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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA ESTUDO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DO POTENCIAL DE LIXIVIAÇÃO DE FÓSFORO EM COLUNAS DE SOLO COMPACTADO JANETE TEREZINHA CHIMBIDA Cascavel – PR 2006

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA

ESTUDO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DO POTENCIAL DE LIXIVIAÇÃO DE FÓSFORO EM COLUNAS DE SOLO COMPACTADO

JANETE TEREZINHA CHIMBIDA

Cascavel – PR2006

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JANETE TEREZINHA CHIMBIDA

ESTUDO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DO POTENCIAL DE LIXIVIAÇÃO DE FÓSFORO EM COLUNAS DE SOLO COMPACTADO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola em cumprimento parcial aos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Agrícola. Área de concentração Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente.

Orientador: Prof. Dr. Décio Lopes Cardoso

Cascavel – PR2006

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JANETE TEREZINHA CHIMBIDA

ESTUDO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DO POTENCIAL

DE LIXIVIAÇÃO DE FÓSFORO EM COLUNAS DE SOLO

COMPACTADO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Agrícola em cumprimento parcial aos requisitos para obtenção do

título de Mestre em Engenharia Agrícola. Área de concentração Engenharia de

Recursos Hídricos e Meio Ambiente, aprovada pela seguinte banca

examinadora:

Orientador: Prof. Dr Décio Lopes Cardoso

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, UNIOESTE

PROFa. Dra. Simone Damasceno Gomes

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, UNIOESTE

Prof. Dr. Ajadir Fazolo

Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, UNIOESTE

Prof. Dr. Fernando Hermes Passing

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR

Cascavel, 29 de maio de 2006.

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Dedico com amor e carinho

à minha família.

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AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Décio Lopes Cardoso, meu orientador, pelo apoio, pelas

sugestões que me ajudaram a encontrar meu próprio caminho e, sobretudo,

por acreditar em mim.

Aos professores Ajadir Fazolo e Simone Damasceno Gomes, pelas

sugestões e contribuição, por ocasião do Exame de Qualificação.

Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia

Agrícola, por terem me deixado aprender com eles.

Aos meus colegas, por terem me dado a oportunidade de conhecê-los

e criar laços de companheirismo. Especialmente aos colegas que colaboraram

na execução do trabalho e ao Dirceu de Melo, pelo fornecimento da água

residuária.

As pessoas que contribuíram para a montagem e execução do meu

trabalho, em especial aos meus colaboradores Rafael Augusto Ferreira e

Osmar Luiz Chimbida, ao Sr. Antônio e Andréia Bonini.

Ao CNPq, pela bolsa de estudo no período de janeiro de 2005 à

fevereiro de 2006.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 1

1.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 5

1.2 REVISÃO DE LITERATURA ......................................................................... 5

1.2.1 Compactação do Solo ................................................................................ 5

1.2.2 Uso do Solo Compactado para Revestimento .......................................... 10

1.2.3 Sistemas de Contenção de Rejeitos ......................................................... 12

1.2.4 Infiltração de Fosfato ............................................................................... 16

1.3 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................ 18

1.3.1 Preparo do Solo ....................................................................................... 18

1.3.2 Origem e Caracterização do Efluente de Suínos ..................................... 20

1.3.3 Montagem das Colunas ............................................................................ 21

1.3.4 Determinação da Condutividade Hidráulica ............................................. 23

1.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................... 25

1.5 SUGESTÕES PARA FUTURAS INVESTIGAÇÕES ................................... 37

1.6 CONCLUSÃO .............................................................................................. 38

REFERÊNCIAS ................................................................................................ 39

2.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................ 46

2.2 REVISÃO DE LITERATURA ....................................................................... 46

2.1.1 Propriedades Coloidais do Solo ............................................................... 46

2.1.2 Migração e Acumulação de Solutos no Solo ............................................ 49

2.2 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................ 55

2.2.1 Análise Química do Solo .......................................................................... 55

2.2.2 Tratamento dos Dados ............................................................................. 56

2.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................... 56

2.4 SUGESTÕES PARA FUTURAS INVESTIGAÇÕES ................................... 66

2.5 CONCLUSÃO .............................................................................................. 67

REFERÊNCIAS ................................................................................................ 68

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Ensaios de compactação: condutividade hidráulica - argila Siburua.

.................................................................................................. 6@~

Figura 1.2- Curvas de Proctor de um mesmo solo, compactado em diferentes

energias.................................................................................... 7@~

Figura 1.3 - Curvas de compactação de 5 solos de Minas Gerais................ 9@~

Figura 1.4 - Imagem de uma argila compactada em diferentes teores de

umidade.................................................................................. 10@~

Figura 1.5 - Perfil típico de sistemas revestidos com solo compactado...... 11@~

Figura 1.6 - Comparação da condutividade hidráulica durante o tempo com

uma coluna inoculada (○) e outra coluna controle estéril (●)..14@~

Figura 1.7 - Produção de polissacarídeos pelos microorganismos............. 15@~

Figura 1.8 - Cilindro e o soquete de Proctor................................................ 20@~

Figura 1.9 - Esquema da coluna de solo..................................................... 22@~

Figura 1.10 - Esquema do desenvolvimento do experimento. ....................23@~

Figura 1.11 - Curva de compactação de Proctor normal para o Latossolo

Vermelho distroférrico típico, utilizado no experimento.......... 26@~

Figura 1.12 - Condutividade hidráulica........................................................ 28@~

Figura 1.13 - Regressão da condutividade hidráulica do solo com adição dos

efluentes: E1, efluente de suíno bruto; E2, efluente de suíno

diluído..................................................................................... 28@~

Figura 1.14 - Condutividade elétrica (CE).................................................... 32@~

Figura 1.15 - pH no percolado..................................................................... 33@~

v

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Coeficiente de infiltração para diferentes tipos de solos..........12@~

Tabela 1.2 - Características físicas do solo................................................. 18@~

Tabela 1.3 - Parâmetros físico-químicos das águas residuárias................. 21@~

Tabela 1.4 - Características físicas do solo compactado nas colunas........ 26@~

Tabela 1.5 - Parâmetros físico-químicos das águas residuárias................. 31@~

Tabela 1.6 - Graus de compactação............................................................ 36@~

v

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LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

CE - Condutividade elétrica

sγ- Densidade seca

maxsγ - Densidade seca máxima

campoγ - Densidade seca no campo

colunasγ - Densidade seca nas colunasLE - Latossolo Vermelho-Escuro distroférricoLV - Latossolo vermelho-Amarelo distroféricoLR - Latossolo Roxo distroférricoPV - Podzólico Vermelho-Amarelo distroférrricoCd - Cabissolo distróficoDQO - Demanda química de oxigênioDBO - Demanda bioquímica de oxigênioST - Sólidos totaisETE - Estação de tratamento de esgotoNEEA - Núcleo Experimental de Engenharia AgrícolaTSFA - Terra fina seca ao arE - Energia de compactação (Joule/m3)Eexperimental - Energia de compactação no experimento (Joule/m3)P - Peso do pilão (N)hq - Altura de queda (m)N - Número de golpes por camadan - Número de camadasnexperimental - Número de camadas no experimentoVc - Volume do molde (m3).Vexperimental - Volume do molde no experimento (m3).K - Condutividade hidráulicaKo - Condutividade hidráulica do solo inicialKf - Condutividade hidráulica do solo finalCo - Concentração no fluído inicialC - Concentração no fluído finalC/Co - Concentração relativav - ValênciaT - Temperatura

Q1

- Constante, resultado da interação físico-química entre

o soluto e o soloD - Constante dielétricaVP - Volume de porosH = Ψ - Potencial hidráulico

pΨ - Pressões positivasmΨ - Pressões negativas

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gΨ - Componente gravitacionalH∇ - Gradiente hidráulico

V - Volume percoladoz - Altura de solo na colunah - Altura de líquido na colunaq - Densidade de fluxo da água (m3/m2.s)A - Área da base da colunat - Tempo (s)ws = WS - Teor de umidade do ramo secowo = WO - Teor ótimo de umidadewu = WU - Teor de umidade do ramo úmidoE1 - Efluente de suíno brutoE2 - Efluente de suíno diluídoE3 - Água destiladaα - PorosidadeCG - Grau de compactaçãoPCZ - Ponto de carga zeroCTC - Capacidade de troca de cátions

oΨ - Potencial elétrico de superfícieS - Incremento superior da matriz do solo na colunaB - Incremento inferior da matriz do solo na colunaMO - Teor de matéria orgânica

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RESUMO

A presente pesquisa foi desenvolvida na Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE – Campus de Cascavel, utilizando o Laboratório de Geotecnia para a montagem do experimento e o Laboratório de Saneamento para a realização das análises químicas. Os resíduos líquidos e sólidos provenientes dos processos e atividades agroindustriais têm como característica comum a alta carga de nutrientes, sobretudo Nitrogênio e Fósforo. Quando esses materiais são dispostos em um sistema de contenção de rejeitos, sem a correta impermeabilização, pode ocorrer a contaminação das águas subterrâneas. O objetivo deste trabalho foi verificar a qualidade do Latossolo Vermelho distroférrico típico, de larga ocorrência regional, compactado, em relação à permeabilidade; ao potencial de lixiviação do fosfato; à acumulação do fosfato no solo e às alterações ocorridas na matriz do solo, após a percolação do efluente de suíno. O experimento foi conduzido em escala de laboratório, montando-se um total de 27 colunas de tubos de PVC, de 1,15 m de comprimento e 0,10 m de diâmetro, compactado na base 0,03 m de solo em três teores de umidade (28, 32 e 36%) e aplicado efluente de suíno bruto (E1), efluente de suíno diluído (E2) e água destilada (E3), com três repetições. Deixou-se percolar por no máximo 15 dias ou 8 vezes o volume total de poros (VP), recolhendo-se amostras de 25 mL, para avaliação do pH, da condutividade elétrica (CE) e da concentração de fosfato. Em seguida, as colunas foram desmontadas, removendo-se a carga hidráulica e dividindo-se o solo em três incrementos: 0 a –1 cm, -1 a –2 cm e –2 a –3 cm. Nos incrementos superior e inferior, realizou-se a análise do teor de matéria orgânica (MO), fósforo total e fósforo assimilável e determinou-se o pH, o ponto de carga zero (PCZ) e o potencial elétrico de superfície, sendo que o incremento do meio foi descartado. Os resultados mostraram redução na permeabilidade com a aplicação de efluente de suíno a níveis que indicam uma possível colmatação; as medidas de condutividade elétrica (CE) foram menores que as iniciais nos efluentes. Verificou-se a retenção de partículas com um decréscimo no potencial de superfície no solo; quanto à percolação do fosfato, foi mínima e ocorreu nos tratamentos em que o solo não foi compactado adequadamente. A análise de solo mostrou que o fosfato ficou retido no incremento superior.

Palavras-chave: fosfato, infiltração, solo compactado.

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ABSTRACT

To present research it was developed in the Universidade Estadual do Oeste do Paraná -UNIOESTE, using the Laboratório de Geotecnia for assembly of the experiment and the Laboratório de Saneamento for chemical analyses. The coming of the processes liquid and solid residues and activities agro industries have as characteristic common to high nutrients load, above all Nitrogen and Phosphorous. When these materials are disposed in a of wastes contention system without correct impermeabilization it can happen the contamination of the groundwater. The objective of this work is to verify the quality of typical distroferric Red Oxisol, of wide regional occurrence, compacted in what it says respect to the permeability; the lixiviation potential of the phosphate; accumulation of the phosphate in the soil and the alterations happened in the soil matrix after the percolation of the swine effluent. The experiment was driven in laboratory scale, being set up a total of 27 columns of PVC tubes, of 1,15m of length and 0,10m of diameter, being in the compacted base 0,03m of soil in three moisture contents (28, 32 and 36%) and applied gross swine effluent (E1), diluted swine effluent (E2) and distilled water (E3), making three repetitions, percolating for at the most 15 days or 8 times the total volume of pores (VP), picking up samples of 25 mL, evaluating the pH, CE and phosphate. Then the columns were dismounted, removing the hydraulic load and dividing the soil in three increments: 0 to -1 cm, -1 at -2 cm and -2 to -3 cm. Discarded the middle increment. It was conduced the analysis of the content organic matter (MO), total and uptake of phosphorous, it was also determined the pH, the zero point charge (ZPC) and the surface potential. The results showed reduction in the permeability with the application of swine effluent to at levels that indicate a possible colmatation; the measures of electric conductivity (CE) were smaller than the initials in the effluents, and the retention of particles was shown with an decrease in the soil surface potential; as the percolation of the phosphate, it was minimum and it happened in the treatments with the soil was not appropriately compacted. The soil analysis showed that the phosphate was retained in the superior increment.

Keywords: phosphate, infiltration, compacted soil.

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1 INTRODUÇÃO

A pecuária e a agroindústria associadas aos setores de beneficiamento

de seus produtos, tais como laticínios e frigoríficos, são responsáveis por uma

grande produção de rejeitos, líquidos e sólidos.

As águas residuais têm em sua composição elevado teor de matéria

orgânica, que é degradada em diferentes processos nas estações de

tratamento de esgotos. Uma das opções de tratamento é a utilização de uma

série de lagoas de estabilização, que apesar de promoverem a degradação da

matéria orgânica, ainda apresentam uma elevada quantidade de nutrientes:

amônia, nitrato e fosfato (VON SPERLING, 1996a).

Esses nutrientes são importantes para o desenvolvimento de plantas e

algas em meios aquáticos, mas, quando se infiltram no solo eles se tornam

nocivos, pois podem chegar aos aqüíferos e contaminar as águas subterrâneas

Para evitar essa contaminação, há muitas opções para a construção de

sistemas de contenção de rejeitos, principalmente no que se refere à

impermeabilização do solo. (MALAVOLTA,1989; MAURER,BOSSANI &

SELBACH, 2000).

Uma das opções o para revestimento dos sistemas de contenção, e

mesmo de canais de irrigação, é a utilização de argila e solos argilosos e

siltosos, compactados adequadamente, que reduzem a perda de líquido e a

infiltração de contaminantes.

Por exemplo, na Austrália, onde as chuvas são escassas, 26% dos

canais de irrigação são revestidos com camadas de terras (como argilas

compactadas e solos compactados), que é uma opção de baixo custo, quando

as condições geotécnicas são favoráveis (ANCID, 2001a).

De acordo com USBR (1998), solos argilosos e siltosos, quando

adequadamente compactados, reduzem as perdas por percolação. Geralmente

o solo é compactado no teor ótimo de umidade, obtendo-se em campo a

densidade máxima de laboratório.

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A importância do estudo do comportamento da compactação do

Latossolo Vermelho distroférrico típico da região Oeste do Paraná está na

abundância desse material em quase toda essa região, com pouca

variabilidade. Apresentando-se com um horizonte B muito argiloso

(aproximadamente 60% de argila) baixo teor de matéria orgânica (menos de

5%).

