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MANIPULAÇÃO DE EFLUENTES DE BOVINICULTURA: PRÉ-TRATAMENTO E APLICAÇÃO AO SOLO
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Ivan Dinis Stachinski
1 UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS E ENGENHARIA DO AMBIENTE MANIPULAÇÃO DE EFLUENTES DE BOVINICULTURA: PRÉ-TRATAMENTO E APLICAÇÃO AO SOLO JOSÉ LUÍS DA SILVA PEREIRA Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Sanitária Orientadores: Prof. Doutor Henrique Trindade e Prof. Doutora Conceição Santos LISBOA 2005
3 À Carla
5 Agradecimentos Ao Sr. Prof. Doutor Henrique Trindade, Co-Orientador da Dissertação (Prof. Associado, Departamento de Fitotecnia e Engenharia Rural da Universidade de Trás-os- Montes e Alto Douro), pela elevada disponibilidade para discussão e esclarecimento de dúvidas, cedência de bibliografia, apoio no tratamento de dados, revisão do manuscrito e sugestões. À Sr. a Prof.ª Doutora Conceição Santos, Co-Orientadora da Dissertação (Prof.ª Auxiliar, Departamento de Ciências e Engenharia do Ambiente da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa), pela disponibilidade para discussão, esclarecimento de dúvidas, revisão do manuscrito e sugestões. Ao Sr. Prof. Doutor João Coutinho (Prof. Catedrático, Departamento de Edafologia da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro) pela realização das análises laboratoriais aos chorumes de bovinicultura e aos solos, e sugestões. Ao Sr. Doutor David Fangueiro (Departamento de Fitotecnia e Engenharia Rural da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro) pela indispensável ajuda na execução do procedimento de campo e laboratorial. À Sr. a Doutora Dolores Báez (Departamento de Fitotecnia e Engenharia Rural da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro) pela cedência de bibliografia e sugestões para o cálculo das emissões gasosas de N. Ao Sr. Prof. Doutor Nuno Tavares Moreira (Prof. Catedrático, Departamento de Fitotecnia e Engenharia Rural da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro) pelo interesse relativamente a este trabalho. À D. Áurea (Departamento de Fitotecnia e Engenharia Rural da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro) pela ajuda na preparação do material para execução do trabalho experimental. À Empresa MAPRIL, com sede no Porto, pelo fornecimento da PAM (VTA F 94 ). Ao Sr. Manuel Balazeiro, proprietário da exploração de bovinicultura leiteira intensiva onde decorreu parte do trabalho experimental, pelas facilidades concedidas. Aos Colegas do Departamento de Zootecnia e Engenharia Rural e do Departamento de Produção Vegetal da Escola Superior Agrária de Viseu pelo incentivo para a realização deste trabalho. Aos meus pais, irmãos e amigos pelo incondicional apoio. A todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho. v
7 Financiamentos O trabalho experimental da Dissertação foi financiado pelas seguintes entidades: Separação de sólidos, injecção e tratamento de chorumes de explorações pecuárias leiteiras do Noroeste para a sua eficiente utilização agronómica e ambiental. Projecto AGRO n.º 177 financiado pelo IFADAP. Compostagem da fracção sólida dos chorumes de explorações pecuárias leiteiras com fins agronómicos e ambientais. Projecto AGRO n.º 794 financiado pelo IFADAP. Green Dairy - Atlantic Dairy Systems and Environment. Projecto INTERREG IIIB - ATLANTIC AREA financiado pelo FEDER. vii
