Tratamento de resíduos agroindustriais, Notas de estudo de Engenharia Agronômica

Baixe Tratamento de resíduos agroindustriais e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Agronômica, somente na Docsity! CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 1 Tratamento de resíduos agroindustriais Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental Universidade Federal de Viçosa 1. INTRODUÇÃO As atividades agropecuárias e de processamento de produtos agropecuários têm proporcionado sérios problemas de poluição no solo, em águas superficiais e em águas subterrâneas. Como os resíduos de atividades agroindustriais (aí incluídas atividades agropecuárias) apresentam, em geral, grande concentração de material orgânico, o seu lançamento em corpos hídricos pode proporcionar grande decréscimo na concentração de oxigênio dissolvido nesse meio, cuja magnitude depende da concentração de carga orgânica e da quantidade lançada, além da vazão do curso d'água receptor. Quando há o lançamento de grande quantidade de material orgânico oxidável no corpo hídrico, as bactérias aeróbias, para estabilizarem o material orgânico presente, passam a utilizar o oxigênio disponível no meio aquático, baixando sua concentração na água e podendo, com isso, provocar a morte de peixes e outros animais aquáticos aeróbios, por asfixia. Em caso de lançamento de grandes cargas orgânicas, além de proporcionar a morte de animais, pode provocar a exalação de odores fétidos e de gases agressivos, causar eutrofização de rios e lagos e dificultar o tratamento da água para o abastecimento público. Enquanto as águas residuárias exclusivamente industriais contém, geralmente, maior percentual de sólidos suspensos e dissolvidos inorgânicos, as águas residuárias de atividades agropecuárias, agroindustriais e domésticas podem conter partículas de solo, fertilizantes, pesticidas, patógenos e, comumente, grande carga orgânica. A pecuária intensiva é uma forma de exploração concentradora de dejetos animais, sabidamente possuidores de grande carga poluidora para o solo, o ar e a água. A lavagem de estábulos, baias de retirada de leite, pocilgas e galpões de criação de aves gera grandes quantidades de efluentes poluentes. Resíduos animais de explorações pecuárias incluem dejetos bovinos, suínos, avícolas, eqüinos, piscícolas, entre outros. Em locais de criação confinada de animais, pode ocorrer a contaminação das águas superficiais com grande carga orgânica, bactérias do trato intestinal dos animais, além de alguns metais pesados e outros componentes tóxicos, presentes nas excretas em razão da inclusão de complementos minerais e do uso de vacinas e antibióticos. Entretanto, há de se ressaltar que é baixo o risco de transmissão de doenças, em vista do grande controle sanitário que se faz necessário em criações de grande porte. Os resíduos agroindustriais são gerados no processamento de alimentos, fibras, couro, madeira, produção de açúcar e álcool, etc., sendo sua produção, geralmente, sazonal, condicionada pela maturidade da cultura ou oferta da matéria-prima. As águas residuárias podem ser o resultado da lavagem do produto, escaldamento, cozimento, pasteurização, resfriamento e lavagem do equipamento de processamento e das instalações. Os resíduos sólidos são constituídos pelas sobras de processo, descartes e lixo proveniente de embalagens, lodo de sistemas de tratamento de águas residuárias, além de lixo gerado no refeitório, pátio e escritório da agroindústria. Águas residuárias do processamento de produtos animais, tal como as geradas em laticínios, matadouros e curtumes, são muito poluidoras, podendo conter gordura, sólidos orgânicos e inorgânicos, além de substâncias químicas que podem ser adicionadas durante as operações de processamento, enquanto que águas residuárias geradas no processamento de produtos de origem vegetal podem conter, além de elevado conteúdo de material orgânico, outros poluentes, tais como solo, restos de vegetais e pesticidas. Da mesma forma que ocorre com águas residuárias domésticas e industriais, a remoção de poluentes das águas residuárias geradas em atividades agroindustriais (neste texto, as atividades agropecuárias, por diversas razões, serão consideradas agroindustriais), a fim de torná-las em condições adequadas, de acordo com os padrões estabelecidos pela legislação ambiental, só pode ser obtida se eficientes sistemas de tratamento forem implantados e adequadamente operados. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 2 2. CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS O conhecimento das quantidades geradas e as principais características físicas e químicas dos resíduos agroindustriais é fundamental para a concepção e o dimensionamento dos sistemas de tratamento e, ou, disposição dessas águas na natureza. 2.1. Resíduos sólidos Os resíduos sólidos de agroindústrias (bagaços, tortas, restos de frutas e hortaliças, etc.) são constituídos por aqueles provenientes de usinas sucro-alcooleiras, matadouros e indústrias do processamento de carnes (vísceras e carcaça de animais), frutas e hortaliças (bagaço, tortas, refugo e restos), indústria da celulose e papel (resíduos da madeira, lodo do processo de produção e do tratamento de águas residuárias), curtumes (aparas de couro e lodo do processo e tratamento de águas residuárias), etc. Nas Indústrias de processamento de carne gera-se sangue, banha, sólidos orgânicos ou inorgânicos, sais e químicos que são adicionados durante as operações de processamento. Na industrialização de peixe constituem os resíduos sólidos pequenos pedaços de peixes, escamas e peles, vísceras, etc. Nos criatórios de animais em confinamento, tais como de suínos, aves, bovinos, eqüinos, ovinos, são produzidas grandes quantidades de dejetos que podem ser manejados na forma sólida (conteúdos de sólidos totais maiores que 15-20 dag L-1), quando são denominados “estercos”. Os resíduos do cultivo agrícola são constituídos pelos restos de plantas não aproveitados comercialmente (“cana” de milho, “palha” de feijão, “palha” de soja, etc.). Além de possível contaminação direta, os maiores impactos provocados por resíduos sólidos orgânicos são decorrentes da fermentação do material, quando pode ocorrer a formação de ácidos orgânicos (“chorume” – líquido de elevada DBO formado com a degradação do material orgânico e a lixiviação de substâncias tóxicas) com geração de maus odores e diminuição do oxigênio dissolvido em águas superficiais. A produção de gases fétidos provoca desconforto aos seres humanos e animais, além de poder atrair vetores de doenças. O material orgânico é, também, habitat para proliferação de micro (bactérias, fungos, vírus, protozoários, etc.) e macrovetores (moscas, mosquitos, baratas e ratos). CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 5 QUADRO 4. Composição química da matéria seca de alguns resíduos sólidos agroindustriais. Ntotal Ptotal Ktotal C/N Resíduo ------------------------------- dag kg-1 ------------------------------------- Torta de mamona 5,4-5,5 0,8-0,9 1,2-1,3 10/1 Bagaço de cana-de-açúcar 0,3-0,8 0,05-0,12 0,15-0,8 64-108/1 Torta de filtro 0,6-2,2 1,0 1,0 20-28/1 Serragem de madeira 0,06-0,18 <0,04 0,1-0,15 865/1 Bagaço de laranja 0,71 0,08 0,34 18/1 Borra de café (solúvel) 1,91 0,07 0,02 25/1 Casca de semente de algodão 0,68 0,03 1,00 78/1 Casca de arroz 0,78 0,25 0,41 39/1 Polpa de sisal 1,38 0,21 0,73 27/1 Torta de babaçu 3,70 0,85 0,90 14/1 Torta de cacau 3,28 1,06 1,21 11/1 Torta de coco 4,37 0,82 3,14 12/1 Sangue seco 11,8 0,52 0,58 4/1 Torta de linhaça 5,66 0,75 2,61 9/1 Pó de couro 8,7 0,10 0,37 6/1 2.1.4. Lodo de estações de tratamento de águas residuárias Em sistemas de tratamento de águas residuárias agroindustriais são gerados subprodutos sólidos no gradeamento, caixa de areia, nos decantadores primários e secundários, em lagoas anaeróbias e facultativas, etc. O período entre remoções varia com as características da água residuária tratada e critérios de projeto. Na lavagem de frutos do cafeeiro, raízes (cenoura, mandioca) ou tubérculos (batata), como é grande a presença de partículas de solo em suspensão nas águas residuárias, um decantador primário deverá ser construído e, diariamente, limpo para o adequado tratamento dessas águas. Em outras unidades do sistema de tratamento, a remoção do lodo pode ser semanal, mensal, anual ou em intervalos de anos definidos no projeto. Muito pouca informação encontra-se disponível na literatura a respeito das características físicas e químicas do lodo gerado no tratamento de águas residuárias agroindustriais, o que tem gerado problemas na definição das formas de disposição final desses resíduos. 