AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO ANAERÓBIO DE DEJETOS SUÍNOS

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1 AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO ANAERÓBIO DE DEJETOS SUÍNOS Jaqueline Scapinello 1, Antônio Carlos Munarini 2, Gilza M. de Souza Franco 3 e Jacir Dal Magro 3 Resumo: A suinocultura é uma atividade produtiva presente em grande número de propriedades no oeste catarinense, predominantemente em pequenas propriedades rurais onde está associada a mão de obra familiar. O sistema de produção com o confinamento de suínos é caracterizado não só pela alta produção de matéria-prima para as agroindústrias do setor como também pela elevada produção de dejetos líquidos, que além de sua capacidade fertilizante, também geram problemas de armazenamento, manejo e poluição ambiental quando não tratados ou manejados inadequadamente. A utilização de biodigestores anaeróbios é uma alternativa tecnológica para o gerenciamento dos dejetos suínos, onde diferentes tipos de microorganismos, na ausência de oxigênio molecular, promovem a transformação de compostos orgânicos complexos em produtos mais simples como gás metano e gás carbônico. O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da eficiência na redução da carga orgânica oriunda de dejetos de suínos por biodigestores através da análise dos parâmetros físico-químicos do efluente. Desta forma, a pesquisa acompanhou a implantação de oito biodigestores pelo Projeto Alto Uruguai na microbacia Santa Fé no município de Itapiranga SC. Para o ph do efluente gerado no tratamento foram registrados valores dentro da faixa de neutralidade, e a temperatura do efluente ficou próxima a temperatura ambiente. Para DBO e DQO foram registradas reduções médias de 52% e 94%, respectivamente, através da biodigestão. Os nutrientes nitrito, nitrato e fósforo apresentaram redução média de 78,1%, 75,6% e 66,2% respectivamente, no efluente tratado, e a turbidez dos dejetos suínos apresentou redução de 81,1%. Dessa forma ficou constatado que o sistema de tratamento por biodigestor promove a remoção da carga orgânica dos dejetos suínos, diminuindo o impacto ambiental desse efluente ao ser lançado no solo, reduzindo o risco de contaminação de águas superficiais e subterrâneas. Palavras-chave: Biodigestor. Dejetos suínos. Tratamento anaeróbio. 1. Introdução A suinocultura destaca-se como uma atividade de grande importância no âmbito econômico e social do agronegócio brasileiro. Segundo estimativas, no Brasil, mais de 730 mil pessoas dependem diretamente da suinocultura, sendo essa atividade responsável pela renda de mais de 2,7 milhões de pessoas (ROPPA, 2002). Segundo a ANUALPEC (2002) o Brasil possui o terceiro maior rebanho mundial de suínos com mais de 32 milhões de cabeças, sendo superado apenas pelos Estados Unidos e pela China. 1 Bacharel em Engenharia Química. Mestranda em Ciências Ambientais, Universidade Comunitária da Região de Chapecó. e- mail: jaquescapinello@gmail.com. 2 Acadêmico do curso de Engenharia de Alimentos, Universidade Comunitária da Região de Chapecó. (acmunarini@unochapeco.edu.br) 3 Dra. em Ciências Ambientais, Universidade Comunitária da Região de Chapecó. gfranco@unochapeco.edu.br. 4 Orientador, Dr. em Química,Universidade Comunitária da Região de Chapecó. jacir@unochapeco.edu.br.

