Modelagem e otimização de sistemas de lagoas de estabilização para tratamento de dejetos suinos

Abstract

Os sistemas de tratamento de dejetos de suínos se revestem de grande importância sanitária, tendo em vista o intenso crescimento da atividade suinícola, principalmente na Região Oeste Catarinense, e a modernização dos sistemas de confinamento dos animais, face ao aumento crescente no uso de água para higienização das baias. Dessa forma, a criação de suínos em grande escala trouxe como conseqüência a intensa produção de dejetos nas propriedades rurais, os quais são altamente poluentes e causadores da degradação ambiental, como contaminação dos corpos receptores e desenvolvimento de odores. Os elevados volumes de dejetos produzidos nas granjas, carregados com nitrogênio e fósforo, na maioria das situações, não são aplicáveis por apresentar áreas reduzidas e com limitações topográficas, dificultando o seu aproveitamento como fertilizante do solo. Assim, tanto os médios quanto os grandes produtores têm excedentes de resíduos orgânicos que precisam ser tratados eficientemente para eliminar, ou pelo menos, minimizar os problemas ambientais decorrentes da atividade suinícola. Várias alternativas de tratamento têm sido propostas para tratar a fração líquida. As lagoas de estabilização para tratamento de dejetos suínos são consideradas entre os métodos de tratamento de águas residuárias e industriais como sendo os mais fáceis, econômicos e eficientes. Suas vantagens em relação a outros tipos de tratamento têm sido destacadas, uma vez que apresentam um excelente desempenho quanto à eficácia na remoção de matéria orgânica, dos sólidos, dos nutrientes e de coliformes fecais; além dos baixos custos de implantação e manutenção. Contudo, a grande dificuldade é como dimensionar essas lagoas para tratamento desses resíduos, já que em nível de Brasil pouco se tem a respeito de parâmetros de projeto. Este trabalho apresenta resultados obtidos de um sistema de tratamento composto por decantador de palhetas e quatro lagoas de estabilização, em escala real, dispostas em série: duas anaeróbias seguidas de uma facultativa e uma de aguapés, em operação durante 20 (vinte) meses, tendo o objetivo de buscar parâmetros reais de funcionamento das lagoas para ajustamento de equações. Além disso, busca-se, também, a obtenção dos dados de custos de capital e operacional para “a modelagem e a otimização de sistemas”, aplicados no tratamento de resíduos orgânicos de suínos, dentro de concepções econômicas. O sistema de tratamento foi monitorado através de amostras coletadas nos afluentes e efluentes do decantador e das lagoas e ao longo dos fluxos das mesmas; foram analisados os seguintes parâmetros: Sólidos Totais (ST), Sólidos Fixos (SF), Sólidos Voláteis (SV), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Nitrogênio Total (NT), Fósforo Total (PT), Coliformes Fecais (CF), pH e temperatura, de acordo com métodos estabelecidos pelo “Standard Methods” (APHA - AWWA - WEF, 1992). Uma das principais vantagens de se utilizar o modelo “otimização do sistema’'’ no tratamento de dejetos suínos está ligada, justamente, à redução da matéria orgânica (DBO) e de nitrogênio. Ou seja, o sistema pode ser operado de tal forma que regule as quantidades desses compostos que serão introduzidos nos corpos receptores, levando-se em consideração o capital disponível. Os resultados obtidos com a otimização do sistema de lagoas permitem concluir que: quando se deseja apenas a remoção da matéria orgânica (DBO), o modelo determina que se construam as lagoas anaeróbias maiores do que as facultativas, e quando se desejar a remoção de ambos os parâmetros: DBO e Nitrogênio, em porcentagens iguais, o modelo determina a construção das lagoas facultativas maiores do que as anaeróbias. No primeiro caso, para uma produção de 3.000 suínos, com remoção de 98% de DBO e taxa de fluxo de 30 m3/dia (admitindo-se 1 suíno = 10 litros/dias), e considerando-se uma taxa de juros de 15% ao ano durante 10 anos, o custo unitário é da ordem de R$ 1,62 por suíno/ano. A medida que o número de suínos aumenta, o custo unitário decresce em função das economias de escala. No segundo caso, para uma remoção de aproximadamente 98% de ambos os parâmetros e mesma taxa de fluxo, o custo unitário é de R$ 1,84 por suíno/ano.

ABSTRACT Systems for treating waste from hogs have taken on a great importance in terms of sanitation, in view of the growth in the intensity of hog raising, mainly in the western region of Santa Catarina, and the modernization of the systems for confining the animals, due to the increasing use of water for depolluting the bays. For this reason, large scale hog raising has resulted in an intense production of waste in rural areas. This waste matter is highly pollutant and has caused environmental degradation, with contamination of the area receiving it and the emission of noxious odors. The high volume of waste produced on farms, containing large quantities of nitrogen and phosphorus is unfeasible for restricted areas with topographic limitations - a fact which makes it difficult to utilize it as a fertilizer for the soil. In this way, both medium and large-scale producers have an excess of organic residue that must be treated efficiently in order to eliminate, or at least minimize, the environmental problems stemming from the hog raising activity. Various alternatives have been proposed for treating the liquid portion. Stabilization ponds for treating hog waste are considered the easiest, the most economical and the most efficient methods for treating residual and industrial waters. Their advantages over other kinds of treatment have been pointed out, since it has shown an excellent performance in terms of efficacy of removing organic material, solids, nutrients and fecal coliforms, in addition to the low cost for the installation and maintenance of the system. However, there seems to be a great difficulty in dimensioning these ponds for the treatment of residues, inasmuch as in Brazil parameters for such a project have not yet been well defined. This study presents the results obtained from a system of treatment, composed of a slat decanter and four stabilization ponds, on a real scale, laid out in series: two anaerobic ones, followed by an facultative one and one with water lilies, in operation for 20 (twenty) months, with the aim of establishing the real parameters for the functioning of the ponds, in order to adjust the equations. Furthermore, data are sought concerning capital and operating costs for the “modeling and optimization o f systems”, applied to the treatment of organic and hog residues, in terms of economic conceptions. The treatment system was monitored by means of samples collected from the affluents and effluents of the decanter and from water flowing in the ponds. The following parameters were analyzed: Total Solids (ST), Fixed Solids (SF), Volatile Solids (SV), Chemical Demand for Oxygen (DQO), Biochemical Demand for Oxygen (DBO), Total Nitrogen (NT), Total Phosphorus (PT), Fecal Coliforms (CF), pH and temperature, according to the methods established by the “Standard Methods” (ALPHA - AWWA - WEF, 1992). One of the main advantages in the utilization of the model “system optimization” in the treatment of hog waste is closely linked to the reduction of organic material (DBO) and of nitrogen. This means that the system can be operated so as to regulate the quantities of these compounds to be introduced into the receiving bodies, taking into consideration the amount of capital available. From the results obtained with the optimization of the system of ponds, it can be concluded that: when only the removal o f organic material (DBO) is desired, the model determines the building o f larger anaerobic ponds than facultative ones, and when the removal of both parameters is desired - DBO and Nitrogen - in equal proportion, the model determines the building of larger facultative ponds than anaerobic ones. In the first case, for a production of 3,000 hogs, with a removal 98% of DBO and a flow rate of 30m3m per day (assuming 1 hog = 10 liters/days), and considering an interest rate of 15% a year during ten years, the unitary cost will be R$ 1.62 per hog per year. As the number of hogs increases, the unitary cost decreases, due to the economy of scale. In the second case, for a removal of approximately 98% of both parameters and the same flow rate, the unitary cost is R$ 1.84 per hog per year.