Tratamento de águas residuárias da suinocultura utilizando-se filtros orgânicos

Treatment of swine wastewater using organic filters

RELAÇÕES ÁGUA-SOLO-PLANTA-ATMOSFERA

Tratamento de águas residuárias da suinocultura utilizando-se filtros orgânicos¹

Treatment of swine wastewater using organic filters

Viviane dos Santos Brandão^I; Antônio Teixeira de Matos^II; Mauro Aparecido Martinez^III; Maurício Paulo Pereira Fontes^IV

^IDoutorando no Depto. de Engenharia Agrícola, UFV, CEP 36571 - 000,Viçosa , MG. E-mail: [e-mail]

^IIProf. Adjunto, DS, Bolsista do CNPq, UFV, Depto. de Engenharia Agrícola. Fone: (0xx31) 3899 1886, Fax: (0xx31) 3899 2735. Email: [e-mail]

^IIIProf. Adjunto, Ph.D., Bolsista do CNPq, UFV, Departamento de Engenharia Agrícola. Fone: (0xx31) 3899 1910. E-mail: [e-mail]

^IVProf. Titular, Ph.D., Bolsista do CNPq, UFV, Depto. de Solos

RESUMO

O tratamento primário da água residuária de suinocultura pode ser feito por filtragem; para isto, torna-se oportuno o estudo de materiais alternativos a serem utilizados como meio filtrante e, com este intuito, foram utilizados o bagaço de cana-de-açúcar, a casca de arroz, a casca de café, o fino de carvão vegetal, o sabugo de milho e a serragem de madeira, acondicionados em tubos de PVC de diâmetro de 100 mm, constituindo colunas de 500 mm de altura. O sistema de filtragem foi mantido sob escoamento permanente, com fluxo em meio saturado, e pequena ou nenhuma alteração foi detectada na concentração de N-total, Ca, Mg e Zn no efluente do filtro, enquanto que as concentrações de P-total, Na e K aumentaram no efluente obtido em filtros de casca de arroz, casca de café e sabugo de milho. Significativa redução na concentração de Cu foi constatada para todos os materiais utilizados como filtro, atingindo-se eficiência de remoção de até 43,6%. Eficiências de remoção superiores a 90% foram obtidas para sólidos sedimentáveis enquanto a remoção de sólidos totais ficou abaixo de 33,0%.

Palavras-chave: água residuária de suinocultura, filtros orgânicos, tratamento de resíduos

ABSTRACT

The primary treatment of swine wastewater can be done by filtration. To this end, the study of alternative materials as a filter media is necessary. With this objective, rice husk, coffee straw, sugar-cane trash, triturated corncob, wood sawdust and fine vegetable coal were used as media, conditioned in PVC tubes of 100 mm in diameter and 500 mm in height. The filtering system was maintained under saturated flow conditions. Little or no change was detected in the concentration of N-total, Ca, Mg and Zn in the effluent of the filter, although the concentration of P-total and K increased in the effluents of the filters of rice husk, coffee straw, triturate corncob, reaching a maximum removal efficiency of 43.6%. Removal efficiencies of sedimentable solids higher than 90.0% were obtained in all materials employed as a filtration media, although total solids removal efficiency was less than 33.0%.

Key words: pig wastewater, organic filters, residue treatment

INTRODUÇÃO

A partir da segunda metade da década de 70, a atividade suinícola em Minas Gerais, principalmente na região da Zona da Mata, sofreu grande expansão com o crescimento das granjas então existentes e a implantação de inúmeros projetos novos (Minas Gerais, 1995). Como conseqüência da intensificação da produção suinícola, houve aumento do volume de dejetos produzidos por unidade de área, o que tem gerado problemas de manejo, armazenamento, distribuição, tratamento ou disposição no solo, aumentando, com isto, os custos operacionais da atividade.

