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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
Luana Maria Carrasco Michelini
IMPACTOS DA UTILIZAÇÃO DE LODO PROVENIENTE DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE EFLUENTES COMO FERTILIZANTE
Lorena
2013
Luana Maria Carrasco Michelini
IMPACTOS DA UTILIZAÇÃO DE LODO PROVENIENTE DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE EFLEUNTES COMO FERTILIZANTE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo como requisito parcial para conclusão da Graduação do curso de Engenharia Bioquímica.
Orientador: Prof. Dr. Adilson Roberto Gonçalves
Lorena
2013
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS
DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO Serviço de Biblioteca Escola de Engenharia de Lorena
Michelini, L. M. C Impactos da utilização de lodo proveniente de estações de tratamento de
efluentes como fertilizante/L. M. C Michelini/ Orientador Adilson Roberto
Gonçalves—Lorena, 2013. 54 p.
Monografia apresentada como requisito parcial para a conclusão do Curso de Graduação de Engenharia Bioquímica - Escola de Engenharia de
Lorena da Universidade de São Paulo.
1. Fertilizantes. 2. Adubo de Lodo 3. Lodo (Aproveitamento). 4.
Metais pesados. 5. Legislação Ambiental. 6. Tratamento de águas residuais.
I. Rodrigues, Rita de Cássia Lacerda Brambilla Orient.
Suba o primeiro degrau com fé. Não é necessário que você veja toda a escada. Apenas dê o primeiro passo.
Martin Luther King
O maior problema do homem moderno não é dominar o mundo físico, mas conhecer sua própria mente e controlar seu comportamento. Só uma grande revolução de consciência pode solucionar grandes problemas da era contemporânea.
Humberto Rodhen
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por todas as bênçãos recebidas e oportunidades
conquistadas durante a realização deste trabalho, pela saúde e conforto em
momentos de angústia.
Aos meus pais, Elenira Carrasco Michelini e José Luiz Michelini, pelo amor
incondicional, apoio, encorajamento e exemplo. Pelos sacrifícios realizados os
quais muito me ensinaram e toda a dedicação que me moldaram como ser
humano.
Às minhas irmãs, Mayara Maria Carrasco Michelini e Jaqueline Maria
Carrasco Michelini que me alegraram e cuidaram de mim mesmo a grandes
distâncias. Agradeço-as pela proteção de irmãs mais velhas, pelas risadas e
conforto a cada telefonema.
A todos os meus amigos pelas experiências compartilhadas, conselhos,
companheirismo e incentivo para a conclusão deste trabalho. Por cada minuto de
convivência, mesmo em silêncio, que fortaleceram os laços de amizades
maravilhosas e sinceras.
Aos colegas de trabalho da Ajinomoto de Valparaíso e da Monsanto de São
José dos Campos, com os quais aprendi incessantemente, agradeço pelas
sugestões e colaboração.
Ao Prof. Dr. Adilson Roberto Gonçalves pela amizade, pelas diversas
oportunidades e aprendizado oferecidos, pela orientação e contribuição ao longo
de toda a minha graduação.
À Escola de Engenharia de Lorena como um todo pelo suporte e, de forma
especial, a todos os professores cuja sabedoria induziu ao aperfeiçoamento do
pensamento crítico. Agradeço também pela paciência, pelo conhecimento técnico
e empírico transmitido.
Gostaria de poder citar o nome de todas as pessoas as quais me
auxiliaram, porém como foram muitas as ajudas certamente esqueceria o nome
de alguém o que seria injusto, por isso, peço desculpas pela generalização. Mas
deixo minha profunda gratidão a todos que, de alguma forma, contribuíram para a
conclusão desta pesquisa.
RESUMO
MICHELINI, L. M. C. Impactos da utilização de lodo proveniente de estações de tratamento de efluentes como fertilizante. Trabalho de Conclusão de Curso
– Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013.
A intensa demanda por alimentos e o crescimento demográfico e urbano contribuem para a busca de alternativas sustentáveis capazes de ampliar a produtividade agrícola e aumentar a qualidade de vida da população. As legislações ambientais e políticas de desenvolvimento e saneamento básico promoveram esforços consideráveis neste sentido, promovendo o aumento do número das estações de tratamento de efluentes as quais permitem a devolução de água residuária em condições ambientalmente aceitáveis para o corpo receptor. Como consequência desta expansão, um problema tem se tornado frequente em grandes centros urbanos, a geração de volume considerável de lodo. Frente a este desafio, muitos pesquisadores passaram a estudar diferentes destinações para a biomassa gerada nas estações sendo a utilização para fins agrícola apontada como método mais viável do ponto de vista econômico e ambiental, visto que, além de representar disposição de baixo custo, agrega no desenvolvimento de culturas, colaborando para o aumento da produtividade então necessário. A sua utilização, entretanto, não é simples, pois requer estudos aprofundados de gerenciamento para se identificar impactos a curto e longo prazo. Tal cuidado faz-se necessário pela intensa variação da composição do lodo o qual depende de fatores como tipo de efluente, tratamento utilizado, formas de estabilização e graus de desenvolvimento socioeconômico da população. O lodo, dessa forma, pode ser constituído tanto por macro e micronutrientes essenciais a sobrevivência de plantas, destacando-se a presença de nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio, zinco, ferro e matéria orgânica, como por compostos considerados tóxicos para a saúde humana e meio ambiente (por exemplo, metais pesados e compostos fenólicos). Esta composição variada torna essencial o controle do lodo como biossólido, não só de sua composição e limitação da concentração de alguns elementos por legislações ambientais, mas também da taxa de aplicação e seu acúmulo no solo. Com essas considerações, é possível afirmar que o uso de lodo como fertilizante é conveniente? Devido à complexidade do tema o trabalho teve por objetivo estudar a relação do lodo com o solo, plantas e animais para compreender melhor os benefícios e impactos da sua utilização como fertilizante. Foi empregada a metodologia da pesquisa documental para efetuar uma análise comparativa dos pontos positivos e negativos dessa aplicação, estudando-se a composição do lodo, os diferentes tipos gerados nas estações de tratamento, quantidade gerada, absorção de elementos por plantas e pelo solo (lixiviação), casos de sucesso e barreiras do seu uso agrícola além de uma síntese de outras formas de sua disposição final. Pela pesquisa, entende-se que aplicação do lodo é muita vantajosa para os agricultores, pois possui nutrientes essenciais às plantas, é capaz de aumentar o volume de poros e a capacidade de retenção de água, contribui para absorção gradativa e mais eficiente dos nutrientes por plantas, atua como condicionador do solo,
aumentando o pH e corrigindo a acidez. Apesar da possível presença de contaminantes tóxicos como metais pesados e compostos fenólicos estes podem ser reduzidos pelo uso do tratamento adequado do lodo enquanto os efeitos de dificuldade de infiltração na camada superficial do solo e a possível lixiviação de compostos podem ser atenuados pelo manejo e uso de técnicas de aplicação adequadas. Palavras-chave: Fertilizante, Lodo, Estações de tratamento, Metais pesados, Legislação Ambiental, Destinação final, Benefícios e Impactos.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Análise comparativa entre OECD, países em desenvolvimento e do
mundo do aumento de consumo de produtos agrícolas – porcentagem a ser
modificada/ampliada em 2022 em relação à média de 2010 a 2012 .. ................ 15
Figura 2 – Análise comparativa entre a média de consumo, produção e o estoque
de trigo em milhões de toneladas de 2004 a 2014. .............................................. 16
Figura 3 – Análise comparativa da produção e da demanda média de diferentes
grãos do período de 2011 a 2018 e a média anual de crescimento de cada grão
por ano . ............................................................................................................... 16
Figura 4 – Análise comparativa da produção e da demanda média de diferentes
tipos de carne do período de 2008 a 2013 e a média anual de crescimento de
2012 para 2013.. .................................................................................................. 17
Figura 5 – Distribuição dos solos no Brasil baseado no Mapa de Solos do Brasil,
atualizado segundo o atual Sistema Brasileiro de Classificação de Solos ........... 20
Figura 6 – Sistema genérico de tratamento de esgoto e principais etapas .......... 23
Figura 7 – Cargas cumulativas máximas permissíveis de metais pesados pela
aplicação de biossólidos em solos agrícolas ........................................................ 43
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Tipo de lodo gerado em cada etapa/tipo de tratamento ..................... 27
Tabela 2 – Produção de lodo em diferentes países...............................................28
Tabela 3 – Produção de lodo (em volume) em diferentes sistemas de tratamento
