BR102019009081A2 - processo para preparação de fertilizante a partir de águas residuais de suinocultura - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um processo para preparação de um fertilizante a partir de águas residuais de suinocultura, através da combinação da ozonização com cal hidratada e da precipitação da matéria orgânica e de nutrientes (como N, P, K, C) utilizando um polímero aniônico à base de sílica, o qual foi usado em meio aquoso como floculante. Ao final do processo, foram gerados um precipitado e um sobrenadante. O precipitado, a ser utilizado como fertilizante, foi preferencialmente seco em estufa entre 90 e 110 °C, preferencialmente 100 °C, para acelerar a secagem, mas pode também ser seco à temperatura ambiente ou até mesmo ser utilizado úmido. Já o sobrenadante gerado foi tratado principalmente por um processo oxidativo, como ozônio com Fenton, ou através de um tratamento biológico ou químico.

Description

PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE FERTILIZANTE A PARTIR DE ÁGUAS RESIDUAIS DE SUINOCULTURA CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se insere no campo da Química Industrial, mais precisamente na área de aplicação em águas residuais, e descreve um processo para preparação de um fertilizante a partir do tratamento físico-químico e químico de águas residuais de suinocultura, a partir da ozonização com cal hidratada e da precipitação da matéria orgânica e de nutrientes (como N, P, K, C) utilizando um polímero aniônico à base de sílica, o qual foi usado em meio aquoso como floculante. O precipitado pode ser utilizado como fertilizante e o filtrado pode ser tratado através de tratamento biológico ou químico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] As granjas de suinocultura produzem uma enorme quantidade de dejetos/resíduos que apresentam elevada concentração de matéria orgânica, nutrientes e metais, sendo apontada, pelos órgãos de fiscalização e proteção ambiental, como uma atividade de grande potencial poluidor, uma vez que a criação de suínos gera vultuoso volume de dejetos e sustentabilidade da sua produção. Por isso, a capacidade poluente dos dejetos suínos é superior à de outras espécies.

[003] Os resíduos gerados nas granjas na forma de líquidos e sólidos (efluente), são formados principalmente de matéria orgânica, nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, sódio, magnésio, ferro, zinco, cobre e outros elementos provenientes das dietas dos animais.

[004] Cada quilo de animal pode produzir 19 gramas de esterco em 24 horas, assim, um suíno com 118 kg pode produzir 2,24 kg dia-1 de resíduo (SGANZERLA, 1983). Segundo Oliveira (1994), a produção brasileira de suínos gera de 32 a 51 milhões de quilos de dejetos por ano. De acordo com Konzen (1983), nas fases de crescimento e terminação, os suínos produzem, em média, 7 litros de dejetos por dia.

[005] A utilização desses dejetos suínos na agricultura é uma prática comum no Brasil, pois suas características físico-químicas propiciam seu emprego como biofertilizante. Porém, a presença de patógenos pode representar um risco à saúde humana ou à restrição do tipo de cultura agrícola. Além disso, se não tratados, podem gerar um grande risco de poluição ambiental.

[006] O lançamento indiscriminado de dejetos não tratados em rios, lagos e no solo podem provocar doenças, trazer desconforto à população, através da proliferação de insetos e mau cheiro e, ainda, provocar impactos no meio ambiente.

[007] O processo de precipitação química é um dos processos de tratamento de efluente mais utilizados como pré-tratamento. Essa técnica baseia-se na neutralização de cargas de sólidos e compostos recalcitrantes em suspensão que, após apresentarem cargas elétricas estáveis, coagulam e precipitam. Além disso, é vastamente empregado no tratamento de águas residuais de várias empresas como, por exemplo, a Sabesp que utiliza desse princípio para tratar as águas e esgotos em suas Estações de Tratamento.

[008] No tratamento por oxidação química, para a degradação da alta concentração carbonácea presente no efluente de suinocultura, oxidantes como ozônio, mesmo utilizando ferro como catalisador, não são eficientes e/ou a grande quantidade destes e tempo reacional não são viáveis ao processo industrial de tratamento. Frente a esta realidade, a precipitação química da matéria orgânica pode ser utilizada para vários processos de tratamento de resíduos de diversas indústrias, uma vez que se encontra presente em grande parte dos efluentes industriais e, principalmente, de esgotos domésticos.

[009] A precipitação da matéria orgânica e dos nutrientes através da ozonização com cal hidratada pode ser considerado um excelente pré-tratamento para resíduos da suinocultura, sendo uma nova metodologia de tratamento que anteriormente não fora mencionada para o referido efluente e, tampouco, em outros similares. Possuindo características biodegradáveis, o efluente apresenta, em sua composição, compostos qualitativos e quantitativos que possibilitam o tratamento biológico. Entretanto, para que este seja eficaz, é preciso uma grande área e um longo período de tempo (detenção hidráulica) e vazões controladas. Ainda assim, não se mostra eficaz na remoção completa ou mesmo parcial de compostos inorgânicos, alguns compostos orgânicos, ditos recalcitrantes e de microrganismos como coliformes totais e termotolerantes.

[010] O uso de águas residuárias de suinocultura em lavouras, como fertilizante ou forma de descarte, é uma prática muito comum e, às vezes, acaba se tornando a única fonte de nutrientes para as plantas, sendo uma maneira de amenizar os custos de produção, visando o aumento do lucro das pequenas propriedades (MAGGI et al., 2011).

[011] Para a utilização dos resíduos em pastagens e oleícolas, esses devem ser tratados para promover a redução de agentes patógenos, além de sua estabilização. Existe a necessidade de se fazer o cálculo das doses de esterco líquido a serem aplicadas e, também, para resíduos secos, com base nos teores de nutrientes presentes nos mesmos, considerando-se também a resistência a impactos ambientais do tipo de solo. Os resíduos também podem ser utilizados em piscicultura, desde que os suínos sejam sadios e estejam sob controle sanitário, devendo existir licenciamento ambiental para esta atividade (SCHULTZ, 2007).

[012] A utilização de águas residuárias de suinocultura tem sido praticada, há muito tempo, em todo o mundo e vem adquirindo importância pela redução da disponibilidade de recursos hídricos e por apresentar boa qualidade como fertilizante. (CAOVILLA et al., 2010).

[013] Entre as principais técnicas de tratamento dos dejetos estão:

• a) Técnicas de tratamento físico: desidratação e separação de fases, como decantação, peneiramento, centrifugação e separação química;
• b) Técnicas de tratamento biológico: tratamento aeróbico, como compostagem, lagoas de estabilização (facultativas e aeradas) e diques de oxidação; tratamento anaeróbico, como lagoas anaeróbicas e digestores anaeróbicos;
• c) Inativação de organismos patogênicos.

