oito tipos de tratamentos (irrigação), com quatro repetições cada. Desses tratamentos, dois foram irrigados com água natural de superfície, cinco com efluente de lagoa de estabilização e um não recebeu irrigação artificial.
Para avaliação da qualidade da água subterrânea, foram instalados oito poços de monitoramento à jusante de cada parcela dos tratamentos. Também foi avaliada a eficiência do tratamento do efluente pelo processo solo-planta, através de amostras coletadas próximo à superfície do solo. Evidenciou-se a eficiência de remoção de DBO e DQO pelo tratamento solo-planta, entretanto, os lixiviados coletados em até 0,90 metros de profundidade evidenciaram a presença de nitrato na maioria dos tratamentos irrigados com efluente. Na água subterrânea, no nível do lençol freático, apesar de um pequeno incremento nos teores de nitrato, nos cinco anos da pesquisa, não foi observado concentrações desse ânion em níveis comprometedores quando comparados com os limites estabelecidos pela legislação vigente. Da mesma forma, não houve comprometimento na qualidade da água subterrânea pelos outros parâmetros físico-químico e bacteriológico monitorados.
Os resultados foram otimistas quanto à recomendação do uso de efluente de tratamento de esgoto sanitário sem comprometer a qualidade da água subterrânea
CINTRA FILHO, O.A. Impact of irrigation with facultative pond effluent on
eucalyptus culture and groundwater water quality . Campinas: Faculdade de
Engenharia Civil - UNICAMP, 129p. Tese de doutorado, 2013.
The use of wastewater treatment effluent for irrigation of crops is carried out in several places in the world as a source of nutrients and water and thus having at least partially able to provide an increase in productivity practice. This research developed at the Escola Agrícola in the city of Franca-SP aimed to assess the impact of irrigation on eucalyptus’s culture, water quality and in groundwater level.
An experimental field was installed with eight types of treatments (irrigation), with four replication each. Among these treatments, two were irrigated with natural surface water, five with stabilization pond effluent without artificial irrigation.
To evaluate the quality of groundwater, eight monitoring wells were installed downstream section of each treatment field The efficiency of wastewater treatment by the soil-plant process, was also evaluated in samples collected from soil near the surface. The removal efficiency of BOD and COD by soil-plant treatment was evidenced, however, leachate collected up to 0.90 meters depth, showed the presence of nitrate in the most treatments irrigated with effluent. In groundwater, , despite of a small increase in nitrate levels in the five years of research, no concentration of this compound was observed in compromising levels when compared with the limits established by law. Likewise, there was no compromise on the quality of groundwater by other physic-chemical and bacteriological parameters monitored.
The results were optimistic about the recommendation to use effluent from wastewater treatment without compromising the quality of groundwater
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 3.1 - Esquema simplificado de uma lagoa facultativa... 20
Figura 3.2 - Fluxograma típico de lagoa facultativa ... 21
Figura 3.3 - Diagrama para classificação de água de irrigação de (U.S. Salinity Laboratory Satff ... 37
Figura 4.1 - Imagem aérea com a localização da área experimental antes do plantio do eucalipto, com destaque do açude, lagoa facultativa e área da pesquisa. ... 56
Figura 4.2 - Imagem aérea da área experimental após três anos do plantio do eucalipto ... 57
Figura 4.3 – Limpeza da área (retirada do milho) ... 58
Figura 4.4 – Aplicação de herbicida na área experimental ... 58
Figura 4.5 - Delineamento experimental implantado ... 60
Figura 4.6- Esquema dos coletores de drenagem ... 62
Figura 4.7 – Instalação de coletor de drenagem ... 63
Figura 4.8 - Poço de monitoramento de água subterrânea instalado no experimento ... 64
Figura 4.9 - Reservatórios de água e efluente utilizados para a irrigação ... 65
Figura 4.10 - Croqui do sistema de irrigação implantado na área experimental ... 66
Figura 4.11 - Aspersor em operação na irrigação ... 66
Figura 4.12 – Pluviômetro instalado na ETA Franca, próximo à área experimental .. 70
Figura 4.13 - Tensiômetro instalado na área experimental ... 72
Figura- 4.14 - ETE City Petrópolis, Franca-SP, operada pela SABESP ... 73
Figura 4.15 - Açude da Escola Agrícola utilizado para irrigação ... 74
Figura 4.16 - Amostragem do percolado armazenado no coletor de drenagem livre 78 Figura 4.17 - Bomba de múltiplo estágio utilizada para coletas de água nos poços de monitoramento ... 79
Figura 4.18 - Análises de metais pesados no laboratório da SABESP ... 80
Figura 5.1 - Evolução de nitrato (mgN-NO3- L-1) na área irrigada com efluente de lagoa com 1,5 x a necessidade hídrica + adubação. ... 90
Figura 5.2 - Evolução da condutividade elétrica (µS cm-1) na área irrigada com efluente de lagoa com 1,5 vezes a necessidade hídrica e adição de adubo. ... 93
Tabela 3.2 - Faixas de eficiências de remoção (%) de constituintes físico-químicos,
organismos patogênicos e indicadores em lagoas de estabilização. ... 22
Tabela 3.3 - Padrões para efluentes de sistemas de tratamento de esgotos sanitários ... 23
Tabela 3.4 - Aumento da produtividade agrícola (t/há ano) ... 30
Tabela 3.5 - Valores microbiológicos para uso de esgoto doméstico tratado na aplicação em culturas... 40
Tabela 3.6 - Valores de amônia livre em função dos valores de pH ... 50
Tabela 3.7 - Comparação das áreas de plantio de eucalipto com as de outras culturas no Brasil ... 53
Tabela 3.8 - Quantidade de água necessária durante um ano ou ciclo da cultura .... 54
Tabela 4.1- Resultados das perfurações de sondagem ... 59
Tabela 4.2 - Formas de irrigação e adubação dos tratamentos implantados ... 60
Tabela 4.3 - Resultados das análises de fertilidade do solo e metais no solo ... 67
Tabela 4.4 - Resultados das análises granulométricas de amostras de solo ... 68
Tabela 4.5 - Resultados da porosidade e da densidade solo ... 68
Tabela 4.6 - Resultados da densidade do solo ... 69
Tabela 4.7 - Resultados da determinação da capacidade de retenção de água no solo ... 70
Tabela 4.8 - Pluviometria na região do experimento e equivalências na irrigação .... 71
Tabela 4.9 - Caracterização da água da represa ... 75
Tabela 4.10 - Caracterização do efluente da ETE City Petrópolis ... 76
Tabela 4.11 - Metodologias analíticas utilizadas nas amostras de água. ... 80
Tabela 5.1 - Resultados da DBO5,20 próximo à superfície do solo ... 82
Tabela 5.2 - Resultados da DQO próximo à superfície do solo... 83
Tabela 5.3 - Resultados de E. Coli (NMP/100mL) das amostras de águas capturadas nos coletores de superfície ... 86
Tabela 5.4 - Concentrações médias dos teores de nitrato (mg N-NO3.L-1) nas águas capturadas nos coletores de superfície. ... 88
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANA Agência Nacional das Àguas
CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DAP Diâmetro à Altura do Peito