de esgoto.............................................................................................................. 29
Tabela 4 - Composição média do lodo produzido no Brasil por tratamento
aeróbio....................................................................................................................30
Tabela 5 – Análise dos principais riscos à saúde associados à presença de metais
pesados ................................................................................................................ 33
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................11
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA........................................................................................14
2.1. Projeção Mundial do Agronegócio.............................................................................14
2.2. Fertilizantes ..............................................................................................................18
2.3. Estações de Tratameto de Efluentes ........................................................................22
2.3.1. Decantador ............................................................................................................24
2.3.2. Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente .................................................................25
2.3.3. Reator Aeróbio de Lodo Ativado ............................................................................25
2.4. Lodo ..........................................................................................................................26
2.4.1. Produção e Composição do Lodo ..........................................................................29
2.4.2. Metais Pesados .....................................................................................................31
2.4.3. Tratamento e Gerenciamento do Lodo ...................................................................34
2.5. Aplicação do Lodo como Fertilizante .........................................................................35
2.6. Outras Aplicações e Destino do Lodo .......................................................................41
2.6.1. Destinação a Aterros ..............................................................................................41
2.6.2. Destinação a Floresta ............................................................................................42
2.6.3. Aplicação em Construção Civil ...............................................................................42
3. METODOLOGIA ..........................................................................................................44
4. CONCLUSÃO ..............................................................................................................46
RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ...................................................48
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...............................................................................49
11
1. INTRODUÇÃO
A agricultura surgiu como uma ciência que engloba várias áreas do
conhecimento como a química, geologia, mineração, metalogenia (produção de
fertilizantes), biotecnologia e economia a qual busca atender de forma sustentável
a demanda por alimentos em face ao crescimento populacional (EMBRAPA,
2009).
Até 2050, estima-se que a população mundial será de 9 bilhões de
pessoas. Para atender este consumo, será necessário que a produção mundial de
alimentos cresça aproximadamente 70%, sendo importante considerar problemas
com a escassez de solos agricultáveis e água, ocorrência de desastres naturais e
alta taxa de urbanização (FAO, 2013).
Além do crescimento demográfico global, o maior poder de consumo de
países emergentes, mudanças de hábitos alimentares e o aumento da demanda
por agroenergia fazem parte do conjunto de tendências consolidadas que antecipa
a expansão da demanda por produtos advindos do setor agropecuário.
Frente a este cenário internacional, o Brasil tem sido papel fundamental na
sustentação da produção de alimentos, destacando-se pela disponibilização
considerável de fronteira agrícola e de água (EMBRAPA, 2009). O país também
se destaca pela ênfase nos aspectos científicos, tecnológicos e de inovação que
garantem a produtividade principalmente de culturas para alimentação básica.
Os investimentos em técnicas de melhoria dos solos pela diferenciação do
manejo de culturas e pelo uso de fertilizantes, por exemplo, contribuem pelo
aumento de cerca de 50% da produtividade no Brasil, aspecto o qual comprova a
importância do uso de fertilizantes como fator competitivo na produção de
alimentos em comparação a outros países, garantindo o seu reconhecimento
como líder mundial em tecnologia de manejo de fertilidade dos solos ácidos da
região tropical (EMBRAPA, 2009).
Atualmente, o agronegócio brasileiro apresenta crescimento de 14,7%
comparando-se o primeiro semestre de 2013 com o mesmo período do ano
passado, revelando uma projeção dos economistas de que o setor será
12
responsável por 30,4% de toda riqueza a ser gerada no país. Além disso, o uso da
tecnologia de fertilizantes evitou o desmatamento de 80 milhões de hectares entre
as décadas de 70, fazendo com que o seu uso junto ao aumento da produtividade
seja essencial do posto de vista ambiental, econômico e social (ESTADO DE
MINAS, 2013). Assim, o presente estudo procura estudar a aplicação de
fertilizantes como componente do aumento da produção de alimentos.
Dentro deste cenário de novas tecnologias, de crescimento agropecuário,
industrial e demográfico em centros urbanos e da diversificação do consumo de
bens e serviços surge, em paralelo, um aumento na quantidade de resíduos
gerados em todos os setores produtivos e o desafio de destiná-los de forma
sustentável.
Estas expectativas de desenvolvimento, todavia, não se restringem apenas
ao setor do agronegócio, mas também ao setor industrial e de prestação de
serviços o que tem contribuído para crescimento urbano e, consequentemente
para a ampliação de redes de coleta e tratamento de efluentes doméstico e
industrial, resultando em um dos principais resíduos e o de maior volume em
estações de tratamento, o lodo (TCHOBANOGLOUS, BURTON E STENSEL
2003).
Na região metropolitana de São Paulo, por exemplo, de acordo com a
SABESP (2001), a produção diária das cinco maiores ETEs foi estimada em 540
toneladas/dia de lodo (base seca) em 2005 e de acordo com a previsão de Tsutya
(2000), a produção será de 785 toneladas diárias em 2015.
Devido à evolução da legislação ambiental, este resíduo passou a receber
diferentes destinos e aplicações com interface em outras áreas como na produção
de tijolos e concretos, geração de energia, produção de óleos e adubos, sendo
esta última forma de destinação extremamente conveniente para a agricultura e a
correção dos nutrientes do solo, uma vez que o lodo de esgoto é rico em
nitrogênio, fósforo, micronutrientes e matéria orgânica (PROSAB, 2013).
Assim, como há uma grande necessidade por novas tecnologias na
agricultura para tornar possível o aumento da produtividade agrícola a fim de se
atender a demanda mundial ao mesmo tempo em que se exige alta demanda por
13
uma destinação final sustentável de resíduos sólidos como o lodo de estações de
tratamento de efluentes, é objetivo desse trabalho estudar e esclarecer, tanto do
ponto de vista econômico quanto ambiental, os benefícios e possíveis impactos do
uso do lodo como fertilizante nas culturas agrícolas mediante ampla pesquisa
bibliográfica.
A aplicação de lodo nos diferentes solos agrícolas, entretanto, apresenta
diversos riscos associados à presença de espécies
inorgânicas metálicas tóxicas, mais conhecidas como metais pesados e à
sanidade, fazendo-se necessário compreender também parâmetros para a
reciclagem deste resíduo (FERNANDES et al., 1996). Desta forma, para uma
melhor abordagem do tema proposto, serão comparadas diferentes formas de
disposição final do lodo proveniente das ETE’s com enfoque na aplicação agrícola
deste resíduo rico em nutrientes. Para esta finalidade, também será descrito neste
trabalho as principais especificações exigidas por lei para o uso de biossólidos
como fertilizantes principalmente com relação à presença e concentração de
metais pesados.
Outro aspecto fundamental a ser avaliado serão as características do solo
após aplicação de fertilizantes minerais e do lodo comparando-se desempenho,
custo e impacto ambiental. Busca-se com isso, responder à seguinte pergunta: o
uso de lodo como fertilizante em culturas agrícola é conveniente?
14
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Projeção Mundial do Agronegócio
Através do crescimento econômico e de uma nova política agrícola
estabelecida mundialmente, o setor do agronegócio deixou de ser induzido pela
política de excedentes e tornou-se orientado principalmente pelo mercado das leis
de oferta e procura, promovendo crescimento e oportunidades únicas para países
cuja economia baseia-se principalmente na produção agrícola (OCDE-FAO, 2013).
