RENDIMENTO DO CAPIM ELEFANTE (Pennisetum purpureum) IRRIGADO COM ÁGUA RESIDUARIA TRATADA.
ALTEMAR VILAR DOS SANTOS
RENDIMENTO DO CAPIM ELEFANTE (Pennisetum purpureum) IRRIGADO COM ÁGUA RESIDUARIA TRATADA.
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Universidade Federal da Paraíba, em cumprimento às exigências para obtenção do grau de Mestre.
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: RECURSOS HÍDRICOS SUB-ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: ENGENHARIA SANITÁRIA
ORIENTADORES: ANNEMARIE KÕNIG BEATRIZ S. O. CEBALLOS
CAMPINA GRANDE - PB 1997
RENDIMENTO DO CAPIM ELEFANTE (Pennisetum purpureum) IRRIGADO COM ÁGUA RESIDUÁRIA TRATADA.
ALTEMAR VILAR DOS SANTOS
COMISSÃO EXAMINADORA:
Prof. lans Raj Gheyi - D. Sc. (Agro.) Examinador Interno
Prof. Rafaey Kopschitz Xavier Bastos - Ph. D. Examinador Externo
CAMPINA GRADE - PB 1997
O homem, revestido de honrarias, mas sem entendimento, é antes como os animais, que perecem.
Oferecimento:
Aos meus pais Afonso e Alba pelo exemplo de vida e esforço para dar aos seus cinco filhos apoio e oportunidade para estudar.
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me dado força, perseverança, capacidade, saúde, paz interior e a paciência de Jó para suportar os espinhos que surgiram no meu caminho ao longo desta caminhada árdua.
Aos meus pais Afonso e Alba e aos meus irmãos Afonso José (Bolinha), Patrícia, Abraão e Poliana por todo apoio, incentivo, compreensão, ajuda nos momentos de tribulação, conselhos e confiança depositada em mim ao longo de toda minha vida.
A minha eterna namorada, noiva, "enfermeira" e amiga de mestrado Rossana Borges pelo apoio nos momentos mais difíceis, ajuda nos trabalhos de campo e laboratório, conselhos, compreensão e tempo que lhe foi negado.
Ao professor e amigo Cícero Ciro Albuquerque Braga pelas orientações e ajudas durante o curso de graduação que foram de grande valor para minha vida.
As professoras Annemarie Kônig e Beatriz S. O. de Ceballos pela orientação e amor ao trabalho científico.
Ao professor Marcos Firmino pela ajuda na instalação do experimento.
A professora Maria Domelice Farias Siqueira pelas correções de português do texto.
A Valmária, Fátima e Alves pela ajuda nos trabalhos do laboratório. A Mabel Calina pela ajuda prestada nas minhas viagens para Areia e aos momentos de descontração nas horas vagas no laboratório.
Aos alunos de iniciação científica Luciano, Jean e Márcio pela ajuda nos trabalhos de campo e no laboratório.
Aos Laboratórios de Armazenamento e Salinidade do Departamento de Engenharia Agrícola, especialmente aos professores Mozaniel Gomes da Silva e Hans Raj Gheyi.
Ao Laboratório de Nutrição Animal do Departamento de Zootecnia, especialmente ao professor José Leite de Queiroz Filho.
À Companhia de Águas e Esgotos da Paraíba - CAGEPA, Regional do Brejo, pelas facilidades prestadas para o desenvolvimento deste trabalho, especialmente à engenheira Vera Lúcia Bezerra de Freitas, aos operadores da ETE de Guarabira Sr. Antonio e Sr. Cícero e ao vigilante Sr. Biu.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico -CNPq pelo suporte financeiro.
A todos que contribuíram de forma direta ou indireta para realização deste trabalho.
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO 1 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4
2.1 - Histórico do reuso na agricultura 4 2.2 - Casos práticos de reuso de águas residuárias 5
2.3 - Generalidades sobre reuso de águas residuárias 9
2.4 - Reuso no Brasil 10 2.4.1 - Perspectiva do reuso no Brasil 11
2.5 - Lagoas de estabilização 12 2.5.1 - Tipos de lagoas de estabilização 13
2.5.1.1 - Lagoas anaeróbias 13 2.5.1.2 - Lagoas facultativas 14 2.5.1.3 - Lagoas de maturação 15
2.6 - A água residuária no solo 16
2.6.1-Solo 16 2.6.2 - Matéria orgânica no solo 16
2.6.3 - Aplicação de efluentes no solo 17 2.6.4 - Relação carbono/nitrogénio 18 2.6.5 - Nutrientes no solo 19 2.6.5.1 - Macronutrientes primários 20 2.6.5.1.1- Nitrogénio 20 2.6.5.1.2- Fósforo 21 2.6.5.1.3- Potássio 23 2.6.6 - Metais pesados 24 2.6.7 - Salinização 25 2.7 - Vantagens da utilização de forrageiras para irrigação com esgoto
bruto ou tratado 26 2.8 - Produtividade de algumas culturas fertirrigadas 27
2.9 - Capim elefante 30 2.9.1 - Características do capim elefante cultivado sob
condições naturais de precipitação 31
3 - MATERIAIS E MÉTODOS 34
3.1- Localização do experimento 34 3.2 - Descrição da Estação de Tratamento de Esgoto 34
3.3 - Alimentação do sistema 38 3.4 - Instalação do sistema 38
3.4.1 - Parcelas experimentais 38
3.4.2 - Preparo do solo 40 3.4.3 - Plantio e tratos culturais 40
3.4.4 - Irrigação 41 3.5 - Descrição dos trabalhos de campo 42
3.5.1 - Coleta de amostras de esgoto 42 3.5.2 - Corte de avaliação da forrageira 42 3.5.3 - Coleta de amostras de solo 43 3.6 - Parâmetros físico-químicos de avaliação da qualidade do efluente
final da ETE de Guarabira 44
3.6.1 - Temperatura 44 3.6.2-pH 44 3.6.3 - Oxigénio dissolvido 45 3.6.4 - Condutividade elétrica 45 3.6.5 - DB05 45 3.6.6 - Nitrogénio amoniacal 46 3.6.7-Fósforo 46 3.6.8 - Sólidos suspensos 46 3.7 - Análise bromatológica 47 3.7.1 - Matéria seca e matéria mineral 47
3.7.2- Proteína bruta 47
3.7.3 - FDN 48 3.7.4 - FDA 48 3.8 - Precipitação pluviométrica 48
3.9 - Produtividade 49 3.10- Parâmetros químicos para caracterização do solo 49
3.10.1 - Fósforo assimilável 49 3.10.2 - Carbono orgânico 49 3.10.3 - Nitrogénio total 50 3.11- Análise estatística 50
4 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 51
4.1 - Variações mensais dos parâmetros físico-químicos no esgoto bruto,
efluentes das lagoas e efluente final 51
4.1.1- Temperatura 51
4.1.2- pH 52 4.1.3 - Oxigénio dissolvido 52
4.1.4 - Condutividade elétrica 53
4.1.6 - Nitrogénio amoniacal 55 4.1.7 - Formas de fósforo 56 4.1.8 - Sólidos suspensos 57 4.2 - Variações das análises bromatológicas 58
4.2.1 - Matéria seca 58 4.2.2 - Matéria mineral 59 4.2.3 - Proteína bruta 60 4.2.4 - FDN 61 4.2.5 - FDA 62 4.3 - Variações da produtividade 62
4.4 - Variações dos parâmetros químicos para caracterização do solo 64
4.4.1 - Fósforo assimilável 65 4.4.2 - Carbono orgânico 65 4.4.3 - Nitrogénio total 66 5 - DISCUSSÃO 89 6 - CONCLUSÕES 96 7 - RECOMENDAÇÕES 98 8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 99
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo avaliar a produtividade do capim elefante
{Pennisetum parpurenm) irrigado com esgoto doméstico tratado em lagoas de
estabilização. Houve ainda o monitoramento da qualidade bromatológica do capim, da qualidade físico-química do esgoto bruto, efluentes das lagoas anaeróbias e facultativas e efluente final e monitoramento das características químicas e físicas do solo.
A pesquisa foi realizada no período de nov/95 a dez/96 nas dependências da Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) de Guarabira - PB (6o 51' 18" S; 35°
29' 24" O; 98 m a.n.m.). A ETE é composta de dois módulos em paralelos de lagoas de estabilização em série (anaeróbia seguida de facultativa). O plantio do capim em solo franco arenoso, em nov/95, foi realizado numa área adjacente as lagoas, em 16 parcelas de 4 x 5 m inteiramente ao acaso, distanciadas 2 m entre si, submetidas a quatro tratamentos de irrigação com quatro repetições: irrigação com água de abastecimento sem cloro (Tl), Tl + NPK aplicado no solo (T2), com esgoto tratado + NPK aplicado no solo (T3) e com esgoto tratado (T4). A classificação da água de abastecimento para fins de irrigação foi C2-S1 e do esgoto tratado foi C3-S2. Todas as parcelas foram irrigadas individualmente com o fornecimento de 2,5 1/cova.dia nos dois períodos de estiagem (nov/95 - fev/96 e set - dez/96). Após o plantio em nov/95 foram realizados cortes em fev, jun, set e dez/96 para avaliação da produtividade do capim a intervalos médios de 98 dias após o plantio.