[014] No processo de desidratação, ocorre a redução do conteúdo de umidade, utilizada como controle de poluição e melhora as características do dejeto para manuseio. O processo se divide em: evaporação, separação de fase, secagem e adição de materiais adsorventes (resíduo com alto teor de matéria seca), onde é feita uma cama sobreposta (OLIVEIRA, P. A. V. de, 1993).

[015] A separação de fases consiste em separar as partículas dos dejetos obtendo-se dois produtos: uma fração líquida mais fluída, porém mantendo a mesma concentração em elementos fertilizantes solúveis, que os dejetos brutos; uma fração sólida, resíduo da peneira, com umidade próxima a 70%, podendo evoluir para um composto (OLIVEIRA, P. A. V. de, 1993). A separação pode ser feita por decantação, peneiramento, centrifugação ou separação química (adicionando produtos químicos e precipitando partículas e material coloidal).

[016] Decantadores de palhetas são eficientes para a separação do material sólido dos dejetos e lagoas de tratamento são necessárias para o armazenamento da fase líquida. Essa prática visa otimizar a utilização dos dejetos como fertilizantes orgânicos, porém possui custo elevado e necessita de grandes áreas para as lagoas de tratamento (DIESEL et al., 2002).

[017] A criação de suínos sobre cama composta por maravalha ou outros materiais torna a decomposição dos dejetos mais rápida por esta ser aeróbica. Possibilita a criação dos animais em ambientes com maior ventilação, proporcionando maior conforto aos mesmos, além de ser uma atividade de baixo custo que minimiza a liberação de maus odores. No entanto, são necessários cuidados sanitários, uma vez que a cama permite o acúmulo e a multiplicação de microbactérias (DIESEL et al., 2002).

[018] A compostagem de dejetos líquidos visa a conversão dos dejetos numa matriz sólida para facilitar seu manejo e exportação de áreas com densidade de produção muito alta. Existem outras formas de tratamento que podem ser usadas para as águas residuárias da suinocultura, tais como lagoas anaeróbicas, lagoas facultativas, lagoas aeradas e lagoas com plantas enraizadas.

[019] A forma mais usual de manejo de dejetos no Brasil é o armazenamento em esterqueiras ou em lagoas e posterior aplicação no solo (KUNZ et al., 2004). Desde que corretamente dimensionadas e operadas, as esterqueiras e lagoas são uma alternativa de baixo custo para produtores que possuem áreas de cultivo satisfatórios, de forma que esses resíduos possam ser utilizados como fertilizante orgânico. As orientações agronômicas para essa atividade devem ser respeitadas levando em consideração o balanço de nutrientes, indispensável para conduzir a tomada de decisão e abrandar os impactos ambientais (SEGANFREDO, 1999).

[020] O tempo de armazenamento aconselhado para uma estabilização adequada da matéria orgânica e inativação de patógenos, no caso das esterqueiras, gira em torno de 120 dias, porém as legislações estaduais apresentam variações com referência à exigência e ao período de retenção. Durante o armazenamento, o dejeto sofre certa degradação anaeróbia, por esse motivo as esterqueiras devem ter profundidade mínima de 2,5 m, podendo ocorrer liberação de gases responsáveis pela geração de odores, principalmente nos meses de verão, quando o aumento da temperatura ambiente favorece a atividade biológica e a volatilização de gases (KUNZ et al., 2005).

[021] As lagoas de tratamento de dejetos de suínos são um sistema primário de separação da fase sólido-líquido, que é fundamental para diminuir o assoreamento do sistema e aumentar sua vida útil. A separação de fases é seguida por quatro lagoas em série: primeiro, duas anaeróbias, depois uma facultativa e, por último, uma lagoa de aguapés (PERDOMO et al. 2003). Esse sistema pode ser interessante para produtores que possuam área para implementação do sistema, pois o mesmo apresenta altas taxas de remoção de matéria orgânica e nutrientes.

[022] O dique de oxidação é um sistema de tratamento de dejetos com aeração artificial e câmaras de aeração em circuito fechado ou contínuo, usualmente na forma uma elipse (SILVA, 1977).

[023] Uma alternativa tecnológica para o gerenciamento dos dejetos de suínos é o uso de biodigestores que possibilita a agregação de valor ao resíduo mediante a utilização do biogás produzido em sistemas de geração de energia e calor (PERDOMO et al., 2003). A tecnologia de digestão anaeróbia por biodigestores para estabilização de dejetos de suínos há muito tempo é conhecida. O biofertilizante, ou efluente, gerado no biodigestor não pode ser descartado diretamente nos corpos d'água, pois ainda apresenta alto potencial poluidor. Seu uso agrícola deve seguir os mesmos preceitos de balanço de nutrientes para esterqueiras (KUNZ et al., 2005).

[024] É imprescindível o conhecimento da capacidade de sobrevivência e do comportamento dos organismos patogênicos no meio ambiente para a avaliação sanitária dos processos destinados ao tratamento dos dejetos animais e/ou humanos, ou do tratamento de resíduos da criação animal ou do lixo doméstico.

[025] Segundo Oliveira (1993), grande parte dos agentes patogênicos estão altamente adaptados a hospedeiros vertebrados superiores com temperatura corporal média de 36°C. Desta forma, não resistem a temperaturas mais elevadas como as que ocorrem na compostação sólida, aeróbia, de dejetos que podem chegar de 70 a 80°C, dependendo do manejo e da capacidade de retenção calórica liberada pelo sistema. Também não resistem à alteração do pH que poderá chegar a 11 ou 12.

[026] Na presença do oxigênio, ocorrem intensos processos de destruição de microrganismos (antibiose ou antagonismo microbiano) produzidos pelo desenvolvimento de fungos e de bactérias esporuladas aeróbicas. Ocorre a destruição dos microrganismos pelo tempo de exposição, associados ao calor, produzido pelas fermentações, e alteração do pH, devido à alcalinidade produzida pelas putrefações (OLIVEIRA, P. A. V. de, 1993). Porém, para a inativação dos agentes patogênicos, é preciso manter condições de temperatura e pH elevados por diversos dias, para que se possa utilizar o dejeto suíno.