DBO5 Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO Demanda Química de Oxigênio
EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
EPA Environmental Protection Agency
ETE Estação de Tratamento de Esgoto
FEC Faculdade de Engenharia Civil
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização, e Qualidade Industrial
NB / NBR Normas Brasileiras
NPK Nitrogênio, Fósforo e Potássio
OMS Organização Mundial de Saúde
PROSAB Programa de Pesquisas em Saneamento Básico
RAS Razão de Adsorção de Sódio
SABESP Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo UGRHI Unidade Hidrográfica de Gerenciamento de Recursos Hídricos do
Estado de São Paulo
UNICAMP Universidade Estadual de Campinas
1 INTRODUÇÃO ... 16 2 OBJETIVOS ... 18 2.1 Objetivo Geral ... 18 2.2 Objetivos Específicos ... 18 3 REVISÃO DA LITERATURA ... 18 3.1 O esgoto ... 18
3.2 Uso de lagoas de establização no tratamento de esgoto doméstico ... 19
3.3 Reúso da água ... 23
3.4 Retrospectiva do reúso de águas ... 24
3.5 Utilização de efluentes para irrigação ... 26
3.5.1 Produtividade agrícola ... 29
3.6 Considerações sobre a irrigação ... 30
3.7 Alernativas técnicas para reúso da água na irrigação. ... 31
3.7.1 Gotejamento ... 31
3.7.2 Escoamento à superfície ... 31
3.7.3 Inundação ... 31
3.7.4 Irrigação por sulcos ... 31
3.7.5 Aspersão ... 32
3.8 Considerações sobre a irrigação ... 32
3.9 Restrições da Salinidade ... 35
3.10 Qualidade da água relacionada à irrigação ... 38
3.10.1 Generalidade e aspectos legais ... 38
3.10.2 Bactérias ... 40 3.10.3 Vírus ... 43 3.10.4 Protozoários ... 43 3.10.5 Helmintos ... 44 3.10.6 Turbidez ... 45 3.10.7 Ferro ... 45 3.10.8 Metais Pesados ... 46 3.10.9 Cloretos ... 46 3.10.10 Fósforo Total ... 47
3.10.13 Amônia (nitrogênio amoniacal) ... 49 3.10.14 Nitratos ... 50 3.10.15 Nitrito ... 51 3.10.16 pH ... 51 3.10.17 Fluoreto ... 52 3.11 Cultura do Eucalípto ... 52
3.11.1 Necessidade de água na cultura do eucalipto ... 53
3.11.2 Conservação do solo e da água ... 54
3.11.3 Eucalyptus Urograndis ... 54
4 METODOLOGIA ... 56
4.1 Localização e dimensões do experimento ... 56
4.2 Características do solo e clima local ... 57
4.3 Instalação do campo experimental ... 57
4.3.1 Limpeza da área e controle de formigas ... 57
4.3.2 Delineamento experimental ... 59
4.3.3 Adubação e plantio ... 61
4.3.4 Instalação de coletores de drenagem livre próximos à superfície... 61
4.3.5 Instalação dos poços de monitoramento da água subterrânea ... 63
4.3.6 Sistema de irrigação ... 64
4.3.7 Caracterização e capacidade de retenção de água do solo ... 67
4.4 Irrigação e Precipitações Pluviométricas ... 70
4.5 Caracterização dos líquidos utilizados na irrigação ... 73
4.6 Monitoramento dos lixiviados ... 77
4.7 Monitoramento da água do lençol freático ... 78
5 RESULTADOS E COMENTÁRIOS ... 81
5.1 Eficiência de remoção de carga orgânica no tratamento solo-planta ... 81
5.2 Qualidade dos líquidos percolados próximo à superfície de irrigação. ... 84
5.2.1 Escherichia coli ... 84
5.2.2 Metais ... 85
5.2.3 Nitrato ... 87
5.3.1 Escherichia coli ... 89 5.3.2 Metais ... 89 5.3.3 Nitrato ... 90 5.3.4 Condutividade elétrica ... 91 5.3.5 pH ... 93 5.3.6 Fluoretos ... 93 6 CONCLUSÕES ... 94 7 RECOMENDAÇÕES ... 95 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 96
9 DADOS BRUTOS DAS AMOSTRAS COLETADAS NOS POÇOS DE MONITORAMENTO... 106 10 DADOS DAS AMOSTRAS COLETADAS NOS DRENOS DE SUPERFÍCIE 115
1
INTRODUÇÃO
Sendo o custo da produção de água de boa qualidade cada vez mais alto, a tendência é priorizar o seu uso para o abastecimento para o consumo humano, tornando cada vez mais proibitivo a utilização de água potável para usos menos nobres. Em face dessa situação, o reúso da água visando à substituição de fontes de água mostra-se uma boa alternativa para satisfazer as demandas menos restritivas como, por exemplo, a irrigação agrícola e processos industriais, possibilitando, dessa forma, que águas de melhor qualidade se destinem ao uso mais nobre. (MÁXIMO, 2005)
Segundo Máximo (2005), o setor agrícola consome cerca de 70% da água produzida no Brasil, sendo o reúso de água na atividade agrícola uma alternativa bastante interessante. Além disso, o reúso se apresenta como uma alternativa com grandes atrativos ecológicos, já que possibilita a reciclagem de nutrientes, bem como o controle de poluição, e, consequentemente gera economia de fertilizantes e economia no tratamento de águas. Entretanto, a utilização de águas residuárias na irrigação agrícola pode oferecer riscos à saúde humana caso não se efetue manejo adequado dos efluentes. Dessa forma devem-se avaliar as características desses efluentes quanto às normas de Saúde Pública para se evitar que ocorram prejuízos à saúde dos envolvidos no processo de produção e eventuais consumidores.
Recentemente, as exigências legais relativas ao gerenciamento das águas tornaram-se mais restritivas, fazendo-se necessário investigar alternativas para o reúso e melhoria dos processos de tratamento e disposição final das águas residuárias.
Destaca-se a esta realidade a Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005, a qual aplica valores mais restritivos aos parâmetros de lançamento de efluentes, os quais desqualificam a maioria dos sistemas de tratamento por lagoas quanto aos novos padrões de lançamento. Este novo padrão requer adequação dos sistemas de tratamentos, em nível terciário, necessidade de desinfecção, entre outros. Nesse sentido, este estudo tem como proposta avaliar o impacto da irrigação com efluente sanitário, oriundo de tratamento em lagoa facultativa, na qualidade da água do lençol freático, quanto à presença de organismos patogênicos e parâmetros físico-químicos, quando comparados à irrigação com água “in natura” proveniente de manancial de superfície e a ausência da irrigação.
A utilização de efluentes de tratamento de esgoto doméstico na agricultura vem se evidenciando pelo interesse comum dos agricultores e os responsáveis pelo tratamento e destino final dos resíduos dos esgotos sanitários graças aos benefícios obtidos, ficando um questionamento quanto à influência do lançamento no solo e sua repercussão na qualidade da água subterrânea.
O crescimento dos impactos sobre as águas subterrâneas, provenientes de práticas agrícolas são, aparentemente, um fenômeno recente, associados ao aumento do uso de fertilizantes químicos e pesticidas sintéticos (KRAFT, 1999).
Embora a introdução de microrganismos externos em um ambiente natural, que já possua uma flora microbiana autóctone estabelecida, gere uma competição entre essas duas comunidades, o que acontece normalmente é que a comunidade autóctone prevaleça na competição por nutrientes, terminando por eliminar o grupo que foi introduzido, minimizando o efeito de percolação de microrganismos para níveis mais profundos do solo (ALEXANDER, 1977; ODUM, 1988).
O reúso do efluente da lagoa facultativa foi estudado em um sistema de tratamento pelo método de irrigação utilizando técnica de aspersão. A adoção do sistema de irrigação por dispersão permite o retorno dos elementos básicos aos seus ciclos biogeoquímicos, sendo, também, um processo de recuperação ambiental de resíduos gerados pelas atividades humanas.