2.1.5. Lixo O lixo gerado na agroindústria, constituído por embalagens, sobras diversas e descartes provenientes de refeitório, escritório e pátio de produção, apresenta composição semelhante ao de lixo urbano, sendo constituído, em média, por 31% de material reciclável e 65% de matéria orgânica putrescível (restos de frutas, de legumes, de comida, de folhas etc). 2.2. Águas residuárias A determinação da vazão de águas residuárias nas agroindústrias, se não puder ser obtida diretamente em pontos de lançamento, pode ser estimada tomando-se por base o consumo de água no processo de produção, incluindo-se águas usadas na lavagem de pisos e maquinário. Os principais impactos ambientais proporcionados pelo lançamento de águas residuárias agroindustriais, sem tratamento prévio, em corpos hídricos são a elevação da DBO da água, o que provoca diminuição do oxigênio dissolvido no meio; alteração da temperatura e aumento da concentração de SS (aumento da turbidez) e SDT na água; eutrofização dos corpos hídricos e proliferação de doenças veiculadas pela água. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 6 2.2.1. criatórios animais Caso nos criatórios de animais tenha se optado pelo manejo de resíduos produzidos na forma líquida (liqüame, com concentração de sólidos totais de 8 a 15 dag L-1, ou água residuária, com concentração de sólidos totais menor que 8 dag L-1), as quantidades produzidas e as características do resíduo serão alteradas pela diluição proporcionada pela adição de água. Além disso, as quantidades produzidas variam com o período do ano, dia da semana e horário do dia. No geral, a vazão de águas residuárias geradas na criação de animais é função do número de animais confinados, da quantidade de água desperdiçada nos bebedouros, da quantidade de água usada na higienização das instalações e transporte hidráulico dos dejetos e da existência ou não de sistemas de isolamento para evitar a incorporação de águas pluviais. A incorporação de água aos dejetos frescos, a fim de facilitar o transporte e, principalmente a aplicação desses resíduos em áreas de cultivo agrícola, tem sido prática freqüente em muitos países, notadamente nos que têm mais avançada tecnologia agropecuária. Nesses países, até a “cama” de frango tem recebido água para tornar o resíduo líquido, facilitando, dessa forma, sua aplicação no solo. Em suinoculturas, nas quais o dejeto é transportado por meio hidráulico, gera-se, em média, entre 8 e 25 litros de águas residuária por animal por dia. A produção diária de águas residuárias na bovinocultura confinada está em torno de 4,6 dag kg-1 da massa viva do animal. Ovinos geram, por dia, o equivalente a 3,6 dag kg-1 de sua massa viva como água residuária. As características químicas e físicas das águas residuárias de criatórios de animais são altamente variáveis, uma vez que dependem da digestibilidade e composição da ração, além da idade dos animais. A concentração de sólidos totais é dependente da diluição imposta aos dejetos pela água usada na higienização das baias, e como fluido transportador, perdas em bebedouros e existência ou não de sistema para e condução em separado das águas pluviais. As águas residuárias da suinocultura contêm grande quantidade de material orgânico (DBO de 5.000 a 20.000 mg.L-1) e sólidos totais, estando a composição química básica do liqüame, produzidos em unidades de crescimento e terminação (animais de 25 a 100 kg), apresentada no Quadro 5. Quadro 5. Características físicas e químicas do liqüame gerado em unidade de crescimento e terminação de suínos. Parâmetros Média Coeficiente de Variação(%) pH 6,94 2,45 Matéria seca (dag L-1) 8,99 13,68 Sólidos totais/ ST (dag L-1) 9,00 27,33 Sólidos voláteis/SV (dag L-1) 75,05 5,86 Nitrogênio total (dag L-1) 0,60 8,33 Fósforo (dag L-1) 0,25 28,00 Potássio (dag L-1) 0,12 33,33 No Quadro 6 estão apresentadas algumas características físicas e químicas dos liqüames e águas residuárias geradas por bovinos de corte, bovinos de leite e bezerros. QUADRO 6. Nutrientes presentes nos liqüames produzidos em criatórios de bovinos de corte, bovinos de leite e bezerros. ST Total N-NH4+ N disponível P K Manejo (dag kg-1) -------------------------------------------- kg t-1 de liqüame ---------------------------------------- Bovinos de corte 11 2,96 4,93 1,45 3,48 Bovinos de leite 8 1,48 2,96 0,97 2,96 Bezerros 3 2,34 2,96 1,31 5,21 Frangos 13 7,88 9,86 1,92 9,82 Cavalos 9 0,45 0,12 0,22 CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 7 No Quadro 7 estão apresentados dados médios de produção de águas residuárias, considerando diferentes unidades de produção, além das faixas normais para os principais parâmetros de sua caracterização. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 10 QUADRO 9. Análise física, química e bioquímica da vinhaça Autor Atributo (1) (2) (3) (4) (5)** (6) (7) (8) pH 4,1-4,5 5,0 4,12 3,5 6,9 DQO (mg L-1) 60.000 30.000 31.360 DBO (mg L-1) 20.000 12.302 16.000 26.891 ST (mg L-1) 46.000-85.000 21.992 SDT (mg L-1) 945 11.312 SST (mg L-1) 10.680 SP (mg L-1) <1 SFT (mg L-1) 2.961 SVT (mg L-1) 19.031 m.o. (mg L-1) 130.390 9.760 6920 Relação C/N 16-24 27/1 Ctotal (mg L-1) 5420 Ntotal (mg L-1) 1.290 364 6.600-9600 3.860 200 120 392,1 P (mg L-1) 49,4* 82 49 200-400 162 140 35 87,9 K (mg L-1) 2.398 -2.940 4.001 2.816 5.800-7800 1.502 1.950 744 324,0 Na (mg L-1) 39 94,9 Ca (mg L-1) 1062 3.600-5.200 4118 210 258 Mg (mg L-1) 39,4 1.000-1.600 1818 220 100 * fosfato - laticínios As águas residuárias das indústrias de laticínios apresentam ampla variação de vazão, dependente do período do dia e do tipo de atividade executada. A quantificação da vazão ou volume de águas residuárias geradas em laticínios depende, fundamentalmente de uma caracterização prévia dos produtos obtidos e das formas de processamento empregadas. A variedade de produtos das indústrias de laticínios é grande, abrangendo desde o processamento do leite até a elaboração de produtos mais trabalhados, tais como queijos diversos, requeijão, cremes, sorvetes, iogurtes, leite em pó, leite condensado etc. No processamento do leite para consumo “in natura”, as operações geradoras de águas residuárias são: lavagem e desinfecção de equipamentos (tanques, centrifugas, pasteurizador, homogeneizador, tubulações, latões, etc), quebra de embalagens contendo leite, perda nas enchedeiras e lubrificação dos transportadores. Em média, produz-se cerca de 3,25 litros de água residuária para cada litro de leite processado. Tem-se, em média, a geração de 2,0 kg ou mais de DBO por cada 1.000 kg de leite processado. Na obtenção de creme, o leite, após o recebimento e estocagem, é enviado a uma centrífuga onde é feita a separação creme-leite. O leite desnatado obtido é, então, utilizado na fabricação de queijos, iogurte e leite condensado. O creme de leite obtido passa por uma mistura, sendo a seguir, pasteurizado e