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R. Bras. Eng. Agrc. Ambiental, Campina Grande, v.4, n.3, p.465-473, 2000

Remoo de carga orgnica eprodutividade da aveia forrageira em cultivo

hidropnico com guas residurias da suinocultura1

Revista Brasileira de Engenharia Agrcola e Ambiental, v.5, n.1, p.131-134, 2001Campina Grande, PB, DEAg/UFPB - http://www.agriambi.com.br

Raimundo R. Gomes Filho2, Antonio T. Matos3, Demetrius D. Silva4 & Hermnia E.P. Martinez5

1 Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor, parcialmente financiada pela FAPEMIG2 DNOCS. Rua Coronel Slon, 330, Ftima, CEP 60040-270, Fortaleza, CE. Fone: (85) 226 - 2551. E-mail: rgomes@alunos.ufv.br (Foto)3 DEA/UFV. Av. PH Rolffs, s/n, Centro, CEP 36571-000, Viosa, MG. Fone: (31) 3899-1886. E-mail: atmatos@mail.ufv.br4 DEA/UFV. Fone: (31) 3899-1904. E-mail: david@mail.ufv.br5 DFT/UFV. Fone: (31) 3899-1144. E-mail: herminia@mail.ufv.br

Resumo: Um estudo para quantificar a produtividade de aveia forrageira e a eficincia na remooda carga orgnica de guas residurias da suinocultura, utilizadas em diferentes propores paracomposio da soluo nutritiva do cultivo hidropnico, foi realizado dentro de um galpo contendosistemas individualizados de cultivo, constitudos por tanques de 3,20 x 0,80 m, equipados comsistemas de aerao. Foram utilizadas as propores de 70, 50, 30 e 10% de guas residurias dasuinocultura no preparo da soluo nutritiva, todas representadas por valores de condutividadeeltrica inicial de 4,2, 2,8, 1,8 e 0,97 dS m-1, respectivamente, e a aveia semeada sobre telaplstica, dentro dos tanques de cultivo. Diariamente, determinou-se a concentrao de oxigniodissolvido, a condutividade eltrica e a temperatura das solues nutritivas e do ar dentro dogalpo, enquanto semanalmente foram coletadas amostras das solues para determinao daconcentrao de DQO e DBO. Utilizou-se um tratamento com soluo nutritiva convencional comotestemunha, enquanto o cultivo hidropnico de aveia forrageira, com aproveitamento de guasresidurias da suinocultura no preparo da soluo nutritiva, proporcionou produtividades de at31,5 t ha-1 ano-1 e diminuio significativa da carga orgnica da soluo nutritiva.

Palavras-chave: hidroponia, tratamento de resduos, gua residuria, suinocultura

Removal of organic load and productivity of forage oatin a hydroponic system with swine wastewaters

Abstract: A study to quantify the productivity of forage oat and the efficiency in the removal ofthe organic load of swine wastewater, used in different proportions for composition of the nutritivesolution for the hydroponic cultivation, was accomplished inside a shed, containing individualizedsystems of cultivation, in tanks of 3.20 x 0.80 m, equipped with aeration systems. Theproportions of 70, 50, 30 and 10% of swine wastewater were used in the preparation of thenutritive solution, represented by values of initial electrical conductivity of 4.2, 2.8, 1.8 e0.97 dS m-1. The oat was sown on a plastic screen inside the cultivation tanks. The concentrationof dissolved oxygen, the electrical conductivity and the temperature of both the nutritive solutionsand the air inside the shed were monitored daily, while samples of the solutions were collectedweekly for determination of the concentration of COD and BOD. A treatment was used with aconventional nutritive solution as the control. The forage oat cultivated in a hydroponic system,with the use of swine wastewater in the preparation of the nutritive solution, provided productivitiesof up to 31.5 t ha-1 y-1 and significant decrease of the organic load of the nutritive solution.