[027] No biodigestor, a produção de gás ocorre em condições de anaerobiose e, na ausência de oxigênio, não há o desprendimento de calor e a alteração do pH é mínima, além disso, o tempo de permanência do resíduo é muito pequeno. Dessa forma, o efluente, que é comumente utilizado como adubo orgânico, apresenta um grande risco ao operador devido a exposição. Além disso, o uso deste efluente como adubo pode ocorrer disseminação no solo, ar, água, entre outros. Por manterem os dejetos armazenados por um maior período de tempo, as esterqueiras comuns e bioesterqueiras apresentam a possibilidade de diminuir a carga patogênica.

[028] O efluente de suinocultura possui uma composição concentrada de compostos orgânicos e características biodegradáveis. Ademais, apresenta em sua composição compostos qualitativos e quantitativos que possibilitam o tratamento biológico. Entretanto, para que este seja eficaz, é preciso uma grande área, um longo período de tempo (detenção hidráulica) e vazões controladas. Ainda assim, não se mostra eficaz na remoção completa ou mesmo parcial de compostos inorgânicos, alguns compostos orgânicos ditos recalcitrantes e de microrganismos como coliformes totais e termotolerantes.

[029] Desta forma, o tratamento com a ozonização se torna iminente e relevante, pois demanda um curto período de tratamento (horas), comparado com os tratamentos biológicos convencionais (dias), e uma área também menor.

[030] Assim, a fim de solucionar o impacto ambiental causado pelos resíduos de suinocultura, a presente invenção propõe um processo de precipitação da matéria orgânica, dos nutrientes e demais metais. Assim, o processo proposto resulta em: precipitado - que pode ser reutilizado na agricultura como fertilizante (seguindo o manual da Embrapa); e solução, que pode ser tratada como efluente através do processo de oxidação, como por exemplo, a ozonização, ou como fertirrigação de segunda linhagem (somente para específicas agriculturas).

[031] Diante disso, a presente invenção propõe um processo de tratamento preliminar dos resíduos de suinocultura, por meio de precipitação química e ozonização para separação de dois produtos de interesse: precipitado, que pode ser utilizado como fertilizante; e o sobrenadante desse processo (produto líquido), que passa por um processo de tratamento de efluente de oxidação química. Esse tratamento promove a redução de carga carbonácea do efluente, solucionando, assim, o problema da alta carga orgânica do efluente e diminuindo o impacto ambiental.

[032] O fertilizante produzido pelo processo descrito na presente invenção apresentou excelentes resultados na remoção de microrganismos como coliformes totais e termotolerantes, além de se mostrar eficaz na remoção de metais.

ESTADO DA TÉCNICA

[033] São descritos no estado da arte alguns documentos de invenção que descrevem processos de tratamento de resíduos. Por exemplo:

[034] O documento CN103351051A compreende um processo para o tratamento de efluentes pela remoção de orgânicos poluentes empregando-se hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) como catalisador na ozonização catalítica. Tal invenção se baseia na aplicação de CaO ou Ca(OH)2 em formas sólidas em quantidades apropriadas com base na demanda bioquímica de oxigênio do efluente, previamente medida. Neste princípio, a inserção de ozônio (O3) em meio básico, embora não se faça menção da faixa ótima de trabalho, possibilita a geração de radicais hidroxila, carbonato e superóxido, agentes fortemente oxidantes que possibilitam a oxidação da matéria orgânica de maneira rápida, efetiva e barata. A adição dos sais de cálcio acaba por possibilitar a sedimentação dos compostos por conta da formação de carbonatos de cálcio, pouco solúveis, que possibilitam o arraste da matéria orgânica tratada. O documento ainda cita a redução da DQO em valores com alto rendimento (exemplos 1, 2 e 3 com reduções em torno de 45%). Ainda assim, não há menção sobre maneiras de aplicação dos resíduos obtidos do tratamento, nem qualquer aplicabilidade em crescimento vegetativo e restauração do solo empregando-se fertilizante. O referido documento trata, portanto, de uma metodologia catalítica inserida na ozonização catalítica pela aplicação de compostos de cálcio (em especial CaO ou Ca(OH)2). Frente a isto, a presente invenção é diferente do documento CN103351051A, pois trabalha especificamente com efluente provindo da suinocultura, rico em macronutrientes e micronutrientes, tais como P, N, K e C, de extrema importância para o crescimento vegetal. No intuito de preparar um fertilizante apropriado para o crescimento vegetativo, emprega-se a precipitação química em meio básico, com pH de 11 a 13, na presença de meio ozonizado e aplicando-se Cal Hidratada (fórmula química Ca(OH)2) cuja função é a precipitação majoritária da carga orgânica presente, nutrientes e metais, além de se adicionar um polímero constituído de sílica (99,6% de SiO2) para facilitar a coagulação, o que permite que sua porcentagem de sílica possa variar sem que prejudique significativamente os resultados obtidos. A combinação do ozônio aliada à obtenção do precipitado possibilita que o composto resultante se encontre livre de patógenos, muito comuns em efluentes suínos, podendo ser aplicado sem risco às plantas e aos setores agroindustriais. Uma vez que se obtém, também da precipitação, uma fração sobrenadante, observa-se, em comparação com o efluente in natura, grande redução em medidas como cor, turbidez, COT, DBO, óleos e graxas, fósforo, fenóis totais, dentre outros. Por conta disso, nota-se na fração sólida (precipitado) a riqueza em minerais (P, N, K, Mg, C, Ca, etc) que possibilitam sua aplicação como fertilizante, apresentando vantagens no tratamento, uma vez que a precipitação pode ser aplicada como pré-tratamento (e não como um tratamento, como o referido documento enuncia), obtendo-se um fertilizante eficaz por não ser poluente e sem riscos biológicos.

