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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE CINCIAS AGRONMICAS E AMBIENTAIS

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS DE BOVINOCULTURA DE LEITE NO BRASIL

SITUAO ATUAL E POSSIBILIDADES

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

Samara Terezinha Decezaro

Frederico Westphalen, RS, Brasil

2013

TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS DE BOVINOCULTURA DE LEITE NO BRASIL SITUAO

ATUAL E POSSIBILIDADES

Samara Terezinha Decezaro

Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como

requisito parcial para obteno do grau de Engenheira Ambiental

Orientador: Dr. Raphael Corra Medeiros Co-orientador: Dr. Pablo Heleno Sezerino

Frederico Westphalen, RS, Brasil

2013

AGRADECIMENTOS

Primeiramente Deus, por sempre iluminar meus passos.

minha famlia e ao meu noivo Giliarde Tavares da Silva, pelo incentivo, motivao

e apoio.

Ao professor Dr. Raphael Corra Medeiros, pela valiosa orientao no

desenvolvimento deste trabalho.

Ao professor Dr. Pablo Heleno Sezerino, pela confiana depositada em mim na

iniciao cientfica, pelos conselhos e pela amizade.

Catiane Pelissari, pelo companheirismo nos trabalhos a campo e laboratrio.

Aos acadmicos do Curso de Engenharia Ambiental da UFSM, em especial ao Igor

Bergmann, pela ajuda nos trabalhos a campo.

Aos colegas do NUPEEA pela amizade.

todos os professores do Curso de Engenharia Ambiental, que de uma ou outra

forma contriburam para o desenvolvimento deste trabalho.

Muito obrigada!

Suba o primeiro degrau com f. No

necessrio que voc veja toda a

escada. Apenas d o primeiro passo.

(Martin Luther King)

RESUMO

Trabalho de Concluso de Curso Curso de Engenharia Ambiental

Universidade Federal de Santa Maria

TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS DE BOVINOCULTURA DE LEITE NO BRASIL SITUAO ATUAL E POSSIBILIDADES

AUTORA: SAMARA TEREZINHA DECEZARO

ORIENTADOR: RAPHAEL CORRA MEDEIROS Data e Local da Defesa: Frederico Westphalen, 16 de dezembro de 2013.

A bovinocultura de leite uma atividade de reconhecida importncia econmica no Brasil, contudo, responsvel pela gerao de grande volume de guas residurias, que necessitam de tratamento adequado. Diante disso, o objetivo deste trabalho apresentar alternativas para tratamento de efluentes de bovinocultura leiteira no Brasil, a partir de uma reviso de literatura a nvel nacional e da avaliao de um sistema experimental composto por wetlands construdos, na regio noroeste do Rio Grande do Sul. O levantamento das alternativas de tratamento j estudadas no Brasil consistiu na busca por textos cientficos nacionais publicados a partir do ano 2000. Quanto ao sistema experimental, a metodologia consistiu na implantao, operao e monitoramento fsico-qumico (durante 1 ano) de dois wetlands, sendo um de fluxo horizontal WCFH (26,5 m2 de rea) e outro de fluxo vertical WCFV (14,3 m2 de rea), plantados com Typha sp. Os resultados obtidos apontaram: Existem esforos no pas para implantao de tecnologias de tratamento que apresentem baixos custos de implantao e operao, simplicidade operacional e que possam viabilizar o reuso do efluente tratado e/ou a produo de energia, sendo, de acordo com a reviso de literatura, os sistemas de lagoas e wetlands construdos os que apresentaram as menores concentraes efluentes de matria orgnica e de nutrientes. A avaliao das unidades wetlands experimentais tambm demonstrou que este tipo de sistema, principalmente os WCFH, so uma tecnologia vivel para tratamento de efluentes de bovinocultura leiteira, notadamente na Mesorregio Noroeste Rio-Grandense, com grande potencial de aplicao nas propriedades produtoras de leite do Brasil.

Palavras-chave: Sala de ordenha. Efluentes. Resduos agroindustriais. Tratamento. Wetlands construdos.

ABSTRACT

The dairy cattle is an important economic activity recognized in Brazil, however, responsible for generating large volumes of wastewater that require proper treatment. Thus, the aim of this paper is to present alternatives for dairy parlors wastewater treatment in Brazil, from a national literature review and evaluation of an experimental system of constructed wetlands in the northwest region of Rio Grande do Sul. The treatment alternatives already studied in Brazil were searched in national scientific texts published since 2000. For the experimental system, the methodology was implementation, operation and physic-chemical monitoring (for 1 year) of two wetlands: horizontal flow - WCFH (26.5 m2 of area ) and vertical flow - WCFV (14.3 m2 of area), both planted with Typha sp. The results showed: There are efforts in the country to implement treatment technologies that have low implementation and operation costs, operational simplicity, and to make possible the reuse of treated effluent and / or energy production. According to the review literature, stabilization ponds and constructed wetlands systems were those who had the lowest effluent concentrations of organic matter and nutrients. The evaluation of experimental wetlands units also showed that this kind of system, especially WCFH are a viable technology for treating dairy parlors wastewater, especially in northwest region of Rio Grande do Sul, with great application potential in the milk producing properties located in Brazil. Keywords: Dairy parlors. Wastewater. Agroindustrial waste. Treatment. Constructed wetlands.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Estados brasileiros com as maiores produes de leite, em 2011. ........... 17

Figura 2 Configuraes de filtros anaerbios de fluxo ascendente e descendente 25

Figura 3 Esquema de sistema de tratamento com filtro anaerbio, seguido de

lagoa facultativa. ....................................................................................................... 26

Figura 4 Representao esquemtica de um reator UASB. ................................... 27

Figura 5 Esquema de sistema de tratamento com reator UASB seguido de lagoa

facultativa. ................................................................................................................. 28

Figura 6 Fotografia de um biodigestor do tipo canadense...................................... 29

Figura 7 Esquema de um filtro biolgico percolador. ............................................. 30

Figura 8 Fluxograma tpico de um sistema de lodos ativados convencional. ......... 31

Figura 9 Sistemas de lagoas de estabilizao: a) Sistema com lagoa facultativa; b)

Sistema com lagoa anaerbia seguida de lagoa facultativa; c) Sistema com lagoa

aerada de mistura completa seguida de unidade de decantao. ............................ 32

Figura 10 Esquema de sistema de infiltrao-percolao, em canais de infiltrao.

.................................................................................................................................. 34

Figura 11 Esquema de sistema de tratamento por escoamento superficial. .......... 34

Figura 12 Esquema da tcnica da fertirrigao de culturas agrcolas (infiltrao

lenta). ........................................................................................................................ 35

Figura 13 Classificao dos wetlands construdos. ................................................ 36

Figura 14 Esquema representando um WCFH. 1) afluente; 2) macrfitas; 3)

impermeabilizao; 4) zona de entrada; 5) tubulao de alimentao; 6) material

filtrante; 7) sentido do fluxo; 8) zona de sada; 9) tubulao de coleta; 10) controlador

de nvel. ..................................................................................................................... 37

Figura 15 - Esquema representando um WCFV. 1) afluente; 2) macrfitas; 3)

material filtrante; 4) tubulao de alimentao; 5) sentido do fluxo; 6) tubulao de

coleta; 7) impermeabilizao; 8) controlador de nvel; 9) efluente. ........................... 38

Figura 16 Distribuio dos tratamentos .................................................................. 42

Figura 17 Localizao do municpio de Frederico Westphalen, mesorregio

noroeste Rio-Grandense. .......................................................................................... 52

Figura 18 - Instalaes da bovinocultura de leite do CAFW ...................................... 53

Figura 19 - Estrutura do sistema experimental .......................................................... 53

Figura 20 Escavao em solo e impermeabilizao dos wetlands. ........................ 55

Figura 21 Preenchimento dos wetlands com areia e brita 1 ................................... 57

Figura 22 Curva granulomtrica obtida para a areia empregada nos wetlands ..... 57

Figura 23 Tubulaes do WCFV. a) tubulao de coleta/drenagem; b) tubulao de

alimentao. .............................................................................................................. 58

Figura 24 - Tubulaes empregadas no WCFH; a) vista da tubulao de alimentao

do leito; b) detalhe da perfurao da tubulao de coleta. ........................................ 59

Figura 25 a) Retirada da macrfita do habitat natural; (b) Plantio nos wetlands. ... 60

Figura 26 Vista geral do sistema experimental recm implantado. ....................... 61

Figura 27 Concentrao de DQO afluente e efluente dos wetlands tratando guas

residurias de bovinocultura. ..................................................................................... 65

Figura 28 Concentrao de DBO afluente e efluente dos wetlands tratando guas

residurias de bovinocultura. ..................................................................................... 66

Figura 29 Concentrao de slidos totais afluente e efluente dos wetlands tratando

guas residurias de bovinocultura. .......................................................................... 67

Figura 30 Concentrao de slidos suspensos afluente e efluente dos wetlands

tratando guas residurias de bovinocultura. ............................................................ 68

Figura 31 - Propores mdias das diferentes formas nitrogenadas no efluente dos

tratamentos utilizados para guas residurias de bovinocultura. .............................. 69

Figura 32 Concentrao de NTK afluente e efluente dos wetlands tratando guas

residurias de bovinocultura. ..................................................................................... 70

Figura 33 Concentrao N-NH4+ afluente e efluente dos wetlands tratando guas

residurias de bovinocultura. ..................................................................................... 70

Figura 34 Concentrao de P-PO43- afluente e efluente dos wetlands tratando

guas residurias de bovinocultura. .......................................................................... 71

Figura 35 - Comportamento evolutivo de P-PO43- do afluente e efluente dos wetlands

tratando guas residurias de bovinocultura. ............................................................ 72

Figura 36 Cargas aplicadas nos wetlands e as respectivas eficincias de remoo.