Key words: hydroponia, treatment of wastes, wastewater, pork production

Protocolo 090 - 26/07/2000

INTRODUONa explorao pecuria, os dejetos diludos, a gua desperdiada

em bebedouros e a gua de lavagem de instalaes para criao emregime de confinamento, geram grandes volumes de guasresidurias, as quais so fontes significativas de poluio ambiental.

Os componentes poluentes (carga orgnica elevada,nitrognio, fsforo, cobre, sdio etc.) em particular das guasresidurias das suinoculturas, apresentam-se em concentraessuficientemente altas para constiturem risco de desequilbrioecolgico, quando dispostos inadequadamente. Em geral, noBrasil, essas guas tm sido dispostas de forma inadequada,

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isto , lanadas diretamente em cursos dgua sem passar porum tratamento prvio, acarretando srios danos ao meioambiente, visto que, muitas vezes, as propriedades rurais quetm como atividade predominante a suinocultura, estolocalizadas em regies de topografia acidentada, dificultando aimplantao de sistemas de tratamento convencionais.

As guas residurias da suinocultura podem apresentarnutrientes em quantidades suficientes para serem aproveitadasna fertirrigao de culturas agrcolas, levando ao aumento daproduo e produtividade, sendo que aproximadamente doisteros do nitrognio, um tero do fsforo e quase 100% dopotssio, encontram-se na gua residuria na forma mineral,isto , numa forma prontamente assimilvel pelas culturas.

Jewell et al., citados pela FAO (1992) desenvolveram umprocesso a partir da tcnica de cultivo com fluxo laminar denutrientes (NFT) capaz de, simultaneamente, tratar guasresidurias e cultivar plantas ornamentais ou culturas paraalimentao humana ou animal, no qual a soluo nutritivaconvencional substituda pela gua residuria que se desejatratar.

Itaborahy (1998) verificando o desempenho de sistemas comaguaps no tratamento de guas residurias da suinocultura,obteve taxas mdias de remoo de 37,84 kg ha-1 d-1 de DQO e19,6 kg ha-1 d-1 de DBO, correspondentes s cargas aplicadasmdias de 1.968 kg ha-1 de DQO e 938,9 kg ha-1 de DBO,respectivamente. Reis (1999) analisando a eficincia de umsistema de tratamento de guas residurias da suinoculturacom o cultivo hidropnico da alface, obteve taxas mdias deremoo de 53,36 kg ha-1 d-1 de DQO e 28,52 kg ha-1 d-1 de DBOcorrespondentes, respectivamente, s cargas aplicadas mdiasde 681,8 kg ha-1 de DQO e 349 kg ha-1 dia-1 de DBO. Os autoresconcluram que os sistemas proporcionaram melhoriasignificativa na qualidade do efluente e que a alface e o aguapmostraram-se viveis tecnicamente, no polimento dos efluentescom guas residurias da suinocultura.

Tem-se conhecimento de que a deficincia de oxignio nagua residuria da suinocultura um dos fatores que tmprejudicado o uso desses resduos em hidroponia. Em vistadisso, acredita-se que a aerao artificial venha minimizar essesproblemas (Gomes Filho, 2000).

Em razo da falta de dados sobre uso de guas residurias dasuinocultura na produo de forrageiras em cultivo hidropnicoe da necessidade de se disponibilizar, para o produtor, alternativas

de baixo custo para o tratamento dessas guas, justifica-se arealizao de estudos que permitam avaliar a eficincia de remoode DQO e DBO e a produtividade da aveia forrageira em cultivohidropnico com solues nutritivas preparadas com diferentespropores de guas residurias da suinocultura.

MATERIAL E MTODOSO trabalho foi realizado na rea Experimental do setor

de Hidrulica, Irrigao e Drenagem do Departamento deEngenharia Agrcola/UFV.