O experimento foi desenvolvido na Escola Agrícola em Franca-SP, em área destinada exclusivamente para este estudo.
Esta pesquisa faz parte de uma rede de projetos de editais do RECOOP/REENGE/PROSAB, projetos temáticos, tema 2, apoiados pela FINEP-FNDCT, CNPq e CEF, com a participação de diversas universidades brasileiras, de cujos editais a FEC/UNICAMP participou. O experimento em questão conta com vários outros pesquisadores, desenvolvendo Dissertações de Mestrado e Teses de Doutorado, contemplando além dos objetivos da presente pesquisa, conduzida pelo autor, a avaliação econômica da produtividade da planta, o monitoramento da qualidade da água subterrânea, a avaliação da toxidade da água percolada, bem como o estudo do impacto ambiental da pesquisa na área experimental.
2
OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do estudo foi avaliar a influência da irrigação com efluente proveniente de lagoa facultativa na cultura de eucalipto, verificando o nível de variação na presença de indicadores de organismos patogênicos e concentração de parâmetros físico-químicos.
2.2 Objetivos Específicos
Monitorar a qualidade da água do lençol por meio de coletores de drenagem livre e poços de monitoramento
Avaliar a percolação de metais pesados até a profundidade do lençol freático;
Avaliar a percolação de nitrato até a profundidade do lençol;
Avaliar a lixiviação de sódio;
Avaliar a qualidade microbiológica da água no lençol freático, tomando como referência de indicador Escherichia coli.
3
REVISÃO DA LITERATURA
3.1 O esgoto
Para Jordão (2009), a palavra esgoto costumava ser usado para definir tanto a tubulação condutora das águas servidas de uma comunidade, como também o próprio líquido que flui por essas canalizações. Hoje este termo é usado quase que apenas para caracterizar os despejos provenientes das diversas modalidades do uso e da origem das águas, tais como as de uso doméstico, comercial, industrial, as de utilidades públicas, de áreas agrícolas, de superfície de infiltração, pluviais, e outros efluentes sanitários.
Os esgotos costumam ser classificados em dois grupos principais: os esgotos sanitários e os industriais.
Esgotos sanitários são constituídos essencialmente de despejos domésticos, uma parcela de águas pluviais, água de infiltração e eventualmente, uma parcela não
significativa de despejos industriais, tendo características bem definidas. Tem origem principalmente de residências, edifícios comerciais, instituições ou quaisquer edificações que contenham instalações de banheiros, lavanderias, cozinhas, ou qualquer dispositivo de utilização de água para fins domésticos. Compõem-se essencialmente de água de banho, urina, fezes, papel, restos de comida, sabão, detergentes e água de lavagem.
O esgoto doméstico se caracteriza por ser praticamente homogêneo nas diferentes regiões do país. Os hábitos domésticos (comer, cozinhar, lavar, etc.) são praticamente os mesmos assim como seu horário, em praticamente todas as partes do mundo.
Já os esgotos industriais são extremamente diversos, provém de qualquer utilização da água para fins industriais, e adquire características próprias em função do processo industrial empregado. Assim sendo, cada indústria deverá ser considerada separadamente, uma vez que seus efluentes diferem até mesmo em processos industriais similares.
3.2 Uso de lagoas de establização no tratamento de esgoto
doméstico
As lagoas de estabilização são tanques construídos em terra de forma a receber os esgotos continuamente, garantindo elevados tempos de retenção destes e propiciando mecanismos naturais para a degradação de matéria orgânica e para a redução da concentração de microrganismos. Não há introdução artificial de oxigênio ou aeração eletromecânica. (PIVELLI, 2006).
As lagoas de estabilização podem ser classificadas em anaeróbias, facultativas e de maturação. As lagoas anaeróbias são escavações mais profundas, com altura útil variando na faixa de 3 a 5 metros, retendo os esgotos durante 4 a 6 dias. Nestas condições, garante-se a anaerobiose, uma vez que a penetração de luz e a sobrevivência de algas só é possível e de forma bastante limitada apenas em estreita camada superficial. Por outro lado, a taxa de aplicação de matéria orgânica é forçada, provocando o rápido esgotamento do oxigênio que por ventura esteja presente nos esgotos afluentes. Para as nossas condições de temperatura e para as demais
anteriormente citadas, obtêm-se eficiências na remoção da DBO5 dos esgotos da
ordem de 40 a 60 %. (PIVELLI, 2006).
As lagoas facultativas são escavações mais rasas, com profundidades típicas na faixa de 1,5 a 2,0 m e áreas de espelho de água relativamente maiores do que as das anaeróbias. Os sólidos sedimentáveis presentes nos esgotos depositam-se no fundo das lagoas facultativas, entrando em decomposição anaeróbia. A matéria orgânica solúvel mantém-se na massa líquida, sofrendo decomposição aeróbia pela ação de microrganismos heterotróficos, que aproveitam o oxigênio liberado pela fotossíntese de algas bem como decorrente da ventilação superficial. O gás carbônico resultante da decomposição da matéria orgânica é utilizado como matéria prima para o processo fotossintético, fechando o ciclo da simbiose que caracteriza o processo. Estas lagoas, em condições normais de funcionamento, são capazes de propiciar eficiências na remoção de DBO5 superiores a 80 % (PIVELLI, 2006).
Os sistemas de lagoas de estabilização, que incluem lagoas anaeróbias, facultativas e de maturação, são considerados eficientes na remoção de organismos patogênicos do esgoto. Não provocam grandes remoções de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo. Por isto, são duplamente qualificados para terem os efluentes utilizados em projetos de irrigação de culturas (MOTA, 2009).
Figura 3.1 - Esquema simplificado de uma lagoa facultativa
Figura 3.2 - Fluxograma típico de lagoa facultativa
Fonte: von SPERLING, 2003
De acordo com von Sperling et al (2003), as lagoas facultativas apresentam eficiência, conforme a tabela a seguir.
Tabela 3.1 - Características de eficiência de lagoas facultativas
Parâmetro Concentração (unidade) Eficiência média de remoção (%) DBO5,20 (mg/L) 50 – 80 75 – 85 DQO (mg/L) 120 – 200 65 – 80 SS (mg/L) 60 - 90 70 – 80 Amônia –N (mg/L) >15 <50 N total(mg/L) >20 <60 P total (mg/L) >4 <35 CF (NMP/100ml) 106 - 107 1 – 2 (Unid.log)
Ovos Helm. (ovo/L) <1
Fonte: von SPERLING (2003)
As lagoas de estabilização começaram a ser usadas nos Estados Unidos no início do século XX. No Brasil, o primeiro sistema construído data de 1965, em São José dos Campos/SP, PIVELLI (2006).
As lagoas de maturação são escavações com profundidades inferiores a 1,0 m, permitindo elevados tempos de detenção dos esgotos e o decaimento dos coliformes devido à incidência da radiação ultravioleta da luz solar. Os efluentes das lagoas facultativas são mais clarificados e assim ocorre boa penetração de luz. A baixa concentração de matéria orgânica biodegradável contribui para o decaimento por metabolismo endógeno. Promove boa nitrificação dos esgotos e pequeno aumento na
remoção de DBO5. Obtém-se normalmente eficiências na remoção de coliformes
fecais superiores a 99,99%, com efluentes com concentrações de coliformes fecais inferiores a 103CF/100 mL. Em áreas densamente habitadas pode ser difícil a
existência de área suficiente para a implantação de lagoas de maturação. Um tempo de detenção típico é de 7 dias para a obtenção das eficiências mencionadas, devendo-se recorrer aos modelos de decaimento de coliformes e aos padrões do corpo receptor para a definição do tempo de detenção hidráulico necessário(PIVELLI, 2006).
