AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO EM ÁGUA RESIDUÁRIA DE BOVINOCULTURA AO LONGO DA ESTAÇÃO PILOTO DE TRATAMENTO CONTENDO LEITOS CULTIVADOS

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AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO EM ÁGUA RESIDUÁRIA

DE BOVINOCULTURA AO LONGO DA ESTAÇÃO PILOTO DE

TRATAMENTO CONTENDO LEITOS CULTIVADOS

Gilda Vieira de Almeida*

Universidade Federal Rural do Rio e Janeiro, Seropédica, RJ, Brasil Instituto de Tecnologia

Departamento de Engenharia

gilda-almeida1@hotmail.com

Leonardo Duarte Batista da Silva

monitoreambiental@gmail.com

Alexandre Lioi Nascentes

alexandrelioi@gmail.com

Camila Pinho de Sousa

camilafepi@hotmail.com

Thayza Oliveira Nacena de Santana

thayzah.oliveira@gmail.com

Resumo

Tendo em vista que o despejo de nutrientes em corpos hídricos ocasiona um desequilíbrio no ambiente aquático e consequentemente a eutrofização de lagos e rios causando a morte dos organismos que vivem neste ambiente, é imprescindível o tratamento da água residuária a ser lançada em corpos hídricos. Diante do problema de poluição dos recursos hídricos pela pecuária

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leiteira, o presente trabalho apresenta a avaliação da remoção de nitrogênio em uma estação piloto de tratamento. O trabalho foi desenvolvido na área experimental do Sistema Integrado de Produção Agroecológica (SIPA), também conhecida como “Fazendinha Agroecológica” localizada no município de Seropédica, RJ/Brasil, no período compreendido entre junho e novembro de 2014. O sistema de tratamento da ARB é consistido por uma estação piloto composta por: tanque de sedimentação, caixa de passagem, filtro de brita, filtro orgânico, sistema de alagado construído (wetland). Em relação ao SAC verificou-se uma redução de amônia, nitrato, nitrito e nitrogênio total de 31%, 1,8%, 22% e 28%, respectivamente. O filtro anaeróbio apresentou redução de amônia, nitrato, nitrito e nitrogênio total de 1,8%, 38,6%, 52,5% e 28%, respectivamente. O filtro orgânico apresentou reduções de amônia e nitrato de 2,9% e 2,5%, respectivamente, e um acréscimo de nitrito e nitrogênio total de 6,2% e 1,1%. Os componentes mais eficientes da estação de tratamento foram o filtro anaeróbio e o sistema alagado construído, sendo que o SAC foi mais eficiente na remoção de amônia enquanto o filtro anaeróbio na remoção de nitrato. O filtro orgânico mostrou-se dispensável em relação à remoção de nitrogênio, uma vez que contribuiu para o incremento na concentração do mesmo.

Palavras-chave: Sistema alagado construído. Filtro anaeróbio. Filtro orgânico. Amônia. Recursos hídricos.

1 Introdução

A pecuária de leite apresentou elevada participação no Produto Interno Bruto (PIB) brasileiro, no ano de 2011, contribuindo com 32 bilhões de reais (IBGE, 2012). Essa contribuição evidencia a importância deste setor na economia do país, assim como na área social contribuindo para a nutrição e geração de empregos.

Pesquisas realizadas pelo Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA) apresentam uma taxa de crescimento anual de 1,9% na produção de leite, o que corresponderá a 41,3 bilhões de litros de leite cru no final de 2023. Regionalmente, verificou-se que o Sudeste foi responsável por 41% da aquisição nacional de leite, o Sul por 33,8% e o Centro-Oeste por 14,4% no 2º trimestre de 2014, fato que demonstra potencial de crescimento na região Sudeste (IBGE, 2014). A crescente produção de leite no Brasil demonstra a necessidade de maiores cuidados em relação ao efluente gerado pela criação de gado leiteiro.

Nesse sentido, a quantidade de dejetos produzidos diariamente por bovinos de leite é um dos maiores problemas em sistemas de manejo intensivo. A disposição dos resíduos das instalações animais tem se constituído num desafio para criadores e especialistas, pois envolve aspectos técnicos, sanitários e econômicos.