As variáveis estudadas no capim foram produtividade (t/ha.corte), matéria seca (%), matéria mineral (%), proteína bruta (%), FDN (%) e FDA (%). No esgoto bruto, efluentes das lagoas e no efluente final foram avaliados temperatura, pH, oxigénio dissolvido, condutividade elétrica, DB05, nitrogénio
avaliados os parâmetros químicos fósforo assimilável (mg/lOOg), carbono orgânico (%) e nitrogénio total (%) e a granulometria como parâmetro físico para classificação textural.
O sistema de lagoas (módulo 1 e 2) da ETE removeu 93 % de DB05, 43 %
de nitrogénio amoniacal, 34 % de fósforo total e 91 % de sólidos suspensos. O
efluente final da estação apresentou valor médio de 39 mg/l de DB05,
40,9 mgN/1 de nitrogénio amoniacal, 6,1 mgP/1 de fósforo total e 64 mg/l de sólidos suspensos. Apesar das concentrações elevadas de DB05, nutrientes
(nitrogénio e fósforo) e sólidos suspensos para disposição em corpos aquáticos do esgoto tratado, este mostrou-se adequado para a irrigação do capim elefante nos meses de estiagem na região Nordeste.
A produtividade de matéria seca acumulada nos 4 cortes do capim foi 21,85 tMS/ha em Tl, 19,32 tMS/ha em T2, 27,82 tMS/ha em T3 e 28,53 tMS/ha em T4. A contribuição para estes valores das produtividades dos 2 períodos de irrigação (Io e 4o corte) foi de 30, 37, 36 e 35 % em Tl, T2, T3 e T4,
respectivamente. A produtividade de matéria seca apresentou diferença estatística a nível de 5 % entre tratamentos apenas no Io corte, com T3 diferindo de Tl e
T2, mas sem nenhum tratamento diferindo de T4. Independente do corte de avaliação e dos resultados estatísticos o tratamento T4 superou os tratamentos Tl e T2 e só foi inferior a T3 no Io corte. Apesar de não terem sido observadas
diferenças estatísticas entre os tratamentos no 2o, 3o e 4o corte a utilização de
água residuária tratada deve ser vista como uma alternativa para atividade agrícola, pois propicia uma redução de gastos com fertilizantes e principalmente a preservação dos recursos hídricos. Além disso a água residuária tratada está disponível para o reuso durante todo ano, haja visto que as estações de tratamento de esgoto são alimentadas com esgoto gerado após o uso das águas de abastecimento doméstico e/ou industrial que é imprescindível para qualquer população urbana.
ABSTRACT
This work evaluates elephant grass {Pennisetum purpureum) yield when irrigated with domestic sewage treated by stabilization ponds.
The research was carried out from Nov/95 to Dec/96 at Guarabira Wastewater Treatment Plant - Paraíba State - Northeast Brazil (6o 51' 18" S; 35°
29' 24" W; 98 m above sea levei). Waste stabilization ponds system comprises two parallel series of waste stabilization ponds (anaerobic followed by facultative). Irrigation experiment were carried out in sandy loam soil at a site near the treatment plant in 4 x 5 m plots, separated by 2 m on ali sides with 4 irrigation treatments: Tl (irrigation with water supply without chlorine), T2 (same as Tl + NPK added to the soil), T3 (irrigation with treated sewage + NPK added to the soil) and T4 (irrigation with treated sewage). Analysis of water quality done in treated sewage and water supply showed waters belonged to C2Sl and C3S2 categories respectively. Irrigation during dry season (Nov/95 -Feb/96 and Sept - Dec/96) was 2.5 1 of irrigation water/plant.day. Forrage grass cuttings were carried out at 98 days intervals: 2 during dry season (Feb/96 and Dec/96) and 2 during rainy season (Jun and Sept/96).
The variables studied in the forrage grass were: productivity of dry matter (t/ha), dry matter (%), mineral contents (%), raw protein (%), neutral detergent fiber (%) and acid detergent fiber (%). Analysis of temperature, pH, dissolved oxygen, electrical conductivity, BOD5, ammoniacal nitrogen, total phosphorus,
soluble orthophosphate and suspended solids were performed in raw sewage, pond effluents and final effluent. Soil chemical analysis included assimilable phosphorus (mg/lOOg), organic carbon (%) and total nitrogen (%). Particle size distribution was determined as a physical parameter for a textural classification.
6.1 mgP/1) for total phosphorus and 91 % (716 - 64 mg/l) for suspended solids. Although these values were considered high for enviromental disposal during dry season in Norteast Brazil showed to be adequate for elephant grass irrigation.
Cumulative dry matter yield in the 4 cuttings was 21.85 tDM/ha in Tl, 19.32 tDM/ha in T2, 27.82 tDM/ha in T3 and 28.53 tDM/ha in T4. The percentage of these values in the cumulative yield was 30, 37, 36 and 35 % in Tl, T2, T3 and T4 respectively during the 2 irrigation periods (lst and 4* cutting). In
the first cutting the productivity of dry matter exhibited a statistical difference at 5 % levei between the treatments, with T3 differing from Tl and T2, but without any treatment differing from T4. The T4 treatment outdid Tl and T2 treatment and it was inferior in the first cutting only in T3. Although no statistical differences were observed in the 2nd, 3rd and 4* cuttings the use of treated
wastewater is considered a good altemative by reducing the use of chemical fertilizers but the major contribution is the water resource preservation. In Northeast Brazil wastewater reuse schemes must be introduced in ali communites as a mechanism for agricultural production during dry season and therefore reducing the impact of climatic adversities.
1 - INTRODUÇÃO
Hoje, a água adquire importância cada vez maior para o bem-estar das populações devido ao seu caráter limitado sob o aspecto qualitativo e quantitativo. O abastecimento de água das primeiras comunidades urbanas era feito de maneira muito simples. A água que era usada quase que exclusivamente para mitigar a sede, preparar alimentos e banhar o corpo, foi ampliando seu campo de aplicação em benefício do homem com a implantação de sistemas de abastecimento de água (Dacach, 1975). Estes, atualmente, fornecem água as residências em quantidade e qualidade satisfatória ao uso doméstico, além de água para as indústrias, o comércio, os órgãos públicos e o sistema de combate a incêndios.
Após a sua utilização nas várias atividades do homem ocorre a transformação de água potável em água residuária com características físicas, químicas e bacteriológicas indesejáveis. O crescente aumento da produção de esgoto nas cidades tem gerado problemas sanitários graves, que são consequências do desenvolvimento rápido dos centros urbanos. O hábito de utilizar corpos receptores para o lançamento no meio ambiente de efluentes brutos e tratados parcial ou totalmente, já não é mais solução sanitária adequada a realidade atual. A grande maioria dos cursos d'água que cortam as cidades brasileiras funcionam como corpos receptores e são hoje verdadeiros escoadouros de esgotos a céu aberto propiciando a veiculação hídrica de microrganismos patogênicos, constituindo-se, num dos principais meios de transmissão de doenças entéricas.
O tratamento das águas residuárias é o fator mais importante para desenvolver um sistema de reuso rentável e tecnicamente viável. O objetivo principal do tratamento de esgoto é corrigir as suas características indesejáveis, de tal maneira que o seu uso ou a sua disposição final possa ocorrer de acordo
com a legislação ambiental vigente (van Haandel e Lettinga, 1994). Os sistemas de lagoas de estabilização tratam águas residuárias de origem doméstica, industrial e/ou agrícola e produzem um efluente com qualquer qualidade desejada (Silva, 1982). Estes sistemas tratam águas residuárias passíveis de serem biodegradadas e produzem efluentes, a baixo custo, adequados para reuso na irrigação. O uso de lagoas em regiões com disponibilidade de terras é uma alternativa cada vez mais atrativa. Esta tecnologia tem como principais vantagens: operação e manutenção de baixo custo; considerável remoção de indicadores fecais e patogênicos; suportar choques de sobre cargas hidráulicas e/ou orgânicas e produzir efluente rico em nutrientes e algas.
Devido a reduzida velocidade de oxidação da matéria orgânica nas lagoas de estabilização, há a necessidade de elevados tempos de detenção hidráulico. Este fato constitui-se na única desvantagem na utilização destes sistemas, o que não se apresenta um problema para a maioria das cidades brasileiras. Em clima tropical, o tratamento de esgoto por lagoa de estabilização é a solução mais adequada para regiões em que o solo não alcança preços elevados.