Segundo Pivelli (2006), as vantagens do emprego de sistemas com lagoas de estabilização podem ser:
O baixo custo de implantação do sistema, exceto se a área for muito valorizada ou se houver necessidade de substituição de solo;
A operação é bastante simples, sendo bastante adequados para pequenas populações onde as companhias possuem menores recursos;
O projeto é bastante simples e o terreno reaproveitável. Como principais desvantagens podem ser listadas:
A exigência de áreas relativamente grandes:
A presença de elevadas concentrações de algas no efluente final e
A exalação de maus odores pelas lagoas anaeróbias.
Tabela 3.2 - Faixas de eficiências de remoção (%) de constituintes físico-químicos, organismos patogênicos e indicadores em lagoas de estabilização. Parâmetro facultativa Lagoa Lagoas anaeróbia + facultativa
Lagoas facultativa + maturação Lagoas anaeróbia + facultativa - maturação DBO 75 - 85 75 – 85 80 – 85 80 – 85 DQO 65 - 80 65 – 80 70 – 83 70 – 83 SS 70 - 80 70 – 80 70 - 80 70 - 80 Amônia < 50 < 50 40 – 80 40 – 80 Nitrogênio < 60 < 60 40 – 65 40 – 70 Fósforo < 35 < 35 > 40 > 40
Coliformes 1 – 2 log 1 – 2 log 3 – 6 log 3 – 6 log
Bactérias
patogênicas 1 – 2 log 1 – 2 log 3 – 6 log 3 – 6 log
Vírus 1 log 1 log 2- 4 log 2- 4 log
Cistos de
protozoários 100% 100% 100% 100%
Ovos de helmintos 100% 100% 100% 100%
No Brasil, com as restrições impostas no artigo 34 §5º da Resolução nº 357, de 17 de março de 2005 do CONAMA para lançamento de efluentes de qualquer fonte poluidora estava restritiva de tal forma que, vinha inviabilizando o uso de ETE com processo de Lagoas de Estabilização, ou seja, impunha limites tão restritivos para alguns parâmetros (exemplo: nitrogênio amoniacal limitado a 20 mg/L - N).
Com a Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011, houve uma alteração parcial da Resolução 357, onde consta na seção III, artigo 21 os valores mostrados na tabela ficou viabilizado o uso de lagoas de estabilização.
A Tabela 3.3 mostra as principais exigências impactantes nas alterações da Resolução 357 quanto às exigências nos lançamentos oriundos de Estações de Tratamento de Esgoto.
Tabela 3.3 - Padrões para efluentes de sistemas de tratamento de esgotos sanitários
Parâmetro Valores limites
pH entre 5 e 9
Temperatura < 10ºC
Sólidos Sedimentáveis < 1 mL/L
DBO < 120 mg/L
Óleos e Graxas < 100 mg/L
Nitrogênio Amoniacal total não exigido
Fonte adaptada: Resolução CONAMA nº 430, de 13 de maio de 2011
3.3 Reúso da água
O termo reúso para água vem sendo amplamente utilizado por vários especialistas, entretanto, a sua interpretação nem sempre tem a mesma combinação entre as varias fontes.
Para a WHO (1973), o reúso tem as seguintes definições:
reúso indireto: ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes para uso doméstico ou industrial, é descarregada nas águas
superficiais ou subterrâneas e utilizada novamente a jusante, de forma diluída;
reúso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para certas finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aquífero e água potável;
reciclagem interna: é o reúso da água internamente às instalações industriais, tendo como objetivo a economia de água e controle de poluição.
Lavrador Filho (1987) sugere uma terminologia para uniformização de linguagem para a definições de reúso:
“Reúso da Água: é o aproveitamento de águas já utilizadas, uma ou mais vezes, em alguma atividade humana, para suprir as necessidades de outros usos benéficos, inclusive o original. Pode ser direto ou indireto, bem como decorrer de ações planejadas ou não planejadas.”
“Reúso indireto não planejado de água: ocorre quando a água, já utilizada uma ou mais vezes em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e não controlada. Nesse caso, o reúso da água é um subproduto não intencional da descarga de montante. Após sua descarga no meio ambiente, o efluente foi diluído e sujeito a processos de como autodepuração, sedimentação, entre outros, além de eventuais misturas com outros despejos advindos de diferentes atividades humanas”. “Reúso planejado de água: ocorre com os efluentes, depois de convenientemente tratados, são descarregados de forma planejada nos corpos d’água superficiais e subterrâneos, para serem utilizados a jusante em sua forma diluída e de maneira controlada, no intuito de uso benéfico.”
Nem sempre a identificação e classificação de água de reúso é simples, pois grande parte de corpos d’água fica a dúvida de sua origem ter recebido lançamentos de parcelas de águas oriundas do reúso.
3.4 Retrospectiva do reúso de águas
As primeiras realizações no campo de reúso de água são sinônimas à prática histórica de tratamento e disposição de água residuária no solo. Com o advento dos
sistemas de tratamento de esgotos no século XIX, as águas residuárias costumavam ir para “fazendas de esgotos”, e em 1900 havia numerosas fazendas de esgotos na Europa e nos Estados Unidos. Apesar dessas fazendas de esgotos serem usadas unicamente para a disposição de resíduos, acabou fazendo-se um uso acidental da água para produção de culturas ou para outros usos benefícios (METCALF & EDDY, 2004).
O desenvolvimento de programas para o reúso de água planejado começou nos EUA na primeira parte do século XX. O estado da Califórnia conduziu esforços para promover a recuperação e o reúso de água, e a primeira regulamentação a respeito foi promulgada em 1918. Alguns dos primeiros sistemas de reúso foram desenvolvidos para prover água para irrigação, com projetos implementados no Arizona e na Califórnia no final dos anos 20. Nos anos 40, o efluente de água residuária clorado era utilizado no processamento do aço, e nos anos 60, os sistemas de reúso urbano foram desenvolvidos no Colorado e Flórida (ASANO E LEVINE, 1996).
Em meados de 1912, iniciou-se o uso de águas residuárias sem tratar, no parque “Golden Gate” em São Francisco, para a irrigação de gramados e suprimento de lagos ornamentais. Após o início da operação, construiu-se uma fossa séptica para tratar a água residuária utilizada. Em 1932, foi construída uma estação de tratamento de águas residuárias próximas ao parque, e a sua utilização se deu até o ano de 1985 (METCALF & EDDY, 2004).
Em 1942, na cidade de Baltimore, Maryland, a indústria siderúrgica “Bethlem” começou a usar água residuária clorada, e atualmente, utiliza efluente secundário para resfriamento de metais e processamento de aço. De uma maneira geral, observa-se uma corrida das indústrias por suprimentos alternativos de água (METCALF & EDDY, 2004).
Em 1960, foi implementado na cidade de Colorado Springs, no Colorado, um sistema dual de abastecimento de água, o qual supre com água residuária recuperada a demanda para irrigação paisagística em campos de golfe, parques, cemitérios, e para limpeza de logradouros públicos (METALCALF & EDDY, 1991)
A cidade de Windhoek, capital da Namíbia, aproximou-se dos limites das suas fontes convencionais de água potável durante os anos 60. Até então, a abstração de água subterrânea bem como as fontes de água superficiais nas vizinhanças já haviam sido completamente exploradas, e a cidade foi forçada a implementar uma
recuperação direta da água residuária para uso potável. Isso atribuiu enormes mudanças em termos de problemas técnicos, associados aos riscos à saúde e aceitação pública. Apesar desses problemas, o sistema foi colocado em uso com sucesso em outubro de 1968, em tempo de evitar uma crise de água causada pela seca e tem produzido água potável aceitável para a cidade desde então (HAARHOFF E VAN DER MERWE, 1996). Windhoek é a primeira cidade no mundo a praticar o reúso de água para fins potáveis, em grande escala (HAMMER, 1979).
