Poder poluente de águas residuárias de suinocultura após utilização de um tratamento integrado

Polluent power of pig breeding residual water after utilization of the integrated treatment

Poder poluente de águas residuárias de suinocultura após utilização de um tratamento integrado

Polluent power of pig breeding residual water after utilization of the integrated treatment

Ludmilla Santana Soares e Barros^I; Luiz Augusto do Amaral^I; Jorge de Lucas Júnior^II

^IDepartamento Medicina Veterinária Preventiva e Reprodução Animal da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, Jaboticabal - SP

^IIDepartamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, Jaboticabal - SP

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

Em experimento de campo, avaliou-se o potencial de impacto ambiental de águas residuárias de suinocultura, acondicionadas em um tanque de estocagem, com distintos tempos de retenção hidráulica e aplicadas, posteriormente, em lisímetros preenchidos com solos arenosos, argilosos e de texturas médias. Para tal, foram determinados os valores de pH nos solos e as quantificações das concentrações de zinco e cobre na água residuária "in natura" e, após os quatro tempos de retenção hidráulica do tanque de estocagem, nos percolados dos lisímetros e nos solos. Os resultados mostram que a estocagem não foi eficiente na redução, aos níveis exigidos pela legislação, das concentrações de zinco e cobre nos efluentes do tanque de estocagem. A aplicação no solo gerou reduções eficientes nas concentrações de zinco e cobre. Por fim, enfocando a contribuição fertilizante destas águas residuárias, o solo argiloso foi o mais beneficiado com este sistema integrado de tratamento, contribuindo para a redução das concentrações de zinco e cobre para valores abaixo dos permitidos pelas legislações, o que protegeria o lençol freático da contaminação por esses dois metais pesados.

Palavras-chave: Metais pesados. Percolados. Lisímetros. Suinocultura. Água.

ABSTRACT

In a field trial it was evaluated the potential of environmental impact of pig breeding residuary waters, placed in storage tanks, with distinct time of hydraulic retention and applied, subsequently, in lysimeters fulfilled with sandy, clayish, and mediun soils. To do so, concentrations of zinc and copper in residual waters and after storage for four times of hydraulic retention were established, in the lysimeters percolate and in four levels of depth in the soils, and pH determinations in the soils. Storage was not effective in reduction, to the levels required by legislation, of zinc and copper concentrations in tank and storage effluents. Application in the soil caused efficient decreases in zinc and copper concentrations. At last, focusing the fertilizer contribution of those residuary waters, the clayish soil was the most improved with that integrated system of treatment, helping the reduction of zinc and copper concentrations to values bellow the ones permitted by legislation, what would protect the ground water from contamination by these two heavy metals.

Key-words: Heavy metals. Percolates. Lysimeters. Pig breeding. Water.

Introdução

Na década de 70 o sistema de integração agricultura - suinocultura estava em crescimento, contribuindo para o desenvolvimento sócio - econômico rural. Porém, apesar de contribuir fortemente para o desenvolvimento da nação, hoje a legislação ambiental vigente considera a suinocultura intensiva uma fonte de produção altamente poluidora.

Em nosso país, o sistema de armanezamento dos resíduos de suinocultura em tanques para posterior aplicação no solo é o método de tratamento mais comum. Um tanque de estocagem permite uma maior flexibilidade de manuseio¹, com um tempo mínimo de retenção hidráulica de 120 dias.²

Um dos principais problemas induzidos pela aplicação do estrume de suínos no solo é a presença de micronutrientes com características de metais pesados. O zinco e o cobre, quando adicionados à alimentação dos suínos com o objetivo de prevenir doenças e melhorar a digestão, são eliminados pelas fezes e, se colocados no solo, são absorvidos em pequenas quantidades pelas plantas enquanto quantidades significativas podem ficar retidas no solo.³

Nos processos de infiltração e percolação, tais elementos são retidos pela maioria dos solos, principalmente quando ricos em matéria orgânica e com pH > 7. Quando o pH é muito reduzido, o solo não tem capacidade de retê-los e, por lixiviação, esses acabam sendo encaminhados aos corpos d'água.⁴ Em adição, a eficiência na retenção dos metais pesados é resultado da capacidade de adsorção da camada orgânica na superfície do solo.⁵

Por serem essenciais à fisiologia humana, a Portaria nº 1.469 29/12/2000 do Ministério da Saúde⁶ determinou os valores máximos permitidos de zinco e cobre para a potabilidade da água, de 5,0 mgL^-1 e 2 mgL^-1, respectivamente, porém concentrações um pouco acima do considerado inócuo provocam hemoglobinúria e degenerações hepáticas e celulares.⁷

Diante do exposto, o objetivo geral deste trabalho foi analisar o potencial de poluição de um sistema integrado de tratamento de águas residuárias de suinocultura, acondicionadas em um tanque de estocagem, com distintos tempos de retenção hidráulica e aplicadas em lisímetros com solos arenosos (Argissolo Vermelho - Amarelo Distrófico A Moderado Textura Arenosa/Média - PVAd), argilosos (Latossolo Vermelho Distroférrico A Moderado Textura Argilosa - LVd) e de texturas médias (Latossolo Vermelho Distrófico A Moderado Textura Argilosa - LVd), utilizando, para tal, a determinação dos valores de pH nos solos e as quantificações das concentrações de zinco e cobre na água residuária "in natura" e após os quatro tempos de retenção hidráulica do tanque de estocagem, nos percolados dos lisímetros e nos solos.