De acordo com a FAO (Organização das Nações Unidas para Alimentação
e Agricultura) e a OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento
Econômico) a produção agrícola mundial deverá crescer 0,6% a menos no período
de 2013 a 2022 se comparado ao período de 2003 a 2012. Tal decréscimo deve-
se principalmente à limitação de expansão das fronteiras agrícolas, à baixa
disponibilidade de água e outros recursos naturais, ao aumento dos custos de
produção e ao aumento das exigências legais em termos de desenvolvimento
sustentável. Este declínio também é apontado como reflexo da crise econômica e
financeira global ocorrida em 2009.
Apesar desta redução no ritmo de produção, projeta-se um crescimento de
1,5% ao ano para a próxima década em decorrência da demanda mundial. Este
aumento da demanda por produtos agrícolas, o qual projeta o crescimento do
setor principalmente nos países em desenvolvimento, é proporcionado pela
expectativa crescente da necessidade de produção de energia, consumo por
grandes centros urbanos e mega cidades, aumento da renda per capita e
expansão da classe média (FAO, 2003).
De forma geral, portanto, o consumo de vários produtos agrícolas como
trigo, arroz, açúcar, algodão e grãos grosseiros deverá crescer mesmo que em
ritmo mais lento se comparado ao período atual como demonstrado na figura 1:
15
Figura 1 – Análise comparativa entre OECD, países em desenvolvimento e do mundo do aumento de consumo de produtos agrícolas – porcentagem a ser modificada/ampliada em 2022 em relação à média de 2010 a 2012 (Fonte: (OECD-FAO, 2013)).
Segundo a projeção 2012 da IGC (Conselho Internacional de Grãos), a
produção de grãos e sementes oleaginosas deverá aumentar para os anos de
2017/2018 enquanto os estoques devem diminuir, a menos que as expectativas de
colheita sejam superadas neste período.
Neste seguimento, a produção mundial de trigo e grãos grossos excederá 2
bilhões de toneladas desde que as condições meteorológicas sigam médias
padrões subindo 8,1% entre 2013 e 2014 e 1,6% em média nos anos
subsequentes. Neste ritmo, espera-se uma produção de 696 milhões de toneladas
de trigo, um consumo de 690 milhões de toneladas e uma redução dos estoques
deste grão em quase 25 milhões de toneladas (IGC, 2013).
16
Figura 2 – Análise comparativa entre a média de consumo, produção e o estoque de trigo em milhões de toneladas de 2004 a 2014 (Fonte: (IGC, 2013)).
Esta melhoria das disponibilidades de diversas commodities deverá ser
amplamente absorvida pelo aumento do consumo como demonstrado na Figura 3:
Figura 3 – Análise comparativa da produção e da demanda média de diferentes grãos do período de 2011 a 2018 e a média anual de crescimento de cada grão por ano (Fonte: (IGC, 2013)).
17
Não só a produção vegetal está em crescimento, mas também a animal. De
acordo com dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, no Brasil,
enquanto a produção de carne suína e de frango cresceu 11,28% e 20%
respectivamente entre 2009 e 2013 o consumo cresceu 14,39% e 24%,
demonstrando a necessidade do aumento da produtividade também para este
setor (IBGE, 2013).
Espera-se que até o final do ano de 2013 a produção de carne bovina,
suína e de aves crescerá em média 1,6% em relação ao ano de 2012 sendo o
crescimento da produção de suínos o mais expressivo. Já a demanda pela carne
deve aumentar 1,8% em média no mesmo período sendo a carne de aves (frango
e peru) a de maior demanda. Desde 2008 até o momento, a ampliação do
consumo de aves e porcos foi de 10,7% em média.
Figura 4 – Análise comparativa da produção e da demanda média de diferentes tipos de carne do período de 2008 a 2013 e a média anual de crescimento de 2012 para 2013 (Fonte: (USDA, 2013)).
18
Para a ONU (Organização das Nações Unidas), já em 2004 a expansão da
demanda de alimentos foi maior que a produção, favorecendo, por exemplo, o
aumento do preço de grãos, o qual foi impulsionado em 2005 por incidentes
meteorológicos extremos nos principais países produtores de alimentos,
ocasionando baixas nos estoques mundiais, instabilidade e volatilidade no
mercado internacional de modo a suscitar desequilíbrio na segurança alimentar
mundial e consequências devastadoras para as populações mais vulneráveis do
mundo (ONU, 2013).
Frente a esta demanda crescente por alimentos, ração e energia resultante
da prosperidade nos mercados emergentes e aumento da população mundial faz-
se necessário utilizar diferentes formas de tecnologia e inovação de cultivo para
incrementar a produtividade agrícola evitando-se incorporar novas áreas para que
não haja desmatamento. Na avaliação da FAO, 90% do aumento de produção
devem vir de investimentos em produtividade, com uso mais eficiente da terra.
Dentro deste contexto, as técnicas mais utilizadas para este fim são: o emprego
da tecnologia de manejo de culturas, proteção de cultivo, correção do solo e
adubação pelo uso de fertilizantes.
2.2. Fertilizantes
De acordo com a Lei Nº 6.894, Decreto Nº 4.954 de 14 de Janeiro de 2004
da constituição brasileira, fertilizante é qualquer substância mineral ou orgânica,
natural ou sintética, fornecedora de um ou mais nutrientes de plantas. Pelo
regulamento, há diferentes tipos de fertilizantes divididos em mais de dez
categorias sendo duas principais:
a) Fertilizante mineral: produto de natureza fundamentalmente mineral,
natural ou sintética, obtido por processo físico, químico ou físico-
químico, fornecedor de um ou mais nutrientes de plantas;
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b) Fertilizante orgânico: produto de natureza fundamentalmente orgânica,
obtido por processo físico, químico, físico-químico ou bioquímico, natural
ou controlado, a partir de matérias-primas de origem industrial, urbana
ou rural, vegetal ou animal, enriquecido ou não de nutrientes minerais.
No Brasil, devido à presença predominante de solos tropicais ácidos, é
preciso aplicar processos de transformação capazes de adequar o solo às
características físico-químicas exigidas para a produção agrícola. Para isto, são
utilizados insumos e outras técnicas de manejo apropriadas ao tipo climático
predominante. De acordo com Melfi (1997), cerca de 60% do território brasileiro é
recoberto com solos ácidos enquanto, na Terra, o valor chega a 30% das terras
emersas segundo Baligar et al. (1997).
Esse tipo de solo, além da acidez, é caracterizado pela falta de nutrientes
como fósforo, cálcio e magnésio e presença de alumínio e manganês os quais
dificultam o crescimento vegetal, comprovando a necessidade da aplicação de
calcário para reduzir a acidez, fertilizantes e adubos para maior produtividade de
culturas agrícolas.
A figura 5 abaixo demonstra a diversidade do solo brasileiro e
predominância de latosolos e solos argilosos.
20
Figura 5 – Distribuição dos solos no Brasil baseado no Mapa de Solos do Brasil, atualizado segundo o atual Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Fonte: (EMBRAPA, 2013)).
O aumento da fertilidade do solo contribui para o aumento do sistema
radicular de plantas, disponibilidade de nutrientes e melhorias nas condições
físicas e biológicas do solo.
Os métodos tradicionais de fertilização implicam na utilização de sais de
nitrogênio e fósforo principalmente, cuja solubilidade é elevada promovendo rápida
absorção dos macronutrientes pelas plantas. Esta alta solubilidade, entretanto,
apresenta pontos negativos referentes à quantia não absorvida destes sais. O que
não é aproveitado pela planta sofre lixiviação e atinge os lençóis freáticos
ocasionando poluição (Silverol, 2006).