Nos anos 90, o aumento do interesse no reúso de água em muitas partes do mundo está ocorrendo em respostas às crescentes pressões por fontes de alta qualidade e seguras, para a agricultura, indústria e o público, uma situação que é agravada nos anos de seca (ASANO E LEVINE, 1996).
Os testes continuados, a implementação de sistemas de tratamento e as novas aplicações têm ajudado a superar muitas barreiras técnicas impostas aos projetos de reúso. Melhoramentos na confiabilidade de processos de tratamento, avaliação de riscos e a confiança pública nos sistemas de reúso em conjunção com o aumento da demanda de água e necessidades de controle de poluição tem promovido a integração do reúso de água dentro das estratégias de gerenciamento de recursos hídricos no mundo. É importante reconhecer que a aceitação pública dos projetos de reúso é vital para o futuro da recuperação, reciclagem e reúso de águas residuárias; as consequências de uma percepção pública desfavorável podem pôr em risco futuros projetos envolvendo o uso de água residuária recuperada (ASANO E LEVINE, 1996).
3.5 Utilização de efluentes para irrigação
A agricultura é diretamente dependente do suprimento de água, considerando que a escassez dos recursos hídricos se torna cada vez mais acentuada, o reúso das águas para utilização na agricultura vem sendo uma alternativa em franca ascensão em nosso país.
O reúso da água na agricultura pode ser vantajoso, visto que o nível de tratamento requerido para as águas residuárias frequentemente é moderado, a água residuária contém os nutrientes necessários às plantas e condiciona o solo, as áreas agrícolas podem ser adjacentes às estações de tratamento, e se gera renda com o crescimento das culturas (HAMMER E HAMMER JR., 1996).
Além disso, são necessários grandes volumes de água para irrigação agrícola, o que faz com que o reúso surja como uma boa alternativa para a produção de alimentos. Segundo Hespanhol (2003), atualmente a agricultura depende do suprimento de água a um nível tal que a sustentabilidade da produção de alimentos não poderá ser mantida sem que critérios inovadores de gestão sejam estabelecidos e implementados em curto prazo.
De uma maneira geral, as pesquisas relacionadas ao reúso do esgoto doméstico através de processos de irrigação estão relacionadas a lagoas de estabilização (KONIG et al., 1997; MARA,1999), atendendo as recomendações da OMS.
No Brasil e várias regiões do mundo, a aplicação controlada de efluente tratado na agricultura vem sendo realizada. A presença de macro e micronutrientes para a fertilização do solo e o baixo custo de implantação do sistema de lagoas, são fatores que estimulam o reúso da água para fins agrícolas diminuindo a poluição dos mananciais e a não dependência de fertilizantes químicos. Desta forma pesquisas voltadas para o uso de esgotos para irrigação de culturas vem aumentando significativamente.
Ao entender o solo como um elemento depurador, e o sistema solo-planta como um reator renovável, reator este regido pelas leis da natureza, pode-se entender também, neste contexto, os esgotos como fonte de energia, e não como um grande problema ambiental (PAGANINI, 1997).
No Brasil o uso consumptivo de água para a agricultura, em grandes números, é de 70% do total consumido atualmente. Os 30% remanescentes destinam-se a usos domésticos e industriais, em partes iguais. É muito provável que, antes do término desta década, a agricultura apresente uso consumptivo próximo a 80%, aumentando os conflitos de uso que hoje ocorrem nas grandes bacias hidrográficas brasileiras, principalmente naquelas com desenvolvimento agrícola e urbano significativo (HESPANHOL, 2003).
Com o desenfreado crescimento populacional, a expansão industrial e a notória degradação dos mananciais, no Brasil cada vez mais a disponibilidade de água com qualidade vem se tornando mais restritiva, provocando desta forma a utilização de águas de reúso.
Destaca também que o esgoto é frequentemente uma fonte confiável de água para a irrigação durante o ano inteiro, e nele estão contidos nutrientes necessários ao
crescimento das plantas, desta forma, o seu valor tem sido reconhecido ao longo do tempo pelos agricultores de todo o mundo. O uso do esgoto na agricultura é uma forma de reciclagem de nutrientes e de água, além de reduzir os impactos ambientais aos corpos d’água e ao solo. Morelli (2005) ressalta que o reúso reduz a demanda sobre os mananciais de água devido à substituição da água potável por uma água de qualidade inferior, tal substituição é possível em função da qualidade requerida para o atendimento das finalidades que podem prescindir desse recurso dentro dos padrões de potabilidade.
A aplicação de esgotos no solo é uma forma efetiva de controle de poluição e uma alternativa viável para aumentar a disponibilidade hídrica em regiões áridas e semi-áridas. Os maiores benefícios dessa forma de reúso são aqueles associados aos aspectos econômicos, ambientais e de saúde pública (HESPANHOL, 2003).
Estes benefícios econômicos estão associados à produtividade, graças aos teores de nitrogênio e fósforo que acompanham o esgoto desde sua fase “fresca” até as diferentes etapas de processos de tratamento, inclusive o efluente final. A presença desses dois importantes nutrientes reduz consideravelmente a quantidade de fertilizantes comerciais.
O Nitrogênio presente no esgoto doméstico, logo após a oxidação é transformado em amônio (NH4+) e nitrato (NO32-), que são absorvidos pelas plantas.
O íon amônio pode ser retido pelos minerais e pela matéria orgânica, enquanto o íon nitrato é arrastado pela água que percola podendo atingir o lençol freático (BERNARDO, 1986). O nitrato tem alta mobilidade no meio (solo) e em solos arenosos a percolação é rápida (CORAUCCI FILHO et al., 1999). O uso de efluentes em solos com baixa permeabilidade reduz a percolação e possíveis problemas de contaminação de lençóis freáticos (GILDE et al., 1971).
Alguns trabalhos desenvolvidos no Brasil evidenciam as vantagens do reúso de efluentes domésticos na agricultura, entre eles pode-se destacar os desenvolvidos na UNICAMP, utilizando efluentes domésticos e industriais (FIGUEIREDO, 1985; NOUR, 1990; CORAUCCI FILHO, 1992), o estudo de PAGANINI (1997), em Populina-SP, sobre lançamento de efluente doméstico diretamente no solo com objetivo de tratar o esgoto e produzir biomassa para alimentação animal.
No geral, os resultados experimentais agronômicos foram considerados bastante positivos quando se compararam os dados de produtividade de parcelas irrigadas convencionalmente (com água e nutrientes) com aquelas que receberam
esgoto tratado. Esses resultados sinalizam, fortemente, as vantagens econômicas efetivas do aporte de nutrientes e reúso de água provenientes do esgoto. (MOTA, VON SPERLING et al, 2009)
No entanto, CORAUCCI FILHO et. al. (1998) alertam que o reúso de efluentes no solo não pode ser encarado como um mero descarte, mas adotar objetivos e critérios da Engenharia Sanitária e os da Engenharia de Irrigação, de forma que o esgoto seja tratado no solo, sem qualquer possibilidade de contaminação do lençol freático, ou de saturação de nutrientes no solo, entre outros.
