Utilização de Esgoto Tratado na Agricultura
V Encontro Técnico Ibero-Americano Controle da Poluição de Águas e Solos Por Processos Biológicos
Roque Passos Piveli
Panorama Internacional da Irrigação com Esgoto 1.330.000 ha na China 14.000 ha nos EUA 10.000 ha em Israel 28.000 ha na Alemanha 37.000 ha na Argentina 250.000 ha no México (na capital, 45 m3.s-1
de esgotos distribuídos em canais e reservatórios, irrigando 80.000 ha onde se cultivam forrageiras e cereais)
TRATAMENTO DE ESGOTO
As dificuldades de atendimento a exigentes padrões de lançamento despertam, de forma nítida, o apelo à reciclagem de nutrientes por meio de diversas modalidades de reúso da água.
Seria a utilização de todos os constituintes
dos esgotos, de forma integrada, o caminho a percorrer para um futuro sustentável?
TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO
Lagoas de Estabilização
Sistema
Eficiência média de remoção
DBO5 (%)
DQO (%)
SS (%)
NH4+
(%) Ntotal (%)
Ptotal (%)
CTer (unid. log)
Lagoa anaeróbia + Lagoa facultativa + Lagoa de maturação
80-85 70-83 73-83 50-65 50-65 > 50 3-5
Remoção praticamente completa de cistos de protozoários e ovos de helmintos
Diretrizes para o uso de esgoto tratado na agricultura
Tipo de utilização
Qualidade necessária para a água de reúso Exemplos de
tecnologias de tratamento Parâmetros
microbiológicos Uso agrícola irrestrito Irrigação superficial ou por aspersão de qualquer cultura, inclusive culturas alimentícias consumidas cruas. Inclui também a hidroponia
CTer < 1x 103/100mL
Helmintos < 1 ovo/L
Turbidez
< 5 uT
Lagoa Facultativa + LM UASB + LP TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + FT + DES UASB + FBP + FT + DES TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + + FT + DES UASB + FBP + FT + DES
Diretrizes para o uso de esgotos tratado na agricultura
Tipo de utilização
Qualidade necessária
para a água de reúso
Exemplos de tecnologias de
tratamento Parâmetros
microbiológicos Uso agrícola restrito Irrigação superficial ou por aspersão de qualquer cultura não ingerida crua, inclui culturas alimentícias e não alimentícias, forrageiras, pastagens e árvores. Inclui também a hidroponia.
CTer < 1 x 104/100mL
Helmintos < 1 ovo/L
Lagoa Facultativa + LM UASB + LP
TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + FT + DES UASB + FBP + FT +
DES
Diretrizes para o uso de esgoto tratado na agricultura
Tipo de utilização
Qualidade necessária para a água de reúso Exemplos de
tecnologias de tratamento Parâmetros
microbiológicos Uso agrícola restrito com barreiras adicionais de controle da exposiçào humana (ex.: técnicas de irrigação e uso de equipamento de proteçào indivudual)
CTer < 1 x 105/100mL
Helmintos < 1 ovo/L
Lagoa Facultativa + LM UASB + LP UASB + ES UASB + Wetland
TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + + FT + DES UASB + FBP + FT + DES
Efeitos da irrigação com esgoto tratado sobre o solo e solução do solo
Constituintes do solo Solo ideal para cultivo: 25% de água 25% de ar 50% de material sólido (5% de matéria orgânica) Sólidos inorgânicos: Argila (diâmetro inferior a 0,002 mm) Silte (diâmetro médio entre 0,002 mm e 0,02 mm) Areia (diâmetro médio entre 0,02 e 2 mm)
Efeitos sobre as propriedades físicas do solo
Textura do solo: forma como as partículas sólidas (areia, silte e argila) se encontram distribuídas proporcionalmente no material. Estrutura do solo: organização em agregados maiores. A estrutura do solo, é responsável pela sua macroporosidade e microporosidade, a qual deve ser adequadamente distribuída. No espaço dos macroporos ocorre a movimentação mais intensa de água e circula o ar para respiração de raízes e microrganismos. Os microporos, por sua vez, são responsáveis pela retenção da solução do solo onde se encontram os nutrientes vegetais.
Controle de salinização e sodificação do solo
Íons cloreto e sulfato, principalmente, associados ao sódio.
Variáveis de controle: condutividade elétrica (CE) percentagem de sódio trocável (PST) razão de absorção de sódio (RAS) pH
Porcentagem de Sódio Trocável
PST = Na: Sódio trocável ou adsorvido, em mmolc.kg-1
CTC: Capacidade de troca de cátions do solo (Ca + Mg + Na + K + Al + H), em mmolc.kg-1
Problemas com sodificação de solos passam a ser importantes quanto a PST atinge valores superiores a 15%.