9 Resumo As crescentes preocupações ambientais para a redução das perdas de azoto em explorações de bovinicultura leiteira impõem o desenvolvimento de métodos de manipulação dos efluentes produzidos. Nesta Dissertação apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre os principais processos de tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura e um trabalho experimental que teve como objectivos avaliar a utilização dos floculantes PAM e bentonite na remoção de sólidos e nutrientes da fracção líquida do chorume, comparar as emissões de N 2 O e degradação do N orgânico a partir de chorumes com e sem pré-tratamento após incorporação em solos agrícolas. Após separação mecânica do chorume, foram adicionados à fracção líquida obtida os floculantes PAM e bentonite. A PAM apresentou maior capacidade de remoção de azoto, fósforo e matéria seca na fracção sobrenadante obtida. Também se realizou um ensaio de incubação durante 94 dias, no qual foram medidas as emissões de N 2 O e o teor de N mineral. Os tratamentos incorporados a solos foram: chorume bruto, fracções sólida e líquida, fracções sedimentada e sobrenadante com PAM. Os processos de pré-tratamento que conduziram à redução das emissões gasosas, relativamente ao chorume bruto, foram: fracção sólida (-25,6%), fracção líquida (-5,1%) e fracção sobrenadante com PAM (-10,3%). Palavras-chave: bentonite, chorumes bovinos, mineralização de azoto, N 2 O, PAM Pereira, J.L. (2005). Manipulação de efluentes de bovinicultura: pré-tratamento e aplicação ao solo. Dissertação de Mestrado em Engenharia Sanitária, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, 152 pp. ix
11 Abstract The increasing of environmental concerns for the reduction of the N losses in dairy farming systems imposes the development of methodologies for dairy wastes managment. This Dissertation presents a review about the main treatment and valorization processes of dairy wastes and describes an experiment carried out to evaluate the application to slurry liquid fraction of the floculantes PAM and bentonite for remotion of solids and nutrients, to compare N 2 O emissions and the kinetic of organic N net mineralization from treated and untreated cattle-slurry after its incorporation in agricultural soils. After mechanical separation of the cattle-slurry, the liquid fraction obtained was subjected to chemical treatment with PAM and bentonite. PAM presented larger capacity for N, P and dry matter removal in slurry supernatant fraction. Laboratory incubations of mixture soil/cattle-slurry were performed and the N 2 O emissions and the mineral N content of soil were measured during 94 days. The untreated slurry was compared to the liquid and solid fractions obtained by mechanical separation of the whole slurry, and to the supernatant and sediment fractions obtained by chemical separation of the liquid fraction with PAM. Results obtained showed that slurry pre-treatment allows decreasing N 2 O losses relatively to the untreated slurry: solid fraction (-25.6%), liquid fraction (-5.1%) and supernatant fraction with PAM (-10.3%). Keywords: bentonite, cattle slurry, N mineralization, N 2 O, PAM Pereira, J.L. (2005). Manipulação de efluentes de bovinicultura: pré-tratamento e aplicação ao solo (Dairy wastes managment: pre-treatment and soil application). Dissertação de Mestrado em Engenharia Sanitária, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Lisboa, 152 pp. xi
13 Índice de Matérias Agradecimentos... v Financiamentos...vii Resumo...ix Abstract...xi 1 Introdução Os efluentes de bovinicultura e o Ambiente Objectivos e estrutura da Dissertação... 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2 Tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura Características dos efluentes de bovinicultura Origem Microrganismos patogénicos Tecnologias de tratamento Separação de sólidos-líquidos Separação mecânica de sólidos Separação de sólidos com recurso a agentes floculantes Compostagem Factores que influenciam o processo Tecnologias de compostagem Utilização do composto Digestão anaeróbia Factores que influenciam o processo Processos de digestão anaeróbia Tratamento aeróbio da fracção líquida Controlo de odores Redução da matéria orgânica e controlo das formas azotadas Sistemas de tratamento aeróbio xiii