Outros exemplos de aplicação do sistema são relatados por diversas referências como LANDA et al. (1997) citam a aplicação de efluentes no Vale Tula, no México, que o recebe os esgotos da Cidade do México, com uma população de 18 milhões de habitantes e que produz cerca de 60 m3 s-1 de águas residuárias ( 80% corresponde ao esgoto e 20% a água da chuva, que só ocorre na estação chuvosa) . Este volume de efluente tem sido utilizado para irrigar 90.000 hectares no vale de Mezquital a mais de um século e, é aplicado em culturas de milho, arroz, tomate, forragem de aveia e alfafa. Os esgotos contribuem com cerca de 2400 kg de matéria orgânica, 195 kg de nitrogênio e 81 kg de fósforo por ano por hectare. Em áreas com mais de 80 anos de irrigação o fósforo aumentou de 6 para 20 g/m2 no solo, o
nitrogênio de 0,2 kg/m2 para 0,8 kg/m2 e a matéria orgânica de 2% para 5%. Metais
pesados tiveram um aumento de 3 a 6 vezes sobre os valores originais do solo, mas não excederam às recomendações da FAO (FRIEDEL et al., 2000).
Segundo MOTA, VON SPERLING et al. (2009), “há um consenso no grupo de pesquisadores de que a irrigação de culturas com esgoto tratado é uma prática viável e recomendável, capaz de atender aos critérios agronômicos, sanitários e ambientais que garantam a segurança da população atual, sem comprometimento das necessidades das gerações futuras.”
3.5.1 Produtividade agrícola
Quanto à viabilidade de efluentes domésticos para uso na irrigação e consequente benefício na produtividade, várias pesquisas vem evidenciando essa ocorrência.
A Tabela 3.4 apresenta o aumento de produtividade agrícola num experimento realizado em Nagpur, Índia por SHENDE (1985).
Tabela 3.4 - Aumento da produtividade agrícola (t/há ano)
Irrigação efetuada com 8 anos(*) Trigo 5 anos(*) Feijão 7 anos(*) Arroz 4 anos(*) Batata 3 anos(*) Algodão Esgoto bruto Efluente primário Efluente de Lagoa de Estabilização Água + NPK 3,34 3,45 3,45 2,7 0,9 0,87 0,78 0,72 2,97 2,94 2,98 2,03 23,11 20,78 22,31 17,16 2,56 2,3 2,41 1,7 (*) no de anos para cálculo da produtividade média
fonte: Shende, 1985
Destacam-se no Brasil, no município de Franca-SP, as pesquisas realizadas por Veronez (2009) e ratificada por Salomão (2012) para avaliação da produtividade em cultura de eucalipto, tendo como referência o desenvolvimento do diâmetro à altura do peito (DAP), ficou evidente a maior produção nos tratamentos irrigados com efluente quando comparado com água natural de superfície.
3.6 Considerações sobre a irrigação
O solo é um material poroso que retém a água por capilaridade e absorção, mas, sendo um reservatório “sem fundo”, perde água por gravidade.
Se um solo é encharcado, ele tem água em excesso, que não pode reter. Ela drena para camadas mais profundas, fora do alcance das raízes. Se não houver perdas por evaporação, depois de um a dois dias para solos arenosos, e de dois a cinco dias para solos mais argilosos, estabelece-se um equilíbrio entre as forças capilares e de absorção e a força gravitacional: a drenagem cessa e o solo atinge a capacidade de campo. Esta água é retida pelo solo e fica disponível para as plantas e, à medida que extraem água do solo, sua humidade diminui, até atingir o Ponto de Murcha Permanente (PMP) e a planta não consegue mais retirar água do solo. A quantidade de água no solo entre a CC e PMP é denominada Água Disponível (AD). Como antes do PMP a cultura já vem sofrendo déficits hídricos, nunca se deve deixar que toda a AD seja esgotada (REICHARDT, 1994)
A utilização da água de reúso para beneficiamento das áreas agrícolas pode ser praticada de diversas formas, a seguir serão apresentadas algumas alternativas para disposição da água de reúso, seja com a aplicação direta do esgoto doméstico ou em uma de suas fases de tratamento.
3.7 Alernativas técnicas para reúso da água na irrigação.
3.7.1 Gotejamento
A irrigação por gotejamento é praticada através de uma tubulação principal e de maior diâmetro onde são conectados tubos com diâmetros inferiores a 25 mm e perfurados de tal forma a permitir um gotejamento distribuído uniformemente ao longo de toda área a ser irrigada.
3.7.2 Escoamento à superfície
No processo de escoamento à superfície, á água de reúso é lançada na parte superior de um plano inclinado (rampa) a ser irrigado de forma uniforme (com uso de aspersores ou tubos perfurados) e a parcela líquida que fluí no final da rampa é o efluente do processo que é direcionado para um corpo receptor.
A declividade da rampa varia entre 2 e 8 %, de forma a evitar zonas morta com empoçamentos que propiciem digestão anaeróbia com liberação de gases, somada à proliferação de insetos ou mesmo velocidades excessivas que provoquem erosão e caminhos preferenciais que diminuam a eficiência do tratamento (PAGANINI, 1997).
Este processo pode fazer uma irrigação superficial ou sub-superficial, utiliza a água de reúso de forma econômica e eficiente. Tem como desvantagem os constantes problemas de entupimento dos orifícios nas mangueiras.
3.7.3 Inundação
Neste caso o solo a ser irrigado deve estar sob uma área plana e preparado de forma a se obter uma profundidade que possibilite um alagamento uniforme com a água de reúso.
O processo é especialmente indicado para culturas que suportam inundações periódicas. É um processo de fácil operação e baixo custo.
3.7.4 Irrigação por sulcos
Como o próprio nome diz, a irrigação é realizada pelo lançamento da água de reúso em canais (sulcos) por gravidade. Estes sulcos se localizam entre as fileiras da cultura e tem seu dimensionamento em função do volume de água de reúso a ser disposta no solo a ser irrigado.
O espaçamento entre os sulcos serão influenciados pelo tipo de cultura a ser irrigada. Estes sulcos podem ter formatos triangular ou retangular.
Este processo tem como grande vantagem a sua facilidade operacional, seguido de um baixo custo de implantação.
3.7.5 Aspersão
Para esta técnica a água de reúso é conduzida em tubulações pressurizadas e aplicada ao solo por aspersores fixos ou móveis. O sistema é pressurizado com o uso de bombas ou cota hidráulica disponível. É um processo muito eficiente, pois promove uma irrigação uniforme, sua operação exige pessoal treinado.
Este tipo de irrigação pode ser aplicado solos com qualquer tipo de vegetação, no entanto quanto se utiliza esgoto, pode apresentar problemas formação de aerossóis e consequente situação insalubre para seus operadores.
3.8 Considerações sobre a irrigação
O dimensionamento do sistema de irrigação será função das características climáticas, geológicas e topográficas, que afetam parâmetros básicos, tais como o deflúvio superficial, evapotranspiração, capacidade de infiltração, dentre outros. Segundo EPA (1976), tem-se dois tipos de sistemas de irrigação: um, em que o objetivo é maximizar a produção da cultura agrícola, deixando o tratamento do efluente em segundo plano; e, outro, em que o tratamento do efluente é o objetivo da irrigação. O segundo sistema é denominado irrigação a alta taxa e poderá ser utilizado com reservas em cultura secundária (eucaliptos, por exemplo, que tem a característica de alta evapotranspiração).
O primeiro sistema opera com baixas taxas de aplicação, e dessa forma, são necessárias grandes áreas para aplicação dos efluentes, o que propicia maior diluição de poluentes, minimizando os impactos adversos no solo e vegetação.