Além disso, os efluentes orgânicos oriundos de sistemas de produção leiteira confinada, quando lançados num corpo receptor, provocam alterações físicas e químicas nos mananciais, oferecem riscos à saúde publica e ao abastecimento, porque podem estar presentes na água potável elementos patogênicos e/ou tóxicos (SILVA E ROSTON, 2010).

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dejetos da produção leiteira, o governo federal tem se mobilizado a fim de desenvolver métodos de produção e tratamento que não causem contaminações no meio ambiente. Têm sido desenvolvidos projetos que visam fornecer apoio para que os produtores consigam realizar atividades produtivas economicamente viáveis, socialmente justas e ambientalmente corretas. Pode-se citar como exemplo de apoio o projeto Desenvolvimento Regional Sustentável (DRS) idealizado pelo Banco do Brasil que considera o impacto da contaminação da água e do solo (Fundação Banco do Brasil, 2010).

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) define que as fontes potencial ou efetivamente poluidoras dos recursos hídricos deverão buscar práticas de gestão de efluentes com vistas ao uso eficiente da água, à aplicação de técnicas para redução da geração e melhoria da qualidade de efluentes gerados e, sempre que possível e adequado, proceder à reutilização. Os efluentes não poderão conferir ao corpo receptor características de qualidade em desacordo com as metas do seu enquadramento (CONAMA, 2011). Dentre as tecnologias utilizadas no tratamento de efluentes, o Sistema Alagado Construído (SAC) cultivado com macrófitas aquáticas tem sido apresentado como uma técnica ambiental economicamente viável (ABRAHÃO, 2006; FIA, 2008; AVELAR, 2012). Neste tratamento é utilizado o sistema substrato-planta-microrganismos como reator para a depuração dos resíduos.

Por usarem recursos naturais e renováveis, além de apresentarem fácil operação e manutenção, os SACs se tornaram indicados para aplicação em regiões carentes de saneamento básico, adequando-se perfeitamente aos países de clima tropical, como é o caso do Brasil (BRASIL, 2005). De acordo com Valentim (2003), por sua simplicidade conceitual e facilidade de construção, seu baixo consumo de energia, sua incorporação à paisagem, sua versatilidade e longevidade, os SACs são aplicados no tratamento de diversas águas residuárias.

O despejo de nutrientes em corpos hídricos ocasiona um desequilíbrio no ambiente aquático e consequentemente a eutrofização de lagos e rios causando a morte dos organismos que vivem neste ambiente. Além disso, algumas algas podem produzir toxinas prejudiciais à saúde humana e animal, comprometendo a vida dos seres vivos que se beneficiam destes corpos hídricos.

Diante do exposto no presente trabalho será avaliada a eficiência na remoção de nitrogênio ao longo da estação piloto de tratamento.

2 Materiais e métodos

O trabalho foi desenvolvido na área experimental do Sistema Integrado de Produção Agroecológica (SIPA), também conhecida como “Fazendinha Agroecológica” localizada no município de Seropédica (latitude 22º48’00’’S; longitude 43º41’00’’W; altitude de 33 metros),

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RJ/Brasil, no período compreendido entre junho e novembro de 2014. O SIPA é fruto de um convênio entre a EMBRAPA Agrobiologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) e a Empresa de Pesquisa Agropecuária do Estado do Rio de Janeiro (PESAGRO – RIO). Com uma área total de 59 ha, ela é caracterizada como um espaço destinado à experimentação agrícola sob o manejo agroecológico.

O sistema de tratamento da ARB é consistido por uma estação piloto composta por: tanque de sedimentação, caixa de passagem, filtro de brita, filtro orgânico, sistema de alagado construído (wetland).

O tanque de sedimentação está instalado na área do SIPA e consiste de um reservatório de alvenaria de 5 m3. A água residuária de bovinocultura de leite chega por gravidade até este tanque por meio de uma tubulação que recebe o efluente proveniente da sala de ordenha e do curral que estão instalados próximos em uma área com uma cota mais alta.

A ARB é bombeada do tanque de sedimentação para a caixa de passagem para que possa descer por gravidade até o filtro de brita. O filtro de brita é constituído por uma caixa d’água de mil litros, possui fluxo vertical e ascendente onde o afluente atravessa a camada de brita de baixo para cima.