homogeneizado. Nessas fases do processamento, as águas residuárias são constituídas, principalmente, por leite, materiais sólidos (substâncias graxas), detergentes, desinfetantes e lubrificantes. Águas residuárias de características semelhantes são geradas na fabricação de leite condensado e leite em pó, sendo, entretanto, maior sua carga orgânica. Na fabricação do queijo, o leite desnatado ou puro é submetido a um processo de coagulação com a adição de determinadas enzimas. Após estar coagulado, a emulsão é quebrada, obtendo-se, após ser submetida a prensagem ou não, uma parte sólida (coágulo) e uma parte líquida (soro), esta se constituindo no resíduo que causa maior preocupação pela significativa carga orgânica que detém. No Brasil, os queijos são geralmente maturados já embalados. Após a maturação, os queijos são guardados em câmaras de estocagem e/ou comercializados. Para cada litro de leite utilizado na fabricação de queijo são gerados de 0,6 a 0,9 litro de soro ou, de outra forma, para cada quilo de queijo produzido gera-se cerca de 27-55 kg de soro. Na produção de queijo CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 11 gera-se entre 3 e 4 litros de água residuária para cada litro de leite processado, além de mais 5 a 10 L de soro para cada quilo de queijo produzido. Na fabricação de iogurte são feitas adições de polpas de frutas, essências, açúcar, leite em pó, etc, que devem proporcionar a geração de águas residuárias com carga orgânica ainda mais elevada. Além do soro, as águas residuárias de laticínios podem conter leite, leitelho ou “soro da manteiga” (líquido resultante da batedura do leite), coágulos, detergentes e desinfetantes, areia, lubrificantes, açúcar, pedaços de frutas, essências e condimentos diversos, diluídos nas águas de lavagem de equipamentos, tubulações, pisos e demais instalações da indústria. Dentre as substâncias usadas para limpeza de equipamentos e utensílios, encontram-se os alcalinos, os fosfatos, os ácidos, os complexantes e os tensoativos. Entre os principais agentes alcalinos utilizados, destaca-se o hidróxido de sódio ou soda cáustica, que apresenta um pH próximo a 13, quando em solução a 1%; já entre os agentes ácidos inorgânicos, estão os ácidos nítrico, fosfórico e clorídrico. Dentre os sanitizantes químicos mais usados em laticínios estão os compostos à base de cloro, iôdo, amônia quaternária, ácido peracético, peróxido de hidrogênio, clorhexidina, irgasan, entre outros. As águas residuárias do processamento do leite fresco são ricas em material orgânico dissolvido e muito pobres em material orgânico suspenso. A DBO do leite integral é cerca de 100.000 mg L-1 e exigem uma alta demanda de oxigênio para sua decomposição, mesmo em pequenas quantidades, porém seu valor nas águas residuárias irá depender do tipo de processamento a que o leite foi exposto e do tipo de produto manufaturado. Tem-se, em média, 2,0 kg ou mais de DBO por cada 1.000 kg de leite processado, sendo que, em média, a água residuária contém 4.200 mg L-1 de DBO. Em um laticínio com queijaria, em razão do soro, que contém cerca de 4 dag L-1 de sólidos e elevada DBO (entre 30.000 a 60.000 mg.L-1), as águas residuárias geradas apresentam maior carga orgânica. -matadouros de bovinos O consumo de água em matadouros de bovinos é bastante variável, dependendo do tipo de instalação. Os volumes de água gastos estão entre 0,25 e 0,4 m3 para cada animal abatido, sendo distribuídos da seguinte forma: 0,9 m3 na sala de abate, cerca de 1,0 m3 nas demais dependências (bucharia, triparia, sanitários, etc.) e 0,6 m3 na área externa (currais, pátios, etc.). considerando-se uma recuperação de 75-80% da água usada no processo, estima-se a geração de 0,20-0,35 m3 de água residuária por animal abatido. O efluente líquido de matadouros é constituído, principalmente, por água de limpeza dos equipamentos e do piso, devendo conter sangue, resultante do gotejamento no piso ao longo da linha de abate, e pequenas partículas da carcaça, pêlos, gordura, vômitos e barrigada. Peças condenadas da carcaça são, em grande parte, recuperadas para a produção de graxas e farinhas. - Celulose e papel A produção de águas residuárias na indústria de celulose e papel é dependente do tipo de processo de produção empregado, do grau de reciclagem da água na planta e das técnicas empregadas no controle da poluição. O consumo de água é muito alto, da ordem de 20 a 450 m3 por tonelada de polpa produzida (em plantas bem operadas pode-se gerar efluentes na faixa de 25 a 60 m3 t-1), porém são também dependentes do processo utilizado e do grau de recirculação da água nas plantas. O volume de águas residuárias geradas na indústria de celulose é bastante alto, sendo que uma indústria que produz, em média, 2.000 kg dia-1 de polpa pode chegar a 6.500 m3 dia-1. A vazão de águas geradas em um processo Kraft é de 90 a 127 m3 t-1 processada, sendo que a etapa de branqueamento da polpa contribui com 50% do efluente gerado em toda a indústria. - curtumes No geral, as águas residuárias de curtume caracterizam-se por apresentarem elevado pH, alta carga orgânica, grande quantidade de sólidos suspensos (pelos e carnaça), intensa cor, grande dureza e elevadas concentrações de sulfetos e de crômio. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 12 O crômio, presente nas águas residuárias de curtumes que utilizam sais de crômio na operação de curtição, tem sido considerado poluente significativo, por ser potencialmente tóxico à biota, sendo a espécie iônica Cr+6, considerada muito mais tóxica que a Cr+3. As águas residuárias de curtumes, provenientes da etapa de tratamento chamada “ribeira” (lavagens, remolho, caleação e curtição) são fortemente alcalinas (pH elevado), turvas, esbranquiçadas, devido ao excesso de cal, contêm suspensão de tecido muscular, colágeno, pêlos, sebo, restos de pele, areia, terra, gordura e sangue. Em decorrência dos tratamentos químicos a que o couro é submetido, essas águas residuárias podem apresentar, em solução, sulfeto de sódio, cloreto de sódio, aminoácidos, albumina. A DBO das águas residuárias dessa etapa do processamento do couro é elevada. As águas residuárias da etapa de curtição (acidificação e curtição propriamente dita) contêm, enzimas e curtientes (vegetais e minerais utilizados para facilitar o curtimento do couro) e ácidos minerais (HCl) e orgânicos (lático e fórmico), apresentando, por isso, pH ácido. Apresentam, também, elevada turbidez e cor verde (curtição por crômio) ou castanha (curtição por taninos). Dependendo do curtiente utilizado, essas águas residuárias apresentarão maior ou menor DBO. - Indústrias de processamento de frutas e hortaliças Em indústrias de processamento de frutas e hortaliças são gerados resíduos sólidos e líquidos. As águas residuárias apresentam, caracteristicamente, elevado conteúdo orgânico, devido à presença de restos vegetais e inseticidas; altas temperaturas; baixas concentrações de sólidos em suspensão e DBO relativamente baixa. Águas residuárias do processamento de cenoura e tomate apresentam, respectivamente, DQO de 1.750-2.900 e 650-2.300 mg L-1 e DBO de 800-1.900 e 450-1.600 mg L-1. A lavagem de batata gera efluentes de DBO em torno de 3.300 mg L-1. - Indústrias de processamento de carne Em matadouros de bovinos as águas residuárias são compostas de sangue (156.000 mg.L-1 de DBO5); apararas, sebo, pêlos, parte da barrigada, além de dejetos do animal abatido. O sangue bovino tem DBO5 de 156.000 mg L-1, DQO de 218.300 mg L-1, conteúdo de umidade de 820 g L-1 e pH de 7,3. Águas residuárias da seção de empacotamento de carnes tem valores médios de 1.240 mg L-1, DQO de 2.940 mg L-1, 85 mg L-1 de N orgânico e 1.850 mg L-1 de sólidos suspensos. Em abatedouros de frangos, as águas residuárias de processo apresentam DBO e DQO mais elevadas do que as de lavagem das máquinas e pisos, apresentando as primeiras DBO em torno de 3.900 mg L-1 e DQO de 16.230 mg L-1, enquanto as segundas DBO de 2.350 mg L-1 e DQO de 4.850 mg L-1. O conteúdo de óleos e graxas é, no entanto, maior nas águas de lavagem, alcançando concentração de 8.000 mg L-1, enquanto as águas de processo apresentam valor de 2.500 mg L-1. No cozimento dos peixes e águas de resfriamento dos condensadores são gerados grandes volumes de águas residuárias, com DBO de 2.700 a 3.500 mg.L-1, sólidos totais de 4.200 a 21.800 mg.L-1 de sólidos em suspensão de 2.200 a 3.000 mg.L-1. As águas de cozimento dos peixes e as águas utilizadas no resfriamento dos condensadores são geradas em grandes volumes, porém de pequena carga orgânica. A DBO das águas residuárias é de 2.700-3.440 mg L-1, com 4.200-21.800 mg L-1 de sólidos totais e 2.200-3.020 mg L-1 de sólidos em suspensão. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 15 Com o uso de filtros orgânicos tem se conseguido eficiências de remoção maiores que 40% para sólidos totais, que 90% para sólidos em suspensão, que 95% para óleos e graxas e que 60% para DBO de águas residuárias da suinocultura. Secundário Em razão de apresentarem elevadas concentrações de material orgânico biodegradável, as águas residuárias agroindustriais apresentam maior aptidão para o tratamento biológico, o qual tem sido utilizado para obtenção de mais completa remoção do material orgânico. No tratamento Secundário visa-se a remoção de parte significativa do material orgânico em suspensão fina (DBO em suspensão), não removido no tratamento primário, e parte do material orgânico na forma de sólidos dissolvidos (DBO solúvel). Para isso, pode ser usada a filtração biológica, lodos ativados, lagoas de estabilização, tratamento por escoamento superficial ou sistemas de tratamento em áreas alagadas (”wetlands”). Enquanto nos tratamentos preliminar e primário predominam mecanismos de ordem física, no tratamento secundário, a remoção do material orgânico é, predominantemente, decorrente de transformações bioquímicas proporcionadas pelos microrganismos. Uma grande variedade de microrganismos pode tomar parte nesse processo: bactérias, protozoários, fungos etc. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nas águas residuárias, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos aeróbios convertem o material orgânico em gás carbônico, água, nitratos (NO3-), sulfatos (SO42-) e outros compostos estáveis, além de material celular (estruturas biológicas dos microrganismos), enquanto bactérias anaeróbias transformam material orgânico em dióxido de carbono (CO2) e compostos orgânicos simples como metano (CH4), sulfeto de hidrogênio (H2S) e amônia (NH3), conforme esquema apresentado na Figura 1. A decomposição anaeróbia, por sua vez, tem sido o processo mais indicado para tratamento de águas residuárias de elevada carga orgânica. A decomposição aeróbia é um processo essencialmente inodoro, que possibilita maior destruição de organismos patogênicos, proporcionando grande redução nas características poluidoras das águas residuárias. FIGURA 1. Esquema ilustrativo do tratamento biológico em lagoas facultativas. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 16 O tratamento secundário, geralmente, requer que a água residuária tenha recebido tratamento preliminar, entretanto, pode ou não ser antecedido pelo tratamento primário. Existe uma grande variedade de métodos de tratamento em nível secundário, sendo que os mais comuns os de lagoas de estabilização, sistemas de Lodos ativados e disposição sobre o solo. A eficiência obtida na remoção de poluentes no tratamento secundário é mais dependente do sistema utilizado e de detalhes de dimensionamento e projeto do que no tratamento primário. Entretanto, pode-se considerar que, de forma geral, a remoção de DBO e de bactérias coliformes deve ocorrer na faixa de 60 a 99%.) Terciário Com o tratamento terciário objetiva-se a remoção de poluentes específicos (nitrogênio, fósforo, metais pesados ou outras substâncias tóxicas ou compostos não biodegradáveis), agentes patogênicos ou ainda, a remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário, sendo, por isso, geralmente utilizados processos químicos ou físico-químicos de remoção. Entretanto, com o maior conhecimento de sistemas solo-planta como reatores, altamente eficientes na remoção de sólidos dissolvidos e de agentes patogênicos das águas residuárias, o emprego de sistemas alternativos, de baixo custo de operação e manutenção começaram a ser implantados, notadamente em locais onde a disponibilidade de área para implantação do sistema de tratamento não seja problema. Com isso, importantes resultados têm sido obtidos sob o ponto de vista de minimização dos riscos de eutrofização de mananciais de água. 3.3. OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO Os principais sistemas utilizados para tratamento de águas residuárias são: 3.3.1. Sistemas anaeróbios Sistemas anaeróbios são bastante apropriados como primeira etapa, e eventualmente a única etapa, no tratamento de efluentes com elevadas concentrações de material orgânico, como é o caso das águas residuárias da agroindústria que venham a ser dispostas ou tratadas no solo. Filtro Anaeróbio No sistema de tratamento em filtros anaeróbios, a DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias aderidas a um meio suporte, constituído por uma coluna de material inerte (geralmente brita no. 4), acondicionada dentro do reator. O fluxo de líquido a ser tratado ocorre meio filtrante saturado e no sentido ascendente. O sistema requer decantação primária (freqüentemente fossas sépticas ou tanque de Imhoff) seguida de lagoa facultativa (Figura 2). A inclusão de uma lagoa facultativa no sistema de tratamento justifica-se por apresentar o efluente do filtro anaeróbio aspecto desagradável, concentração muito elevada de N, P e sólidos em suspensão e, em determinadas situações, maus odores, o que o lhe proporciona condições inadequadas para lançamento em corpos hídricos receptores. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 17 FIGURA 2. Esquema de sistema de tratamento com filtro anaeróbio A produção de lodo nos sistemas anaeróbios é baixa, saindo o lodo já estabilizado do sistema e, portanto, em condições de ser conduzido diretamente para um leito de secagem. Entretanto, por ser um sistema anaeróbio, sempre há o risco da geração de maus odores, ainda que procedimentos de projeto e operacionais possam contribuir para reduzir estes riscos. A eficiência de remoção de DBO no sistema fossa-filtro anaeróbio é baixa, exigindo, conforme já discutido, para águas residuárias agroindustriais, tratamento posterior (lagoa facultativa) a fim de atender as exigências da legislação referente ao lançamento de efluentes em corpos receptores. No caso de disposição no solo, a inclusão da lagoa facultativa pode ser dispensável. Dentre as vantagens apresentadas pelo sistema fossa-filtro anaeróbio é a boa adaptação aos diferentes tipos e concentrações de águas residuárias e boa resistência às variações de carga orgânica aplicada, o que é muito comum no caso de atividades agroindustriais. A principal desvantagem é a de ser insuficiente para atendimento dos padrões de lançamento em corpos d’água receptores, exigindo, no caso de águas residuárias agroindustriais, eficiente tratamento em nível secundário. Reatores Anaeróbios Nos Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (RAFA), também denominados UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors) ou Reatores Anaeróbios de Manta de Lodo, a biomassa cresce dispersa no meio, e não aderida a um meio suporte, como no caso dos filtros biológicos e anaeróbios. Como nas reações