Para a remoção eficiente de nutrientes na irrigação de alta taxa, a cultura escolhida deve ser tal que assimile a alta concentração de esgoto de forma a evitar a percolação de nutrientes ao lençol freático. Este processo requer menor área para a aplicação, porém o impacto sobre o meio é maior. Devido à alta porcentagem de
evapotranspiração, a concentração de sólidos dissolvidos inorgânicos no líquido percolado pode ser indesejável.
A irrigação pode ser definida como a aplicação de água no solo com o objetivo de atender a demanda hídrica da planta. Porém, conforme ressalta Vieira (1995), irrigar não é “molhar”, e sim disponibilizar à planta a quantidade requerida de água através de sistema de irrigação compatível com o tipo de solo, declividade do terreno, a capacidade de retenção do solo, de acordo com a cultura, tendo como objetivo aumentar a produtividade e qualidade do produto ou obter colheitas fora das épocas normais, sem os inconvenientes da saturação do solo e das perdas por percolação, as quais podem comprometer o lençol freático.
Segundo WHO (2006), a maioria da água aplicada na vegetação é perdida pela evapotranspiração ocorrida na superfície da planta, por essa razão, a água requerida pela vegetação é usualmente equivalente à quantidade de água perdida pela evapotranspiração. A taxa de evapotranspiração depende do tipo de vegetação e de fatores climáticos, que podem ser estimados segundo os dados meteorológicos da região (ALLEN et al., 1998 apud WHO, 2006)
A definição de uma taxa hidráulica que atenda às condições agrícolas baseia-se no potencial matricial do solo para a cultura implantada. O potencial matricial da água do solo (Y) é uma energia negativa, que consiste na retenção da água no solo pela ação das forças de atração das partículas do solo (adsorção) e de capilaridade, contra a qual a planta exerce um esforço pelo menos superior, para poder absorver a água necessária ao seu metabolismo e satisfazer a demanda de evaporação da atmosfera. A planta tem capacidade de absorver a água retida no solo na faixa que vai de um potencial maior (-0,1 a -0,33 atm) a um potencial menor (-15,0 atm). A irrigação define como sendo capacidade de campo (CC) e ponto de murcha permanente (PM), respectivamente, tais faixas, e a diferença entre estas duas tensões, é denominada de água disponível (AD). O potencial matricial crítico (Yc), que varia de cultura para cultura, com o clima, a natureza do solo, o método de irrigação empregado, dentre outros fatores, é obtido experimentalmente. Para o caso do milho este potencial está definido entre -0,5 a -1,5 e, por exemplo, para cana de açúcar de -0,8 a -1,5, conforme Vieira (1995).
Partindo-se da necessidade de água de uma determinada cultura, adota-se um valor para o potencial matricial crítico. Este valor é aplicado na curva característica da umidade do solo, que é a relação entre o potencial matricial crítico e a umidade do
solo, obtendo-se a umidade crítica (UC), que corresponde a um limite inferior de umidade para uma cultura irrigada naquele solo. Quando a umidade do solo atinge a umidade crítica é realizada nova irrigação.
Nas regiões áridas e semiáridas, a irrigação é essencial para a viabilidade econômica da agricultura, conforme salienta Pescod (1992), enquanto que em regiões úmidas e semiúmidas a irrigação é requerida de forma suplementar, com o objetivo de corrigir a distribuição irregular das chuvas ao longo do ano, não comprometendo, assim, o metabolismo da planta, conforme Vieira (1995).
De acordo com EMBRAPA (2005), para fins de definição, a densidade global do solo (Dg), juntamente com a porosidade, dá uma ideia do seu grau de compactação. A densidade global varia de valores menores que 1 g/cm3 geralmente
em solos turfosos, a valores de até 1,9 g/cm3.O solo é composto de partículas sólidas
de várias formas e diferentes dimensões. O espaço poroso pode ser preenchido com quantidades variáveis de água (solução) e ar (gases).
Existem diversas formas de se medir a umidade do solo. O Processo Gravimétrico é o método clássico e o mais utilizado na determinação do conteúdo de água do solo. As amostras são retiradas em vários locais e profundidades, no campo, podendo constituir-se de amostras simples ou compostas. Essas amostras podem ser deformadas, utilizando-se trados comuns, ou não deformadas, de volume conhecido, utilizando-se trados especiais, como, por exemplo, o trado de Uhland. Deve-se ter muito cuidado para evitar perdas de água, por evaporação, pelo solo durante a amostragem. As amostras de solo são colocadas em latas de alumínio e estas, vedadas com fita adesiva. Essas amostras são levadas para o laboratório o mais rápido possível. As amostras são pesadas e levadas à estufa a 105-110°C, onde permanecem até atingirem peso constante, geralmente 48h são suficientes.
Para se determinar as propriedades físicas de um solo, é necessária uma amostragem criteriosa, para que uma determinada amostra represente as condições reais existentes naquele solo.
Para coleta de amostras não deformadas, que são utilizadas para densidade global ou aparente, pontos da curva de retenção de água, estabilidade de agregados, condutividade hidráulica e outros estudos específicos devem ser seguidos alguns cuidados e recomendações.
Para determinação da densidade global, utiliza-se a equação a seguir:
V
ms
rg
Equação 1 Onde: rg = densidade globalms = Massa do solo seco a 105 a 110 0C
V= volume da amostra de solo não deformada (volume do cilindro amostrador)
3.9 Restrições da Salinidade
Entre as preocupações para uso de efluentes na irrigação destaca-se a salinização, que pode ocorrer em solos propícios, em função das características do solo e do relevo. Com práticas inadequadas de irrigação, como a utilização de água com elevada salinidade, uso excessivo de água na irrigação ou a baixa drenagem do solo pode resultar na salinização. Os sais presentes no solo podem ser trazidos à superfície pelo fenômeno de capilaridade, fenômeno que é mais significativo quando o lençol freático é pouco profundo, ou há irrigação em excesso. Este problema poderá estar associado à irrigação com efluente tratado.
A EPA recomenda que seja monitorada a salinidade do solo por meio da RAS (Razão de Absorção de Sódio), de forma contínua, para permitir tomada de decisões quanto à impermeabilização do solo e a baixa eficiência do sistema. Segundo Organização Mundial de Saúde, Who (2006), dependendo do tipo de solo e das condições de lavagem e drenagem, problemas relacionados à salinidade poderão ocorrer quando a Condutividade Elétrica for maior que 3 dS/m, os Sólidos Dissolvidos maior que 500 mg/L (sendo severos se 2000 mg/L) e a RAS de 3 a 9.
A RAS pode ser calculada por meio da fórmula (CETESB, 2005):
2
Mg
Ca
Na
RAS
Equação 2 onde::Na = concentração de sódio expressa em mE L-1 (miliequivalente por litro)
Ca = concentração de cálcio expressa em mE L-1
Mg = concentração de magnésio expressa em mE L-1
Para conversão das concentrações de Na, Ca, e Mgem mE L-1 devem ser divididas respectivamente por 23, 20 e 12,2.
NUCCI et al. (1978) consideram críticos os valores da Relação de Absorção de Sódio (RAS), maiores que 10, encontrados em solos tratados com efluentes. A aplicação de calcário a estes solos pode equilibrar os elevados teores de sódio presentes, reduzindo os danos do excesso do elemento para o solo e plantas.
Em função da condutividade elétrica e do RAS e com o diagrama da Figura 3.3, a água para irrigação pode ser classificada quanto ao perigo de salinização do solo.