.................................................................................................................................. 75

Figura 37 Fotografia do sistema experimental em dezembro de 2012. .................. 76

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Efetivo de vacas ordenhadas e produo de leite, total e variao

percentual, segundo as Unidades da Federao - 2010-2011. ................................. 16

Tabela 2 Gerao de resduos por bovinos de leite no Brasil, ano base 2009. ...... 19

Tabela 3 - Comparao fsico-qumica de efluentes produzidos em instalaes de

bovinocultura de leite e efluente domstico, apresentados pela literatura. ............... 21

Tabela 4 Bases de dados consultadas ................................................................... 41

Tabela 5 - Alternativas de tratamento apontadas para tratamento de guas

residurias de bovinocultura de leite no Brasil. ......................................................... 42

Tabela 6 - Desempenho de diferentes tratamentos, aplicados a guas residurias de

bovinocultura de leite................................................................................................. 48

Tabela 7 - Parmetros analisados e metodologia empregada. ................................. 54

Tabela 8 Caractersticas fsicas dos wetlands. ....................................................... 55

Tabela 9 Valores mdios, mnimos e mximos e desvios-padro (DP) obtidos em

anlises dos efluentes da lagoa de decantao, do WCFH e do WCFV

(novembro/2011 a outubro/2012). ............................................................................. 63

Tabela 10 Resultado estatstico obtido com o teste ANOVA para o WCFH e para o

WCFV. ....................................................................................................................... 73

Tabela 11 Cargas mdias aplicadas e removidas no WCFH. ................................ 74

Tabela 12 Cargas aplicadas e removidas no WCFV. ............................................. 74

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ANOVA Anlise de Varincia

APHA American Public Health Association

CAFW Colgio Agrcola de Frederico Westphalen

CONSEMA Conselho Estadual do Meio Ambiente

CF Coliformes fecais

CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico

CTC Capacidade de troca catinica

D10 Dimetro Efetivo

D60 Dimetro a 60 %

DBO5,20 Demanda Bioqumica de Oxignio, 5 dias de incubao, a 20oC

DN Dimetro Nominal

DP Desvio Padro

DQO Demanda Qumica de Oxignio

E. coli Escherichia coli

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria

ETE Estao de Tratamento de Efluentes

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

LD Lagoa de Decantao

LMCC Laboratrio de Materiais de Construo Civil

NMP Nmero Mais Provvel

Norg Nitrognio Orgnico

NRCS Natural Resources Conservation Service

NT Nitrognio Total

NTK Nitrognio Total Kjeldhal

N-NH4 Nitrognio Amoniacal

N-NO2- Nitrognio Nitrito

N-NO3- Nitrognio Nitrato

NUPEEA Ncleo de Pesquisa e Extenso em Engenharia Ambiental

OD Oxignio Dissolvido

pH Potencial Hidrogeninico

P-PO43- Fsforo Ortofosfato

PVC Polyvinyl chloride

SS Slidos Suspensos

SSD Slidos Sedimentveis

ST Slidos Totais

STF Slidos Totais Fixos

STV Slidos Totais Volteis

T Temperatura

TDH Tempo de Deteno Hidrulica

U Coeficiente de Uniformidade

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket

UFSM Universidade Federal de Santa Maria

WCFH Wetland Construdo de Fluxo Horizontal

WCFV Wetland Construdo de Fluxo Vertical

SUMRIO

1 CONSIDERAES INICIAIS ............................................................................. 13 1.1 Objetivos ........................................................................................................ 14

1.1.1 Objetivo geral ............................................................................................... 14 1.1.2 Objetivos especficos ................................................................................... 14 2 REVISO DA LITERATURA .............................................................................. 15 2.1 Situao da atividade leiteira no Brasil ....................................................... 15 2.2 Gerao de resduos pela atividade leiteira ................................................ 18 2.3 Caracterizao das guas residurias de bovinocultura de leite ............. 20 2.4 Manejo dos resduos de bovinocultura de leite .......................................... 21 2.5 Principais mtodos de tratamento de efluentes de bovinocultura ........... 24

2.5.1 Filtros anaerbios ......................................................................................... 24 2.5.2 Reatores UASB ............................................................................................ 26 2.5.3 Biodigestores................................................................................................ 28 2.5.4 Filtros biolgicos percoladores ..................................................................... 29 2.5.5 Lodos ativados ............................................................................................. 30 2.5.6 Lagoas de estabilizao ............................................................................... 31 2.5.7 Disposio no solo ....................................................................................... 33 2.5.8 Wetlands construdos ................................................................................... 35 3 TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS DE BOVINOCULTURA DE LEITE NO BRASIL ESTADO DA ARTE ........................................................................... 39 3.1 Introduo ...................................................................................................... 39 3.2 Metodologia ................................................................................................... 40 3.3 Resultados e discusso ................................................................................ 40 3.4 Concluses .................................................................................................... 49 4 WETLANDS CONSTRUDOS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES DE BOVINOCULTURA DE LEITE NA MESORREGIO NOROESTE DO RIO GRANDE DO SUL ..................................................................................................................... 50 4.1 Introduo ...................................................................................................... 50 4.2 Metodologia ................................................................................................... 51 4.3 Resultados e discusso ................................................................................ 54

4.3.1 Construo do sistema experimental ........................................................... 54 4.3.2 Aspectos operacionais ................................................................................. 61 4.3.3 Qualidade do efluente tratado ...................................................................... 62 4.3.4 Desempenho global dos wetlands ................................................................ 73 4.4 Concluso ...................................................................................................... 76 5 CONCLUSES E RECOMENDAES ............................................................. 78 REFERNCIAS ......................................................................................................... 79

1 CONSIDERAES INICIAIS

A bovinocultura de leite uma atividade de grande importncia econmica no

Brasil e apresenta-se em crescente expanso. Segundo o Instituto Brasileiro de

Geografia e Estatstica (IBGE), em 2011 foram produzidos no Brasil 32,096 bilhes

de litros de leite.

Esta produo acarreta na gerao de grande volume de guas residurias

que apresentam potencial para a poluio, de forma que a simples disposio

dessas guas residurias no solo sem tratamento adequado - prtica muito utilizada

quando se tem disponibilidade de rea - pode causar grande impacto por sobrecarga

de nutrientes no solo, podendo at mesmo ocasionar a eutrofizao dos cursos de

gua.

Diversas propostas para tratamento de efluentes desse tipo so apresentadas

em trabalhos publicados a nvel internacional, destacando-se os trabalhos de

Luostarinen e Rintala (2005), Dunne, et al. (2005), Gottschall, et al. (2007), Bolan, et

al. (2009), Ruane, et al. (2011), Rico, Garca e Rico (2011) e Comino, Riggio e

Rosso (2012), os quais citam as lagoas de estabilizao, os biodigestores, os filtros

aerbios, os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) e tambm os

wetlands construdos como opes para tratamento de efluentes de bovinocultura de

leite.

Os wetlands construdos destacam-se nesse contexto, como alternativa de

simples operao e de baixo custo de implantao e de manuteno, comparados

com tecnologias convencionais, sendo tambm atrativos para manter aspectos

paisagsticos do meio rural. Newman, et al. (2000) empregando um sistema de

wetlands no tratamento de efluentes de instalaes de bovinocultura de leite

encontraram eficincias mdias de remoo de 94%, 85%, 68%, 60% e 53% para

slidos suspensos totais, DBO5,20, fsforo total, nitratonitrito e nitrognio total

Kjedahl, respectivamente. Crolla e Kinsley (2002) apud Gottschall, et al. (2007)

tambm operaram, durante um perodo de quatro anos, wetlands para tratamento de

efluentes de instalaes de bovinocultura de leite e obtiveram eficincias mdias de

remoo de nitrognio total Kjedahl e fsforo total iguais a 72% e 58%,

respectivamente, em todo perodo de operao.

14

Contudo, pouco conhecimento se tem sobre as tecnologias j implantadas

para tratamento de guas residurias de bovinocultura de leite no Brasil e

principalmente sobre as experincias bem sucedidas. Salienta-se que o tratamento

dessas guas residurias deve ser adequado forma de produo, bem como a

legislao ambiental vigente, o que pode variar entre as regies produtoras de leite

do pas.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo geral

O principal objetivo deste trabalho apresentar alternativas para tratamento

de efluentes de bovinocultura leiteira no Brasil, a partir de uma reviso de literatura a

nvel nacional e da avaliao de um sistema experimental composto por wetlands

construdos, na regio noroeste do Rio Grande do Sul.

1.1.2 Objetivos especficos

Como objetivos especficos do trabalho, destacam-se:

(i) Implantar, operar, monitorar e avaliar duas unidades de tratamento de

efluentes do tipo wetlands construdos, uma de fluxo horizontal e outra

de fluxo vertical, implantadas em clima subtropical, regio noroeste do

Rio Grande do Sul;

(ii) Realizar uma reviso da literatura sobre as alternativas disponveis

para tratamento de guas residurias de bovinocultura de leite no

Brasil, com destaque para a aplicao de wetlands construdos para

tratamento desses efluentes.

2 REVISO DA LITERATURA

2.1 Situao da atividade leiteira no Brasil

De acordo com a Organizao das Naes Unidas para Agricultura e

Alimentao (FAO), o Brasil um dos maiores produtores de leite do mundo,

ocupando em 2010 o 5 lugar no ranking mundial. Os Estados Unidos lideram o

ranking de pases produtores, em sequncia aparecem ndia, China e Rssia

(EMBRAPA GADO DE LEITE, 2010).

No Brasil, a produo total de leite registrada pela Pesquisa da Pecuria

Municipal do IBGE foi de 32,091 bilhes de litros em 2011. Deste total, segundo a

Pesquisa Trimestral do Leite, realizada pelo IBGE, 67,9% foram adquiridos pela

indstria de laticnios sob inspeo sanitria. O restante desta produo deve-se ao

auto-consumo, produo artesanal de queijos e derivados, perdas, etc. (IBGE,

2011).

As condies edafoclimticas do Brasil possibilitam a adaptao da atividade

leiteira s peculiaridades regionais. Por essa razo, atualmente, a pecuria leiteira

praticada em todo territrio nacional e assim, existem diversos modelos ou formas

de produo de leite, com variados graus de especializao, incluindo desde

propriedades de subsistncia, as quais utilizam tcnicas rudimentares, com

produo diria inferior a 10 litros de leite at grandes propriedades produtoras que

utilizam tecnologias avanadas, com produo diria superior a 50 mil litros de leite

(ZOCCAL e GOMES, 2005).

Os dados da Pesquisa da Pecuria Municipal do IBGE (2011) mostram que a

produo nacional de leite apresenta-se em crescente expanso, sendo que no

comparativo entre 2010 e 2011 apresentou incremento de 4,5% (tabela 1 e figura 1).

Minas Gerais o estado brasileiro que mais se destaca na produo de leite, com

participao de 27,3%, seguido por Rio Grande do Sul (12,1%), Paran (11,9%) e

Gois (10,9%). Estes estados concentram 62,1% de todo o leite produzido no Pas.

Os trs municpios maiores produtores de leite no Brasil, em 2011, foram Castro

(PR), Patos de Minas (MG) e Jata (GO).