A compactação reduz a permeabilidade do solo, favorecendo a

implantação de sistemas de contenção de líquidos revestidos com solo

compactado, obtendo-se uma infiltração mínima e mantendo o nível da água

(ou água residuária) estável. Quando se constroem barragens de rejeitos que

contenham algum contaminante, é preciso saber qual o seu potencial poluidor

e como os efluentes das diferentes atividades pecuárias e agroindustriais, que

em geral, possuem elevada demanda bioquímica de oxigênio - DBO e uma

elevada carga de nutrientes, devem ser gerenciados de forma a poluir o

mínimo possível.

Considerando o exposto acima:

No Capítulo 1, avaliaram-se a condutividade hidráulica, o potencial de

lixiviação do fósforo e a movimentação de íons pelo monitoramento do pH e

condutividade elétrica (CE).

No Capítulo 2, desenvolveu-se uma análise do solo, observando a

retenção do fósforo e a distribuição de cargas nos colóides.

O estudo foi conduzido em escala de laboratório, procurando verificar a

permeabilidade do solo e o seu potencial quanto à infiltração de nutrientes,

aplicando-se dejetos de suínos, e as propriedades do solo compactado.

O objetivo foi avaliar a possibilidade de utilizar somente o solo da

região como elemento impermeabilizante da base de sistemas de contenção de

resíduos, o que se traduziria em baixos custos. Verificando-se a eficiência da

compactação em diferentes teores de umidade, com aplicação de efluente de

suíno, determinando-se o potencial de lixiviação do fósforo e avaliando-se a

relação entre condutividade hidráulica e grau de compactação e a influência da

água residuária na adsorção do fósforo pelo solo e da alteração de cargas

superficiais.

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CAPÍTULO 1

ASPECTOS FÍSICO-QUÍMICOS NA PERMEABILIDADE DE UM SOLO COMPACTADO

RESUMO

O trabalho avaliou o efeito do efluente de suíno em um solo compactado. Inicialmente verificando-se a permeabilidade e a lixiviação de sais e fosfato. O experimento foi conduzido em escala de laboratório, montando-se um total de 27 colunas de PVC, de 1,15 m de comprimento e 0,10 m de diâmetro, compactado na base 0,03 m de solo em três teores de umidade (28, 32 e 36%) e aplicado efluente de suíno bruto (E1), efluente de suíno diluído (E2) e água destilada (E3), com três repetições; percolando por no máximo 15 dias ou 8 vezes o volume total de poros (VP). Recolheram-se amostras de 25 mL, avaliando o pH, CE e fosfato. Os resultados mostram: redução da condutividade hidráulica, quando aplicado efluente de suíno bruto, tendendo a uma possível colmatação dos poros do solo, em poucos dias; a compactação no teor de umidade (28%) não reduz as perdas de água e efluente diluído; parte dos íons responsáveis pela CE dos efluentes ficou retida no solo, pois a CE final do percolado é menor que a inicial. Mostraram também que o íon fosfato ficou retido na coluna, pois a concentração percolada é muito inferior àquela presente nos efluentes e ocorreu apenas em alguns casos. Outros estudos são sugeridos, pois não foi possível avaliar o comportamento do nitrato que é muito solúvel em água e não reage com os colóides do solo.

Palavras-chave: Efluente de suíno, percolação, grau de compactação.

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ABSTRACT

The work evaluated the effect of the swine effluent in a compacted soil. Initially was verified the permeability and the salts and phosphate lixiviation. The experiment was driven in laboratory scale, being set up a total of 27 columns of PVC, of 1,15m of length and 0,10m of diameter, being in the compacted base 0,03m of soil in three moisture contents (28, 32 and 36%) and applied gross swine effluent (E1), diluted swine effluent (E2) and distilled water (E3), making three repetitions; percolating for at the most 15 days or 8 times the total volume of pores (VP), picking up samples of 25 mL, evaluating the pH, CE and phosphate. The results show reduction of the hydraulic conductivity when applied gross swine effluent, tending in a few days to a possible soil pores colmatation; the compaction in the moisture contents 28% doesn't reduce the losses of water and diluted swine effluent; fractions of the responsible ions for CE of the effluents they were retained in the soil, because final CE of the percolated is smaller than the initial; they also show that the ion phosphate was retained in the column, because the concentration percolated is very inferior that present in the effluents and it just happened in some cases. Other studies are suggested because it was not possible to evaluate the behavior of the nitrate that is very soluble in water and it doesn't react with the soil coloids.

Keywords: swine effluent, percolating, compaction degree.

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1.1 INTRODUÇÃO

Um solo compactado tem uma redução no volume de vazios,

resultando em uma condutividade hidráulica menor que em solo natural. Essas

características são mais pronunciadas em solos argilosos, por isso eles são

adequados para o revestimento de canais de irrigação e sistemas de

contenção. Características do líquido, como a viscosidade, também tornam a

sua passagem mais lenta.

Em águas residuárias, a presença de sólidos orgânicos e inorgânicos

pode provocar o entupimento dos poros, precipitação de compostos

inorgânicos e complexações com as espécies presentes no meio, como o

fosfato.

Este capítulo objetiva:

•Determinar o grau de compactação em que a condutividade hidráulica

atende a valores aceitáveis pela legislação.

•Verificar a eficiência da compactação em diferentes teores de

umidade e da aplicação de efluente de suíno.

•Verificar o potencial de lixiviação do fosfato e sua retenção no solo.

1.2 REVISÃO DE LITERATURA

1.2.1 Compactação do Solo

Segundo LAMBE (1958), os solos arenosos não são bons para serem

compactados, comparativamente aos solos argilosos de diferentes

procedências. As características químicas de um determinado solo influenciam

no módulo das propriedades físicas. Por exemplo, um solo argiloso, com

5

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grande superfície específica, desenvolve uma dupla camada que pode conter

íons de cargas opostas e atrair as partículas entre si ou então conter íons de

cargas iguais e repelir as partículas entre si. A adição de água ou outro fluído

que contenha íons na solução também pode interagir com a dupla camada do

solo e influenciar em sua estabilidade.

A permeabilidade de um solo depende da sua estrutura. Um mesmo

solo compactado em teores de umidades diferentes, resulta em condutividades

hidráulicas diferentes, como mostra a Figura 1.1.

Figura 1.1 - Ensaios de compactação: condutividade hidráulica - argila

Siburua.

6

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17Teor de umidade (%)

18

19

20

21

Den

sida

de (k

N m

)-3C

ondu

tivid

ade

hidr

áulic

a (m

s )

1x10

1x10

1x10 -11

-10

-9

-1

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Fonte: Adaptado de LAMBE (1958).

Em laboratório, a compactação do solo pode ser realizada pelo método

de Proctor, em três níveis de energia: Proctor normal, modificado e

intermediário. Variando-se a energia de compactação e o teor de umidade

obtêm-se as três respectivas curvas para um único solo.

A Figura 1.2 mostra que a densidade seca máxima (maxsγ ) e o teor

ótimo de umidade (wo) dependem da energia de compactação. Observa-se que

quanto maior a energia de compactação maior é o valor da maxsγ e menor o

valor da wo. No Brasil esse ensaio é padronizado pela NBR 7182/86 (ABNT,

1986).

Figura 1.2- Curvas de Proctor de um mesmo solo, compactado em

diferentes energias.

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Fonte: MASSARD (2003).

Em países com grandes variações climáticas (invernos rigorosos,

longos períodos de estiagem) surgem problemas nos revestimentos com solos

compactados como: rachaduras, erosão e fissuras ocasionadas por períodos

em que os canais ou reservatórios permanecem secos (McCONKEY; REIMER;

NICHOLAICHUK, 1990).

O solo destinado à agricultura também sofre degradação com as

intempéries. Para entender esses problemas, muitos estudos têm sido

realizados, entre eles o de BARZEGAR, RENGASAMY e OADES (1995).

Em trabalho sobre o comportamento da curva de compactação de

cinco solos da região de Lavras (MG), mostrou-se que diferentes classes de

solo apresentam comportamentos distintos, quando submetidos ao processo

de compactação, devido a vários fatores, tais como: energia de compactação,

textura, teor de matéria orgânica, teor de umidade e história de tensão. Foram

usadas cinco classes de solo Latossolo Vermelho-Escuro distroférrico (LE),

Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (LV), Latossolo Roxo distrófico (LR),

Podzólico Vermelho-Amarelo distrófico (PV), Cambissolo distrófico (Cd) e o

ensaio de Proctor para obter a densidade máxima e a umidade ótima. Como

conclusão, obteve-se a seguinte ordem de densidades máximas de

compactação Cd > LV > PV > LE > LR, enquanto que para os teores de

umidade ótima a variação foi inversa Cd < LV < PV < LE < LR. Os efeitos

podem ser visualizados na Figura 1.3 (DIAS JUNIOR; MIRANDA, 2000).

8

5 10 15 20 25 30 35Teor de umidade (%)

12

13

14

15

16

17

Den

sida

de (k

N m

)

LR

LV

Cd

PV

LE

-3

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Figura 1.3 - Curvas de compactação de 5 solos de Minas Gerais.

Fonte: Adaptado de DIAS JUNIOR e MIRANDA (2000).

Uma definição de compactação, dada por ANCID (2001a), estabelece

que: compactação é o processo pelo qual o tamanho dos poros é reduzido,

diminuindo o volume de ar e água. Essa redução no tamanho dos vazios

aumenta a densidade, a resistência compressiva e a resistência ao

cisalhamento do solo, reduzindo a sua permeabilidade, acompanhada por uma

redução no volume, ocorrendo recalque (deformação vertical) da superfície. A

compactação é apropriada essencialmente para aumentar a estabilidade,

diminuir a erosão e reduzir as perdas por percolação.

Conforme ROMERO, GENS e LLORET (1999), o grau de saturação vai

influenciar na permeabilidade relativa, sendo que os interagregados são os

responsáveis pela quase-imobilidade da água. A permeabilidade de um solo é

influenciada pelo tamanho dos poros, sua distribuição ou contribuição de poros

interconectados. Por outro lado, quando a compactação é realizada em teores

de umidades mais baixos ocorre predominância dos intra-agregados, o que

permite uma maior mobilidade da água.

A Figura 1.4 mostra a imagem de um solo compactado em dois

diferentes teores de umidade. As partes brancas representam as partículas de

solo e as partes escuras os poros do solo. Na imagem 1.4 (a) observamos uma

fusão dos intra-agregados e uma diminuição dos espaços vazios, maior

densidade e menor porosidade do solo, oposto ao que ocorreu com o solo da

imagem 1.4 (b), em que os agregados aparecem bem definidos e os espaços

vazios são maiores, tendo uma densidade menor e uma porosidade maior, o

que permite um maior fluxo de líquido.

9

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Figura 1.4 - Imagem de uma argila compactada em diferentes teores de

umidade.

Fonte: ROMERO; GENS; LLORET, (1999 ).

1.2.2 Uso do Solo Compactado para Revestimento

A argila compactada é muito utilizada em obras de terras (na

construção de rodovias, de sistemas de contenção e canais). Em regiões

1

intra-agregados

inter-agregados

a) =sγ 16,7 kN/m3

porosidade = 0,37

b) =sγ 13,7 kN/m3,

porosidade= 0,48

agregado

5 µm

5 µm

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áridas e semi-áridas é amplamente empregada na construção de canais de

irrigação e reservatórios de água (USBR, 1998; ANCID, 2001a).

A Figura 1.5 mostra o perfil típico de um reservatório de rejeitos ou

mesmo de canais, indicando a camada de terra compactada como

revestimento.

O solo compactado também é muito utilizado no revestimento de

sistemas de contenção de rejeitos, pois dá estabilidade ao terreno e reduz a

permeabilidade. Quando os rejeitos oferecem riscos ambientais, a

impermeabilização deve ser total.

Figura 1.5 - Perfil típico de sistemas revestidos com solo compactado.

Conforme USBR (1998) e ANCID (2001a), a impermeabilização da

base de um sistema de contenção pode ser obtida com

− uma camada de argila;

− revestimento asfáltico;

− mantas plásticas;

− geotextil mais geomembrana;

− geomembrana em polietileno de alta densidade (HDPE).

Entretanto, a redução da taxa de percolação pode ser alcançada por

meio de uma camada de argila bem compactada. A solução a ser adotada terá

um grande impacto no custo total do sistema e na sua viabilidade econômica.

O custo para revestimento com solo compactado tem grande variabilidade,

1

Revestimento com solo compactado

Efluente ou água

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dependendo do tamanho da lagoa, qualidade do material utilizado e fontes do

material. Outros fatores que também podem influenciar no custo da obra são: o

transporte das máquinas até o local da obra, condições climáticas, teor ótimo

de umidade para compactação e necessidade de preparação de subgrade

(USBR, 1998).

A permeabilidade do terreno e a possível interferência com o lençol

freático devem ser objeto de estudos, efetuados por meio de sondagens

geotécnicas. A Tabela 1.1 mostra o coeficiente de infiltração de diferentes tipos

de solos. Deve-se considerar que, com freqüência, os locais de possível

implantação de estação de tratamento de esgotos situam-se em brejos, áreas

alagadiças ou com elevado nível do lençol freático. A permeabilidade do fundo

tende a diminuir com o tempo, em função da colmatação ocasionada pelos

sólidos do esgoto e pela biomassa. Em condições favoráveis, as perdas por

infiltração são da ordem de 10% da vazão da lagoa e, freqüentemente,

inferiores a 1% (ANCID, 2001b).

Tabela 1.1 - Coeficiente de infiltração para diferentes tipos de solos

CLASSIFICAÇÃO COEFICIENTE DE INFILTRAÇÃO(L.m-2.dia)

Argila - Lodo argiloso 82 - 305

Silt - Lodo siltoso 341

Areia - Lodo arenoso 201 - 533

Cascalho 512 - 1829

Fonte: Adaptado de ANCID (2001a).

1.2.3 Sistemas de Contenção de Rejeitos

No Brasil as lagoas de estabilização são muito indicadas devido à

disponibilidade de área na maioria das localidades, clima favorável

(temperatura e insolação), operação simples e necessidade de pouco ou

nenhum equipamento. Há necessidade de que elas tenham baixa

condutividade hidráulica ou que sejam impermeabilizadas, pois pode ocorrer a

1

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infiltração no solo de contaminantes, como de metais pesados, organoclorados,

nutrientes (nitrato e fosfato) descendo para águas subterrâneas, tornando as

impróprias para o consumo humano. Em lagos e represas a presença de

nutrientes favorece o crescimento de algas no processo denominado

eutrofização da água. Nesses sistemas de tratamento de águas residuárias a

matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar,

constituindo o lodo de fundo chamado de zona anaeróbia. Esse lodo sofre o

processo de decomposição por microorganismos anaeróbios e é convertido,

lentamente, em gás carbônico, água, metano. (VON SPERLING, 1996, a, b).