A maior parte dos estados brasileiros adota o valor de DBO de 60 mg L^-1 como limite de concentração de poluentes em efluentes a serem lançados em corpos hídricos, vários dos quais incorporam, também, o conceito de eficiência de remoção mínima, nos casos em que o atendimento ao padrão de 60 mg L^-1 não for atendido. Dos estados que utilizam o critério da eficiência, a maioria adota a eficiência de 80%, com exceção de Minas Gerais, que adota 85%, critério só aceitável quando o efluente lançado não altera os padrões de qualidade nem a classificação do curso d'água (Campos et al., 1998).

O tratamento preliminar de águas residuárias objetiva apenas a remoção dos sólidos grosseiros, enquanto o tratamento primário visa à remoção de sólidos sedimentáveis e parte do material orgânico. Em ambos, predominam os mecanismos físicos de remoção de poluentes e, no tratamento secundário, predominam mecanismos biológicos, cujo objetivo é, principalmente, a remoção de material orgânico e, eventualmente, nutrientes (nitrogênio e fósforo). O tratamento terciário objetiva a remoção de poluentes específicos (usualmente tóxicos ou compostos não biodegradáveis) ou, ainda, a remoção complementar de poluentes não-suficientemente removidos no tratamento secundário, sendo este tratamento muito raro no Brasil (von Sperling, 1996).

O tratamento primário pode ser feito utilizando-se sedimentadores ou filtros. A ação mecânica de eliminação dos sólidos nos filtros se baseia no princípio de que um meio poroso pode reter impurezas de dimensões menores que os poros da camada filtrante. Ao entrar em operação, as partículas vão sendo retidas nos poros do meio filtrante, proporcionando seu acúmulo e, assim, perda de carga. À proporção que se desenvolve a filtração, os vazios vão sendo obstruídos pelas partículas, reduzindo o diâmetro dos poros e passando, por conseguinte, a eliminar partículas de diâmetros cada vez menores (Povinelli & Martins, 1973). De acordo com a taxa de infiltração utilizada, os filtros podem ser classificados como rápidos (120 a 240 m d^-1) ou lentos (3 a 6 m d^-1).

As águas residuárias brutas de pocilgas apresentam conteúdo de sólidos totais em torno de 40.000 mg L^-1 e sedimentáveis de cerca de 350 a 500 mL L^-1 (Silva, 1973). Por ser a água residuária de granjas suinícolas muita rica em sólidos, o uso de filtros convencionais de areia não é recomendável, dada à sua rápida colmatação superficial e ao impedimento ao fluxo normal da água residuária, visto que esses filtros são dimensionados para o tratamento de esgotos domésticos, razão por que o estudo de diferentes meios porosos deve ser realizado. A utilização de materiais que sejam subprodutos das atividades agropecuárias e industriais é de grande interesse, em virtude da sua abundância, do baixo custo de aquisição e da própria dificuldade de disposição desses materiais no ambiente.

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar o uso de filtros, constituídos por diferentes resíduos agroindustriais, no tratamento de águas residuárias de suinocultura.

MATERIAL E MÉTODOS

Para se avaliar a eficiência de remoção de poluentes de águas residuárias de suinocultura na filtragem por materiais alternativos, foi conduzido um experimento, em casa-de-vegetação, na Área Experimental de Hidráulica e Irrigação e Drenagem do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, para o qual foram montadas colunas de filtragem constituídas de seis materiais orgânicos: bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, casca de café, fino de carvão vegetal, sabugo de milho e serragem de madeira.

O bagaço de cana-de-açúcar e o sabugo de milho foram previamente triturados e todos os materiais foram secados ao ar. Para se obter granulometria mais uniforme, esses materiais foram passados em peneira de malha de 2 mm, sendo o material retido utilizado para preenchimento da coluna. Como a casca de arroz apresentou dimensões inferiores à 2 mm, a peneira foi substituída por outra de malha de 0,5 mm; o fino de carvão vegetal apresentou granulometria muito desuniforme, razão pela qual as suas dimensões foram enquadradas entre os limites de 2,0 e 6,0 mm.