Materiais e Métodos

Sistema integrado de tratamento de águas residuárias

O sistema integrado foi constituído por uma caixa de estocagem e por vinte e quatro lisímetros instalados em área experimental do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Campus de Jaboticabal, da Universidade Estadual Paulista – FCAV/UNESP.

Cada lisímetro foi caracterizado por possuir 1 m de altura, 30 cm de diâmetro e três anéis dispostos e fixos em seu interior, conforme descrições metodológicas de Corwin e LeMert⁸ e Corwin.⁹ A proposta da utilização destes anéis teve como objetivo promover um redirecionamento do fluxo de água na sua passagem pela coluna de solo, reduzindo assim o fluxo preferencial nas paredes dos lisímetros.

O solo do tipo arenoso foi coletado nas proximidades do município de Monte Alto/SP, o do tipo argiloso nas dependências do Campus da FCAV/UNESP e o solo de textura média na área do Aeroporto Municipal de Jaboticabal /SP.

Para a coleta, delimitou-se um quadrado imaginário, dividido em quatro partes, sendo a retirada efetuada a partir das quatro divisões e até 30 cm de profundidade. Após a homogeneização do solo coletado, foi realizado o transporte para a área do experimento.

Durante a parte experimental foram efetuadas cinco incorporações de resíduos nos solos situados no interior dos lisímetros. Havia, no total, dois conjuntos de lisímetros, com 12 em cada, sendo que cada lisímetro, antes de ser preenchido pelo solo, recebia uma camada de cascalho (2 cm), seguida por duas camadas de areia grossa (6 cm) e por fim uma camada de areia fina (2 cm).

Para a primeira incorporação, foi utilizado o primeiro conjunto, sendo seis lisímetros destinados à simulação pluviométrica e seis à estiagem. Em cada situação climática, eram preenchidos dois lisímetros com os solos arenosos, dois com os solos argilosos e dois com os solos de texturas médias.

Para a segunda incorporação, o segundo conjunto foi preenchido com os três tipos de solos, de maneira semelhante à efetuada com o primeiro conjunto. Para a terceira incorporação, foi utilizado o conjunto da primeira incorporação, uma vez que já haviam transcorridos os trinta dias de simulação pluviométrica e a coleta dos solos.

Continuando nesta linha de raciocínio, para a quarta incorporação foi utilizado o segundo conjunto e para a quinta incorporação o primeiro conjunto.

Após o preenchimento dos lisímetros e antes dos processos de incorporação das águas residuárias "in natura" e sob os quatro tempos de retenção hidráulica, amostras dos três tipos de solo foram enviadas ao Departamento de Solos e Adubos da FCAV/UNESP para análise de macronutrientes e micronutrientes, conforme metodologia descrita por Raij e Zullo¹⁰ e Raij et al.¹¹

Tanque de estocagem

Os cálculos, para o abastecimento da carga poluidora no tanque de estocagem, tiveram como parâmetro um sistema de criação completa com 44 matrizes, caracterizado pela produção de dejetos líquidos com um teor de sólidos totais (ST) de 2%.¹² O substrato com estas características foi preparado conforme expressões citadas em American Public Health Association¹³ e em Lucas Jr..¹⁴

Após 0, 30, 60, 90 e 120 dias de retenção hidráulica do resíduo líquido, procedeu-se à incorporação deste nos solos existentes nos lisímetros.

Tendo como base o teor de nitrogênio existente nas águas residuárias, a dose de nitrogênio indicada para culturas forrageiras (400 kgha^-1ano^-1) e a área da superfície de solo do lisímetro (0,068m²), a incorporação foi realizada, seguida da simulação pluviométrica.

Simulação pluviométrica

Para a simulação pluviométrica foi realizado um levantamento, na região de Jaboticabal - SP, dos meses críticos de chuva e de estiagem, dos três últimos anos, obtendo-se, como resultado, o mês de janeiro e agosto de 1999, com 415,9 mm e 0 mm, respectivamente.

Sendo assim, a partir dos dados diários da precipitação mensal do citado período foi calculado o Dt (tempo específico de duração diária da precipitação) e o DP (quantidade, em mm, da precipitação).