Para o desenvolvimento do reuso planejado há necessidade de aliar o potencial hídrico das ETEs com processos de tratamento do esgoto e seleção das culturas a serem irrigadas. Os sistemas de lagoas de estabilização associam-se muito bem aos processos de disposição no solo, onde o sistema solo-planta promove um "tratamento" complementar (Andrade Neto, 1994).
Uma das principais limitações para o uso de uma água na irrigação é a sua composição química. Entretanto, a atividade agrícola pode tolerar águas de qualidade mais baixa do que o uso doméstico. Neste contexto os sistemas de tratamento de esgotos podem ser utilizados como fontes de água menos nobre para a agricultura. A utilização de água residuária tratada na irrigação visa a preservação dos recursos hídricos, a economia de fertilizantes químicos e assim reduzir os custos na produção agrícola. O desenvolvimento da tecnologia do
reuso pode aumentar a produtividade das áreas irrigadas e possibilitar o reaproveitamento racional de água rica em nutrientes.
O grau de tratamento que um esgoto deve experimentar para ser reutilizado é um importante fator no planejamento, dimensionamento e gerenciamento de qualquer projeto de reuso. A qualidade do efluente a ser utilizado deve garantir proteção a saúde pública, condições estéticas adequadas para irrigação e para seu armazenamento quando necessário. O aproveitamento de água com qualidade sanitária inferior é uma prática comum que ao longo dos anos está sendo cada vez mais explorada em muitas regiões do mundo. Na maioria das vezes esta atividade se resume a simples sistemas de irrigação sem apoio tecnológico e sem qualquer controle. Hoje, a utilização de efluentes tratados na irrigação deve ser vista como uma nova alternativa de preservação ambiental dos recursos hídricos.
A disposição de esgotos no solo é uma atividade essencialmente de reciclagem, inclusive para a água, que viabiliza a utilização do potencial hídrico e dos nutrientes presentes nos efluentes líquidos e utiliza a natureza como receptora de resíduos e geradora de riquezas (Andrade Neto, 1994).
O presente trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar a utilização de água residuária tratada proveniente da ETE de Guarabira - PB para produção de capim elefante (Pennisetum purpi tim) e seus efeitos na qualidade bromatológica da forrageira. Vale salientar que o trabalho faz parte de um projeto mais amplo em que os aspectos sanitários da água residuária também estão sendo estudados.
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1- Histórico do reuso na agricultura
As primeiras experiências de reuso de esgoto foram desenvolvidas nas fazendas de esgoto localizadas nas periferias das grandes cidades europeias. No Reino Unido as primeiras fazendas deste tipo foram introduzidas em 1650 em Edinburgo e mais tarde em Londres e Manchester, seguido por outras cidades de porte médio (Shuval et al, 1986). Na França a cidade de Paris teve a implantação de sistemas de disposição no solo depois da segunda metade do século XIX (Bontoux e Courtois, 1995). Após 4 anos da implantação deste sistema existiam 900 ha de terras irrigadas com o esgoto bruto de Paris. O ápice das fazendas de esgoto foi na Inglaterra em 1865 quando a Primeira Comissão Real legislou sobre a disposição de esgoto no solo (Hespanhol e Prost, 1994). A disposição das águas residuárias era apoiada por esta comissão que defendia uma política de preservação dos corpos receptores. Após 1865 esta tecnologia foi difundida nos países mais desenvolvidos. Em Berlim, Alemanha, a primeira fazenda de esgoto foi implantada em 1876 e o sistema de coleta de esgoto da cidade abastecia 8 fazendas (Shuval et al, 1986). A maior parte das terras eram administradas pelo poder público municipal. Nos Estados Unidos a implantação dos primeiros sistemas de reuso foram na década de 80 do século XIX (Metcalf & Eddy, 1991).
Na primeira metade do século XX as fazendas de esgoto foram abandonadas em quase todas as grandes cidades onde tinham sido implantadas. Os problemas com odores e com a saúde pública foram largamente responsáveis pelo declínio das fazendas de esgoto. A aceleração do processo de urbanização e a sedução pelas tecnologias sofisticadas levaram ao desenvolvimento de processos de tratamento mais compactos e a disposição dos esgotos tratados em coipos d'água (Andrade Neto, 1994). Após o desenvolvimento das técnicas de
tratamento de esgoto o interesse pelo emprego de efluentes na agricultura, como método de irrigação e/ou disposição final, tem decaído e se renovado de forma cíclica (Bastos e Mara, 1993).
A prática do reuso de efluentes iniciada com as fazenda de esgoto, tinha caráter meramente conservacionista, que ainda é válida nos dias atuais. Esta experiência proporcionou conhecimentos científicos e tecnológicos que permitiram desenvolver e intensificar o reuso planejado a nível mundial. As experiências contemporâneas incluem exemplos de reuso com uma abordagem técnico-científica moderna, apoiada por políticas governamentais dos países que sofrem com a escassez de água. Alguns projetos de reuso na agricultura são altamente tecnificados com uso de sistemas de irrigação por aspersão ou por gotejamento (Shuval et al, 1986). A crescente utilização de águas residuárias na irrigação é fruto da evolução das técnicas agrícolas de manejo de solo e de irrigação juntamente com o conhecimento físico-químico e microbiológico do esgoto (Andrade Neto, 1991).
2.2 - Casos práticos de reuso de águas residuárias
Além do controle da poluição, da economia de água e de fertilizantes, da reciclagem de nutrientes e do aumento da produção agrícola, os inegáveis atrativos do reuso planejado de efluentes despertam cada vez mais o interesse em países com escassez de água para abastecimento público (Bastos, 1996). Os exemplos a nível mundial vão desde o reuso planejado como parte de políticas governamentais para otimização dos recursos hídricos (ex: Estados Unidos, Israel), até as práticas espontâneas por parte de pequenos agricultores com riscos sérios de saúde pública (ex: índia, Peru) (Bastos e Mara, 1993). A retomada dos métodos de disposição de esgoto no solo faz-se atualmente, em larga escala e com grande sucesso em todo mundo. Muitos são os exemplos de velhos casos
como a Fazenda Werribee, na Austrália, ainda em pleno uso, e de novos sistemas que são implantados (Andrade Neto, 1994).
A seguir estão descritas algumas experiências com reuso em diversos países:
Inglaterra
Este país foi o berço das primeiras fazendas de esgoto. Entretanto, o número de sistemas de disposição de efluentes no solo que era mais de 60 em
1870 caiu para apenas alguns casos isolados em 1955, mas este número voltou a crescer em 1980 como resultado de uma nova onda de interesse pelo reuso (Shuval et al. 1986).
Jordânia
É estimado que 30 % da vazão de recarga do lençol freático de Amam, o qual é utilizado como manancial para abastecimento público, tem origem nos efluentes de fossas e no esgoto da própria cidade (Gur e Salem, 1992).
Brasil
O maior e talvez o único sistema de reuso planejado está no SITEL (Sistema Integrado de Tratamento dos Efluentes Líquidos do Pólo Petroquímico do Sul). A área utilizada para irrigação de capim e cana-de-açúcar com efluente tratado e disposição do lodo de excesso dos reatores abrange uma superfície de 225 ha ( Simon e Gianello, 1991).
França
A cidade de Paris conta com um sistema de reuso desde a metade do século XIX. São mais de 2.000 ha irrigados com esgoto tratado e sob controle do Ministério da Saúde (Bontoux e Courtois, 1995)
Alemanha
Em Braunschweig as águas residuárias são usadas na irrigação por várias décadas. Nas áreas irrigadas estão sendo implantados novos sistemas de aspersão com capacidade individual para irrigar 30 ha utilizando apenas 7 operários para operar um total de 100 sistemas deste tipo (Ayers e Westcot, 1991).
Singapura
Neste país o efluente de uma estação de tratamento de esgoto, que produz 38.000 mVdia de água residuária tratada, abastece um sistema não potável destinado a descarga de vasos sanitários de um conjunto de prédios residenciais com população de 25.000 habitantes (Mancuso et al, 1992; Crook e Okum,
1991). Austrália
A cidade de Melbourne foi um dos casos isolados que não trocou o reuso por sistemas de tratamento convencional seguido por disposição do efluente tratado em corpos receptores. A fazenda de esgoto Werribee implantada em 1898 continua nos dias atuais irrigando com efluentes de lagoas uma área de aproximadamente 10.000 ha (Shuval et al, 1986).
Estados Unidos
Os sistemas de reuso nos Estados Unidos estão localizados principalmente nos Estados do Colorado, Califórnia, Arizona e Texas. Em Santee, Califórnia, o esgoto da cidade é tratado e em seguida lançado num filtro natural no solo para posteriormente ser coletado, clorado e bombeado para uma série de 4 lagoas, das quais as duas últimas são utilizadas para vela e natação, respectivamente (Hammer, 1979).
Namíbia
Windhoek, capital da Namíbia, é a primeira cidade a praticar o reuso para fins potáveis em grande escala. Em 1968 entrou em operação nesta cidade uma estação de tratamento de esgoto que tem seu efluente misturado com a água da represa Goreangab destinada ao abastecimento público (Hammer, 1979).