2 No oeste catarinense, a suinocultura é uma atividade produtiva em grande número de propriedades, predominantemente em pequenas propriedades rurais onde está associada à mão de obra familiar. O sistema de produção com o confinamento de suínos é caracterizado não só pela alta produção de matéria-prima para as agroindústrias do setor como também pela elevada produção de dejetos líquidos, que geram problemas de armazenamento, manejo, distribuição e poluição ambiental. Para Konzen (2006) dejetos suínos são dejeções (fezes e urina), águas desperdiçadas pelos bebedouros e provenientes da higienização de instalações, resíduos de ração, cabelos e poeira provenientes do processo criatório. A quantidade e qualidade dos dejetos produzidos são afetadas por diversos fatores zootécnicos (tamanho, sexo, raça e sistema de criação), e ambientais (temperatura e umidade). A produção de dejetos líquidos por matrizes é em média 27 litros por dia e por leitões é de 1,4 litros por dia. Sabe-se que a elevada carga orgânica presente nos dejetos suínos proveniente de elevadas concentrações de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), sólidos em suspensão e nutrientes (Nitrogênio e Fósforo), que representa uma fonte de fertilizantes, mas também uma fonte potencial de poluição, quando não tratado ou manejado inadequadamente pode acarretar em grandes impactos ambientais. No solo, o excesso de matéria orgânica pode ocasionar o acumulo de nutrientes e disseminação de patógenos, nos mananciais de água a eutrofização, bem como o aumento dos íons de nitratos em lençóis subterrâneos (ANGONESE et al., 2006). A utilização de biodigestores anaeróbicos é uma alternativa tecnológica para o gerenciamento dos dejetos de suínos, através da estabilização do mesmo pela ação de bactérias anaeróbias, que constituem um sistema ecológico delicadamente balanceado, onde cada microrganismo tem uma função essencial. A digestão anaeróbia é um processo biológico no qual um consórcio de diferentes tipos de microrganismos, na ausência de oxigênio molecular, promove a transformação de compostos orgânicos complexos (carboidratos, proteínas e lipídeos) em produtos mais simples como metano e gás carbônico, diminuindo também a relação C/N da

3 matéria orgânica, em função da mineralização do nitrogênio e da solubilização parcial de alguns nutrientes (CAMPOS, 1999). Segundo Chernicharo (1997), os microorganismos responsáveis pelo processo de estabilização da matéria orgânica via digestão anaeróbia podem ser divididos em três grupos distintos de bactérias: As bactérias fermentativas, responsáveis pelo processo hidrolisam os complexos orgânicos por meio de enzimas extracelulares, os produtos originados são absorvidos pelos mesmos grupos de bactérias resultando na formação de ácidos graxos de cadeia curta, hidrogênio e dióxido de carbono. Já as bactérias acetogênicas utilizam os produtos provenientes das bactérias fermentativas para produzir hidrogênio, dióxido de carbono e acetato. Em quanto às bactérias metanogênicas são as responsáveis pela destinação final dos produtos oriundos das bactérias acetogênicas. Os produtos resultantes da ação das bactérias acetogênicas servem de alimento para as bactérias metanogênicas, que ao se alimentarem destes substratos, produzem o biogás, principalmente o metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Angonese et al. (2006) ressalta que esse processo microbiológico tem como objetivo reduzir ao mínimo o poder poluente e os riscos sanitários dos dejetos, gerando como sub-produtos um biofertilizante com várias aplicações práticas e o biogás que pode ou não ser aproveitado. A realização e a eficiência da biodigestão dependem de condições de operação, como temperatura e ph do meio, concentração de sólidos (carga orgânica) e tempo de retenção hidráulica (TRH) da biomassa no biodigestor, dentre outros. O TRH adotado no Brasil, por várias empresas de biodigestores, situa-se entre 22 e 30 dias (CHERNICHARO, 1997). Para caracterizar a eficiência do tratamento do efluente de um biodigestor, fazse necessário a determinação de vários parâmetros os quais representam as suas características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade do efluente e constituem impurezas quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso (PIVELI; KATO, 2006).

