Desempenho de sistemas alagados construídos, cultivados com diferentes espécies vegetais, no tratamento de águas residuárias da suinocultura

Abstract

A criação de suínos é uma atividade que gera grande volume de água residuária (ARS), causando sérios problemas ambientais. Dentre as soluções disponíveis para o tratamento dessas águas residuárias distingue-se a aplicação em sistemas alagados construídos (SACs). Em vista da escassez de informações técnicas específicas sobre o tratamento de ARS utilizando SACs, notadamente com a utilização de diferentes espécies vegetais e em condições tropicais, objetivou-se, com a realização deste trabalho, avaliar o comportamento espacial (ao longo do comprimento dos SACs) e temporal (num período de 7 meses de monitoramento) de SACs, além da avaliação da eficiência na remoção de poluentes e capacidade de três espécies vegetais em extrair nutrientes. Para possibilitar este estudo, foram construídos, na Área Experimental de Hidráulica/Irrigação e Drenagem do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV, cinco tanques de 24,0 m x 1,1 m x 0,7 m, impermeabilizados com lona butílica, que foram preenchidos com uma camada de 0,4 m de brita zero (altura útil). A ARS foi previamente tratada por meio de um processo de filtração em conjunto de filtros orgânicos, cujos leitos filtrantes eram constituídos por bagaço de cana-de-açúcar, de 0,7 m de altura, sendo o efluente dos filtros aplicados nos SACs, numa vazão de 0,8 m3 d-1, o que correspondeu um tempo de detenção hidráulica aproximado de 4,8 dias. Nos tratamentos denominados SAC1, SAC2 e SAC3 foram plantados, respectivamente, taboa (Typha latifolia L.), Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. e capim tifton-85 (Cynodon dactylon Pers.); no SAC4 foi plantado, no 1º terço do tanque, Alternanthera, no 2º terço, taboa e, no 3º terço, capim tifton 85. No SAC5, nada foi plantado, servindo, como testemunha. Coletaram-se amostras do afluente e efluente dos filtros e nos pontos de coleta de amostras posicionados a 4, 8, 12, 16, 20 e 24 m (saída) de cada SAC. Nas amostras de água residuária coletadas foram analisados o pH, a condutividade elétrica, o potencial redox, a turbidez e quantificadas as concentrações de sólidos totais (ST), sólidos suspensos totais (SST), sólidos dissolvidos totais (SDT), DBO5, DQO, N-total, NH4 +, NO3-, P-total, K, Na, Cu, Zn, coliformes totais e E. Coli. Durante o experimento, foram feitos 3 cortes nas plantas cultivadas nos SACs, avaliando-se a produtividade de matéria seca e a capacidade de extração de nutrientes. Todas as plantas apresentaram bom desempenho em termos de produtividade e extração de nutrientes, com valores de produtividade de matéria seca em torno de 22, 26 e 28 t ha-1, respectivamente, para a taboa, Alternanthera e capim tifton 85. Da carga afluente aplicada, as plantas removeram de 5 a 10% do N-total, 2 a 5% do P-total, 11 a 25% do K e 0,6 a 5% do Zn, com destaque para a Alternanthera, que foi a espécie com maior capacidade extratora. Quanto à eficiência dos SACs no tratamento da ARS, eficiências superiores a 85% foram obtidas na remoção de SST, DBO, DQO e Zn; superiores a 50% na remoção de N-total, NH4+, P-total e ST; e entre 18 e 48% na remoção de K, Na e SDT, nos cinco SACs analisados. A remoção de Cu foi muito sensível às cargas aportadas, tendo variado de 17 a 90%. Apesar das plantas terem apresentado consideráveis remoções de poluentes, e da Alternanthera ter se destacado entre todas, em geral, não houve diferenças significativas na qualidade dos efluentes e na eficiência de remoção dos cinco SACs. A quase totalidade das remoções de ST, SST, DQO, DBO, P-total e Zn ocorreu nos 12 metros iniciais dos tanques; além disso, não se observou tendência de alteração na eficiência dos sistemas com o tempo de operação. A redução na contagem de coliformes totais variou de 90 a 99,9%, enquanto na de E. coli, de 85,4 a 100%. Mesmo não havendo diferenças significativas entre as eficiências dos cinco SACs, sugere-se o uso de SACs cultivados em relação a SACs não cultivados, pelo fato dos primeiros gerarem menores volumes de efluentes, e, consequentemente, menor carga poluente efluente, sendo, também, auto-limpantes. Com relação ao tipo de planta a ser cultivada nos SACs, recomenda-se a utilização da Alternanthera, por ter apresentado maior concentração de nutrientes na matéria seca, ou o Tifton 85, caso o produtor deseje utiliza-lo na alimentação animal.