Figura 3.3 - Diagrama para classificação de água de irrigação de (U.S. Salinity Laboratory Satff
Fonte: citado por STEFANUTTI (2006)
Interpretações do diagrama quanto ao perigo de salinização:
C1: Águas com baixa salinidade. Pode ser usada na maioria das lavouras e em quase todos os solos, com pequeno risco de salinização, salvo se a permeabilidade for extremamente baixa;
C2: Águas com salinidade média. Pode ser usada na em solos que apresentam lixiviação moderada. As plantas com baixa tolerância salina podem ser cultivadas, na maioria dos casos, sem perigo;
C3: Águas com salinidade alta. Não pode ser usada em solos de drenagem deficiente. Se presta para culturas com boa tolerância salina;
C4: águas com salinidade extremamente alta. Não devem ser usadas para irrigação, salvo em plantas com alta resistência salina em solos bastante permeáveis, e abundantemente irrigadas.
3.10 Qualidade da água relacionada à irrigação
3.10.1 Generalidade e aspectos legais
Em geral os esgotos domésticos são constituídos em cerca de 99% de água e 1% de colóides suspensos e dissolvidos, orgânicos e inorgânicos compostos, incluindo os macronutrientes essenciais às plantas, como o nitrogênio, o fósforo e o potássio, além de micronutrientes, como o cobre e o zinco.
Vários estudos indicam impactos positivos na irrigação com esgotos sobre a produção das culturas devido aos nutrientes e a matéria orgânica dos esgotos (SCOTT et al., 2000).
Quanto aos impactos negativos, a salinidade do solo tem aumentado em regiões como o Vale Mezquital, tendo atingido a atividade microbiana. Em regiões com drenagem deficiente a salinidade tem causado maiores problemas (FRIEDEL et al., 2000).
O reúso de efluentes de esgoto doméstico para fins agrícolas deve receber especial atenção quanto aos poluentes presentes antes de ser lançada no solo. Os contaminantes podem ser de origem inorgânica ou orgânica.
Para WEBER et. al. (2006), a maioria das regulamentações sobre o reúso de esgoto quando refere-se aos contaminantes químicos, tipicamente limita-se a parâmetros como a DQO (Demanda Química de Oxigênio), a DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), pH, e SST (Sólidos Suspensos Totais), alguns produtos químicos específicos, metais pesados, óleos minerais e alguns pesticidas, além parâmetros relacionados aos microrganismos patogênicos. Porém, mais recentemente, vem surgindo uma preocupação a respeito dos fármacos e hormônios.
Para SALGOT et al. (2006), já há uma preocupação internacional em se criar requerimentos para a inclusão de parâmetros químicos nas diretrizes que regulamentam o uso de esgotos na agricultura, pois os produtos químicos em concentrações baixas podem não causar algum problema imediato, mas podem a longo prazo apresentar efeitos crônicos ou bioacumulação.
A maioria dos fármacos é detectada em esgotos domésticos tratados ou não e também em corpos d’água, pois eles são drogas utilizadas em diversos fins terapêuticos de humanos e animais (TOZE, 2006).
Segundo Fedesa (1997 apud KÜMMERER, 2001), somente na Europa, cerca de 10.000 toneladas de antibióticos são consumidos por ano, sendo 5.000 toneladas são utilizadas em atividades veterinárias e as outras 5.000 toneladas na medicina humana.
Um dos principais objetivos dos processos de tratamento de esgoto é a eliminação de agentes patogênicos para reúso. As diretrizes de qualidade das águas residuárias e as normas para seu reúso são expressas de acordo com o número máximo permissível de bactérias do tipo E. coli e de ovos de helmintos. Na prática, o
E. coli pode ser empregado como o principal indicador de agentes patogênicos,
considerando que os mesmos predominam nas fezes humanas e tem como característica a sobrevivência no ambiente, além da sua eliminação em processos de tratamento de esgoto ser similar aos organismos patogênicos. Entretanto, o E. Coli fica limitado a indicação de presença ou ausência de grupos de bactérias patogênicas, pois não é seguro para identificar a possibilidade de presença de outros organismos como protozoários, helmintos e vírus.
Geralmente, as normas ou diretrizes sobre a qualidade das águas residuárias que se pretendem empregar na irrigação de cultivos sem restrição, incluindo legumes e verduras consumidas cruas, possuem regras explícitas. Indica o número máximo de coliformes e requisitos mínimos de tratamento, primário, secundário ou terciário, segundo a cultura que se quer irrigar.
Conforme SUEMATSU & NAVARRETE (1995), as normas estabelecidas nos últimos 50 anos têm sido, em geral, muito restritivas. Elas se baseiam em avaliações teóricas de possíveis riscos para a saúde e da sobrevivência de agentes patogênicos nas águas residuárias, no solo e nas plantas, mas também em experiências epidemiológicas de risco real.
Até certo ponto, as primeiras normas basearam-se em uma concepção de risco nulo. As normas do Departamento de Saúde Pública do Estado da Califórnia permitiam, até então, um total de 2,2 a 23 NMP 100 mL-1, segundo a cultura e o sistema de irrigação (SILVA, 2003).
A Resolução nº 54, de 28 de novembro de 2005 – Conselho Nacional de Recursos Hídricos – CNRH , estabelece modalidades, diretrizes e critérios gerais para a prática de reúso direto não potável de água, e dá outras providências.
Tabela 3.5 - Valores microbiológicos para uso de esgoto doméstico tratado na aplicação em culturas.
Categoria Condições de
reuso Grupos expostos
Técnicas de Aplicação Ovos de helmintos a (média aritmética do no de ovos por litrob) Coliformes termotolerantes (média geométrica do no por 100 mlc) A Campos esportivos, parques públicos Trabalhador, público Qualquer ≤ 0,1 ≤ 200 B Cereais, cultura a ser industrializada, silvicultura, árvores frutíferas, forrageira para feno e silagem
B1 – trabalhadores (exceto crianças menores de 15 anos), comunidades vizinhas (a) aspersão ≤ 1,0 ≤105 B2 – Idem ao B1 (b) inundação /canal ≤ 1,0 ≤ 10 3 B3 – trabalhadores incluindo crianças menores de 15 anos, comunidades vizinhas Qualquer ≤ 0,1 ≤ 103 C Aplicação localizada de culturas da categoria B se não ocorrer exposição de trabalhadores e público Nenhum Gotejamento, microaspersã o
Não aplicável Não aplicável
a – Ascaris e Trichuris e ancilóstomo; esse valor tem, também a intenção de proteger contra riscos de protozoários b – Durante o período de aplicação
c – Durante o período de aplicação (a contagem de coliformes termotolerantes deve ser feita, de preferência, semanalmente, no mínimo mensalmente)
d – Para árvores frutíferas, a aplicação deve ser interrompida duas semanas antes da colheita e, a fruta não pode ser colhida do chão. A aplicação em aspersão convencional não deve ser usada.
e – Aplicação em plantas forrageiras não será permitida para pastejo direto. O fornecimento de forrageira no cocho é considerado como pastejo direto.
Fonte: CETESB (2006) adaptado de Who (2000).
3.10.2 Bactérias
As bactérias são os organismos em maior número nos esgotos sanitários, são seres unicelulares e dependendo da espécie, e se reproduzem por divisão binária simples. Uma fração importante da população de bactérias presentes nos esgotos sanitários faz parte da microbiota do trato gastrointestinal dos seres humanos, como exemplo o E. coli, a Klebsiella spp. e o Enterobacter spp., destacando-se o grupo dos coliformes termo tolerantes (anteriormente denominados coliformes fecais), que devido às suas características é o mais importante organismo escolhido como indicador de contaminação bacteriológica em águas de maneira geral. Mesmo não
