Avaliação da concentração de nitrogenio e fosforo no liquido infiltrado no solo, apos aplicação de lodo liquido de esgoto domestico

AVALIA<;:AO DA CONCENTRA<;:AO DE NITROGENIO E F;6SFORO

NO UQUIDO

INfll

TRADO

NO SOLO, AP6S

APUCACAO

DE

LOOO LlQU!DO DE ESGOTO

DOMESTIC0

Enga Patricia Mazzante do Nascimento

Carnpinas, 2002 UNICAMP

i:li!!LIOTECA

CENTRAL

~--

UN!CAMP

-!

BIBUOTECf\ CENTRAl

I

sEc;:Ao

C!RCULANTE

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE

DE

ENGENHARIA CIVIL

AVALIACAO DA CONCENTRACAO DE NITROGENIO E F6SFORO

NO LiOUIDO INFIL TRADO NO SOLO, AP6S APLICACAO DE

LODO LiQUIDO DE ESGOTO DOMESTICO

Enga Patricia Mazzante do Nascimento

Orientador: Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho

Dissertac;ao de Mestrado apresentada

a

Comissao de p6s-graduagao da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisites para obten<yao do titulo de Mestre em Engenharia Civil, na area de concentra<;ao Saneamento eAmbiente.

? .... "1""0"''>""'~~-.,."'"""""'"'"'"'"'~~~~~'"""",...,_;

I

'

,i.\hJS10 qtH3 es~a i) a ~,;·or.sii~_:J·'./dntlni'li.v&

r

__

de: ( / ) I

I

' I . I l

I

Prot

'I

I

Matrlcu!a:

~-Campinas, 2002

FICHA CATALOGRAFICA ELABORADA PELA

BIBLIOTECA DA AREA DE ENGENHAR1A - BAE - UNICAMP

Nascimento, Patricia Mazzante

N 17 a Avaliac;iio da concentrac;ao de nitrogenio e fosfom no liquido infiltrado no solo, apos aplicac;ao de lodo liquido de esgoto domestico I Patricia Mazzante Nascimento.-·· Can1pinas, SP: [s.n.], 2002.

Orientador; Brun.o Coraucci Filho.

Dissertac;ao (Mestrado) - Universidade Estaduai de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil.

I

;

I. Solos- Fertilidade. 2. Agua- Contamth.ac;ao. 3. Agua ·- Qualidade. 4. Lodo. 5. Nutrientes

16rgiinicos. · L Coraucci·Filho, Bruno. IL Universidad<.fEStadual de

'C!itnpinas; Faculdade de Engenharia Civif: III. Titulo.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDAD DE NGENHARJA CIVIL

AVALIAyAO DA CONCENTRA<';AO DE NITR_OGENIO E F9SFORO

NO UQUIDO INFIL TRADO NO SOLO, APOS APUCA<;AO DE

LODO LiOUIDO DE ESGOTO DOMESTiCO

Patrfeia Mazzante do Naseirnento

de Mestrado aprovada

Prof. Dr

BJ;;;~ c~~;~cci

Filho Presidente e Orientaclor- UNICAMP

i ... ..

.\/ .... .'Z •. ~o

...

£ ...

Jv .. )S)

·---

---··· ...

:>:~

... .

Profa. Ora. Maria Emilia Mattiazzo Prezotto ESALO-USP

constitufda por:

\"·· ... J ....

·::;._;;;,·.>:-:;::~.f;;,:::>:::L .. "; ... ~~:::·r·,:L . .:.::·.:: .. ~,!.::,-> ... ;::_;\.:: .. ~.-~~-:~:· .. ::::·:-.:~?"::::::.) .. :~"i .. L_':.:·.>."<> .. -:_

Pesquisadora Dra. Angela dos Santos Bafretto PROSAB

l\f'-·'1<1·,:.;:,

/1

D:r'J, ..

(/

1

~!1.·:

..

Prof .

.Or.

Edson Aparecido Abdul Nour FEC-UNICAMP

Dedi co este trabalho a meus pais, Sidney e Lucia

AGRADECIMENTOS

A Deus,

"Eie

e

meu pastor; nada me faltani" '-'" ~-'~" "I

Ao meu orientador, Prof. Bruno Coraucci, pela confiam;;a a mim depositada;

Aos professores e tunciom!Jrios da FEC-Departamento de Saneamento, pela disposiqao para me auxiliar na e/aborar;ao do meu trabalho:

A meus amigos (as), em especial a Marta S.G. Pires

"Uma boa amizade nos faz melhores, nos ajuda a enfrentar as situaqOes dificeis e a nao desperdir;ar as oportunidades de vida."

E

a

todos aquetes que me ajudaram direta e indiretamente,

0

meu agradecimento de coraqao.

SUMARIO

SUMARIO

USTA DE FIGURA$'""'''"'''"'"''''""''"'"''"' '""'"''·''"""'"''"'""''"''"'''VIII

LISTA DE TAS.ElAS... ... .. ... .... ... ... .. . ..xii

LIST A DE ABREV!ATURAS E SiMBOLOS. . .. . ... xv

RESUMO. . .. . .. .. ... . . . . . . ... xvii. 1-INTROOU<;:AO .. . .. . .. . 2- OBJETIVOS ... . ... 03 2.1- Objetivos Especificos ... .. '03 3- REVISAO BIBUOGRAFICA .. ... . . .. . ., ... 04 3.1- 0 Lodo de Esgoto ... .. . ... 04

3. 1.1- Processes de Estabilizagao do lodo ... 07

3. 1.2- Potencial AgronOmico do lodo .. .,.,., ... ., ... 08

3.2- Disposir,;:ao do Lodo ... 12

3.3-0 solo eo efeito da aplicac;:ao do lodo ... 16

3.3.1- A materia organica no solo ... 16

3.3.2- 0 nitrogfmio no solo ... 18

3.3.3- Nitrificagao ... 20

3.3.4- Condic;:oes do solo que influenciam a nitrificagao ... 20

3.3.5- Desnitrificagao ... 21

3.3.6- Cicio do t6sforo ... 22

3. 3.6.1- Compostos de f6sforo no solo ... 24

4· MATERIAL E METODOS ,., .,, ... , ... , . .. . • . . . • 27

4.1- A origem do lodo .•.... , ... ,, •• ,,,,,,., •. , .• ,.,,, ..•..•.•••...•....•...•.. 27

42· Montagem do Experimento. ,,, ..• ,,,, .•••.•.•. , .•• ,... •. , .. 30

1- Solo . . . . . . . . , , • . •. , . , . , , • . , . . . . . 34

Aplica~o do Lodo ... , ., ... , ...•...•.... , .. ' .34

Metodos Anal!ticos utilizados na Pesquisa .... , .•.••.••. ,, " ., ••

1· Ana!ises Principals . .,.,. ... , ..•... ,. ... .,,. ... . . ... ,,.,,., ... 39

5-RESULTADOS, . . ... 41

5. 1· Resultados obtidos na caracteriza<;:llo do lodo liquido . .... . .. . ... , 42

5.2~ Resultados do llquido infiltrado no solo durante o 1" perlodo ... ,,,., .• ,.,46

R.esultados do liquido infiltrado no solo o Resultados do liquido infiltrado no solo durante o 3" periodo . . 54 6-DISCUSSAO . . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. .. . .. . . 58

6.1-Avalia~o do liquido infiltrado no solo durante o 1" periodo , ... , .. 59

6.2- Avaliac;:ao do liquido infiltrado no solo durante o 2° periodo ... 63

6.3-Avalia~o do Hquido infiltrado no solo durante o 3" periodo .. , ... , , ,, .. , "" 67 7-··CONCLUsAO ... ,, .. , ... ,, ... , ... , ... '72 8· SUGESTOES ... , .. ,., .... , , .. , .. , '"""" 73 9· REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS , . . , , .... __ ,. .. . , __ ... ,. , ... 74 ABSTRACT ... , .. , ... , ... 81 ~~A

...

···-~ ~~8 ... . . . ~ ANEXO C ... 87 ANEXO 0 .... , ... ... 90 ANEXO E ... ... 94

FIGURA 3.2 CiCIO do Nitrogenio ... , .. , ... . .. 18

FIGURA 3.3: Cicio do F6sforo. ... .. .... . . . .... .. .. ... .. ..23

FIGURA 3A: Gn!lfico do pH x concentragao do f6sforo disponivel ... 25

FIGURA Form as de f6sforo disponivel de acordo com o pH .. . ... 26

4. i. Mapa de localiza~o da R.iacho Grande. ... 28

FIGURA4.2: Vista do Decantadorda ETE. R1achoGrande ... 29

FIGURA 4 .. 3: Detalhe da escova rotativa ... ,. ... . FIGURA 44: Vista geral dos Valos de Oxidagao ... . ,. ' .. 29

.. ... ' .. 30

FIGURA 4.5: Vista geral dos Reatores montados ... . .... 31

FIGURA 4.6: Vista do posicionamento dos coletores .... ... ... . ... ... .. 31

FIGURA 4.7: Oetalhe das flanges de coleta... .. ... 32

FIGURA 4.8: Corte de um reator, simulando o perfil do solo ... 33

FIGURA 4.9: Mapa do posicionamento dos reatores e as respectivas taxas de aplicagiio ... 33