A NBR 13028/93 (ABNT, 1993) indica os procedimentos para

elaboração e apresentação de projetos de disposição de rejeitos, exigindo

estudos prévios de hidrologia e geologia-geotécnica, para propor um projeto

que cause o mínimo impacto ambiental e os menores riscos às populações que

vivem a jusante.

As características físico-químicas do efluente, tais como turbidez,

salinidade e biomassa, influenciam diretamente na condutividade hidráulica,

quando o efluente é armazenado em um sistema de contenção revestido com

solo compactado ou argila.

Segundo RAGUSA, ZOYSA e RENGASAMY (1994), o

desenvolvimento de algas e bactérias influencia a condutividade hidráulica do

solo, fazendo-a diminuir em função do tempo. Na Figura 1.6, observa-se a

condutividade hidráulica de um solo compactado, utilizando água deionizada e

efluente de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), incubada por uma

semana. No início a condutividade hidráulica é maior para a coluna incubada, o

que diminui após 14 dias, enquanto que a outra coluna apresenta um leve

aumento nesse período.

Os microorganismos presentes nas águas residuárias, nos sistemas de

tratamentos, produzem polímeros (polissacarídeos) extracelulares. que

freqüentemente formam na matriz do solo um entrelaçado de massa de fibras,

formando um biofilme com silte, argila e substâncias orgânicas. A acumulação

de biofilme nos espaços intersticiais do solo reduz o movimento da água

através dos poros do solo e reduz a condutividade hidráulica (RAGUSA;

ZOYSA; RENGASAMY, 1994).

1

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Durante o processo de estabilização, os organismos fototróficos como

algas, que usam luz e moléculas inorgânicas para fixar CO2 atmosférico e

produzem açúcares e polissacarídeos (Figura 1.7). E os compostos orgânicos

produzidos durante a fotossíntese podem ser usados pelos microorganismos

heterotróficos como as bactérias para outros metabolismos. Durante o

metabolismo das bactérias também podem ser produzidos polissacarídeos. Em

sistemas de fossas sépticas e em sistemas de recarga de aqüíferos já foram

observados problemas de redução na infiltração de líquidos. O entupimento de

poros também é observado em sistemas de irrigação com águas residuárias

(ANCID 2001a).

No trabalho de OLIVEIRA et al. (2000), um estudo realizado em solo

Podzólico Vermelho-Amarelo, em que o efluente de suinocultura com altos

teores de sólidos totais de 0, 2,4, 7,0, 16,3 e 26,9 g.L-1 , apresentando uma

condutividade elétrica de 0,08, 5,57, 7,25, 8,41 e 9,89 dS.m-1, os resultados

mostraram que a lixiviação teórica de sais não ocorre quando se tem elevada

concentração de sólidos totais, pois reduz a capacidade de infiltração do solo.

Figura 1.6 - Comparação da condutividade hidráulica durante o tempo com

uma coluna inoculada (○) e outra coluna controle estéril (●)

Fonte: RAGUSA; ZOYSA; RENGASAMY, (1994).

1

t (dias)

K(10-7 m s-1)

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Figura 1.7 - Produção de polissacarídeos pelos microorganismos.

Fonte: ANCID (2001a).

Segundo YONG, MOHAMED e WARKENTIN (1992), uma expressão

completa para representar a permeabilidade em solos finos considera as

características físico-químicas da matriz do solo, os parâmetros relacionados à

percolação do fluído e as interações físico-químicas ocorridas durante o fluxo.

Uma solução numérica da permeabilidade, dada por RIBEIRO,

EHRLICH e ALMEIDA (1997b), considera as concentrações inicial e final do

soluto:

00

0 )( KCCKKK f +−= (1.1)

Em que:

K = condutividade hidráulica do solo;

(L/T); K0 = condutividade hidráulica inicial;

(L/T); Kf = condutividade hidráulica final (L/T);

C = concentração no fluído final;

1

uz

Algas FotossínteseAçúcares e polissacarídeos

Usado pelas algasExcretado pelas algas

Metabolismo das bactérias e/ ou produção de polissacarídeos

Luz

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(M/L3) e C0 = a concentração no fluído inicial (M/L3).

Assumindo que a permeabilidade é proporcional ao raio hidráulico e

com base nos conceitos de dupla camada elétrica, RIBEIRO, EHRLICH e

ALMEIDA (1997a) encontraram uma expressão para a quantificação do

coeficiente intrínseco de permeabilidade:

TDCQK.. 2

1υα (1.2)

Em que:

C = concentração da solução;

(M/L3); υ = valência;

D = constante dielétrica;

Q1 = é uma constante em função da interação físico química entre

soluto e solo e T é a temperatura.

Os autores acima citados observaram a variação na condutividade

hidráulica para várias concentrações de cloreto de sódio (0, 0,5, 1, 3 e 5N); à

medida que a concentração aumenta, há um aumento da condutividade

hidráulica. Outro resultado obtido foi o de que a condutividade hidráulica

diminui em magnitude durante o tempo de percolação do soluto.

1.2.4 Infiltração de Fosfato

O fósforo é encontrado no solo na forma de ortofosfato: H2PO4-, HPO4

2-,

PO43- (essas formas encontram-se em equilíbrio e dependem do pH), ou como

polifosfato, que são moléculas mais complexas com dois ou mais átomos de

fósforo, ou, ainda, na forma orgânica.

Em localidades nas quais a agropecuária é intensiva, a contaminação

das águas superficiais e subterrâneas por nutrientes, principalmente o nitrato

(N-NO3) e o fosfato (P-H2PO4-), é bastante comum. Sendo que a percolação de

contaminantes pode ser retardada em função do tipo de solo e da intensidade

das chuvas.

1

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Um estudo de campo na Flórida, EUA, com criação de gado (tanto de

gado de corte como vacas leiteiras), mostrou que a contaminação do solo com

fosfato, ocorre devido à aplicação de esterco como fertilizante em excesso, no

decorrer dos anos, fato agravado por ser uma localidade com solos arenosos

(GRAETZ; NAIR, 1995)

Estudo de BASSO et al. (2005), em Santa Maria, RS, realizado com

aplicação de doses de 0, 20, 40 e 80 m3 há-1 de dejeto líquido de suínos,

aplicado em lisímetros, utilizando Argissolo Vermelho distrófico arênico,

mostrou que o nitrato tem uma infiltração acima de 10 mg/L, nos primeiros dias

antes da cultura se instalar, enquanto que o fosfato presente na água

residuária, durante os dois anos do estudo, mostrou perdas abaixo de 1 mg/L,

na água coletada em lisímetros após as chuvas.

COELHO et al. (2000), estudando o movimento do amônio em

diferentes tamanhos de agregados de um Latossolo Vermelho distrófico,

considerando os modelos de dispersão e difusão, concluíram que há uma

predominância no transporte por difusão, pois na maioria dos tratamentos

houve sobreposição das curvas obtidas por meio de modelos teóricos.

ZHAO, LI e NORLAND (2000) constataram em seus estudos que o

nitrato (N-NO3-) infiltrava até atingir um percentual constante com a adição de

duas vezes o volume de poros e que o fosfato atingia um percentual constante

após a adição de 4 volumes de poros, indicando que o nitrato tem uma

tendência maior à percolação.

O movimento do nitrato é maior que do fosfato no solo, pois o fosfato

pode ser adsorvido com maior facilidade pelos colóides do solo, e pode formar

complexos com o ferro, matéria orgânica e com o alumínio, reduzindo a

disponibilidade desses íons no solo. A aplicação de água residual, proveniente

da suinocultura, aumenta o teor de matéria orgânica no solo e altera as

características químicas do Latossolo Vermelho distroférrico típico (ANAMI,

2003).

Segundo ARAÚJO (2004), a lixiviação de nitrato e amônia é uma

realidade, mesmo em solos com altos teores de ferro e gibbsita. O autor

demonstrou a lixiviação aplicando doses de uréia com e sem a adição de

calcário, em colunas de 20 cm de altura de solo indeformado.

1

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1.3 MATERIAL E MÉTODOS

O presente trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Geotecnia e as

análises químicas realizadas no Laboratório de Saneamento, ambos da

Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE - Campus de

Cascavel – PR.

1.3.1 Preparo do Solo

O solo utilizado no experimento é proveniente do Núcleo Experimental

de Engenharia Agrícola (NEEA), localizado na rodovia BR 467, km 101,

Cascavel – PR, com localização geográfica 24o54’0,148” latitude sul e

53o31’57,312” longitude oeste de Greenwich e altitude de 750 m. Classificado

como Latossolo Vermelho distroférrico típico.

A amostra de solo foi coletada a uma profundidade de 0,10 a 0,50 m,

retirando-se as raízes das plantas. O material foi preparado para se obter terra

fina seca ao ar (TFSA) e posterior caracterização física, conforme a

NBR-6508/88 (ABNT, 1988) e a NBR-7181/82 (ABNT, 1982). As características

físicas do solo utilizado no experimento estão apresentadas na Tabela 1.2.

Tabela 1.2 - Características físicas do solo.

PARÂMETRO UNIDADE RESULTADO

Argila

Silte

Areia

Densidade real do solo

g/kg

g/kg

g/kg

kN m-3

600

220

80

30,43

1

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De acordo com a NBR 7182/86 (ABNT, 1986), são três os tipos de

ensaio, variando-se a energia de compactação: Proctor normal, modificado e

intermediário (suas respectivas energias de compactação são: 583,5, 1265,1 e

2692,0 kN.m.m-3). A coluna de solo foi preparada utilizando a energia de

compactação 583,5 kNm.m-3.

Na Figura 1.8, está representado o molde pequeno, a respectiva

alonga e o pilão de compactação leve, para a compactação executada

manualmente. O ensaio de Proctor normal consiste em compactar uma

amostra de solo no molde cilíndrico de 1 L em 3 camadas. Cada camada é

compactada com 26 golpes com um pilão de peso normalizado, 2,5 kg, que cai

de uma altura de 0,305 m. A energia correspondente a cada modalidade de

ensaio pode ser calculada utilizando a expressão seguinte:.

c

q

VNnPh

E = (1.3)

Em que:

E : é a energia de compactação (kN.m.m-3);

P : é o peso do pilão (N);

hq : é a altura de queda (m);

N : é o nº de golpes por camada;

n : é o nº de camadas;

Vc : é o volume do molde (m3).

1

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Figura 1.8 - Cilindro e o soquete de Proctor.

Cada ensaio consiste de uma amostra de solo compactada pelo ensaio

normal de compactação de Proctor. Devido à condutividade hidráulica em solos

argilosos e compactados ser muito pequena, da ordem de 10-8 m/s, foi utilizado

na montagem das colunas somente 1/3 do solo que foi compactado pelo

método de Proctor normal, pois, considerando P, h e N constantes e

utilizando-se 1/3 do volume de solo compactado no cilindro de Proctor

(Vexperimento = 1/3 Vc) e 1/3 do número (nexperimento = 1/3n) de camadas, obtém-se:

c

q

erimento

erimentoqerimento V

nNPhVNnPh

E)3/1()3/1(

exp

expexp == ,

simplificando, resulta na mesma energia da equação (1.3):

c

qerimental V

N nPhEE ==exp ,

e, portanto, resultando na mesma energia de compactação do ensaio

padronizado. Por essa razão, optou-se por compactar apenas uma camada de

solo em um cilindro de PVC de diâmetro 100 mm, que corresponde ao diâmetro

do cilindro de Proctor, para a montagem do experimento.

1.3.2 Origem e Caracterização do Efluente de Suínos

O efluente de suínos é proveniente de uma granja de suínos da

localidade de Medianeira - PR. Foi retirado na saída de uma lagoa que faz

parte de um sistema de armazenamento provisório para posterior aplicação na

agricultura. Essa saída é a da fase mais líquida da água residuária que é

utilizada para aplicação no pasto, com as características físico-químicas

indicadas na Tabela 1.3, e determinadas segundo APHA (1998).

2

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Tabela 1.3 - Parâmetros físico-químicos das águas residuárias

PARÂMETRO MÉTODO (UNIDADE) EFLUENTE DE SUÍNO

pH Potenciométrico 7,57

CE Condutivímetro (mS/cm) 7,88

AlcalinidadeParcial

Total

7620

8280

NO3- Adicionado (mg/L) 10

Amônia Kjeldahl (mg/L) 816,66

PTOTAL Espectrofotométrico (mg/L) 25,51

ST mg/L 3,06

O fosfato foi determinado no efluente e também monitorado no líquido

percolado em cada coluna. Foi determinado segundo o método descrito por

TEDESCO et al. (1995) e é apresentado no ANEXO A.

1.3.3 Montagem das Colunas

Sobre o cilindro de PVC foi adaptado um outro tubo de PVC para

armazenar uma altura de 1,12 m de efluente líquido previamente filtrado, com o

gradiente de 38,3, maior do que o gradiente utilizado por RAGUSA, ZOYSA e

RENGASAMY (1994). O gradiente hidráulico é determinado segundo a

equação (1.4)

zHH

∆∆=∇ (1.4)

A montagem de uma coluna está representada na Figura 1.9. Ela foi

montada em uma estante de madeira e, embaixo, foi colocada uma proveta

graduada para coletar amostras de 25 mL do material percolado.

2

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Figura 1.9 - Esquema da coluna de solo.

O experimento foi montado em três etapas, cada etapa constituindo-se

da aplicação de três efluentes sobre o solo compactado em três teores de

umidade com 3 repetições, como indicado no esquema da Figura 1.10.

2

d = 0,10 m

z = 0,03 m de solo

h = 1,12 m de líquido

H = h + z = 1,15 m

ProvetaV = 25 mL

Frasco de Mariotte

Carga constante do líquido

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Figura 1.10 - Esquema do desenvolvimento do experimento.

NOTAS: ws: teor de umidade no ramo seco; wo: teor ótimo de umidade; wu: teor de umidade no ramo úmido.

Foram infiltrados 8 volumes de poros, e para infiltrações muito lentas

as colunas foram mantidas por 15 dias. Segundo ZHAO, LI e NORLAND (2000)

e ANAMI (2003) são necessários 4 volumes de poros para estabilização do íon

fosfato no solo natural.