4 O nitrogênio está presente nos efluente sob a forma de nitrogênio orgânico, amônia, nitrito, nitrato, ou gás nitrogênio. O fósforo está presente nos esgotos sob a forma de ortofosfato, polifosfato, e fósforo orgânico. Juntamente com o nitrogênio, em concentração elevadas de fósforo em efluentes causam eutrofização nos corpos d água (SILVA; OLIVEIRA, 2001). Em condições adequadas, normalmente a DBO dos dejetos suínos fica na faixa de mg.l -1. Pode alcançar uma redução de até 90% na concentração após o tratamento no biodigestor, porém, esse valor é muito superior ao valor permitido por legislação para lançamentos desse efluente diretamente em um corpo d água. A DQO dos dejetos suínos fica normalmente na faixa de mg.l -1, podendo chegar a uma redução de 85% nessa concentração após o tratamento (KUNZ et al., 2005). Em saneamento, sólidos nas águas correspondem a toda matéria que permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da amostra a uma temperatura pré-estabelecida durante um tempo fixado. A calcinação e filtração são as etapas da análise que definem as diversas frações de sólidos presentes no efluente (sólidos totais, em suspensão, dissolvidos, fixos e voláteis) (BRANDÃO et al., 2000). O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência dos biodigestores localizados em propriedades rurais na microbacia Santa Fé no município de Itapiranga-SC através da análise dos parâmetros físico-químicos no efluente gerado. 2. Métodos Na Tabela 1 estão descritos os parâmetros avaliados e os respectivos métodos que seguiram orientação do Standart Methods of Water and Wastwater Examination (APHA, 1998).

5 Tabela 1 Variáveis físicas, químicas e microbiológicas analisadas e os respectivos métodos utilizados. Variável Método Variável Método ph Potenciomentria Sólidos totais Gravimetria Turbidez Nefolometria Sólidos totais Gravimetria voláteis Oxigênio Potenciomentria DBO Incubação/Titulometria dissolvido Fósforo total Espectrofotometria DQO Refluxo/Titulometria Nitrito Espectrofotometria Temperatura Termister Nitrato Espectrofotometria Nos oito biodigestores analisados, foram realizadas coletas na entrada e saída de cada biodigestor (Figura 1), sendo a entrada na caixa de areia e a saída na lagoa de decantação, as coletas foram realizadas durante o mês de fevereiro de Figura 1 A: biodigestor, B: lagoa de decantação. 3. Resultados e discussão O interesse em determinar os parâmetros físico-químicos do efluente gerado no processo de digestão anaeróbia é devido a necessidade de avaliar a eficiência do tratamento nos dejetos suínos, em relação à entrada e saída do sistema. Na Tabela 2 estão apresentados os valores de temperatura, ph e oxigênio dissolvido analisados no local da coleta. Tabela 2 Valores dos parâmetros analisados no local da coleta na entrada e saída dos biodigestores.

6 Temperatura [ C] ph Oxigênio Dissolvido [mg/l] Sistema Entrada Saída Entrada Saída Entrada Saída 1 21,4 22,0 7,05 7,03 1,52 1, ,6 21,8 6,56 8,16 1,64 1, ,4 23,9 6,80 8,26 1,76 1, ,3 22,4 7,16 7,03 1,30 1, ,4 28,1 6,55 8,18 0,51 0, ,3 28,6 6,32 7,16 0,55 0, ,8 27,8 8,00 7,80 0,45 0, ,6 25,8 8,52 8,13 0,47 0,42 Analisando cada parâmetro da Tabela 2 podemos perceber que as temperaturas de todos os sistemas se apresentam próximas a temperatura ambiente do dia da coleta (20 C nos sistemas 1 a 4 e 29 C nos sistemas 5 a 8), demonstrando que não há anomalias no sistema de tratamento referentes a esse parâmetro. Para os valores de ph encontrados, verifica-se que todos estão dentro da faixa de neutralidade, próximos ao ph 7, o que também é o esperado que aconteça dentro de um sistema de tratamento biológico de efluentes (CHERNICHARO, 1997), não sendo necessário tomar medidas de correção para esse parâmetro. O oxigênio dissolvido é um importante parâmetro analisado nos tratamentos de efluentes, onde o oxigênio proveniente da atmosfera se dissolve nas águas devido à diferença de pressão parcial. Em águas naturais na temperatura de 20 C e 1 atm de pressão, a concentração de saturação de oxigênio dissolvido é igual aproximadamente a 8,5 mg.l -1 (ESTEVES, 1998). Nos efluentes esse valor dificilmente é superior a 2 mg.l -1 (KUNZ et al., 2005), devido à grande carga de matéria orgânica presente, onde acontece elevado consumo de oxigênio para ocorrer a degradação dessa matéria. Podemos verificar que os valores de OD encontrados tanto na entrada como na saída dos biodigestores são baixos, a diferença dos valores nos diferentes dias de coleta está relacionada com a temperatura ambiente, sendo que em temperaturas menores a solubilidade do oxigênio é maior. Nos tratamentos de efluentes os termos DBO e DQO são importantes parâmetros para verificar a eficiência do tratamento, quanto maior são estes valores,