Vale ressaltar que os dados meteorológicos utilizados neste trabalho foram extraídos de um conjunto de dados pertencentes ao acervo da área de Agrometeorologia do Departamento de Ciências Exatas da FCAV/UNESP. As observações feitas na Estação Agroclimatológica do Campus de Jaboticabal são cotadas e digitadas em formato padronizado. Após a verificação da consistência dos dados, é efetuado o controle de qualidade e obtidas as médias diárias, mensais e anuais, as quais ficam a disposição dos usuários.

Colheita das amostras

Durante a simulação pluviométrica, os percolados dos lisímetros foram coletados em frascos cor âmbar para então serem analisados quanto às suas características químicas.

Com a finalização da simulação pluviométrica, cuja duração foi de um mês, e da percolação, as amostras dos solos foram coletadas nos lisímetros submetidos aos períodos de chuva e de estiagem, em quatro profundidades: 0-5 cm, 5-30 cm, 30-60 cm e 60-90 cm e secas a 40º C durante 48 horas, estando assim preparadas para a avaliação de suas características químicas.

Análises laboratoriais

O pH das amostras sólidas foi determinado potenciometricamente.

A determinação das concentrações de zinco e cobre, nas amostras líquidas, foi efetuada a partir de um extrato obtido pelo processo de digestão, com o auxílio de um Digestor Dijesdahl.¹⁵ A seguir as concentrações foram determinadas e lidas em um espectrofotômetro de absorção atômica GBC 932 AA, modalidade chama.

Nas amostras sólidas as determinações de zinco e cobre foram realizadas conforme metodologia descrita por Raij et al.²¹.

Resultados e Discussão

Concentrações de zinco e cobre nos efluentes do tanque de estocagem

As concentrações de cobre (Figura 1), quando comparadas com as de zinco, foram maiores nas águas residuárias "in natura" (T0) e sob os quatro tempos de retenção hidráulica (TRH) (Figura 1). As maiores concentrações de cobre foram detectadas nas águas residuárias com sessenta dias de TRH (T60), alcançando valores de 30,2 mgL^-1, e as menores nas águas residuárias com noventa dias de TRH (T90), com valores de 17,85 mgL^-1.

Nas concentrações de zinco (Figura 1) foi observado uma similaridade nas águas residuárias "in natura" e sob os quatro tempos de TRH, com os maiores valores (11,2 mgL^-1) nos resíduos com sessenta dias de TRH (T60) e os menores (7,83 mgL^-1) nos resíduos com noventa dias de TRH (T90).

Os níveis de zinco e cobre encontrados neste estudo, corroboram com os de Nicholson et al.¹⁶ Para estes, as concentrações destes elementos são dependentes da idade dos animais, das quantidades adicionadas em suas dietas e da eficiência da conversão alimentar.

Enfatiza-se que as concentrações de zinco e cobre nas águas residuárias do tanque de estocagem não atingiram os limites máximos permitidos para a irrigação de culturas de hortaliças, segundo Conselho Nacional do Meio Ambiente¹⁷, sendo estes padrões estabelecidos em 0,18 mg.L^-1 e 0,02 mg.L^-1, respectivamente.

Concentrações médias de zinco e cobre nos percolados dos três tipos de solos

De forma geral, as maiores concentrações de zinco e cobre (Figuras 2 e 3) foram observadas nos percolados dos solos de texturas médias, e as menores nos dos solos argilosos. Oscilações com o tempo de retenção hidráulica foram verificadas nas concentrações de zinco e cobre para os percolados dos solos (Figuras 2 e 3).

Nos três tipos de percolados as maiores concentrações de zinco foram observadas após a incorporação das águas residuárias com sessenta dias de TRH (T60) e as de cobre após as incorporações das águas residuárias com trinta dias de TRH (T30) (Figuras 2 e 3).

As maiores concentrações de zinco e cobre (Figuras 2 e 3), nos percolados dos solos de texturas médias, provavelmente estão relacionadas com baixos valores de pH dos citados solos (Tabelas 2 e 3), que propiciaram condições desfavoráveis à retenção de metais pesados, pois este processo é eficiente em solos com pH acima de 7,0⁴, como os solos argilosos deste trabalho.

Comparando-se as concentrações destes metais pesados, nos percolados dos três tipos de solo (Figuras 2 e 3), com as existentes nas águas residuárias de retenção hidráulica do tanque de estocagem (Figura 1), verificaram-se grandes reduções nos seus valores absolutos. Logo, nos percolados oriundos dos três tipos de solos, as concentrações alcançaram os padrões de potabilidade da água destinada ao consumo humano, preconizados pelo Ministério da Saúde.⁶

pH nos três tipos de solos após as incorporações

Analisando as Tabelas 2 e 3 é possível observar, nas duas situações climáticas, que os solos argilosos apresentaram os maiores valores de pH, seguidos dos solos arenosos e de texturas médias.