Israel
E importante destacar o caso de Israel, onde cerca de 70 % do volume de águas residuárias tratadas são reusadas na irrigação com utilização de sistemas com tecnologia avançada (WHO, 1989). Até o ano 2000 o governo ainda pretende reusar 80 % de todo esgoto produzido (Shuval et al, 1986).
México
Na cidade do México cerca de 45 m3/s de águas residuárias são
localizada a 60 Km da zona metropolitana onde a água chega até as plantações através de um complexo sistema de canais e reservatórios (WHO, 1989).
Peru
O Ministério da Agricultura deste país revela que mais de 4.322 ha são irrigados com águas residuárias onde 86 % desta área recebe esgoto bruto. Apesar do reuso indiscriminado o governo peruano pretende aumentar a área irrigada nas regiões áridas ao sul de Lima com a introdução de mais 8.000 ha irrigados com efluentes tratados (Leon e Cavallini, 1996).
2.3 - Generalidades sobre o reuso de águas residuárias
O reuso ocorre quando uma água previamente utilizada, uma ou mais vezes, em atividades humanas é usada para suprir a demanda de outras atividades como por exemplo irrigação de culturas, combate a incêndio, lavagem de ruas e descarga de bacia sanitária. A utilização de água residuária pode ser decorrente de planejamento técnico ou não. A água residuária pode ser explorada para reuso potável destinado ao abastecimento da população ou para reuso não potável destinado a suprir as necessidades de atividades agrícolas, industriais, domésticas, recreacionais e públicas (Mancuso et al, 1992). Entretanto, é necessário a existência de sistemas de tratamento de esgotos capazes de produzir efluentes com qualidade adequada ao reuso objetivado. O reuso ainda pode ser direto quando não há mistura entre o esgoto e águas naturais ou indireto quando ocorre esta mistura (Lavrador Filho, 1989).
Entre as várias atividades capazes de utilizar água residuária tratada destaca-se a agricultura por apresentar o maior potencial consumidor de águas. O reuso na indústria é uma opção que também visa preservar mananciais para usos
mais nobres, já que esta atividade é a segunda maior consumidora de água. As atividade agrícolas consumem 69 % da água utilizada pelo homem contra 23 % da indústria e 8 % do consumo doméstico (Mancuso et al, 1992). A recarga de aquíferos mostra-se como uma alternativa para o reuso devido a perda de identidade que o esgoto sofre ao abastecer um aquífero (Asano e Tchobanoglous, 1991). O abastecimento urbano não potável destaca-se pela capacidade de reutilizar águas residuárias em atividades urbanas como descarga de bacias sanitárias, irrigação de parques, proteção contra incêndio e lavagem de ruas pavimentadas que não requerem água de qualidade sanitária igual ao abastecimento público. As alternativas para implantação do reuso em qualquer sociedade são múltiplas, entretanto esbarra na falta de implantação de políticas ambientais sérias.
2.4 - Reuso no Brasil
No Brasil, existem poucos registros sobre reuso de esgoto, bruto ou tratado, mas isto não significa que não ocorra de forma indiscriminada e sem controle (Bastos e Mara, 1993). Esta prática difusa e popular de aproveitar esgoto doméstico para irrigar culturas para consumo humano e/ou animal está ligada a empreendimentos rudimentares de iniciativa privada (Andrade Neto, 1994). A utilização clandestina de água residuária é praticada por lavradores ribeirinhos que retiram água utilizando motor-bombas de pequeno porte para irrigação das culturas. Apesar de não existirem informações oficiais o reuso direto de esgoto bruto é uma prática comum decorrente da quase inexistência de tratamento de esgoto no país e de água de melhor qualidade para irrigação nas proximidades das grandes e médias cidades. A aplicação de esgoto tratado ou não na irrigação é com frequência a única forma de atender a demanda de cinturões verdes na periferia das cidades brasileiras (Marouelli, 1987). Nestas áreas ocorre escassez
cada vez maior de mananciais próximos e/ou de qualidade adequada para irrigação (Mancuso et al, 1992). No Brasil 92 % dos municípios não possuem qualquer sistema de tratamento de esgoto e somente 10 % do volume total coletado são submetidos a algum tratamento (CABES, 1994).
O uso de águas de qualidade inferior no cultivo de hortaliças consumidas cruas comprometem o bem-estar da população. Esta situação é mais acentuada nas regiões mais carentes, onde são evidentes os problemas da falta de coleta. tratamento e disposição adequada dos esgotos produzidos. O reuso indireto ou direto não planejado pode proporcionar o aumento da incidência de doenças por patogênicos de veiculação hídrica. A exploração planejada das águas residuárias no Brasil pode contribuir para produção racional de alimentos com qualidade sanitária. Além disso o reuso não potável, frequentemente, é a opção de menor custo para disposição do esgoto tratado, uma vez que o tratamento para este fim pode ser menos dispendioso do que o tratamento para descarga num corpo receptor (Crook e Okum, 1991).
2.4.1 - Perspectiva do reuso no Brasil
No Brasil são produzidos diariamente 23.097.000 m3 de água para
abastecimento pelas empresas estaduais de saneamento, dos quais 4.851.000 m3
são produzidos no Nordeste (CABES, 1994). Tais números são significativos e assumem importância maior quando associados a poluição de corpos receptores e aos problemas de saúde proveniente do esgoto gerado. O Nordeste brasileiro é a região que apresenta as condições mais favoráveis para o reuso devido as suas características geográficas e económicas (Melo, 1978). Por outro lado grande parte dos rios desta região apresentam regime temporário durante o ano e não possuem vazão suficiente para receber descargas de efluentes (Vargas et al,
sanitária e reduzirá a degradação de corpos receptores. Além destas vantagens o Brasil não oferece nenhum empecilho de caráter religioso para impedir a utilização de esgoto tratado na agricultura. Neste contexto o reuso planejado na agricultura deve ser analisado do ponto de vista técnico, sanitário e económico para consolidar o potencial hídrico e fertilizante das águas residuárias.
Para que o reuso planejado seja bem sucedido é necessário o tratamento do esgoto por métodos adequados para produzir um efluente de boa qualidade sanitária. Desta forma pequenos e médios agricultores poderão usufruir da água residuária tanto quanto possível como uma alternativa para suprir a escassez de água destinada à irrigação nos arredores dos centros urbanos. No Nordeste, onde há escassez de alimentos para a maior parte da população os efluentes de sistemas de lagoas de estabilização podem ser usados na irrigação para aumentar a oferta de alimentos a um custo mais acessível (Araújo, 1993).
2.5 - Lagoas de estabilização
As lagoas de estabilização são grandes tanques delimitados por diques destinados ao tratamento de águas residuárias por processos naturais (Silva e Mara, 1979). Esta tecnologia tem como objetivo fazer com que os processos de estabilização da carga poluente se desenvolva em condições controladas e em taxas mais elevadas do que no meio ambiente (von Sperling, 1996). Os efluentes destes reatores apresentam concentrações consideráveis de nutrientes que podem causar eutrofização de corpos receptores, que no entanto são vantajosos quando utilizados na fertilização do solo (Andrade Neto, 1994). A OMS recomenda a utilização de lagoas de estabilização como processo de tratamento de baixo custo e eficiente na remoção de patogênicos para os países em desenvolvimento. Este fato deve-se ao maior risco de transmissão de doenças de veiculação hídrica por helmintos (Shuval et al, 1985). O Brasil enquadra-se perfeitamente na categoria
de país em desenvolvimento, onde as infecções parasitárias são endémicas (Bastos e Mara, 1993). Para este tipo de país a adoção de lagoas de estabilização valoriza a qualidade sanitária do efluente tratado contribuindo de forma segura para o desenvolvimento do reuso na agricultura. A combinação de DBO solúvel e biomassa de algas nos efluentes de lagoas de estabilização proporciona um valor fertilizante, principalmente pela liberação lenta de nutrientes que fazem parte da constituição das algas (Bartone e Arlosoroff, 1987).
2.5.1 - Tipos de lagoas de estabilização 2.5.1.1 - Lagoas anaeróbias
Lagoas anaeróbias são reatores nos quais a matéria orgânica contida no esgoto bruto é estabilizada por processos de digestão anaeróbia, na ausência de oxigénio dissolvido. Neste tipo de processo os microrganismos envolvidos são principalmente bactérias anaeróbias e facultativas.