14 Sistema de tratamento aeróbio descontínuo Sistema de tratamento aeróbio semi-contínuo (fed-batch) Sistema de tratamento aeróbio contínuo Sistemas de arejamento Parâmetros de controlo Lagunagem Lagoas anaeróbias Lagoas facultativas Tratamento com macrófitas Aplicação ao solo Fluxos e perdas de azoto nos solos pela aplicação de efluentes de bovinicultura Mineralização, imobilização e nitrificação de azoto Dinâmica de transformação das formas azotadas de chorumes bovinos Perdas de azoto Lixiviação do ião nitrato Volatilização de amoníaco Emissões de N 2 O Processos de produção de N 2 O Redução das emissões de N 2 O...60 TRABALHO EXPERIMENTAL 3 Separação de sólidos e nutrientes em chorumes bovinos Introdução Material e métodos Caracterização e pré-tratamento do chorume Metodologia analítica Análise estatística Resultados Separação mecânica da fracção sólida do chorume Separação de sólidos e nutrientes na fracção líquida do chorume Discussão Efeito da separação mecânica da fracção sólida do chorume Efeito da aplicação dos agentes floculantes Eficiência dos processos de pré-tratamento do chorume Conclusões...81 xiv
15 4 Aplicação de chorumes bovinos aos solos agrícolas: degradação de N orgânico e emissões gasosas de N 2 O Introdução Material e métodos Caracterização e preparação do solo Tratamentos em ensaio e delineamento experimental Condução do ensaio Determinações laboratoriais Determinação do teor de azoto mineral Determinação do N 2 O e perdas gasosas acumuladas Análise estatística Resultados Concentração de azoto mineral nos tratamentos Perdas gasosas de azoto por nitrificação e desnitrificação Mineralização-imobilização de azoto a partir dos chorumes Discussão Efeito da aplicação de chorumes com e sem pré-tratamento sobre o teor de N mineral e as perdas gasosas de azoto por nitrificação e desnitrificação em solos agrícolas Mineralização-imobilização de azoto do solo após aplicação dos chorumes Conclusões Discussão geral e conclusões finais: processos de pré-tratamento e valorização agronómica de chorumes Referências bibliográficas Anexo Anexo xv
17 Índice de Figuras Figura 1.1 Poluição potencial sobre os solos, água e ar a partir da actividade agrícola relacionada com a produção animal... 1 Figura 2.1 Tipos de separadores mecânicos de sólidos para efluentes pecuários Figura 2.2 Representação esquemática de um equipamento de separação mecânica de sólidos tipo prensa Figura 2.3 Transformações microbiológicas e perfis de temperatura e ph durante o processo de compostagem devidamente controlado Figura 2.4 Sistema de pilhas revolvidas Figura 2.5 Sistema de pilhas estáticas arejadas com aspiração e insuflação de ar Figura 2.6 Componentes principais de um sistema de digestão anaeróbia a implantar numa exploração de bovinicultura Figura 2.7 Critérios de escolha do tipo de digestor para a produção de biogás para efluentes de bovinicultura Figura 2.8 Representação esquemática de uma lagoa anaeróbia coberta com aproveitamento de biogás xvii
18 Figura 2.9 Representação esquemática de um digestor anaeróbio tipo fluxo em pistão...31 Figura 2.10 Representação esquemática de digestores contínuos de mistura completa com e sem recirculação de sólidos...32 Figura 2.11 Representação esquemática de um filtro anaeróbio e de um digestor híbrido, ambos com fluxo descendente...32 Figura 2.12 Sistema contínuo de tratamento e opções para valorização agrícola do efluente...37 Figura 2.13 Exemplos de sistemas de arejamento superficiais e sub-superficiais...38 Figura 2.14 Representação esquemática de um sistema de lagunagem...40 Figura 2.15 Representação esquemática de uma lagoa anaeróbia...42 Figura 2.16 Representação esquemática de sistemas de zonas húmidas construídas...46 Figura 2.17 Opções de tratamento de efluentes de bovinicultura...47 Figura 2.18 Hipóteses para a manipulação e aplicação aos solos de chorumes de bovinicultura...48 Figura 2.19 Fluxos e perdas de azoto veiculado por efluentes pecuários quando aplicados aos solos...50 xviii