FIGURA 4.10: Ensaio de respirometria ... ,. ... ,. .. ,. ,. ... ,. ... 35

FIGURA 4.11: Medic;iio do volume de lodo ... ,. ... ,. .. ,.. ,. ... 37

FIGURA 4.12: Medic;iio do volume de lodo,. ... ,. ... 37

FIGURA 4.13: Detalhe do espalhamento do lodo na superf!cie do reator ... 38

FIGURA 4.14: Aplicar;ao do lodo na superficie dos reatores ... 38

ix

FIGURA 1.1: Concentrageles de N-kjedhal no lodo llquido nao estabilizado ao Iongo de 9 aplicagoes ... , ... 44 FIGURA 5.1 .2: Concentrar;:oes de N-Organico no lodo liquido nao estabilizado ao 1or1go de 9 aplic<:M;:oes... .. .. . .. ... .. .. .. ... .44

FIGUR;~ 5. i Concentragoes de N-NH₃ no lodo Hquido nao estabilizado ao Iongo de 9 aplica96es ... .. ... ... ... ... .. ... .44 FIGURA i Concenlra<;;6es de N-No2• no iodo llquido n!lo estabilizado ao

Iongo de 9 aplicar;;oes... . ... ... ... .. ... ... ... .45 FIGURA 1.5: Concentrar;;oes de N-NO:,· no lodo liquid a nao establlizado ao Iongo de 9 aplicar;:oes ... 45

FIGURA 5.1 .6 : Concentrar;:oes de F6sforo total no lodo liquido nao estabilizado ao Iongo de 9 aplica(;oes . .. ... .45

FIGURA 1• Concentra<;l§o media N .. NH3: N~N02-; N-Noo· no liquido infiltrado na taxa 0 controle em solo com pH corrigido .. .. ... .4'1 FIGURA 5.22 Concentra<;l§o media de N .. NHi; N-NOi; N-NOi no liquido infiltrado na taxa 2,5 tdslha em solo sem correr;:ao do pH ... 47 FIGURA 5.2.3: Concentrar;;ao media de N-NH3; N~N02-; N~No"· no llquido infiltrado na taxa 5 tdslha em solo sem correr;;ao do pH ... , ... 47 FIGURA 5.2.4: Concentraryao media de N-NH3; N-NOi; N-NO,I no liquido infiltrado na taxa 5 tds/ha em solo com correr;:<'!to de pH ... , , ... 4 7 FIGURA 5.2.5: Concentrar;;ao media de N"NHs; N-NO£; N-NO;I no liquido infiltrado na taxa 7, 5 tdslha em solo sem corre9ao do pH .. , ... 48 FIGURA 5.2.6: Concentras;ao de F6sforo Total no liquido infiltrado na taxa 2,5 tds/ha em solo sem corres;ao do pH ... , ... .48 FIGURA 5.2.7: Concentras;ao de F6sforo Total no Hquido infiltrado na taxa 5 tds/M em solo sem correr;:ao do pH .... , ... , ... 48 FIGURA 5.2.8: Concentra~o de F6sforo Total no liquido infiltrado na taxa 5 tdslha em solo com pH corrigido ... , ... 48 FIGURA 5.2.9: Concentras;ao de F6sforo Total no liquido infiltrado na taxa 7,5 tdslha em solo sem correr;:ao pH ... 49 FIGURA 5.3.1: Concentra~o media de N-NH3; N-N02·: N-NO:,-, no liquido infiltrado na taxa 0 controle em solo com pH corrigido ... 51 FIGURA 5.32: Concentra~o media de N-NHi; N-NOi; N-NO;, no liquido infiltrado na taxa 2,5 tdslha ... , ... 51

FIGURA 5.3.4: Concentra9ilo media de N-NH3; N-No2·: N-NOi, no liquido infiltrado na taxa 5 tds/ha em solo com corrigido ... 51

FIGURA Concentrayao media de N-NH3; N-NO£; N-No3-. no l!quido

infiltrado na taxa 7,5 tds/ha ... 52 FIGURA 5.3.6: Concentra9So media de Fosforo Total no liquido infiltrado na taxa 2. 5 tds/ha . .. .. .. . . .. .. . . .. . .. .. .. . .. . .. .. . .. ... 52 FIGURA 7: Concentr.ayao media de F6sforo Total no llquido infiltrado na taxa 5 tdslha ... 52 FIGURA 5.3.8: Concentra9So media de F6sforo Total no llquido infiltrado na taxa 5 tdsfha ern solo como pH corrigido ... 52 Concentrayao media de Fosforo no liquido infiltrado na a

FIGURA 5.4.1: Concentrac;;ao media de N-NH;,; N,.NO£: NO,;, no liquido infiltrado para a taxa 0 controle em solo com pH corrigido. .. ... 55 FIGURA 5.4.2: Concentra9So media de N-NH3; N-N02-: N03-, no liquido infiltrado na taxa 0 controle... .. .. ... 55 FIGURA 5.4.3: Concentrayao media de N-NH3; N-NOi; NOi, no liq~Jido

infiltrado na taxa 2,5 tds/ha ... 55 FIGURA 5.4.4: Concentravao media de N-NH3; N-N02-; N03', no !iquido infiltrado na taxa 5 tds/ha ... 55 FIGURA 5.4.5: Concentrayao media de N-NH3; N-No2·; N03-, no liquido

infiltrado na taxa 5 tds/ha ern solo com pH corrigido ... 56 FIGURA 5.4.6: Concentravao media de N-NH_3; N-No2·: No3-. no liquido infiltrado na taxa 7.5 tdslha ... 56 FIGURA 5.4.7: Concentraqao media de F6sforo Total no liquido infiltrado na taxa 0 controle ern solo com pH corrigido ... 56 FIGURA 5.4.8: Concentrayao media de F6sforo Total no liquido infiltrado na taxa 0 controle ... 56 FIGURA 5.4.9: Concentrayao media de F6sforo Total no llquido infiltrado na taxa 2,5 tds/ha ... 57

FIGURA i o Concentrayao media de F6sforo Total no llquido infiltrado na taxa 5 tdslha ... 57 FIGURA 5.4. 11: Concentra9ao media de f6sforo total no liquido infiltrado na taxa 5 tdsii"'a em solo com pH corrigido ... 57 FIGURA 5.4.12: Concentravao media de Fosforo Total no liquido infillrado na taxa 7 tds/ha ... .

TA.BELA 3 i de tratamen!o e o lodo gerado" . '" . .. " " . TABELA Estimativa da prodwo<ao de lodo na RMSP em tldia.

TABELA. 3.3: Principals parametres Agron6micos do lodo de esgoto ... 10

T ABELA 3.4: Produ((ao e formas de disposil?fio final de lode de ETEs na Europa .... .. ... '"'"'""''"'.. .. ... . ... 15

TA.BELA 5 .

TABELA 5.1: Parametres analisados no lodo antes das aplicayoes no solo ... 43

TA.BELA 5.2: Datas de aplica;;;ao e caletas do liquido infiltrado no 1" period a. 46 TABELA 5.3: Datas de aplicas;ao e caletas do liquido infiltrado no 2" periodo. 50 TABELA 5.4: Datas de aplicas;ao e coletas do liquido infiltrado no 3" periodo. 54 TABELA 6.1: Umites estabelecidos pela Legislar;;ao Brasileira para agua de cansumo ... 59 TABELA A 5.1.1.1 :Resultados referentes as figuras 5.1.1 a 5.1.5 de nitrogenio no lodo liquido ... " ... "'"'" 91 TABELA A 5.1 .6: Concentra9fjo de f6sforo total no lodo liquido digerido ... 91 TABELA B 5.2. 1: Concentra<;ao media de NH3, N0-2, NO-s no l!quido infiltrado na taxa 0 controle em solo conigido ... """ ... " ... 93 TABELA. B 5.2.2: Concentra\?fio media de NI-h, N0-2, N0-3 no liquido infiltrado na taxa 2,5 tdslha ... """""'""""'"""""""'""""·"" ... 93 TABELA B 5.2.3: Concentrayao media de NH3, N0'2, N0'3 no Hquido infiltrado na taxa 5 tds/ha ... " ... " ... ""'""'"""'""""' 93 T ABELA B 5.2.4: Concentra\?fio media de NH,, N0·2, No· 3 no liquido infiltrado

na taxa 5 tds/ha em solo com pH corrigido ... """""""'"'""""""""""'"" 93 TABELA B 5.2.5: Concentra91io media de NH_3, N0-2, No-, no liquido infiltrado na taxa 7,5 !dslha ... " ... " ... 94

TABELA B 5.2.6: Concentrac;:ao media de F6sforo total no liquido infiltrado na ta.xa 2,5 tds/ha ... ,. ,,, .. ,,,,,, ,,,, ... ,., ... 94

TABELA B 7: Concentra.;:ilio media de F6sforo total no liquido infiltrado na

taxa 5 tdslha ""' """""""' .... , ... ... .... .. ... ... .. ... 94

TABELA B 5.2.8: Concentra<;;ao media de F6sforo total no liquida infiltrado na

taxa tds/ha em solo com pH corrigido , , ... , , , , . .. , .. . .. .. . .. . .... 94

TABELA c 3,1: Concentrac;:ao media de NH3, N02, N03 no liquido infiltrado na

taxa 0 controle em solo corrigido ... , .. .. . ... " .. , .. " .. , ... , ... , ... , .... , .... , \16