Estas lagoas são usadas como unidades de pré-tratamento de águas residuárias e os efluentes produzidos necessitam de um tratamento complementar. Nestes reatores a remoção da matéria orgânica é efetuada principalmente através da sedimentação dos sólidos decantáveis que se encontram no esgoto (van Haandel e Lettinga, 1994). Após a sedimentação ocorre o processo de digestão anaeróbia realizado por uma grande variedade de bactérias pertencentes basicamente a dois grupos distintos, que são o grupo das bactérias facultativas que convertem compostos orgânicos complexos em outros mais simples, principalmente em ácidos orgânicos e o grupo das bactérias produtoras de metano que são estritamente anaeróbias e transformam ácidos orgânicos em metano (CH4) e dióxido de carbono (C02). Mas a matéria orgânica
principalmente facultativas, só que este processo desenvolve-se em menor escala quando comparado a remoção do material orgânico decantável. As lagoas anaeróbias são dimensionadas para tratar cargas orgânicas elevadas, proporcionando desta forma a ausência de oxigénio dissolvido.
O pré-tratamento anaeróbio é tão vantajoso na economia de área que a primeira consideração em um projeto de um sistema de lagoas de estabilização em série deve sempre levar em conta a possibilidade de sua inclusão (Silva e
Mara, 1979). Estas lagoas possibilitam a redução de DB05 de até 85 %
dependendo do tempo de detenção e da temperatura (Metcalf & Eddy, 1991). 2.5.1.2 - Lagoas facultativas
Lagoas facultativas são reatores que podem receber esgoto bruto (facultativa primária) ou parcialmente tratados (facultativas secundária), os quais serão estabilizados através de processos aeróbios e anaeróbios atuando simultaneamente na decomposição da matéria orgânica em duas camadas distintas.
Nestas lagoas a matéria orgânica em suspensão e a dissolvida são estabilizadas pelas bactérias, liberando os nutrientes e dióxido de carbono. Os sólidos decantáveis são degradados sob condições anaeróbias no fundo da lagoa liberando nutrientes inorgânicos e compostos causadores de odores (von Sperling, 1996). O gás sulfídrico produzido é geralmente oxidado na camada superior aeróbia, evitando desta forma propagação de maus odores (Hammer, 1979). A matéria orgânica não sedimentável é degradada principalmente através de bactérias facultativas que podem sobreviver na parte anaeróbia ou aeróbia da lagoa. As algas utilizam nutrientes e gás carbónico produzidos por bactérias e a energia solar para seu desenvolvimento e produção de oxigénio. O oxigénio dissolvido é usado pelas bactérias completando assim um ciclo simbiótico (Silva,
1982). A ação do vento também propicia a penetração do oxigénio atmosférico na massa líquida. As lagoas facultativas podem proporcionar uma remoção de DB05
entre 70 e 80 % nas facultativas primárias (Arthur, 1983) e entre 15 e 30 % nas secundárias (Silva e Mara , 1979).
2.5.1.3 - Lagoas de maturação
Lagoas de maturação são reatores que recebem os efluentes de lagoas facultativas ou maturação ou de uma estação de tratamento de esgoto convencional. Sua principal função é a remoção de organismos patogênicos presentes no esgoto.
Nas lagoas de maturação prevalecerá o ambiente aeróbio devido a baixa carga orgânica presente no efluente de modo que a demanda de oxigénio será pequena, obtendo-se assim um ambiente aeróbio que pode ficar supersaturado com oxigénio (Kõnig, 1984). A produção de oxigénio nestas lagoas deve-se principalmente a atividade fotossintética das algas devido a penetração da luz solar em camadas mais profundas como consequência da baixa turbidez da massa líquida. Como a concentração de material orgânico é baixa, a produção média de oxigénio nas lagoas de maturação excederá a taxa de oxidação e grande parte da lagoa terá um ambiente aeróbio. A predominância das condições aeróbias, a elevada transparência da água e elevado pH são os principais efeitos bactericidas observados nestes reatores (Parhad e Rao, 1974).
2.6 - A água residuária no solo 2.6.1 - Solo
O solo é um sistema constituído por partículas sólidas e vazios que podem ser ocupados pelo ar e pela água sendo, portanto, um manancial de água e nutrientes para as plantas (Klar, 1984). A fase sólida é composta por matéria inorgânica e orgânica. A parte inorgânica ou mineral consiste de partículas de vários tamanhos decorrentes da decomposição das rochas que deram origem ao solo. A porção orgânica é formada por microrganismos e resíduos vegetais e animais em vários estados de decomposição. A água presente no solo contém sais e matéria coloidal em suspensão. O ar contido no solo possui composição diferente do ar atmosférico. No solo, a umidade relativa do ar está próxima de 100 % e o gás carbónico e oxigénio encontram-se em concentrações de
0,24 - 0,60 % e 10 - 20 %, respectivamente (Kiehl, 1979). 2.6.2 - Matéria orgânica no solo
A aplicação de matéria orgânica no solo começou logo em seguida ao início do cultivo das plantas pelo homem através da utilização de esterco, restos de lã e resíduos de peixe (Malavolta, 1967). Já a prática da agricultura produtiva, através dos séculos, era condicionada rigorosamente à adubação orgânica com esterco animal. A matéria orgânica tem sido ao longo dos tempos a base da agricultura, ora como fator essencial e ora em segundo plano com o advento da adubação química (Tibau, 1978). As plantas são as principais fontes de matéria orgânica, quer pela disposição dos ramos e folhas, quer pela contribuição devido as raízes que permanecem no solo após a colheita da maioria das culturas (Kiehl,
decomposição pelos microrganismos ali presentes. Os microrganismos decompositores estão concentrados junto a superfície numa faixa de aproximadamente 1,5 m, sendo que 77 % estão nos primeiros 8 cm do solo (Bernardes, 1986). A matéria orgânica é transitória e deve ser renovada pela adição de novos resíduos carbonáceos. As bactérias decompositoras em atividade liberam substâncias aglutinantes que envolvem as partículas inorgânicas do solo promovendo aglomeração das mesmas (Tisbau, 1978). A adição eventual de resíduo orgânico a um solo cultivado aumenta a concentração de carbono por algum tempo, mas após degradação o equilíbrio se refaz. Os compostos orgânicos no solo não são apenas uma fonte de nutrientes, além disso atuam na agregação de partículas, conferem ao solo condições favoráveis de arejamento e aumentam a capacidade de retenção de água (Raij, 1981). A matéria orgânica presente no solo consiste no "húmus de consumo", que é a matéria orgânica de fácil decomposição e no "húmus de reserva" ou humo, que é a matéria orgânica de difícil decomposição e de fácil acumulação no solo (Brady, 1989). Em solos agrícolas de clima tropical e subtropical onde predominam bactérias aeróbias com atividade intensa, a formação de humo é quase impossível (Primavesi,
1994).
2.6.3 - Aplicação de efluentes no solo
A aplicação de água residuária tratada no solo implica em alterações tanto no efluente quanto nas características físicas, químicas e biológicas de todas as camadas que compõem o perfil do solo (Miranda, 1995). Os compostos orgânicos biodegradáveis do esgoto são estabilizados através da combinação de processos físicos, químicos e biológicos quando água, solo, planta, microrganismos e atmosfera interagem (Metcalf & Eddy, 1991). Os sólidos orgânicos são retidos no solo por ação física e atacados pelos microrganismos presentes nos interstícios do
solo e aí efetuam sua estabilização (Andrade Neto, 1994). A matéria orgânica solubilizada é estabilizada pela ação dos microrganismos que ficam aderentes aos grãos do solo ou na zona radicular das plantas e o contato é feito por ocasião da percolação do efluente pelo solo (Bernardes, 1986). A água residuária deve ser aplicada em quantidade para abastecer a planta, lavar o solo e não provocar o desenvolvimento de condições anaeróbias. A decomposição aeróbia é mais rápida e completa do que a anaeróbia (Metcalf & Eddy, 1991).