19 Figura 4.1 Valores médios da evolução da concentração de azoto nítrico e amoniacal observados nos tratamentos T0, T1 e T2 durante a realização do ensaio Figura 4.2 Valores médios da evolução da concentração de azoto nítrico e amoniacal observados nos tratamentos T3, T4 e T5 durante a realização do ensaio Figura 4.3 Valores médios da evolução das emissões diárias de N 2 O total a partir dos tratamentos durante a realização do ensaio Figura 4.4 Valores médios da evolução das emissões acumuladas totais na forma de N 2 O e N 2 a partir dos tratamentos durante a realização do ensaio Figura 4.5 Valores médios da variação acumulada do teor de azoto mineral observados nos tratamentos durante a realização do ensaio xix
21 Índice de Quadros Quadro 2.1 Representatividade das explorações por escalão e suas características nas regiões do EDM e BL... 6 Quadro 2.2 Valores médios das necessidades diárias de ingestão água para animais bovinos... 7 Quadro 2.3 Valores médios da quantidade de dejectos produzidos por animais bovinos... 7 Quadro 2.4 Valores médios das necessidades de água para lavagem das instalações e da produção de urina para animais bovinos... 7 Quadro 2.5 Composição média dos chorumes brutos de explorações de bovinicultura... 8 Quadro 2.6 Teor em matéria seca, eficiênca de remoção e redução do volume em processos de separação mecânica de efluentes pecuários Quadro 2.7 Percentagem de sólidos e nutrientes separados em efluentes de suinicultura empregando PAM catiónica Quadro 2.8 Valores recomendados relativos às condições de compostagem Quadro 2.9 Características de funcionamento de digestores anaeróbios por lagoa coberta, fluxo em pistão, mistura completa, contacto e filtro anaeróbio xxi
22 Quadro 2.10 Principais mecanismos de remoção de contaminantes em zonas húmidas construídas...44 Quadro 2.11 Redução da volatilização de NH 3 após aplicação de chorume ao solo por diferentes técnicas...58 Quadro 2.12 Práticas para o aumento da eficiência do N aplicado por fertilizações orgânica e mineral e valores esperados de redução da emissão total de N 2 O...62 Quadro 3.1 Rendimento do trabalho do separador mecânico de sólidos-líquidos tipo prensa...66 Quadro 3.2 Características do chorume bruto e das suas fracções sólida e líquida obtidas através de separação mecânica por prensagem...69 Quadro 3.3 Eficiência de remoção de nutrientes pela fracção sólida do chorume bruto através da separação mecânica por prensagem...69 Quadro 3.4 Efeito da aplicação dos floculantes na fracção líquida do chorume na separação de N Kjeldahl, N amoniacal e N orgânico do efluente tratado...70 Quadro 3.5 Efeito da aplicação dos floculantes na fracção líquida do chorume na separação de P total, P solúvel em água e K total...72 Quadro 3.6 Efeito da aplicação dos floculantes na fracção líquida do chorume na separação de C orgânico solúvel em água, ph e matéria seca...73 xxii
23 Quadro 3.7 Valores de remoção de N Kjeldahl, N orgânico, P total, P solúvel em água e matéria seca do chorume bruto pela utilização da separação mecânica de sólidos seguida da aplicação dos agentes floculantes Quadro 4.1 Valores médios da análise granulométrica do solo da camada arável Quadro 4.2 Valores médios da análise de rotina do solo da camada arável Quadro 4.3 Características do chorume bruto, fracções sólida e líquida e fracções sobrenadante e sedimentada com PAM, em ensaio Quadro 4.4 Quantidades das diferentes formas de N e C aplicadas pelos chorumes com e sem prétratamento Quadro 4.5 Tratamentos em ensaio Quadro 4.6 Razões C orgânico solúvel em água/ctotal e N 2 O/N 2 com origem na desnitrificação a partir dos tratamentos em ensaio Quadro 4.7 Libertação de N incorporado pelos chorumes referente à testemunha e em % relativo ao N orgânico após 94 dias de ensaio, incluindo as perdas gasosas totais e as variações do azoto mineral xxiii