A água residuária foi coletada em um tanque de armazenamento da água residuária de uma suinocultura de 250 matrizes, cujo plantel se encontrava em diferentes estádios de produção, localizada em São Miguel do Anta, MG. Para evitar entupimento das mangueiras de alimentação das colunas durante o experimento, a água residuária foi passada em peneira de malha de 5,0 mm.

Para armazenar a água residuária coletada, foram utilizados galões de 60 L, ligados a uma mangueira flexível, equipada com uma torneira, o que permitiu o controle do fluxo de entrada da água residuária nas colunas de filtragem.

As colunas de filtragem (Figura 1) foram montadas em tubos de PVC de diâmetro de 100 mm e comprimento de 600 mm; em uma das extremidades do tubo, colou-se um tampão, onde foi feito um furo para adaptação na sua parte externa, de uma mangueira flexível de 10 mm de diâmetro e, na parte interna do orifício, uma tela (malha 1,0 mm) que foi colada para evitar o transporte do material filtrante para fora da coluna. Para controlar o fluxo de saída do efluente da coluna, adaptaram-se grampos na mangueira de saída.

O material filtrante foi acondicionado nas colunas, de forma gradual, em camadas de 5 cm de espessura, sob compressão de 12.490 N m^-2, até ser atingida a altura de 50 cm. Esse valor de pressão foi definido considerando-se a compactação do material no filtro que seria obtida com o peso de um homem (±70 kg). Para minimizar o fluxo preferencial na parede interna da coluna, o próprio material usado para seu preenchimento foi colado às paredes internas do tubo, para aumento da tortuosidade e minimização do fluxo preferencial; além disso, comprimiu-se, com a ponta dos dedos, a periferia do material acondicionado na coluna durante o seu preenchimento.

Para evitar que o material flutuasse ao receber a água residuária, usaram-se telas de 1,0 mm de malha, na parte superior da coluna.

A partir do conhecimento do volume ocupado e da massa do material filtrante, foi possível calcular-se a massa específica global do material. A massa específica das partículas de cada material foi determinada seguindo-se a metodologia da EMBRAPA (1997). De posse desses valores (massa específica global e das partículas) foi possível calcular-se a porosidade do material e também o volume de poros que, de acordo com Matos (1995), pode ser definido como o volume ocupado pelos poros da coluna de material filtrante. A porosidade e o volume de poros do material acondicionado na coluna foram calculados usando-se, respectivamente, as Eqs. 1 e 2:

(1)

em que:

P - porosidade, cm³ cm^-3

r_p - massa específica das partículas, g cm^-3

r_g - massa específica global da coluna, g cm^-3

(2)

em que:

VP - volume de poros, adimensional

V - volume filtrado, cm³

V_t - volume total da coluna filtrante, cm³ e

P - porosidade do material da coluna, cm³ cm^-3

As seis colunas filtrantes foram, simultaneamente, preenchidas com água residuária de suinocultura, até que fosse atingida a altura de 50 cm quando, então, abriu-se o registro de saída do filtrado, permitindo-se a coleta do efluente na parte inferior da coluna, momento em que se abriu o registro de alimentação do afluente, acionou-se o cronômetro e se mediu o tempo para coleta de 1,5 L de efluente, com o objetivo de se determinar a taxa de infiltração do líquido no filtro. O escoamento foi mantido na condição permanente, em meio saturado, durante toda a fase de filtração das águas residuárias de suinocultura.

Para caracterização da água residuária afluente, foram coletadas, aleatoriamente, quatro amostras de 1,5 L nos galões-reservatório. Das amostras do afluente e do efluente, retiraram-se alíquotas de 200 mL, que foram imediatamente acondicionadas em freezer (-4º C) para posterior análise química. As amostras retiradas do material filtrante também foram preservadas em freezer. No restante das amostras do efluente e do afluente, foram determinados: condutividade elétrica (CE), usando-se condutivímetro digital marca Orion, modelo 125; densidade, utilizando-se densímetro de escala 1,000 a 1,100 (Scherer et al., 1995) e sólidos totais (ST) e sedimentáveis (SP) (Braile & Cavalcanti, 1979).