2.6.4 - Relação carbono/nitrogénio
A velocidade de decomposição aeróbia da matéria orgânica não somente depende do arejamento e do número e atividade de bactérias, mas também da composição do material a ser degradado e sua relação carbono/nitrogénio (C/N). Os microrganismos decompositores também consumem os nutrientes da decomposição. A proporção carbono/nitrogénio na matéria orgânica assume importância devido a competição entre bactérias e plantas pelo nitrogénio assimilável, quando são adicionados aos solos resíduos com elevada proporção de carbono/nitrogénio. Após uma adubação orgânica que provoque uma relação C/N superior a 33/1 haverá imobilização do nitrogénio pelos microrganismos heterótrofos (Kiehl, 1979). Sob tais condições os microrganismos decompositores multiplicam-se rapidamente e o nitrogénio sob forma disponível para as plantas fica praticamente ausente. Com a morte dos microrganismos o nitrogénio consumido volta ao solo sob a forma orgânica passível de nitrificação (Tisbau,
1978). A medida que se processa a decomposição diminui gradualmente a relação C/N. Este fato se deve a redução gradual da atividade microbiana uma vez que o material carbonáceo está sendo oxidado e o nitrogénio está sendo conservado na biomassa. Segundo Tisdale et al (1985) a imobilização do nitrogénio ocorrerá quando for adicionado ao solo material orgânico com relação C/N maior ou igual
a 30/1. Se após uma adubação a relação C/N for inferior a 10/1 supõe-se que houve adubação nitrogenada. Entretanto, se não houve adubação e a relação C/N estiver entre 12/1 e 8/1 a matéria orgânica está humificada em clima temperado (Kiehl, 1979). Segundo Tisdale et al (1985) este estado ocorre quando C/N estiver entre 12/1 e 9/1. Estes mesmos autores consideram que não ocorre nem imobilização e nem mineralização do nitrogénio quando C/N estiver entre 30/1 e 20/1. Já Kiehl (1979) considera este fato quando C/N está entre 33/1 e 17/1. 2.6.5 - Nutrientes no solo
Quanto mais intensa a decomposição de material orgânico morto maior a adição de nutrientes ao solo. A presença de resíduos orgânicos caracteriza os solos de boa fertilidade aos quais proporcionam uma estrutura favorável a vida das plantas. O suprimento e a disponibilidade dos nutrientes vegetais demonstram que alguns são essenciais ao crescimento normal dos vegetais. Os critérios gerais usados para determinar se um elemento é essencial ou não, foram propostos por Arnon e Stout em 1939 (Bleasdale, 1977):
1 - a planta não consegue desenvolver-se ou reproduzir-se normalmente se o elemento não é fornecido;
2 - a ação deve ser específica, insubstituível por outro elemento;
3 - o elemento deve ser diretamente requerido pela planta, não deve agir, por exemplo, estimulando a absorção de algum outro elemento ou combatendo o efeito tóxico de alguma substância.
Segundo Bleasdale (1977), Malavolta e Romero (1975) e Brady (1989) há dezesseis elementos que são aceitos, segundo os critérios de Arnon e Stout, como essenciais para o desenvolvimento vegetal: C (carbono), H (hidrogénio), O
(oxigénio), N (nitrogénio), P (fósforo), K (potássio), Ca (cálcio), Mg (magnésio), S (enxofre), Fe (ferro), Mn (manganês), Zn (zinco), B (boro), Cu (cobre), Mo (molibdênio) e Cl (cloro). As plantas retiram os três primeiros elementos do gás carbónico e da água, todos os outros vem do solo (Malavolta e Romero, 1975). Estes são denominados nutrientes minerais por terem origem no solo. Os elementos N, P, K, Ca, Mg e S são denominados macronutrientes por serem utilizados em quantidades apreciáveis e apresentarem-se em teor entre 1 e 5 % da matéria seca da planta (Malavolta, 1982). Os macronutrientes ainda são divididos em primários (N, P e K) e secundários (Ca, Mg e S) em função não só das quantidades exigidas pelas plantas, mas principalmente na importância económica dos adubos contendo N, P e K (Raij, 1991). Os elementos Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo e Cl são denominados micronutrientes por serem requeridos em pequenas quantidades pelas plantas. Estes elementos estão normalmente presentes nos solos em quantidades suficientes para proporcionar o crescimento normal das plantas. Entretanto, solos cultivados durante anos são facilmente deficientes, especialmente, quando adubados somente com NPK (Primavesi, 1979). Os macronutrientes são absorvidos em quantidades apreciáveis que superam a capacidade dos solos em pouco tempo. Os macronutrientes primários podem ser aplicados no solo na forma de fertilizantes químicos, assim como enxofre em menor escala. Enquanto cálcio e magnésio são aplicados através de calcário.
2.6.5.1 - Macronutrientes primários 2.6.5.1.1 - Nitrogénio
O nitrogénio chega até o solo através da fixação do nitrogénio atmosférico e pela adubação química ou orgânica. Ele é absorvido pelas plantas na forma de
nitrato, íon amónio e como ureia, mas em solos úmidos, quentes e bem aerados a forma dominante é nitrato (Tisdale et al, 1985). O íon amónio pode ser retido pela argila ou pelo húmus (Bernardes, 1986). Como o nitrato não é adsorvido pelos colóides de carga negativa, os quais dominam a maioria dos solos, é facilmente lixiviado. O nitrogénio é importante pois confere a cor verde as plantas, promove rápido crescimento, aumenta a folhagem, aumenta o teor de proteína das plantas alimentícias ou forrageiras (Malavolta, 1979). O sintoma mais evidente de deficiência de nitrogénio é uma clorose ou amarelamento das folhas que aparece primeiramente nas folhas velhas, progredindo para as mais jovens (Malavolta e Romero, 1975).
A aplicação de efluentes com concentrações de nitrogénio total inferior a 5 mgN/1 é geralmente aceitável, mas concentrações acima de 30 mgN/1 podem provocar crescimento excessivo da planta, retardamento na maturação dos frutos e afetar desfavoravelmente o sabor e a textura das plantas comestíveis (Crook, 1993). O acúmulo de nitrato em plantas alimentícias e em forragens provoca metahemoglobinemia em homens e animais, uma vez que o nitrato pode ser reduzido a nitrito no aparelho digestivo e se combinar com a hemoglobina do sangue para produzir metahemoglobina que não transporta oxigénio (Malavolta, 1982). A escolha da cultura a ser irrigada com água residuária deve ser criteriosa, pois se de um lado a falta de nitrogénio pode limitar a produção, por outro o excesso pode reduzi-la ou tornar a planta inadequada para o consumo.
2.6.5.1.2 - Fósforo
O fósforo é encontrado no solo nas formas solúvel, ligada a matéria orgânica e formando compostos inorgânicos com baixa solubilidade. Dos três macronutrientes primários é aquele absorvido em menor quantidade devido a sua forte interação com o solo (Raij, 1991). A fração solúvel encontrada é pequena e
não satisfaz as exigências da maioria das plantas. As plantas absorvem a maior porção deste nutriente na forma de ortofosfato primário (H2P04-) e em menor
quantidade em ortofosfato secundário (H2P042-) (Tisdale et al, 1985). O H2P04"
predomina em pH entre 2,0 e 7,0 e o H2P042- é abundante em solo com pH
maior do que 7,0 (Cardoso et al, 1992). É difícil manter o fósforo disponível para as plantas, uma vez que sua concentração em solução é baixa (Lopes, 1989). Além disso, ele praticamente permanece onde é feita a adubação ou onde é liberado pela intemperização. Estes fatores contribuem para a baixa perda por lixiviação. As principais formas de perdas deste nutriente ocorre basicamente pelo carreamento de partículas contendo-o e através da remoção pelas plantas. A grande parte dos solos não apresentam mais do que 0,01 % deste nutriente em forma assimilável (Brady, 1989). A adubação química ou orgânica é a saída para aumentar a produtividade. Entretanto, a maior parte do fósforo assim aplicado é convertido para as formas menos assimiláveis. O fósforo solúvel aplicado no solo poderá ser fixado de várias maneiras (Malavolta, 1980):
- adsorção pelos hidróxidos de ferro e alumínio;
- precipitação com o ferro, alumínio ou manganês em solos ácidos; - formação de compostos de cálcio em solos alcalinos;
- formação de compostos orgânicos.
A calagem é uma das práticas aconselhadas para diminuir a fixação do fósforo. Seu melhor aproveitamento pelas plantas ocorre nos níveis de pH entre 6 e 7 (Lopes, 1989). A fixação deste nutriente é um dos maiores problemas da agricultura. O primeiro sinal da deficiência deste nutriente é o subdesenvolvimento de toda a planta. A carência de fósforo pode levar as folhas a apresentar coloração mais escura do que a normal (Malavolta e Romero, 1975). A falta grave de fósforo provoca áreas mortas nas folhas, frutos e pecíolo.
Deve-se Deve-sempre estar atento para evitar sua carência nas plantas, uma vez que ele faz parte da estrutura química das moléculas de ADP, ATP, RNA e DNA entre outras. Outro fato importante é a adição elevada da matéria orgânica que pode levar a competição dos microrganismos com as plantas (Cardoso et al, 1992). Estes autores afirmam que valores da relação carbono/fósforo maior que 200 provoca a imobilização do fósforo, entretanto quando a relação diminui ocorre a liberação para o solo.
2.6.5.1.3 - Potássio
0 potássio é absorvido pelas plantas na forma do cátion K+. Este nutriente
ao contrário do nitrogénio e do fósforo não forma compostos orgânicos (Lopes, 1989; Malavolta, 1980; Jorge, 1969; Tisdale et al, 1985). Entretanto o potássio cataliza a formação dos compostos carbonáceos no interior da planta (Primavesi, 1992). Desta forma o desempenho do potássio depende da presença dos outros nutrientes, especialmente fósforo e nitrogénio. A principal fonte deste elemento no solo são os minerais. Entre 90 e 98 % deste nutriente contido no solo está presente nos minerais. O potássio existe em três formas no solo (Lopes, 1989):
1 - não disponível - encontrado na constituição dos minerais;
2 - lentamente disponível - encontrado fixado ou retido entre as lâminas de algumas argilas;
3 - disponível - encontrado na solução do solo mais o potássio adsorvido pelos colóides na forma trocável.