TABELA c 5.3.2: Concentra<;:ao media de NH,, N02, N03 no liquido infiltrado na taxa 2,5 tdslha .. ___ ... _ ... , ... 96 TABELA C Concentra<;;So media. de NH", No-,,, N0-3 no liquido infiltrado

na taxa 5 tdsfna

TABELA

c

5.3.4: Concentra<;:ao media de NH,, N0-2, NO;, no liquido infiltrado na

taxa 5c tds/ha em solo com pH corrigido.. ... ... """'' ... 96

TABELA

c

5.3.5: Concentra<;:ao media de NHs, NO':'. No-~ no liquido infiltrado na

taxa

7,5 tds/ha .. . ... ... 97

TABELA. c 5.3.6: Concentrayao media de F6sforo total no liquido infiltrado na taxa 2,5 tds/ha ... _ ... '"'"'" ... 97

TABELA

c

5.3.7: Concentra<;:ao media de Fosforo total no liquido infiltrado na

taxa 5 tds!ha ... , ... 97

TABELA

c

5.3.8: Concentra<;:ao media de Fosforo total no liquido infiltrado na

taxa 5c tds!ha em solo com pH corrigido ... "'"''"'"' ... 97

TABELA C 5.3.9: Concentra<;:ao media de F6sforo total no liquido infiltrado na

taxa 7,5 tds/ha ... "' ... "' ... "' ... 97

TABELA D 5.4. i: Concentrayao media de NHs, N0-2, NO-s no liquido infiltrado na

taxa Oc tds/ha em solo corn pH corrigido ... 99

TABELA D 5.4.2: Concentrac;:ao media de NH3, No-,, No-3 no liquido infiltrado na

taxa 0 tds!ha ... 99

TABELA o 5.4.3: Concentrayao media de NH3, N0-2, N0-3 no liquido infiltrado na

taxa 2,5 tds/ha ... ,, ... , ... ,, ... 99

TABHA D 5.4.4: Concentrayao media de NH,, N0-2. N0'3 no liquido infiltrado na

TABELA o 5.4 6: Concentrac;;ao media de NHs, N0-2, No·$ no liquido infiltrado na taxa tds/ha ... 100 TABELA D 5 4.7: Concentrac;;ao media F6sforo total no llquido infiltrado na taxa 0 controle em solo corn pH corrigido ... 100

TABELA 0 Concentrac;;ao media total no liquido infiltrado na

taxa 0 controle ... 100 TABELA o 5.4.9: Concentraqao media de F6sforo total no liquido infiltrado na taxa 2,5 tds/ha ... .. . . . ... .. . . ... . ... 100 TABELA o 5.4. 10: Concentra<;:ao media de F6sforo total no liquido infiltrado na taxa 5 tdslha ... ... ... ... ... ... 101

TABELl\ D ·11: Concenlra<,;ao media de total no liquido infiltrado na

taxa 5c tds/h.a em solo com pH corrigido .... __ ... ·--·. .... ... ... ..101 TABEL.A D 12: Concentra(,;ao media de F6sforo total no liquido infiltrado na taxa 7,5 tds/!1a .... .. ... ,. ... ,.,. ... 101

CTC em

GENA

ESALQ

ETE EUA eq, F FIA g/l lAC mg/l mg de N/L mg de P/L Mg!t1a m mg/Kg

NMP

N N-NH3 N-NTK N~NO£

U:STA DE ABREVIATURAS E SiMBOLOS

capacidade de troca cati6nica centimetre

Centro de Energia Nuclear na Agricultura Superior

Companhia de Agua e de Brasilia

Agencia de Prote9i!o Ambiental (Estados Unidos) Escola Superior de Agronomia Luiz de Queiroz Estagao de Tratamento de Esgoto

Estados Unidos da America equa9ao

ponto de coleta fundo Flow Injection Analyses

grama par litro

Institute Agron6mico de Campinas miligrama por litre

miligrama de nitrogenio por litro miligrama de f6sforo por litro megagrama por hectare metro

miligrama por kilogram a numero mais provavel nitrogenio

nitrogenio amoniacal nitrogenio total kjeldahl nitrogi'mio nitrite

RMSP

SANEP.AR

SABESP

tds/ha %

UNICAMP

USEPA

Regiao Metropolitans de Sao Paulo Companhia Saneamento do

Companhia de Saneamento Basico de Sao Paulo s61idos totais

tonelada de solido seco por hectare

porcentagem

Universidade Estadual Campinas

RESUMO

NASCIMENTO, Patricia Mazzante do "Avaliagi!io da concentra9ae de nitrogenio

e

f6sforo no !iquido infillrado no solo, aplicagao de lode llquido de esgoto dornestico". Dissertagi!io apresentada Engenharia Civil da UNICAMP, como requisite obtengao do Htule de Mestre. Campinas, ""'''""·

0

!odo de esgoto

e

um residue gerado no tratamento da liquida des esgotos sanitarios

e

que precisa ser disposto de maneira adequada para nao causar riscos de centaminagi!io

ao

ambiente. 0 excesso de nu!rientes como, nitrog!Imio

e

f6sforo presentes no lodo de esgoto, podem provocar

o

comprometimento e agua subterranea, ap6s sua no Neste estudo experimental, foram feitas apiica~:oes de lodo llquido digerido em raatores corn 0,88 m3 de volume (1 ,00 m x 0,88 m2), preenchidos com solo do tipo

franco-argiloso. As aplica96es realizaram-se a cada 40 dias (com base na respirometria), durante urn ano, totalizando 9 aplica96es de lodo ao final do perfodo. Foram utilizadas as taxas 2,5; 5 e 7,5 t!ha a cada 40 dias (calculado na base seca), o lfquido infiltrado no solo, foi cole!ado ao Iongo do perfil do solo nas profundidades: 0,25; 0,50; 0,75 me 1,0 m (descarte de funde). 0 liquide infiltrado fei avaliade quanta aos parametres nitrog€mio (amonia, nitrite e nitrato) e f6sfero totaL Ap6s o termino da pesquisa, os resultados ebtides, mostraram que a taxa 2,5 tlha aplicada a cada 40 dias, durante urn ano, foi a que melhor resultado apresentou no que diz respeito a protec;::ae das aguas subterraneas contra contarninagi!io com nitrate e f6sfero. As concentrac;::oes de nitrate no lfquido coletado a 1,0 m, ficou em torno de 6,0 mg de NIL e nao ultrapassou os 10 rng

N/L estabelecido pela legislac;::ao, o f6sforo total ficou em torno de 0,003 mg de P/l. Estas concentrat;:oes feram obtidas mesmo ap6s intensa precipitagi!io pluviometrica.

Palavras chaves: Lodo de esgoto, aplicat;:ao no solo, nutrientes, liquido infiltrado

A intensa produgao de resfduos e urn dos principais problemas ambientais provocados pela sociedade moderna, principalmente pelo seu grande desenvolvimento

eo

se na

Na atualidade, para que urn sistema de tratamento de esgoto seja considerado eficaz ja nao basta que reduza apenas a materia organica biodegradavel, representada por exemplo pela 080 (Demanda Bioquimica de Oxigenio). Devem fazer parte dos atuais sistemas de tratamento de esgoto, a remogao de pat6genos, nutrientes, metais pesados e a disposigao final do lodo.

A preocupagao com o lodo se inicia com o projeto da estagao de tratamento, ja que,

0 lodo de esgoto e 0 subproduto do tratamento de aguas residuarias e a quantidade

produzida esta diretamente relacionada com o tipo de tratamento utilizado na ETE. 0 lodo pode estar na forma liquida, semi-s61ida e s61ida quando desaguado.

No mundo todo, a destinagao final do lodo gerado nas esta¢es de tratamento de esgotos municipais, constitui-se num serio problema, as tecnicas de disposigao e/ou aproveitamento do lodo vao desde o simples descarte no mar (que esta proibido na e EUA), o descarte em aterros sanitarios, o seu aproveitamento na melhoria de solos agricolas, pastagens, recuperagao de areas degradadas por erosao, fabricagao de

2

agregados 2000).

para concreto, tijolos, adubos e produ«;ao de oleo combustive!

a

na vern

no ' 1

Porem, os nutrientes, os microrganismos patogenicos e os metais pesados presentes

no sao fatores o seu uso no esta

e

e

OS ap6s aplica«;ao de lodo digerido em

reatores preenchidos com solo. Este trabe1-ho, avaliou a contamina«;ao do Hquido infiltrado no solo quanto aos parametres nitrogemio e f6sforo, ap6s a aplica«;ao de lodo liquido digerido.

Conforme porta ria n. o 1469 de 29 de dezembro de 2000 do Ministerio da Saude, a

presen98 de concentrac;oes de nitrato, decorrente da mineraliza«;ao da materia organica complexa, acima de 10 mg.L-1 de N nos corpos d'agua, faz com que estes sejam classificados como impr6prios para o consumo humano.

0

nutriente f6sforo nao aparece na iegisla«;ao brasileira como um contaminante para o ser humano, porem a aplica«;ao de lodo em solos, ricos em f6sforo, poderia levar a um acumulo deste nutriente que, ap6s as precipitagoes, escoariam ate rios e iagos, provocando o processo de eutrofiza«;ao destes rios e lagos.