A característica física e a presença dos diferentes sais nos solos conferem aos mesmos os valores do pH e em solos normais estão entre 4,0 e 7,0¹⁸, valores estes encontrados nos solos sem a incorporação das águas residuárias de suinocultura (Tabela 1).

A incorporação da matéria orgânica no solo favorece a formação de húmus, cuja elevada CTC confere ao solo uma alta capacidade de tamponamento (resistência à alteração de pH).¹⁹ Esta capacidade de tamponamento talvez justifique a pouca variação nos valores de pH dos solos (Tabelas 2 e 3) submetidos às incorporações das águas residuárias, quando comparados com os valores de pH (Tabela 1) nos solos sem a matéria orgânica incorporada.

Concentrações médias de zinco e cobre nos três tipos de solos após as incorporações

A afirmação transcrita por Nucci et al.⁴, em relação à eficiência de remoção dos metais pesados pela maioria dos solos, principalmente quando ricos em matéria orgânica e com pH acima de 7,0, pôde ser verificada sobretudo nos solos argilosos, os quais foram os detentores dos maiores valores de zinco, cobre (Tabelas 4 e 5) e pH (Tabelas 2 e 3).

Em concordância com as concentrações de zinco e cobre encontradas neste estudo, Campos et al.⁵ relataram, após aplicações de águas residuárias em solos argilosos, concentrações finais de zinco e cobre nos valores de 0,339 e 0,120 mgL^-1, respectivamente.

As concentrações mínimas de Zn e Cu, encontradas nos solos arenosos e de texturas médias (Tabelas 4 e 5), após as incorporações das águas residuárias e principalmente a partir da segunda camada (5-30 cm), podem estar relacionadas com os valores de pH abaixo de 7,0 (Tabelas 2 e 3) pois é sabido que em solos ácidos a lixiviação dos metais para o subsolo é presente.⁵

O maior acúmulo de zinco e cobre perto do ponto de aplicação, sobretudo nos solos argilosos (Tabelas 4 e 5), pode ser explicado pelas verificações de Campos et al.⁵ Estes pesquisadores relatam que a remoção dos metais pesados é o resultado da capacidade de adsorção da camada orgânica na superfície do solo, direcionando o maior acúmulo perto do ponto de aplicação. Em consonância, o cobre, em conjunto com a matéria orgânica no esterco, pode não reagir²⁰, ou ainda, contribuir para a formação de fortes complexos com os componentes orgânicos nos solos, mormente as substâncias húmicas.²¹

As maiores concentrações de Zn, entre 0 e 5 cm, e as menores, nas camadas mais profundas (Tabelas 4 e 5), também foram notificadas em experimentos conduzidos por Del Casthilo et al.²² Estes pesquisadores concluíram que parte do Zn foi absorvido na forma de óxidos, principalmente hidróxidos de ferro e manganês, sendo então liberados nas camadas mais profundas, onde estes óxidos apresentam oportunidades de serem reduzidos.

Depreende-se que a integração do pré-tratamento do resíduo no tanque de estocagem, com a disposição em solos, é uma forma de tratamento de dejetos viável e eficiente, auxiliando a prática do desenvolvimento sustentável. Todavia, as pesquisas científicas devem ser realizadas no sentido de se encontrar outros promotores de crescimento, em substituição ao Zn e Cu, pois a suinocultura é uma importante fonte desses metais pesados para o ambiente e a fase de pré-tratamento das águas residuárias deste sistema integrado não foi capaz de reduzir as concentrações a níveis satisfatórios à saúde pública e ao ambiente. Em adição, estudos devem ser realizados, conforme a condição geológica de cada região, a fim de se obter efluentes finais não contaminantes e não prejudiciais à saúde humana e animal.

Conclusões

1. O pré-tratamento, no tanque de estocagem, não foi eficiente na redução de zinco e cobre, tornando estas águas impróprias à irrigação de culturas.

2. Os percolados dos solos de texturas médias, por apresentarem as maiores concentrações de zinco e cobre, denotaram maior potencialidade de poluição do lençol freático. O inverso foi observado para os percolados dos solos argilosos.

3. Os elevados decréscimos nas concentrações de zinco e cobre foram observadas nos solos argilosos, quando comparados com os solos arenosos e de texturas médias.

4. Os solos argilosos apresentaram maior eficiência no tratamento integrado, diminuindo o potencial poluente das águas residuárias de suinocultura aos mananciais.

Agradecimentos

À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, pelo financiamento do projeto que deu origem a este trabalho.

Recebido para publicação: 21/05/2003

Aprovado para publicação: 19/02/2004

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  26 Set 2005
• Data do Fascículo
  2003

Histórico

• Aceito
  19 Fev 2004
• Recebido
  21 Maio 2003