Uma pequena parcela deste nutriente pode encontrar-se ligada a matéria orgânica. Essa ligação é temporária haja visto que a degradação da matéria orgânica libera o potássio. Desta forma ele pode ser facilmente absorvido pelas
plantas por ser solúvel em água (Jorge, 1969). O teor de potássio disponível no solo pode ser suficiente apenas em condições de baixo suprimento de nitrogénio e fósforo. A retirada desse nutriente do solo através de plantas, erosão e lixiviação leva a necessidade de aplicação de adubo. As aplicações fracionadas e com maior frequência proporcionam, em geral, melhores resultados do que aquelas mais abundantes e menos intensa (Brady, 1989).
2.6.6 - Metais pesados no solo
A geração de esgoto doméstico em áreas comerciais e residenciais é fruto dos atos de higienização pessoal, limpeza doméstica, preparo e acondicionamento de alimentos além das excreções humanas. O esgoto gerado em atividades industriais tem características de acordo com a matéria prima, do processo de industrialização utilizado e do produto industrializado (Fernandes, 1997). Despejos líquidos industriais devem ser coletados e tratados de forma isolada do esgoto doméstico ou receber tratamento prévio para então ser lançado em rede coletora de águas residuárias domésticas para que as características desta água não sejam alteradas (Bartone e Arlosoroff, 1987). Esta atitude visa não afetar as características das vazões receptoras. Os efluentes industriais merecem especial atenção, uma vez que o lançamento de produtos químicos no sistema coletor pode provocar efeitos tóxicos em sistemas biológicos de tratamento. Além disso, comprometem a qualidade do efluente para reuso e/ou lançamento em corpos receptores. O reuso de efluentes contendo despejos industriais eleva o perigo dessa combinação carrear metais pesados para o solo. E um perigo a mais para saúde pública, principalmente, pela adição de cádmio que pode acumular-se sem nenhum problema nos tecidos vegetais, porém em proporções tóxicas a homens e animais (Khouri et al, 1994). Os elementos classificados como metais pesados
cancerígenos, mutagênicos, teratogênicos ou alto poder tóxico (Metcalf & Eddy, 1991). O termo "metais pesados" refere-se aos elementos quimicos de alta densidade, com número atómico acima de 20 e com caráter eletropositivo dos metais (Raij, 1991). Os efluentes tratados reutilizados na agricultura devem apresentar concentrações de metais pesados inferiores as recomendadas para evitar acumulações a longo prazo e proteger os solos contra danos irreversíveis (Ayers e Westcot, 1991). Esta precaução reduz a queda no rendimento das culturas ou danos aos produtos obtidos. A disponibilidade de metais pesados é influenciada pelo pH (Brady, 1989). A inativação dos metais indesejados na forma de cátions aumenta com o pH, teor de argila e matéria orgânica, enquanto os ânions aumentam com o teor de óxidos de ferro e alumínio e com o aumento do pH (Simon e Tedesco, 1993). Uma atitude preventiva em sistemas de reuso na agricultura contra a possível presença de metais perigosos é a adoção de calagens de manutenção mais frequentes do que em lavouras convencionais para manter o pH próximo a 7. Em sistemas de reuso em que a produção pode chegar até o homem deve-se conduzir um manejo do solo para proporcionar condições desfavoráveis a absorção destes metais (Simon e Gianello, 1991). Em experimento realizado por estes autores que consistia em irrigar uma parcela de cana-de-açúcar em solo com pH igual a 5,1 com efluente do SITEL obteve-se 4,0 mgNi/1, 0,2 mgCr/1, 6 mgHg/1 e 56 mgCd/1 para o colmo basal, enquanto para testemunha obteve 0,8 mgNi/1, 0,07 mgCr/1, 6 mgHg/1 e 8 mgCd/1 para a mesma parte da planta.
2.6.7 - Salinização
A salinização é a acumulação de sais no solo (Brady, 1989). A qualidade da água de irrigação pode contribuir para o desenvolvimento deste processo em solos de regiões áridas e semi-áridas. A falta de percolação nos solos destas
regiões, paralelamente com a excessiva evaporação da água gera acumulação de sais solúveis na parte superficial do solo (Klar, 1984). O acúmulo de sais é mais pronunciado em solos adensados, argilosos e quanto mais alto for o nível do lençol freático (Primavesi, 1979). Hoje, o interesse na qualidade da água de irrigação é cada vez maior, tanto para os projetos novos como para os antigos que requerem águas adicionais devido o uso intensivo de praticamente todas as águas de boa qualidade (Ayers e Westcot, 1991).
A salinização não é um problema exclusivo de utilização de efluente de estações de tratamento de esgoto. O acúmulo de sais em solos irrigados é tão antigo que se confunde com a própria origem da irrigação. A utilização de água de qualquer qualidade está diretamente relacionada com as condições que controlam a acumulação dos sais e o efeito no rendimento das culturas. O processo de lavagem do solo é fundamental no controle da salinização. Paralelamente a este processo deve haver o controle do nível do lençol freático. A ascensão para a superfície do solo dos sais acumulados na água do lençol freático constitui-se numa fonte adicional de sais. Quando o solo irrigado de regiões semi-áridas não apresentam drenagem natural é necessário tomar medidas de controle através da execução de um sistema de drenagem da água de irrigação (Mota e Aquino, 1989). Para se prever um problema relacionado com a qualidade da água deve-se avaliar seu poder deletério de salinizar o solo e/ou alcalinisar (Richards et al, 1977).
2.7 - Vantagens da utilização de forrageiras na irrigação com esgoto bruto ou tratado
As culturas que devem ser utilizadas em projetos de reuso de esgoto tratado ou não, são aquelas conhecidas em termos de potencial produtivo,
hídricas, a adaptabilidade às condições impostas pela aplicação do esgoto e os aspectos relevantes para a saúde pública (Miranda, 1995). Entre as plantas que acumulam estas características estão as forrageiras (Metcalf & Eddy, 1991). Estas conseguem se desenvolver bem quando implantadas em projetos de reuso. Elas são capazes de absorverem nitrogénio em quantidades elevadas para seu melhor desenvolvimento (Brady, 1989). Segundo Scaloppi e Baptistella citados por Miranda (1995) as forrageiras desenvolvem-se bem em condições de umidade excessiva, além de removerem quantidades elevadas de nutrientes e dispensarem tratos culturais após o plantio. Além disso, as forrageiras podem ser recomendadas para irrigação com efluentes que receberam apenas tratamento primário (Metcalf & Eddy, 1991). Outro fator importante é a grande quantidade de forrageiras (ex: capim colonião, capim guatemala, capim elefante, capim gordura entre outros) que podem ser usadas na rotação de culturas que visa aumentar a remoção de nutrientes depositados no solo. A flexibilidade na irrigação dessas plantas com água residuária permite a utilização de efluentes parcialmente tratados ou tratados com padrão sanitário apenas para nematóide intestinal (< 1 ovo/l) (WHO, 1989).
2.8 - Produtividade de algumas culturas fertirrigadas
A fertirrigação consiste na aplicação de fertilizantes diretamente no solo através da água de irrigação. Comparativamente, as culturas fertirrigadas com águas residuárias proporcionam maior produtividade do que a irrigação convencional mais fertilizantes químicos aplicados no solo (Leon e Cavallini,
1996). Estes mesmos autores citam os rendimentos obtidos por Shende (Tabela 2.1) e os de Tacna no Peru (Tabela 2.2) como exemplos. Os resultados destas tabelas demonstram que várias culturas destinadas à indústria e/ou alimentação
do homem são capazes de adaptarem-se e produzirem bons resultados mesmo quando são irrigadas com esgoto bruto.
Em pesquisa realizada por Bernardes (1986) foi utilizado uma mistura de 5 g de fezes de porco úmida por litro de água para lançar em dois campos de disposição de esgoto. O primeiro campo cultivado com milho produziu 5.700 Kg/ha de matéria seca e o segundo cultivado com couve produziu 4.800 Kg/ha. As testemunhas irrigadas com água de uma represa produziram 2.750 e 2.050 Kg/ha de matéria seca de milho e couve, respectivamente.
Tabela 2.1 - Produtividade (t/ha.ano) de trigo, arroz, batata e algodão irrigados com 3 diferentes tipos de águas
Tipo de água Trigo Arroz Batata Algodão
Agua potável (NPK aplicado no solo) 2.70 2.03 17.16 1.70
Esgoto bruto 3,34 2,97 23.11 2,56
Efluente de lagoa de estabilização 3.34 2.94 20,78 2.56 Fonte: Leon e Cavallini (1996)
Tabela 2.2 - Produtividade (t/ha) de alfafa, milho, trigo, cebola, aveia forrageira, tomate, pimentão e batata irrigados com esgoto bruto e água límpida
Cultura Esgoto bruto Agua limpa
Alfafa 12 10 Milho 5 2 Trigo 3 2 Cebola 4 2 Aveia forrageira 22 12 Tomate 35 18 Pimentão 12 7 Batata 30 12
Fonte: Leon e Cavallini (1996)
Simon e Gianello (1991) pesquisando algumas culturas (Tabela 2.3) submetidas a irrigação por aspersão com o efluente do SITEL, concluíram que as culturas de melhor desempenho geral, segundo a produtividade, a adaptação das plantas ao tipo de irrigação e qualidade química do esgoto tratado foram capim
pangola sob a pluma de aspersão e logo a jusante da posição dos aspersores foram cana-de-açúcar, kikuio e capim elefante.