[035] O documento DE4104094A1 corresponde a um processo de tratamento de efluentes via aplicação de ozonização combinada à eletrólise, com intuito de obter melhores resultados em tratamento biológico. Sabendo-se que o efluente pode apresentar certa fração sólida, esta é previamente removida filtrando-se o resíduo. Neste sentido, faz-se a inserção da ozonização por aplicação de pressão com posterior esvaziamento desses gases. O tratamento deste resíduo é submetido ao sistema de reciclo em reator apropriadamente desenvolvido para tal fim, destacando-se a existência de um contêiner para a reação, uma bomba de refluxo, gerador de ozônio sólidos, eletrodos e conduto aplicado para situações nas quais ocorre geração de espuma durante o tratamento. Tal documento trata, especificamente, do desenvolvimento de um reator para tratamento do efluente via ozonização combinada à eletrólise para efluentes ricos ou não em sólidos, alcançando, assim, um maior escopo, incorporando não só os de suinocultura. Há, de certo modo, menção que o produto final pode ser aplicado em áreas diversas, na qual uma delas é a de fertilizante, mas é possível inferir que corresponde a um processo de pré-tratamento e que deve ser adotado juntamente com um processo biológico, para então descarte em corpos d'água. Com isso, o documento difere da presente invenção pois tal anterioridade, não se trata do desenvolvimento de um fertilizante rico em nutrientes que parte de efluente de suinocultura pela aplicação de cal hidratada em meio ozonizado, preferencialmente em pH básico. Além disso, a presente invenção difere do referido documento pois aplica-se especificamente a efluentes de suinocultura, no intuito de aproveitar os macro e micronutrientes presentes, permitindo, neste caso, a aplicação do efluente in natura, não havendo necessidade, portanto, de filtração prévia para remover os sólidos presentes. Uma vez que o intuito é estabelecer um fertilizante apropriado para o crescimento vegetativo, a cal hidratada em meio básico (de 11 a 13, preferencialmente 12) possui função majoritária, pois realiza a precipitação da carga orgânica e dos metais e nutrientes de interesse, aliada à aplicação facultativa de um polímero à base de sílica para facilitação da coagulação dos compostos presentes. Destaca-se que também se trata de um processo de pré-tratamento, na qual o intuito não é somente tratar o efluente, mas obter o fertilizante de interesse. No documento DE4104094A1, mesmo que se faça citação sobre a possível aplicação para área de fertilizantes, não há qualquer menção de variáveis ótimas de controle para obtenção destes, muito menos resultados experimentais como os propostos na presente invenção que comprovem a eficácia, a contenção de minerais de interesse para o crescimento vegetativo e a ausência de microrganismos patógenos tão presentes nos efluentes de suinocultura e que oferecem risco ao ser humano.

[036] O artigo de Hasegawa, et al. , intitulado "Advanced treatment technique for swine wastewater using two agents: Thermally polymerized amorphous silica and hydrated lime for color and phosphorus removal and sulfur for nitrogen removal", ressalta que grande parte dos tratamentos aplicados no Japão removem consideráveis quantidades de nitrogênio, cor e fósforo do efluente, mas observa-se que a cor marrom escura característica da classe dos efluentes suínos mantém-se constante mesmo após tratamento, levando à dúvida quanto à eficiência do tratamento aplicado. Trata-se da aplicação de um agente de tratamento obtido pela síntese de cal hidratada à sílica amorfa que, após aplicado no efluente, apresenta redução significativa na cor, na desinfecção e nos valores de fósforo, estes muito interessantes para o estado japonês. O reagente de tratamento é obtido pela reação de sílica amorfa na presença de cal hidratada em meio fortemente básico (aplica-se NaOH) a 70°C por uma hora, em pH 10,3. O efluente é bombeado ao reator onde também ocorre a desnitrificação autotrófica com aplicação de enxofre por bactérias. Obtém-se, então, uma solução final pobre em íons nitrito e nitrato, fosfato, sólidos e cor (que apresenta redução de 55%). O estudo também apresenta uma remoção máxima de cor de 78% pela aplicação do agente de sílica e cal hidratada. O processo apresenta um aumento de pH durante sua realização devido a aplicação do agente de tratamento e os resultados indicam uma taxa de inserção percentual de 0,055% m/v do agente. O documento ressalta que após a purificação, o agente de tratamento (sílica alcalina com cal hidratada) pode ser aplicado como fertilizante, sendo que apresenta cálcio, potássio e magnésio, além do fósforo removido pelo processo, em sua composição química. Entretanto, a presente invenção difere-se do referido documento pois refere-se a um pré-tratamento onde se alinha métodos de redução de carga orgânica a efluentes de suinocultura, cujo um dos objetivos principais é a formulação de um sólido rico em nutrientes. Neste sentido, o sólido obtido pela presente invenção consiste na aplicação de cal hidrata em pH de 11-13, preferencialmente 12, juntamente com inserção de ozônio em potência desejada. A reação é procedida com a adição da cal hidratada na proporção 8:1 kg/m3 de efluente por aproximadamente 70% do tempo de reação. Deve-se observar que o intuito deste fertilizante proposto não é somente remover a carga orgânica presente, mas também aproveitar das espécies químicas presentes no efluente para produção de um composto rico em sais para facilitação do crescimento vegetativo. Além de considerável remoção de nutrientes frente ao do artigo supracitado, isto é, o fertilizante obtido apresenta além de 8,68% de pentóxido de fósforo, 24,32% em massa de magnésio na forma de óxido e 0,31% de potássio na forma de óxido, bem como 22,2 % de Cálcio, frente aos valores de 9,22% de P2O5, 2,57% de MgO e 0,27% de K2O, enquanto que valores como Ca não são informados, além de também clarificar de maneira mais superior o sobrenadante obtido (efluente de suinocultura pré-tratado) com considerável redução em cor (99,3%, muito superior à do processo apresentado) e turbidez (redução de 5380 NTU para 31,8 NTU, aproximadamente 99,4% de redução). Estes valores evidenciam com certeza a eficácia superior deste método. O sólido obtido só necessita da cal hidratada em meio ozonizado e mais básico do que apresentado pelo artigo (pH pode variar da faixar de 11 a 13, preferencialmente estabilizado em 12, enquanto que o do artigo apresenta certa variação: de 7,1 até alcançar 10,3) para estabelecer a formação do fertilizante pois usa da precipitação química, não sendo necessário adição de nenhum outro agente (denota-se neste momento que o polímero rico em sílica pode ser adicionado apenas para facilitar a coagulação do sólido formado, mas sua presença não possui qualquer influência química no processo). O artigo também apresenta tratamento mais demorado frente ao proposto nesta invenção: somente para o preparo da agente de tratamento (cal hidratada com sílica amorfa e NaOH) leva-se aproximadamente 1h, sendo ainda necessário o envio do efluente para a correção de pH e então, para a reação de tratamento, enquanto que o precipitado ora proposto pode ser obtido em aproximados 30 minutos. Ressalta-se que a presença da ozonização durante a formação do sólido é de extrema importância, pois remove completamente os microrganismos patógenos largamente presentes nos efluentes suínos, confirmadas pelas evidências experimentais apresentadas. O artigo não faz qualquer menção de análise e confirmação de ausência desses microrganismos na recuperação do agente de tratamento. De fato, observa-se que os autores discutem possíveis aplicações para o agente, na qual o fertilizante parece mais promissora, mesmo que não haja qualquer experimento realizado para comprovação desse feitio - diferenciando-se mais uma vez dessa invenção, uma vez que os testes em solos de crescimento de aroeira salsa demonstram a eficiência e a riqueza de nutrientes fornecida pelo fertilizante formado, que segue as diretrizes do Manual da Embrapa. Ainda se deve, por fim, ressaltar que o processo da presente invenção é ainda mais lucrativo do que o citado no artigo, uma vez que é mais rápido, mais barato e se obtém um produto de alto valor agregado e que pode ser aplicado em crescimento vegetativo sem riscos para o homem, além de ser um processo de pré-tratamento e que possibilita que o efluente pré-tratado (sobrenadante da precipitação) seja enviado, se necessário, para uma segunda etapa de tratamento (biológica, oxidativa, etc).

