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INTRODUÇÃO

A suinocultura é uma atividade de importância social e econômica. Desse modo, a mitigação dos impactos ambientais gerados por tal atividade é urgente e possui grande relevância ambiental ^{1, 2}. Por produzir grandes quantidades de águas residuárias, a criação de suínos é uma ocupação profissional problemática para o meio ambiente, contudo, tal atividade tem potencial para gerar a fertilização dos solos ^{3, 4}. Os dejetos de suínos constituem uma fonte potencial de nutrientes ^{5, 6}. Portanto, a busca por novas alternativas para a reciclagem desses dejetos, os quais não envolvam o seu uso direto como fertilizante, deve ser abrangente, compreendendo todos os segmentos da cadeia produtiva e levando em consideração os conceitos de sustentabilidade ambiental ⁷.

A expansão sustentável da suinocultura no Brasil depende de alternativas tecnológicas que minimizem o impacto ambiental negativo provocado pelas águas residuárias geradas por essa atividade ⁸. As práticas de suinocultura e a ausência de recuperação adequada das áreas afetadas levam a locais contaminados com sério impacto nos ecossistemas e riscos para a saúde humana ². A origem da contaminação é frequentemente associada a depósitos de rejeitos de suínos porque eles são uma fonte da drenagem da criação desses animais ^{2, 8}. Estas áreas são desprovidas de vegetação devido às duras condições do solo que impedem o enraizamento de espécies vegetais. A remediação imediata dessas áreas é necessária para suprimir a geração e acúmulo de contaminantes e seus efeitos negativos sobre os ecossistemas ^{9, 10}.

A produção de suínos é um ramo da indústria de alimentos em rápido crescimento ¹¹. Consequentemente, aumenta a geração de dejetos de suíno, bem como o consumo de água relacionado a suínos. O efluente suíno contém urina de porco, fezes, derramamento de água, restos de alimentos não digeridos, resíduos de medicamentos antimicrobianos e microrganismos. Considerando estas características, recomenda-se que este material seja corretamente gerenciado antes de sua aplicação à terra para evitar a contaminação ambiental potencial ^{12, 13}. Já o esterco de suínos é caracterizado por um alto teor de sólidos em suspensão, matéria orgânica e alto teor de fósforo e nitrogênio ¹⁴. Além disso, altos níveis de populações microbianas são observados incluindo coliformes totais, Escherichia coli e Salmonella sp ¹⁴.

A literatura relata estratégias de tratamento para esterco suíno, que incluem processos biológicos concebidos para a remoção eficaz de substâncias compostas e a inativação de bactérias ^{15, 16}. Em contraste com a produção de suínos, a legislação ambiental em relação aos parâmetros de segurança é recente ^{17, 18}. No Brasil, a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) nº 430, de 13 de maio de 2011 ¹⁹ é utilizada para orientar manejo de efluente em corpos de água.

A suinocultura também é reconhecida como atividade de grande potencial poluidor, em razão de gerar efluentes geralmente na forma líquida, com elevada carga de matéria orgânica, nutrientes e metais pesados (exemplo: Cu e Zn). A prática comumente adotada pela suinocultura brasileira tem sido a armazenagem desses resíduos em lagoas ou tanques e sua posterior aplicação como fertilizante vegetal e condicionador do solo. Em regiões em que a geração de efluentes supera a capacidade de suporte do solo e/ou as recomendações dos órgãos de fiscalização ambiental, alternativas de tratamento ou exportação de nutrientes precisam ser adotadas ^{13, 20}.

No entanto, nada foi estabelecido sobre os parâmetros de segurança para a reutilização de água de produção animal, bem como o controle e registro do gasto de água para tal consumo. Possivelmente, a falta de conhecimento sobre aspectos funcionais dos sistemas de manejo de efluentes suínos constitui uma lacuna e pouco se sabe sobre a otimização de tecnologias de remoção de poluentes.

Nesse contexto, objetivou-se com este estudo avaliar os parâmetros físico-químicos de amostras de efluentes suínos, bem como a eficiência de remoção de um sistema de evapotranspiração (Tanque de Evapotranspiração – TEVAP), o qual consiste em um filtro de remediação, além do consumo de água no sistema.