em meio anaeróbio há geração de gases (principalmente metano e gás carbônico), as bolhas formadas, apresentando tendência ascendente e carreiam consigo sólidos. Na parte superior dos reatores é instalada uma estrutura capaz de promover a separação de fases sólida, líquida e gasosa, construída de forma a fazer retornar a biomassa em suspensão para a base do reator possibilitando a saída do gás metano de forma canalizada do reator. O gás metano, quando produzido em grande quantidade pode tornar viável seu aproveitamento como fonte de energia, quando produzido em pequenas vazões isso não compensa e ele deve ser queimado antes de ser lançado para a atmosfera, a fim de se minimizar os impactos de gases que proporcionam efeito estufa no planeta. Para a operação de um RAFA (Figura 3) não é necessário que seja efetuada, previamente, a decantação primária e, caso o efluente seja direcionado para disposição no solo, pode ser a única etapa de tratamento. O uso do efluente de reatores anaeróbios na fertirrigação, desde que feito de forma adequada, é opção importante e deve ser considerada quando do projeto de sistemas de tratamento de águas residuárias agroindustriais. Entretanto, como o efluente de RAFA não adquire condição para ser lançado em corpos hídricos receptores, uma vez que ainda apresenta relativamente alta DBO, aspecto desagradável e, possivelmente, com maus odores, além de elevada concentração de N e P, torna-se necessário a inclusão do tratamento secundário em seqüência, o que pode ser obtido em uma lagoa facultativa, tratamento por escoamento superficial no solo, tratamento em áreas alagadas (“wetland”) e outros. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 20 FIGURA 4. Esquema de um sistema de tratamento com lagoas facultativas Em lagoas facultativas, a eficiência de remoção de sólidos em suspensão pode chegar a mais 90% e de DBO a mais de 85%. Dentre as vantagens apontadas para o sistema de tratamento com lagoa facultativa estão satisfatória resistência às variações de carga, relativamente elevada eficiência na remoção de DBO e de agentes patogênicos, reduzidos custos de implantação, operação e manutenção, baixo requerimento energético (só há requerimento de energia no caso de necessidade de bombeamento da água). Como desvantagens pode- se citar os elevados requisitos de área, desempenho variável com as condições climáticas (temperatura e insolação) e a possibilidade do desenvolvimento de insetos. Caso o tratamento efetuado em lagoas facultativas não seja suficiente para atender as exigências da legislação vigente ou se deseje baixar a concentração de agentes patogênicos, pode-se inserir, no sistema de tratamento, lagoas de maturação ou aeróbias. As lagoas de maturação possibilitam um “polimento” no efluente de qualquer dos sistemas de lagoas de estabilização descritos anteriormente ou, em termos mais amplos, de qualquer sistema de tratamento de águas residuárias. b) Sistema de lagoas anaeróbias - lagoas facultativas O processo de lagoas facultativas, apesar de possuir eficiência satisfatória, requer, tal como já comentado, grandes áreas, muitas vezes não disponível na localidade em que se pretende efetuar o tratamento da água residuária. Há, portanto, a necessidade de se buscar soluções que possam implicar na redução da área total requerida. Uma dessas soluções é a de uso de sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas, também denominado de “sistema australiano” (Figura 5). Nas lagoas anaeróbias, os organismos transformarão o material orgânico em material menos complexo, porém ainda passível de decomposição, o que deve ser feito sob condições aeróbias. Por isso, as lagoas são especialmente indicadas como pré-tratamento de águas residuárias, notadamente as que detêm grande carga orgânica, como é o caso da maioria dos efluentes da agroindústria (águas residuárias de criatórios de animais, de abatedouros, de laticínios, etc). A água residuária bruta entra numa lagoa de menores dimensões e mais profunda (profundidades de 3,0 a 5,0 m têm sido recomendadas), de forma a minimizar-se a penetração de luz solar e, com isso, diminuir a proliferação de algas fotossintetizadoras, privilegiando-se as reações anaeróbias. Em períodos curtos de permanência na lagoa anaeróbia (no caso de águas residuárias agroindustriais precisa ser maior do que o recomendado para esgoto doméstico, que é de 3-5 dias), a decomposição do material orgânico é apenas parcial. Ainda assim, a remoção da DBO alcança 50 - 60%, o que, apesar de insuficiente para que o efluente tenha satisfeito os padrões para lançamento em cursos d’água, representa grande contribuição de tratamento, aliviando sobremaneira a carga orgânica a ser tratada na lagoa facultativa, situada a jusante e que, dessa forma, pode ter dimensões menores que as necessárias no tratamento de águas residuárias com apenas uma lagoa facultativa (o requisito de área total sistema de lagoas anaeróbias-lagoas facultativas é de cerca de 2/3 do necessário para uma lagoa facultativa única). O funcionamento da lagoa facultativa posicionada em seqüência no sistema de tratamento é exatamente o mesmo já descrito no item anterior. O sistema lagoas anaeróbias-facultativas tem eficiência ligeiramente superior à de uma lagoa facultativa única, é conceitualmente simples e fácil de operar. No entanto, a existência de etapa anaeróbia em uma unidade aberta é sempre causa de preocupação, devido à possibilidade da liberação de maus odores, CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 21 ainda que se saiba que, em sistemas esteja bem equilibrados, a geração de mau cheiro não deve ocorrer. Ainda assim, recomenda-se, a implantação de lagoas anaeróbias em locais mais distantes de residências ou, pelo menos, em posições em que os ventos que sobre ela passem não tenham a direção predominante de residências. FIGURA 5. Esquema do sistema de tratamento com lagoa anaeróbia-facultativa. As vantagens apresentadas pelo sistema de tratamento com lagoa anaeróbia-facultativa são as mesmas apresentadas para lagoas facultativas, acrescida da de que há menor requisito de área do que o necessário para instalação de sistemas com lagoas facultativas únicas. As desvantagens são, também, idênticas às de sistemas com lagoas facultativas, porém existe a possibilidade de maus odores na lagoa anaeróbia e, com isso a necessidade de escolha de um local, com afastamento razoável de residências, para locação dessa lagoa. c) Sistema de lagoas aeradas Caso se deseje ter um sistema de lagoas de estabilização de menores dimensões e que promova, mais rapidamente, a redução da DBO até o nível requerido, pode-se utilizar aeradores mecânicos para fornecimento de oxigênio ao meio líquido. Nessas condições, a fotossíntese deixa de ser a fonte de oxigênio para as bactérias aeróbias passando a ser a incorporação do ar atmosférico ou de oxigênio puro a principal fonte de oxigênio para as bactérias aeróbias degradarem o material orgânico em suspensão. Os aeradores mecânicos mais comumente utilizados em lagoas aeradas são unidades de eixo vertical que, ao rodarem em alta velocidade, causam um grande turbilhonamento na água. Este turbilhonamento propicia a penetração do oxigênio atmosférico na massa líquida, onde ele se distribui, passando a constituir o denominado “oxigênio dissolvido”. Com isto, consegue-se maior e mais rápida introdução de oxigênio no meio líquido do que em sistemas que utilizem aeração natural (lagoa facultativa convencional), o que concorre para mais rápida decomposição do material orgânico. Para evitar condições limitantes de oxigênio dissolvido no meio líquido, a sua concentração na lagoa aerada deve ser de 1-2 mg L-1. Com a aeração mecânica, consegue-se baixar o tempo de detenção da água residuária e, por conseqüência, as