Segundo Borggaard et al. (2004), a aplicação de fertilizantes químicos
repetidamente também pode levar à exaustão de adsorção do fosfato o qual, ao
se acumular no solo, pode ser carregado por águas superficiais até camadas mais
21
profundas e água subterrânea. Além disso, ao se associarem aos íons de
herbicidas promovem a redução da retenção do herbicida no solo o que pode
provocar o transporte de metais pesados presente no mesmo para o lençol
freático.
A demanda por alimentos, por outro lado, continua crescente, e atingir
patamares cada vez maiores de produção é fundamental. O Brasil como um dos
maiores produtores deve buscar soluções para o desenvolvimento de uma
agricultura competitiva capaz de contornar a disponibilidade de terras e a
características às vezes desfavoráveis dos seus solos.
Atualmente, os insumos utilizados para a produção nacional de fertilizantes
é insuficiente para a demanda e os fertilizantes importados muitas vezes são
inadequados para as condições geológicas locais. Assim, buscar alternativas de
fertilização que se adéquam ao solo e garantam produtividade, conservação da
fertilidade e sustentabilidade é indispensável (SILVEROL, 2006).
Nesse sentido, uma das principais alternativas ao método tradicional de
fertilização é a utilização de fertilizantes orgânicos por serem de baixo custo, fácil
manejo e sustentavelmente corretos.
Algumas vantagens citadas por Wang & Yang (2003), Oorts et al. (2003),
Kwabiath et al. (2003) e Parfitt et al. (2005) da adição de material orgânico em
solos tropicais são: aumento da concentração de carbono orgânico, maior
agregação, capacidade de retenção de água e padrão de infiltração, diminuição da
densidade do solo, aumento da capacidade de troca catiônica, melhor
aproveitamento do fósforo.
Lodo de esgoto, vermicomposto e composto de lixo são exemplos de
fertilizantes orgânicos compostos cujos benefícios ecológicos referem-se à
devolução ao solo do carbônico orgânico e dos nutrientes, aumento da
produtividade das culturas e menor impacto ambiental.
22
2.3. Estações de Tratamento de Efluentes
De acordo com a Resolução Nº430 de 13 de Maio de 2011 do Conselho
Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), efluente é o termo usado para
caracterizar os despejos líquidos provenientes de diversas atividades ou
processos. Tais efluentes ao serem despejados com os seus poluentes
característicos causam a alteração de qualidade nos corpos receptores e
consequentemente a sua poluição.
A poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química
ou biológica da qualidade de um segmento de corpo de água ao longo do tempo,
capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos para a classe. A poluição origina-
se da ineficiência dos processos industriais devendo estes serem inicialmente
otimizados para a redução de perdas que levam à poluição para, então se
estabelecerem sistemas de controle como o tratamento de efluentes (GIORDANO,
1999).
Segundo Giordano (1999) os sistemas de tratamento de efluentes são
baseados na transformação dos poluentes dissolvidos e em suspensão em gases
inertes e ou sólidos sedimentáveis para a posterior separação das fases
sólida/líquida. Desta forma, os tratamentos aplicados são determinados para cada
tipo de efluente e suas características, considerando-se a legislação ambiental; os
custos de investimento e operacionais; a quantidade e a qualidade do lodo gerado;
a qualidade do efluente tratado; a interação com a vizinhança e as características
do corpo receptor.
Para a CONAMA (2011), a escolha do tratamento deve se sustentar no
nível de eficiência desejado, ou seja, qualidade final do efluente tratado em
concordância com o corpo receptor, na área disponível para implemntação, custo
e complexidade do processo, na produção e disposição do lodo assim como na
dependência de insumos externos.
23
O tratamento de efluentes pode seguir etapas complementares aumentando
sua eficiência. Divide-se, assim, o tratamento em diferentes níveis:
- Preliminar: responsável pela remoção de sólidos grosseiros e areia
presentes no esgoto afluente de modo a evitar o acúmulo de sólidos grosseiros e
material abrasivo nas tubulações da estação.
- Primário: responsável pela sedimentação de partículas em suspensão
e/ou pela decomposição da matéria orgânica presente no efluente através da
utilização de sistemas de decantadores e lagoas/reatores anaeróbios.
- Secundário: responsável pela degradação biológica de compostos
carbonáceos em reatores biológicos contendo microrganismos aeróbios.
- Terciário: responsável pela remoção de nitrogênio e fósforo através de
lodos ativados e tratamento químico com coagulantes ou sulfato de alumínio.
Nesta etapa, também pode ser considerada a remoção de patôgenos.
A ilustração abaixo demonstra um exemplo de tratamento de esgoto
utilizando as técnicas preliminares, primária e secunária de um tratamento típico.
Figura 6 – Sistema genérico de tratamento de esgoto e principais etapas (Fonte: (SABESP, 2013)).
24
A partir do sistema primário, é formado lodo primário e lodo secundário
(lodo ativado), constituídos por material de sedimentação instável.
No Brasil, os principais sistemas de tratamento de efluentes incluem
decantadores, reatores anaeróbios e reatores de lodo ativado.
2.3.1. Decantador
A sedimentação é um processo físico de clarificação. Quanto maior a
concentração de sólidos em suspensão maior a sedimentação. Em decantadores
primários de estações de tratamento de efluentes normalmente ocorre a
sedimentação floculante a qual permite a formação de flocos que decantam com
maior velocidade. Quando a concentração da suspensão aumenta ainda mais
ocorre a sedimentação por zona em que a velocidade de sedimentação diminui ao
longo da profundidade do decantador devido a maior concentração de sólidos e
consequente dificuldade de saída de água contra-corrente.
Existem, basicamente, dois tipos de decantadores de esgotos: os de
secção retangular e os de secção circular. Os decantadores de secção circular
são mais viáveis economicamente do ponto de vista da estrututa em concreto e
apresentam menor variação da vazão de alimentação do efluente. Já os
decantadores retangulares possuem o fundo ligeiramente inclinado para que o
lodo possa ser raspado e direcionado (GIORDANO, 1999).
As comportas de distribuição dos esgotos no canal de entrada do
decantador têm a função de evitar escoamentos preferenciais enquanto as
canaletas do final dos decantadores reduz a velocidade dos esgotos na região de
saída evitando-se a ressuspensão de lodo.
25
2.3.2. Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente
Esse reator possui uma série de compartimentos internos que agregam
diferentes processos como a sedimentação, floculação, estabilização biológica
anaeróbia, filtração e separação de fases (sólida e líquida). Neste equipamento,
forma-se lodo a partir dos resíduos da digestão anaeróbia e da biomassa
anaeróbia ainda ativa além de intensa produção de biogás cujo deslocamento no
interior do reator auxilia na mistura do efluente e dos sólidos contidos no mesmo.
Os sólidos deslocados são coletados para evitar sua passagem para a
região de coleta do efluente e retornam para a câmara de disgetão. O excesso de
lodo formado deve ser desidratado e encaminhado para descarte controlando-se
sempre a quantia mínima no reator para funcionamento adequado.
Neste caso, o tratamento preliminar de desarenação deve ser rigoroso para
evitar acúmulos de sólidos e remover óleos e gorduras que podem formar capas
de espuma na superfície dos reatores. A produção de lodo neste reator é mais
baixa que em reatores aeróbios e mostra-se capaz de reduzir em até 65% o nível
de DBO - demanda biológica de oxigênio - (GIORDANO, 1999).
2.3.3. Reator Aeróbio de Lodo Ativado
Este sistema apresenta elevada eficiência de remoção de matéria orgânica
e sólidos em suspensão e tem sido empregado como forma de remover nitrogênio
e fósforo por via biológica, sendo o consumo energético um dos principais
limitantes na degradação aeróbia de matéria orgânica (MINISTÉRIO DO MEIO
AMBIENTE, 2009).