7 maior é a carga orgânica existente no efluente. Sempre se deseja reduzir estes parâmetros no efluente tratado, para não causar interferências no meio onde o efluente será lançado (PIVELI; KATO, 2006). A DQO é muito útil quando utilizada juntamente com a DBO para observar a biodegradabilidade do efluente, pois a DBO acusa somente a fração biodegradável dos compostos orgânicos. A DQO reflete a quantidade total de componentes oxidáveis, seja carbono ou hidrogênio de hidrocarbonetos, nitrogênio (de proteínas, por exemplo), ou enxofre e fósforo de detergentes. Os processos mais adequados para a remoção de matéria orgânica dos efluentes são, sem dúvida, os de natureza biológica, como o sistema anaeróbio empregado nos sistemas de biodigestores. Tabela 3 Valores dos parâmetros de DBO 5,20 C e DQO na entrada e saída dos biodigestores. DBO 5,20 C [mg/l] DQO [mg/l] Sistema Entrada Saída % Redução Entrada Saída % Redução 1 471,30 191,70 59, ,0 780,80 98, ,30 140, ,0 1073,60 96, ,30 206,30 54, , ,8 97, ,30 102,30 77, ,4 878,40 91, ,73 19,8 82, , ,76 95,8 6 84,75 79,85 5, ,5 956,16 98, ,46 118,75 7, , ,68 96,2 8-68,75 0, , ,56 78,2 Média 52 Média 94 Podemos observar na Tabela 3 os valores de DBO e DQO encontrados nas amostras de efluentes analisadas. Os valores encontrados para a DBO, principalmente na entrada dos sistemas, são considerados baixos em relação ao que se espera para um efluente com grande carga orgânica como os de dejetos suínos. Uma redução média de 52% na DBO do efluente foi encontrada, sendo um valor baixo em relação a redução esperada. Observando os valores de DQO e o percentual de redução encontrado no sistema de tratamento anaeróbio empregado, verifica-se uma grande redução da matéria orgânica do efluente, com índice médio de 94%. Este comportamento indica a presença de substâncias químicas no efluente

8 que interferem na degradação biológica do efluente, tais como sanitizantes utilizados no manejo da pocilga. A determinação das frações de sólidos é recomendada para águas fortemente poluídas, o que resulta em um quadro geral da distribuição das partículas com relação ao tamanho sólidos em suspensão e dissolvidos e com relação à natureza sólidos fixos e voláteis. Nos tratamentos de efluentes ocorrem reduções nas concentrações de sólidos dos dejetos que são tratados por processos biológicos. Oliveira et. al. (2000) relatam que a utilização de dejetos suínos com alta concentração de sólidos para adubar o solo pode provocar alteração na capacidade de infiltração do solo, ocasionada pelo entupimento dos poros e pela formação de crosta na superfície, que originam problemas de germinação e de crescimento das plantas. Tabela 4 Valores dos parâmetros Sólidos Totais e Sólidos Totais Voláteis para entrada e saída dos biodigestores. Sólidos Totais [g/l] Sólidos Totais Voláteis [g/l] Amostra Entrada Saída % Redução Entrada Saída % Redução 1 57,48 12,28 78,4 41,47 1,50 96,4 2 13,38 3,68 72,5 8,80 1,35 84,6 3 53,45 4,89 90,6 42,42 2, ,482 2,66 58,9 4,27 0,97 77,3 5 39,01 3, ,40 1,48 95,1 6 64,76 3, ,48 1,33 97,2 7 7,07 4,41 37,6 3,83 2,18 43,1 8 7,87 4,70 40,2 4,47 1,95 53,4 Média 70,4 Média 78,2 Na Tabela 4 são apresentados os valores de sólidos totais e totais voláteis de todos os sistemas, e o percentual de redução ocorrido no tratamento. Pode-se perceber a grande quantidade de sólidos totais presente na entrada dos biodigestores, o que é esperado quando se trata de efluentes de suinocultura. A redução média desse parâmetro para sólidos totais foi de 70,4%, chegando a atingir 90% em alguns sistemas. Na maioria das saídas dos biodigestores o valor de sólidos totais dos efluentes ficou em torno de 4,0 g/l. Para os sólidos totais voláteis, a redução média foi de 78,2%, chegando a atingir mais de 90% em alguns sistemas.