O filtro orgânico é composto por colmos de bambu triturado e peneirado como material filtrante inserido entre duas camadas de brita. A seleção deste material como meio filtrante está associado ao fato da existência abundante deste material no SIPA e porque apresenta alta eficiência de remoção de sólidos, conforme apresentado por Francisco et al. (2011).

O SAC possui uma área superficial de 4 m² e foi construído em alvenaria e impermeabilizado com lona de PVC de 0,5 mm de espessura e seu interior foi preenchido com brita número 1 até a altura de 40 cm e 5 cm de areia para fixar a cultura (Figura 1). Utilizou-se a cultura do arroz (Oryza sativa) devido essa espécie apresentar boa adaptação em SACs (BRASIL, 2005).

A Figura 1 apresenta o SAC, o filtro orgânico e o filtro anaeróbio, respectivamente. Estes componentes do sistema de tratamento são abastecidos por gravidade através de uma caixa de passagem localizada no lado direito da figura.

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Figura 1. Sistema alagado construído cultivado com arroz, filtro orgânico e filtro anaeróbio.

Fonte: ALMEIDA (2014).

O desempenho do sistema de tratamento de água residuária, foi avaliado através das seguintes análises: demanda bioquímica de oxigênio (DBO), fósforo, amônia, nitrato, nitrito, nitrogênio total, turbidez e pH. As análises foram realizadas no Laboratório de Monitoramento Ambiental I – Água e Efluentes do Departamento de Engenharia da UFRRJ, seguindo as recomendações contidas no APHA (1995).

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3 Resultados e discussões

A tabela a seguir mostra as concentrações de nitrogênio na entrada e saída dos componentes da estação piloto de tratamento. Os parâmetros analisados foram: amônia, nitrato, nitrito e nitrogênio total, com base no nitrogênio total Kjeldahl.

Tabela 1. Concentrações de amônia, nitrato, nitrito, nitrogênio total e pH, na entrada e na saída do SAC com água residuária de bovinocultura.

Análises Entrada* Saída* Desvio Padrão

Amônia (mg.L-1) 38,27 26,39 5,1

Nitrato (mg.L-1) 3,83 3,76 0,5

Nitrito (mg.L-1) 0,18 0,14 0,0

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pH 6,75 6,78 *Valores obtidos através da média de quatorze análises realizadas.

Na Tabela 1 verificou-se uma redução de amônia, nitrato e nitrito, de 31%, 1,8% e 22%, respectivamente. A remoção de amônia se deve ao fato da cultura de arroz ter preferência na absorção do íon amônio, podendo absorver até 100 kg ha-1 durante todo seu ciclo (SOSBAI, 2010; Holzschuh et. al, 2011) Outra justificativa para remoção de nitrogênio amoniacal é a via de oxidação anaeróbia de amônia (ANAMOX), esta ocorre em ambientes com déficit de oxigênio através da oxidação dos íons nitrato e nitrito a nitrogênio atmosférico (Saeed et. al. 2012, Schereen

et. al 2010). Outro fato que explica a remoção de nitrogênio do sistema é o aporte deste nutriente

pela biomassa (Saeed et. al, 2012). Devido à baixa concentração de nitrato e nitrito, não foi possível observar o desempenho na remoção desses íons no sistema de tratamento.

O nitrogênio total, expresso com base no nitrogênio total Kjeldahl, corresponde ao somatório do nitrogênio orgânico e amoniacal. Sendo assim, a redução observada foi de 28%, parte deste decréscimo é decorrente da diminuição na concentração de amônia e da mineralização da matéria orgânica (Toniato, 2005).

É notória a predominância de nitrogênio na forma reduzida, nitrogênio orgânico e amoniacal, sobre as formas oxidadas, nitrato e nitrito, indicando um sistema deficiente em oxigênio dissolvido. As Tabelas 2 e 3 apresentam o comportamento do nitrogênio no tratamento primário da água residuária de bovinocultura.

Tabela 2. Concentrações de amônia, nitrato, nitrito, nitrogênio total e pH, na entrada e na saída do filtro anaeróbio com água residuária de bovinocultura

Amônia (mg.L-1) 38,71 39,41 3,5

Nitrato (mg.L-1) 5,88 3,61 3,7

Nitrito (mg.L-1) 0,34 0,16 0,13

Nitrogênio total (mg.L-1) 81,00 58,32 46,2

pH 6,72 6,93

*Valores obtidos através da média de quatorze análises realizadas.