26
Após passagem pelo decantador primário, o lodo gerado é enviado para
estabililização em digestores anaeróbios e, em seguida, o afluente é
encaminhado para o reator aeróbio ou tanque de aeração onde a degradação da
matéria orgânica pelo crescimento da biomassa ocorre.
O tanque de aeração é alimentado continuamente e o regime de mistura
gera arraste de biossólidos com efluentes para a próxima etapa sendo necessário
a utilização de um decantador secundário. No reator, a concentração de biomassa
é mantida pela recirculação do lodo decantado no clarificador.
A introdução de oxigênio pode ser feita por meio de aeradores superficiais,
sistemas com difusores ou mesmo oxigênio puro pode ser introduzido diretamente
nos tanques. Os sólidos biológicos crescem na forma de flocos e são mantidos em
suspensão pelo equipamento de aeração (GIORDANO, 1999).
2.4. Lodo
A universalização do saneamento básico, o desenvolvimento de tecnologias
sustentáveis frente ao aumento das exigências das legislações ambientais e sua
preocupação com a degradação dos recursos naturais tem proporcionado, cada
vez mais, o surgimento e aprimoramento das Estações de Tratamento de
Efluentes (ETE’s). Com o desenvolvimento para a busca de maior qualidade de
vida, entretanto, surgem aspectos negativos como o aumento na quantidade de
resíduos gerados em todos os setores produtivos, fator agravado pelo intenso
crescimento demográfico urbano.
Com relação ao manejo dos efluentes e seu tratamento, o principal resíduo
(hoje considerado subproduto) gerado é o lodo, subproduto semissólido, pastoso e
de natureza predominantemente orgânica (ANDRADE, 1999). Em princípio, todos
os processos de tratamento biológico geram lodo e sua produção é dependente do
tipo de tratamento utilizado. Assim, pode-se obter em uma ETE:
27
a) Lodo primário: originado em decantadores primários, é composto por
sólidos sedimentáveis que podem gerar odor desagradável em
condições de alta temperaturas caso não seja removido periodicamente
(VON SPERLING, 2002).
b) Lodo secundário: originado em reatores aeróbios, é composto pela
biomassa ativa do tratamento biológico a partir da alimentação dos
microrganismos pelo afluente recebido na estação.
c) Lodo misto: mistura de lodo primário e secundário.
A tabela em seguida exemplifica os tipo de lodo gerado de acordo com o
tratamento utilizado:
Tabela 1 – Tipo de lodo gerado em cada etapa/tipo de tratamento. SUBPRODUTO ETAPA DO TRATAMENTO
Lodo Primário Tanque séptico e decantador primário
Lodo biológico aeróbio
(não estabilizado)
Lodo ativado convencional e reatores aeróbios com biofilme
Lodo biológico aeróbio
(estabilizado) Lodo ativado de aeração prolongada
Lodo biológico anaeróbio Lagoas de estabilização, reatores
anaeróbios e filtros anaeróbios
(Fonte: (Adaptado PEDROZZA et al.,2010)).
O alto custo proveniente do gerenciamento do lodo é outro fator agravante
na estações de tratamento e a dificuldade aumenta proporcionalmente com a
quantidade produzida. Na tabela abaixo é possível identificar a quantidade de lodo
formada em diferentes sistemas de tratamento de efluentes do mundo.
28
Tabela 2 – Produção de lodo em diferentes países CIDADE OU PAÍS QUANTIDADE PRODUZIDA ESTIMADA
Reino Unido 1 milhão m³/ano
Alemanha 50 milhões m³/ano
Suíça 4,2 milhões m³/ano
Sydney 190 mil ton/ano
Espanha 1,12 milhões ton/ano
Austrália 0,25 milhões/ano
Brasil 150 a 220 mil ton/ano
São Paulo 100 ton/dia
(Fonte: (Adaptado PEDROZZA et al, 2010)).
Nas cinco maiores estações de tratamento de esgoto da região
Metropolitana de São Paulo, estima-se que em 2015 seja produzido um total de
749 toneladas (base seca) de lodo pelos estudos de Tsutiya (2001),
correspondendo 303 toneladas à estação de Barueri, 32 toneladas à de Suzano,
106 toneladas à do ABC, 231toneladas à do Parque Novo Mundo e 77 toneladas à
de São Miguel.
Segundo Barneto et al. (2009), da produção de lodo estimada para a
Espanha, 725 mil toneladas foram disponilizadas para uso em solo e na Austrália
um terço do biossólido recebe este destino. O destino escolhido para o lodo,
todavia, não é fácil. Requer estudos complexos de viabilidade cuja execução
errônea pode comprometer os benefícios ambientais e sanitários esperados
(LUDUVICE, 2001).
29
2.4.1. Produção e Composição do Lodo
Em sistemas de tratamento existem bactérias as quais utilizam a matéria
orgânica presente como fonte de energia e fonte de carbono para a formação do
material celular, sendo esta última reação conhecida como anabólica. Pelas
publicações de Brock & Madigan (1991), aproximadamente 3000 mmols de ATP
são necessários para se realizar este tipo de reação.
Esta energia requerida para a produção de massa celular é proveniente da
degradação de material celular bacteriano, também conhecido como catabolismo
celular (BITTON, 2001) realizado por processos oxidativos ou fermentativos. Pela
via oxidativa, o material orgânico disponível é oxidado por oxidantes presentes no
próprio efluente como oxigênio, nitrato e sulfato, enquanto pela via fermentativa
ocorre digestão anaeróbia com formação de gás carbônico e metano, onde grande
parte da energia inicial da matéria orgânica permanece (PEDROZZA et al.,2010).
Devido a diferença de energia gerada pelo catabolismo oxidativo e
fermentativo, bactérias que utilizam a primeira via tendem a formar mais massa
que as demais levando-se em consideração a mesma quantia de material
orgânico disponibilizado.
Tabela 3 – Produção de lodo (em volume) em diferentes sistemas de tratamento de esgoto
Tipo de Sistemas Volume de Lodo Produzido
(L/hab.d)
Lagoas facultativas 0,05 – 0,15
Reator UASB 0,2 – 0,6
Lodos ativados convencionais 3,1 – 8,2
Aeração prolongada 3,3 – 5,6
Lagoa anaeróbia 0,1 – 0,3
Filtro biológico de alta carga 1,4 – 5,2
Lagoa aerada facultativa 0,08 – 0,22
(Fonte: (METCALF e EDDY, 2002)).
30
Pela tabela 3, nota-se maior produção de lodo em tratamentos que utilizam
lodos ativados convencionais, já que caracteriza-se pelo presença do metabolismo
aeróbio e o curto tempo de permanência do lodo no tanque de aeração. Por outro
lado, as lagoas anaeróbias produzem o menor volume de lodo pois trata-se de um
sistema anaeróbio cujo maior tempo de residência do lodo permite digestão e
adensamento, levando à redução da umidade e conversão em água e gases.
A composição do lodo varia de acordo com o tipo de tratamento utilizado
nas estações, com o período do ano e com a origem do efluente (industrial ou
doméstica). Outros fatores capazes de influenciar a composição química do lodo,
segundo Tsutiya (2001), é a variação do nível socioeconômico e cultural da
populaçõ geradora do efluente e o grau de industrialização de uma determinada
região. Pela tabela 4 abaixo é possível identificar a composição média geral do
lodo gerado no Brasil por tratamento aeróbio.
Tabela 4 – Composição média do lodo produzido no Brasil por tratamento aeróbio.
Parâmetros Valor
pH 11,6
Material Seco, MS (%) 57,86
Nitrogênio Total, N (%) 1,07
Carbono Total, C (%) 12,56
Relação C/N 13,32
Fósforo Total, P2O5 (%) 0,26
Potássio, K2O (%) 0,16
Cálcio Total, CaO (%) 19,85
Magnésio Total, MgO (%) 3,17
Cádmio (mg/kg MS) 0,57
Zinco (mg/kg MS) 28,99
Cobre (mg/kg MS) 73,73
Cromo (mg/kg MS) 28,11
Mercúrio (mg/kg MS) 0,52
Níquel (mg/kg MS) 18,06
Coliformes fecais (NMP/100g) < 4,0
Ovos de helmintos (NMP/100g) < 0,2
(Fonte: (SANTOS , 2009)).