16

Tabela 1 - Efetivo de vacas ordenhadas e produo de leite, total e variao percentual, segundo as Unidades da Federao - 2010-2011.

Fonte: IBGE, Diretoria de Pesquisas, Coordenao de Agropecuria, Pesquisa da Pecuria Municipal

2010-2011.

17

Figura 1 Estados brasileiros com as maiores produes de leite, em 2011. Fonte: Elaborado a partir de dados do IBGE, Diretoria de Pesquisas, Coordenao de Agropecuria, Pesquisa da Pecuria Municipal 2010-2011.

Quanto a dados de produtividade, segundo o IBGE (2011), a maior

produtividade nacional de leite foi alcanada pelo Estado do Rio Grande do Sul

(2.536 litros/vaca/ano), seguido por Santa Catarina (2.478 litros/vaca/ano) e Paran

(2.404 litros/vaca/ano). Minas Gerais, embora seja o maior produtor nacional de leite

de vaca, ocupa a quarta posio em termos de produtividade, que, em 2011, ficou

em torno de 1.555 litros/vaca/ano. Roraima o estado com a menor produtividade

nacional, cerca de 309 litros/vaca/ano.

Segundo o IBGE (2011), os municpios brasileiros com as maiores

produtividades de leite produziram acima de 5.000 litros/vaca no ano de 2011, valor

muito similar mdia dos pases europeus e dos Estados Unidos. Os principais

municpios em produtividade leiteira esto localizados nos Estados de So Paulo, do

18

Paran e do Rio Grande do Sul, os quais apresentam uma pecuria leiteira

profissionalizada de alta tecnologia, com rebanho selecionado de aptido leiteira,

aliada a condies climticas favorveis (IBGE, 2011).

Conforme j citado, o Brasil apresenta grande variabilidade nos sistemas de

produo. Assis, et al. (2005) apresenta uma classificao que define quatro tipos de

sistemas de produo: extensivo, semi-extensivo, intensivo a pasto e intensivo em

confinamento. Essa classificao foi feita com base no grau de intensificao e nvel

de produtividade, caracterizados conforme alimentao volumosa adotada. A

descrio sobre as diferenas entre esses quatro tipos de sistemas, conforme Assis,

et al. (2005) apresentada a seguir:

Sistema extensivo: Animais com produo de at 1.200 litros de leite por vaca

ordenhada/ano, criados exclusivamente a pasto;

Sistema semi-extensivo: Animais com produo entre 1.200 e 2.000 litros de

leite por vaca ordenhada/ano, criados a pasto, com suplementao volumosa na

poca de menor crescimento do pasto;

Sistema intensivo a pasto: Animais com produo entre 2.000 e 4.500 litros

de leite por vaca ordenhada/ano, criados a pasto com forrageiras de alta capacidade

de suporte, com suplementao volumosa na poca de menor crescimento do pasto

ou, at mesmo, durante o ano todo;

Sistema intensivo em confinamento: Animais com produo acima de 4.500

litros de leite por vaca ordenhada/ano, mantidos em confinamento e alimentados no

cocho com forragens conservadas, como silagens e fenos.

Pohlmann (2000) afirma que no Brasil ainda predomina o manejo extensivo de

criao de bovinos, no qual os animais ficam soltos no pasto e os dejetos

espalhados pelo campo em grandes reas. Porm, segundo o mesmo autor, h forte

tendncia de aumento das criaes confinadas para os prximos anos.

2.2 Gerao de resduos pela atividade leiteira

Segundo Matos (2005), uma vaca leiteira com 400 Kg de peso mdio produz

38 a 50 Kg de excretas diariamente, sendo deste total, 28 a 32 Kg de fezes e o

restante, de urina. Contudo, na bovinocultura de leite, alm dos resduos gerados

19

pelos animais, devem ser considerados aqueles provenientes da retirada ou

processamento do leite (POHLMANN, 2000). Segundo Cronk (1996), a quantidade

de resduo lquido produzido em instalaes de bovinocultura de leite depende do

manejo adotado, de forma que o consumo de gua pode variar de 40 a 600 litros por

vaca ordenhada.

De acordo com Matos (2005), tanto a quantidade quanto as caractersticas

das guas residurias de criatrios de animais variam conforme a diluio

proporcionada pela adio de gua e tambm com o perodo do ano, dia da semana

e horrio do dia. Mas, de forma geral, o autor afirma que a vazo de guas

residurias geradas funo do nmero de animais confinados, da quantidade de

gua desperdiada nos bebedouros, da quantidade de gua utilizada na

higienizao das instalaes e transporte hidrulico dos dejetos e da existncia ou

no de sistemas de isolamento de guas pluviais.

Segundo Pohlmann (2000), o risco de impacto ambiental oriundo de criaes

de gado de leite maior do que o produzido por gado de corte, pois o gado de leite

produz quantidade superior de dejetos, sendo que, mesmo em criaes no

confinadas, ocorre a reteno dos animais em estbulos para ordenha e lavagem

dos equipamentos utilizados.

O Plano Nacional de Resduos Slidos - verso preliminar (BRASIL, 2011)

apresenta um levantamento de dados acerca da situao atual de gerao de

resduos agrosilvopastoris no Brasil, incluindo a gerao de resduos da atividade de

bovinocultura de leite e o potencial de gerao de energia dos mesmos. Os dados

do diagnstico so apresentados na tabela 2.

Tabela 2 Gerao de resduos por bovinos de leite no Brasil, ano base 2009.

Nmero de cabeas de bovinos de leite 22.435.289

Total de dejetos (t/ano) 316.909.675

Potencial energtico (MW/ano) 1.032

Fonte: Plano Nacional de Resduos Slidos (verso preliminar) (BRASIL, 2011).

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Ainda segundo a verso preliminar do Plano Nacional de Resduos Slidos

(BRASIL, 2011), o crescimento do setor agrosilvopastoril nos ltimos anos indica

que a gerao de resduos continuar aumentando e por isso, o manejo, o

tratamento e a disposio desses resduos deve ser adequado, pois estas atividades

so extremamente dependentes do uso de recursos naturais.

2.3 Caracterizao das guas residurias de bovinocultura de leite

guas residurias provenientes de instalaes de bovinocultura de leite so

compostas principalmente por urina e esterco, como tambm detergentes oriundos

da limpeza da sala de ordenha, resduos de leite e muco (HEALY, RODGERS e

MULQUEEN, 2007). Alm de slidos e DBO, nutrientes como nitrognio e fsforo

so os constituintes mais importantes dessas guas residurias, os quais so

responsveis pela eutrofizao de corpos dgua (CRONK, 1996).

Segundo Derisio (1992) apud Campos (1997), a carga orgnica produzida por

uma vaca equivalente carga orgnica produzida por 16 pessoas, considerando

que no Brasil, uma pessoa elimina em mdia 54 g DBO5/dia (VON SPERLING,

2005). J para Matos (2005), o equivalente populacional de uma vaca leiteira pode

variar de 16 a 38 pessoas, dependendo da carga poluente da gua residuria de

bovinocultura leiteira.

Segundo Nennich, et al. (2005), o potencial nutricional dos dejetos de vacas

em lactao os torna passveis de tratamento e posterior reutilizao, devido aos

elevados teores de nutrientes, que so em torno de 0,491 Kg de nitrognio por dia,

0,074 Kg de fsforo por dia e de 0,223 Kg de potssio por dia.

Quando o manejo dos dejetos feito na fase lquida, os teores de

contaminantes presentes na gua residuria so normalmente expressos em mg/L.

As guas residurias provenientes de bovinocultura de leite apresentam

concentraes de contaminantes mais elevadas se comparadas com esgoto

domstico, conforme apresentado na tabela 3.

Contudo, Mantovi, et al. (2003) relata que difcil caracterizar efluentes

produzidos em sala de ordenha de bovinocultura, devido a ocorrncia constante de

variaes no nmero de vacas ordenhadas, na quantidade de gua e detergentes

21

utilizados, entre outros componentes empregados. Alm disso, de acordo com

Matos (2005), as caractersticas fsico-qumicas de guas residurias de criatrios

de animais dependem da digestibilidade, composio da rao e da idade dos

animais. Wood, et al. (2007) constataram um elevado desvio padro na

caracterizao de efluentes produzidos em sala de ordenha, os autores justificaram

essa variabilidade em funo das prticas operacionais do local de pesquisa.

Tabela 3 - Comparao fsico-qumica de efluentes produzidos em instalaes de bovinocultura de leite e efluente domstico, apresentados na literatura.

Tipo de efluente Autores DBO5,20 (mg/L)

DQO (mg/L)

NTK (mg/L)

N-NH4 (mg/L)

PTotal (mg/L)

SST (mg/L)

Efluente produzido em instalaes de

bovinocultura

Silva e Roston (2010)

- - - - - 3.585

Wood et al. (2007)

2.811 6.144 - 366 89,3 6.144

Mumoz, Drizo e Hession (2006)

1.200 - - 52 44 26

Newman et al. (2000)

2.680 - 102 7,8 25,7 1.284

Dunne et al. (2005)

2.300 - - 36,00 15 921

Efluente domstico Von Sperling

(1995) 350 700 - 30 14 1000

Fonte: Pelissari, 2013.

2.4 Manejo dos resduos de bovinocultura de leite

O manejo dos resduos de bovinocultura leiteira varia de acordo com o

sistema de produo adotado e com a consistncia do resduo (JOHANN, 2010).

Segundo Matos (2005), a fim de facilitar o transporte e a aplicao dos resduos em

reas de cultivo agrcola, a incorporao de gua aos dejetos frescos, tem se

tornado prtica frequente em vrios pases, principalmente naqueles que utilizam

tecnologias agropecurias mais avanadas.

De acordo com a EMBRAPA (2004), para um determinado sistema de

produo sempre h um sistema de manejo e tratamento mais adequado, sendo que

o contedo de umidade do esterco determina parcialmente como ele pode ser

manejado e armazenado. Segundo a classificao da EMBRAPA (2004), o esterco

22

pode ser classificado de acordo com sua consistncia, em: (i) Slido, com 16% ou

mais de slidos totais (ST); (ii) Semi-slido, com 12% a 16% de ST; (iii) Lquido, com

12% ou menos de ST.