MÉTODO

Sistema de tratamento (TEVAP)

O experimento consistiu em um filtro de remediação, cujo sistema apresenta potencial para remediar situações de contaminação e danos causados ao meio ambiente, em decorrência da suinocultura, o qual foi instalado, no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), campus Crato. A ferramenta de uso sustentável construída foi um TEVAP, a fim de ser desenvolvida e difundida por permacultores de diversas nacionalidades. Trata-se de um tanque impermeabilizado, preenchido com diferentes camadas de substrato e plantado com espécies vegetais de crescimento rápido e alta demanda por água. Trata-se de um sistema fechado, onde não há infiltração no solo, o qual recebe um determinado efluente, que passa por processos naturais de degradação microbiana da matéria orgânica, mineralização e absorção de nutrientes e da água pelas raízes, e evapotranspiração pelas plantas ( Figura 1). O desenvolvimento do estudo no intuito de atender aos objetivos propostos, foi dividido em três fases diferentes, de acordo com a Figura 1.

Coleta, armazenamento de amostras e análise físico-química

As coletas das amostras foram realizadas em duas áreas, caixa de decantação e o TEVAP, no IFCE, campus Crato, em três dias distintos, nos seguintes intervalos: 1º dia (primeira amostra); 10º dia (segunda amostra) e 40º dia (terceira amostra), com três repetições, para cada coleta.

Com a implantação da caixa de decantação e do TEVAP, os quais constituem o sistema de tratamento dos efluentes, foi possível armazenar o produto da higienização de 22 baias e 10 celas parideiras, da pocilga, contendo 100 animais. As amostras foram obtidas na seguinte sequência: local 1 - caixa de decantação, contendo o efluente bruto, em seguida, local 2 - TEVAP, contendo o efluente tratado e o efluente final. Após o tratamento com o filtro de remediação, obteve-se, a separação sólido-líquido e a água residual tratada.

Os parâmetros físico-químicos analisados foram: pH, temperatura, demanda química de oxigênio (DQO), oxigênio dissolvido (OD), potencial hidrogeniônico, sólidos sedimentáveis, sólidos suspensos totais, sólidos dissolvidos totais (SDT), condutividade elétrica, nitrogênio amoniacal (NA) e nitrato, ferro total, dureza e cloretos, alcalinidade. Os procedimentos analíticos foram realizados de acordo com o Standard Methods for the Examination of Water Wastewater²¹ e o Manual de Análises Físico-Químicas de Águas de Abastecimento e Residuárias ²².

Monitoramento do consumo de água: instalação do hidrômetro

A fim de avaliar o gasto de água, foi implantado o hidrômetro dentro das instalações da suinocultura, na higienização por setor de criação de suínos e no escoamento dos dejetos por canaleta.

Trata-se de um equipamento tecnológico, moderno e eficiente que se faz presente tanto em áreas urbanas, como em comunidades rurais. Seu principal objetivo é controlar e registrar o quantitativo de água para consumo em geral.

Os efluentes foram conduzidos para a recepção final, a bacia ou filtro de remediação, ou seja, o TEVAP.

Análise estatística

Os dados paramétricos foram analisados por análise de variância de uma via (ANOVA), com posterior teste de Tukey. O nível de significância mínimo (α) adotado foi de 0,05. Foram realizados três experimentos independentes. A eficiência do sistema também foi avaliada, a partir da equação ¹⁷ Eficiência = (X₀ - X) / X ₀ · 100e, sendo X ₀ = concentração inicial e X = concentração final.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os efluentes suínos devem ser manuseados corretamente para evitar impactos ambientais negativos ¹⁷. O TEVAP, que consiste em um filtro de remediação, foi avaliado como alternativa de tratamento para dejetos suínos, a fim de minimizar os riscos à saúde. Investigaram-se os parâmetros físico-químicos, avaliados antes do tratamento (controle: efluente bruto), 10º dia (efluente tratado) e 40º dia (efluente final) após o tratamento. Além disso, foi realizada avaliação microbiológica. O perfil químico do sistema TEVAP neste estudo foi semelhante ao observado por outros autores em outros sistemas para suínos ^{13, 17}.

Não foi observada alteração estatisticamente significativa no potencial hidrogeniônico (pH) entre o efluente bruto, e os efluentes: tratado e final ( Figura 2A). O pH é um dos fatores mais importantes a ser mantido, para se obter a eficiência do sistema, cuja condição de normalidade se concentra em torno da neutralidade. Uma opção para amenizar um desequilíbrio, ou seja, quando o pH estiver abaixo de 6,5, precisando ser corrigido, a fim de evitar a diminuição da atividade biológica, consiste na adição de um processo de inativação, como a elevação do pH, acima de 10, pela aplicação de cal ²³. Quanto à temperatura, o efluente final exibiu aumento significativo, quando comparado ao controle e ao efluente tratado ( Figura 2B).