Neste caso, a produtividade das culturas diminui pela
desestruturação do solo e baixa permeabilidade à água e as raízes.
100×CTCNa
Razão de Absorção de Sódio (RAS)
Na+, Ca2+ e Mg2+ concentrações de íons em solução, meq/L. Solos sódicos exigem manejo para sua recuperação e
retorno ao ciclo produtivo.
2MgCa
NaRAS+
=
Condutividade Elétrica
Solos com CE > 4 dS/m são considerados salinos e podem ter efeitos tóxicos de Cl- sobre as plantas. A irrigação com esgoto tratado se não adequadamente manejada pode provocar aumentos na PST e condutividade elétrica, acarretando problemas na condutividade hidráulica do solo.
Alterações nas características do solo provocadas pela irrigação com esgoto
Aumento de pH e da velocidade de decomposição de matéria orgânica, reduzindo a disponibilidade de carbono orgânico e de nitrogênio total, via nitrificação e desnitrificação.
Aumentos na concentração de carbono e nitrogênio
total, indicando que o aporte desses nutrientes pelo esgoto compensa a redução devida aos fenômenos anteriormente descritos.
O aporte de fósforo pelo esgoto não é excessivo e as
formas presentes podem ser consideradas assimiláveis pelas plantas.
Metais Tóxicos
Metais tóxicos: Cd, Pb, Cr, etc. Baixas concentrações no esgoto doméstico Influência de efluentes industriais De qualquer maneira, o monitoramento desses elementos no esgoto e no solo são necessários
para garantir sustentabilidade ambiental.
A irrigação com esgoto tratado e a fertilidade do solo
O pH do solo condiciona a disponibilidade de nutrientes no solo, visto que atua sobre o equilíbrio das diversas espécies químicas presentes, principalmente em termos de solubilidade.
Metais, Fe, Cu, Mn, Zn, Al: Disponibilidade reduzida com a
elevação do pH por precipitarem na forma de hidróxidos e carbonatos.
Elementos como o N, P, K, Ca, Mg, S, Mo e o íon Cl-: Disponibilidade aumentada com o aumento do pH.
Meio neutro: Obtenção da disponibilidade máxima de nutrientes.
Valores de pH próximos a 6,5 são os mais indicados para o desenvolvimento da maioria das culturas.
Irrigação com esgoto: Efeitos sobre as plantas
Macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg e S) - São exigidos pelas plantas em grandes quantidades. São constituintes de tecidos vegetais.
Micronutrientes (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Cl, Mo e B),
exigidos pelo metabolismo vegetal em pequenas quantidades por participarem principalmente de reações enzimáticas.
Matéria Orgânica
Substrato da atividade microbiana Influência na fertilidade e propriedades físicas,
químicas e biológicas do solo, conferindo-lhe estrutura granular, porosidade e retenção de umidade.
A matéria orgânica, devido a sua alta CTC, é
fundamental para o aumento na retenção de cátions.
Esgotos sanitários tratados como fonte de água e nutrientes
“...O sistema solo-planta manejado adequadamente promove a absorção e retenção dos elementos do esgoto incorporando-os à massa seca, sem que ocorra acúmulo no solo e contaminação do lençol freático, isto é, promove a ciclagem de nutrientes reduzindo a demanda por
fertilização...”
Simulação
Produção “per capita” de esgoto de 150 L.hab.d-1 Demanda de água para irrigação de 1.000 a 2.000 mm.ano-1 Concentrações de nutrientes no esgoto: Nitrogênio:15 a 35 mgN.L-1
Fósforo: 5 a 10 mgP.L-1 Potássio: 20 mgK.L-1
Aplicação de nutrientes: N: 150 a 700 kg.ha-1
P: 50 a 200 kg.ha-1
K: 200 a 400 kg.ha-1. Resultados significativos em relação às demandas de fertilizantes. Pode ocorrer excesso de nitrogênio e deficiência em fósforo.
Balanço hídrico e lâminas d’água de irrigação
Balanço hídrico: Importante para a determinação das quantidades de água aplicadas às culturas é importante para a avaliação da viabilidade da utilização de esgoto tratado.
A capacidade de armazenamento e as características
de retenção de água no solo são importantes para definir a lâmina máxima aplicada. O máximo armazenamento de água no solo é denominado “capacidade de campo” e o mínimo, “ponto de murcha permanente”.
Sistemas de irrigação e uso com esgoto tratado
O sistema de irrigação deverá providenciar a garantia sanitária do sistema. A aspersão é desfavorecida em relação à irrigação localizada e sub-superficial.
A eficiência na distribuição de água é fundamental para que as
alterações nas propriedades do solo ocorram de forma homogênea, evitando-se zonas de modificações mais profundas. Sob este ponto de vista, os aspersores poderão ser mais indicados.