Para a EMBRAPA (2004), existem vrias formas para manejo do esterco, de

acordo com a convenincia e o tipo de sistema de produo adotado, sendo: (i)

Convencional ou manejo de esterco na forma slida; (ii) Manejo de esterco lquido;

(iii) Manejo de esterco semi-slido ou misto; (iv) Manejo em lagoas de estabilizao;

(v) Compostagem; (vi) Combinaes dos sistemas anteriores. Cada um desses

sistemas descritos composto pelas fases de coleta, armazenamento, tratamento,

transporte e utilizao. A seguir consta a descrio de como ocorre o manejo do

esterco nas consistncias slido, semi-slido e lquido, conforme a EMBRAPA

(2004). Ressalta-se que o manejo de dejetos nos estados slido e semi-slido no

faz parte do escopo do presente trabalho, por isso, ser dado nfase no manejo do

esterco na forma lquida e nas respectivas possibilidades de tratamento.

Manejo do esterco na forma slida ou convencional

Nessa forma de manejo, o esterco seco raspado, manual ou

mecanicamente, e amontoado para coleta e transporte. O esterco retirado

diariamente e pode ter diferentes destinos, podendo ser: (i) Armazenado em locais

cobertos, ou no, para escoamento do excesso de umidade, e distribudo, em

seguida, nas reas de cultura; (ii) Levado para esterqueira ou para compostagem;

(iii) Distribudo diretamente nas reas de cultura.

prtica comum no Brasil, utilizar o esterco como fertilizante sem nenhum

tipo de processamento ou tratamento prvio. Em sistemas de confinamento de

bovinos leiteiros em baias coletivas, com utilizao de camas, a opo mais

econmica a distribuio do esterco diretamente nas reas de cultivo, onde a

incorporao ao solo se d por meio de arao ou gradagem.

23

Manejo do esterco semi-slido ou misto

O manejo do esterco na forma semi-slida ocorre quando a quantidade de

gua incorporada aos dejetos apenas suficiente para facilitar a remoo do esterco

das instalaes de bovinocultura, resultando em uma mistura com 12% a 16% de

slidos totais, considerada muito mida para o sistema convencional e pouco mida

para o sistema de irrigao. Nesse sistema de manejo, so utilizados tanques ou

fossas de armazenamento para posterior fertirrigao dos solos. Normalmente, a

distribuio do esterco semi-slido necessita de um distribuidor de esterco lquido

tracionado por trator ou de caminho-tanque, equipado com sistema vcuo-

compressor para as operaes de homogeneizao, carregamento e distribuio.

Manejo do esterco lquido

Para esse tipo de manejo, faz-se necessria a construo de tanques para

coleta, tratamento e homogeneizao do material proveniente da limpeza das

instalaes de bovinocultura. Os dejetos e os resduos da alimentao so diludos

em gua na proporo de 1:1 ou menos, de modo que a concentrao de ST seja

menor ou igual a 12%, a fim de permitir a utilizao de sistemas de irrigao com

equipamentos especiais. O volume dos tanques varia de acordo com o sistema de

tratamento adotado, com o tamanho do rebanho, o sistema de confinamento,

diluio dos dejetos, tempo de deteno hidrulica nos reatores biolgicos, tipo de

solo e culturas a serem irrigadas, manejo adotado para o sistema de irrigao

(fertirrigao) e quantidade de chuva que o sistema pode suportar.

Entre as principais vantagens desse sistema esto a liberao de mquinas e

equipamentos, como trator e implementos para outras atividades, baixa perda de

nutrientes quando as irrigaes so frequentes, economia de fertilizantes e

corretivos convencionais, conservao e melhoramento da fertilidade do solo,

possibilidade de reciclagem do esterco lquido tratado para limpeza hidrulica dos

galpes de confinamento e economia de gua, energia e mo-de-obra.

24

2.5 Principais mtodos de tratamento de efluentes de bovinocultura

Os principais mtodos para tratamento de efluentes agroindustriais so os

sistemas anaerbios (como os filtros anaerbios e os reatores UASB), os sistemas

de lagoas de estabilizao, os sistemas de lodos ativados e os sistemas wetlands

construdos (MATOS, 2005; JOHANN, 2010). Para tratamento de guas residurias

de bovinocultura de leite, existem diversas propostas publicados a nvel

internacional, destacando-se os trabalhos de Luostarinen e Rintala (2005), Dunne, et

al. (2005), Gottschall, et al. (2007), Bolan, et al. (2009), Ruane, et al. (2011), Rico,

Garca e Rico (2011) e Comino, Riggio e Rosso (2012), os quais citam no geral, as

lagoas de estabilizao, os biodigestores, os filtros aerbios, os reatores UASB e

tambm os wetlands construdos como opes de tratamento desses efluentes. A

seguir so descritos os principais mtodos de tratamento apresentados na literatura.

2.5.1 Filtros anaerbios

Os filtros anaerbios so caracterizados por terem parte do volume

preenchido com material inerte, onde ocorre imobilizao da biomassa por aderncia

em meio suporte fixo, que permanece estacionrio (CAMPOS, 1999). Segundo o

mesmo autor, nesses reatores, o fluxo hidrulico ocorre nos interstcios do material

suporte e o tratamento acontece pelo contato da biomassa com o esgoto, durante

sua passagem pelo reator.

Em geral, os filtros anaerbios so indicados para tratamento de guas

residurias caracterizadas por serem mais solveis ou quando os slidos orgnicos

de maiores dimenses forem retidos em uma unidade anterior, um decanto-digestor,

por exemplo (CAMPOS, 1999).

De acordo com Campos (1999), os filtros anaerbios podem ser de fluxo

ascendente ou descendente (figura 2). O filtro de fluxo ascendente caracterizado

por ter sempre o leito totalmente submerso. Por outro lado, o filtro de fluxo

descendente pode ser operado com o meio suporte afogado ou no, e, alm disso,

com ou sem recirculao de efluente. Em ambos os tipos de filtros, o lodo de

25

excesso que se desprende do meio suporte retirado do fundo do reator. Campos

(1999) afirma que em termos prticos, o filtro de fluxo ascendente tem sido mais

utilizado.

Segundo Matos (2005), os filtros anaerbios quando utilizados para

tratamento de efluentes agroindustriais, requerem unidades de decantao primria

montante (como fossas spticas ou tanques de Imhoff) e lagoa facultativa como

ps tratamento (figura 3). O emprego de uma lagoa facultativa objetiva melhor

condicionar o efluente para lanamento nos corpos receptores, pois a remoo de

DBO nos filtros anaerbios baixa, o efluente geralmente apresenta aspecto

desagradvel, concentrao elevada de nutrientes, slidos em suspenso e maus

odores (MATOS, 2005).

Figura 2 Configuraes de filtros anaerbios de fluxo ascendente e descendente. Fonte: Campos, 1999.

26

Figura 3 Esquema de sistema de tratamento com filtro anaerbio, seguido de lagoa facultativa. Fonte: Matos, 2005.

2.5.2 Reatores UASB

Os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), tambm denominados

de RAFA (Reatores Anaerbios de Fluxo Ascendente e de Manta de Lodo) so

vistos por Von Sperling (2005) como a principal tendncia atual de tratamento de

esgotos no Brasil, tanto como unidades nicas ou seguidas de ps-tratamento. Nos

reatores UASB a biomassa cresce dispersa no meio, formando pequenos grnulos,

os quais tendem a servir de meio suporte para outras bactrias. Nesses reatores, a

concentrao de biomassa bem elevada, o que justifica a denominao manta de

lodo, por isso, o volume requerido pelos reatores UASB bastante reduzido (VON

SPERLING, 2005).

Segundo Campos (1999), o reator UASB possibilita o tratamento direto das

guas residurias, sejam elas de origem simples ou complexa, de baixa a alta

concentrao, solveis ou com material particulado. O autor supe que o UASB ao

mesmo tempo um decantador primrio, um reator biolgico, um decantador

secundrio e tambm um digestor de lodo.

O fluxo do lquido nos reatores UASB ascendente, sendo que o lquido entra

no fundo e se encontra com o leito de lodo, onde a matria orgnica contida no

esgoto adsorvida pela biomassa. A parte superior desses reatores contm uma

27

estrutura denominada separador trifsico (separa o lquido, os slidos e os gases), o

qual responsvel por reter a biomassa no sistema, impedindo que ela saia com o

efluente. Dessa forma, devido elevada reteno de slidos, a idade do lodo

bastante elevada, e assim, o tempo de deteno hidrulica pode ser bastante

reduzido. O gs formado coletado na parte superior do reator, de onde pode ser

retirado e utilizado para gerao de energia a partir do metano ou queimado (VON

SPERLING, 2005). Na figura 4 apresentado um esquema do funcionamento de um

reator UASB.

Figura 4 Representao esquemtica de um reator UASB. Fonte: Campos, 1999.

De acordo com Matos (2005), a utilizao de efluente de UASB na

fertirrigao uma boa opo para efluentes agroindustriais, mas para o caso de

lanamento em corpos hdricos, o efluente de UASB necessita de um ps

tratamento, que pode ser obtido em uma lagoa facultativa (figura 5), por escoamento

superficial no solo ou em unidades wetlands construdos.

28

Figura 5 Esquema de sistema de tratamento com reator UASB seguido de lagoa facultativa. Fonte: Matos, 2005.

2.5.3 Biodigestores

Um biodigestor pode ser definido como uma cmara fechada, na qual uma

biomassa (em geral, resduos de animais) fermentada anaerobicamente,

produzindo biogs e biofertilizante (GASPAR, 2003). Segundo Neves (2010),

existem vrios modelos de biodigestores, porm o mais difundido no Brasil o

modelo canadense, feito com manta de PVC (figura 6).

A digesto anaerbica de esterco de gado leiteiro tem demonstrado ser uma

forma atrativa de tratamento, oferecendo diversas vantagens, como controle da

poluio, de odores, reduo de patgenos, recuperao de nutrientes e produo

de energia (AMON, et al., 2007; HARTMANN e AHRING, 2005; KARIM, et al., 2005;

UMETSU, et al., 2006 apud RICO, GARCA e RICO, 2011).

UASB

29

Figura 6 Fotografia de um biodigestor do tipo canadense. Fonte: Neves, 2010.

2.5.4 Filtros biolgicos percoladores

Os filtros biolgicos percoladores so reatores nos quais a biomassa cresce

aderida a um meio suporte (como pedras, brita, escria de alto-forno, ripas ou

material plstico), sobre o qual aplicado o esgoto (frequentemente atravs de

distribuidores rotativos), que percola em direo ao fundo, onde coletado (figura 7)

(VON SPERLING, 2005).