[037] O artigo de Ratnawati, et al. , intitulado "Combination Of Ozonation And Photocatalysis For Pharmaceutical Wastewater Treatment", descreve um método para o tratamento de águas residuais farmacêuticas utilizando a combinação de ozonização e fotocatálises. A Demanda Química de Oxigênio (DQO) e o Fenol foram removidos do efluente farmacêutico usando dois reatores de recirculação por batelada, em série com processos de ozonização e fotocatálises. A ozonização é realizada com O3/carvão ativado granulado (O3/GAC), enquanto a fotocatálise com TiO2 é imobilizada em pedra-pomes (PS-TiO2). As águas residuais são circuladas através do tubo onde é injetado O3, por meio de um gerador de ozônio, posteriormente fluem através de duas colunas GAC, e, finalmente, passam por um fotorreator que contém o fotocatalisador PS-TiO2 equipado com lâmpada de mercúrio como fonte de fótons. No entanto, embora tal documento mencione a utilização de ozonização no tratamento do efluente, não avaliou a utilização do efluente de suinocultura, nem sugere a utilização de cal hidratada, nem de um polímero com presença de sílica na faixa de 99,6 % a 99,9% de SiO4 para auxiliar na coagulação e precipitação da matéria orgânica e nutrientes e, tampouco, a produção de fertilizantes a partir desses efluentes. Além disso, no processo da presente invenção não foram utilizados TiO2 ou lâmpadas de mercúrio e nenhum processo fotocatalítico, tampouco foi usado carvão ativado granulado (GAC) no processo de ozonização.

[038] A presente invenção difere do artigo de Tanaka, et al. , intitulado "Advanced Treatment of Swine Wastewater Using an Agent Synthesized from Amorphous Silica and Hydrated Lime", pois o processo descrito por ele refere-se a um tratamento avançado utilizando um agente sintetizado a partir de sílica amorfa derivada de terra diatomácea e cal hidratada que foi desenvolvido e aplicado no tratamento de águas residuárias de suinocultura, sendo utilizado para a remoção simultânea de cor e bactérias coliformes. O agente de tratamento foi sintetizado da seguinte forma: Terra de diatomáceas (12 g) calcinada a 600 °C por 1 h foi adicionada a 1150 g de solução de NaOH a 0,5% em peso e aquecida a 70 °C por 1 h. Os íons de alumínio e ferro dissolvidos na solução de sílica foram removidos como precipitados, ajustando o pH a 10,3. Adicionou-se então cal hidratada (100 g) à sílica dissolvida e misturou-se com um agitador magnético a 70 °C durante 1 h. O teor de Ca na cal hidratada formada foi de 60% em peso. Após o tratamento do efluente com o agente sintetizado, obtido anteriormente, o líquido sobrenadante do reator foi neutralizado com borbulhamento de gás CO2. O artigo indica que o precipitado formado no tratamento seria adequado para uma possível utilização como fertilizante de fósforo. Embora o documento utilize cal hidratada e a produção de um fertilizante a partir de efluente de suinocultura tenha sido sugerida, este não cita um polímero com presença de sílica na faixa de 99,6 % a 99,9% de SiO4 (apenas sílica amorfa sintetizada) para auxiliar na coagulação e precipitação da matéria orgânica e nutrientes. A cal hidratada utilizada na presente invenção não passa por nenhum processo, ou seja, foi utilizada a cal hidratada utilizada em construção, apenas diluída a 10% m/v, também não se utiliza Terra de diatomáceas. Além disso, existe uma etapa de ozonização essencial para o processo ora proposto.

[039] O artigo de Tsioptsias, et al., intitulado "Experimental Study Of Degradation Of Molasses Wastewater By Biological Treatment Combined With Ozonation" difere da presente invenção, pois refere-se a um tratamento de águas residuárias provenientes do melaço por meio da combinação de lodo ativado com ozonização, para a efetiva remoção de poluentes recalcitrantes. As águas residuais do melaço foram coletadas da saída da estação de tratamento de efluentes anaeróbios de uma planta industrial de levedura de panificação. O efluente foi recolhido do sobrenadante do tanque de sedimentação primária de uma estação de tratamento de águas residuais. O lodo ativado foi coletado do fluxo de reciclagem de lodo da estação municipal de tratamento de efluentes. O experimento do tratamento biológico das águas residuárias do melaço ocorreu em três reatores sequenciais (SBR) idênticos. Os reatores SBR foram alimentados com uma mistura de efluentes contendo 10 %v/v de melaço e 90 %v/v de efluente municipal. No tratamento biológico, foram utilizados 1,5 L de lodo ativado reciclado e 4,5 L da mistura a 10% de melaço. Os reatores operaram em ciclos subsequentes de 12 h. Além do tratamento biológico, as amostras foram submetidas a: (a) ozonização antes do lodo ativado; (b) ozonização juntamente com a adição de peróxido de hidrogênio antes do lodo ativado; (c) pós-ozonização do efluente após o lodo ativado; e (d) a ozonização aplicada a afluentes e efluentes, como pré e pós-tratamento do processo biológico. Embora tal documento mencione a ozonização como uma etapa do tratamento de efluente, não há a utilização de cal hidratada, nem de um polímero à base de sílica. Além disso, conforme observado, as águas residuárias em questão não são provenientes apenas da suinocultura, não sendo utilizada nenhuma mistura de efluente proveniente de tratamento municipal. Também pode-se observar que o trabalho não possui o objetivo de produzir um fertilizante a partir do rejeito sólido do tratamento.