31
Nota-se que o lodo apresenta diferentes porções de metais pesados
destacando-se o o cobre, zinco, níquel e cromo devido as maiores concentrações.
Por ser um fator limitante na destinação final do lodo, os metais pesados serão
abordados no próximo tópico.
2.4.2. Metais Pesados
De acordo com a Sociedade Brasileira de Química, o conceito de metais
pesados é variado e aborda aspectos como massa específica, massa atômica,
número atômico, a formação de sulfetos e hidróxidos insolúveis, a formação
de sais geradores de soluções aquosas coloridas e complexos coloridos além do
potencial tóxico. Assim, a definição mais utilizada define metal pesado como
sendo aquele que apresenta massa específica elevada (geralmente maior que 5
g/cm³) e está associado a contaminações, potencial tóxico e ecotóxico.
Como principalmente os efluentes industriais podem conter esses
elementos é preciso certificar-se que a concentração presente no lodo é
admissível pela legislação ambiental uma vez que este, ao ser aplicado no solo,
pode contaminá-lo caso as concentrações sejam elevadas ou haja acúmulo
derivado de aplicações sucessivas desregradas. Assim, há uma grande
preocupação com relação ao uso deste lodo como fertilizante.
Os metais presentes no biossólido podem ser classificados em duas
categorias: os de baixo risco (manganês, ferro, alumínio, cromo, chumbo e o
mercúrio) e os potencialmente perigosos (zinco, cobre, níquel, molibdênio e
cádmio) os quais exercem efeitos negativos não só no desenvolvimento de
plantas, mas também nos processos bioquímicos do solo (TSUTIYA, 2001).
32
Os principais sintomas de toxidez dos solos apontados por Beckett (1991)
são redução da colheita e do crescimento vegetal, concentração de metais nos
tecidos das plantas e assimetria ou anomalias em folhas pares ou próximas. Além
destes, Marques et al. (2001) cita interferências na integridade das membranas e
consequentemente na cadeia de transporte de elétrons e na fotossíntese,
surgimento de manchas em folhas, inibição de atividades enzimáticas e
desequilíbrio no balanço nutricional. Estes indícios podem ocorrer pela
interferência doa metais pesados na absorção, transporte e funções dos macro e
micronutrientes, passando do nível celular para sintomas visíveis.
Além dos danos ao solo e plantas, estes contaminantes podem sofrer
lixiviação e atingir lençois freáticos de modo a contaminar a água e possivelmente
se instalar na cadeia alimentar de humanos exercendo riscos à saúde e ao
sistema imunológico devido ao efeito biocumulativo. Pelos estudos diversos de
Santos (2003), Munhoz (2002), Martins (2003), Organização Mundial da Sáude
(2001), Oliveira (2003), Paoliello e Capitani (2003), os metais pesados estão
associados a diversas doenças como identificado na tabela 5:
33
Tabela 5 – Análise dos principais riscos à saúde associados à presença de metais pesados
Metal Pesado Risco Associado à Saúde
Alumínio, Manganês Neurotóxico
Cromo, Zinco Carcinogênico
Níquel Cancerígeno, pode causar hemorragia, inflamação em
órgãos vitais e morte *
Cobre Intoxicação e problemas gastrointestinais
Cádmio Danos neurológicos, remoção de cálcio dos ossos,
deformação do esqueleto e mutações cromossômicas
Cromo Transtornos nos sitemas endócrino, renal, reprodutivo e
nervoso
Mercúrio Atrofia muscular, lesão renal, aborto, câncer e
malformações congênitas
Nota: *O níquel apenas pode causar morte se inalado na forma de carbonila de níquel.
No lodo, os metais são encontrados principalmente ligados à fração sólida
(óxidos e matéria orgânica) e sofrem influência do tipo de tratamento sofrido nas
estações. Para Marques et al. (2001), por exemplo durante digestão em reatores
anaeróbios grande parte da massa orgânica é degrada, facilitando a solubilização
dos metais pesados os quais compõem a massa de microrganismo.
Como nestes reatores o pH é mais elevado, torna-se possível a
precipitação de alguns cátions de metais resultando na predominância de
concentrações mínimas (traços) de metais os quais podem se aderir às superfícies
irregulares dos precipitados.
Como a probabilidade de presença e contaminação do lodo por metais
pesados é alta e os riscos destes associados à humanos, plantas, rios e solo
torna-se indispensável o gerenciamento correto, sustentável e bem planejado da
disposição final deste subproduto seguindo as legislações ambientais em rigor.
34
Assim, é preciso selecionar barreiras e tratamentos adequados do lodo para sua
utilização como biossólido, por exemplo.
2.4.3. Tratamento e Gerenciamento do Lodo
Os principais métodos de tratamento utilizados para reduzir a concentração
de metais pesados no lodo de esgoto são: precipitação, resinas de troca iônica,
absorção, eletrólise, imobilização, solidificação, vitrificação e tratamento químico
segundo Pedrozo (2003). Estes itens prezam por maior segurança, menor impacto
ambiental das possíveis disposições do lodo.
Para garantir a estabilidade biológica do lodo e manter o mesmo livre de
microrganismos patógenos é preciso realizar outras etapas de tratamento.
Cassani (2003) divide o sistema de tratamento em quatro macro etapas:
adensamento, estabilização (redução de matéria orgânica e sólidos voláteis),
condicionamento, desidratação e disposição final.
A primeira e quarta etapas usam métodos físicos para aumentar a
concentração de lodo através da sedimentação do material em suspensão,
fotação ou centrifugação. O teor de sólidos no subproduto dependerá do tipo de
estabilização e adensamento/desaguamento utilizado.
A segunda etapa utiliza métodos físicos e químicos para aumentar a
separação das fases sólido-líquido do lodo. Neste caso, pode-se adicionar
alumínio, ferro ou polímeros orgânicos capazes de formar flóculos maiores do lodo
ou tratar termicamente para reduzir o volume, facilitando a sequência do
tratamento.
O terceiro estágio ocorre por digestão aeróbia, anaeróbia, compostagem,
estabilização química ou térmica (LUDUVICE, 2001).
35
Na digestão aeróbia, adiciona-se 1 mg/L de ar ou oxigênio por um intervalo
de 12 a 30 dias de modo a evitar a liberação de gases com odores desagradáveis.
Os microrganismos, então sobre aerobiose, degradam a matéria orgânica e
promovem a nitrificação biológica da amônia, convertendo-a em nitrato.
Na digestão anaeróbia, os microrganismos participam de reações de
hidrólise (realizada por bactérias fermentativas hidrolíticas), acidogênese
(bactérias do gênero Clostridium e Bacteroids), acetogênese (bactéria
acetogênicas que produzem acetato, gás carbônico e água) e metanogênense
(realizada por bactéria acetotróficas do gênero Methanosarcina e Methanothrix)
para degradar a matéria orgânica em compostos como água, dióxido de carbono,
amônia, gás sulfídrico e metano (CHERNICHARO, 1997).
Na compostagem os sólidos orgânicos biodegradáveis são estabilizados
por microrganismos mesófilos ou termófilos enquanto as estabilizações química e
térmica são essenciais para eliminação de patógenos.
Com esses tratamentos de estabilização biológica, redução de metais
pesados e eliminação de patógenos é possível utilizar o lodo em diferentes
segmentos desde que os requisitos legais e de segurança sejam atendidos.
2.5. Aplicação do Lodo como Fertilizante
Atualmente, há uma grande necessidade por novas tecnologias na
agricultura para tornar possível o aumento da produtividade agrícola a fim de se
atender a demanda mundial ao mesmo tempo em que se exige alta demanda por
uma destinação final sustentável de resíduos sólidos como o lodo de estações de
tratamento de efluentes.