1.3.4 Determinação da Condutividade Hidráulica

A água no estado líquido move-se sempre que houver diferença de

potencial hidráulico (H) nos diferentes pontos do sistema. Esse movimento se

dá no sentido do decréscimo do potencial (H), isto é, a água se move de pontos

2

w

ws

w

ws

w

ws

w

wo

w

wo

w

wo

w

wu

w

wu

w

wu

Primeira Etapa(E1)

w

ws

w

ws

w

ws

w

wo

w

wo

w

wo

w

wu

w

wu

w

wu

Repetição 1

w

ws

w

ws

w

wo

w

wo

w

wo

w

wu

w

wu

w

wu

Segunda Etapa(E2)

Terceira Etapa(E3)

Repetição 1 Repetição 2 Repetição 3

Repetição 2 Repetição 3

Repetição 1 Repetição 2 Repetição 3

w

wo

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de maior potencial para pontos de menor potencial. O primeiro a estabelecer

uma equação que possibilitasse a quantificação do movimento da água em

materiais porosos saturados foi Darcy. A equação de Darcy é:

K gradHHKq −=∇= (1.5)

Em que:

gradH = →→→

∂∂+

∂∂+

∂∂=∇ k

zHj

yHi

xHH = gradiente de potencial hidráulico;

q = densidade de fluxo da água (m3/m2.s);

K = condutividade hidráulica do solo (m/s).

O potencial hidráulico H é definido como a soma das pressões

envolvidas para que haja o movimento da água no solo:

gmPH Ψ+Ψ+Ψ==Ψ (1.6)

em que: pΨ são as pressões positivas e mΨ são as pressões negativas, as

quais podem ser agrupadas em uma única componente h = mp Ψ+Ψ . A

componente gravitacional gΨ pode ser expressa em termos de altura e, se

considerada a superfície do solo como referência, ela coincide com a

profundidade z. Logo, o potencial hidráulico pode ser encontrado pela equação:

H = h + z (1.7)

Então, para um permeâmetro de carga constante como o utilizado no

experimento, indicado na Figura 1.9 (item anterior), em que o gradiente do

potencial hidráulico na direção z é: gradH = zH

zH

zH =∆=

∂∂ e a carga hidráulica do solo

compactado é: tA

Vq.

= , V é o volume percolado (mL); z é a altura de solo na

base da coluna; A é a área e t é o tempo (h ou s). Logo, a equação (1.5) para a

condutividade hidráulica, K (cm/h), resulta na seguinte equação:

2

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K = tHA

zV...

. (1.8)

1.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Figura 1.11 é apresentada a curva de compactação do Latossolo

Vermelho distroférrico típico e verifica-se o teor ótimo de umidade de 32,5% e a

densidade máxima de 13, 61 kN m-3.

De acordo com a curva de compactação da Figura 1.11, escolheram-se

três teores de umidade para compactação do solo nas colunas: para o ramo

seco 28 + 1%, um próximo ao ponto ótimo 32 + 2% e outro ponto no ramo

úmido 36 + 2%, obtendo-se as características apresentadas na Tabela 1.4. O

coeficiente de variação (CV%) foi menor do que 10%, isso indica que esses

parâmetros de uma forma geral são homogêneos e confiáveis.

Optou-se por utilizar diferentes teores de umidade de compactação,

pois eles conferem estruturas diferentes à matriz do solo. Embora a densidade

seca do solo varie muito pouco, o número de interagregados e intra-agregados

varia e com ele a continuidade dos poros, causando a quase imobilidade da

água, conforme o trabalho de ROMERO et aI. (1999).

2

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Figura 1.11 - Curva de compactação de Proctor normal para o

Latossolo Vermelho distroférrico típico, utilizado no

experimento.

Tabela 1.4 - Características físicas do solo compactado nas colunas

PARÂMETRO w (%) MÉDIA MÍNIMO MÁXIMO DÊS. PADRÃO CV%

colunaSγ

(kN m-3)

28

32

36

12,97

13,59

13,69

12,05

12,92

13,10

13,37

13,95

14,45

0,44

0,35

0,41

3,54

2,57

3,01

VP

(mL)

28

32

36

100,39

102,11

102,26

94,25

93,48

95,69

107,24

106,04

104,58

6,96

5,20

2,74

6,94

5,09

2,68

Porosidade

(kg3 kg-3)

28

32

36

0,57

0,55

0,55

0,56

0,54

0,52

0,60

0,57

0,57

0,01

0,01

0,01

2,63

2,07

2,46

Quando compactado, o solo apresentou uma condutividade hidráulica

(K) da ordem de 10-8 m/s (determinado no experimento K igual a 1,37 x

10-8 m/s) que, segundo o USBR (1998), é um bom material para a

2

28 30 32 34 36 38Teor de umidade [%]

Den

sida

de d

o so

lo [k

N.m

]-3

13,80

13,60

13,40

13,20

13,00

12,80

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impermeabilização de sistemas de contenção e canais de irrigação, pois a

perda de líquido é pequena.

A Figura 1.12 apresenta os resultados de permeabilidade com

aplicação da água residuária e mostra sensíveis reduções, culminando com

indicativos de uma colmatação em poucos dias, visto que o experimento foi

mantido somente por quinze dias.

Quando o solo é compactado no teor de umidade do ramo seco,

próximo de 28%, e aplicado efluente diluído, tratamento E2 28, ou água

destilada: E3 28%, e também para o tratamento E3 32% as perdas de líquido

são maiores que a condutividade hidráulica recomendada. Para que não haja

perdas excessivas de líquido em um sistema de contenção de líquidos a

impermeabilização deve seguir rigorosamente os critérios geotécnicos, para

não comprometer as fontes de águas. Quando utilizado para armazenagem de

dejetos de suínos, apesar desse resíduo ter um alto poder de contaminação,

devido à redução das perdas de líquidos, culminando com uma forte tendência

à colmatação, em função do tempo, e um tempo muito curto, os solos argilosos

compactados aparecem de forma favorável para essa finalidade, o que para as

pequenas propriedades (que são típicas na região) seria mais recomendável.

2

0 2 4 6 8 10 12Volume de Poros

Con

dutiv

idad

e H

idrá

ulic

a, K

(m/s

)

Tratamentos

E1 32%

E1 36%

E1 28%

E2 28%

E2 32%

E2 36%

E3 36%

E3 28%

E3 32%

1,0x10-6

1,0x10-7

1,0x10-8

1,0x10-9

1,0x10-10

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Figura 1.12 - Condutividade hidráulica.

Na Figura 1.13 foi realizado o ajuste de curva, utilizando-se o software

Grapher 4 for Windows, para os tratamentos que tiveram redução da

condutividade hidráulica em função do tempo, considerando o tratamento E3

36% como testemunha, pois compactado no teor de umidade 36%, do ramo

úmido, e aplicando-se água destilada tem-se a situação mais próxima à prática

de laboratório de permeabilidade, cujo maior objetivo é comparar a

permeabilidade do solo com água e as curvas de permeabilidade com efluente.

Figura 1.13 - Regressão da condutividade hidráulica do solo com adição dos

efluentes: E1, efluente de suíno bruto; E2, efluente de suíno

diluído.

2

0 1 2 3 4 5 6 7Volume de poros

Con

dutiv

idad

e hi

dráu

lica

(m/s

)

E1 36%

E1 32%

E1 28%

E2 36%

E2 32%

E3 36%

2,5x10

2,0x10 -8

1,5x10

1,0x10 -8

0,5x10 -8

-8

-8

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O tratamento E2 32% teve a redução mais significativa da

condutividade hidráulica até os 4 volumes de poros, com uma posterior

estabilização. Da mesma forma, o tratamento E1 28% teve uma redução maior

até 3 volumes de poros, com posterior estabilização. Nesses tratamentos o

solo apresenta uma estrutura com maior número de interagregados, de acordo

com o trabalho de ROMERO et al. (2002), pois foram compactados em teores

de umidades menores que 36%. Apresentando melhor ajuste para os

tratamentos E2 32% e E1 28%, respectivamente, igual a:

K = 1,27723 x 10-8 x (Vp)-1,3304 R2: 0,92 (1.9)

K = 7,59073 x 10-9 X (Vp)-1,12292 R2: 0,95 (1.10)

Em que:

K é a condutividade hidráulica, eixo Y;

VP é o Volume de poros, eixo x,

calculado da seguinte maneira:

solodecmnosvaziosdeVolumePercoladoVolumeVP

3= (1.11)

No início, os tratamentos apresentaram uma condutividade hidráulica

superior à ordem 10-8 m/s, sendo reduzido ao final de quinze dias para níveis

aceitáveis, de acordo com os ajustes de curvas, mantendo a redução.

Na equação (1.9) e (1.10) pode-se observar que teoricamente K → 0

quando VP → ∞.

Os tratamentos E2 36%, E1 32% e E1 36% tiveram uma condutividade

inicial menor que os demais tratamentos, com uma redução ainda maior na

percolação do primeiro VP. Como se pode ver em 1.12, 1.13 e 1.14, o ajuste de

curvas para os tratamentos E2 36%, E1 32% e E1 36%, respectivamente, tem-

se:

K = 8,29596 X 10-10 x (Vp)-0,925391R2: 0,91 (1.12)

2

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K = 1,4531 X 10-9 x (Vp)-0,641695 R2: 0,94 (1.13)

K = 1,05429 x 10-9 x (Vp)-0,899797 R2: 0,94 (1.14)

Da mesma forma que as equações (1.9) e (1.10) têm, teoricamente,

K → 0 quando VP → ∞, nas equações (1.12), (1.13) e (1.14), teoricamente,

K → 0, quando VP → ∞, porém logo no início da percolação a condutividade

hidráulica foi menor que 1,37x10-8 m/s. No gráfico das Figuras 1.12 e 1.13,

pode-se observar que, após uma redução inicial brusca na condutividade

hidráulica, ela se reduz mais lentamente, porém mesmo que o ajuste de curvas

não mostre quando se obterá uma colmatação efetiva, pode-se supor que, em

condições geotécnicas favoráveis (solo argiloso, lençol freático profundo), a

percolação de solutos presentes no efluente vai ser muito lenta.

Na Tabela 1.5 estão os resultados das análises da água aplicada aos

tratamentos. O pH é maior que 7 para as águas E1 e E2, e menor do que 5

para a água E3. Isso porque na água destilada foi adicionado fosfato

monobásico de potássio que, ao entrar em equilíbrio com o meio, alterou as

concentrações hidrogêniônicas. O tratamento E1 apresentou uma alcalinidade

bastante alta, e que não foi determinada para o tratamento E2, esperando-se

que ela seja 10 vezes menor. A condutividade elétrica é muito elevada para a

água E 1, indicando que existem muitos sais dissolvidos e a E2 tem uma

condutividade elétrica menor, pois foi diluída; enquanto que na água E3 esse

parâmetro se deve aos sais adicionados.

A amônia somente foi determinada para o E1 e contribui para elevação

do pH e da alcalinidade, o nitrato é encontrado em concentrações baixas e, por

esse motivo, as quantidades apresentadas na tabela foram as adicionadas.

Quanto ao fósforo, além das quantidades presentes nos efluentes, ele foi

adicionado, então as quantidades apresentadas na tabela referem-se à soma

de ambas.

A presença de sólidos totais foi determinada, visto que é um parâmetro

importante e que influencia na condutividade hidráulica, pois pode causar

entupimento dos poros (RAGUSA et al., 1994). Os resultados mostram

quantidades distintas causadas pelo fator diluição e zero para o tratamento E3.

3

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Logo, os efeitos de redução da permeabilidade estão relacionados com esse

parâmetro.

Tabela 1.5 - Parâmetros físico-químicos das águas residuárias

PARÂMETRO UNIDADE E1 E2 E3pH 7,57 8,20 4,88CE dS m-1 7,88 1,06 0,36Alcalinidade (parcial) mg CaC03 L-1 7620 - 0

Alcalinidade (total) mg CaC03 L-1 8280 - 0NO3- mg L-1 10 10 5Amônia mg L-1 816,66 - °PTOTAL mg L-1 25,51 18,13 10,00ST g L-1 3,06 0,32 0

NOTAS: (-) não determinados;E1 = águas residuárias da suinocultura bruta + 10 mgl L de nitrato; E2 = águas residuárias da suinocultura diluída (1:9) + 10 mgl L de nitrato + 10 mgl L

de fosfato; E3 = água destilada + 5 mgl L de nitrato+ 10 mgl L de fosfato.

A Figura 1.14 mostra os resultados da condutividade elétrica (CE) no

percolado. Trabalhou-se com a média das colunas nas quais foi aplicado o

mesmo efluente, obtendo-se indicativos do comportamento dos íons em

solução ao passarem pelo solo.

A CE inicial foi a mesma para os três efluentes e próxima a do solo:

0,04 dS.m-1, tendo seu valor aumentado em função da quantidade do volume

de poros percolada, chegando a, aproximadamente, 50% do valor inicial para o

percolado, quando aplicados os efluentes E1 e E2, e quase não variando para

o percolado do E3. Esses resultados da CE indicam que parte dos íons

presentes na solução, e que causavam alta CE, ficaram retidos no solo.

Diferentemente do trabalho de ANAMI (2003), no qual a CE aproximou-se da

CE inicial, após da percolação de 2 volumes de poros. Os efeitos dos íons no

solo serão discutidos no Capítulo 2.

3

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Figura 1.14 - Condutividade elétrica (CE)

O pH no solo, antes da aplicação das águas residuárias, é de 4,20. A

Figura 1.5 mostra a variação do pH quando aplicado E1. O pH no percolado,

inicialmente, foi próximo de 5,50, seguido de reduções de até 3,70 e um

aumento gradativo, estabilizando em 8,00, depois de percolar 4,2 volumes de

poros.

Os solos que apresentam grande capacidade de troca, também

apresentam uma grande capacidade de tamponamento, por isso, no quando

percolado uma pequena quantidade de líquido, o pH sofreu poucas alterações.

Devido à alta alcalinidade do tratamento E 1 foi ultrapassada a capacidade de

tamponamento do solo utilizado no experimento, obtendo-se o pH final no

percolado igual ao de E1. Segundo o trabalho de GOMES (2002), não são

observadas grandes variações no pH, quando são percolados menos de

2,5 VP.

3

0 2 4 6 8Volume de poros

CE d

S m

E1

E2

E3

4,00

3,00

2,00

1,00

0

-1

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Figura 1.15 - pH no percolado.

Por outro lado, quando aplicado E2 o pH do percolado não houve um

aumento tão significativo, mantendo-se abaixo de pH 7. Como a água

residuária apresentava-se diluída, provavelmente, os íons retidos no solo

afetaram a dinâmica das cargas negativas.

Para o percolado do tratamento E3, o pH não teve muita variação,

mantendo-se entre o pH do solo e o pH do efluente (4,20 - 4,50). Os efeitos das

cargas no solo serão discutidos no Capítulo 2.