Problemas de entupimento e desempenho do sistema de
irrigação: O entupimento pode ser motivado pela presença de sólidos em suspensão na águas de irrigação. Sais podem provocar desgaste e corrosão, podendo-se formar agregados que caracterizem incrustações.
Experimentos desenvolvidos no PROSAB
Universidade Federal do ceará – UFC Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Universidade de São Paulo - USP
UFC - Objetivos
Objetivo geral: avaliação da potencialidade do uso de esgoto sanitário tratado (efluente de lagoa facultativa fotossintética) na irrigação de cultura de mamona.
Efeito dos diferentes níveis e combinações dos
macronutrientes NPKS e a resposta da mamona à aplicação de micronutrientes Fe, Zn, Cu, B, Mn e Mo, em associação com os macronutrientes essenciais na produtividade da mamona.
Cultura de Mamona da UFC
UFC – sistema de irrigação e controle
O sistema de irrigação utilizado foi o de micro-aspersão, controlando-se a aplicação de água por meio de tensiômetros.
Foram monitoradas as concentrações de N, P K, S, Ca,
Mg, S, Mn, Zn, Cu, Fe, B, Mo, Cl e Ni no efluente. variáveis monitoradas no solo foram: Ca, Mg, K, Na, Al,
CTC, soma de bases, saturação por bases, PST, RAS, C, N, P, MO, pH e CE.
Controlou-se também a produtividade e a quantidade de
óleo a ser extraído das plantas.
Pesquisa na Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Objetivo: Avaliação dos impactos sobre o solo e sobre os recursos hídricos da fertirrigação de culturas de milho (verão) e aveia (inverno) com efluente de sistema constituído de reator anaeróbio do tipo UASB seguido de lagoas de polimento.
UFRGS Sistema de irrigação por sulcos com efluente de reator
anaeróbio (UASB); efluente de lagoa de polimento e testemunha, irrigação com água tratada e adubação de base e de cobertura.
A irrigação foi controlada pela capacidade de infiltração
da água no solo. Foram realizadas análises de solo e efluente antes e
após a irrigação, para determinação de macro e micro nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, S, Mo, Cu, B, Mn, Zn, Na). Mediu-se também os teores de matéria seca das plantas
Cultura de milho da UFRGS
Desenvolvimento do milho
30 dias 60 dias
90 dias 120 dias
Pesquisa na Universidade Estadual de Campinas
A pesquisa desenvolvida pela UNICAMP no município de Franca/SP, envolveu o uso de efluente de lagoa facultativa em cultura do eucalipto, avaliando a eficácia na produtividade e qualidade do produto. Paralelamente, objetivou-se avaliar os impactos sobre o solo pelo aumenta da salinidade e da concentração de metais e sobre a água subterrânea pela possível introdução de nitrato, metais e patógenos. A sanidade e a produtividade da cultura foram monitoradas, bem como as lâminas de irrigação aplicadas.
Cultura de eucalipto da UNICAMP
UNICAMP – Controle da cultura de eucalipto
Irrigação
DAP
Análise foliar
Efluente
UNICAMP – Controle da cultura de eucalipto
Represa
Freático Distribuição
UNICAMP – sistema de irrigação e controle
O sistema de irrigação utilizado foi o de micro-aspersão, controlado por tensiômetros.
No efluente da lagoa foram monitorados: N, P, K, metais
pesados, coliformes totais e termotolerantes, ovos de helmintos, cistos de protozoários e vírus.
No solo foram monitorados: pH, condutividade elétrica, carbono oxidável total, matéria orgânica; Na e RAS, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn e Pb. Nas plantas foram monitorados: Cd, Zn, Pb, Cr, Cu, Ni, Na, K,
Ca, Mg, CO3, SO4, F, Cl, altura da planta, diâmetro à altura do peito (DAP) e índice de área foliar (IAF) e clorofila.
Pesquisa desenvolvida na Universidade de São Paulo USP: Escola Superior de Agronomia “Luiz de
Queiróz” e Escola Politécnica Objetivo: avaliar os efeitos da utilização de efluente de lagoa facultativa sobre as características físicas, químicas e biológicas do sistema solo-planta-água do lençol freático, por meio do controle das lâminas aplicadas nas culturas de cana de-açúcar e de capim Bermuda Tifton-85.
Lagoas de Estabilização de Lins/SP
Delineamento Experimental - USP
Cinco tratamentos correspondendo a diferentes lâminas de irrigação e quatro repetições.
(T1): SI – sem irrigação e sem adubação N mineral, (T2): 100 – umidade ideal (capacidade de campo), (T3): 125 – 25% a mais da umidade ideal, (T4): 150 – 50% a mais da umidade ideal e (T5): 200 – 100% a mais da umidade ideal.