Segundo Von Sperling (2005), os filtros biolgicos so sistemas aerbios, pois

o ar circula nos espaos vazios do meio suporte, fornecendo oxignio para a

respirao dos micro-organismos. Existem dois tipos de filtros biolgicos

percoladores: (i) Filtros biolgicos percoladores de baixa carga recebem menor

carga de DBO, resultando numa estabilizao parcial do lodo e numa maior

eficincia na remoo de DBO; (ii) Filtros biolgicos percoladores de alta carga

recebem uma maior carga de DBO por unidade de volume do filtro, por isso, os

requisitos de rea so menores se comparados aos filtros de baixa carga, h

tambm, uma ligeira reduo na eficincia de remoo de DBO e no ocorre

digesto do lodo no filtro.

30

Figura 7 Esquema de um filtro biolgico percolador. Fonte: Von Sperling, 2005.

2.5.5 Lodos ativados

Os sistemas de Lodos Ativados tm como princpio bsico a recirculao dos

slidos (biomassa bacteriana), sedimentados em um decantador secundrio, os

quais retornam ao reator, aumentando o tempo de contato das bactrias com o

lquido o que consequentemente, aumenta a eficincia do sistema (MATOS, 2005).

Existem diversas variantes do sistema de lodos ativados. Von Sperling (2005)

destaca que as principais variantes so: (i) Lodos ativados convencional (fluxo

contnuo) (figura 8); (ii) Aerao prolongada (fluxo contnuo) a biomassa

permanece maior tempo no reator e em decorrncia, o lodo estabilizado; (iii)

Reatores sequenciais por batelada (operao intermitente) as etapas de reao e

sedimentao ocorrem no mesmo tanque, em fases diferentes. Segundo Matos

(2005), o lodo produzido em sistemas de Lodos Ativados deve ser periodicamente

removido e estabilizado antes de sua disposio final no meio ambiente.

De acordo com Matos (2005), os Lodos Ativados apresentam como

vantagens: a elevada eficincia na remoo de DBO, possibilidade de remoo de N

e P, baixos requisitos de rea, alm de reduzidas possibilidades de gerao de

maus odores e desenvolvimento de insetos e vermes. J entre as principais

desvantagens esto os elevados custos de implantao e operao, o alto consumo

de energia eltrica, a necessidade de conhecimento tcnico para operao, grande

31

sensibilidade do sistema a cargas txicas, alm da possibilidade de ocorrncia de

rudos e exalao de aerossis (MATOS, 2005).

Figura 8 Fluxograma tpico de um sistema de lodos ativados convencional.

Fonte: Adaptado de Von Sperling, 2005.

2.5.6 Lagoas de estabilizao

As lagoas de estabilizao so unidades projetadas para tratar guas

residurias por mecanismos predominantemente biolgicos. De acordo com Von

Sperling (2005), as lagoas de estabilizao podem ser classificadas em: Lagoas

facultativas, sistemas de lagoas anaerbias seguidas de lagoas facultativas, lagoas

aeradas facultativas, sistemas de lagoas aeradas de mistura completa seguidas de

lagoas de sedimentao, lagoas de alta taxa, lagoas de maturao e lagoas de

polimento. A escolha entre as diversas configuraes de tratamento citadas depende

da disponibilidade de rea junto fonte geradora da gua residuria, da taxa de

gerao, da velocidade exigida no tratamento e da localizao (distncia de reas

residenciais) (MATOS, 2005).

As lagoas de estabilizao, notadamente as lagoas facultativas, as lagoas

aeradas e os sistemas de lagoas anaerbias seguidas de lagoas facultativas, tm

sido muito utilizadas para tratamento de guas residurias ricas em matria

orgnica, sendo muito adequadas no caso das agroindustriais (MATOS, 2005).

32

So muitas as vantagens das lagoas de estabilizao, entre as principais

esto a satisfatria eficincia na remoo de DBO, razovel eficincia na remoo

de patgenos, construo, operao e manuteno simples e os reduzidos custos

de implantao e operao. Entre as principais desvantagens desse tipo de sistema

pode-se citar os elevados requisitos de rea, possibilidade de gerao de maus

odores (no caso de lagoa anaerbia), necessidade de afastamento de residncias e

a performance extremamente dependente das condies climticas.

Na figura 9 so apresentadas as configuraes mais frequentes de lagoas de

estabilizao aplicadas ao tratamento de guas residurias agroindustriais, as quais

so descritas por Matos (2005).

Figura 9 Sistemas de lagoas de estabilizao: a) Sistema com lagoa facultativa; b) Sistema com lagoa anaerbia seguida de lagoa facultativa; c) Sistema com lagoa aerada de mistura completa seguida de unidade de decantao. Fonte: Adaptado de Matos, 2005.

33

2.5.7 Disposio no solo

A disposio de guas residurias agroindustriais no solo uma tcnica

atraente para a realidade brasileira, devido s condies de clima tropical e grande

disponibilidade de rea. Esta tcnica se baseia na capacidade depuradora do

sistema solo-planta, que utiliza mecanismos fsicos, qumicos e biolgicos de

remoo dos poluentes contidos nas guas residurias (ERTHAL, 2010a).

De acordo com Matos (2005), a disposio de efluentes no solo uma tcnica

de tratamento de grande potencial de aplicao, em vista dos baixos custos de

implantao e operao, por contribuir para a preservao do meio ambiente, por

possibilitar o aproveitamento dos nutrientes contidos na gua residuria para a

produo agrcola, e tambm, devido possibilidade de transformao dos resduos

gerados em fonte de renda ou benefcio social.

Essa tcnica tem mostrado grande viabilidade tcnica e econmica, podendo

ser uma forma de tratamento, tanto a nvel primrio, quanto a nvel secundrio ou

tercirio e/ou de disposio final (MATOS, 2005). Contudo, segundo o mesmo autor,

para disposio de guas residurias agroindustriais no solo, so necessrios

estudos que visem a definio de taxas de aplicao (considerando as capacidades

de suporte de cada solo) e que resguardem a integridade dos recursos naturais, a

fim de evitar problemas de qualidade ambiental.

De acordo com Matos (2005), as formas de disposio podem ser infiltrao-

percolao, escoamento superficial, fertirrigao e lanamento em reas alagadas

(wetlands construdos). No presente trabalho, no entanto, preferiu-se por abordar

separadamente os wetlands construdos (tem 2.5.8), de acordo com os objetivos

pr-estabelecidos.

O sistema de infiltrao-percolao, tambm chamado de infiltrao rpida,

caracterizado pela percolao da gua residuria, a qual filtrada na passagem pelo

solo e constitui recarga para guas freticas ou subterrneas (MATOS, 2005). De

acordo com Matos (2005), nesse sistema, o efluente disposto de forma

intermitente com altas taxas de aplicao (baixas perdas por evaporao) em bacias

rasas ou valas de infiltrao construdas em solos de alta permeabilidade (figura 10).

34

Figura 10 Esquema de sistema de infiltrao-percolao, em canais de infiltrao.

Fonte: Matos, 2005.

O mtodo de escoamento superficial uma forma de disposio/tratamento

que consiste na aplicao controlada e de forma intermitente de guas residurias

no solo, de forma que essas escoem, rampa abaixo, at alcanar canais de coleta

(figura 11) (VON SPERLING, 2005). Segundo Von Sperling (2005), os solos

indicados para esse tipo de tratamento/disposio final so os de baixa

permeabilidade (como os argilosos), contendo uma inclinao moderada (entre 2 e

8%).

Figura 11 Esquema de sistema de tratamento por escoamento superficial. Fonte: Matos, 2005.

35

J a fertirrigao (figura 12), diferentemente dos mtodos mencionados

anteriormente, uma tcnica de disposio/tratamento onde prioriza-se o

aproveitamento dos nutrientes contidos nas guas residurias. Para isso, as taxas

de aplicao de guas residurias agroindustriais no solo devem ser baseadas na

dose de nutrientes recomendadas para as culturas agrcolas (MATOS, 2005).

Figura 12 Esquema da tcnica da fertirrigao de culturas agrcolas (infiltrao lenta). Fonte: Matos, 2005.

2.5.8 Wetlands construdos

Os wetlands construdos so sistemas de tratamento de guas residurias

projetados para imitar o papel de depurao que naturalmente ocorre em

ambientes alagados naturais (como brejos e pntanos). De forma geral, so lagoas

ou canais rasos que abrigam plantas aquticas e que baseiam-se em mecanismos

fsicos, qumicos e biolgicos para tratar guas residurias.

Existem vrias configuraes de wetlands construdos. A figura 13 apresenta

uma classificao dos wetlands construdos em dois grandes grupos: (i) de

escoamento superficial; (ii) de escoamento subsuperficial. Porm, nesse estudo,

sero abordados apenas os wetlands de escoamento subsuperficial.

36

Os wetlands construdos de escoamento subsuperficial so mdulos

normalmente escavados no terreno, que contm um material de recheio (brita, areia

ou cascalho) no qual o efluente a ser tratado percola, dependendo do tipo de fluxo

empregado, no sentido horizontal (wetlands construdos de fluxo horizontal WCFH)

ou vertical (wetlands construdos de fluxo vertical WCFV).

Figura 13 Classificao dos wetlands construdos.

Fonte: Adaptado de Vymazal e Kroepfelov, 2008.

Wetlands construdos de fluxo horizontal (WCFH)

Nos WCFH (figura 14) o efluente disposto em uma camada de brita,

denominada zona de entrada, percola pelo material filtrante, geralmente areia, at

atingir a poro final do filtro, tambm composta por brita, devido a uma declividade

de fundo. Os WCFH apresentam-se como sistemas eficientes na remoo de slidos

suspensos, matria orgnica carboncea (DBO5,20), e nitrogenada - desde que o

sistema receba efluente parcialmente nitrificado (COOPER, et al., 1996).

37

Figura 14 Esquema representando um WCFH. 1) afluente; 2) macrfitas; 3) impermeabilizao; 4) zona de entrada; 5) tubulao de alimentao; 6) material filtrante; 7) sentido do fluxo; 8) zona de sada; 9) tubulao de coleta; 10) controlador de nvel.

Fonte: Pelissari, 2013.

Wetlands construdos de fluxo vertical (WCFV)

Nos WCFV (figura 15) o efluente a ser tratado disposto intermitentemente,

sobre a superfcie do mdulo de tratamento, e percola verticalmente ao longo de

todo o perfil vertical, sendo coletado no fundo por meio de um sistema de

drenagem/coleta (PHILIPPI e SEZERINO, 2004). Os WCFV, assim como os WCFH,

tambm so eficientes na remoo de matria orgnica carboncea e slidos

suspensos, mas diferem destes por apresentar configurao que favorece a

converso de matria orgnica nitrogenada por nitrificao (IWA, 2000; PHILIPPI e

SEZERINO, 2004; KAYSER e KUNST, 2005).