O íon fosfato é fortemente adsorvido no solo, reagindo com argilas,

óxidos de ferro e alumínio, por isso espera-se que ele fique retido no solo. Isso

é confirmado na Figura 1.16. Observa-se que não houve percolação do íon

fosfato no tratamento E1, embora a concentração desse íon seja maior que nos

demais tratamentos. Esse efeito pode estar associado ao fato de que houve

uma redução na condutividade hidráulica, limitando a passagem de líquido e

espécies presentes nele. Outra causa possível seria a precipitação dos íons

3

0 2 4 6 8Volume de poros

3

4

5

6

7

8

9pH

E1

E2

E3

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fosfato com outros íons presentes na solução e mesmo uma adsorção nos

colóides orgânicos do efluente, além de ficar retido nas argilas e óxidos

presentes na matriz do solo. Esse efeito será discutido no capítulo 2.

Quando se aplicou E2, ocorreram problemas nas análises do

percolado, após a percolação de 4 volumes de poros, podendo se observar

que, antes disso, ele apresentou um indicativo de que teria um aumento depois

de percolado 3 VP, mas não se pode discutir sua magnitude.

Figura 1.16 Percolação do íon fosfato nas colunas.

3

0 2 4 6 8 10Volume de Poros

E1 28%

E1 32%

E1 36%

E2 28%

E2 32%

E2 36%

E3 28%

E3 32%

E3 36%

C/C

O

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00

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Observa-se uma pequena infiltração do íon fosfato quando aplicado E3,

menor que 10 %. Porém a infiltração obtida é menor que as obtidas em outros

trabalhos utilizando solos sem compactação, como os de ZHAO et aI. (2000) e

ANAMI (2003).

Nos tratamentos que tiveram uma menor permeabilidade, houve uma

menor percolação de fósforo, mesmo apresentando uma concentração inicial

de fosfato maior. A adsorção deste íon foi analisada no solo e será discutida no

Capítulo 2.

Considerando um sistema de tratamento de esgoto por lagoas de

estabilização, a quantidade de sólidos totais presentes no efluente vão ajudar

na diminuição da condutividade hidráulica e na redução da infiltração de

fosfato. Entretanto, quanto mais estabilizada a água residuária (menos sólidos),

maior o risco de contaminação por fósforo.

O grau de compactação (GC) é definido como a razão entre a

densidade de campo pela densidade máxima de laboratório. Calculou-se o

grau de compactação utilizando-se a densidade média obtida nas colunas

(Tabela 1.4, pg. 26), em cada teor de umidade. A densidade máxima obtida em

laboratório foi de 13,61 kN.m-3.

100max

×=γγ campoGC (1.15)

Em que:

CG – grau de compactação, %;

camposγ - densidade seca de campo (coluna), kN m-3;

máxsγ - densidade seca máxima de laboratório, kN m-3.

Logo, obtêm-se os seguintes graus de compactação, apresentados na

Tabela 1.6, comparando-se com a eficiência na permeabilidade e considerando

como padrão E3 36%, pois este foi o tratamento que apresentou a menor

condutividade hidráulica, quando aplicado água, e também foi semelhante ao

procedimento realizado em laboratório ou em campo. De acordo com LAMBE

3

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(1958), a condutividade hidráulica depende do teor de umidade de

compactação, apresentando uma condutividade hidráulica menor no teor ótimo

de compactação e no teor de umidade do ramo úmido (Figura 1.1).

O grau de compactação nas colunas não teve uma grande influência

para a aplicação do tratamento E1, sendo eficiente. Quando aplicado E2 o grau

de compactação de 95,30% no ramo seco é insatisfatório. Aplicado E3

somente o tratamento considerado como padrão foi satisfatório. Desse modo,

verifica-se que o grau de compactação não é o único fator a influenciar a

condutividade hidráulica, ela depende do teor de umidade de compactação

(LAMBE, 1958) e da aplicação da água residuária (HAMADA; CALÇAS;

GIACHETI, 2004).

Tabela 1.6 - Graus de compactação

GC (%) TRATAMENTOS EFICIÊNCIA

Média

Mínimo

Máximo

Desvio padrão

CV%

95,30

88,57

98,23

3,38

3,54

E1 28%

E2 28%

E3 28%

S

N

N

Média

Mínimo

Máximo

Desvio padrão

CV%

99,84

94,94

102,69

2,56

2,58

E1 32%

E2 32%

E3 32%

S

S

N

Média

Mínimo

Máximo

Desvio padrão

CV%

100,58

96,25

106,15

3,03

3,01

E1 36%

E2 36%

E3 36%

S

S

S

NOTAS: S eficiente; N não eficiente.

3

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1.5 SUGESTÕES PARA FUTURAS INVESTIGAÇÕES

Considerando os dados obtidos nesta pesquisa, pode-se sugerir:

• Compactar o solo em um único teor de umidade (32% ou 36%) e

utilizar como carga hidráulica água residuária de diferentes lagoas

de um único sistema de tratamento de uma agroindústria, pois, em

um sistema de lagoas de estabilização, as concentrações de sólidos

totais e nutrientes variam de acordo com a degradação do efluente.

• Desenvolver um trabalho em campo para verificar as plumas de

contaminação, em sistemas de contenção de águas residuárias, que

já estejam em operação durante alguns anos.

• Avaliar a infiltração do nitrogênio em solo compactado, que na forma

de nitrato é muito solúvel em água não adsorve no solo.

3

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1.6 CONCLUSÃO

Considerando os resultados da pesquisa realizada, pode concluir que:

• O teor de umidade é muito importante para a compactação, por isso

é recomendável que os revestimentos com solos compactados

sigam as normas geotécnicas.

• A condutividade hidráulica é dependente do teor de umidade de

compactação, do grau de compactação e da aplicação da água

residuária.

• Os resultados experimentais mostram-se favoráveis à percolação de

fosfato, porém o íon mais solúvel em água, nitrato, não pode ser

avaliado por problemas técnicos. Com isso, propõe-se que seja feita

uma avaliação para este íon, pois em teste anteriores verificou-se a

sua percolação.

3

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CAPÍTULO 2

COMPORTAMENTO COLOIDAL DO SOLO

RESUMO

Esse trabalho teve por objetivo estudar as alterações provocadas na matriz do solo, quando aplicado efluente de suíno. Depois de ter percolado o efluente pelo solo as colunas foram desmontadas, retirando-se a carga hidráulica e dividindo o solo em três incrementos: 0 a –1 cm, -1 a –2 cm e –2 a –3 cm. O incremento superior foi chamado de S e o incremento inferior de B, descartando-se o incremento do meio. Foi realizada a análise do teor de matéria orgânica (MO), fósforo total e fósforo assimilável. Determinou-se também o pH, o ponto de carga zero (PCZ) e o potencial de superfície. Os resultados mostram que a variação da MO não foi significativa em cada tratamento. O fósforo ficou retido no incremento superior e o seu aumento foi atribuído ao fósforo fracamente adsorvido no solo. A dependência dos colóides do solo com relação ao pH, não teve alteração no PCZ, indicando que a estrutura do colóide não foi modificada, porém foi observado um aumento negativo no potencial de superfície, quando aplicado efluente de suíno. Esse aumento foi atribuído à alcalinidade, à alta concentração de amônia e, também, à presença do íon fosfato.

Palavras-chave: Adsorção no solo, fosfato, colóide.

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ABSTRACT

The work had for objective to study the alterations caused in the soil matrix, when applied swine effluent. After having percolated the effluent in the soil the columns were dismounted, removing the hydraulic load and dividing the soil in three increments: 0 to -1 cm, -1 at -2 cm and -2 to -3 cm. Discarded the increment of the middle. It was conduced the analysis organic matter contents (MO), total and uptake phosphorous, it was also determined the pH, the zero point charge (PCZ) and the potential surface. The results showed that the MO variation was not significant in the treatments, the phosphorous was retained in the superior increment. In the respect the soil colloid dependence with relationship to the pH, there was not alteration in PCZ, indicating that the colloid structure was not modified, even so a negative increase is observed in the potential surface when applied effluent swine, attributing this increase the alkalinity, the high ammonium concentration and also for the presence of the ion phosphate.

Keywords: phosphate, soil adsorption, colloid.

4

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2.1 INTRODUÇÃO

Um solo argiloso é constituído por muitas moléculas que, ao se unirem,

formam partículas maiores, até formarem os agregados. Em meio aquoso,

essas partículas maiores permanecem unidas ou, pelo menos, próximas umas

da outras, formando os colóides. Os colóides do solo têm uma superfície

específica elevada. Na água estão rodeados por moléculas de água e íons de

diferentes cargas (formando a dupla camada), que podem ser alteradas

quando é adicionada uma carga diferente. Por isso, espera-se que, quando o

efluente passar pela camada de solo na base da coluna, haja interação com a

dupla camada das partículas coloidais do solo. Essa variação pode ser

diferente na parte superior (0 a -1 cm) que está diretamente em contato com o

líquido, em relação à da parte mais inferior (-2 a -3 cm); na qual pode ocorrer a

adsorção de partículas e também alteração na distribuição das cargas

superficiais.

Os objetivos definidos para este capítulo são:

•Avaliar a distribuição das cargas no solo e a influência da água

residuária de suíno.

•Obter a dinâmica do fosfato no solo.

2.2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1.1 Propriedades Coloidais do Solo

O solo em condições naturais não é maciço como outros materiais

sólidos, mas uma estrutura porosa como uma esponja, na qual os poros podem

ser ocupados por água e ar. Em geral, a composição do solo depende das

46

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condições de umidade, como mostra a Figura 2.1. A água que ocupa os poros

do solo nunca será pura, pois ela contém muitas substâncias minerais e

orgânicas.

A textura do solo refere-se à distribuição das partículas em termos de

tamanho. A escala de tamanho varia, desde cascalho de diâmetros da ordem

de centímetros até a partículas microscópicas, como os colóides que não

podem ser vistos a olho nu. O tamanho das partículas é de grande importância,

pois ele determina o número de partículas por unidade de volume e a superfície

específica exposta, como mostra a Tabela 2.1. O aumento da superfície

exposta com a diminuição do diâmetro da partícula é ponto-chave para as

propriedades do solo. As partículas do solo chamadas de argilas têm diâmetros

menores que 2 μm, podendo variar de 1 a 10 μm para diferentes solos minerais

que formam colóides como argilas, óxidos e hidróxidos de ferro, silicatos e silte.

A matéria orgânica no solo e as partículas orgânicas provenientes de

fertilizantes e esterco de animais têm uma grande importância física, são

partículas pequenas e com uma área superficial alta por volume, são providas

de um grande número de sítios para fazer sorção de poluentes (McGECHAN;

LEWIS, 2002).

47

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Figura 2.1 - Diagrama representando as diversas fases do solo.

As menores partículas de solo podem ser encontradas como argilas 1:2

e também argilas 2:1, com predominância de cargas permanentes e com uma

alta capacidade de troca de cátions ou ânions, diferentemente das estruturas

das argilas 1:1, quase perfeitas na distribuição de cátions e ânions e que

ocorrem em minerais do grupo da Caulinita. A energia de coesão dessas

partículas é primariamente eletrostática, aumentada pela atração de Van Der

Waals e a atração entre grupos hidróxi e oxigênio da outra camada. A coesão

também pode ser melhorada com compostos orgânicos ou intercalada com

sais, tais como acetato de potássio ou outros compostos como uréia e

hidrazina. A capacidade de troca de cátions - CTC é pequena, cerca de

1 - 10 mg/100g (VAN OLPHEN, 1977).

Tabela 2.1 - Relação entre diâmetro de partículas esféricas e sua superfície

em volume unitário

DIÂMETRO (cm) NÚMERO DE PARTÍCULASEm 1cm3 De SOLO

SUPERFÍCIE ESPECÍFICA (cm2)

10,5

0,060,001

18

4.0961.000.000.000

3,146,28

50,233.141,60

48

Água

Ar

Matéria Orgânica

SólidosMinerais

Poros que podem ser ocupados por água ou ar

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Segundo BRADY (1996), as cargas associadas com as partículas do

solo atraem íons simples e complexos de carga oposta. Assim, uma

determinada mistura coloidal poderá possuir cargas superficiais, quer positivas,

quer negativas, assim como de um grupo igualmente numeroso de anions e

cátions simples, tais como Ca+ e SO42- e extensivos complexos orgânicos e

inorgânicos, ambos com carga e que foram atraídos pelas cargas das

partículas. Em solos neutros para alcalinos há predominância dos cátions

adsorvidos cálcio e magnésio, juntamente com potássio e sódio, ao passo que,

em solos ácidos há proeminência de íons hidrogênio e alumínio. Os ânions

adsorvidos acham-se, via de regra, em quantidades menores do que os

cátions, porque as cargas negativas nos colóides do solo exercem

predominância geral, principalmente nos solos de regiões temperadas.

O ferro é considerado um agente cimentante, sua presença aumenta a

estabilidade do solo e, conseqüentemente, diminui a permeabilidade. Ele pode

ser encontrado no solo em quantidades apreciáveis nos minerais primários,

como nos ferromanganesianos (anfibólios e piroxênios) e na biotita; nos

acessórios, como ilmenita (FeTiO3), magnetita (Fe3O4) e pirita (Fe S2); nos

minerais secundários, como nos óxidos hidratados (limonita – Fe2O3.nH2O;

turgita – 2Fe2O3.H2O; goetita – Fe2O3.H2O). Aparece ainda em compostos

orgânicos (humatos de Fe), em sais, como fosfato e, em quantidades pequenas

na solução como íon trocável. (MELLO, 1983).

2.1.2 Migração e Acumulação de Solutos no Solo

Muitos contaminantes na forma particulada ou coloidal, quando são

depositados no solo, são adsorvidos e imobilizados, devido ao seu tamanho.

Entretanto, no caso de sais solúveis, que podem se mover livremente com o

movimento da água no solo, a restrição ao seu movimento deve-se à sorção

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por componentes do solo. A Figura 2.2 mostra a trajetória de uma partícula

pequena na matriz do solo, contendo microporos e movendo-se em todas as

direções como um movimento Browniano (A); por outro lado os macroporos

funcionam como filtros para as partículas coloidais, enquanto elas passam por

caminhos tortuosos (B) (McGECHAN; LEWIS, 2002).

A) Fluxo na matriz do solo B) Fluxo em macroporos

em microporos

Figura 2.2 - Movimento de contaminantes e água na matriz do solo.

FONTE: McGECHAN; LEWIS (2002).

Quando as partículas dos líquidos entram nos poros do solo, podem

passar por muitos processos de imobilização. As moléculas coloidais (10-3 a 1 µ

m) podem causar o entupimento dos poros. Outras, como os fosfatos, podem

ser adsorvidas nas superfícies do solo, dependendo das forças atrativas entre

o solo e a partícula ou, também, serem precipitadas. Pode haver troca de

elementos, como uma molécula de sódio deslocar um íon H+ e pode ocorrer a

adsorção e a absorção de íons (LUCHESE; FAVERO; LENZI, 2001). A Figura

2.3 representa esses fenômenos, de uma forma macroscópica.