Bassoi e Reichardt (1995) aplicando nitrogénio via água de irrigação (fertirrigação) em culturas de milho nas doses de 4, 6, 45, 30 e 35 Kg/ha aos 34, 49, 64, 82 e 101 dias após a emergência das plantas obtiveram 5.072 Kg/ha de grão, enquanto para as plantas irrigadas com água em solo adubado com a mesma quantidade de nitrogénio obtiveram 4.516 Kg/ha.
Tabela 2.3 - Produtividade (t/ha.ano) em matéria seca de culturas irrigadas com efluente sob a pluma de aspersão (principal) e com água (testemunha)
Culturas Testemunha Principal
Culturas
1° corte 2 o corte Total 1° corte 2o corte Total
Capim nativo s/ ad. 1.8 2.0 3.8 1-5 4,0 5,5 Capim nativo d ad. 2,4 5.9 8.3 3.4 11.5 14,9 Capim pangola 9,2 9.2 18,4 13.9 12,5 26,4 Capim elefante 15.4 15.0 30,4 14,6 10,0 24,6 Milheto 2.4 5,2 7.6 1.4 5.8 7.2 Capim pangola+trevo 9.0 10,1 19,1 13,1 14,5 27,6 Capim arroz 2,0 3,4 5,4 2.1 7,7 9.8 Arroz 2,8 4,0 6,8 2.1 9,0 11,1 Kikuio 6,8 5.6 12,4 13,6 10,5 24,1 Milho+siratro 1,2 - 1,2 2,7 - 2.7
Fonte: Simon e Gianello (1991)
Galbiatti et al (1991) analisando a influência da irrigação e da adubação com efluente de biodigestor sobre a cultura do alho observaram que não houve diferença estatística entre o acúmulo de matéria seca em relação ao tipo de adubação (química e efluente de biodigestor) e nível de água aplicado.
A maior produtividade das culturas fertirrigadas é atribuída aos nutrientes que se encontram em forma de compostos solúveis na água, os quais são mais facilmente assimilados pelas plantas e fornecidos com a mesma frequência de irrigação (Leon e Cavallini, 1996). Embora a produtividade das culturas irrigadas com esgoto bruto tenha demonstrado bons resultados esta prática deve ser abolida
na agricultura devido os possíveis riscos de contaminação para trabalhadores rurais como também para os consumidores das culturas comestíveis.
2.9 - Capim elefante
O capim elefante (Pennisetum purpureum) é de origem africana. Nesta região ele ocorre desde a Guiné, no oeste, até Angola e Zimbabwe, no sul, e Moçambique e Kénia, no leste (Brunkem citado por Tcacenco e Borrei, 1994). Esta planta é cultivada em todas as regiões tropicais e subtropicais. E uma forrageira perene de grande porte que chega no florescimento até 4 m ou mais de altura e tradicionalmente utilizada para corte (Mitidieri, 1983). Propaga-se melhor por estacas, uma vez que as sementes produzem plantas de baixa produtividade. Uma característica deste capim é o aumento da produtividade para intervalos de cortes maiores, porém com redução no valor nutritivo (Vilela,
1994). O capim elefante pode ser usado sob forma de pastejo quando manejado adequadamente tendo em vista que esse sistema de cultivo pode gerar reflexos negativos na produtividade, na alimentação dos animais e na quantidade de área para plantio (Borrei et al, 1994). Introduzido no Brasil em 1920 passou a se destacar entre os demais capins pela alta produtividade e pela qualidade nutricional. Hoje existe número elevado de cultivares destacando-se Mineiro, Napier, Cameron, Mott, BAG-55, Albano, Mole de Volta Grande, Taiwan e Anão cujo potencial na formação de capineiras já é conhecido sob condições de clima e solo de quase todo o país (Deresz e Mozzer, 1984). As capineiras sob condições naturais de precipitação concentram 80% da produção no período chuvoso. Borrei et al (1994) afirmam que sob pastejo o capim elefante concentra 86% da produção no período chuvoso. A utilização deste capim quer para pastejo direto, quer para cortes, muitas vezes está relacionadas a propriedades rurais localizadas em áreas valorizadas. Dai resulta a necessidade de adubação do solo
para proporcionar aumentos de produção compatíveis com a capacidade da planta. Isto deve-se ao potencial produtivo estar relacionado diretamente com a necessidade de nutrientes.
2.9.1 - Características do capim elefante cultivado sob condições naturais de precipitação
Dentre as diversas qualidades do capim elefante destacam-se a altura, a produtividade, o valor nutritivo e a vida útil. Por isso, deve-se buscar o equilíbrio entre a qualidade e a quantidade de forrageira produzida através do manejo mais adequado às condições de cultivo. Em pesquisa realizada por Gonçalves e Costa (1986) com capim elefante cultivar Cameroon, observou-se uma queda na proteína bruta à medida que se aumentaram os intervalos de corte, enquanto houve um aumento de produção de matéria seca independente da adubação orgânica e da altura de corte. Estes autores concluem que o melhor manejo visando obter melhor valor nutritivo aliado a produtividade alta é a realização de cortes a 30 cm acima do solo a cada 70 dias com o solo adubado com material orgânico. Com o objetivo de identificar as cultivares que apresentem maior potencial produtivo Maciel et al (1985) pesquisaram 19 destas. Eles obtiveram maior produtividade com a cultivar Porto (7.619 Kg MS/ha) e maior teor de proteína bruta com a cultivar IRI-534 (7,53 % ) para a média de 2 cortes realizados a cada 98 dias. Nesta pesquisa os autores classificaram a cultivar Uruckwona como a de melhor desempenho na produção de matéria seca e proteína bruta com valores de 7.466 Kg MS/ha e 7,34 %, respectivamente. Em trabalhos realizados por Viana et al (1982) para determinar o início do período de penúria do capim elefante foram analisados 4 médias anuais de produtividade da cultivar Mineirão. Eles concluíram que estes períodos tem início precoce a partir do terceiro ano. Ao atribuírem o valor 100 % para o segundo ano obtiveram
68,45 % para o primeiro ano, 57,45 % para o terceiro e 44,52 % para o quarto. Já Bleichert citado por estes autores afirma que a produtividade diminui a partir do terceiro ano e atinge o mínimo de quatro a seis anos. A determinação deste parâmetro objetiva identificar o período que ocorre o melhor aproveitamento dos nutrientes e da água pela planta. Além disso, determina a época que deve haver a segregação das plantas mais velhas para restaurar a produtividade. Outro parâmetro importante para aumentar a produtividade é o espaçamento entre plantas. Viana et al (1979) pesquisando este parâmetro concluíram que o melhor espaçamento para a cultivar Mineirão visando exclusivamente produção é 60 cm. Entretanto a partir do terceiro ano de experimentação observaram que praticamente não houve diferença de produtividade para o espaçamento de 80 cm, superando apenas os valores para o espaçamento de 100 cm. Observaram também que as plantas distantes 60 cm entre si apresentavam-se raquíticas e as touceiras de capim tinham um desenvolvimento ereto, mas acamando com facilidade. Avaliando a altura das plantas eles obtiveram a maior altura média anual para o espaçamento de 60 cm e os valores variaram entre 1,45 a 1,83 m. Lira et al (1996) analisando o efeito da adubação sobre o rendimento da cultivar Mineirão observaram que os tratamento do experimento comportam-se diferentemente de acordo com as épocas do ano. Silva (1990) afirma que em geral verifica-se redução no valor nutritivo da forrageira com o avanço da idade. Segundo Deresz e Mozzer (1994) isto verifica-se com aumento de FDN (Fibra em Detergente Neutro) e FDA (Fibra em Detergente Ácido). O número relativamente alto de cultivares de capim elefante leva a busca da identificação das cultivares de maiores produtividades. Entretanto deve-se observar a qualidade nutritiva, pois valores de proteína bruta inferiores a 7 % comprometem o consumo voluntário da forrageira. No Nordeste brasileiro, a produtividade e qualidade nutritiva das forrageiras se apresentam sob forte influência sazonal (Bandeira, 1995). A irrigação de forrageiras com esgoto tratado na região
Nordeste se adequa como um mecanismo para assegurar o fornecimento de proteína vegetal nas épocas de escassez de água e proporcionar a melhor distribuição da produção ao longo do ano.