[040] O documento WO2014028996A1 descreve um processo de obtenção de fertilizante a partir de fase sólida de efluente e fertilizante. O processo é direcionado, especificamente, ao tratamento de resíduos de suinocultura, consistindo da digestão prévia do resíduo, compreendendo as fases sólida e líquida, separação de fases pós digestão (por exemplo por: peneiramento, flotação, decantação, filtração, centrifugação e sedimentação), tratamento termoquímico do lodo (fase sólida), podendo receber a adição de outros nutrientes e granulação. Biomassa como algas, resíduos de matadouros ou frigoríficos, além de todo o tipo de matéria orgânica vegetal, podem ser adicionados antes da etapa de tratamento térmico, que é realizado (preferencialmente em tambor rotativo) em temperaturas de 300° a 1200°C. O fertilizante obtido pelo processo é requerido, o qual apresenta cristais de estruvita em sua composição. Diferentemente, a presente invenção utiliza as águas residuárias da suinocultura na forma líquida, com sólidos parcialmente dissolvidos. Além disso o processo em questão é completamente diferente, tratando-se de um processo de ozonização com cal hidratada, em pH muito alcalino (pH em torno de 12), responsável por precipitar parte da matéria orgânica, nutrientes e metais, promovendo maior qualidade ao fertilizante. Outra diferença são as etapas de digestão prévia do resíduo e de tratamento termoquímico do lodo, que não são realizadas na presente invenção.

[041] Os documentos US20160060113, WO2010108630, US20120070360 e EP3037396A1 descrevem um processo de tratamento de resíduos provenientes de esgoto doméstico. Os mesmos compreendem etapas que mencionam o uso de ácidos para a precipitação dos elementos metálicos, assim como solubilização em solução alcalina para obtenção do fosfato, porém, em nenhuma delas há referência à precipitação da matéria orgânica por meio da ozonização com cal hidratada. Também, não existe preocupação com a etapa de controle microbiológico. Diferentemente, a presente invenção utiliza um processo de ozonização com cal hidratada, deixando o pH muito alcalino (pH em torno de 12), responsável por precipitar parte da matéria orgânica, bem como, nutrientes e metais cuja presença promove maior qualidade ao fertilizante.

[042] Netzer, A. et al. (1973) apresentam um método de remoção de traços de metais de águas residuárias por meio de cal e ozonização. Viancelli, A., et al. (2015) evidenciam a eficiência da cal hidratada na inativação de patógenos como Escherichia coli, Salmonella entérica serovar typhimurium e Porcine circovírus tipo 2 em efluente de suinocultura através da adição de Ca(OH)2. Os resultados mostraram a total inativação de E. coli, Salmonella e PCV2 em pH 10,0, após 24 horas de exposição. Entretanto, não é citada a utilização da ozonização e, tampouco, o uso do precipitado como fertilizante. Além disso, o tempo de tratamento é considerado uma variável importante ao processo, pois o resultado se mostrou eficaz na inativação das bactérias e vírus analisados após o tempo de 24 horas de tratamento.

[043] Nos documentos CN1699212A "Application of brucite in ozonization treatment of organic wastewater" e CN101157494A "Application of half-burning brucite in ozonization water purification and method there of", o pH do sistema é equilibrado pela adição de brucita, mineral constituído de hidróxido de magnésio, com fórmula química Mg(OH)2, e outros minerais alcalinos melhorando, assim, a eficiência de oxidação do ozônio. A brucita funciona como uma base que, na verdade, atua como um catalisador auxiliando no tratamento das águas residuais com ozônio.

[044] No documento US20170174541 A1 "Method for reducing COD of wastewater with improved utilization efficiency of ozone", para melhorar a eficiência de águas residuárias utilizam um ou mais elementos do selecionado grupo, que consiste em: óxido de cálcio, hidróxido de cálcio, composto alcalino, cloreto de cálcio, hidróxido de bário e cloreto de bário. Bem como os componentes álcalis que compreendem em: Ca(OH)2, lama de cal ativada, terra de diatomáceas, carvão ativado e solução alcalina saturada.

[045] O documento US 6056885A "Ozone disinfecting, decontaminating and deodorizing of animal manure" descreve alguns métodos de descontaminação, desinfecção e desodorização de estrume de animais, através de aparelhos que produzam gás ozônio, luz ultravioleta, vácuo e pressão, para posterior utilização como fertilizante. Porém, o processo não utiliza cal hidratada para o auxílio nessa desinfecção e desodorização de estrume dos animais. Além disso, não se trata de um tratamento para efluentes com posterior uso do filtrado, como fertilizante, e do sobrenadante.

[046] O documento PI0706017-3 propõe um fertilizante baseado no emprego de borra de fosfato. No entanto, este documento não apresenta qualquer tipo de processamento do fosfato como agente para precipitação de matéria orgânica e nutrientes em efluente de suinocultura. Além disso, apresenta em uma mistura de rejeito industrial in natura (80 a 90%) com calcário (0 a 20%), fertilizantes orgânicos (0 a 20%), fertilizantes minerais (0 a 20%) e/ou resíduos orgânicos para compostagem (0 a 20%), para aplicação direta como fertilizante.

[047] Como pode ser observado e, ao contrário dos documentos citados, a presente invenção tem por objetivo separar a matéria orgânica, nutrientes e metais presentes em águas residuárias de suinocultura por meio da precipitação química. O processo de precipitação com auxílio da ozonização foi realizado em meio básico (pH entre 11 e 13), proporcionado pela presença da cal hidratada, e adição de polímero - para auxílio na coagulação. O precipitado, com alta quantidade de carga orgânica e nutrientes, pode ser utilizado como fertilizante para solos com baixo teor de nutrientes como P (fósforo), N (nitrogênio), C (carbono), K (potássio), pois este precipitado possui uma alta concentração dos referidos elementos. Além disso, o cálcio, presente na cal hidratada, promove a redução da acidez do solo, melhora o crescimento das raízes, o aumento da atividade microbiana, aumento da disponibilidade de molibdênio (Mo) e de outros nutrientes. Dessa forma, reduzindo a acidez do solo e diminuindo a toxidez do alumínio (Al), cobre (Cu) e manganês (Mn). Plantas que apresentam altos teores de cálcio resistem melhor a toxidez destes elementos.