O cultivo hidropnico da aveia forrageira foi conduzido emquinze sistemas individuais de cultivo hidropnico, constitudospor um tanque de alvenaria (3,20 x 0,80 e 0,20 m de profundidade)conectado hidraulicamente a um conjunto de alimentao capazde manter, no interior de cada tanque de cultivo, uma lmina desoluo de aproximadamente 0,01 m. O conjunto de alimentaodos tanques com soluo nutritiva foi composto de duas caixasde amianto, com capacidade de at 500 L cada uma, interligadasnas extremidades de cada tanque; a primeira, instalada a umaaltura de 1,00 m acima do nvel do solo, liberava o lquido, demaneira controlada, para o tanque de cultivo, e a segunda,instalada em nvel mais baixo, no final do tanque, para recepoda soluo nutritiva do efluente (Figura 1).

Cada sistema estava conectado a uma motobomba submersamvel, instalada no interior da caixa mais baixa, acionada pararecalcar toda a soluo para a caixa alta promovendo, ento, arecirculao da soluo. A conduo da soluo nutritiva dacaixa maior altura at o ponto onde a soluo deveria serdistribuda, j no interior do tanque, foi feita com o emprego deuma mangueira flexvel de dimetro de 20 mm. Uma extremidadeda mangueira foi acoplada a uma vlvula de gaveta adaptada caixa e, na outra, a um dispositivo capaz de distribuir a soluonutritiva em diversos pontos da seo inicial do tanque,objetivando reduzir a ocorrncia de fluxo preferencial no interiordos tanques.

Nas caixas de armazenamento da gua residuria foraminstalados sistemas de aerao para aumentar a concentraode oxignio dissolvido no meio lquido, constitudo pormicrocompressores de ar, colocados em funcionamentocontnuo, e uma tubulao de plstico perfurada, para promovera distribuio do ar dentro da caixa. A vazo mdia dosmicrocompressores, instalados um em cada caixa, foi de 60 L h-1.

Figura 1. Representao esquemtica do sistema individual do cultivo hidropnico

R. Bras. Eng. Agrc. Ambiental, Campina Grande, v.5, n.1, p.131-134, 2001

R.R. Gomes Filho et al.

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CEI (dS m-1) 4,2 2,8 1,8 0,97 Variveis

DQO DBO DQO QBO DQO DBO DQO DBO Concentrao inicial (mg L-1) Concentrao final (mg L-1) Tempo de deteno (Dia) Remoo mxima (mg L-1) Eficincia mxima de remoo (%) Carga aplicada (kg ha-1) Carga removida mxima (kg ha-1) Taxa mdia remoo (kg ha-1 d-1)

4.533 1.420

42 3.113

68,7 8.395 5.765

141

2.704 184 42

2.520 93,2

5.007 4.667

114

3.200 824 42

2.376 74,3

5.926 4.400

107

1.969 157 42

1.812 92,0

3.646 3.356

82

1.933 613 42

1.320 68,3

3.580 2.445

60

1.153 109 42

1.044 90,5

2.135 1.933

47

978 420 42

558 57,1

1.811 1.033

25

603 81 42

522 86,6

1.117 967 24

As sementes de aveia foram umedecidas com gua durante24 h sobre um substrato de l sinttica apoiada em uma redefixada no tanque, ocupando uma rea de 2,16 m2. Aps agerminao, que ocorreu seis dias depois da semeadura, acultura passou a receber a soluo nutritiva definida para cadatratamento.

A gua residuria da suinocultura foi coletada em um tanquede recepo de guas resultantes de limpeza das baias de umagranja suincola localizada no Municpio de So Miguel do Anta,MG, e as solues nutritivas foram preparadas com diferentespropores de guas residurias da suinocultura: 70, 50, 30 e10%, sendo, por exemplo, para proporo de 70%, colocados280 L de guas residurias da suinocultura e 120 L de gua darede de abastecimento. O mesmo raciocnio foi utilizado para aobteno das demais solues.