Vista da cultura de cana-de-açúcar - USP
Vista da cultura de capim Tifton - USP
Vista da cultura de cafeeiro - USP
USP – Sistema de irrigação e controle
Os sistemas de irrigação utilizados foram por gotejamento (cana-de-açúcar) e microaspersão (Capim Tifton), ambos controlados por tensiômetros.
No efluente foram monitorados: temperatura, pH,
alcalinidade, condutividade elétrica, sólidos, DBO, DQO, NTK, NH4, NO2 e NO3, Ptotal, P-Orto, K, Na, clorofila-a, coliformes totais e E. coli e ovos de helmintos.
No solo foram monitorados: pH, COD, NO3, SO4, Cl,
NH4, P, K, Ca, Mg, Na, Al, H+Al, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Fe, B, CTC, RAS, PST e V. Monitorou-se também a produtividade e a qualidade dos produtos.
RESULTADOS
Lâminas Aplicadas
Cultura
Local
Área de cultura necessária
m2.m-3.d-1 m2/hab.
Mamona Fortaleza/CE 124 19
Cana-de-açúcar Lins/SP 161 24
Capim Bermuda Tifton-85
Lins/SP 588 88
Eucalipto Franca/SP 164 24
Milho Porto Alegre/RS 588 88
Aporte de nutrientes decorrente da irrigação com esgoto tratado
Cultura Local Lâmina aplicada (mm/d)
Concentração do Nutriente
Aporte do Nutriente
Nitrogênio (mgN/L)
Fósforo (mgP/L)
Nitrogênio (kgN/ha.d)
Fósforo (kgP/ha.d)
Mamona Fortaleza/CE 8,1 7,9 7,5 0,64 0,61
Cana-de açúcar
Lins/SP 6,2 33,3 4,5 2,05 0,28
Capim Tifton
Lins/SP 3,3 33,3 4,5 1,09 0,15
Eucalipto Franca/SP 6,1 59,9 11,7 3,65 0,71
Milho Porto Alegre/RS 25,0 14,0
Efeitos sobre o solo
UFC, UFRGS e USP Aumento na concentração de sódio nas camadas iniciais do solo, confirmando a hipótese de início de processo de sodificação.
UFRGS – Efeitos sobre o solo
Constituinte Unidade Profundidade (cm)
Início (22/11/2007)
Final (25/02/2008)
Potássio mg.L-1 00 - 20 79 92
20 - 40 110 80
40 - 60 104 87
Cálcio mg.L-1 00 - 20 142 103
20 - 40 151 95
40 - 60 153 104
Magnésio mg.L-1 00 - 20 29 22
20 - 40 30 17
40 - 60 34 24
Sódio mg.L-1 00 - 20 42 88
20 - 40 50 68
40 - 60 48 65
Condutividade Elétrica µS.m-1 00 - 20 107 115
20 - 40 123 114
40 - 60 124 111
USP – Efeitos sobre o solo - Sódio
Camadas (cm)
Antes do experimento
T1 T2 T3 T4 T5
0-10 0,74 0,63 3,19 2,57 2,79 3,49
10-20 1,46 1,55 4,83 3,04 3,83 4,30
20-40 2,51 2,73 4,41 3,23 4,49 4,55
40-60 2,79 3,38 4,14 2,73 4,01 4,84
60-80 2,66 2,46 3,82 2,39 4,08 4,44
80-100 2,32 2,52 3,73 2,31 3,38 4,44
Obs: T1 não recebeu irrigação
UFC - Percentual de óleo nos frutos de mamona
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Tratamentos
% d
e ól
eo
Esgoto tratadoÁgua
UFRGS - Características dos grãos e peso de matéria seca da cultura de milho Característica Água Tratada Efluente do
UASB Efluente da Lagoa de Polimento
Grãos
Número 510 561 344
Peso (g) 204 248 123
Umidade (%) 29 33 38
Matéria Seca (g)
Brácteas c/ pedúnculo 34 39 17
Caule 64 47 25
Folha com bainha 54 52 36
Pendão 2,4 2,2 1,4
Sabugo 33 29 16
UNICAMP - Altura média das plantas de eucalipto
USP - Produtividade da cana-de-açúcar
Tratamento Produtividade (ton/ha)
Código Especificação
T1 SI = parcelas sem irrigação 152,84 T2
parcelas com a umidade na capacidade de campo 247,23 T3 parcelas com 25% a mais da capacidade de
campo 198,75 T4 parcelas com 50% a mais da capacidade de
campo 232,80 T5 parcelas com 100 % a mais da capacidade de
campo 232,28
Outros aspectos
Não foram observados indícios de contaminação do lençol freático.
Não foram observados indícios de
contaminação das plantas.
Educação & Cultura
Aspectos educacionais e culturais
UFC UFRGS
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