De acordo com a Tabela 2, é possível perceber um pequeno aumento de 1,8% de amônia doafluente para o efluente, fato que pode ser explicado devido à carga orgânica ARB ainda ser alta nesta etapa, uma vez que, provavelmente, o processo de nitrificação não tenha sido o suficiente para a redução da amônia, já que a demanda química de oxigênio elevada diminui a nitrificação, provavelmente, devido à competição de bactérias sobre as bactérias nitrificantes (Toniato, 2005). Já para nitrato, nitrito e nitrogênio total houve respectivamente uma redução de 38,6; 52,9; e 28% do

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afluente para o efluente. A redução de nitrito pode ter sido causada por vias de processo de nitrificação, transformando-se em nitrato. Paralelamente ao processo de nitrificação ocorreu também a desnitrificação, que é a redução biológica do nitrato à gás nitrogênio (N2), promovendo a

remoção do nitrogênio do sistema de tratamento.Na redução assimilativa de nitrato, o NO3- pode ser

reduzido a NH4+ para fins de síntese celular, o que ocorre quando NH4+ está indisponível, sendo um

processo independente da concentração de oxigênio dissolvido (OD) (FERREIRA, 2012). Outro processo, a redução dessimilativa do nitrato ou desnitrificação biológica, está ligado á cadeia respiratória de transporte de elétrons, em que nitrato ou nitrito são utilizados como aceptores de elétrons para oxidação de uma variedade de compostos orgânicos ou inorgânicos doadores de elétrons (Saeed et al, 2012).

A remoção de nitrogênio total pode ter acontecido principalmente por transformações microbianas. Isso pode também ser explicado pela presença do biofilme aderido ao leito fixo formado pela brita que favoreceu tal diminuição (FERREIRA, 2012).

Tabela 3. Concentrações de amônia, nitrato, nitrito, nitrogênio total e pH, na entrada e na saída do filtro orgânico com água residuária de bovinocultura

Amônia (mg.L-1) 39,41 38,27 4,5

Nitrato (mg.L-1) 3,61 3,52 0,5

Nitrito (mg.L-1) 0,16 0,17 0,05

Nitrogênio total (mg.L-1) 58,32 58,94 18,5

pH 6,93 6,75

*Valores obtidos através da média de quatorze análises realizadas.

A Tabela 3 reduções de amônia e nitrato de 2,9% e 2,5%, respectivamente, e um acréscimo de nitrito e nitrogênio total de 6,2% e 1,1%. Observa-se que o filtro orgânico apresentou baixas taxas de remoção de nitrogênio. Verifica-se que houve um acréscimo de nitrogênio total, o que evidencia a decomposição do material filtrante constituído por colmo de bambu triturado.

O desvio padrão desmontra numericamente a variação entre os resultados das diferentes amostras e a média. Sendo assim, observa-se que houve valores elevados decorrentes da alta variabilidade nos parâmetros da água residuária que entra no sistema de tratamento.

4 Conclusões

De acordo com os dados obtidos no experimento o SAC obteve uma remoção de amônia, nitrato e nitrito, de 31%, 1,8% e 22%, respectivamente. Estes dados permitem concluir que a presença da cultura foi de vital importância no wetland, uma vez que esta foi responsável pela

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extração de grande parte do nitrogênio amôniacal. No filtro anaeróbio foi observado um comportamento inverso ao do SAC, visto que este componente apresentou um acréscimo de amônia e redução de nitrato e nitrito.

Observou-se que o filtro orgânico houve reduções de amônia e nitrato de 2,9% e 2,5%, respectivamente, e um acréscimo de nitrito e nitrogênio total de 6,2% e 1,1%. Esta baixa remoção de amônia e nitrato e o incremento de nitrito e nitrogênio total, pode ser justificada pela degradação do material filtrante.

Em síntese os resultados permitem concluir que os componentes mais eficientes da estação de tratamento foram o filtro anaeróbio e o sistema alagado construído, sendo que o wetland foi mais eficiente na remoção de amônia enquanto o filtro anaeróbio na remoção de nitrato. O filtro orgânico mostrou-se dispensável em relação a remoção de nitrogênio, uma vez que contribuiu para o incremento na concentração do mesmo.

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