Este subproduto na forma de fertilizante passa a ser chamado de biossólido
e é composto, de uma forma geral, por nutrientes dos quais 40% são matéria
36
orgânica, 4% nitrogênio, 2% fósforo e 0,4% potássio entre outros componentes
(ZEITOUNI, 2005). De acordo com a tabela 4, o lodo gerado no Brasil ainda é
caracterizado pela presença de cálcio, magnésio e outros metais.
Grande parte destes constituintes é considerada macronutrientes para
plantas e como muitos estão presentes na forma orgânica, são liberados
gradativamente no solo, por processos oxidativos, aumentando a absorção pelas
plantas e diminuindo os riscos de poluição ambiental (MELO e MARQUES, 2000).
O nitrogênio amoniacal e o nitrato presentes em grandes quantidades
principalmente em lodos digeridos em anaerobiose estão totalmente disponíveis
para os vegetais enquanto a forma orgânica deve passar por mineralização
biológica. Entretanto, devido à falta de sincronismo entre a mineralização do
nitrogênio e a absorção deste nutriente pelas plantas, é possível que este
nutriente seja perdido por lixiviação levando à contaminação do lençol freático.
O nitrogênio é essencial para a formação de aminoácidos e proteínas. Este
nutriente quando em falta para as plantas, promove um amarelamento das folhas.
Como o potássio é muito solúvel em água este nutriente tão igualmente
importante para o crescimento vegetal apresenta-se em concentrações mais
baixas no lodo. Embora esta quantia seja absorvida pela planta, poderá ser
necessário complementar a adubação com este elemento, pois o mesmo controla
a abertura dos estômatos da planta protegendo-a da falta de água e algumas
doenças.
Com relação ao elemento fósforo, este está presente na forma orgânica e
inorgânica, sendo predominantemente presente na forma mineralizada em lodos
estabilizados anaerobicamente assim como para o nitrogênio. Este nutriente
possui alto valor agrícola, pois está intimamente relacionado com o metabolismo e
a produção de energia pela planta, promovendo o crescimento das raízes,
maturação e melhor formação dos grãos e frutos.
Os micronutrientes cobre, zinco e ferro atuam como ativadores de enzimas,
catalisadores e elementos importantes em reações de oxi-redução, classificando-
37
se como necessários para o desenvolvimento do metabolismo vegetal e seu
crescimento.
A matéria orgânica dos biossólidos, por sua vez, favorece a formação de
agregados no solo, fator o qual favorece a penetração das raízes no solo e a vida
microbiana, atua como condicionador do solo, melhoria do nível de fertilidade,
aumento de pH, diminuição da acidez potencial e aumento gradual da
disponibilidade de nutrientes (TSUTIYA, 2001).
Por apresentar menor custo para reciclagem de matéria orgânica e
nutriente, a disposição do lodo como fertilizante é uma das formas mais
convenientes de disposição utilizada em diversos países. Nos Estados Unidos da
América, metade do lodo de esgoto produzido é aplicada na agricultura (KHAI,
2007). Na comunidade européia, esta aplicação representa mais de 30% do total
produzido, enquanto na Dinamarca e na França esta destinação ultrapassa os
50% (MATTHEWS, 1998).
Embora os benefícios sejam aparentes é preciso lembrar os possíveis
impactos negativos da utilização do lodo como, por exemplo, contaminação por
patógenos e metais pesados principalmente. Assim, Tsutiya (1999) afirma que
antes de dispor o lodo como fertilizante em solos agrícolas é preciso atentar-se às
características das áreas, condições do solo, taxa de aplicação, tipo de cultura
agrícola a ser explorada e exigências legais.
A figura 7 a seguir demonstra os limites de metais pesados pela aplicação
de biossólidos em diferentes comunidades:
38
Figura 7 – Cargas cumulativas máximas permissíveis de metais pesados pela aplicação de biossólidos em solos agrícolas (Fonte: (TSUTIYA, 1999)).
Nota-se pela tabela que países como a Bélgica e a Dinamarca apresentam
restrições apenas para o cromo enquanto a Inglaterra é o único país a descrever
limites máximos para todos os metais apontados. É importante perceber que os
níveis estipulados por cada país diference-se entre si, visto que para cada um
foram calculados valores de acordo com a realidade climática e metalogênica de
cada local.
As normas e limites estipulados pelos EUA, por exemplo, foi desenvolvido
pelo National Research Council cuja consideração inicial foi avaliação de risco do
uso de biossólido. Neste programa, assumiu-se que os contaminantes
provenientes dos biossólidos eram transportados por vias identificáveis. (USEPA,
1993). O Brasil, por meio da CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento
Ambiental), estipulou valores iguais aos dos EUA com exceção do estado do
Paraná que adotou limites estabelecidos pela Espanha (ZEITOUNI, 2005).
39
Devido aos diversos contaminantes que se agregam ao lodo durante o
tratamento dos efluentes não se recomenda a aplicação direta da biomassa em
áreas agrícolas ou florestais, devendo ser realizados tratamentos biológicos que
reduzam a carga orgânica e estabilizem o material como discutido anteriormente
no item de composição do lodo.
No estado do Paraná, onde a legislação vigente é mais rigorosa, não se
recomenda o uso do lodo em produtos consumidos crus ou que tenham contato
direto com o fertilizante como ocorre para horticultura, Porém, a aplicação de lodo
é bem aceita no cultivo de milho, trigo, cana-de-açúcar, sorgo, frutíferas, espécies
reflorestais e para recuperação de áreas degradadas (COMPANHIA DE
SANEAMENTO DO PARANÁ, 1997).
Apesar da possibilidade de toxidez inclusive com compostos fenólicos, em
comparação com outras formas de disposição, o lodo como fertilizante orgânico
composto reduz os efeitos negativos causados pela incineração (a qual representa
outra forma de deposição do lodo), melhora o balanço do CO2 pela disponibilidade
de matéria orgânica no solo e diminui a necessidade de fertilizantes minerais para
produção agrícola (FILHO e BARBOSA, 2006). Além disso, as condições
climáticas e o tipo de solo presente no Brasil requerem reposição de matéria
orgânica como forma de aumentar a capacidade produtiva dos solos, nutriente em
abundância no lodo, já que altas temperaturas e umidade aceleração a
degradação do mesmo (BISCAIA e MIRANDA, 1996).
Outros atributos físicos influenciados positivamente pelo lodo são a taxa de
infiltração da água no solo, o volume de poros e a capacidade de retenção de
água, que é afetada pelo número e distribuição dos poros pela superfície
específica (MELO e MARQUES, 2000). A dificuldade de infiltração foi apontada
apenas para camada superficial, não comprometendo as camas mais profundas
do solo.
Por outro ângulo, Stevenson (1982) verificou que a adição de material
orgânico pode estimular a decomposição do húmus. O aumento da população
microbiana provoca, então, a produção de enzimas as quais atacam o material
40
orgânico do lodo reduzindo seu índice no solo ao invés de aumentar. O autor,
entretanto, afirma que este quadro poderia ser revertido com aplicações mais
sucessivas na área de interesse.
Nas Em cultura do girassol e feijão, Deschamps e Favaretto (1997)
conseguiram atingir os níveis de nitrogênio exigidos para a cultura apenas pela
utilização do lodo como fertilizante, não detectando prejuízos de rendimento em
comparação ao uso de adubação mineral. Também foi possível detectar que a
aplicação da biomassa promoveu o aumento do pH do solo, agindo como corretor
de acidez e reduziu a concentração de alumínio trocável.
Uma vantagem interessante do lodo em relação aos fertilizantes
convencionais observada por Melo e Marques (2000) foi a absorção gradativa do
fósforo a qual permitiu melhor utilização pela planta. É necessário estar atento às
necessidades do solo, porque, caso o nutriente permaneça em excesso por longos
períodos este pode sofrer lixiviação.