9 Os sólidos voláteis são representados em sua maioria por matéria orgânica, principalmente neste tipo de efluente. Tabela 5 Valores dos parâmetros Nitrato e Nitrito para entrada e saída dos biodigestores. Nitrato [mg/l] Nitrito [mg/l] Amostra Entrada Saída % Redução Entrada Saída % Redução 1 236,6 30,36 87,2 5,82 0,38 93, ,88 35,65 82,2 0,52 0,19 63, ,5 41,11 92,2 17,57 0,32 98, ,74 19,61 89,3 0,89 0,33 62, ,355 51,340 84,1 0,804 0,347 56, ,918 34,238 78,8 7,809 0,331 95,8 7 83,604 34,062 59,3 1,777 0,539 69, ,348 80,959 51,6 1,449 0,513 64,6 Média 78,1 Média 75,6 O nitrogênio pode ser encontrado nas águas residuárias nas formas de nitrogênio orgânico, amoniacal, nitrito e nitrato. Nesse caso também, quanto maior a concentração desses nutrientes, maior a poluição do efluente. Para os sistemas analisados, a Tabela 5 traz os valores de nitrato e nitrito encontrados na entrada e saída dos biodigestores. A entrada dos sistemas apresentou elevados valores para nitrato, reduzindo em média 78,1% os índices do parâmetro na saída do tratamento biológico. Para o nitrito, os valores encontrados são inferiores aos de nitrato, e apresentou-se uma redução média de 75,6% com o tratamento empregado. A maior preocupação desses parâmetros é o excesso de nutrientes que são lançados no meio através de um efluente não tratado, pois o meio se torna muito enriquecido, causando consumo de oxigênio nas reações de necessidade desses nutrientes pelos microrganismos. Nas águas pluviais, acontece eutrofização (crescimento excessivo de algas), o que traz prejuízos aos usos dessas águas e causam poluição por morte e decomposição dos seres que ali estão. O fósforo está presente nos efluentes sob a forma de ortofosfato, polifosfato, e fósforo orgânico, e da mesma forma que o nitrogênio, concentrações elevadas de fósforo em efluentes também causam eutrofização nos corpos d água, e através de tratamentos se deseja reduzir esse parâmetro nos efluentes.

10 Tabela 6 Valores dos parâmetros Fósforo Total e Turbidez para entrada e saída dos biodigestores. Fósforo Total [mg/l] Turbidez [NTU] Amostra Entrada Saída % Redução Entrada Saída % Redução 1 237,69 28,87 87,9 3008,10 128,63 95, ,35 55,23 59,8 498,24 112,73 77, ,19 82,15 53,1 2222,80 128,63 94, ,62 55,23 63,3 495,02 120,97 75, ,23 69,65 81,4 2560,50 303,74 88, ,88 63,50 79,4 1580,30 159,630 89, ,05 74,85 73,2 1359,20 380, ,35 93,69 31,8 1037,04 457,08 55,9 Média 66,2 Média 81,1 Através das análises relatadas na Tabela 6 pode-se observar que o tratamento reduziu os índices de fósforo em média 66,2%. Segundo Esteves (1998) o Fósforo é um dos nutrientes mais importantes para os ecossistemas aquáticos, devido a sua participação na maioria dos compostos bioquímicos essenciais à vida, sendo considerado um dos principais fatores limitantes para a produtividade primária. Juntamente com o nitrogênio é considerado como o principal fator limitante para a eutrofização artificial destes ecossistemas. A turbidez é um parâmetro que indica a qualidade estética das águas e efluentes. Quando lançado no meio, o efluente causa aumento da turbidez da água, provocando alterações no ecossistema aquático. A redução na turbidez do efluente pelo tratamento anaeróbio empregado foi em média de 81,1%, como pode-se observar na Tabela 6, sendo que em tratamentos anaeróbios o efluente gerado possui turbidez mais elevada que no tratamento aeróbio, devido ao arraste de sólidos provocado pelas bolhas resultantes na fermentação. 4. Considerações