[048] Além disso, nenhum dos documentos do estado da técnica descreve uma precipitação química da matéria orgânica, nutrientes e metais de efluente de suinocultura por meio da ozonização com cal hidratada; nem esse processo em conjunto com a ozonização. Também não descrevem um processo que aproveite parte de um efluente para gerar um fertilizante, tal como descrito pela presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[049] A presente invenção tem por objetivo propor um processo para preparação de um fertilizante a partir do tratamento físico-químico e químico de águas residuais de suinocultura, a partir da ozonização com cal hidratada e da precipitação da matéria orgânica e de nutrientes (como N, P, K, C) utilizando um polímero aniônico à base de sílica, o qual foi usado em meio aquoso como floculante. O precipitado gerado é utilizado como fertilizante e o filtrado pode ser tratado através de tratamento biológico ou químico. O referido processo envolve uma etapa de precipitação química (em pH aproximadamente 12) que ocorre com a adição de cal hidratada, sendo que também é adicionado ao processo uma pequena quantidade de um polímero aniônico à base de sílica, para que a coagulação do produto ocorra de maneira mais efetiva. O polímero utilizado (aproximadamente 99,6% SiO2) possui apenas função coagulativa e sua porcentagem pode variar sem prejuízo dos resultados.

[050] O fertilizante preparado pode ser utilizado como fonte de reuso de um subproduto de processo da precipitação química do efluente de suinocultura, rico em matéria orgânica e nutrientes. Também, como complemento ao processo, obtém-se um produto líquido (sobrenadante) com características químicas adequadas à oxidação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[051] Para obter-se uma total e completa visualização do objetivo desta invenção, são apresentadas as figuras às quais se faz referências, conforme segue.

[052] A FIG. 1 representa um fluxograma referente ao processo de oxidação com cal hidratada e adição de polímero ao final do processo, realizado para auxiliar na coagulação e precipitação;

[053] A FIG. 2 representa o processo da oxidação parcial (degradação incompleta) do efluente de suinocultura pelo tratamento por processo oxidativo avançado utilizando ferro como catalisador;

[054] A FIG. 3 representa o aspecto comparativo dos efluentes, em que a FIG. 3A refere-se ao efluente bruto (verde musgo escuro); e a FIG. 3B refere-se ao sobrenadante da precipitação química (amarelo claro);

[055] A FIG. 4 representa o processo de floculação e precipitação do efluente após o pré-tratamento por meio da ozonização com cal hidratada, não filtrado;

[056] A FIG. 5 representa o processo de decantação do efluente tratado através da ozonização catalítica com Fenton, a partir do efluente pré-tratado, não filtrado;

[057] A FIG. 6 representa o sólido precipitado o qual irá passar pelo processo de formação de fertilizante segundo o manual da Embrapa (1999);

[058] A FIG. 7 representa o sobrenadante do tratamento com ozonização catalítica com Fenton, a partir do efluente pré-tratado;

[059] A FIG. 8 representa as plantas III e X, que foram plantadas utilizando o fertilizante, no início e após 30 dias do plantio; e

[060] A FIG. 9 representa uma comparação com as plantas IV e VII, que foram plantadas utilizando o fertilizante, e a planta I, sem a presença do fertilizante, todas após 30 dias do plantio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[061] A presente invenção refere-se a um processo para preparação de um fertilizante a partir do tratamento de águas residuais de suinocultura, mediante a ozonização com cal hidratada e precipitação da matéria orgânica e de nutrientes (como N, P, K, C) utilizando um polímero aniônico à base de sílica, o qual foi usado em meio aquoso como floculante. O processo realizado compreende as etapas de:

• (a) Ozonização do efluente de suinocultura;
• (b) Reação com cal hidratada;
• (c) Adição de polímero diluído;
• (d) Floculação e precipitação da matéria orgânica;
• (d) Filtragem da solução e
• (e) Tratamento do sobrenadante;

[062] Primeiramente, aproximadamente 1 L do efluente de suinocultura é colocado no reator sob agitação contínua, de forma a promover a maior homogeneidade possível à mistura. Então, liga-se o ozonizador preferencialmente com a potência de 75 - 100 W (a potência pode variar para o tratamento em diferentes escalas, ou volume de efluente). Adiciona-se, ao efluente em agitação, a solução de Cal Hidratada (de forma que a concentração de cal seja de 7,0 -15,0 g L-1 de efluente e o pH seja de aproximadamente 12) nos primeiros 19 - 25 min, preferencialmente 21 minutos (70% do tempo de reação) ; e nos últimos 8-15 minutos, preferencialmente 9 minutos (30% do tempo de reação). Ressalta-se que a quantidade de cal é muito superior à solubilidade deste composto em água, motivo pelo qual a mistura obtida deve ser adicionada também em agitação sob o efluente em tratamento. Em seguida, adiciona-se aproximadamente 0,5 - 2,0 mL (para 1 L de efluente) da solução 0,1 % m/v de polímero floculante aniônico diluído em água no reator com agitação. A utilização do polímero tem o intuito de auxiliar a floculação e decantação, acelerando o processo de precipitação. Geralmente, a reação se dá em 30 minutos. Após esse período, a reação começa a entrar em equilíbrio, de modo que as reações não têm potencial suficiente para mudanças efetivas no produto obtido, motivo pelo qual maior período de exposição não se faz mais necessário. Assim, ocorre a floculação e precipitação da matéria orgânica, nutrientes e metais, sendo posteriormente a solução filtrada. Então, o precipitado é seco para, em seguida, serem realizadas as análises.

[063] A floculação se deu pela união das partículas desestabilizadas durante a agitação e essas partículas maiores precipitaram e decantaram quando a solução se encontrava em repouso. Neste caso, a maior parte do precipitado foi decantado em 10-20 minutos e o restante foi removido por filtração a vácuo, em papel filtro qualitativo com 14 μm de poros. A filtração a vácuo deve ser empregada neste caso porque o precipitado obtido tem característica gelatinosa, sendo que a filtração simples, se realizada, consome demasiado tempo e não extrai quantidade de água suficiente, podendo postergar o período de tempo de secagem em estufa.

[064] Ao final do processo, foram gerados um precipitado e um sobrenadante. O precipitado, a ser utilizado como fertilizante, foi preferencialmente seco em estufa entre 90 e 110 °C, preferencialmente 100 °C, para acelerar a secagem, podendo também ser seco à temperatura ambiente ou até mesmo, ser utilizado úmido. A secagem em estufa é útil no tocante à remoção de água e consequente facilidade de manuseio do produto obtido, permitindo a redução granulométrica através da técnica simples de maceração. A maceração é um importante quesito no aumento de área de contato do sólido obtido, promovendo melhores resultados na fertilização.

[065] Já o sobrenadante gerado foi tratado principalmente por um processo oxidativo, principalmente por meio de um processo de ozonização catalítica combinada com Fenton, ou através de um tratamento biológico ou químico.

