Utilização de Esgoto Tratado na Agricultura

V Encontro Técnico Ibero-Americano Controle da Poluição de Águas e Solos Por Processos Biológicos

Roque Passos Piveli

Panorama Internacional da Irrigação com Esgoto 1.330.000 ha na China 14.000 ha nos EUA 10.000 ha em Israel 28.000 ha na Alemanha 37.000 ha na Argentina 250.000 ha no México (na capital, 45 m3.s-1

de esgotos distribuídos em canais e reservatórios, irrigando 80.000 ha onde se cultivam forrageiras e cereais)

TRATAMENTO DE ESGOTO

As dificuldades de atendimento a exigentes padrões de lançamento despertam, de forma nítida, o apelo à reciclagem de nutrientes por meio de diversas modalidades de reúso da água.

Seria a utilização de todos os constituintes

dos esgotos, de forma integrada, o caminho a percorrer para um futuro sustentável?

TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO

Lagoas de Estabilização

Sistema

Eficiência média de remoção

DBO5 (%)

DQO (%)

SS (%)

NH4+

(%) Ntotal (%)

Ptotal (%)

CTer (unid. log)

Lagoa anaeróbia + Lagoa facultativa + Lagoa de maturação

80-85 70-83 73-83 50-65 50-65 > 50 3-5

Remoção praticamente completa de cistos de protozoários e ovos de helmintos

Diretrizes para o uso de esgoto tratado na agricultura

Tipo de utilização

Qualidade necessária para a água de reúso Exemplos de

tecnologias de tratamento Parâmetros

microbiológicos Uso agrícola irrestrito Irrigação superficial ou por aspersão de qualquer cultura, inclusive culturas alimentícias consumidas cruas. Inclui também a hidroponia

CTer < 1x 103/100mL

Helmintos < 1 ovo/L

Turbidez

< 5 uT

Lagoa Facultativa + LM UASB + LP TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + FT + DES UASB + FBP + FT + DES TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + + FT + DES UASB + FBP + FT + DES

Diretrizes para o uso de esgotos tratado na agricultura

Tipo de utilização

Qualidade necessária

para a água de reúso

Exemplos de tecnologias de

tratamento Parâmetros

microbiológicos Uso agrícola restrito Irrigação superficial ou por aspersão de qualquer cultura não ingerida crua, inclui culturas alimentícias e não alimentícias, forrageiras, pastagens e árvores. Inclui também a hidroponia.

CTer < 1 x 104/100mL

Helmintos < 1 ovo/L

Lagoa Facultativa + LM UASB + LP

TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + FT + DES UASB + FBP + FT +

DES

Diretrizes para o uso de esgoto tratado na agricultura

Tipo de utilização

Qualidade necessária para a água de reúso Exemplos de

tecnologias de tratamento Parâmetros

microbiológicos Uso agrícola restrito com barreiras adicionais de controle da exposiçào humana (ex.: técnicas de irrigação e uso de equipamento de proteçào indivudual)

CTer < 1 x 105/100mL

Helmintos < 1 ovo/L

Lagoa Facultativa + LM UASB + LP UASB + ES UASB + Wetland

TS + FA + FT + DES UASB + FA + FT + DES UASB + LA + FT + DES UASB + BF + + FT + DES UASB + FBP + FT + DES

Efeitos da irrigação com esgoto tratado sobre o solo e solução do solo

Constituintes do solo Solo ideal para cultivo: 25% de água 25% de ar 50% de material sólido (5% de matéria orgânica) Sólidos inorgânicos: Argila (diâmetro inferior a 0,002 mm) Silte (diâmetro médio entre 0,002 mm e 0,02 mm) Areia (diâmetro médio entre 0,02 e 2 mm)

Efeitos sobre as propriedades físicas do solo

Textura do solo: forma como as partículas sólidas (areia, silte e argila) se encontram distribuídas proporcionalmente no material. Estrutura do solo: organização em agregados maiores. A estrutura do solo, é responsável pela sua macroporosidade e microporosidade, a qual deve ser adequadamente distribuída. No espaço dos macroporos ocorre a movimentação mais intensa de água e circula o ar para respiração de raízes e microrganismos. Os microporos, por sua vez, são responsáveis pela retenção da solução do solo onde se encontram os nutrientes vegetais.

Controle de salinização e sodificação do solo

Íons cloreto e sulfato, principalmente, associados ao sódio.

Variáveis de controle: condutividade elétrica (CE) percentagem de sódio trocável (PST) razão de absorção de sódio (RAS) pH

Porcentagem de Sódio Trocável

PST = Na: Sódio trocável ou adsorvido, em mmolc.kg-1

CTC: Capacidade de troca de cátions do solo (Ca + Mg + Na + K + Al + H), em mmolc.kg-1

Problemas com sodificação de solos passam a ser importantes quanto a PST atinge valores superiores a 15%.