Swine swine feedlot is an activity generating a great wastewater volume (ARS), so causing serious environmental problems. The application of the constructed wetland systems (SACs) is distinguished among the available solutions for this wastewater treatment. Taking into account the shortage of specific technical information about the treatment of ARS by the application of SACs, especially using different vegetal species under tropical conditions, this study was carried to evaluate the spatial behavior (along SACs length) and time behavior (over 7-day period under monitoring) of SACs, as well as their efficiency in removing the pollutants and the ability of three vegetal species in extracting the nutrients. So, five tanks measuring 24m x 1.1m x 0.7m and damp-proof with butyl canvas were infilled with a 0.4m crushed stone (zero) were constructed in the Drainage and Hydraulic/Irrigation Experimental Area pertaining to the Agricultural Engineering Department - UFV. The ARS was previously treated, by applying a filtration process consisting of 0.7m height organic filters from which the filtering beds were constituted by sugarcane bagasse. The effluents of the filters were applied to SACs at 0.8 m3 d-1 flow rate corresponding to a hydraulic detention time about 4.8 days. In the treatments so-called SAC1, SAC2 and SAC3, the following were planted: Typha latifolia L., Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. and Cynodon dactylon Pers.. In SAC4, the Alternanthera was planted in the 1st third of the tank, Typha latifolia L. in the second, and Cynodon dactylon Pers in the third. In SAC5, no planting was performed, it was the control. Samples were collected from both affluent and effluent of the filters, as well as in the sample collecting points positioned at 4, 8, 12, 16, 20 and 24 m (outlet) in each SAC. In the collected wastewater samples, the following were analyzed: pH, electric conductivity, redox potential, and turbidity. In addition, the following concentrations were determined: total solids (ST), total suspended solids (SST), total dissolved solids (SDT), BOD5, COD, N-total, NH4+, NO3-, P-total, K, Na, Cu, Zn, total coliforms and E. Coli. During the experimental period, three cuts were performed in those plants cropped in SACs, in order to evaluate the dry matter productivity and nutrient extraction capacity. All plants showed satisfactory performance for productivity and nutrient extraction, as well as dry matter productivity around 22, 26 and 28 t ha-1 for Typha latifolia L., Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. and Cynodon dactylon Pers.. The plants removed 5 to 10% Total-N, 2 to 5% Total-P, 11 to 25% K, and 0.6 to 5% Zn, with prominence for Alternanthera that was the species provided with higher extracting capacity. Concerning to SACs efficiency in treating ARS, the following were obtained: efficiencies above 85% in removing SST, BOD, COD and Zn; above 50% in removing Total-N, NH4+, Total-P and ST; and from 18 to 48% in removing K, Na and SDT in all SACs under analysis. The Cu removal was very sensible to the loads applied, as ranging from 17 to 90%. Although the plants showed high pollutant removals and the Alternanthera was distinguished among all of them, in general no significant differences occurred in the quality of the effluents, neither in the removal efficiency by those five SACs. Almost total removals of ST, SST, COD, BOD, Total-P and Zn occurred at the initial 12 meters of the tanks. Besides, no tendency for alteration was observed in the efficiency of the systems during the operational time. The reduction in the counting of the total coliforms ranged from 90 to 99.9%, but from 85.4 to 100% for E. coli. Despite no significant differences occurred among the efficiencies of those five SACs, the use of the cropped SACs is suggested, relative to the uncropped ones, because the first one rather generates lower effluent volumes, therefore lower pollutant loads from the effluent. In relation to the plant to be used, either Alternanthera is recommended because shows higher nutrient concentrations in dry matter or the Cynodon dactylon Pers in case the producer wants to use it in animal feeding.