Um sólido finamente dividido, como as argilas, tem uma alta

capacidade de sorção favorecida por serem pequenas partículas de grande

área superficial. A extensão da sorção varia entre solutos de diferentes

reatividades e entre materiais sólidos diferentes, e também depende da

distribuição do tamanho de partículas de solo.

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Figura 2.3 - Fenômenos que ocorrem nos poros do solo.

FONTE: McGECHAN; LEWIS (2002).

Um exemplo de uma isoterma experimental para o fósforo é dado por

HOODA et al. (1999), mostrando a influência da concentração de fósforo na

solução e a sua respectiva adsorção na matriz do solo (Figura 2.4). Quanto

mais fósforo houver na solução a ser aplicada no solo, mais o solo vai

adsorver, até a sua saturação.

51

D = DifusãoI = InterceptaçãoST = EstrangulamentoSD = SedimentaçãoF = Direção do fluxo

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Figura 2.4 - Adsorção do fosfato.

Fonte: Adaptado de HOODA et al. (1999).

O fosfato, em pH entre 5 e 7, está, predominantemente, na forma de

H2PO4-, que pode ser fortemente adsorvido por argilas, óxidos, formar

precipitados com ferro, alumínio ou manganês, entre outros, incluindo-se a

possibilidade de compostos orgânicos de baixa solubilidade. Nos solos

brasileiros a interação com o ferro e o alumínio pode formar compostos

estáveis. Esse processo é chamado de fixação, pois nestes casos o fosfato fica

imobilizado no solo e não desce para as águas superficiais. A reação está

representada abaixo:

)()(422)(42)(3

)(422)(2)(42)(3

)()(

)(2

aqInsolúvelaqS

Insolúvelaqaqaq

HOPOHOHAlPOHOHAl

POHOHAlHOHPOHAl−−

+−+

+→+

+→++ (2.1)

ANAMI (2003) mostra que o fosfato ficou mais retido no incremento

superior, após os efluentes de suíno percolarem em colunas com 50 cm de

solo. O solo utilizado por ele é classificado como Latossolo Vermelho

distroférrico típico.

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KORETSKY (2000) trata da imobilização de substâncias contaminantes

no solo, envolvendo a interface mineral-água, a qual está ligada à formação de

complexos com diferentes íons presentes no meio aquoso.

Para entender as reações de complexações que ocorrem na interface

mineral-água, é importante descrever as reações que ocorrem na superfície do

mineral. Nas superfícies dos minerais os ânions conferem cargas negativas,

que podem ser protonadas, como ocorre na situação mostrada na Figura 2.5

(a) e (b), enquanto que cátions na superfície de uma estrutura mineral indicam

um excesso de cargas positivas sendo coordenadas por hidroxilas,

demonstrado na Figura 2.5 (c) e (d). As micelas coloidais do solo apresentam

cargas permanentes, podendo ser positivas ou negativas. Porém, as micelas

dependem do pH, podendo ser positivas, negativas ou de carga zero, se a

somatória das cargas for zero. Esse ponto, em que há o equilíbrio das cargas

chama-se de Ponto de Carga Zero (PCZ). Assim no pH maior que o PCZ,

predominam as cargas negativas e no pH menor que PCZ, predominam as

positivas (LUCHESE; FAVERO; LENZI, 2001, KORETSKY, 1999).

Figura 2.5 - Quatro coordenações possíveis para um sítio do quartzo.

Fonte: Adaptado de KORETSKY (2000).

53

alumínio hidrogêniooxigênioSilício

superfície

superfície

δ+

δ-

(d)(c)

(a) (b)

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A superfície do mineral é muito complexa, pois nela ocorre uma

variedade de reações químicas na interface mineral-água, como as

complexações em sítios reativos. Essas reações envolvem uma grande

quantidade de espécies na solução aquosa. Os metais podem sofrer sorção, de

três maneiras: absorção, adsorção e precipitação (Figura 2.6). Absorção é a

reação que ocorre entre espécies; Adsorção é o uso de espécies químicas na

monocamada da interface mineral-água; e precipitação ocorre quando espécies

passam a fazer parte da estrutura do mineral.

O potencial elétrico na superfície da partícula do solo (UEHARA;

GILLMAN, 1981), pode ser determinado conhecendo-se o pH do solo e o PCZ,

quando a carga é dependente do pH, pela seguinte expressão:

Ψo = -59(pH – PCZ) (2.2)

Figura 2.6 - Sorção na interface mineral-água.

Fonte: Adaptado de KORETSKY (2000).

54

Sorção

Adsorção AbsorçãoPrecipitação

cristal

cristal cristal

solução

solução solução

oxigênio ferro hidrogêniozinco

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2.2 MATERIAL E MÉTODOS

Após a montagem das colunas de solo foi percolado o efluente durante

15 dias ou até 8 volumes de poros, ao desmontar as colunas. Retirou-se o

líquido pela parte superior da coluna, deixou-se secar por, aproximadamente,

24 horas ou até o solo ficar firme. Em seguida, retirou-se o cap da parte inferior

e separou-se o solo compactado, com a ajuda de uma espátula e de um

paquímetro, dividiu-se em três incrementos de profundidades: 0 a -1, -1 a -2 e

-2 a -3 cm. O incremento de -1 a -2 foi descartado. Somente a camada superior

(S) e a camada inferior (B) foram preparadas TFSA e utilizadas para análises

realizadas no Laboratório de Saneamento da UNIOESTE – Campus de

Cascavel – PR.

2.2.1 Análise Química do Solo

As características químicas do solo, antes do experimento, são

apresentadas na Tabela 2.2 e foram obtidas no Laboratório de Solos do Centro

Estadual de Educação Profissional Manoel Moreira Pena (ANEXO B).

Tabela 2.2 - Características químicas do solo

MO P pH K+ Ca2+ Mg2+ Al3+ H+ + Al3+ S Vg/dm3 mg/dm3 CaCl2 cmol/dm3 %38,9 1,33 3,81 0,07 0,25 0,27 3,6 17,6 0,49 2,21

NOTAS: S : soma de base; V: porcentagem de base.

Os parâmetros químicos das colunas de solo analisados antes e depois

da infiltração dos efluentes são: pH (água), matéria orgânica (MO), fósforo total

(extrato sulfúrico), fósforo assimilável (extrator Michelin). As metodologias para

essas determinações estão no Manual de Métodos de Análise de Solo da

EMBRAPA (EMBRAPA, 1997).

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O ponto de carga zero, também conhecido nesse caso como pHO, em

solos de carga elétrica variável, foi determinado pelo método simplificado

sugerido por UEHARA e GILLMAN (1981). Os procedimentos estão descritos

no ANEXO C.

2.2.2 Tratamento dos Dados

O tratamento dos dados e a análise de variância (ANOVA), para

verificar a existência de interação entre a aplicação de efluente (E1, E2 e E3) x

o teor de umidade de compactação (28, 32 e 36%) x a profundidade (S, B). A

comparação de médias para o teor de matéria orgânica, fósforo total e

assimilável, foram feitas pelo teste de Tukey e para o PCZ, pH e potencial

elétrico de superfície usou-se o teste de Scott-Knott. O programa estatístico

utilizado para estas análises foi o SISVAR.

2.3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

O efluente proveniente de granjas de suínos apresenta Demanda

Bioquímica de Oxigênio - DBO e Demanda Química de Oxigênio - DQO

elevadas, indicando que essa água residuária contém muito material orgânico.

Presente no efluente na forma de proteínas, gorduras, fibras, etc., estas

partículas atraem-se entre si e formam os colóides orgânicos. Quando os

colóides orgânicos são percolados em um material poroso, como o solo, eles

entopem os poros, dificultando a passagem de líquidos e, conseqüentemente,

diminuindo a percolação de sais (OLIVEIRA et al. 2000).

Avaliando o aumento da matéria orgânica no solo, observa-se na

análise de variância (Tabela 2.3), que não houve efeito na interação efluente x

teor de umidade x profundidade, ao nível de significância de 5%. Somente

houve efeito no parâmetro teor de umidade. Analisando esses fatores ao nível

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de significância de 1%, os resultados da ANOVA mostram que não houve

variação do teor de matéria orgânica.

Segundo ROMERO, GENS e LLORET (1999), o teor de umidade de

compactação é um parâmetro que confere ao solo um diferente arranjo das

partículas, um maior número de intra-agregados, quando o teor de umidade é

menor, resultando numa maior porosidade e menor densidade do solo seco.

Obteve-se um aumento no teor de MO para os solos compactados no teor de

umidade 28%, diferente do teor de umidade 32%, porém igual ao teor de

umidade 36% (Tabela 2.4).

Porém, esperava-se obter um contraste entre os tratamentos que

tinham aplicação de efluente em relação aos tratamentos que continham água

destilada. Como não foi obtido contraste, considera-se que o efeito observado

na Tabela 2.3 da ANOVA, pode ser um somatório dos erros encontrados na

própria variabilidade do solo. Admitindo-se que não houve aumento real do teor

de MO na matriz do solo, utilizado nas colunas.

Tabela 2.3 - Resultado da análise de variância (ANOVA) para matéria

orgânica

FONTE DE VARIAÇÃO GL Fc (5%) (1%)EfluenteTeor de umidadeProfundidadeEfluente x Teor de umidadeEfluente x ProfundidadeProfundidade x Teor de umidadeEfluente x Teor de umidade x Profundidade

2214224

3,043,711,321,230,881,831,75

NSNNNNN

nnnnnnn

NOTA: S = significativo; N = não significativo, ao nível de 5%;N = não significativo, ao nível de 1% de probabilidade.

Tabela 2.4 - Variação do teor de MO em relação ao teor de umidade

Teor de umidade 28% 32% 36%MO (g/kg) 35,26 a 34,34 b 34,67 ab

NOTA: Teste de Tukey, ao nível de significância de 5%.

57

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O fósforo total são os íons fosfatos que estão fortemente adsorvidos,

complexados, precipitados no solo e somados aos íons que estão fracamente

adsorvidos. Porém, o fósforo assimilável tem na agricultura o significado de

estar disponível para a planta, por isso o nome. Sendo um íon fracamente

adsorvido no solo, ele pode continuar a percolar, desde que haja fluxo de

líquido (água) e os sítios estejam saturados. Nos tratamentos que

apresentaram uma condutividade hidráulica menor que 1.10-8 m/s, e que têm

forte tendência à colmatação, não havendo perdas de líquido,

conseqüentemente, o fósforo permanecerá imóvel.

A análise de variância (ANOVA) para o fósforo total e para o fósforo

assimilável é apresentada na Tabelas 2.5 e mostra a interação entre efluente x

profundidade x teor de umidade, para ambos.

Tabela 2.5 - Resultado da análise de variância (ANOVA) para fósforo total

(PT), fósforo assimilável (PA).

FONTE DE VARIAÇÃO GL Fc (PT) Fc (PA)EfluenteTeor de umidadeProfundidadeEfluente x Teor de umidadeEfluente x ProfundidadeProfundidade x Teor de umidadeEfluente x Teor de umidade x Profundidade

2214224

0,072 N3,085 S

740,144 N14,281 N

8,321 S1,648 S

14,346 S

11,374 S0,379 N

430,631 S10,239 S

6,427 S1,493 N

11,910 SNOTAS: S = significativo;

N = não significativo, ao nível de 5% de probabilidade.

Na Tabela 2.6 pode-se verificar que todos os tratamentos tiveram mais

fósforo total no incremento superior (0 –1). O tratamento que obteve a maior

quantidade de fósforo total retido foi o tratamento E1 28%, no incremento

superior. Isto ocorre porque o solo começa a adsorver os íons que estão na

solução, de acordo com o fluxo de líquido, ou seja, do incremento superior para

o inferior. Esses resultados estão de acordo com o trabalho de ANAMI (2003).

Tabela 2.6 - Comparação de médias para o fósforo total (g/kg)

INCREMENTO w% 28% 32% 36%

58

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Superior

E1 7,34C b

5,30B a

5,33B a

E2 5,26B a

6,05B b

5,35B ab

E3 4,82B a

5,34B a

6,29C b

Inferior

E1 3,35A b

3,13A ab

2,53A a

E2 3,48A a

3,11A a

3,00A a

E3 3,29A a

3,29A a

3,14A a

NOTAS: 1) Em cada coluna, médias seguidas de mesma letra maiúscula não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

2) Em cada linha, médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Pela Tabela 2.7, pode-se verificar que todos os tratamentos tiveram

mais fósforo assimilável no incremento superior (0 –1). O tratamento que

obteve a maior quantidade de fósforo assimilável retido foi o tratamento E3

36%, no incremento superior. Todos os tratamentos do incremento superior

foram maiores que no incremento inferior.

Tabela 2.7 - Comparação de médias para o fósforo assimilável (mg/kg)

INCREMENTO w% 28% 32% 36%

Superior

E1 2,72C b

1,21B a

1,03B a

E2 2,07BC a

2,75B b

2,30C a

E3 1,86B a

2,27B a

3,83D b

Inferior

E1 0,06A a

0,05A a

0,06A a

E2 0,31A a

0,13A a

0,06A a

E3 0,16A a

0,34A a

0,09A a

NOTAS: 1) Em cada coluna, médias seguidas de mesma letra maiúscula não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

2) Em cada linha, médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

Analisando-se as tabelas de comparação de médias é muito difícil

perceber a relação entre o aumento do fósforo total e do fósforo assimilável.

Somente se observa o aumento no incremento superior para ambos os casos.

59

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Realizando-se a análise de variância, quando aplicado cada um dos efluentes

(Tabela 2.8), pode-se observar que ocorre o efeito tratamento, então se

realizou a análise de médias pelo teste de Tukey. Os resultados são

apresentados em forma de gráficos (Figura 2.7).

Tabela 2.8 - Fósforo analisado pela (ANOVA) para aplicação do E1, E2 e

E3

FONTE DE VARIAÇÃO GL Fc (PT) Fc(PA)Tratamentos (E1)Tratamentos (E2)Tratamentos (E3)

666

58,51 S35,33 S

114,34 S

51,40 S22,10 S60,94 S

NOTA: S = significativo, ao nível de 5% de probabilidade.

A Figura 2.7 mostra os resultados do fósforo total no lado esquerdo e

os resultados do fósforo assimilável no lado direito. Os dois primeiros gráficos

referem-se à aplicação do tratamento E1. O maior aumento foi para a coluna 1,

seguida pelas colunas 2 e 3. Ambas referem-se ao incremento superior. As

outras não tiveram aumento de fósforo, relativamente à quantidade de fósforo

antes dos tratamentos. Também houve aumento nas colunas para o fósforo

assimilável. Nota-se que o fósforo assimilável está em mg/kg e o fósforo total

em g/kg, logo, o aumento do fósforo assimilável é muito pequeno,

comparativamente ao fósforo total.