Neste caso, a produtividade das culturas diminui pela

desestruturação do solo e baixa permeabilidade à água e as raízes.

100×CTCNa

Razão de Absorção de Sódio (RAS)

Na+, Ca2+ e Mg2+ concentrações de íons em solução, meq/L. Solos sódicos exigem manejo para sua recuperação e

retorno ao ciclo produtivo.

2MgCa

NaRAS+

=

Condutividade Elétrica

Solos com CE > 4 dS/m são considerados salinos e podem ter efeitos tóxicos de Cl- sobre as plantas. A irrigação com esgoto tratado se não adequadamente manejada pode provocar aumentos na PST e condutividade elétrica, acarretando problemas na condutividade hidráulica do solo.

Alterações nas características do solo provocadas pela irrigação com esgoto

Aumento de pH e da velocidade de decomposição de matéria orgânica, reduzindo a disponibilidade de carbono orgânico e de nitrogênio total, via nitrificação e desnitrificação.

Aumentos na concentração de carbono e nitrogênio

total, indicando que o aporte desses nutrientes pelo esgoto compensa a redução devida aos fenômenos anteriormente descritos.

O aporte de fósforo pelo esgoto não é excessivo e as

formas presentes podem ser consideradas assimiláveis pelas plantas.

Metais Tóxicos

Metais tóxicos: Cd, Pb, Cr, etc. Baixas concentrações no esgoto doméstico Influência de efluentes industriais De qualquer maneira, o monitoramento desses elementos no esgoto e no solo são necessários

para garantir sustentabilidade ambiental.

A irrigação com esgoto tratado e a fertilidade do solo

O pH do solo condiciona a disponibilidade de nutrientes no solo, visto que atua sobre o equilíbrio das diversas espécies químicas presentes, principalmente em termos de solubilidade.

Metais, Fe, Cu, Mn, Zn, Al: Disponibilidade reduzida com a

elevação do pH por precipitarem na forma de hidróxidos e carbonatos.

Elementos como o N, P, K, Ca, Mg, S, Mo e o íon Cl-: Disponibilidade aumentada com o aumento do pH.

Meio neutro: Obtenção da disponibilidade máxima de nutrientes.

Valores de pH próximos a 6,5 são os mais indicados para o desenvolvimento da maioria das culturas.

Irrigação com esgoto: Efeitos sobre as plantas

Macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg e S) - São exigidos pelas plantas em grandes quantidades. São constituintes de tecidos vegetais.

Micronutrientes (Fe, Cu, Zn, Mn, Ni, Cl, Mo e B),

exigidos pelo metabolismo vegetal em pequenas quantidades por participarem principalmente de reações enzimáticas.

Matéria Orgânica

Substrato da atividade microbiana Influência na fertilidade e propriedades físicas,

químicas e biológicas do solo, conferindo-lhe estrutura granular, porosidade e retenção de umidade.

A matéria orgânica, devido a sua alta CTC, é

fundamental para o aumento na retenção de cátions.

Esgotos sanitários tratados como fonte de água e nutrientes

“...O sistema solo-planta manejado adequadamente promove a absorção e retenção dos elementos do esgoto incorporando-os à massa seca, sem que ocorra acúmulo no solo e contaminação do lençol freático, isto é, promove a ciclagem de nutrientes reduzindo a demanda por

fertilização...”

Simulação

Produção “per capita” de esgoto de 150 L.hab.d-1 Demanda de água para irrigação de 1.000 a 2.000 mm.ano-1 Concentrações de nutrientes no esgoto: Nitrogênio:15 a 35 mgN.L-1

Fósforo: 5 a 10 mgP.L-1 Potássio: 20 mgK.L-1

Aplicação de nutrientes: N: 150 a 700 kg.ha-1

P: 50 a 200 kg.ha-1

K: 200 a 400 kg.ha-1. Resultados significativos em relação às demandas de fertilizantes. Pode ocorrer excesso de nitrogênio e deficiência em fósforo.

Balanço hídrico e lâminas d’água de irrigação

Balanço hídrico: Importante para a determinação das quantidades de água aplicadas às culturas é importante para a avaliação da viabilidade da utilização de esgoto tratado.

A capacidade de armazenamento e as características

de retenção de água no solo são importantes para definir a lâmina máxima aplicada. O máximo armazenamento de água no solo é denominado “capacidade de campo” e o mínimo, “ponto de murcha permanente”.

Sistemas de irrigação e uso com esgoto tratado

O sistema de irrigação deverá providenciar a garantia sanitária do sistema. A aspersão é desfavorecida em relação à irrigação localizada e sub-superficial.

A eficiência na distribuição de água é fundamental para que as

alterações nas propriedades do solo ocorram de forma homogênea, evitando-se zonas de modificações mais profundas. Sob este ponto de vista, os aspersores poderão ser mais indicados.