necessidades de área para instalação do sistema de tratamento. As lagoas aeradas podem ser subdivididas em aeradas-facultativas e aeradas de mistura completa- lagoa de decantação. A lagoa é denominada aerada-facultativa quando o turbilhonamento causado no líquido pelos aeradores for suficiente apenas para a oxigenação do meio, mas não para manter os sólidos (bactérias e sólidos presentes) em suspensão na massa líquida. Desta forma, os sólidos tendem a sedimentar e constituir a camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente. Apenas a DBO solúvel e finamente particulada permanece na massa líquida, vindo a sofrer decomposição aeróbia. No sistema constituído por lagoa aerada de mistura completa seguida de lagoa de decantação (Figura 6), o turbilhonamento proporcionado pelos aeradores é suficientemente elevado para suspender e manter os sólidos (material orgânico e biomassa microbiana) dispersos no meio líquido, ou em mistura completa. A maior concentração de bactérias no meio líquido e a maior interação material orgânico-bactérias. aumenta a CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 22 eficiência do sistema na remoção da DBO, possibilitando que se obtenha redução no volume da lagoa quando em comparação à necessária para uma lagoa aerada-facultativa, no tratamento, em iguais condições, da água residuária. No entanto, o efluente deverá conter grande concentração de sólidos (bactérias) em suspensão, que devem ser removidos antes do lançamento no corpo hídrico receptor, o que pode ser proporcionado por uma lagoa de decantação secundária. O tempo de detenção típico na lagoa aerada, tratando esgotos domésticos, deve ser da ordem de 2 a 4 dias, enquanto o necessário para a remoção da biomassa proveniente da lagoa aerada de mistura completa deve ser de cerca de 2 dias na lagoa de decantação secundária. A remoção do lodo formado nas lagoas de decantação deve ser feita após o período de alguns anos de operação do sistema. As principais vantagens de sistemas com lagoas aeradas são apresentarem construção, operação e manutenção relativamente simples, requisitos de área inferiores aos sistemas de lagoas facultativas e anaeróbio-facultativas, maior independência das condições climáticas locais que os sistemas de lagoas facultativas e anaeróbio-facultativas, relativamente alta eficiência na remoção da DBO, ligeiramente superior às obtidas em sistemas com lagoas facultativas, satisfatórias resistências às variações de carga e reduzidas possibilidades de maus odores. No caso das aeradas de mistura completa-lagoa de decantação, além das vantagens citadas, há, também, menor requisito de área dentre todos os sistemas de lagoas de estabilização. As desvantagens desses sistemas são a necessidade da introdução de equipamentos, o aumento no nível de sofisticação do processo e os requisitos de energia relativamente elevados. No caso de sistemas com lagoas aeradas de mistura completa-lagoa de decantação, a necessidade de contínua remoção do lodo deve também ser incluída entre as desvantagens do sistema. FIGURA 6. Esquema do sistema com lagoa aerada de mistura completa-lagoa de decantação 3.3.3. Sistemas de lodos ativados Os sistemas de lodos ativados são constituídos por decantadores primários, seguidos de tanques de aeração de mistura completa e decantadores secundários (Figura 7), sendo o fornecimento de oxigênio feito por aeradores mecânicos ou por sistema de aplicação de ar subaquático, denominado “ar difuso”. O decantador primário tem por função proporcionar a remoção de parte do material orgânico sedimentável e, com isso, diminuir as necessidades de aeração e, obviamente, os gastos de energia no processo. O princípio básico do sistema de lodos ativados é a recirculação, por bombeamento, dos sólidos (biomassa bacteriana) sedimentados no decantador secundário, com o objetivo de aumentar o tempo de contato das bactérias degradadoras do material orgânico com o líquido. Com isso, os sólidos permanecem por muito mais tempo no sistema e é justamente esta maior permanência que garante a elevada eficiência dos lodos ativados, já que a biomassa tem tempo suficiente para metabolizar praticamente todo o material orgânico presente nas águas residuárias. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 25 diminuição da exalação de maus odores, reestruturação do material sólido mineral do solo, além de diminuição da contaminação por microrganismos estranhos a ele. FIGURA 8. Esquema de sistema de tratamento de águas residuárias, por infiltração-percolação, em canais de infiltração A taxa de aplicação de água residuária no terreno deve variar de 15 a 30 cm dia-1, sendo que, do volume aplicado, mais de 90% poderá constitui recarga de água subterrânea. Entretanto, caso se opte por definir a taxa de aplicação com base numa carga orgânica considerada máxima para que os microrganismos possam degradar, com eficiência, o material orgânico adicionado (750 kg ha-1.d-1 de DBO), que é técnica e ambientalmente muito mais adequada, as lâminas a serem aplicadas podem ser tão pequenas que podem até não gerar significativo fluxo vertical descendente de água no solo. Nesse caso, se grande parte da DBO não for removida por tratamentos prévios, o que possibilitaria a aplicação de maiores lâminas diárias de água residuária, o sistema poderá não funcionar como infiltração-percolação. A infiltração de águas residuárias no solo oferece, entretanto, pela própria concepção do método de tratamento, sérios riscos de contaminação das águas subterrâneas, não devendo ser recomendada sem que cuidadoso monitoramento da qualidade do solo e da água subterrânea seja feito. Neste sistema de tratamento/disposição final, estima-se remoção da ordem de 90-99% na DBO; de 60-80% no N e de 70-95% no P, sendo essa eficiência de remoção dependente de características químicas físicas e mineralógicas do solo. As vantagens do sistema de infiltração-percolação são: requerer relativamente pequenas áreas, quando comparado ao de outros métodos disposição no solo, para a disposição da água residuária; apresentar requerimentos energéticos dispensados apenas quando for necessário o bombeamento e a aplicação da água residuária de forma pressurizada; reduzidos custos de implantação, operação e manutenção; efetuar a disposição final do lodo no próprio local de tratamento, poder efetuar a aplicação de água residuária durante todo o ano, além de proporcionar a carga do lençol d’água subterrâneo em regiões carentes nesse recurso. Como desvantagens, pode-se citar a possibilidade da ocorrência de maus odores; possibilidade do desenvolvimento de insetos e vermes na superfície do solo; ser dependente das características do solo; apresentar risco potencial de contaminação de águas subterrâneas com nitratos e outros constituintes de maior mobilidade no solo e possibilidade de ocorrência de alterações químicas e físicas no solo. - Escoamento superficial No método de tratamento por escoamento superficial, as águas residuárias são aplicadas em taxas superiores às da sua capacidade de infiltração no solo, em terrenos regulares e de baixa declividade, cultivados com vegetação rasteira, geralmente gramíneas, onde se deslocam, rampa abaixo, até canais de coleta, posicionados ao final dessas rampas de tratamento (Figura 9). À medida que a água residuária escoa sobre o terreno, parte se evapora, uma pequena parte se infiltra e o restante é coletado em canais. Durante o CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 26 percurso de escoamento, o sistema solo-planta, juntamente com os microrganismos que se desenvolvem nesse meio, constituem filtro natural, possibilitando a degradação de parte do material orgânico e a retenção química e física de constituintes inorgânicos em solução na água. Os terrenos a serem