38

Figura 15 - Esquema representando um WCFV. 1) afluente; 2) macrfitas; 3) material filtrante; 4) tubulao de alimentao; 5) sentido do fluxo; 6) tubulao de coleta; 7) impermeabilizao; 8) controlador de nvel; 9) efluente. Fonte: Pelissari, 2013.

3 TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS DE BOVINOCULTURA DE LEITE NO BRASIL ESTADO DA ARTE

3.1 Introduo

A bovinocultura de leite uma atividade de grande importncia econmica

para o Brasil. Em 2011, a produo total de leite registrada pela Pesquisa da

Pecuria Municipal do IBGE foi de 32,091 bilhes de litros (IBGE, 2011). Essa

produo ocorre em praticamente todo territrio nacional e apresenta forte tendncia

de crescimento para os prximos anos.

Contudo, a expanso da bovinocultura de leite no pas, exige o

desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a mitigao do impacto ambiental

gerado na atividade, que pode causar poluio do ar, do solo e dos recursos

hdricos. As guas residurias de bovinocultura de leite, segundo Rico, Garca e

Rico (2011), esto entre as guas residurias agroindustriais mais poluentes, pois

fazendas de gado leiteiro produzem efluentes com altas concentraes de matria

orgnica, nitrognio e fsforo, que quando mal gerenciados podem causar graves

problemas ambientais.

Diversas propostas para tratamento de guas residurias de bovinocultura de

leite so apresentadas em trabalhos publicados a nvel internacional, destacando-se

os trabalhos de Luostarinen e Rintala (2005), Dunne, et al. (2005), Gottschall, et al.

(2007), Bolan, et al. (2009), Ruane, et al. (2011), Rico, Garca e Rico (2011) e

Comino, Riggio e Rosso (2012). Contudo, pouco conhecimento se tem sobre as

tecnologias j implantadas para tratamento desse tipo de gua residuria no Brasil e

principalmente, sobre as experincias bem sucedidas. importante destacar que o

tratamento dessas guas residurias deve ser adequado tanto forma de produo,

quanto legislao ambiental vigente nos estados produtores de leite do pas.

Diante do exposto, o principal objetivo deste captulo apresentar uma

reviso de literatura sobre as alternativas propostas e as experincias bem

sucedidas no Brasil para tratamento de efluentes de bovinocultura de leite, a fim de

possibilitar a disseminao dessas tecnologias, melhorando a qualidade ambiental.

40

3.2 Metodologia

A metodologia empregada consistiu na busca de textos cientficos nacionais

publicados em diversas bases de dados a partir do ano 2000, tomando-se como

base de busca por assunto as palavras-chave: bovinocultura de leite, tratamento de

efluentes e tratamento de dejetos.

Inicialmente, cada texto foi submetido a uma primeira etapa de consulta com

o objetivo de identificar as tecnologias utilizadas para tratamento de guas

residurias de bovinocultura de leite.

Aps esta primeira etapa, os textos foram submetidos a uma segunda etapa

de avaliao, buscando identificar aspectos gerais de cada trabalho, com nfase na

caracterizao qualitativa da gua residuria bruta, tratada e as respectivas

eficincias obtidas no tratamento. Para tanto, buscou-se identificar parmetros

fsico-qumicos, e biolgicos, tais como: DBO, DQO, pH, nitrognio, fsforo,

Coliformes fecais, E. coli, slidos, leos e graxas e turbidez.

3.3 Resultados e discusso

Na tabela 4 constam as bases de dados onde foram encontrados trabalhos

relacionados ao tratamento de efluentes de bovinocultura de leite no Brasil, bem

como os autores e a quantidade de trabalhos disponvel.

Tambm foi pesquisado em outras fontes, mas sem nenhuma ocorrncia, as

quais foram: Revista de Engenharia Sanitria e Ambiental, Revista Brasileira de

Engenharia Agrcola e Ambiental e Revista Ambiente e gua, alm de Congressos,

Seminrios e Simpsios relacionados.

Foram identificados ao todo 14 textos publicados no Brasil, distribudos entre

os seguintes estados: Paran (3), Minas Gerais (2), So Paulo (4), Rio Grande do

Sul (3) e Gois (2). Esses Estados, segundo o IBGE (2011) so os maiores

produtores de leite do Brasil (figura 1). Portanto, apesar dos poucos trabalhos

levantados na presente pesquisa, acredita-se que os mesmos so abrangentes e

41

podem representar significativamente a realidade brasileira quanto s alternativas

para tratamento de efluentes de bovinocultura de leite j estudadas.

Tabela 4 Bases de dados consultadas

Base de dados Autores Quantidade de trabalhos

SciELO

Silva (2010) Erthal (2010a) Erthal (2010b) Moraes e Paula Jnior (2004)

4

Biblioteca Digital de Teses e Dissertaes

Johann (2010) Coldebella (2006) Silva (2007) Erthal (2008) Souza (2005) Mendona (2009) Pohlmann (2000) Pelissari (2013)

8

Seminrio de Gesto Ambiental na Agropecuria Zaro, et al. (2012) Decezaro, et al. (2012)

2

Total 14

Na tabela 5 constam as alternativas de tratamento apontadas para guas

residurias de bovinocultura de leite, relatadas em um total de 13 trabalhos

levantados na literatura nacional. Na figura 16 est apresentada a distribuio em

percentual da utilizao dessas tecnologias com base nesses mesmos trabalhos.

42

Tabela 5 - Alternativas de tratamento apontadas para tratamento de guas residurias de bovinocultura de leite no Brasil.

Autor Tratamento adotado

Coldebella (2006) Biodigestor

Decezaro, et al. (2012) Lagoa de decantao wetlands construdos (2 unidades operando em paralelo)

Erthal (2008) Disposio no solo (fertirrigao)

Erthal, et al. (2010a) Disposio no solo (fertirrigao)

Erthal, et al. (2010b) Disposio no solo (fertirrigao)

Johann (2010) Decantao flotao desinfeco por radiao solar

Mendona (2009) Reatores anaerbios tubulares horizontais de fluxo contnuo (biodigestor tubular)

Moraes e Paula Jnior (2004) Reatores UASB

Pelissari (2013) Lagoa de decantao wetlands construdos (2 unidades operando em paralelo)

Silva (2007) Lagoa anaerbia lagoa facultativa wetland construdo

Silva e Roston (2010) Lagoa anaerbia lagoa facultativa wetland construdo

Souza (2005) Disposio no solo (fertirrigao)

Zaro, Rodrigues e Giustina (2012) Biodigestor (anlise de viabilidade de implantao)

Figura 16 Distribuio dos tratamentos

Lagoas - wetlands construdos

31%

UASB7%Biodigestor

23%

Disposio no solo

(fertirrigao)31%

Outros8%

43

Biodigestores

A utilizao de biodigestores para tratamento de efluentes de bovinocultura

leiteira foi relatada em 3 trabalhos (Coldebella, 2006; Mendona, 2009; Zaro,

Rodrigues e Giustina, 2012). Um biodigestor pode ser definido como uma cmara

fechada, na qual uma biomassa (em geral, resduos de animais) fermentada

anaerobicamente, produzindo biogs e biofertilizante (GASPAR, 2003). Segundo

Neves (2010), existem vrios modelos de biodigestores, porm o mais difundido no

Brasil o modelo canadense, feito com manta de PVC.

A digesto anaerbica de esterco de gado leiteiro tem demonstrado ser uma

forma atrativa de tratamento, oferecendo diversas vantagens, como controle da

poluio, de odores, reduo de patgenos, recuperao de nutrientes e produo

de energia (AMON, et al., 2007; HARTMANN e AHRING, 2005; KARIM, et al., 2005;

UMETSU, et al., 2006 apud RICO, GARCA e RICO, 2011).

Coldebella (2006) avaliou a viabilidade do uso de biogs proveniente de

biodigestor para gerao de energia eltrica e irrigao em propriedades rurais. O

autor concluiu que o uso de biodigestores em propriedades rurais alm de uma

excelente alternativa para tratamento dos efluentes lquidos de bovinocultura, pode

ser economicamente vivel quando o biogs e o biofertilizante so utilizados

adequadamente.

Mendona (2009) operando biodigestores com TDH = 20 dias e T = 30 C,

obteve remoes mdias de 83%, 76% e 86%, respectivamente para DQO, ST e

STV e operando com TDH=15 dias e T=35oC alcanou uma produo de 1,32 m3 de

biogs / Kg DQO.

Zaro, Rodrigues e Giustina (2012) em um estudo de viabilidade econmica e

ambiental para implantao de melhorias em uma propriedade leiteira de pequeno

porte no Rio Grande do Sul, dentre outras propostas, sugeriram a construo de um

biodigestor para o tratamento do esterco bovino e aproveitamento energtico do

biogs gerado.

44

Disposio no solo (fertirrigao)

A fertirrigao uma tcnica de disposio de efluentes no solo do tipo

infiltrao lenta que tem como principal objetivo o reso da gua para produo

agrcola, sendo que o tratamento de esgotos um objetivo adicional (VON

SPERLING, 2005).

Segundo Von Sperling (2005), os sistemas de fertirrigao so projetados

para satisfazer os requisitos de irrigao das culturas agrcolas. A fertirrigao

prioriza o aproveitamento dos nutrientes presentes na gua residuria, tais como

nitrognio, potssio e, principalmente, fsforo, os quais so fundamentais no cultivo

de solos pobres, como os que ocorrem na maior parte do Brasil (MATOS, 2005).

Segundo o mesmo autor, a utilizao de guas residurias ricas em nutrientes na

fertirrigao de culturas agrcolas aumenta a produtividade e a qualidade dos

produtos colhidos, melhora as caractersticas qumicas, fsicas e biolgicas do solo e

reduz a poluio ambiental.

Na presente reviso foram identificados 4 trabalhos que relatam a fertirrigao

para tratamento/disposio final das guas residurias de bovinocultura de leite

(Erthal, 2008; Erthal et al., 2010a; Erthal et al., 2010b e Souza, 2005) , os quais so

descritos a seguir.

Erthal (2008) e Erthal, et al. (2010b) avaliaram os efeitos da aplicao de

guas residurias de bovinocultura sobre as propriedades fsicas e qumicas de um

Argissolo Vermelho Eutrfico. Utilizando quatro taxas de aplicao da gua

residuria (25, 50, 75 e 100 kg ha-1 de K), os autores concluram que os valores de

pH, CTC, saturao por bases e concentraes de P, K, Ca e Mg, aumentaram com

acrscimos nas taxas de aplicao, nas camadas superficiais do solo. No ocorreu

salinizao do perfil do solo embora a porcentagem de argila dispersa em gua

tenha aumentado, indicando que a aplicao permanente da gua residuria pode

propiciar riscos de reduo da permeabilidade do solo.