Portanto, conhecer mais sobre o comportamento destes nutrientes, e um passo importante que a disposi«;ao do no solo seja feita de maneira benefica e sem riscos de contamina«;ao ambiental, principalmente das aguas subterraneas.

proveniente de uma estayao de tratamento que opera com o sistema de de oxidayao

e

- Objetivos Especificos

A pesquisa teve como objetivos especfficos:

• monitorar a aplicayao do lodo liquido digerido em reatores preenchidos com solo, nas taxas hidraulicas 2,5; 5,0 e 7,5 tlha (base seca);

• avaliar a qualidade do Hquido infiltrado no perfil do solo, nas profundidades (0,25; 0,50; 0, 75; e 1 ,00 m) quanta as variaveis: NH3 (N-amoniacal), N0-2 (nitrite), N0-3 (nitrate) e P (f6sforo total);

• comparar os resultados obtidos com os limites exigidos pela legislayao brasileira, a fim de se estabelecer

a

taxa de aplicayao de lodo mais segura para a manutenyao da qualidade das aguas subterraneas;

de Esgoto

OS sistemas de tratamento biol6gico de aguas residuarias geram lodOS na

ser ,..,. ... <:~ .... n

material n,;:)r'til"'l eo

a

secundario ou biol6gico e gerado nos reatores biol6gicos de tratamento, constituindo-se em uma mistura de s61idos nao-biodegradaveis do afluente e a massa bacteriana que cresce no reator (CAMPOS, 1999).

A maioria das estai.(Oes de tratamento de esgoto sanitario, utilizam processos biol6gicos, e a coagulagao biol6gica que normalmente ocorre nos sistemas de tratamento origina o lodo, que e uma mistura de s61idos organicos e inorganicos. A parte mineral se origina da floculat;ao de s61idos inorganicos em suspensao, enquanto que a parte organica e composta por uma frat;ao de massa bacteriana viva e outra de s61idos volateis suspensos sem atividade biol6gica (FERNANDES, 2000).

0 esgoto sanitaria e constitufdo por agua e s61idos, durante o processo de tratamento, ocorre a separa<;ao da fra<;ao s61ida e Hquida. A frat;ao s61ida, que contem componentes organicos e inorganicos, e submetida a tratamentos subsequentes com finalidade de diminuir a carga organica, o numero de organismos patogemicos, maus odores e teor de umidade. A areia, os sais insoluveis, a frat;ao organica insoluvel e os metais com ela complexados permanecem na frat;ao s61ida, denominada lodo de esgoto.

UAS RESIDUARIAS

PROTEiN AS

CARBOIDRATOS LIPIDEOS

Figura 3.1: Composic;io do esgoto domestico Fonte: Adaptado de MELO, 2001 IN: TSUTYIA 2001

AREIA SAIS METAlS

As caracterfsticas do esgoto bruto, os diferentes sistemas de tratamento e seus respectivos estagios geram lodos com caracterfsticas e quantidades variaveis. Sendo assim, para se determinar o destino dos lodos gerados na ETEs e necessaria conhecer as quantidades e caracteristicas dos lodos produzidos em func;ao do sistema de tratamento de esgoto utilizado.

Frequentemente o lodo primario apresenta cerca de 30 a 45% de s61idos na base seca eo lodo secundario de 20 a 35% de s61idos na base seca, porem o sistema eo nfvel de tratamento de esgoto tern grande influencia no tipo, na quantidade e na qualidade do

6

Ta.bela : Tipos de tratamento de esgoto eo lodo gerado em cada urn TIPO DE TRATAMENTO CARACTERISTICAS DO LODO GERADO

Neste processo se encontra todo tipo de material organico e inorganico

o para ser na de

na

com relativa velocidade. das reter significantes quantidades

AREIA especialmente gordura.

na

m&>nn::a,,..~n primario e secundario. A escuma pode conter graxa, oleos vegetais e gordura animal, sabao, residuo de comida, ESCUMAI GRAXA cascas de frutas, cabelo, papel, cigarros, materials plasticos e materials

LODO ATIVADO

FIL TRO BIOLOGICO

similares.

0 lodo do tanque de sedimenta~o primario

e

usual mente cinza e viscoso, e na maioria dos casos, tern um odor 0 lodo ser

IU .. IUU> sobre de nn<>r'""l~<>n

com

embora sua possa ser vermelha se conter muito ferro. 0 odor do lodo quimico pode ser desagradavel, mas nao tao ruim quanto o lodo

primano.

Lodo ativado tern uma cor marrom, com aparencia flocuiar. Se a cor

e

escura, o lodo se aproxima das condi96es septicas. Se a cor

e

mais clara do que o usual, ele pode ter estado sobre aera~o com uma lenta sedimenta~o

de s61idos.

Lodo secundario dos filtros biol6gicos e marrom e floculado quando fresco. Ele geralmente sofre decomposi~o mais lenta do que outros lodos

digertdos.

Lodo digerido aerobiamente e marrom para marrom escuro e tern uma DIGESTAO AEROBIA aparencia floculada. 0 odor nao e ofensivo, se assemelha a cheiro de bolor.

0 lodo bern digerido desidrata facilmente nos leitos de secagem. DIGESTAO ANAEROBIA

Este lodo

e

marrom quase preto, contem grande quantidade de gas. Quando completamente digerido, seu odor sera fraco.

Fonte: Adaptado de Metcalfe Eddy (1991)

Quanto mais o lodo se assemelhar

a

materia organica "fresca", maior sera seu grau de putrefa~o e produ~o de adores desagradaveis, como tambem sera maior a

concentra~o de microrganismos patogenicos, por isso a necessidade de estabiliza~o do lodo (FERNANDES, 2000).

como um ou

e

• Calagem

Neste processo a cal e adicionada ao iodo de modo a elevar o pH acima ou igual a 12. Esta condi<;ao de cria um meio que nao permite a sobrevivencia

a

e Digestao Anaer6bia

A digestao anaer6bia do lodo e o metodo mais antigo de estabilizayao e talvez o mais usado, o processo consiste na solubiliza<;ao e reduyao de substancias organicas complexas pela a<;ao de microrganismos na ausencia de oxigenio. 0 lode e colocado em digestores, normalmente tanques de concreto, e a biodegradayao anaerobia leva

a

produ<;ao de metana, dioxide de carbona, alguns outros gases e lode estabilizado (FERNANDES, 2000).

• Digestao Aer6bia

Este tipo de digestao tem a mesma base conceitual dos sistemas de tratamento de esgotos do tipo aera<;ao prolongada. 0 processo e realizado pelos microrganismos aerobics e a fase final acontece quando o substrata disponfvel para a biodegrada<;ao e totalmente consumido e os microrganismos passam a consumir a propria massa microbiana para obter energia para suas rea<;oes celulares (FERNANDES, 2000).

8

• Compostagem

0

processo da compostagem transforma res!duos organicos com caracterlsticas

em

etC:lD81S sucessivas

a

importantes, na degrada<;ao da materia organica sao: a aera<;ao, os nutrientes e a umidade. A temperatura tambem e urn fator importante, principalmente no que diz respeito

a

rapidez do processo de biodegrada<;ao e

a

Dat:00~9n()S li"'II""'I"Oii"'n

e

1

Potencial Agronomico do Lodo

Nao e de hoje que a materia organica e considerada como importante fator de fertilidade dos solos. Ha milhares de anos, os residues organicos provenientes das atividades humanas e animais, sao utilizados como fertilizantes em jardins e hortas.

Os lodos sao, em geral, ricos em materia organica, nitrogenio, f6sforo e micronutrientes, elementos que torna viavel o seu uso na agricultura. Porem, em sua composi<;ao, estao presentes os metais pesados (no caso de lodo de esgoto industrial) e organismos patogenicos como ovos de helmintos, cistos de protozoarios e em alguns casos virus (SANEPAR, 1999).

Entre os macronutriente, o nitrogenio e o f6sforo sao encontrados em maiores quantidades no lodo bruto. Atualmente em fun<;ao de sua quantidade no solo e da solubilidade, 0 nitrogenio e aquele que define OS limites maximos de aplica<;ao no que se

Em solos de regioes tropicais e subtropicais, a materia organica desempenha papel

nr1~::01"ng~nT::::ll na fertilidade se tratarem de solos altamente na

a nos a sua gerayao

com a necessidade cada vez maior de se realizar o tratamento de agua e esgoto, que tern como produto final o lodo. A estimativa de produ98o de lodo nas cinco esta96es de

t.-~ir~l"''"lon·rn de esgoto da regiao metropolitana de Sao Paulo esta apresentada na Tabela

Estimativa da produ~io lodo na regiio metropolitana de Sao em tldia

Ano Barueri ABC Su:zano Parque Novo Sao Miguel Total

Mundo Produ9ao diana, base

seca (t/dia)

2000 133 47 14 78 23 295

2005 221 80 22 164 53 540

2010 286 103 32 219 71 711

2015 303 106 32 231 77 749

Fonte: TSUTIYA et al, 2001.

Por meio das estimativas apresentadas, e posslvel compreender a grande necessidade de se fazer a reciclagem e ou a disposi98o adequada lodo de esgoto.