Problemas de entupimento e desempenho do sistema de

irrigação: O entupimento pode ser motivado pela presença de sólidos em suspensão na águas de irrigação. Sais podem provocar desgaste e corrosão, podendo-se formar agregados que caracterizem incrustações.

Experimentos desenvolvidos no PROSAB

Universidade Federal do ceará – UFC Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Universidade de São Paulo - USP

UFC - Objetivos

Objetivo geral: avaliação da potencialidade do uso de esgoto sanitário tratado (efluente de lagoa facultativa fotossintética) na irrigação de cultura de mamona.

Efeito dos diferentes níveis e combinações dos

macronutrientes NPKS e a resposta da mamona à aplicação de micronutrientes Fe, Zn, Cu, B, Mn e Mo, em associação com os macronutrientes essenciais na produtividade da mamona.

Cultura de Mamona da UFC

UFC – sistema de irrigação e controle

O sistema de irrigação utilizado foi o de micro-aspersão, controlando-se a aplicação de água por meio de tensiômetros.

Foram monitoradas as concentrações de N, P K, S, Ca,

Mg, S, Mn, Zn, Cu, Fe, B, Mo, Cl e Ni no efluente. variáveis monitoradas no solo foram: Ca, Mg, K, Na, Al,

CTC, soma de bases, saturação por bases, PST, RAS, C, N, P, MO, pH e CE.

Controlou-se também a produtividade e a quantidade de

óleo a ser extraído das plantas.

Pesquisa na Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Objetivo: Avaliação dos impactos sobre o solo e sobre os recursos hídricos da fertirrigação de culturas de milho (verão) e aveia (inverno) com efluente de sistema constituído de reator anaeróbio do tipo UASB seguido de lagoas de polimento.

UFRGS Sistema de irrigação por sulcos com efluente de reator

anaeróbio (UASB); efluente de lagoa de polimento e testemunha, irrigação com água tratada e adubação de base e de cobertura.

A irrigação foi controlada pela capacidade de infiltração

da água no solo. Foram realizadas análises de solo e efluente antes e

após a irrigação, para determinação de macro e micro nutrientes (N, P, K, Ca, Mg, S, Mo, Cu, B, Mn, Zn, Na). Mediu-se também os teores de matéria seca das plantas

Cultura de milho da UFRGS

Desenvolvimento do milho

30 dias 60 dias

90 dias 120 dias

Pesquisa na Universidade Estadual de Campinas

A pesquisa desenvolvida pela UNICAMP no município de Franca/SP, envolveu o uso de efluente de lagoa facultativa em cultura do eucalipto, avaliando a eficácia na produtividade e qualidade do produto. Paralelamente, objetivou-se avaliar os impactos sobre o solo pelo aumenta da salinidade e da concentração de metais e sobre a água subterrânea pela possível introdução de nitrato, metais e patógenos. A sanidade e a produtividade da cultura foram monitoradas, bem como as lâminas de irrigação aplicadas.

Cultura de eucalipto da UNICAMP

UNICAMP – Controle da cultura de eucalipto

Irrigação

DAP

Análise foliar

Efluente

UNICAMP – Controle da cultura de eucalipto

Represa

Freático Distribuição

UNICAMP – sistema de irrigação e controle

O sistema de irrigação utilizado foi o de micro-aspersão, controlado por tensiômetros.

No efluente da lagoa foram monitorados: N, P, K, metais

pesados, coliformes totais e termotolerantes, ovos de helmintos, cistos de protozoários e vírus.

No solo foram monitorados: pH, condutividade elétrica, carbono oxidável total, matéria orgânica; Na e RAS, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn e Pb. Nas plantas foram monitorados: Cd, Zn, Pb, Cr, Cu, Ni, Na, K,

Ca, Mg, CO3, SO4, F, Cl, altura da planta, diâmetro à altura do peito (DAP) e índice de área foliar (IAF) e clorofila.

Pesquisa desenvolvida na Universidade de São Paulo USP: Escola Superior de Agronomia “Luiz de

Queiróz” e Escola Politécnica Objetivo: avaliar os efeitos da utilização de efluente de lagoa facultativa sobre as características físicas, químicas e biológicas do sistema solo-planta-água do lençol freático, por meio do controle das lâminas aplicadas nas culturas de cana de-açúcar e de capim Bermuda Tifton-85.

Lagoas de Estabilização de Lins/SP

Delineamento Experimental - USP

Cinco tratamentos correspondendo a diferentes lâminas de irrigação e quatro repetições.

(T1): SI – sem irrigação e sem adubação N mineral, (T2): 100 – umidade ideal (capacidade de campo), (T3): 125 – 25% a mais da umidade ideal, (T4): 150 – 50% a mais da umidade ideal e (T5): 200 – 100% a mais da umidade ideal.