O teor de N-total foi determinado em alíquota de 3,0 mL, pelo método de Kjeldahl (Tedesco et al., 1985). Alíquotas de 5,0 mL foram mineralizadas via digestão nítrico-perclórica (3 mL de ácido nítrico: 1 mL de ácido perclórico). Nos extratos de digestão, as concentrações de Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺ e Zn²⁺ foram determinadas por espectrofotometria de absorção atômica e as concentrações de K⁺ e Na⁺ determinadas por fotometria de emissão de chama e as do P-total, por colorimetria, pelo método do ácido ascórbico, modificado por Braga & Defelipo (1974). Os resultados das análises física e química da água residuária afluente encontram-se na Tabela 1.

Nos resíduos orgânicos a serem utilizados como filtro, foi realizada a seguinte análise física: determinação do conteúdo de umidade (Kiehl, 1985) e das massas específica de partículas e global. O resultado dessas análises e da porosidade e volume ocupado pelos poros, para cada material filtrante utilizado, está apresentado na Tabela 2.

As análises químicas constituíram-se na determinação do pH (H₂O e KCl) pelo método potenciométrico, e na soma de bases extraíveis (valor S) pelo método da soma de bases, utilizando-se os extratores de KCl 1 mol L^-1, para determinação de Ca²⁺ e Mg²⁺; HCl 0,05 mol L^-1 para determinação de Na⁺ e K⁺; e acetato de cálcio, a pH 7, para determinação de H⁺ + Al³⁺ (EMBRAPA, 1997) cujos resultados estão apresentados na Tabela 2.

Como os valores de pH (H₂O) foram superiores aos de pH (KCl) foram obtidos valores de DpH negativos para todos os materiais filtrantes, o que significa que os materiais em questão são eletronegativos, ou seja, as cargas negativas predominam em relação às positivas.

Os valores de soma de bases (S) e acidez (H +Al) extraíveis indicam ser o material filtrante detentor de cátions removíveis com ácidos fracos, podendo estar ou não adsorvidos no complexo de troca. A soma dos cátions adsorvidos ao complexo de troca seria indicação do valor de CTC do material e, nesse aspecto, quanto maiores os valores de CTC, maior também será a capacidade do material filtrante em reter os cátions presentes nas águas residuárias de suinocultura.

O volume de efluente, coletado durante a condução dos ensaios, foi convertido em volume de poros (Eq. 2) e curvas relacionando as concentrações de P-total, N-total, Ca, Mg, Na, K, Cu, Zn, SP, ST, densidade, CE e taxa de infiltração do efluente com o volume de poros percolados foram obtidas para análise da capacidade de retenção do material filtrante para avaliar seu uso como filtro.

O experimento foi arranjado num delineamento em blocos inteiramente casualizados, com seis tratamentos (seis materiais orgânicos filtrantes) e quatro repetições.

Análises de regressão foram utilizadas para obtenção de equações matemáticas que possibilitassem a estimativa do desempenho do sistema de filtragem, tendo como variável independente o volume de poros de água residuária filtrada.

Enfim, as análises estatísticas foram processadas, utilizando-se o programa estatístico SAEG versão 5.0/1993, desenvolvido pela Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Figura 2A encontra-se o gráfico referente à concentração de N-total no afluente e efluente do filtro. Os valores encontrados no efluente dos materiais filtrantes flutuaram em torno daqueles determinados para o afluente. Apesar de se observar aumento da concentração de N-total na maioria dos resíduos utilizados como filtro, a quantidade retida não foi suficiente para causar alterações sensíveis na concentração do efluente dos filtros.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  07 Nov 2006
• Data do Fascículo
  Dez 2000

Histórico

• Recebido
  21 Fev 2000