Em 1990 a SANEPAR iniciava alguns estudos no sentido de definir as diretrizes para o tratamento e destino final dos lodos produzidos no Estado do Parana por meio da Coopera98o Tecnica Brasii/Franc;a com apoio da Agencia Brasileira de Cooperayao -ABC. Baseada nos primeiros resultados de caracterizayao dos lodos provenientes do tratamento de esgoto domestico, onde se constatou a grande quantidade de materia organica, nitrogenio, f6sforo, micronutrientes e os baixos teores de metais pesados, deram

10

aos estudos voltados a reciclagem agrfcola e a estrutura<;ao de urn programa de pesquisa especifico 0 1999).

seca. E

produtividade. Tabela indica os principais parametres de valor agronomico dos lodos produzidos em diversas ETEs do Brasil, esses parametres exercem urn papel fundamental na produ<;ao agricola e na manuten<;ao da

parametros agronomicos lodo de esgoto

Esta~io de Tratamento de Esgoto

Parametro Barueri Franca Suzano Lava pes Bertioga Humaita Bichor6 Brasilia Bel em (Sao (Franca- (Sao (Sao (Bertioga- (Sao (Mongagua- (Brasilia- (Curitiba-Paulo) SP) Paulo) Jose dos SP) Vicente- SP) OF) PR)

Campos- SP) SP) Nitrogenio 2,25 5,53 2,31 4,50 3,93 4,10 4,84 5,5 4,91 Total(% F6sforo (o/o} 1,48 0,93 2,65 2,59 2,60 0,6 2,89 3,0 3,70 Potassio 0,01 0,26 0,10 0,39 0,35 0,15 0,10 0,35 0,36 (o/o) Materia 44 65,2 41 52,6 68,3 63,43 71,35 52,5 69,4 organics % Calcio {%} 7,29 2 14,6 13,3 1,30 1,95 0,63 4,5 1,59 Magnesio NO 0,22 0,22 0,27 0,37 0,27 0,24 0,35 0,60 (%) Zinco 990 1.560 2.705 682 437,8 549,3 555,7 ND ND (mg/kg Cobre 348 160 543 120 136,0 136,4 231,3 NO NO (m k Ferro 15.117 11.995 40.454 10.461 66.662 8.064 69.348 NO ND (m /kg pH 11 6,3 11,5 12,6 6,7 5,6 3,9 7,9 5,9

Fonte: TSUTIYA et al, 2001. ND

=

Nao disponivel

Alguns fatores podem ser limitantes

a

disposic;So do lodo no solo, como por ov.:.rn,n•n a aceitac;So publica, os custos com transportes, os odores liberados, os tipos

e

em respectivamente, Pe5a

1 lZa<Jos nas

e

em as

nutrientes presentes nos fertilizantes quimicos tern maiores chances de atingir o freatico do que os nutrientes presentes no bioss61ido (EPA, 1999).

com &

3 esses

OS

a Organizac;So Saude (OMS) recomenda que a agua potavel nao deve apresentar concentrac;Oes de nitrato (N-N0-3) maiores do que 10 mgl-1, padrao tambem

adotado no Brasil pelo Ministerio da Saude ( PORT ARIA N° 1469, 2000).

As principais fontes de contaminac;So das aguas por nitrato, sao OS fertilizantes, OS efluentes de tanques septicos e a disposic;So inadequada do lodo. Assim, as aguas de suprimento mais vulneraveis, sao as aguas subterraneas das areas cultivadas e das areas com grande numero de tanques septicos, sumidouros e etc (SORG, 1980).

Segundo pesquisas, a lixiviac;So do nitrato para as aguas utilizadas para consumo humano, pode causar a metahemoglobilia (BERTON, 2001 ). Esta doenya altera as hemacias dos bebes, conferindo a eles uma tonalidade de pele azulada, por isso e tam bern chamada de "doenya do bebe azul".

0 potencial de lixiviac;So de N-N03- devido a disposic;So do lodo de esgoto nao tern sido avaliado nas condic;Oes brasileiras. Este fato e justificado por ser relativamente recente no Brasil a destinac;So final destes residues no solo. Alem disso, a maior parte dos trabalhos enfatizam os aspectos relacionados com a poiuic;So do solo com metais pesados e patogenos. Nos Estados da America do Norte e em diversos pafses

onde a pratica se destinar lodo de esgoto para solos agrfcolas

e

bern mais antiga, este problema tern sido alvo inumeros trabalhos

massa

e

excesso

e

eutrofizayao

e

uma de contaminayao das aguas para consume, a grande quantidade de nutrientes (nitratos e fosfatos) em rios e lagos favorece a proliferayao de algumas algas 1978).

""'"'''"0 "'"" ser uma

aspectos

e

nr'd::U"''ICi""l Bnc.r!!:llr os aspectos sanitarios e

natural ap6s aplicayao do lodo no solo. relayao ao equilfbrio natural, o conhecimento de transformac;;Qes de elementos como o nitrogenio e o f6sforo,

e

de grande importancia para a avaliayao dos riscos de poluiyao ambiental (OUVEIRA,2000).

3.2. Disposi~ao do Lodo

Segundo a EPA ha diferenga entre aplicayao de lodo no solo e disposiyao de lodo no solo. Quando se diz aplicayao de lodo no solo, implica na incorporayao do mesmo na camada superficial do solo, ja a disposiyao, consiste em dispor o lodo na superffcie do solo, sem se preocupar com a sua incorporayao. Para a EPA, a pratica de disposiyao superficial

e

considerada uma forma de deposito final do lodo sem fins de reciclagem (USEPA, 1994).

Sao conhecidas algumas opc;;Qes de disposiyao para o lodo de esgoto, dentre as quais pode-se citar: incinerayao, disposiyao em aterros e em oceanos, ou a utilizayao em solos agrfcolas ou areas degradadas (MA ITHEWS, 1992).

ANDREOLI (2000), cita que o lodo tambem pode ser utilizado na fabrica98o de agregados leves para concreto, tijolos e produ98o de 61eo combustfvel.

a as

eos reuso e

Dentre as alternativas para disposi98o final do lodo de esgoto, a reciclagem agricola vern sendo utilizada com sucesso em diversas culturas, em substitui98o

a

aduba98o

como

A reciclagem do lodo) pela incor_p_~:.>rayao aos solos agrfcolas ou de pastagens, pode trazer beneflcios a esses solos, a!em de macro e micro nutrientes, cerca de 60 a 70% de residues organicos que, uma vez degradados, aumentam a porcentagem de humus no solo o que aumenta a capacidade de reten98o da umidade, melhora a estrutura, tornando-o mais resistente as a96es da ertornando-osatornando-o (ANDREOLI, 2000).

0

lodo de esgoto ja e usado de forma rotineira na agricultura de varias partes do mundo. Com a proibi98o da disposi98o do lodo nos oceanos eo aumento das restriyees para disposi98o em aterros, esta pratica acaba sendo favorecida, e tende a ser cada vez mais utilizada no futuro. As restriyees para a utiliza98o do lodo de esgoto no solo, sao principalmente em rela98o aos pat6genos, aos metais pesados e a contamina98o dos leny6is freaticos com nitrate (PILLAI et al., 1996).

Na lnglaterra, relatam que a aplica98o de lodo urbane, entre 13 a 26 t/ha, em peso seco, incrementou consideravelmente o crescimento de planta96es florestais de Picea sitchensis, sem afetar o solo e a qualidade da agua do len90l freatico e dos mananciais

1996, estudou a degrada<;ao do lodo no solo, ap6s aplicar lodo Hquido digerido nas seguintes taxas: 5; 1 0 e 15 Uha a cada 35 dias.

a

a

5

OS vern

planta<;Qes florestais destas especies '2000).

A EMBRAPA Cerrados

a

a

no in sumo 2000 ). urn experimento em 1995, sua a urn 0

lca<;ao sem necessidade

0 era

lodo

Segundo COMPARINI (2001 ), lodos na forma lfquida ou fluida, com teor de s61idos de ate 15%, podem ser aplicados superficialmente por espalhamento, ou, injetados diretamente no subsolo.

0

Departamento do Meio Ambiente do Reino Unido introduziu em 1989, Normas para a utiliza<;ao de lodo de esgoto na agricultura e em 1991, Normas como a "Pratica da Agricultura sustentavel e da Prote<;ao das Aguas" que recomenda que a taxa maxima anual de lodo lfquido de esgoto nao ultrapasse 130 m3/ha.ano (33 Uha.ano na base seca ), com urn total anual de nitrogenio aplicado via lodo nao excedendo 250 kg/ha.ano (BOWLER, 1999).

A tabela 3.4 apresenta valores da produ<;ao e as formas de disposi<;ao final do lodo de ETEs na Europa (TSUTIYA, 2001 ).

Ta.bela 3.4: Produc;ao e formas de disposic;ao final de lode de ETEs na Europa. ( x 1000 tlano na. base seca.)

Pals Quantidade Uso % utiliza.da Aterro lncinera~o Disposi~ao Outros

total na Oceanica usos

134,0 U.K. 1107,0 488,0 44,0% 88,6 77,4 322,0 121,0 Holanda 335,0 87,0 25,9% 171,0 10,0 67,0 Portugal 2,7 10,8% 7,3 0,5 14,5 Espanha 350,0 175,0 50,0% 122,5 17,5 35,0 Suecia 200,0 80,0 40,0% 120,0 Suiya 270,0 121,5 45,0% 81,0 67,5 Total 7387,0 2690,1 3066,2 801,4 380,3 447,1

Fonte: Ada pta do de Matthews, 1999 In: TSUTIY A, 2001

Baseado nas informagoes da tabela 3.4,

e

possfvel observar que OS parses Franga (58%), Noruega (56%), Dinamarca (54%) e Espanha (50%) ja utilizam mais de 50% do lodo produzido nas na agricultura. lsso mostra que esta pratica tende a se fixar como alternativa de disposigao final para o lodo de ETE.