Diariamente, foram determinadas a concentrao de oxigniodissolvido, a condutividade eltrica e a temperatura das soluesnutritivas e do ar dentro do galpo e, semanalmente, coletadasamostras das mesmas para a determinao da DQO e DBO. Oexperimento foi interrompido no 42o dia, em virtude da reduoda soluo nutritiva em decorrncia do consumo de gua enutrientes pelas plantas, da depleo de fsforo e clcio e daelevao da temperatura ambiente, que passou a ser inadequadapara o cultivo da aveia forrageira.

A DBO foi determinada por incubao das amostras a20 oC, por cinco dias, com posterior quantificao do oxigniodissolvido pelo mtodo iodomtrico (APHA,1995) e a DQO poroxidao com dicromato de potssio (APHA, 1995).

Os tratamentos foram constitudos por cultivo da aveiaforrageira em solues nutritivas contendo guas residuriasda suinocultura, nas propores de 70, 50, 30 e 10%, alm docultivo em soluo nutritiva convencional (testemunha) ou seja,preparada com sais minerais. O delineamento experimental foiinteiramente ao acaso, com trs repeties; por outro lado, aprodutividade da aveia forrageira em soluo nutritiva preparadacom propores de guas residurias, foi comparada com a datestemunha (soluo nutritiva convencional) utilizando-se oteste de Dunnett, a nvel de 5% de probabilidade.

As variveis utilizadas para anlise do sistema de cultivohidropnico foram: concentrao inicial (CI), concentrao final(CF), tempo de deteno (TD), remoo mxima (RM) e eficinciade remoo (ER). O desempenho do sistema quanto remoode massa foi avaliado com auxlio da carga aplicada (CA), cargaremovida mxima (CRM) e taxa mdia de remoo (TMR) deDQO e DBO, calculados pelas equaes:

CA = CI x 1,852; CRM = RM x 1,852; TMR = CRM/(TD-1)Os resultados de eficincia de remoo de poluentes das guas

residurias foram comparados aos encontrados na literatura.

RESULTADOS E DISCUSSOAs propores de 70, 50, 30 e 10% de gua residuria da

suinocultura, por apresentarem pequeno valor referencial,passaram a ser representadas por valores de condutividadeeltrica inicial (CEI) iguais a 4,2, 2,8, 1,8 e 0,97 dS m-1. A soluonutritiva convencional apresentou uma CEI igual a 2,1 dS m-1.

Verificaram-se grandes variaes de temperatura no decorrer docultivo da aveia, de 13,5 a 31 oC, embora no tenha havido grandesvariaes de temperatura da soluo nutritiva entre os tratamentosnem ao longo do experimento, que variou entre 16,1 a 18,9 oC.

Na Figura 2, tem-se os valores de concentrao de oxigniodissolvido nas solues nutritivas, ao longo do experimento, enela se verifica que houve mais rpido aumento e em maiorintensidade nas solues com CEI menores, ou seja, com menorespropores de gua residuria. A maior demanda de oxigniopelas bactrias aerbias para a oxidao do material orgnico,em maior abundncia nas solues de maior CEI, deve ser aexplicao para os resultados obtidos.

A concentrao de oxignio dissolvido foi nula para assolues com CEI igual a 0,97, 1,8, 2,8 e 4,2 dS m-1 at os segundo,stimo, dcimo quarto e vigsimo primeiro dias, respectivamente,enquanto no final do experimento todas apresentaram nvelrazovel de oxignio dissolvido na soluo nutritiva (de 2,7, 4,3,6,7, 6,9 e 8,6 mg L-1 para os tratamentos com CEI igual a 0,97, 1,8,2,8 e 4,2 e 2,1 dS m-1, respectivamente).

Verificou-se decrscimo da condutividade eltrica ao longodo perodo de cultivo da aveia, em razo da remoo de nutrientesem soluo, por absoro pelas razes das plantas, estando osvalores da concentrao inicial, concentrao final, tempo dedeteno, remoo mxima, eficincia mxima de remoo, cargaaplicada, carga removida mxima e taxa mdia de remoo deDQO e DBO nas solues nutritivas, apresentados na Tabela 1.