Os trabalhos de Erthal (2008) e Erthal, et al. (2010a) avaliaram os efeitos da

aplicao de guas residurias de bovinocultura sobre as caractersticas fisiolgicas,

nutricionais e de produtividade do capim-Tifton 85 (Cynodon sp.) e da aveia preta

(Avena strigosa Schreb). Os resultados indicaram que a fertirrigao no causou

estresse osmtico nem toxicidade, mas propiciou absoro de nutrientes e

45

rendimento forrageiro em nveis prximos aos recomendados, podendo substituir

parcialmente a adubao mineral.

J Souza (2005), avaliou o desempenho de microaspersores e a

suscetibilidade dos mesmos ao entupimento quando operados com diferentes

concentraes de slidos totais na gua residuria de bovinocultura de leite.

Lagoas seguidas de wetlands construdos

Tanto as lagoas, sejam elas anaerbias, facultativas ou de decantao,

quanto os wetlands construdos so alternativas de tratamento atrativas para a

realidade da bovinocultura leiteira brasileira por serem sistemas de baixo custo de

implantao, operao e manuteno e de grande simplicidade operacional.

As lagoas de estabilizao so unidades projetadas para tratar guas

residurias por mecanismos predominantemente biolgicos. As lagoas de

estabilizao, notadamente as lagoas facultativas, as lagoas aeradas e os sistemas

de lagoas anaerbias seguidas de lagoas facultativas, tm sido muito utilizadas para

tratamento de guas residurias ricas em matria orgnica, sendo muito adequadas

no caso das agroindustriais (MATOS, 2005).

So muitas as vantagens das lagoas de estabilizao, entre as principais

esto a satisfatria eficincia na remoo de DBO, razovel eficincia na remoo

de patgenos, construo, operao e manuteno simples e os reduzidos custos

de implantao e operao. Entre as principais desvantagens desse tipo de sistema

pode-se citar os elevados requisitos de rea, possibilidade de gerao de maus

odores (no caso de lagoa anaerbia), necessidade de afastamento de residncias e

a performance extremamente dependente das condies climticas.

Os wetlands construdos so sistemas de tratamento de guas residurias

projetados para imitar o papel de depurao que naturalmente ocorre em

ambientes alagados naturais (como brejos e pntanos). De forma geral, so lagoas

ou canais rasos que abrigam plantas aquticas e que baseiam-se em mecanismos

fsicos, qumicos e biolgicos para tratar guas residurias. Os wetlands so

sistemas eficientes na remoo de slidos suspensos e matria orgnica

carboncea (DBO), e tambm apresentam possibilidade de remoo de nutrientes,

46

sendo que existem diversos arranjos tecnolgicos, dependendo do objetivo do

tratamento. Contudo, os wetlands construdos necessitam de unidades de

tratamento primrio montante. Diante disso, as diversas configuraes de lagoas

seguidas de wetlands se mostram atrativas.

Os trabalhos de Silva (2007) e de Silva e Roston (2010) apresentam a

avaliao de uma ETE piloto composta por trs unidades, sendo uma lagoa

anaerbia, uma lagoa facultativa e um ps-tratamento utilizando um wetland

construdo. Os resultados da pesquisa demonstraram remoes totais de 80% para

fsforo, 88% para amnia e nitrato, 89% para DQO, 67% para ST e 60% para

turbidez e o pH mdio das amostras foi de 6,2. Contudo, foi relatado que a lagoa

anaerbia projetada no suportou ao lanamento do efluente bruto, apresentando

grande quantidade de slidos flotantes, mas isso no resultou em mudanas nas

caractersticas do wetland, durante 280 dias de operao.

Decezaro, et al. (2012) avaliaram a implantao e o incio de operao de

duas unidades de wetlands construdos, um de fluxo horizontal (WCFH) e outro de

fluxo vertical (WCFV), empregadas em paralelo no ps-tratamento de efluentes de

lagoa de decantao, a qual recebia despejos de uma instalao de bovinocultura

de leite na regio noroeste do Rio Grande do Sul. O trabalho de Pelissari (2013)

apresenta os resultados de 12 meses de monitoramento do experimento descrito por

Decezaro, et al. (2012), os quais demonstraram eficincias mdias de remoo de

62%, 74%, 43%, 81%, 59% e 35% para DBO, DQO, ST, SS, N-NH4+ e P-PO4

3-,

respectivamente no WCFH e de 49%, 68%, 35%, 68%, 80% e 10% para DBO, DQO,

ST, SS, N-NH4+ e P-PO4

3-, respectivamente no WCFV, durante o perodo de estudo.

Reatores UASB

Os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) so considerados os

reatores anaerbios de maior sucesso, por serem capazes de formar agregados

densos por auto imobilizao e consequentemente permitirem a atuao do reator

em alta taxa (KALYUZHNYI, FEDOROVICH e LENS, 2006).

Segundo Campos (1999), o reator UASB um sistema compacto, com baixa

demanda de rea, baixo custo, baixa produo de lodo, baixa necessidade de

47

nutrientes (N e P), produo de biogs com valor energtico, baixo consumo de

energia, partida rpida aps longo perodo de parada, e lodo excedente mais

estabilizado, o que facilita a sua disposio final.

Tambm os reatores UASB foram avaliados para tratamento de guas

residurias de bovinocultura de leite, representados nessa pesquisa pelo trabalho de

Moraes e Paula Jnior (2004). Os autores avaliaram a biodegradabilidade de dejetos

da bovinocultura e da suinocultura, sendo que nos ensaios, foram utilizados lodos

granulados de trs origens diferentes (abatedouro de aves, bovinocultura ou

suinocultura), adaptados ou no. Foi utilizada uma relao de substrato:biomassa

igual a 0,5. Foram testados modelos cinticos dos tipos Monod, Ordem Zero,

Primeira e Segunda Ordem onde verificou-se que o modelo de Primeira Ordem foi o

que melhor se ajustou para os ensaios realizados.

Para fins de lanamento do efluente em corpos hdricos, Matos (2005) afirma

que o efluente do reator UASB necessita de um ps tratamento, que pode ser obtido

em uma lagoa facultativa, por escoamento superficial no solo ou em unidades

wetlands construdos.

Decantao flotao desinfeco por radiao solar

O tratamento composto por decantao seguida de flotao e desinfeco por

radiao solar foi proposto por Johann (2010), em sua dissertao de mestrado. Os

resultados da pesquisa demonstraram redues satisfatrias nas concentraes

afluentes, principalmente para DBO, DQO e N-total. No caso do sistema de

desinfeco com radiao solar os melhores resultados foram obtidos aps 24 horas

de exposio ao sol.

Comparao entre as alternativas apresentadas

Na tabela 6 consta o desempenho de diferentes tratamentos, selecionados a

partir desta reviso de literatura. Nessa tabela so apresentados os parmetros

48

avaliados em cada trabalho, a qualidade da gua residuria afluente e efluente aos

tratamentos e as respectivas eficincias de remoo de parmetros fsicos, qumicos

e biolgicos. Cabe ressaltar que nessa tabela esto apresentados os resultados

mais satisfatrios de cada trabalho.

Tabela 6 - Desempenho de diferentes tratamentos, aplicados a guas residurias de bovinocultura de leite.

Autor Tratamento adotado Parmetros Afluente Efluente Eficincia

Johann (2010)*

Decantao flotao desinfeco por radiao solar

DBO 3.500 102 97%

DQO 3.038 272,8 91%

SS 258 73,20 72%

N-total 30,52 5,04 83%

P-total 15,91 2,75 83%

CF 170.000

49

Resoluo CONAMA 430/2011, entre outras exigncias, estabelece que efluentes

de qualquer fonte poluidora somente podero ser lanados diretamente em corpos

receptores aps remoo mnima de 60% de DBO5,20, devendo conter no mximo 20

mg/L de nitrognio amoniacal total.

3.4 Concluses

Identificou-se tendncia pela utilizao de alternativas de tratamento que

visam o reuso do efluente (como a fertirrigao) e a produo de energia (como os

biodigestores) e tambm de alternativas de baixo custo e simplicidade operacional,

como as lagoas de estabilizao e os wetlands construdos.

Contudo, apesar das diversas tecnologias disponveis e aplicveis para

tratamento das guas residurias de bovinocultura de leite no Brasil, atualmente

predomina no pas a simples disposio dessas guas residurias no solo sem

nenhum tratamento e muitas vezes na ausncia de critrios que considerem as

caractersticas de cada tipo de solo e as necessidades nutricionais das culturas

agrcolas.

Diante do exposto, faz-se necessrio trabalhar para divulgao dessas

tecnologias, e tambm para estabelecer critrios que estimulem e viabilizem a

implementao dessas tecnologias em escala real nas unidades produtoras de leite

brasileiras.

4 WETLANDS CONSTRUDOS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES DE BOVINOCULTURA DE LEITE NA MESORREGIO NOROESTE DO RIO GRANDE DO SUL

4.1 Introduo

A atividade leiteira no estado do Rio Grande do Sul apresenta-se em

crescente expanso. O estado est enquadrado em segundo lugar no ranking

brasileiro de produo de leite, representando 12% da produo nacional (IBGE,

2011). Na mesorregio noroeste deste estado, a bovinocultura de leite se destaca

como uma das principais atividades agropecurias. Atualmente, esta mesorregio

a maior produtora de leite nacional, com um volume de produo estimada de

2.614.988 mil litros no ano de 2011 (ZOCCAL, 2012).

Contudo, essa produo acarreta na gerao de efluentes lquidos que

necessitam de gerenciamento adequado para garantir tal desenvolvimento e atender

aos padres estabelecidos pela legislao. Segundo Cronk (1996), alm de slidos

e DBO, nutrientes como nitrognio e fsforo so os constituintes mais importantes

em guas residuais de animais, os quais so responsveis pela eutrofizao

(CRONK, 1996).

Assim, percebe-se a necessidade de alternativas tecnolgicas para

tratamento desses efluentes. Nesse sentido, os wetlands construdos so uma

alternativa bastante atrativa. Os wetlands construdos vm sendo cada vez mais

utilizados no tratamento de guas residurias da agricultura por possibilitarem a

remoo de nutrientes, particularmente nitrognio e fsforo (GOTTSCHALL, et al.,

2007).