11 O sistema de tratamento biológico empregado nos biodigestores mostrou eficiência na redução dos parâmetros físicos e químicos analisados, com diminuição de carga orgânica, pela análise de DBO (52,0%) e DQO (94,0%). A concentração de sólidos totais no efluente teve redução média de 70,4% para sólidos totais e de 75,6% para sólidos totais voláteis, mostrando boa eficiência, tendo em vista que os sólidos estão presentes em grandes quantidades nos efluentes de suinocultura. Para os nutrientes nitrato, nitrito e fósforo, o tratamento também mostrou capacidade de diminuir a quantidade desses parâmetros no efluente, com redução média de 78,2% para o nitrato, 75,6% para o nitrito e 66,2% para o fósforo total. A turbidez do efluente foi reduzida em torno de 81,1%. A partir das análises realizadas, pode-se inferir que o efluente apresenta condições impróprias para lançamento direto ao corpo receptor (CONAMA, Res. 357/2005), porém, pode-se afirmar que o sistema de tratamento por biodigestor promove a remoção da carga orgânica dos dejetos suínos, diminuindo o impacto ambiental desse efluente ao ser lançado no solo, evitando a contaminação de nascentes e rios na bacia de drenagem. Referências APHA American Public Health Assiciation. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington: 1998 ANGONESE, André Ricardo; CAMPOS, Alessandro Torres; PALACIO, Soraya Moreno & SZYMANSKI, Nayara. Avaliação da eficiência de um biodigestor tubular na redução da carga orgânica e produção de biogás a partir de dejetos de suínos. An. 6. Enc. Energ. Meio Rural ANUALPEC Anuário Estatístico Agropecuário. São Paulo: FNP Consultoria, BRANDÃO, Viviane dos Santos; MATOS, Antônio Teixeira de Matos; MARTINEZ, Mauro Aparecido & FONTES, Maurício Paulo Pereira. Tratamento de águas residuárias da suinocultura utilizando-se filtros orgânicos. Revista Brasileira de

12 Engenharia Agrícola e Ambiental. v. 4. n. 3. Campina Grande, set./dez CHERNICHARO, Carlos Augusto de Lemos. Reatores anaeróbios. Belo Horizonte: UFMG, CAMPOS, José Roberto (Coordenador). Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. Projeto PROSAB. Rio de Janeiro: ABES, CONAMA. RESOLUÇÃO N 357. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências: 17 de março de ESTEVES, Francisco de Assis. Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência, KONZEN, Egídio Arno. Manejo e utilização dos dejetos de suínos. Concórdia, EMBRAPA/CNPSA: KUNZ, Airton; HIGARASHI, Martha Mayumi & OLIVEIRA, Paulo Armando de. Tecnologias de manejo e tratamento de dejetos de suínos estudadas no Brasil. Cadernos de Ciência & Tecnologia, Brasília, v. 22, n. 3, p , set./dez OLIVEIRA, Rubens Alves; CAMPELO, Paulo Luis Gonçalves; MATOS, Antônio Teixeira; MARTINEZ, Mauro Aparecido & CECON, Paulo Roberto. Influência da aplicação de águas residuárias de suinocultura na capacidade de infiltração de um solo podzólico vermelho amarelo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.4, n.2. p Campina Grande, PIVELI, Roque Passos; KATO, Mario Takayuki. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Qualidade das águas e poluição: aspectos físico-químicos. São Paulo: ABES, ROPPA, Luciano. Tendências da suinocultura mundial e as oportunidades brasileiras. p ANUALPEC, 2002.

13 SILVA, Salomão Anselmo; OLIVEIRA, Rui de. Manual de análises físico-química de águas de abastecimento e residuárias. Campina Grande: O Autor, 2001.