Um ponto a ser melhorado no lodo é o percentual de potássio o qual não
satisfaz as exigências nutricionais das plantas, necessitando sempre de um
complemento mineral. A variada composição do lodo e a complexidade para
mantê-lo estável são pontos adversos que causam falta de equilíbrio dos
nutrientes em sua composição. Esta é uma desvantagem em relação ao
fertilizante mineral que possui formulação fixa e controlada.
Segundo Silva et al. (2010), o uso de biossólido em cana-de-açúcar
aumentou a atividade da fosfatase ácida (houve incremento de cobre e zinco cuja
função de catálise contribui para ampliar a taxa fotossintética), a produtividade de
biomassa e açúcares.
Estudos comparativos de Galdos, De Maria e Camargo (2004) e Silva,
Resck e Sharma (2002) concluíram que o lodo como fertilizante foi mais eficiente a
ponto de promover maior produção que o superfosfato triplo, um tipo de fertilizante
mineral.
Por ser gerado como subproduto, o lodo apresenta baixo custo como
fertilizante quando comparado aos exemplares industriais. O transporte e a
41
distância a ser percorrida para sua aplicação, contudo, são determinantes para
sua viabilização econômica.
Percebe-se assim, as diversas vantagens e impactos que o uso de lodo
como fertilizante pode oferecer à agricultura mundial. Esta disposição tem sido
indicada como a mais viável econômica e ambientalmente, mas muitas outras
aplicações ainda estão em estudo.
2.6. Outras Aplicações e Destino do Lodo
2.6.1. Destinação a Aterros
É forma de disposição que confina a biomassa de forma segura e compacta
evitando danos ao meio ambiente e à população. Aproximadamente 41% do lodo
produzido nos EUA e 40% na Europa são destinados aos aterros (TSUTIYA,
2001).
Utilizado principalmente quando o lodo produzido:
a) Não atende aos requisitos necessários para outras aplicações
b) É excedente
c) Para disposição de cinzas de incineração
42
2.6.2. Destinação a Florestas
As vantagens neste uso são praticamente as mesmas observadas para o
uso de biossólidos em áreas agrícolas como favorecimento da formação de
agregados no solo, fator o qual favorece a penetração das raízes no solo e a vida
microbiana, atuação como condicionador do solo, melhoria do nível de fertilidade,
aumento de pH, diminuição da acidez potencial e aumento gradual da
disponibilidade de nutrientes (TSUTIYA, 2001). Uma vantagem adicional é que a
matéria receptora do lodo não será destinado para consumo humano ou de outros
animais.
2.6.3. Aplicação em Construção Civil
O lodo passou a ser inicialmente utilizado na construção civil na parte de
cerâmicas e tem potencial no setor para formação de estruturas de concreto cuja
resistência requerida é baixa. Para a utilização como concreto, o lodo também
precisa passar por etapas de higienização e estabilização com tratamento térmico
cuja temperatura estabelecida definira diferentes características e propriedades
mecânicas.
Na figura 8 pode-se observar os diferentes usos do lodo no setor.
43
Figura 8 – Aplicação do lodo em diferentes segmentos do setor de construção civil de acordo com o tratamento de estabilização realizado (Fonte: (FEDRIZZI, 2012)).
44
3. Metodologia
A metodologia deste trabalho empregou a Pesquisa Documental cujo
estudo é focado no entendimento dos benefícios e impactos da utilização do lodo
como fertilizante bem como da composição da biomassa, tipos de tratamento
utilizados para sua estabilização, eliminação de patógenos e redução de metais
pesados, produção de lodo em diferentes sistemas de tratamento de efluentes do
Mundo, exigências legais e suas considerações na composição do lodo, tipo de
vantagens e dificuldades encontradas por diferentes autores em diferentes
culturas para a utilização de lodo como biossólido. Destacou-se também a
importância da escolha de uma destinação economicamente viável e sustentável
para utilização do lodo residual das estações.
As informações coletadas foram obtidas principalmente de teses de
mestrado e doutorado, publicações em revistas e congressos e livros que
abordavam diferentes expectativas da aplicação do lodo no solo. Esta forma de
pesquisa possibilitou identificar as diferenças da ação do lodo em plantios distintos
bem como observar resultados semelhantes ou opostos quanto sua utilização
como fertilizante ampliando a pesquisa. Como o tema aborda riscos associados ao
meio ambiente e à saúde humana, foram consultados domínios virtuais de
organizações internacionais e legislações associadas ao tema. Estes documentos
são públicos e responsáveis pela gestão de conhecimento confiável.
Os dados utilizados foram retirados de fontes nacionais e internacionais de
modo a englobar da melhor forma possível o conteúdo em questão. Muitos
autores apresentam diversas obras do mesmo tema demonstrando experiência e
domínio do assunto, o que também contribui para maios confiabilidade dos dados
encontrados.
A revisão teve por objetivo identificar se a utilização do lodo como
fertilizante é viável ou não, levando-se em consideração questões como
sustentabilidade (social, econômico e ambiental), saúde, política internacional e
nacional e desenvolvimento de tecnologias inovadoras. Ao longo da monografia, a
45
partir destas análises, foi possível comparar as vantagens e desvantagens da
utilização do lodo como fertilizante comparando-se também com os fertilizantes
convencionais adotados hoje em dia.
46
4. CONCLUSÃO
A aplicação do lodo como biossólido apresenta diversas vantagens das
quais de se destacam:
(i) Atuação como condicionador do solo, formação de agregados e
aumento do volume de poros. Estes fatores favorecem o crescimento
e penetração das raízes no solo e o desenvolvimento de
microrganismos os quais, ao se associarem às raízes em simbiose,
melhoram absorção de nutrientes pela forma como os mesmos são
disponibilizados.
(ii) Aumento do pH e redução da acidez potencial. Esta consequência
da aplicação do lodo fator é extremamente interessante
principalmente no Brasil onde aproximadamente 65% do solo é
classificado como ácido e pobre em nutrientes. Assim, a presença de
nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio, cálcio, níquel zinco e matéria
orgânica é outro fator vantajoso para o uso de lodo como forma de
aumentar a produtividade agrícola e o crescimento vegetal.
(iii) Absorção gradativa dos nutrientes e melhor balanço do CO2 devido à
disponibilidade de matéria orgânica fornecida pelo lodo. A absorção
mais lenta permitida pela aplicação do lodo promove a
disponibilização do nutriente por mais tempo e melhor eficiência de
uso.
Apesar dos diversos benefícios, o uso de lodo também apresenta
desvantagens relacionadas à presença de metais pesados, compostos fenólicos,
baixo teor de potássio e dificuldade de infiltração:
(i) A principal preocupação relacionada à presença de metais pesados
e compostos fenólicos no lodo é o potencial tóxico. Metais pesados
podem causar mutações cromossômicas, malformação congênita,
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inflamações em órgãos vitais câncer e danos neurológicos enquanto
os fenóis causam sérios problemas a microbiota do solo.
(ii) O baixo teor de potássio no biossólido deve ser complementado pelo
uso de fertilizantes minerais uma vez que este nutriente é essencial
para a proteção das plantas ao estar presente em estômatos.
(iii) A dificuldade de infiltração de água no solo por conta da aplicação de
uma massa sólida foi apontada como um problema registrado
apenas para a camada superficial não afetando o transporte de
nutrientes nas demais camadas do solo.
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RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestão para futuros trabalhos destacam-se:
Análise microbiológica do lodo de esgoto;
Aprofundamento nas técnicas de tratamento do lodo para redução de
fenóis e metais pesados;
Comparação do custo da aplicação de fertilizantes minerais e
biossólidos em diferentes culturas agrícolas.
Estudo da otimização do tratamento do efluente para a produção de
lodo específico para aplicação em solo.
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