Tabela 1. Avaliao da eficincia de remoo de DQO e DBO da soluo nutritiva, preparada com diferentes propores de guasresidurias da suinocultura utilizadas no cultivo hidropnico da aveia

Figura 2. Concentrao de oxignio dissolvido (OD) nas soluesnutritivas preparadas com diferentes propores de guasresidurias da suinocultura e soluo nutritiva convencional,ao longo do cultivo hidropnico da aveia

0

2

4

6

8

10

0 7 14 21 28 35 42

OD

(mg L

-1 )

Dia

CEI = 4,2 dS m-1

CEI = 2,8 dS m-1CEI = 1,8 dS m-1CEI = 0,97 dS m-1

CEI = 2,1 dS m-1

R. Bras. Eng. Agrc. Ambiental, Campina Grande, v.5, n.1, p.131-134, 2000

Remoo de carga orgnica e produtividade da aveia forrageira em cultivo hidropnico

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Produtividade Mdia Solues

Nutritivas Produo Mdia de Massa Verde (kg)

t ha-1 t ha-1 ano-1

CEI = 4,20 dS m-1 0,095 0,324 1,3 * CEI = 2,80 dS m-1 0,690 3,487 14,1 * CEI = 1,80 dS m-1 1,920 7,750 31,5 ns CEI = 0,97 dS m-1 0,940 3,650 14,8 * CEI = 2,10 dS m-1 1,960 8,620 34,9

Observa-se que as concentraes finais de DQO e DBOforam superiores aos limites estabelecidos pela DeliberaoNormativa no 10/86 do COPAM (BRASIL, 1998) para efluentes aserem lanados em cursos dgua de, respectivamente, 90 e60 mg L-1, razo pela qual existe a necessidade do efluente docultivo hidropnico passar por outra etapa de tratamento, quepode ser, por exemplo, a aplicao na fertirrigao de culturasagrcolas ou um tratamento por escoamento, sobre o solo, antesdo lanamento em corpos hdricos.

Comparando-se os resultados obtidos por Itaborahy (1998)e Reis (1999) verificou-se que, exceo da soluo nutritivacom CEI igual a 0,97 dS m-1, as taxas mdias de remoo de DQOe DBO obtidas neste trabalho foram superiores aos valoresobtidos pelos referidos autores, indicando melhor eficincia docultivo hidropnico da aveia em conjunto com o sistema deaerao, no tratamento de guas residurias da suinocultura(Tabela 1).

As taxas mdias de remoo de DQO e DBO nas soluesnutritivas foram inferiores s obtidas por Gomes Filho (2000) nocultivo de braquiria, submetidas s mesmas condies deaerao, as quais variaram de 81 a 477 kg ha-1 d-1 de DQO e de44 a 398 kg ha-1 d-1 de DBO. Pode-se afirmar que o cultivohidropnico da braquiria foi mais eficiente na remoo de DQOe DBO, mesmo quando a carga orgnica aplicada no cultivo dabraquiria foi superior aplicada no cultivo da aveia.

Na Tabela 2 tem-se os valores de produtividade e produode massa verde da aveia forrageira, cultivada com diferentessolues nutritivas.

cultivada a aveia, o tratamento com CEI igual a 1,8 dS m-1 o quemais se aproxima do timo para o cultivo hidropnico da aveiaforrageira.