Nos sistemas biológicos, a influência da temperatura é bastante importante, uma vez que as velocidades das reações bioquímicas são diretamente afetadas pela temperatura ^{24, 25}. Faust ²⁶ sugeriu que a temperatura da água é um dos fatores mais importante para predizer a sobrevivência de coliformes fecais como parâmetro de qualidade dos efluentes lançados em ecossistemas hídricos. Geralmente, apenas processos termofílicos são adequados para a inativação de patógenos, porque as bactérias são inativadas em temperaturas acima de 60ºC ²⁵, com registro de uma redução populacional de 64%, após 12 dias ²⁷.

Processos biológicos aeróbicos e anaeróbios são capazes de inativar microrganismos, e a eficiência da inativação de patógenos está relacionada a diversos fatores, como antibiose, potencial redox, antagonismo, deficiências nutricionais e metabolismo exotérmico ¹⁷. Tratamento desse resíduo é essencial para maximizar a integração entre ambiente e produção ²⁸.

Comparando-se parâmetros analisados individualmente, observaram-se diferentes perfis de remoção ao longo do tratamento. Nesse estudo, o parâmetro DQO, que expressa a quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica ^{24, 29}, apresentou uma queda progressiva ao longo de todo o sistema TEVAP.

A DQO exibiu redução significativa entre o efluente final e o efluente bruto (controle). Já, quando comparado ao controle, o fluente tratado foi reduzido significativamente ( Figura 3A). Entre os tempos testados, o efluente final foi reduzido significativamente em relação ao efluente tratado. A eficiência do sistema para o efluente tratado foi de 40%, e, para o final, foi de 98%. Resultado similar foi encontrado por Rodrigues et al. ²⁹, cujas médias de remoção total de DQO e de DBO foram 96,7% e 98,4%, respectivamente. Observa-se que, de um modo geral, os atributos relacionados à remoção física, foram reduzidos com eficiência, provavelmente em decorrência da sedimentação nos interstícios, retenção por restrição ao escoamento (filtração) e adesão aos grânulos dos materiais do sistema.

Os níveis de OD exibiram variação significativa quando comparados ao efluente bruto (controle). No efluente tratado ocorreu um aumento para 2 mg/L, enquanto que no efluente final ocorreu um aumento do OD para 3,7 mg/L, estatisticamente significativo quando comparado ao controle e ao efluente tratado ³⁰.

Os níveis de NA do efluente final exibiram redução significativa quando comparados ao efluente bruto (controle). Entre os tempos testados, ocorreram alterações significativas. O efluente final mostrou redução estatisticamente significativa quando comparado ao efluente tratado ( Figura 4A). Com relação aos níveis de nitrato, não ocorreram quaisquer alterações.

Não houve nenhuma alteração significativa nos sólidos suspensos (SS) e sólidos suspensos totais (SST) quando comparados ao controle e entre os tratamentos, efluente tratado e efluente final. Já entre os tratamentos, observou-se redução dos SDT, enquanto que para o SST, houve aumento no efluente final ( Figura 4A). Quanto à eficiência de remoção do sistema TEVAP, para SS, SST e SDT foi de 73%, 60% e 48% para o efluente tratado e 98%, 42% e 42% para o efluente final, respectivamente. Portanto, a eficiência obtida neste estudo para SS (73% e 98%) pode ser considerada satisfatória, considerando que a água residuária de suinocultura em tratamento possui uma carga orgânica ampla. Outro relato demonstrou que um sistema apresentou uma eficiência de remoção de poluentes para SST e ST, de 91% e 62%, respectivamente ³¹²⁹. O efluente proveniente dessa atividade possui alto teor de sólidos suspensos e matéria orgânica, além de alta concentração de nutrientes, principalmente fósforo e nitrogênio ³².

Os parâmetros condutividade elétrica ( Figura 5A), alcalinidade ( Figura 5B), ferro total, dureza total, cloretos ( Figura 5C) e coliformes ( Figura 5D) exibiram diferenças estatísticas em relação ao controle e entre todos os tratamentos testados (efluente tratado e efluente bruto). Há uma relação linear para a condutividade em função dos sólidos totais e dissolvidos em sua maioria, em todas as águas residuárias, suinocultura, laticínio e industrial ³².

Provavelmente um maior tempo de operação dos filtros possibilite maiores eficiências de remoção das variáveis, em razão da maior formação e estabilidade do biofilme.

O perfil bacteriano apresentou redução significativa dos coliformes totais, diminuindo de 150 no efluente bruto para 11 x 10 ^{- 3} coliformes fecais/100 mL, no efluente final. Portanto, o sistema em estudo demonstrou ser eficaz na redução do número de coliformes ao longo do tratamento. Tal redução total de coliformes era esperada, uma vez que a redução do nível de material orgânico durante o tratamento foi expressiva. Viancelli et al. ¹⁷ sugeriram que um processo anaeróbico diminuiu os indicadores fecais devido a um aumento na competição microbiológica por substrato.