Os recursos hldricos subterraneos sao uma alternativa de abastecimento simples, confiavel, eficiente, de baixo custo e com alta disponibilidade. Segundo diagn6stico efetuado pela CETESB, o uso das aguas subterraneas para abastecimento publico no Estado de Sao Paulo, vern crescendo gradativamente. Atualmente, % dos municfpios do Estado sao total ou parcialmente abastecidos por aguas subterraneas. lsto mostra a

16

importancia e a necessidade de protec;ao da qualidade destas aguas (CETESB, 2000).

no ao 19

incubac;ao onde periodicamente se fazia a adic;ao agua a de provocar lixiviac;ao. func;ao dos resultados obtidos, o autor sugeriu que existe a possibilidade de se perder ate

do N adicionado via para camadas abaixo 40 em.

a

no

e Latossolo em

quantidades correspondentes a 72 Mg/ha cada uma, num perfodo de 12 meses. Os resultados obtidos mostraram nfveis de nitrate no lfquido percolado da ordem de 96 mg/L. Os vaiores encontrados indicam que existe a possibilidade de haver caminhamento de nitrates para camadas de solo inferior a 60 em ap6s sucessivas e pesadas aplica¢es de !ado.

Zhang e Xue citado par Wang (1997), em avaliac;ao feita na China, constataram que ap6s 1 ana de aplicac;ao superficial de lodo em solo degradado, nas taxas entre 22,5 a 67,5 tlha.ano, as concentra<;oes de nitrate, diminufram ao Iongo do perfil do solo e nao atingiram 30 mg/kg nas profundidades abaixo de 1, 00 e 1 ,20 m. Para esses autores, estes resultados indicam que as aguas subterraneas nao seriam contaminadas nas condi¢es da pesquisa (WANG, 1997).

3.3. 0 efeito da aplicaqao de lodo no solo

0 solo superficial e a zona principal de desenvolvimento das vegeta<;oes. Armazena a maioria dos nutrientes disponiveis para os vegetais e supre grande porc;ao da agua usada pelas culturas. Mediante cultivo apropriado e incorporac;ao de residues organicos, sua condic;ao flsica podera ser modificada.

em

e

com

como tamanho e estabilidade dos agregados, capacidade de armazenamento e infiltra<;ao de agua no solo, densidade, lixivia<;ao, biomassa e atividade microbiana, pH, CTC, imobiliza<;ao de substancias t6xicas e solubiliza<;ao de nutrientes das particulas do

a

Off'lf"":'<=:~'n _{a sua}

mineraliza<;ao ( 1999).

presenya de materia organica melhora o estado de agrega<;ao das partfculas do solo, diminui sua densidade, aumenta a aera<;ao, a capacidade de reten<;ao de agua e a capacidade de troca de cations. Na literatura, encontra-se grande numero de trabalhos, procurando avaliar os efeitos do lodo de esgoto nas propriedades ffsicas, qufmicas e biol6gicas do solo, assim como seu efeito fertilizante e poluidor do ambiente (MARQUES, 2000).

A materia organica pode ser adicionada aos solos mediante diversos processos:

e Enterramento das culturas, quando ainda se acham em estagio imaturo e

suculento, o que denomina aduba<;ao verde; • Estrume rural;

• Despejos organicos nao rurais, tais como resfduos de esgotos e compostos, que atualmente vern sendo usados com mais frequemcia;

• Restolhos, palhas e especialmente reslduos do sistema radiculares, que sao deixados no interior dos solos ou na superffcie para decompor-se.

3.3.2. 0 nitrogenio no solo Dos varios nutrientes vegetais, o

se ao em eo se 18 atenyao. serem a sua como de cultura, fertilizantes comerciais, adubos e atualmente a aplicayao de lodo de esgoto domestico tern contribufdo como fonte de nitrogenio. maior parte do nitrogenio adicionado ao solo passa por varias transforma9oes sucedem-se

Figura 3.2: Cicio do Nitrogenio Fonte: Adaptado de BRADY, 1989

Animals Humanos

//iii!

t

/

~Perdas

- Residuos, estrumes c reja-itos

ar.

• pH: lodo mais alcalino (pH>9), tern maior perda de amenia por volatilizayao do que 0 lodos mais acidos

a

• Metodo de apUca~ao: Quanto mais o lodo no menor sera a perda pela volatilizayao. Se o lodo e espalhado na superflcie do solo, a volatilizayao da amenia ocorre rapidamente com o maximo da perda ocorrendo na primeira semana.

• Umidade do solo: Se o solo e saturado antes da aplicayao superficial de lodo Hquido, a taxa de volatilizagao tende a aumentar, pois ha uma diminuiyao na taxa de infiltrayao do lodo. Tornando lenta ou impedindo a infiltrayao, aumenta-se o tempo de contato da soluyao aquosa de ion de amenio com as condi<;Qes atmosfericas da superffcie, aumentando assim a perda por volatilizayao.

Para os casos de disposiyao de lodo no solo, sem a finalidade de reciclagem, a volatilizayao da amenia contribui para diminuir a formayao de nitrato por meio da nitrificagao.

Por meio de bacterias quimiossinteticas, Nitrossomonas.sp, ocorre a transformagao da amenia em nitrito e as bacterias Nftrobacter.sp, convertem o nitrito em nitrato, esses processes recebem o nome de Nitrificayao (CARVALHO, 1980).

20

A nitrifica~o e urn processo de oxida98o enzimatica da amenia para nitratos, que

ocorre em ea

eo

As equa9oes abaixo representam as rea9oes qulmicas oxida98o

+ _{---·~ +} 1

real:;;80

e

0

nitr·nnOnlli"\ amoniacal para riiTF"Ilrr\

N02"+ Y2 02 ~ N03- eq.(3.2)

Nesta etapa as bacterias do genero Nitrobacter.sp oxidam o nitrito NO£ para nitrato

No3--A nitrifica98o completa e representada pela equa98o abaixo;

NH40H + 2 02 ~ HNOs + 2 H20 eq.(3.3)

3.3.4. Condi~oes que influenciam a nitrifica~ao

As bacterias nitrificadoras sao muito sensfveis ao proprio ambiente e as condi9oes do solo podem influir sobre a intensidade da nitrifica98o. Os fatores que afetam diretamente sao: montante de amenia, aera98o, temperatura, bases permutaveis e pH (BRADY, 1989).

e Montantes de amonia: A nitrifica98o s6 sera possivel se houver uma fonte de

amenia para ser oxidada. diretamente ligada ao

Segundo MARTINS (2000), as formas amoniacais estao presentes no solo de acordo com o pH

8

=

o ... ,.fil"•"""''"""'"'iro +

=

IC8(;80

e

urn

DfOice~SSO

a aera9Bo ate

intensifica-la.

• Temperatura:

a

se a

na

• Quando o pH aproxima-se do acido, ocorre uma diminui9Bo da taxa oxida9Bo da amonia. Esta tendemcia esta relacionada com a sensibilidade das bacterias nitrificantes

a

ambientes acidos. 0 efeito do pH acido (< 5) mostra-se mais como inibit6rio do que como t6xico para a nitrifica9Bo.

A aplica9Bo de grande quantidade de amonia e Ions amonio, via lodo ou via fertilizantes, mostram tendencia para aumentar a acidez deste solo, pais a rapida nitrifica9Bo destes compostos Iibera fans de hidrogenio que permanecem adsorvidos pelos col6ides do solo (BRADY, 1989)

3.3.5. Desnitrifica~ao

0 grande reservat6rio de N2 e o ar atmosferico, para que o nitrogenio retome para o ar na forma de N2 e necessaria que ocorra a desnitrifica9Bo. A desnitrifica9Bo biol6gica envolve a redu9Bo, por via biol6gica, do nitrato a nitrito e nitrito a nitrogenio gasoso. 0 nitrito e o nitrato fornecem o oxigenio para a respira9Bo microbiana da propria rea9Bo de desnitrifica98o. Assim sendo, a condi9Bo adequada para a desnitrifica9Bo e comumente chamada de an6xica-oxigenio ausente mas nitrato presente (FERREIRA, 2000).

22

Nao e o mecanisme exato pelo se realizam tais redu~oes; no entanto, a tendencia geral das rea~oes podera ser representada, da maneira a

+ +

+ 6 + 6 +3

+4 + --~~ 2 +

quantidade de nitrogenio disponfvel e tambem afetada pelas perdas de N amoniacal pela volatiliza~o da amonia 0 que em geral e de diffcil

IL<:lll~u como

em

a

e seu

).

grande mobilidade do No-3 no solo esta relacionado com o fato deste composto ser soluvel, o que facilita o seu caminhamento atraves dos solos mais poroses, podendo atingir as aguas subterraneas.

possibilidade de polui~o de fontes de aguas subterraneas ou de lagos por

lixivia~o dos despejos, requer estudo cuidadoso, o conhecimento do ciclo de elementos como o carbona, nitrogenio, f6sforo e outros, bern como o comportamento deles no solo, pode ajudar a evitar a polui~o das aguas subterraneas (SORG, 1980).

3.3.6. Cicio do F6sforo

A ciclagem biol6gica do f6sforo (Fig.3.3) no solo ocorre por meio dos raizames dos vegetais que absorvem os compostos inorganicos de f6sforo e em menor quantidade os organicos, deslocando-os para as partes das plantas acima do solo.