Quando aplicado E2 e E3, as colunas que tiveram os maiores aumento

foram a 1, 2 e 3, do incremento superior. Considerando que não se observou

um aumento significativo do teor de matéria orgânica no solo (Tabela 2.3) o

fósforo retido no incremento superior, deve se encontrar na forma inorgânica

(fosfatos e polifosfatos).

As quantidades de fósforo retidas no incremento superior, não

seguiram um padrão, pois muitos fatores estão envolvidos, como:

• Concentração inicial de fósforo na solução; sendo maior no tratamento

E1, espera-se reter mais nos tratamentos com esta água residuária

(HOODA et al., 1999).

• Teor de umidade de compactação que forma na matriz do solo

estruturas diferentes, com diferentes proporções de interagregados e

60

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intra-agregados, causando maior fluxo de líquido e, com isso,

favorecendo as colunas que percolarem mais volume de poros, quando

aplicado E3 (ROMERO; GENS; LLORET, 1999).

• A presença de sólidos totais, principalmente de sais que causam

dispersão nas partículas do solo e influenciam no fluxo de líquidos.

• A adoção de diferentes critérios de coleta de amostras, tempo máximo

de 15 dias ou a percolação de, no máximo, 8 volumes de poros. Isso

pode levar a conclusões precipitadas, pois em 15 dias o tratamento E1

36% percolou 3 volumes de poros, enquanto que o tratamento com E3

28% percolou 8 volumes de poros em menos de um dia.

61

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b

Figura 2.6 - Acumulação do fósforo no solo, aplicando E1, E2 e E3.

Colunas: 0, solo inicial; 1, 2 e 3, incremento superior nos teores

de umidade, 28, 32 e 36%; 4, 5 e 6 incremento inferior nos

teores de umidade 28, 32 e 36%.

NOTAS: Letras minúsculas são médias que não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

62

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

1

2

3

4

Fósf

oro

assi

milá

vel (

mg/

kg)

E1

a

c

bb

a a a

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

1

2

3

4

Fósf

oro

assi

milá

vel (

mg/

kg)

E2

a

b

b

b

aa a

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

2

4

6

8

Fósf

oro

tota

l (g/

kg)

E1

a

c

b b

a aa

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

2

4

6

8

Fósf

oro

tota

l (g/

kg)

E2

a

b

b

b

aa a

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

1

2

3

4

Fósf

oro

assi

milá

vel (

mg/

kg)

E3

a

b

b

c

aa

a

0 1 2 3 4 5 6Colunas

0

2

4

6

8

Fósf

oro

tota

l (g/

kg)

E3

a

bb

c

a a a

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Considerando os resultados obtidos e discutidos sobre o fósforo no

solo, pode-se dizer que ele reagiu com os colóides do solo e precipitou,

complexou-se e ficou fortemente adsorvido.

O Latossolo Vermelho distroférico típico é de coloração escura,

indicando a presença de óxidos de ferro. Sendo este de caráter anfótero, reage

tanto com partículas negativas quanto com partículas positivas e é dependente

do pH do meio. Segundo LUCHESE, FAVERO e LENZI (2001), solos com pH

entre 5 e 7 reagem com óxidos.

Outra possibilidade para o fosfato é reagir com o alumínio

(Equação 2.1), visto que na caracterização química do solo ele apresenta

inicialmente um caráter ácido e com elevadas concentrações de H+ e Al3+.

De uma maneira geral, as argilas apresentam uma superfície

específica grande, com muitos sítios (KORETSKY, 1999). Isso abre uma

grande possibilidade para o fosfato ficar retido no solo, além da capacidade de

troca catiônica dos solos argilosos (VAN OLPHEN, 1977).

No Capitulo 1, observou-se uma variação no pH do percolado,

enquanto que a condutividade elétrica que, no início, era igual a do solo,

aumentou com a percolação dos volumes de poros. A seguir será avaliado o

comportamento das cargas no solo, considerando-se a carga dependente do

pH. Na Tabela 2.9 estão os resultados de variância (ANOVA) para o PCZ, o

pH e o potencial elétrico de superfície (Ψo), indicando a diferença de média

para os tratamentos.

Tabela 2.9 - Análise de variância (ANOVA) para PCZ, pH e potencial

elétrico de superfície (Ψo).

Fonte de variação GL Fc(PCZ) Fc(pH) Fc(Ψo)Tratamentos 18 3,18 S 38,08 S 11,62 SNOTA: S = significativo, ao nível de 5% de probabilidade.

Fazendo a análise das diferenças de médias pelo teste de Scott-Knott,

obtêm-se os resultados da Tabela 2.10. O PCZ teve apenas variação, ao nível

de 5%, para o tratamento E1 28% no incremento superior. Esse ponto foi

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estimado, pois o solo demandava uma grande quantidade de ácido e mesmo

depois de muitos ensaios não foi possível determiná-lo, logo, o verdadeiro PCZ

pode ser menor.

Tabela 2.10 - Diferenças de médias para o PCZ, pH e Ψo

INCREMENTO TRATAMENTO PCZ pH Ψo

Superior

E1 28%

E1 32%

E1 36%

E2 28%

E2 32%

E2 36%

E3 28%

E3 32%

E3 36%

4,12

3,48

3,11

3,35

3,20

3,27

3,17

3,23

3,27

b

a

a

a

a

a

a

a

a

6,78

6,66

6,61

5,97

6,29

6,14

4,92

4,93

5,20

e

e

e

d

e

d

b

b

b

-157,14

-192,93

-188,41

-175,61

-181,13

-177,20

-96,37

-100,69

-114,07

b

b

b

b

b

b

a

a

a

Inferior

E1 28%

E1 32%

E1 36%

E2 28%

E2 32%

E2 36%

E3 28%

E3 32%

E3 36%

3,37

3,29

3,42

3,25

3,25

3,36

3,21

3,28

3,47

a

a

a

a

a

a

a

a

a

6,57

6,36

5,64

4,96

4,99

4,86

4,57

4,60

4,57

e

e

c

b

b

b

a

a

a

-192,54

-186,83

-134,91

-101,87

-102,66

-82,21

-76,50

-80,01

-82,01

b

b

a

a

a

a

a

a

a

Solo Antes 3,49 a 4,21 a -61,95 aNOTA: Em cada coluna, médias seguidas de mesma letra minúscula não diferem entre si,

pelo teste de Scott-Knott, a 5% de probabilidade.

Já o valor do pH inicial do solo foi maior que o PCZ, havendo

predominância de cargas negativas. Da mesma forma o valor do pH continua

sendo maior depois dos tratamentos, assim, continuam a predominar as cargas

negativas nos colóides do solo (KORETSKY, 1999).

O pH teve maior aumento para o tratamento com E1, tanto no

incremento superior quanto no incremento inferior, em quase todos os teores

de umidade. Parte do aumento do pH pode ser atribuído à alcalinidade do

64

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efluente de suíno e da alta concentração de amônia. A amônia na presença de

ácido carbônico produz carbonato de amônia, que se apresenta solubilizado na

solução, nas formas de amônio (NH4+) e carbonato (CO3

2-). O carbonato, por

ser um ânion de um ácido fraco (H2CO3(aq)), sofre hidrólise liberando para o

meio hidroxilas (HO-), conforme as reações.

CO3-(aq) + H2O HCO3

-(aq) + HO-

(aq)

HCO3-(aq) + H2O H2CO3(aq0 + HO-

(aq) (2.3)

Portanto, nesse processo tem-se a formação de duas hidroxilas e de

dois hidrogênios ácidos, sendo consumidos no meio, logo, o meio está sendo

neutralizado (LUCHESE; FAVERO; LENZI, 2001).

Quando aplicado E2, o aumento do pH foi maior no incremento

superior do que no incremento inferior, como a solução estava mais diluída os

íons negativos ficaram retidos no incremento superior liberando mais

hidrogênios.

A variação ocorrida no E3 se deu somente pela adição do fosfato

monobásico de potássio, que ficou retido apenas no incremento superior

(Figura 2.7, pg. 61).

Quanto ao fosfato, pode reagir com as argilas, óxidos e formar

precipitados com alumínio, ferro e manganês, entre outros, liberando hidroxilas

para o meio (Equação. 2.1).

O nitrato adicionado nos efluentes não influencia nas reações que

ocorrem nos colóides do solo, pois como o solo tem predominância de cargas

negativas ele continua no meio e, por ser solúvel em água, é lixiviado

(LUCHESE; FAVERO; LENZI, 2001).

Considerando a diferença de médias, pelo teste de Scott-Knott, o

potencial elétrico de superfície teve um aumento de cargas negativas,

significativo ao nível de 5% de probabilidade, quando aplicado E1 e E2 no

incremento superior e E1 no incremento inferior nos teores de umidade 28 e

32%.

O aumento do Ψo ocorre devido à capacidade de troca catiônica e

aniônica dos colóides do solo. Como já verificado, os solos argilosos possuem

uma superfície específica grande, comparativamente aos solos arenosos,

65

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nessas superfícies estão os sítios reativos. Os sítios reativos são responsáveis

por atraírem partículas de cargas opostas e/ou de mesma carga, mas com

afinidade maior (KORETSKY, 1999).

Analisando o PCZ, pH e o Ψo, observa-se que não houve alteração na

estrutura das partículas coloidais, mas a alcalinidade do tratamento E1 e a

presença de cargas de diferentes magnitudes provocaram alterações nas

superfícies e na dinâmica das cargas elétricas. E, de uma maneira menos

significativa, nos íons dependentes do pH como (NH4+) e (PO4

2-).

2.4 SUGESTÕES PARA FUTURAS INVESTIGAÇÕES

Considerando-se os dados obtidos nesta pesquisa, pode-se ainda

sugerir que:

• Posto que o fosfato reaja com óxidos e argilas, seria relevante

estudar a participação de cada um na retenção deste íon.

• Poder-se-ia estudar o aumento de sódio no solo, quando aplicada

água residuária, pois os sais como o sódio, influenciam na dinâmica

de cargas das partículas coloidais do solo,

66

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2.5 CONCLUSÃO

Com base nos resultados da pesquisa, é possível concluir que:

• O fósforo ficou mais retido no incremento superior e a maior parte

dele era fósforo fracamente adsorvido.

• Os colóides do solo são dependentes do pH e têm predominância de

carga negativa.

• As cargas negativas são aumentadas com a aplicação dos efluentes.

• O potencial elétrico de superfície teve um aumento de cargas

negativas, proveniente da alcalinidade dos efluentes de suíno e de

íons dependentes do pH como (NH4+) e (PO4

2-).

67

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REFERÊNCIAS

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Agrícola) – Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Estadual

do Oeste do Paraná.

BRADY, N. C.; WEIL, R. R. The nature and properties of soil. London:

Prentice-Hall International (UK) Limited, 1996. p. 241-270.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA,

Manual de métodos de análise de solo. 2. ed., Rio de Janeiro: Embrapa,

1997. 209 p.

HOODA, P. S.; MOYNAGH, M.; SVOBODA I. F.; EDWARDS, A. C.;

ANDERSON, H. A.; SYM, G. Phosphorus loss in drainflow from interstisively

managed grassland soil. Journal of Environmental Quality. v. 28, p. 1235-

1242, 1999.

KORETSKY, C. The significance of surface complexation reations in hydrologic

systems: a geochemist’s perspective. Journal of Hydrology. v. 230,

p. 127-171, 2000.

LUCHESE, E. B.; FAVERO, L. O. B.; LENZI, E. Fundamentos da química do solo. Rio de Janeito: Freitas Bastos, 2001. 159 p.

McGECHAN, M. B.; LEWIS, D. R. Transport of Particulate and Colloid-sorbed

Contaminants though Soil, Part 1: General Principles. Biosystems Engineering. v. 3, p. 255-273, 2002.

68

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MELLO, F. A. F. et al. Fertilidade do solo. Piracicaba: Ed. 4, 1983.

OLIVEIRA, R. A.; CAMPELO, P. L. G.; MATOS, A. T.; MARTINEZ, M. A.;

CECON, P. R. Influência da aplicação de águas residuais de suinocultura na

capacidade de infiltração de um solo Pedzólico Vermelho-Amarelo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, v. 4, n. 2,

p. 263-267, 2000.

ROMERO, E.; GENS, A.; LLORET, A. Water permeability, water retention and

microstructure of unsaturated compacted Boom clay. Engineering Geology, v.

54, 1999. p. 117-127

UEHARA, G.; GILLMAN, G. The mineralogy, chemistry and physics of tropical

soils with variable charge clays. Westview Trop. Agric. Boulder, Colorado,

n. 4, 1981.

VAN OLPHEN, H. Clay colloid chemistry – for clay technologists, geologist, e soil scientists. 2. ed. New York – London – Sydney – Toronto,

1977. 319 p.

69

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ANEXOS

70

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ANEXO A - DETERMINAÇÃO DO FOSFATO

A. PREPARO DOS PADRÕES

A.1. Preparo de 8 L da solução P-A (HCl 0,05M + H2SO4 0,0125M)

a) Colocar 500 mL de água destilada em um balão volumétrico de

1L;

b) Adicionar 32,5 mL de HCl concentrado; 5,6 mL de H2SO4

concentrado e completar o volume;

c) Transferir a solução para um recipiente de 10 L e completar com

água destilada para 8 L. Agitar bem.

A.2. Padrão misto concentrado (500 mg/L de P)

a) Pesar 2,196 g de KH2PO4 (seco a 105oC por uma hora) e

dissolver a 1L em balão volumétrico com solução P-A.

A.3. Padrão Misto diluído (10 mg/L de P)

a) Diluir 10 mL do padrão misto concentrado a 500 mL em balão

volumétrico com solução P-A.

A.4. Padrões de Trabalho

a) Pipetar alíquotas de 0.0 – 10 – 20 – 35 – 50 e 75 mL do padrão

misto diluído para balões volumétricos de 100 mL. Completar o

volume com P-A. Estes padrões contêm 0,0 – 1,0 – 2,0 – 3,5 –

5,0 e 7,5 mg/L de P.

B. PREPARO DA AMOSTRA ( EXTRAÇÃO COM HCl)

a) Transferir 100 mL da amostra homogeneizada para um béquer;

b) Adicionar 2 mL de HCl 50%;

c) Agitar intermitentemente por 10 minutos, tampar o béquer e

deixar decantar até o dia seguinte (a determinação será feita no

sobrenadante).

71

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C. PREPARO DO REAGENTE MISTO

a) H2SO4 2,5m: diluir 70 mL de H2SO4 concentrado a 500 mL.

b) Molobdato de amônio: dissolver 20 g do sal para 500 mL com

água destilada (guardar em frasco de pyrex).

c) Ácido ascórbico 0,1M: dissolver 1,76 g de ácido ascórbico em 100

mL de água. Preparar a quantidade necessária no dia da

utilização, pois se oxida facilmente.

d) Antimonil tártaro de K (1 mg/mL de Sb): dissolver 0,273 g do sal

para 100 mL com água destilada.

e) Reagente Misto: misturar bem 50 mL de H2SO4 2,5 M com 15 mL

de molibdato de amônio. Adicionar 30 mL da solução de ácido

ascórbico e 5 mL da solução de antimonil tártaro de K (total 100

mL). Está solução deve ser preparada no dia da utilização ( não

se mantém por mais de 24 h.