25 1 Introdução 1.1 Os efluentes de bovinicultura e o Ambiente A contribuição negativa para o ambiente com origem no azoto e outros nutrientes presentes nos efluentes pecuários tem sido motivo de preocupação crescente nos últimos anos (Burton e Turner, 2003). Os riscos potenciais de poluição de solos, água e ar encontram-se descritos na Figura 1.1. Figura 1.1 Poluição potencial sobre os solos, água e ar a partir da actividade agrícola relacionada com a produção animal (adaptado de Burton e Turner, 2003). José Luís Pereira 1
26 Introdução Os sistemas de produção intensiva de bovinicultura leiteira são apontados como das maiores fontes de poluição das águas superficiais e subterrâneas e da atmosfera (Jarvis, 1993). As explorações de bovinicultura leiteira produzem basicamente três tipos de efluentes: os chorumes e estrumes, e as águas sujas. Os chorumes são constituídos por uma mistura de fezes, urina e água, com quantidades reduzidas de material da cama dos animais (cerca de 10% de matéria seca (MS)). Os estrumes são constituídos pelas fezes, urina e quantidades significativas de material utilizado para a cama dos animais (cerca de 25% MS) (Bicudo e Ribeiro, 1996a). As características destes efluentes dependem do tipo de instalação e do modo como os animais são criados (intensiva ou extensivamente), do tipo de material utilizado para a cama dos animais, do processo de remoção das instalações (arrastamento hidráulico, mecânico ou manual), das quantidades de água utilizadas nas operações de lavagem e da dieta alimentar (Trindade, 1997). As águas sujas resultam, principalmente, das operações de lavagem das salas de ordenha e áreas adjacentes e da mistura de águas pluviais com os dejectos nos parques de exercício descobertos. Em Portugal existem cerca de cabeças de gado bovino (incluindo as regiões Autónomas da Madeira e dos Açores), das quais são vacas leiteiras. A quantidade total de efluentes produzidos pelo sector pecuário (bovinicultura, suinicultura e avicultura) em Portugal estima-se que seja cerca de 20 a 25 milhões de toneladas por ano e o sector da bovinicultura leitura contribui para quase 25% do total. Por outro lado, nas regiões da Beira Litoral e Entre Douro e Minho localizam-se cerca de 70% das explorações leiteiras de Portugal Continental (INE, 2001). Nos últimos 30 anos desenvolveu-se na região do Entre Douro e Minho um sistema agro-pecuário muito intensivo (Moreira, 1994), que resultou em elevadas densidades de animais em áreas reduzidas e consequentemente na produção de elevada quantidade de efluente recolhido das instalações pecuárias (por via líquida, sendo genericamente designado por chorume). Este efluente, na maioria das explorações, é armazenado em fossas de retenção por um período que não ultrapassa os 4 a 6 meses e é posteriormente aplicado sem tratamento aos solos agrícolas. Estes efluentes apresentam um elevado potencial poluente devido à libertação de odores, volatilização de amoníaco, emissão de gases com elevado efeito de estufa e capacidade de destruição do ozono (N 2 O e CH 4 ), contaminação das águas com compostos orgânicos, nitratos e fósforo (Trindade, 1999) e proliferação de microrganismos patogénicos (WHO, 1989). Em termos de carga orgânica expressa em CBO 5, o sector da bovinicultura leiteira contribui com quase 20% da carga orgânica total (Costa et al., 1983). 2 José Luís Pereira