Existem vrias configuraes de wetlands construdos, entre os quais

destacam-se os de escoamento subsuperficial, tambm denominados de filtros

plantados com macrfitas. Esses sistemas so muitas vezes, mdulos escavados no

terreno, que dispem de um material de recheio (brita, areia ou cascalho) no qual o

efluente a ser tratado percola, dependendo do tipo de fluxo empregado, no sentido

horizontal ou vertical.

51

Os wetlands construdos de fluxo horizontal (WCFH) possuem zonas de

entrada e sada (geralmente compostas por brita), e material filtrante (geralmente

areia) preenchendo o restante do filtro. A alimentao ocorre por uma tubulao

disposta na zona de entrada, a partir da qual o efluente percola pelo material

filtrante, impulsionado por uma declividade de aproximadamente 1% no fundo at

chegar zona de sada, onde coletado por uma tubulao de sada/drenagem

(PELISSARI, 2013). J nos wetlands construdos de fluxo vertical (WCFV) a gua

residuria a ser tratada disposta na superfcie do leito e percorre um caminho

vertical, at atingir o fundo do leito, onde coletada. Segundo Cooper, et al. (1996),

os WCFV tm como caracterstica principal a alimentao intermitente, que promove

um grande arraste de oxignio atmosfrico para o material filtrante atravs da

conveco e difuso (COOPER et al. 1996).

Os WCFH apresentam, de forma geral, boa atuao na remoo de matria

orgnica e slidos em suspenso, mas possuem limitada atuao nas

transformaes das fraes nitrogenadas e fosforadas. J os WCFV vm sendo

utilizados para remoo de DBO, SS e tambm para a promoo de nitrificao, em

funo da aderncia de bactrias nitrificantes no material filtrante, e uma entrada de

oxignio superior demanda de converso da matria carboncea (SEZERINO,

2006).

Diante disso, este captulo tem como objetivo avaliar a implantao, operao

e performance de tratamento de duas unidades de wetlands construdos, uma de

fluxo horizontal e outra de fluxo vertical, no tratamento de efluentes de bovinocultura

de leite na regio noroeste do Rio Grande do Sul, sob clima subtropical.

4.2 Metodologia

A rea de estudo compreende as instalaes para manejo de bovinocultura

de leite do Colgio Agrcola de Frederico Westphalen CAFW, rea anexa

Universidade Federal de Santa Maria UFSM, campus de Frederico Westphalen,

cidade esta, localizada na Mesorregio Noroeste do Rio Grande do Sul (figura 17).

A bovinocultura de leite do CAFW possui 9 vacas em lactao, as quais

produzem um total 140 litros de leite por dia em duas ordenhas. A gerao de

52

efluente resultante das guas de lavagens estimada atravs do consumo de gua

dirio, em torno de 2.000 L/d.

A partir de um projeto de pesquisa financiado pelo CNPq (edital MCT/CNPq N

014/2010, sob registro junto a UFSM SIE 028374) foram instalados dois wetlands

construdos dos tipos WCFH e WCFV, em paralelo, no tratamento do efluente de

lagoa de decantao que recebe despejos da instalao de bovinocultura de leite.

Figura 17 Localizao do municpio de Frederico Westphalen, mesorregio noroeste Rio-Grandense.

O efluente gerado nas instalaes para manejo de bovinocultura de leite do

CAFW captado por canaletas, e segue por gravidade em duas linhas, uma linha

que conduz as guas de lavagem da sala de ordenha e outra da rea anexa,

utilizada para alimentao dos animais, as quais direcionam o efluente para a lagoa

de decantao existente (figura 18).

As unidades wetlands foram projetadas para operar no tratamento secundrio

do efluente gerado na lagoa de decantao, da seguinte forma: O efluente da lagoa

de decantao direcionado a um equalizador de 3.000 L para a partir deste tanque

53

ser distribudo s duas unidades wetlands, em paralelo, sendo para o WCFH 4.500

L/semana, distribudo apenas por gravidade e para o WCFV 4.500 L/semana, de

forma intermitente, atravs de um sistema de bombeamento controlado por um

temporizador. Aps passar pelos wetlands o efluente tratado segue para infiltrao

em solo, sendo que para cada wetland h uma vala de infiltrao. Na figura 19

apresentado um fluxograma da estrutura do sistema experimental.

Figura 18 - Instalaes da bovinocultura de leite do CAFW

Figura 19 - Estrutura do sistema experimental

54

O monitoramento do experimento compreendeu aes de controle de vazo,

plantio e replantio das macrfitas quando necessrio, coleta de amostras e anlises

laboratoriais. As anlises fsico-qumicas do efluente foram realizadas

semanalmente, aps coletas pontuais, s 9:00 horas, em 3 pontos, sendo: (i) ps

lagoa de decantao (no equalizador); (ii) - ps WCFH e (iii) - ps WCFV. Os

parmetros analisados e a metodologia empregada esto descritos na tabela 7.

Tabela 7 - Parmetros analisados e metodologia empregada.

4.3 Resultados e discusso

4.3.1 Construo do sistema experimental

A construo do sistema experimental iniciou-se em maro de 2011. O

dimensionamento foi realizado levando em considerao uma carga de 7,0 g

DBO/m2.dia segundo a recomendao da Natural Resources Conservation Service -

NRCS (1991) apud Healy, Rodgers e Mulqueen (2007) para o WCFH e de 20,0 g

DQO/m2 .dia para o WCFV, estabelecido por Winter e Goetz (2003).

Parmetros Metodologia empregada Unidade

pH Direto, Potenciomtrico, pHmetro T- 1000 - Tekna ------- DQO Refluxo fechado, APHA, 2005 mg/L

DBO5,20 Mtodo Manomtrico - APHA, 2005 mg/L Alcalinidade Mtodo Titulomtrico - APHA, 2005 mg/L

SS Mtodo gravimtrico - APHA, 2005 mg/L ST Mtodo gravimetrico - APHA, 2005 mg/L

NTK Macro-Kjeldahl - APHA, 2005 mg/L N-NH4 Mtodo Nessler - Vogel, 1981 mg/L N-NO2

- Mtodo Alfanaftilamina - APHA, 1998 mg/L N-NO3

- Mtodo Brucina - APHA, 1998 mg/L P-PO4

3- Mtodo Colorimtrico do Acdo Vanadomolibdofosfrico - APHA, 2005

mg/L

55

4.3.1.1 Escavao e Impermeabilizao

Os wetlands foram escavados no solo, em cota inferior lagoa de

decantao, cujas dimenses constam na tabela 8, sendo feita impermeabilizao

nas laterais e no fundo com duas camadas de lona plstica e manta de polister na

ltima camada (figura 20).

Tabela 8 Caractersticas fsicas dos wetlands.

Dimenses WCFH WCFV

rea superficial 26,5 m2 14,3 m2

Comprimento 6,7 m 4,4 m

Largura 3,95 3,25 m

Altura do filtro 1,15 m 1,15 m

Altura do substrato 0,80 m 0,80 m

Figura 20 Escavao em solo e impermeabilizao dos wetlands.

56

4.3.1.2 Preenchimento dos wetlands

Utilizou-se brita 1 e areia grossa como substrato. Na figura 21 est

apresentado como foi realizado o preenchimento dos wetlands com areia e brita.

Esse material foi disposto dentro dos leitos com o auxlio de uma mquina trator,

sendo seu espalhamento realizado manualmente, utilizando enxadas e ps,

tomando-se cuidado para no adensar a areia. Por isso, a utilizao de tbuas, para

melhor distribuio do peso dos trabalhadores em cima da areia, conforme figura 21.

No WCFV utilizou-se uma camada de 10 cm de brita no fundo, na qual foi

assentada a tubulao de drenagem/coleta. Acima da tubulao de coleta foi

depositada mais uma camada de brita de 5 cm para proteger a tubulao, em

seguida foi transferido para o filtro uma camada de 60 cm de areia e completado o

enchimento do filtro com uma camada de 5 cm de brita para melhor distribuio do

efluente.

No WCFH utilizou-se areia como substrato e brita nas zonas de entrada e

sada. Cada uma dessas camadas de brita ocupou cerca de 80 cm do comprimento

do filtro.

A areia empregada nos wetlands como material filtrante foi previamente

submetida ensaio granulomtrico, realizado no Laboratrio de Materiais de

Construo Civil - LMCC da UFSM, conforme NBR 7181 de dezembro de 1984

(ABNT, 1984). Na figura 22 est apresentada a curva granulomtrica obtida no

ensaio. Com a curva, obteve-se d10 (dimetro efetivo) de 0,30 mm, d60 de 0,75mm e

coeficiente de uniformidade (U) de 2,50. Esses valores so considerados aceitveis

para emprego em wetlands construdos, conforme recomendaes da literatura

especializada: d10 superior ou igual a 0,20 mm; coeficiente de uniformidade menor

ou igual a 5 unidades (BUCKSTEEG, 1990; CONLEY et al., 1991; COOPER et al.,

1996; PLATZER, 1999; ARIAS et al., 2001 apud PHILIPPI e SEZERINO, 2004).

57

Figura 21 Preenchimento dos wetlands com areia e brita 1

Figura 22 Curva granulomtrica obtida para a areia empregada nos wetlands

58

4.3.1.3 Tubulaes de distribuio e drenagem

A tubulao de distribuio do efluente no WCFV foi composta por tubos PVC

de 25 mm de dimetro com furos de 0,6 mm espaados a cada 5 cm. Nessa unidade

o esgoto percola verticalmente at atingir a tubulao de coleta, situada no fundo do

filtro e composta por tubos PVC de 40 mm de dimetro, com furos de 0,8 mm de

dimetro, espaados a cada 10 cm (figura 23).

J no WCFH, as tubulaes de distribuio e coleta foram compostas por

tubos PVC de 50 mm de dimetro, tambm perfurados com furos de 8 mm de

dimetro, espaados a cada 10cm (figura 24).

Figura 23 Tubulaes do WCFV. a) tubulao de coleta/drenagem; b) tubulao de alimentao.

59

Figura 24 - Tubulaes empregadas no WCFH; a) vista da tubulao de alimentao do leito; b) detalhe da perfurao da tubulao de coleta.

4.3.1.4 Plantio das macrfitas

A macrfita empregada nos wetlands foi a Typha domingensis Pers.,

conhecida popularmente como taboa. As mesmas foram retiradas do seu habitat

natural (prximo ao local de estudo) e plantadas diretamente no material filtrante