A suinocultura é diretamente dependente dos recursos naturais, exigindo uma alta demanda de água e gerando uma alta quantidade de resíduos que devem ser adequadamente tratados. Portanto, se faz necessário que haja uma consciência adequada do impacto de tal atividade sobre os recursos hídricos e o meio ambiente ^{33, 34}.

Sousa et al. ¹³⁵ observaram que as cultivares de algodão adubadas com efluente suíno obtiveram melhor desempenho de massa seca, absorção e acumulação de nutrientes quando comparadas com a cultura que não foi irrigada com este biofertilizante. Souza et al. ³⁵ verificaram que a produção de pimentão doce não foi contaminada por coliformes termotolerantes e Salmonella ssp., ao utilizar águas residuárias de suinocultura após tratamento prévio.

Com relação à demanda de água no manejo suíno, para a realização de uma higienização feita nas baias de criações de suínos (setores de reprodução, gestação, maternidade, creche e na canaleta, que conduz todo os dejetos dos locais lavados), a partir da avaliação e registro pelo hidrômetro instalado dentro do criatório, verificou-se consumo na razão de 1.250 L/41 min de água. Tal resultado, pode subsidiar e assegurar o controle e uso da disponibilidade desse recurso hídrico tão importante.

Ressalta-se a relevância de monitorar o experimento com a instalação de hidrômetro ³⁶. A literatura relata que a impossibilidade de se monitorar o gasto de água através de hidrômetros, comprometeu a exatidão das medidas, no crescimento e terminação de suínos. Assim, a estimativa média do consumo de água, para o abastecimento de cinco baias, por aproximadamente 10 h diárias, pelo método volumétrico, foi de 551 L ³⁷.

A redução significativa de quase todos os parâmetros analisados após o tratamento com o TEVAP sugere que esta pode ser uma boa alternativa para o tratamento de efluentes suínos. Redução similar foi relatada por Pereira et al. ²⁷, ao avaliarem a remoção de efluentes suínos, os quais ressaltaram que atenção tem sido dada por agências governamentais sobre a produção de suínos em áreas confinadas, devido ao potencial de poluição e problemas relacionados à epidemiologia.

A atividade de suinocultura requer manejo e o tratamento do dejeto, aliados ao uso do efluente, intrínseco ao processo produtivo. O TEVAP é uma opção de baixo custo de implementação e operacionalização, diminuindo-se a necessidade de processos complementares de tratamento, haja vista que a estabilização do dejeto já se inicia no próprio sistema. Este estudo agrega conhecimento no que diz respeito ao entendimento por parte dos usuários, de alguns aspectos físicos, químicos e microbiológicos, que são vitais para o bom funcionamento desse sistema. O aspecto cultural também é relevante e necessita ser discutido, considerando-se que os produtores podem ser relutantes em relação à utilização dessas alternativas.

A implementação do TEVAP, pode ser vantajosa e viável para o meio ambiente, visto que a preocupação em maximizar a produção de suínos, poderá relegar a segundo plano, aspectos essenciais da preservação de matas, mananciais de água, solo, fauna e flora nativas e microrganismos etc. Em conjunto, tal produção não planejada, é impactante para a preservação ambiental. O cuidado com o ambiente deve ser prática integrante de qualquer processo produtivo.

Por outro lado, existem ainda grandes desafios a serem superados com relação à mitigação de impactos ambientais de sistemas de remediação dessa natureza (TEVAP), como o controle mais eficaz das emissões gasosas e o desenvolvimento e adoção de tecnologias mais eficientes para remoção de metais pesados, de antibióticos e de patógenos.

CONCLUSÕES

O sistema adotado, composto por um sistema anaeróbio (TEVAP), mostrou alta eficiência em escala total, na remoção de matéria orgânica e sólida, com exibição de valores acima de 98% para DQO, e redução significativa de outros parâmetros, confirmando assim sua viabilidade no tratamento de águas residuais de suínos. É uma opção de baixo custo de implementação e operacionalização, com perspectiva potencial para o meio ambiente. O estudo agrega conhecimento para os usuários, quanto aos aspectos físicos, químicos e microbiológicos. Os resultados físico-químicos e microbiológicos indicam que o efluente tratado pode ser reutilizado possivelmente para produção de culturas e limpeza de instalações de suínos. No entanto, os resultados mostram a necessidade de tratamento adicional para alcançar uma inativação completa, para os casos em que o contato direto com animais seja necessário.

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Autor notes

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