27 Introdução Várias medidas ou estratégias têm sido propostas com vista à optimização da utilização dos nutrientes veiculados pelos chorumes na produção vegetal e/ou diminuição dos prejuízos ambientais a eles associados (Trindade, 1997; Bicudo, 1999; Lopes, 1999; Pereira, 2000; Ribeiro, 2003a; Sousa, 2003). Exemplos dessas medidas são: formulação de dietas alimentares para os animais mais apropriadas, redução de efectivos animais de substituição, aumento da produtividade por animal e redução dos efectivos animais de produção, novas soluções no desenho e concepção das instalações pecuárias, pré-tratamento do chorume por processos físicos e químicos, utilização integrada do chorume e da fertilização mineral das culturas, metodologias com menor impacto ambiental na aplicação de chorume aos solos e alteração dos sistemas culturais. Numa zona de agricultura intensiva, a gestão e reciclagem dos efluentes produzidos nas explorações é fundamental para que o sistema agrário seja sustentável e, por outro lado, para corrigir problemas que prejudicam o ambiente, nomeadamente a lixiviação do ião nitrato para os lençóis freáticos e emissões de N 2 O e NH 3 para a atmosfera (Trindade, 1997). Desta forma, há necessidade de elaborar planos de gestão dos efluentes produzidos e dos nutrientes e também de controlar os odores (HouseBill, 2001). 1.2 Objectivos e estrutura da Dissertação O trabalho aqui apresentado foi desenvolvido visando os seguintes objectivos: (i) estudar a viabilidade da utilização dos agentes floculantes poliacrilamida (PAM) e bentonite, em explorações de bovinicultura leiteira, para remoção de sólidos e nutrientes da fracção líquida do chorume de forma a conseguir uma eficiente manipulação destes efluentes; (ii) comparar a cinética de degradação do azoto orgânico e as (iii) emissões gasosas de N subsequentes à incorporação de chorumes provenientes de explorações de bovinicultura intensiva do Entre Douro e Minho aos solos agrícolas, sujeitos ou não a processos de prétratamento. Com a realização deste trabalho, pretendeu-se desenvolver práticas, que incluem a utilização de processos de pré-tratamento de chorumes de bovinicultura, que conduzam à redução das emissões gasosas e utilização eficiente pelas plantas do azoto veiculado pelo efluente aos solos. Por outro lado é fundamental a remoção de sólidos e nutrientes dos chorumes de bovinicultura porque amplia e facilita a posterior aplicação aos solos, reduz a volumetria das estruturas de armazenamento e os custos associados ao transporte do chorume, reduz a emissão de odores e facilita a aplicação de processos de tratamento parcial ou integral na fracção líquida do efluente. José Luís Pereira 3
28 Introdução No capítulo 2 são apresentados os principais processos de tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura, sendo referidas as suas origem, características e presença de microrganismos, tecnologias de tratamento recomendadas (separação de sólidos-líquidos, compostagem, digestão anaeróbia, tratamento aeróbio da fracção líquida, lagunagem, tratamento vegetativo) e métodos de aplicação aos solos (incluindo fluxos e perdas de azoto devidos à sua aplicação). No capítulo 3 e no capítulo 4 é apresentado o trabalho experimental conduzido inicialmente numa exploração de bovinicultura leiteira intensiva do Entre Douro e Minho, e numa segunda fase em meio laboratorial. Os estudos incidiram sobre a aplicação de agentes floculantes a efluentes de bovinicultura (capítulo 3) e estudo da cinética de degradação e das emissões gasosas do azoto veiculado por efluentes de bovinicultura com e sem prévio prétratamento (capítulo 4). Por último, no capítulo 5, face aos resultados e conclusões apresentadas nos capítulos anteriores, sugerem-se e discutem-se várias estratégias e medidas para a manipulação de efluentes de bovinicultura de forma a reduzir as emissões gasosas e optimizar a sua utilização como fertilizante azotado nas explorações de agro-pecuária do Entre Douro e Minho. 4 José Luís Pereira