Vista da cultura de cana-de-açúcar - USP

Vista da cultura de capim Tifton - USP

Vista da cultura de cafeeiro - USP

USP – Sistema de irrigação e controle

Os sistemas de irrigação utilizados foram por gotejamento (cana-de-açúcar) e microaspersão (Capim Tifton), ambos controlados por tensiômetros.

No efluente foram monitorados: temperatura, pH,

alcalinidade, condutividade elétrica, sólidos, DBO, DQO, NTK, NH4, NO2 e NO3, Ptotal, P-Orto, K, Na, clorofila-a, coliformes totais e E. coli e ovos de helmintos.

No solo foram monitorados: pH, COD, NO3, SO4, Cl,

NH4, P, K, Ca, Mg, Na, Al, H+Al, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Fe, B, CTC, RAS, PST e V. Monitorou-se também a produtividade e a qualidade dos produtos.

RESULTADOS

Lâminas Aplicadas

Cultura

Local

Área de cultura necessária

m2.m-3.d-1 m2/hab.

Mamona Fortaleza/CE 124 19

Cana-de-açúcar Lins/SP 161 24

Capim Bermuda Tifton-85

Lins/SP 588 88

Eucalipto Franca/SP 164 24

Milho Porto Alegre/RS 588 88

Aporte de nutrientes decorrente da irrigação com esgoto tratado

Cultura Local Lâmina aplicada (mm/d)

Concentração do Nutriente

Aporte do Nutriente

Nitrogênio (mgN/L)

Fósforo (mgP/L)

Nitrogênio (kgN/ha.d)

Fósforo (kgP/ha.d)

Mamona Fortaleza/CE 8,1 7,9 7,5 0,64 0,61

Cana-de açúcar

Lins/SP 6,2 33,3 4,5 2,05 0,28

Capim Tifton

Lins/SP 3,3 33,3 4,5 1,09 0,15

Eucalipto Franca/SP 6,1 59,9 11,7 3,65 0,71

Milho Porto Alegre/RS 25,0 14,0

Efeitos sobre o solo

UFC, UFRGS e USP Aumento na concentração de sódio nas camadas iniciais do solo, confirmando a hipótese de início de processo de sodificação.

UFRGS – Efeitos sobre o solo

Constituinte Unidade Profundidade (cm)

Início (22/11/2007)

Final (25/02/2008)

Potássio mg.L-1 00 - 20 79 92

20 - 40 110 80

40 - 60 104 87

Cálcio mg.L-1 00 - 20 142 103

20 - 40 151 95

40 - 60 153 104

Magnésio mg.L-1 00 - 20 29 22

20 - 40 30 17

40 - 60 34 24

Sódio mg.L-1 00 - 20 42 88

20 - 40 50 68

40 - 60 48 65

Condutividade Elétrica µS.m-1 00 - 20 107 115

20 - 40 123 114

40 - 60 124 111

USP – Efeitos sobre o solo - Sódio

Camadas (cm)

Antes do experimento

T1 T2 T3 T4 T5

0-10 0,74 0,63 3,19 2,57 2,79 3,49

10-20 1,46 1,55 4,83 3,04 3,83 4,30

20-40 2,51 2,73 4,41 3,23 4,49 4,55

40-60 2,79 3,38 4,14 2,73 4,01 4,84

60-80 2,66 2,46 3,82 2,39 4,08 4,44

80-100 2,32 2,52 3,73 2,31 3,38 4,44

Obs: T1 não recebeu irrigação

UFC - Percentual de óleo nos frutos de mamona

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Tratamentos

% d

e ól

eo

Esgoto tratadoÁgua

UFRGS - Características dos grãos e peso de matéria seca da cultura de milho Característica Água Tratada Efluente do

UASB Efluente da Lagoa de Polimento

Grãos

Número 510 561 344

Peso (g) 204 248 123

Umidade (%) 29 33 38

Matéria Seca (g)

Brácteas c/ pedúnculo 34 39 17

Caule 64 47 25

Folha com bainha 54 52 36

Pendão 2,4 2,2 1,4

Sabugo 33 29 16

UNICAMP - Altura média das plantas de eucalipto

USP - Produtividade da cana-de-açúcar

Tratamento Produtividade (ton/ha)

Código Especificação

T1 SI = parcelas sem irrigação 152,84 T2

parcelas com a umidade na capacidade de campo 247,23 T3 parcelas com 25% a mais da capacidade de

campo 198,75 T4 parcelas com 50% a mais da capacidade de

campo 232,80 T5 parcelas com 100 % a mais da capacidade de

campo 232,28

Outros aspectos

Não foram observados indícios de contaminação do lençol freático.

Não foram observados indícios de

contaminação das plantas.

Educação & Cultura

Aspectos educacionais e culturais

UFC UFRGS