D. LEITURA DA ABSORBÂNCIA

D.1. Curva Padrão

a) Transferir 20 mL de cada padrão para copo descartável

b) Adicionar 3 mL do reagente misto (não adicionar ao padrão de 0.0

mg/L de P);

c) Determinar a absorbância em espectrofotômetro visível em 882

nm após 10 minutos;

d) Com os valores das concentrações de fósforo conhecidas nos

padrões e os valores das absorbâncias lidas, montar a curva

padrão e encontrar a equação que melhor ajuste os dados (R2 ≈

1).

D.2. Leitura da Absorbância na Amostra

a) Transferir 20 mL da amostra (item 2) para copo descartável;

b) Adicionar 3 mL do reagente misto;

c) Determinar a absorbância em espectrofotômetro visível em 882

nm apís 10 minutos (a cor é estável por 24h).

72

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E. CÁLCULOS

a) Substituir o valor da absorbância lida (y) na equação da curva

padrão e encontrar o valor correspondente do fósforo na amostra

(x);

b) O teor de fósforo é então calculado por:

P (mh/L) = x . fator de diluição

73

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ANEXO B - LAUDO DAS ANÁLISES QUÍMICAS DO SOLO

74

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ANEXO C - ESTIMATIVA DO PONTO DE CARGA ZERO

1. Coloca-se 4g de solo seco em béqueres de 50 mL e ajusta-se o pH com

ácido (HCl 0,1N) ou base (NaOH 1N), em uma faixa de valores

suficientemente larga para cobrir o pH0 esperado. Adiciona-se 0,5 mL de

solução eletrolítica KCl 0,1 molL-1 e completa-se o volume para 20 mL

com água destilada.

2. Permite-se que o solo atinja o equilíbrio por 4 dias, agindo

esporadicamente, então registra-se o pH de equilíbrio. Designa-se esses

valores como pH 0,002 M.

3. Adiciona-se 0,5 mL de solução eletrolítica KCl 2 molL-1, agita-se

suavemente por cerca de 3 horas, e registra-se o pH. Designa-se esses

valores como pH 0,05 M.

4. Para cada béquer, calcula-se:

ΔpH = pH0,05M – pH0,002M

e plota-se os pares de valores ΔpH versus pH0,002M para revelar o ponto

onde ΔpH = 0. Este é o pH0 – o valor de pH que é independente da

concentração salina.

75

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ANEXO D - ANÁLISE ESTATÍSTICA

1.D MATÉRIA ORGÂNICA

Tabela 1D - Teor de matéria orgânica (g/kg)Tratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

34,1334,8834,6233,8433,8933,2133,9434,5732,92

36,7731,6535,2935,2933,6833,4735,8135,2434,09

39,7435,1435,6634,1735,2933,8635,1733,3234,46

36,8833,8935,1934,4334,2933,5134,9834,3833,83

2,811,940,530,760,880,320,950,980,80

7,615,731,502,222,560,972,722,842,37

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

34,7434,5135,6935,2933,8335,2435,4035,0534,51

35,1735,2936,3135,4034,7534,6335,5933,5435,06

34,1334,4136,0835,2535,5033,3234,8334,4435,61

34,6834,7436,0335,3234,7034,4035,2734,0735,06

0,520,480,310,080,830,980,390,470,55

1,511,390,870,212,402,861,121,371,56

Tabela 2D - Análise de Variância (ANOVA) para matéria orgânica (MO)Fonte de variação GL SQ QM Fc (5%) (1%)Efluente (EF)Teor de umidade (W)Profundidade (P)EF x WEF x PP. x W EF x W x PResíduo

221422436

6,377,771,385,151,853,947,34

37,70

3,183,881,381,280,921,971,831,04

3,043,711,321,230,881,831,75

NSNNNNN

nnnnnnn

TOTAL 53 71,51NOTAS: CV% = 2,94. Média geral = 34,76, Número de observações = 54.

S, significativo, N, não significativo ao nível de 5% e n, não significativo ao nível de 1% de probabilidade.

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2.D - FÓSFORO TOTAL

Tabela 3D - Fósforo total (g/kg)Tratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

7,634,805,164,665,645,174,695,576,34

6,975,545,086,185,985,334,724,966,43

7,435,565,344,966,525,575,055,496,10

7,345,315,195,266,055,354,825,346,29

0,350,440,130,800,450,200,200,330,17

4,718,342,54

15,267,373,744,166,162,76

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

3,003,022,903,723,263,033,603,683,18

2,963,311,773,623,022,983,083,333,10

3,103,072,923,093,053,003,193,543,14

3,313,132,533,483,113,003,293,523,14

0,570,160,660,340,130,020,270,170,04

17,335,04

25,979,714,170,688,344,921,37

SOLO ANTES 2,87 3,05 3,12 3,01 0,13 4,27

Tabela 4D - Análise de Variância (ANOVA) para fósforo totalFonte de variação GL SQ QM Fc Sig.UmidadeProfundidadeEfluenteProfundidade x UmidadeEfluente*UmidadeEfluente*ProfundidadeEfluente*Umidade*ProfundidadeResíduo

2122424

34

0,020,72

86,066,641,940,386,674,19

0,010,36

86,061,660,970,191,670,11

0,0723,085

740,14414,2818,3211,648

14,346

NNSSSNS

TOTAL 53 106,61NOTAS: S, significativo e N, não significativo ao nível de 5% de probabilidade.

CV% = 8,49. Média geral = 4,40. Número de observações = 54.

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3.D - FÓSFORO ASSIMILÁVEL

Tabela 5D - Fósforo assimilável (mg/kg)Tratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

2,471,570,971,322,681,931,581,583,86

2,380,941,242,892,172,991,792,443,50

3,331,110,881,013,391,972,202,784,14

2,721,211,032,072,752,301,862,273,83

0,520,330,190,790,610,600,320,620,32

19,227,118,038,022,226,317,127,48,4

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

0,060,060,060,090,110,050,070,170,08

0,070,060,050,340,190,060,100,520,12

0,050,040,060,500,080,060,320,340,06

0,060,050,060,310,130,060,160,340,09

0,010,010,010,200,060,000,140,170,03

11,225,513,965,745,64,7

87,551,739,4

SOLO ANTES 0,05 0,05 0,05 0,05 0,00 6,7

Tabela 6D - Análise de Variância (ANOVA) para fósforo Assimilável

Fonte de variação GL SQ QM Fc Sig.EfluenteUmidadeProfundidadeEfluente x UmidadeEfluente x Profundidade.Profundidade x UmidadeEfluente x Umidade x ProfundidadeResíduo

2214224

34

3,110,10

58,805,591,750,416,504,91

1,550,05

58,801,400,880,201,630,14

11,3740,379

430,63110,2396,4271,493

11,910

SNSSSNS

TOTAL 53 81,18NOTAS: S, significativo e N, não significativo ao nível de 5% de probabilidade.

CV% = 31,25. Média geral = 1,18. Número de observações = 54.

78

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4.D - FÓSFORO NO SOLO APLICANDO E1, E2 e E3

Tabela 7D - Análise de variância (ANOVA) para E1Fósforo total

Fonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

54,1652,15956,32

9,0270,1154

58,51 S

Fósforo assimilávelFonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

18,3290,832

19,161

3,0550,059

51,40 S

NOTAS: Fósforo total: CV% : 9,21. Média geral: 4,27. Número de observações: 21.

Fósforo assimilável: CV% : 32,91. Média geral: 0,74. Número de observações: 21

S, significativo e N, não significativo ao nível de 5% de probabilidade.

Tabela 8D - Análise de variância (ANOVA) para E2Fósforo total

Fonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

31,2712,065

33,336

5,2120,147

35,33 S

Fósforo assimilávelFonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

26,5342,802

29,336

4,4220,200

22,10 S

NOTAS: Fósforo total: CV% : 9,18. Média geral: 4,182. Número de observações: 21.

Fósforo assimilável: CV% : 40,87. Média geral: 1,09. Número de observações: 21

S, significativo e N, não significativo ao nível de 5% de probabilidade.

Tabela 9D - Análise de variância (ANOVA) para E3Fósforo total

Fonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

29,6300,605

30,235

4,9380,043

114,34 S

Fósforo assimilávelFonte de variação GL SQ QM Fc Sig.TratamentosResíduoTotal

61420

37,4501,434

38,884

6,2410,102

60,94 S

Fósforo total: CV% : 4,95. Média geral: 4,202. Número de observações: 21.

Fósforo assimilável: CV%: 25,54. Média geral: 1,25. Número de observações: 21

S, significativo e N, não significativo ao nível de 5% de probabilidade.

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5.D - PCZ, pH e POTENCIAL ELÉTRICO DE SUPERFICIE NO SOLO

Tabela 10D - PCZTratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

4,113,343,123,283,133,313,203,343,27

4,673,783,103,373,273,333,163,123,25

3,583,333,113,413,203,183,143,223,29

4,123,453,113,353,203,273,173,223,27

0,550,290,010,070,070,080,030,110,02

13,238,390,321,992,192,490,963,410,61

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

3,353,203,363,103,273,423,393,263,21

3,393,223,503,113,253,343,103,413,28

3,373,443,403,533,243,333,143,173,93

3,373,293,423,253,253,363,213,283,47

0,020,130,070,240,020,050,160,120,40

0,594,052,107,560,471,474,903,70

11,43SOLO ANTES 2,96 3,26 3,26 3,16 0,17 5,48

Tabela 11D - Análise de variância (ANOVA) PCZFonte de variação GL SQ QM Fc SigTratamentosResíduoTotal

183856

2,4811,0793,561

0,1380,028

4,85 S

NOTAS: CV% : 5,08. Média geral: 3,32. Número de observações: 57

S, significativo ao nível de 5% de probabilidade.

80

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Tabela 12D - pHTratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

6,646,406,806,436,196,044,954,955,28

6,776,736,595,526,166,234,954,905,15

6,946,846,455,966,536,164,854,955,18

6,786,666,615,976,296,144,924,935,20

0,150,230,180,450,210,100,060,030,07

2,223,442,667,623,261,561,170,581,31

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

6,066,685,574,855,034,904,604,634,58

6,716,785,385,035,054,874,534,604,58

6,945,635,964,994,904,814,584,584,56

6,576,365,644,964,994,864,574,604,57

0,460,640,300,100,080,050,040,030,01

6,9510,01

5,252,071,630,940,790,550,25

SOLO ANTES 4,31 4,19 4,13 4,21 0,09 2,18

Tabela 13D - Análise de variância (ANOVA) pHFonte de variação GL SQ QM Fc SigTratamentosResíduoTotal

183856

39,8582,209

42,068

2,2140,058

38,08 S

NOTAS: CV% : 4,37. Média geral: 5,52. Número de observações: 57

S, significativo ao nível de 5% de probabilidade.

Tabela 14D - Potencial elétrico de superfícieTratamento Repetição

1Repetição

2Repetição

3Média Desvio

padrãoCV%

Sup.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

-149,27-207,09-197,65-245,44-180,54-163,43-103,25-94,99

-111,51

-123,90-174,05-187,03-126,85-170,51-184,08-105,61-105,02-112,10

-198,24-197,65-180,54-157,53-192,34-184,08-80,24

-102,07-118,59

-157,14-192,93-188,41-176,61-181,13-177,20-96,37

-100,70-114,07

37,7917,01

8,6461,5510,9311,9214,02

5,153,93

-24,05-8,82-4,58

-34,85-6,03-6,73

-14,54-5,12-3,44

Inf.

E1 28%E1 32%E1 36%E2 28%E2 32%E2 36%E3 28%E3 32%E3 36%

-159,89-205,32-131,57-106,20-103,84-87,32-71,39-86,73-84,96

-219,48-225,97-110,92-113,28-106,20-90,27-84,37-70,21-76,70

-198,24-129,21-162,25-86,14-97,94-69,03-73,75-83,19-84,37

-192,54-186,83-134,91-101,87-102,66-82,21-76,50-80,04-82,01

30,2050,9625,8314,08

4,2511,51

6,918.704,61

-15,69-27,28-19,14-13,82-4,14

-14,00-9,04

-10,87-5,62

SOLO ANTES -79,65 -54,87 -51,33 -61,95 15,43 -24,91

81

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Tabela 15D - Análise de variância (ANOVA) Potencial elétrico de superfícieFonte de variação GL SQ QM Fc SigTratamentosResíduoTotal

183856

12163122097

143729

6757581

11,62 S

NOTAS: CV% : -18,44. Média geral: -130,79. Número de observações: 57

S, significativo ao nível de 5% de probabilidade.

Tabela 16D - Parâmetros físicos nas colunas (efluente x teor de umidade)

Densidade (kN m-3) Volume de poros (mL) Porosidade (%) Grau de compactação (%)28% 32% 36% 28% 32% 36% 28% 32% 36% 28% 32% 36%

E1 13,37 13,89 13,83 107,24 105,60 103,62 0,56 0,54 0,55 98,22 102,06 101,61E1 12,05 13,56 13,72 94,27 102,25 102,32 0,60 0,55 0,55 88,57 99,61 100,78E1 12,37 13,31 13,79 114,62 111,44 101,83 0,59 0,56 0,55 90,91 97,77 101,30E2 13,29 13,95 13,33 102,43 106,04 100,98 0,56 0,54 0,56 97,68 102,47 97,94E2 13,06 13,39 14,45 96,12 93,48 95,69 0,57 0,56 0,53 95,95 98,39 106,15E2 13,09 13,78 14,03 102,41 99,07 103,59 0,57 0,55 0,54 96,16 101,23 103,07E3 13,20 13,53 13,10 96,13 102,42 103,32 0,57 0,56 0,57 97,01 99,44 96,25E3 12,95 13,98 13,67 96,07 98,30 104,49 0,57 0,54 0,55 95,15 102,70 100,48E3 13,36 12,92 13,29 94,25 100,36 104,58 0,56 0,57 0,56 98,17 94,94 97,65

X 12,97 13,59 13,69 100,39 102,11 102,27 0,57 0,55 0,55 95,31 99,84 100,58s 0,46 0,35 0,41 6,96 5,20 2,74 0,02 0,011 0,01 3,38 2,56 3,03

CV% 3,54 2,57 3,01 6,93 5,09 2,68 2,63 2,07 2,46 3,54 2,57 3,01

NOTAS: X :média; s: desvio padrão; CV%: coeficiente de variação.

82