29 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura Características dos efluentes de bovinicultura Origem No contexto da bovinicultura em Portugal Continental, as regiões da Beira Litoral (BL) e Entre Douro e Minho (EDM) albergam 70,2% das explorações leiteiras existentes, às quais está associado 67,8% do efectivo leiteiro total, o que corresponde a 48,8% do número de vacas leiteiras existente em Portugal continental e insular (INE, 2001). Estas regiões têm sofrido alterações nas suas estruturas agrárias, onde, paralelamente ao aumento do número de explorações com superfície agrícola útil (SAU) superior a 20 ha, se verificou uma concentração de efectivos leiteiros por exploração. Segundo dados inventariados pelo Recenseamento Geral da Agricultura (INE, 2001) correspondente a 1989 e 1999, as regiões da BL e do EDM passaram a albergar respectivamente mais 23% e 27% de explorações leiteiras com SAU>20 ha. No mesmo período constatou-se também uma concentração do efectivo leiteiro: no EDM, as explorações com mais de 20 cabeças, que em 1989 albergavam 25% dos bovinos de leite da região, passaram a dispor de 72% desse efectivo em 1999; panorama idêntico se constatou na BL onde, para o mesmo escalão e durante o mesmo período, a variação foi de 11% para 49%. Apesar dos dados estatísticos apontarem para uma alteração da estrutura da bovinicultura de leite nestas duas regiões, a estrutura agrária aí dominante continua a ser minifundiária, aliada a uma produção intensiva que se baseia largamente no incremento do encabeçamento das unidades de produção, uma vez que o aumento da área média das explorações não acompanhou o crescimento do efectivo animal (D Eça et al., 2001). José Luís Pereira 5
30 Tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura A constatação desta situação torna cada vez mais necessária e urgente a intervenção ao nível da implementação de sistemas de gestão de efluentes e, mais concretamente, da aplicação de tecnologias de tratamento aos efluentes das explorações destas regiões. Apresentam-se, no Quadro 2.1, as características predominantes das explorações de bovinicultura leiteira, no que respeita ao tipo de estabulação e regime de limpeza das instalações das regiões da BL e do EDM, 41,4% das quais se localizam na região da BL (D Eça et al., 2001). Quadro 2.1 Representatividade das explorações por escalão e suas características nas regiões do EDM e BL (adaptado de D`Eça et al., 2001). Características das explorações EDM BL Efectivo bovino total >80 38% >80 29% (n.º de animais) % Vacas leiteiras % (n.º de animais) % Recria/vacas leiteiras (%) 43% 32% Livre 81% Livre Fixa 19% Fixa Tipo de estabulação Frequência de limpeza da estabulação (livre) Sistema de limpeza da estabulação (livre) 30 dias de intervalo 2 dias de intervalo Pá de arrasto 33% 30% 31% 68% 32% Comparando as duas regiões, a dimensão do efectivo bovino não difere substancialmente. Embora com menos incidência na BL, o tipo de estabulação é geralmente livre, o que possibilita a sua limpeza por pá de arrasto. A frequência de limpeza apresenta uma diferença substancial sendo mais espaçada no EDM onde geralmente o piso do estábulo é em betão e ripado. A manipulação dos efluentes é actualmente uma grande preocupação para os bovinicultores. O desenvolvimento da pecuária intensiva, com elevadas concentrações de animais em áreas restritas, tem originado uma concentração de grandes quantidades de estrumes e chorumes, entre outros resíduos, cuja evacuação e destino final constituem um problema preocupante (Bicudo, 1999). Esta situação agrava-se principalmente em explorações com áreas relativamente pequenas onde a disponibilidade de terras de cultivo não é suficiente para assimilar a quantidade de resíduos produzida, com cumprimento dos limites impostos pela legislação e seguindo os princípios de fertilização racional dos solos. Para além dos nutrientes (principalmente azoto (N), fósforo (P) e potássio (K)) e dos oligoelementos (metais pesados sob as formas de óxido de zinco e sulfato de cobre), os dejectos pecuários bovinos provenientes de explorações intensivas possuem ainda quantidades 6 José Luís Pereira