0

f6sforo presente nas plantas e devolvido ao solo, quer no residues das culturas, quer nos rejeitos humanos e animais. Os microrganismos decompoem estes residues e liberam f6sforo organico e inorganico no solo, iniciando urn ciclo (BRADY, 1989).

·p ASSlMU.AVEL organico e

inorgAnico

Figura 3.3: Cicio do F6sforo Fonte: Adaptado de BRADY, 1989

0 f6sforo

e

liberado pela decomposi98o de compostos organicos, pela erosao gradativa de rochas fosfatadas, e esta presente nos esgotos enos fertilizantes agricolas (BRANCO, 1980).

Os mecanismos de devolu98o do f6sforo ao ciclo, podem ser insuficientes para compensar a perda de fosfato que escoam para os rios, lagos e mares. Urn procedimento experimental para reciclagem do f6sforo, implica no lanyamento dos efluentes na vegeta98o de altitude em vez do lanyamento direto em riachos e rios (ODUM, 1983).

24

0 excesso de fosfato dissolvido na agua doce, resultante do volume crescente de

e

uma

a

u-..,. .. ~ .... ,.1 ...

a

respeito a grande quantidade fosfato proveniente agriculture e dos esgotos domestico e industriais, que sao langados diretamente nos rios e lagos, nao retornando ao solo, podendo causar a eutrofizac;8o desses corpos d'agua

No seu ciclo na natureza, o f6sforo sofre uma serie de transforma¢es pelos microrganismos, pois apesar de existir f6sforo organico no solo em grande quantidade, este nao esta disponivel para as plantas.

E

atraves dos microrganismos; bacterias, fungos e actinomicetos que ocorre a transformac;ao do f6sforo organico em formas inorganicas (fosfato), que sao disponfveis as plantas (CONSULTEME, 2002).

Tanto as formas organicas, quanto as inorganicas, estao presentes no solo e ambas sao importantes para OS vegetais. 0 f6sforo inorganico soluvel dilufdo em acido e mais prontamente assimilavel do que as formas inorganicas residuais. Em solos com fertilizac;8o abundante, terao quantidades elevadas de f6sforo organicos nas camadas superiores (BRADY, 1989).

3.3.6.2. 0 pH e a disponibilidade do f6sforo inorganico

A disponibilidade do f6sforo para os vegetais e determinada, em certo grau, pela forma ionica deste elemento e a forma ionica e determinada pelo pH da soluc;8o em que o

soluc;oes muito acidas, apenas os Ions H2P04- estao presentes, a medida o 0 ~ Q < a: i -z w 0 z 0 0 p 100 OS pH DASOLUcAO

Figura 3.4: Grafico do pH pela concentra~ao de f6sforo disponivel em %

Fonte: BRADY, 1989

e

Entretanto, a presen9B de outros compostos ou Ions exercem influemcia sobre a assimilabilidade do f6sforo, como por exemplo a presenc;a de ferro e de alumfnio soluveis e sob condic;Qes muito acidas, ou a presenc;a de calcio com elevados valores de pH, Figura 3.5 (BRADY, 1989).

3.5: Formas de f6sforo disponiveis de acordo com o Fonte: BRADY, 1989

do solo

26

Como demonstra a figura acima, solos com pH entre 5,5 e 7,0 tandem a disponibilizar fosfatos assimilaveis para as plantas. Porem, sao pressupostas condiyaes medias e nao devera concluir que qualquer solo especlfico apresentara exatamente a

distribui~o acima descrita. A propor~o real a permanecer sob forma assimilavel

dependera do contato com o solo, do perfodo de rea~o e de outros fatores (BRADY, 1989).

nesta pesquisa e proveniente estagao de de em

esgoto tratado e de tipicamente bairro

Riacho Grande - SBC/SP. vazao afluente e de 5 e o esgoto tratado e de uma populagao estimada pelos operadores da estagao, de 10.000 habitantes. Atualmente a estagao tern recebido contribuigao de fossas de escolas municipais, atraves de caminh6es de coleta. Como esta contribuigao e ocasional, nao ha dados da vazao desta parte do esgoto.

processo de tratamento da ETE e o valo de oxidagao e possui unidades de gradeamento, caixa areia, 2 valos de oxidagao, dais decantadores (Fig.4.2) e 5 unidade de leitos de secagem. Neste processo os fenomenos biol6gicos caracterfsticos de seu funcionamento sao semelhantes ao processo oxidagao total, onde o tratamento do esgoto e do lodo sao feitos no mesmo tanque. A oxidagao total pode ser definida como um processo em que o biol6gico produzido por sfntese e por auto-oxidagao.

esgoto entra no valo de oxidagao, possui um aerador (escova rotativa com

pelos

OS

fornecer oxig€mio, e inicia-se a

aer6bios (Fig.4.3). oxidagao ocorre a separagao material

passa por uma canaieta onde recebe a cloragao (hipoclorito de s6dio lfquido) antes de ser descartado na Represa Billings, uma parte do lodo retorna para os valos de oxidac;ao eo

rO~>i'"'l'"'i'O

e

nos Guapiranga Represa Billings Rod. dos lmigrantes

Bairro Riacho Grande

Km29

Figura 1: Mapa de Localiza~io da ETE de Riacho Grande Fonte: Adaptado de GUILHERME (1997)

30

geral dos Valos de oxida~ao da Esta~ao Riacho Grande

MONTAGEM DO EXPERIMENTO

Os reatores foram montados no CESET - Centro Superior de Tecnologia em Limeira - SP, pertencente a UNICAMP. A escolha do local para montagem do experimento levou em considera98o os seguintes aspectos: seguranga, pais o local

e

cercado e nao permite a entrada de pessoas estranhas e a existencia de uma estagao meteorol6gica situada ao lado da area do experimento, o que facilita o acompanhamento de dados meteorol6gicos, ja que a chuva

e

um fator de grande interferencia nesta pesquisa.

Para este trabalho, foram montados 18 reatores de fibra de vidro com 1 ,20 m de altura e 1,10 m de diametro, preenchidos com solo argiloso. reatores (Fig.4.5) foram dispostos sabre blocos de cimento e areia para facilitar a coleta do percolado. Foi deixado 0,20 m de borda livre para que o lodo fosse disposto com seguranga e nao transbordasse.

cada 0,25 m de profundidade, a contar da superflcie, foram instalados coietores

uti! izados em , 999, para a

e

a

superffcie do solo. Estes coletores (Fig.4.6) fixados no

reator com auxllio de um tuba de PVC de %" e uma flange (Fig.4. 7), mantendo-se uma distancia de 0,25 m da parede da cuba e dispostos simetricamente entre si, formando os vertices de um triangulo equilatero no plano horizontal.

32

esta9ao monitoramento recebeu urn prolongamento da tubula9ao ap6s a flange, na parte externa da cuba, com urn registro para coleta do lfquido percolado. 0 quarto registro esta instalado na salda de descarte do excedente que atinge o fundo do reator (1,0 m de profundidade). Os registros foram instalados para evitar a entrada de ar no sistema e para permitirem o armazenamento e a coleta lfquido no momenta desejado. Ap6s a montagem dos coletores, o solo foi acomodado ate atingir 1,00 m de altura. Esses reatores foram idealizados para simular o perfil solo (Fig. 4.8) e o comportamento do lodo ao Iongo deste.

Os reatores foram montados em triplicata para uma analise dos resultados (Fig.4.9). Cada serie de reatores contem as seguintes taxas: 0 (controle); 2,5; 5,0 e 7,5 t/ha taxas e 5 t/ha e 0 (controle) com o pH do solo corrigido para 7 (neutro). Estas taxas de aplica9ao foram baseadas nos resultados obtidos por NUVOLARI (1996), que trabalhou com taxas variando entre 5; 10 e 15 (t/ha), onde obteve melhores resultados com a taxa de 5 (t/ha). este motivo foi utilizado valores acima e abaixo de 5 (t/ha) uma nova

m

um reator, simulando o perfil do solo (sem escala)

2,5 0

c

uou

1,5 5

c

R

uou

7,5

()

25 Oc 5 0 5c

uuouu

7,5

u

0 Oc 5c 5 0 2,5

uuuuu

R= Solo reserua c= Solo corrigido Serie 1

I

Serie 2

I

Serie 3

4.2.1-SOLO

em

Para a determinagao da curva granulometrica foi utilizado o metodo M6-61 (DER-SP-1 da analise granulometrica. um !:ln~::~rc.l se encontra no anexo 4.2. 2. APLICACAO DO LODO

e

um

juntamente com a curva

Nesta pesquisa o lodo foi aplicado, sem nenhum pre-tratamento, na forma lfquida em um solo com ausemcia de vegetagao. Atualmente a CETESB (1999) recomenda que as aplicagoes de lodo no solo, sejam baseadas na taxa de mineralizagao do nitrogenio, porem como o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar a possfvel contaminagao dos leng6is freaticos com compostos de nitrogenio e f6sforo, as aplica¢es foram baseadas na degradagao da materia organica no solo. Para avaliar a degradagao da materia organica foi utilizado o ensaio respirometrico de Bartha NT- l6.350 - CETESB - 1990 e ABNT 01 :603.06-007.