utilizados para tratamento por escoamento superficial devem ser constituídos por solos de baixa permeabilidade, para serem minimizados os riscos de contaminação das águas freáticas e declividade entre 2% e 15%. Nesta técnica de tratamento, a depuração da água residuária depende da vegetação cultivada nas rampas, principalmente da capacidade de absorção de nutrientes disponibilizados no processo de decomposição proporcionada pelos microrganismos que desenvolvem na película superficial do solo e colo das plantas. O uso de culturas em crescimento, na área de tratamento/disposição das águas residuárias, é essencial para aumentar a taxa de absorção dos nutrientes disponíveis no solo e a perda de água por transpiração. Além disso, a vegetação representa barreira ao livre escoamento superficial do líquido no solo, aumentado a retenção de sólidos em suspensão e evitando a erosão, e proporciona um “habitat” para a biota, possibilitando maior oportunidade para a ação dos microrganismos. A aplicação da água residuária pode ser feita por aspersão, utilizando-se aspersores de média e baixa pressão, por tubos “janelados” ou por sistema de bacias de distribuição para os sulcos (irrigação por superfície). No método de tratamento por escoamento superficial, adequadamente dimensionado e operado, o efluente coletado ao final das rampas deve apresentar qualidade tal que possibilite seu lançamento direto em corpos hídricos receptores. Sistemas de aplicação no solo por escoamento sobre grama estão em uso há vários anos, na Austrália, para o tratamento de esgotos municipais, com eficiência em termos de remoção de sólidos em suspensão e de DBO em torno de 95 %. A eficiência na remoção de N está na faixa de 70-90% e de P na de 50-60%. Acredita-se que em função de uma escolha mais adequada do solo e com maior ajuste na operação do sistema, as remoções de P devam aumentar, significativamente. FIGURA 9. Esquema de sistema de tratamento de águas residuárias por escoamento superficial A escolha da espécie vegetal a ser cultivada em rampas de tratamento é, entretanto, fundamental para que se obtenha sucesso no uso do método de tratamento por escoamento superficial. A cultura ideal para ser cultivada em rampas de tratamento deve ser perene, tolerante às condições de baixa oxigenação e elevada salinidade em nível radicular, de elevada capacidade de extração de nutrientes e pouco susceptível às pragas e doenças. Plantas forrageiras de grande poder extrator de nutrientes, denso sistema radicular, rápido crescimento, adaptada às condições salinas e de excesso de água e passíveis de cortes sucessivos e freqüentes, apresentam os requisitos desejáveis para cultivo em áreas de tratamento de águas residuárias. O escoamento sobre o solo permite o tratamento de grandes volumes em pequenas áreas, proporcionando o aproveitamento do potencial fertilizante da água residuária aplicada. O capim produzido nas rampas de tratamento de águas residuárias pode ser utilizado, na forma de feno ou fresca, ou após ser ensilado, na alimentação de ruminantes. Pesquisas têm demonstrado que essa forma de aproveitamento do capim não oferece risco sanitário, notadamente se houver a paralisação da aplicação da água contaminada CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 27 com agentes patogênicos por, pelo menos, 7 dias antes da colheita do capim, ou após 12 dias do capim fenado. Caso não haja interesse em aproveitamento na alimentação animal, o material vegetal pode ser utilizado como adubo verde para lavouras agrícolas. O sistema de tratamento por escoamento superficial apresenta as mesmas vantagens listadas para o sistema de infiltração-percolação, acrescida da vantagem de menor risco de contaminação de águas subterrâneas e a produção de massa verde que pode ser utilizada na alimentação animal ou fertilização do solo. As maiores desvantagens são a dependência de características do solo como declividade e permeabilidade. - Fertirrigação A fertirrigação é uma técnica de disposição/tratamento, onde prioriza-se o aproveitamento dos nutrientes presentes na água residuária, razão suficiente para se considerar ser este o método de disposição excelente opção para tratamento/disposição final de águas residuárias agroindustriais. Nutrientes como nitrogênio, potássio e, principalmente, fósforo são fundamentais no cultivo de solos pobres, como os que ocorrem na maior parte do Brasil, dessa forma, acredita-se que métodos de tratamento que não vislumbrem a reciclagem de nutrientes estão inexoravelmente condenados a desaparecerem em futuro próximo. O aproveitamento de águas residuárias ricas em nutrientes na fertirrigação de culturas agrícolas, possibilita o aumento da produtividade e qualidade dos produtos colhidos, redução da poluição ambiental, além de promover melhoria nas características químicas, físicas e biológicas do solo. O uso de águas residuárias na fertirrigação de espécies vegetais de crescimento durante todo o ano é desejável. Assim, algumas capineiras de sistema radicular abundante e profundo podem ser muito úteis, sob o ponto de vista ambiental, uma vez que são capazes de retirar grande quantidade de macro e micronutrientes do solo, diminuindo os riscos de contaminação de rios, lagos e águas subterrâneas. Águas residuárias provenientes de atividades agroindustriais podem, também, ser aplicadas na produção de grandes culturas (milho, sorgo, trigo etc.), frutas e hortaliças e madeira em reflorestamentos. A taxa de aplicação de águas residuárias agroindustriais deve, no entanto, estar baseada na dose de nutrientes recomendados para as culturas agrícolas, pois, caso esses níveis sejam suplantados, além de poder ser comprometida a produtividade da cultura, podem provocar poluição do solo e das águas superficiais e subterrâneas. Por essa razão, deve-se atentar para o fato de que águas residuárias agroindustriais nunca devem ser aplicadas em quantidades equivalentes às requeridas pelas plantas para atender suas necessidades hídricas, pois, se isso for feito, poderá haver salinização do solo, com conseqüente queda de produção da cultura, além de contaminação de águas superficiais e subterrâneas. A fertirrigação com águas residuárias agroindustriais pode ser feita por sulco, aspersão (Figura 10), gotejamento ou com chorumeiras, sendo a seleção do método de tratamento feita, principalmente, em função da cultura, susceptibilidade a doenças e capacidade de infiltração de água no solo. A fim de evitar possíveis riscos de desenvolvimento de pragas nas folhas ou dispersão de maus odores, se essas águas forem aplicadas via aspersão, recomenda-se, sempre que possível, a aplicação de águas residuárias agroindustriais utilizando-se sistemas de irrigação localizada (gotejamento ou microaspersão), considerados ideais quando se tem por objetivo minimizar os riscos do desenvolvimento de pragas nas plantas e o impacto ambiental. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 30 Thypha sp. (taboa). Pesquisas recentes têm evidenciado o grande potencial de uso de espécies mais adaptadas às condições redutoras do meio, ta como a Alternanthera, além do cultivo de espécies forrageiras de interesse na alimentação animal (capim tifton, capim elefante, etc). Áreas alagadas podem ser implantadas em tanques de concreto ou em valetas devidamente impermeabilizadas por lona butílica ou qualquer outro material impermeável, devendo esses tanques conter sistema de drenagem artificial no seu fundo e serem preenchidos com uma camada de 20 cm de brita seguido de uma camada de 0,5-0,6 m de solo, no caso de sistemas de escoamento preferencialmente superficial (Figura 11), ou por uma camada de 0,3-0,5 m de substrato permeável (areia grossa ou brita “zero”), no caso de sistema de escoamento subsuperficial (Figura 12). FIGURA 11. Esquema de um sistema construído de área alagada (wetland)- escoamento superficial com filtragem vertical FIGURA 12. Esquema de um sistema construído de área alagada (wetland)- escoamento subsuperficial com filtragem horizontal As grandes vantagens do sistema são o baixo custo implantação e operação e alta eficiência na remoção de DBO e nutrientes em solução. 4. TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS 4.1. Introdução Por serem os resíduos sólidos agroindustriais ricos em nutrientes, toda e qualquer técnica que vislumbre seu aproveitamento na alimentação animal ou agrícola torna-se interessante, tendo em vista que a reciclagem desses nutrientes é recomendável. No caso de não ser possível ou recomendável o aproveitamento desses resíduos “ïn natura”, técnicas de tratamento devem ser aplicadas com o fim de proporcionar transformações vantajosas em suas características químicas ou físicas. CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 31 Dentre as técnicas de transformação de resíduos orgânicos, uma de grande alcance, em vista da sua praticidade e dos resultados alcançados, é a compostagem. A compostagem possibilita a transformação de resíduos orgânicos em adubo orgânico de grande valor fertilizante para as plantas. A compostagem pode ser definida como um processo aeróbio, baseado na decomposição biológica controlada, que tem por objetivo a transformação de resíduos orgânicos em material parcialmente humificado. Para a realização da compostagem o material orgânico a ser processado deverá formar leiras, que são pilhas compostas por material de alta relação C/N misturado a material de baixa relação C/N. 4.2. Etapas da compostagem A primeira etapa da compostagem é denominada fase termofílica, na qual ocorrem reações bioquímicas de oxidação, com exaustão da fonte de carbono mais disponível. Nesta fase, a temperatura do material permanece entre 40 e 65oC, o que proporciona a eliminação de sementes e agentes patogênicos. A fase termofílica tem duração de 25 a 60 dias. A segunda etapa é denominada fase de maturação, na qual ocorre o processo de humificação do material orgânico. Nesta fase, há mineralização do carbono remanescente (lignina, celulose, etc.) e a temperatura do material deve permanecer entre 35 e 45oC. 4.3. Fatores que afetam a compostagem - aeração Como a compostagem é um processo aeróbio, a deficiência de oxigênio no meio das leiras vai concorrer para que haja uma queda na velocidade de oxidação do material orgânico e a exalação de mau cheiro. - temperatura A temperatura do material nas leiras deve ser monitorada, uma vez que temperaturas maiores que 65 - 70oC irão proporcionar destruição de microrganismos benéficos e aumento da perda de N do material. A ocorrência de temperaturas menores do que 40oC durante a fase termofílica é indicativa de deficiência de água ou nutrientes para as bactérias decompositoras do material orgânico. - umidade A umidade do material, da mesma forma que a temperatura, deve ser monitorada durante a compostagem. Umidade maior que 65% traz prejuízo à aeração, uma vez que a água estará presente, ocupando espaço poroso que deveria estar ocupado com ar. Por outro lado, umidades menores que 40% trarão inibição da atividade microbiológica, diminuindo a velocidade de degradação do material orgânico. - concentração de nutrientes Resíduos agroindustriais são, geralmente, fonte de macro e micronutrientes essenciais, entretanto, na compostagem é fundamental o conhecimento da relação carbono-nitrogênio (C/N), uma vez que, quando o seu valor é alto, haverá imobilização do nitrogênio disponível no material pelos microrganismos, passando a constituir sua biomassa. Com o esgotamento do nitrogênio disponível, a população de bactérias não terá como aumentar, já que esse elemento é requerido em grande quantidade para a síntese protéica. Caso a relação C/N esteja muito baixa, haverá grande perda de N (na forma de gás amônia), notadamente se o pH do material estiver acima de 8,0. Considera-se que, para início da compostagem do material orgânico, a relação C/N deva estar entre 30 a 40. - tamanho da partícula A fragmentação do material a ser utilizado na compostagem é importante, uma vez que aumentando sua superfície específica, haverá mais rápida e melhor distribuída degradação do material orgânico e, com CURSO SOBRE TRATAMENTO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS Fundação Estadual do Meio Ambiente Maio de 2005 Prof. Antonio Teixeira de Matos Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental/UFV 32 isso, mais rápida maturação do composto. Entretanto, se for feita uma redução muito grande no tamanho de partícula, poderá haver comprometimento da aeração da leira, já que a porosidade do material irá diminuir, dificultando a penetração de oxigênio no meio. Por essa razão, tem sido recomendado que o material orgânico seja picado até adquirir o tamanho de 30 a 50 mm. 4.4. Processos de compostagem Os processos de compostagem podem ser divididos em aqueles em que há reviramento do material durante todo o período de compostagem (sistema “Windrow”) e o de leiras estáticas aeradas. - processo com reviramento No processo de compostagem por reviramento, as leiras devem possuir de 1,0 a 1,8 m de altura e 1,0 - 4,0 m de base. Por ocasião da formação das pilhas, deverá haver alternância de camadas de material palhoso e material rico em nitrogênio, nas proporções calculadas para preparo da leira de compostagem. O reviramento, nos 30 primeiros dias deve ser feito de 3 em 3 dias, pois nesse período o material tem a temperatura muito aumentada e a demanda por oxigênio é muito grande, com o reviramento freqüente, dissipa-se parte da energia acumulada e consegue-se aerar o meio. Dos 30 aos 60 dias, como a intensidade das reações diminuiu muito, o reviramento pode passar a ser feito de 5 em 5 dias. Nesse processo, a leira deve ser coberta com composto maturado ou material palhoso fresco, a fim de evitar a exalação de mau cheiro e a atração de vetores (moscas, mosquitos etc.). A maturação do material geralmente ocorre após 90 - 120 dias e o custo estimado de produção é de 1 homem.dia-1.t-1. - processo em leiras estáticas aeradas No processo de compostagem em leiras estáticas aeradas, como o próprio nome já diz, o material a ser compostado permanece estático durante a sua degradação. O oxigênio, fundamental para manter o meio em condições aeróbias, é adicionado no meio do material em degradação biológica por meio de compressores (ventilador centrífugo), com os quais pode-se injetar o ar por dutos de aeração que o distribui por baixo das leiras, promovendo dessa forma, aeração homogênea e contínua do material. Nesse processo, a fase termofílica dura de 25 a 30 dias. Ao final dessa fase, a leira pode ser desmontada, sendo o material colocado para maturação por 60 - 90 dias. 4.5. Vantagens da compostagem As seguintes vantagens podem ser citadas para a compostagem de resíduos sólidos orgânicos: - aproveitamento agrícola de macro e micronutrientes presentes nos materiais residuais; - eliminação de efeitos alelopáticos, no caso de uso de resíduos vegetais; - eliminação de sementes vivas de plantas daninhas, no caso de uso de resíduos vegetais; - eliminação de agentes patogênicos, no caso de uso de excretas de humanos ou animais; - elevação do pH de solos ácidos (pH de 6,0 a 8,0); - melhoria nas características físicas, químicas e biológicas do solo; - minimização de riscos de poluição de águas superficiais e subterrâneas. 4.6. Uso e aplicação Como o composto orgânico produzido é um adubo orgânico, como fertilizante deve ser tratado. Dessa forma, a sua disposição no solo deve seguir critérios agronômicos, baseados nas características químicas do solo e nos requerimentos da cultura que se quer adubar.