31 Tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura substanciais de matéria orgânica, azoto amoniacal, compostos voláteis (responsáveis por maus cheiros) e agentes patogénicos que, não sendo geridos e processados adequadamente, trazem consequências nefastas para o meio ambiente (Mtnez-Almeida et al., 2004). As características e composição dos efluentes de bovinicultura produzidos dependem de vários factores, podendo citar-se: tipo e peso médio do animal, tipo de exploração, sistema de alojamento, dieta alimentar, sistema de distribuição de alimentos, consumos de água para ingestão e operações de lavagem das instalações, prática de desinfecção das instalações, sistema de limpeza das instalações e sistema de recolha e manipulação dos efluentes (Buxadé, 1998). Nos Quadros 2.2, 2.3 e 2.4 apresentam-se valores médios das necessidades de ingestão água, produção de dejectos e necessidades de água para lavagem das instalações de animais bovinos. Quadro 2.2 Valores médios das necessidades diárias de ingestão água para animais bovinos (adaptado de Fuentes Yague, 1992). Animal Necessidades de água (L) Vacas leiteiras (por litro de leite produzido) 4-5 Vitelos (menos 1 ano idade) Bezerras (menos 1 ano idade) Novilhos e novilhas (por 100 kg peso vivo) 8-10 Quadro 2.3 Valores médios da quantidade de dejectos produzidos por animais bovinos (adaptado de Fuentes Yague, 1992). Animal Idade (meses) Dejecções (kg dia -1 ) Bezerros Bezerros Novilhas de leite Novilhas de leite e novilhas para carne Vaca para carne >24 28 Vaca leiteira >24 45 Quadro 2.4 Valores médios das necessidades de água para lavagem das instalações e da produção de urina para animais bovinos com aptidão leite e carne (adaptado de Fuentes Yague, 1992). Animal Águas lavagem (L animal -1 dia -1 ) Produção urina (L animal -1 ano -1 ) Bovinos (leite) Bovinos (carne) José Luís Pereira 7
32 Tratamento e valorização de efluentes de bovinicultura A caracterização rigorosa dos chorumes de bovinicultura em estado bruto ou diluído é difícil devido à variabilidade induzida pelos factores apresentados anteriormente. No Quadro 2.5 apresentam-se valores médios relativos à composição de chorumes de bovinicultura. Quadro 2.5 Composição média dos chorumes brutos de explorações de bovinicultura. Parâmetros (Svoboda, 1995) Valor (g L -1 ) Microflora (Guillet, 1989) 10 5 animal -1 dia -1 Sólidos totais 100 Coliformes totais 2400 Sólidos voláteis 85 Coliformes fecais 2400 Sólidos suspensos 84 Enterococcus 420 CQO 140 Streptococci 150 CBO 5 23 E. Coli 3 Azoto total 4 Anaeróbios 500 Azoto orgânico 3 Aeróbios 100 Azoto amoniacal 1 Salmonelas presença Fosfato 2 Potássio 5 Uma gestão correcta dos efluentes de bovinicultura começa, antes de mais, na minimização da sua produção, nomeadamente através do controlo dos consumos de água na lavagem das instalações e redução dos desperdícios efectuados pelos animais (European IPPC Bureau, 2001). A quantidade de águas sujas produzidas numa exploração é função, principalmente, dos níveis de precipitação e do regime e tipo de lavagens realizadas nas salas de ordenha e nos parques de exercício. A contribuição das águas pluviais pode ser significativa nos meses de Inverno, pelo que se deve minimizar, tanto quanto possível, a afluência destas águas nos parques descobertos. A instalação de sistemas de recolha e drenagem das águas pluviais nas instalações pecuárias, utilizando por exemplo algerozes, caleiras e ramais de descarga, pode contribuir para uma redução significativa do volume de águas sujas produzido na exploração (MAFF, 1991). A separação de sistemas de recolha e drenagem de águas sujas e pluviais constitui uma boa prática de gestão dos efluentes. A água utilizada nas salas de ordenha varia entre 14 e 22 L animal -1 dia -1 para sistemas de lavagem com pressão e entre 27 a 45 L animal -1 dia -1 para sistemas sem pressão (Howat, 1988). Nas explorações de grande dimensão, pode justificar-se a construção de um tanque separado para o armazenamento de águas sujas. Este tanque deve ser construído o mais 8 José Luís Pereira