0

ensaio de respirometria (Fig.4.1 0) consiste em avaliar a biodegradagao de compostos organicos adicionados ao solo, atraves da medida do oxigemio consumido ou do gas carbonico produzido durante a biodegradagao dos compostos organicos.

estimar quando a materia orgamca estara degradada, permitindo assim uma nova aplicac;ao. Os ensaios de respirometria foram realizados paralelamente por uma bolsista

no

as ocorrer aproximadamente a cada dias.

Figura Ensaio de respirometria, detalhe para os respirometros de Bartha

As quantidades de lodo lfquido referente as taxas 7,5 tlha, 5 tlha e 2,5 tds/ ha foram baseadas no peso da materia seca (base seca). cada aplicac;ao, quando o lodo chegava da estac;ao, fazia-se a determinac;ao dos s61idos totais do lodo e com base nesse dado, calculava-se o valor equivalents em litros. A seguir, sera apresentado urn exemplo de calculo para uma determinada taxa de aplicac;ao.

@ Calculo da area superficial dos reatores:

0,53m A= n x R2 A= 0.88

m

2

• Calculo da taxa equivalente a area dos reatores: 7,5

=

7,5

t

I 10.000 m2

=

7.500 kg/ 0.000 m2

=

750 g/

g ~ 1

X Ill' 88

• Calculo do valor equivalente em Utros: So lidos totais do lodo bruto = 30,76 g/L

Nesse exemplo, para a taxa tlha, 0 valor equivalente de lodo lfquido

e

de 21 ,45 pais os valores mudam a cada aplicagao de acordo com os s61idos totais.

Para as demais taxas, faz-se a relagao abaixo descrita.

L tlha __.,. x

x= 14,3 L

Na aplicagao do lodo liquido digerido, Figuras 4.11 e 4.12, utilizou-se provetas de plastico com 2 L de capacidade, para medir as quantidades de cada taxa com maior precisao.

As Figuras 4.13, 4.14 e 15 ilustram como

e

realizado o espalhamento do lodo na superffcie do solo.

0 lodo foi disposto sabre a superflcie do solo de cada reator e nao houve incorporagao deste ao solo. solo superficial nao era revolvido nem antes e nem ap6s as aplicagoes como ocorre na agricultura, quando o iodo

e

utilizado como fertilizante.

Figura 1: Medic;ao do volume de lodo a ser aplicado nos reatores

38

Detalhe do espalhamento do lodo liquido na superficie do reator

Vista superflcie do ap6s aplicagao do lodo no reator

4.3. METODOS ANAliTICOS UTIUZADOS PESQUISA

metodologia que foi usada no trabalho de pesquisa esta descrita a seguir e subdividida de acordo com o tipo de analise ffsico-qulmica.

4.3.1- ANALISES PRINCIPAlS

1. o caracterizado, de cada aplicagao, ou seja a

dias, segundo os parametres:

• nitrogenio (serie completa); • f6sforo Total.

a dos valores da serie do nitrogenio, o sistema "Flow Injection Analysis" (MARTINS, 2000) e os padroes segundo (APHA). Para o f6sforo total,

asc6rbico, nitrogenio nitrito -) nitrogenio nitrate (N-N03-) f6sforo total (P) a mesma rno,ft"lf"ll"\ em p!astica,

transferido para garrafas de vidro (garrafa com acido sulfurico (1 ml para cada amostra).

ea

aos

0

com 350 ,no

totalizando 9 aplica~oes de lodo. As aplica~oes foram realizadas a cada 40 dias e os dias na

Datas Aplica~oes durante o ano Dias de Aplica~ao 29 de Janeiro 12 de Mar~o 23 de Abril 4 de Junho 16 de Julho 27 de Agosto 15 de Outubro 26 de Novembro 28 de Janeiro

Por ser urn sistema aberto, as coletas sofreram influencia direta das precipita~oes

pluviometricas, no que diz respeito a quantidade de Hquido infiltrado. As precipita¢es tambem influenciaram na lixiviac;8o dos nutrientes transformados no solo e analisados nesta pesquisa. Por este motivo, a apresentac;8o dos resultados, foram divididos por periodos.

42

Os perfodos foram divididos com base na ocorrencia e na intensidade das precipitayoes pluviometricas ao Iongo do ano (Vide dados pluviometricos no Anexo Os

a

lnn">C.'I'I"'I .... . , . : 1 mm

Numero de aplicayaes de lodo

=

2 Numero coletas

=

2

a

~c.T.c.rn

Media mensa! pluviometrica

=

40,3 mm Numero de aplica<;oes

=

4

Numero de coletas

=

7

• Terceiro periodo de Avalia~ao

De outubro de 2001 a janeiro de 2002 Media pluviometrica mensal

=

222,8 mm Numero de aplicagoes

=

3

Numero de coletas

=

6

nas

5.1 Resultados obtidos na caracteriza~ao do Lodo liquido digerido

0

lodo Hquido utilizado na pesquisa foi caracterizado antes de cada aplicagao quanto aos parametros da Tabela 5.1. sendo que os coliformes fecais e totais sao parametros analisados no trabalho de mestrado e ovos de helmintos no trabalho de doutorando.

Tabela : Parimetros analisados no lodo liquido antes de cada aplica~io

Parametres Resultados

pH

6,0

a

6,5

S6iidos Totais (g/l) 41,227*

Nitrogenio Total Kjeldahi (mg/L) 80,796*

Nitrogenio Organico (mg/L) 30,695* Nitrogenio Amoniacal (mg/L) 50, 101* Nitrogenio Nitrito (mg/L) 12,58* Nitrogenio Nitrato (mg/L) 123,710* F6sforo Total (mg/L) 2,7 X 106" 1 ,0755* Coliformes Totais (NMP de CT/100 ml) Coliformes Fecais (NMP de CF/100 ml) 7,3 X 105"

Ovos de Helmintos ( ovos/L) 23 *

As Figuras 1.1 a 5.1 apresentam os valores obtidos na caracterizayao

lfquido quanto aos parametres: N-Ntk (Kejaldhal), N-Organico, N-NH3 (Amenia), N-N0-2 (Nitrito), N-No-3 (Nitrato) e F6sforo total, ao Iongo das noves aplica9oes (Vide Tabela 5.1.1.1 e 5.1.6 no anexo A).

As concentra96es das formas de nitrogenio e f6sforo total presentes no lodo lfquido digerido, por ocasiao de cada aplicayao de lodo no solo, nao foram proporcionais e constantes devido as datas de aplicayao que nao coincidiam com as datas de descarte da estayao.

0--29/Jan. 12/Mar. 23/Abr.

5.1.1: ru'l~ontraf'f\Q«:! de das 9 aplicac;oes 200 180 160 -I 140

z

120 ~ 100

,

C) 80·

16/Jul. 27/Ago. 26/No'\128/Jan. 02

Aplica~lo de lodo

nolodo ao

E

:;~~-~-~~.;~f~I~I-II-29/Jan.12/Mar.23/Abr. 4/Jun. 16/Jul. 27/Ago.15/0ut.26/NmZ8/Jan.02

Data de ncacao de lodo

nolodo ao Iongo das 9

200 180 I / t - · · · ~~-160 140 z 120 ~ , 100

i

80 60 40 20 0 ·r----~T - - - - · -r~---r·---"--r---, --===-,

29/Jan. 12/Mar. 23/Abr. 4/Jun. 16/Jul. 27/Ago. 15/0ut. 26/Nov28/Jan.02

Data de Aplica~ de lodo

Figura 5.1.3: Concentrac;oes de N-Amonia no lodo liquido ao Iongo das 9 aplicaQoes

200 1 160 ~ 140

z

120 ~ 100 ~ 80 60 40 20 II Nitrito -~- ---~---1 0 -JL'---~~-T·----~T--,--~--- --~ .. r---~-r---~~ .. ·--"~~-~-( 29/Jan.12/Mar. 23/Abr. 4/Jun. 16/Jul. 27/Ago.15/0ut.26/Nm28/Jan.02

5.1.4: 9 aplica¢es 220 200 180 160 ~ 140 11.1 120 , 100

i'

80 60 40

Data da Aplicac;io de lodo

de N-Nitrito no lodo ao das

o~~-~-r---·-~-1·--··- ~~---r---~-~----~-~---~-1----~~---~--( 29/Jan.12/Mar. 23/N:Jr. 4/Jun. 16/Jld. 27/~o.15/0J:. 26/N0\28/Jan.02

Data da Apl~o de lodo

.5: 1\U\Iitratn tO nO l0d0 ao 1,8 1,6 1.4 a. 12 11.1 • '0 1 :::! 08 ~ o:6~ 0,4 0,2 0

r"~~---29/Jan. 12/Mar. 23/Abr. 4/Jun. 16/Jul. 27/Ago. 15/0ut. 26/Nov28/Jan.02

Dlas de apllcagao

Figura 5.1. 7: Concentrayoes F6sforo total no lodo lfquido ao Iongo

46

5.2. Resultados obtidos na avaliac;ao do liquido infiltrado no solo, referentes ao

as

e

no

Tabela Datas de aplica~ao do lodo e das coletas do liquido primeiro periodo

As Figuras 5.2.1 a ilustram os valores medios das concentra9oes

N03-e P no liquido infiltrado, obtido nos co!etores de drenagem livre, durante o perfodo de

janeiro a mar90 de 2001, nas profundidades 0,25; 0,50; 0,75m e 1,00 m (descarte de fundo). (Vide Tabelas 5.2.1 a 5.2.9 no anexo B).