Na Tabela 2 verifica-se que a produtividade mdia obtidapara a soluo nutritiva, preparada com guas residurias dasuinocultura com CEI igual a 1,8 dS m-1, superou a mdiade produtividade dessa espcie quando cultivada no solo,que de 30 t ha-1 ano-1 de massa verde, porm foi inferior produtividade mdia de 375 t ha-1 ano-1, reportada na literaturapor Resh (1992) obtida em cultivo hidropnico, utilizando-sesoluo nutritiva inorgnica convencional; isto pode serexplicado por ter o autor usado cultivo hidropnico emprateleiras, umas sobre as outras, o que proporcionou amultiplicao da produo mantendo-se a mesma rea de cultivo;alm disso, a m germinao das sementes, o intenso ataque depssaros no incio do experimento e a condio inadequada detemperatura ambiente para o cultivo da aveia, ocorridos nesteexperimento, tambm contriburam para que se obtivessem essesresultados.

CONCLUSESO cultivo hidropnico da aveia forrageira pelo sistema NFT,

com o aproveitamento de guas residurias da suinocultura nopreparo da soluo nutritiva, proporcionou produtividade deat 31,5 t ha-1 ano-1 de aveia forrageira e melhoria significativana qualidade do efluente e, quando associado ao fornecimentoconstante de ar nas solues nutritivas preparadas comdiferentes propores de guas residurias da suinocultura,apresentou taxas mdias de remoo de DQO e DBO superioress obtidas por cultivo hidropnico de aguaps e alface, nasmesmas condies experimentais. A condutividade eltricainicial igual a 1,8 dS m-1 na soluo nutritiva preparada comguas residurias da suinocultura foi considerada a maisadequada para o cultivo hidropnico da aveia forrageira.

LITERATURA CITADA

APHA - American Public Health Association. Standard methodsfor the examination of water and wastewater. 19.ed.Washington D.C.: 1995. 1000p.

Brasil, Minas Gerais. Licenciamento ambiental: Coletnea delegislao. Belo Horizonte: FEAM. 1998. 382p.

FAO. Wastewater treatment and use in agriculture. Roma: FAO,1992. 125p. Irrigation and Drainage Paper 47

Gomes Filho, R.R. Tratamento de guas residurias dasuinocultura utilizando o cultivo hidropnico de braquiria(Brachiaria ruziziensis) e aveia forrageira (Avena strigosa).Viosa: UFV, 2000. 143p. Tese Doutorado.

Itaborahy, C.R. Desempenho de sistemas esttico e dinmicocom aguap (Eichhornia crassipes) no tratamento de guasresidurias da suinocultura. Viosa: UFV, 1998. 177p. TeseDoutorado.

Reis, E.F. dos. Tratamento de guas residurias da suinocultura,utilizando o cultivo hidropnico da alface. Viosa: UFV, 1999.91p. Tese Doutorado.

Resh, H.M. Cultivos hidropnicos - nuevas tcnicas de produccin.2a ed. Madrid: Mundi-Prensa, 1992. 369p.

Tabela 2. Produo e produtividade mdia de massa verde daaveia forrageira, cultivada com solues nutritivas, dediferentes CEI, preparadas com concentraes variveis deguas residurias da suinocultura, e convencional

Obs: Produo no corte efetuado dia 03/08, 45 dias aps a germinao* - Significativo a nvel de 5% de probabilidade, pelo teste Dunnett em relao ao controlens - No significativo a nvel de 5% de probabilidade, pelo teste Dunnett em relao ao controle

Acredita-se que a forte condio salina das soluesnutritivas mais ricas em guas residurias da suinocultura, possaser fator limitante ao desenvolvimento da aveia, para os padresde aerao impostos neste experimento. Por outro lado, soluescom proporo muito baixa de guas residurias da suinoculturapodem ter proporcionado fornecimento insuficiente denutrientes cultura.

Verificou-se que no houve diferena significativa, a nvelde 5% de probabilidade, pelo teste de Dunnett, entre asprodutividades mdias da aveia forrageira em solues nutritivasiguais a 1,8 dS m-1 e 2,1 dS m-1; as demais solues nutritivasofereceram produtividades inferiores s obtidas com uso dasoluo convencional, a nvel de 5% de probabilidade (Tabela2) indicando que, para as condies experimentais em que foi

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R.R. Gomes Filho et al.