[066] À título de exemplo, nesse processo, 1 L do sobrenadante é condicionado à temperatura ambiente e transferido para um recipiente, onde uma solução ácida do catalisador (FeSO4.7H2O) é adicionada, de forma que o catalisador Fe2+ se encontre na concentração de aproximadamente 1 g L-1. O pH da solução é mantido em aproximadamente 3,5 (no decorrer do tratamento). Então, a agitação é ajustada de forma que a solução fique homogênea e, também, ajustada à potência do ozônio a 86,0 W. Deixa-se reagir por 40 min. Posteriormente, 7,5 mL de solução 60 %m/v de peróxido de hidrogênio é adicionada (gota-a-gota), por 20 min. Deixa-se reagir por mais 20 min. Realiza-se o condicionamento do pH para um valor de aproximadamente 7,0 para a precipitação, principalmente, dos íons de ferro, utilizando-se solução de NaOH a 50 %m/m. Após decantação e filtração com papel de filtro qualitativo, uma alíquota da solução residual tratada é armazenada para as análises posteriores de controle. Todo o produto pouco solúvel em meio alcalino (precipitado) é seco e armazenado também para um posterior teste como fertilizante de Ferro.

[067] Para melhor compreensão do processo, a Figura 1 apresenta um fluxograma do processo de ozonização com cal hidratada. Para melhor destacar os resultados do processo oxidativo, as Figuras de 2 a 7 demonstram o resultado de cada etapa do processo.

[068] Suscintamente, a Figura 2 destaca a insuficiência da aplicabilidade do Processo Oxidativo Avançado - empregando-se Ferro (II) para catálise, justificando a necessidade do emprego de uma técnica mais eficaz para tratar o efluente em questão.

[069] Observando-se a Figura 3A, percebe-se a complexidade químico-biológica associada ao efluente in natura, evidenciada pela sua cor verde-musgo, com grande dispersão de micro e macro partículas em suspensão, que dificultam a aplicabilidade do processo oxidativo usual, de modo a justificar a necessidade da promoção de novas técnicas de tratamento, em especial porque, embora não evidenciado visualmente, o efluente é rico em nutrientes que, de maneira correta, podem ser empregados na produção para fertilização de solos.

[070] Conforme mencionado anteriormente, durante a floculação, obtém-se a separação de duas frações: o sobrenadante e o precipitado. O precipitado seco e separado encontra-se destacado na Figura 6, antes de ser submetido ao processo de formação de fertilizante segundo a Embrapa (1999). A Figura 4 destaca o processo de floculação, logo após a precipitação com cal em meio a ozonização, enquanto que a Figura 3B evidencia o sobrenadante separado através de filtração simples.

[071] Embora clarificado, o efluente pode ser submetido novamente a outro processo de tratamento para então ser descartado em corpos aquosos. A Figura 5 destaca do processo de tratamento por Ozonização Catalítica com Fenton, evidenciando a decantação do catalisador de Ferro (Ferro (III), na forma de hidróxido de ferro (III), evidenciado por sua cor acastanhada característica), antes deste ser filtrado. Através da Figura 7 pode-se evidenciar a eficácia do tratamento via Fenton, ressaltando-se a clarificação e ausência das características do efluente in natura.

[072] Dessa forma, foram realizadas análises de caracterização do efluente tratado para identificar os compostos químicos presentes no sobrenadante e filtrado, como análises de metais seguindo as leis ambientais da CETESB (artigo 18) e CONAMA (artigo 16) via ICP-OES, de carbono total por TOC, dentre outras análises.

[073] Foram realizadas análises para a caracterização do sobrenadante da precipitação, utilizando alíquotas de 0,25 mL, que são digeridas completamente em meio a 3,0 mL de água régia, e transferido para balão volumétrico de 100,0 mL. A caracterização de ambos, líquido e sólido, foi realizada em ICP-OES (Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente) para a determinação, em duplicata, das concentrações de metais seguindo as leis ambientais da CETESB (artigo 18) e CONAMA (artigo 16), porém foram detectados apenas Ba, Ca, Cu, Fe, Mn, K, Se e Na e os resultados estão presentes na Tabela 1.

[074] Foram realizadas análises (Tabela 2) quantificando a quantidade de Carbono; na análise de TOC o resultado foi de 223, 1 g/L de C orgânico, sendo que o efluente bruto apresentou 380,1 g/L de C (Tabela 4). Também foram realizadas análises de Coliformes Totais e Termotolerantes, pelo método do Número Mais Provável (NMP), onde o efluente tratado apresentou valores menores que 3,0 NMP, não obtendo crescimento bacteriano em nenhum dos tubos, e o efluente bruto apresentou valores acima de 108 NMP, conforme a tabela 4.

[075] Esses dados foram comparados com a caracterização realizada para o efluente "in natura", e os resultados estão descritos na Tabela 3 e 4.

[076] Os dados da Tabela 2 e 4 demonstram a eficiência do processo de precipitação da matéria orgânica. A turbidez obteve alta redução (de 5380 NTU para 31,8 NTU), bem como a cor, na qual se obteve redução de 99,3% (de 3751 mg Pt-Co L-1, para 26,6 mg Pt-Co L-1), o que comprova que houve um processo químico no material.

[077] Foi realizada a caracterização dos elementos metálicos, a fim de verificar se o sólido possui características de fertilizantes (Tabela 5). A tabela apresenta também a concentração máxima permitida no fertilizante, segundo a Instrução Normativa SDA 27, de junho de 2006, que admite os seguintes teores máximos de metais pesados tóxicos em fertilizantes, fornecedores de micronutrientes, por ponto percentual da somatória de micronutrientes.
Tabela 5 - Caracterização do fertilizante segundo a Instrução Normativa SDA 27/2006.

[078] Para o resíduo sólido, todos os parâmetros analisados encontram-se dentro dos limites estabelecidos pela Instrução Normativa 27 SDA de Junho de 2006, existindo a possibilidade de ser utilizado como fertilizante em trabalhos futuros.

[079] No intuito de avaliar a performance do composto como fertilizante, empregou-se a proporção fertilizante-solo de 1,50 g.kg-1, no qual utiliza-se o solo Argissolo Vermelho-Amarelo, de textura média e muito representativo da região da Zona da Mata e de Minas Gerais, áreas nas quais a espécie selecionada para a avaliação da eficiência do fertilizante, Schinus molle, é facilmente cultivada (MAFIA, et. Al., 2004). A espécie também foi empregada devido ao rápido crescimento. As mudas foram plantadas em sacos plásticos de 500 g de capacidade, com 1 mês de idade e monitoradas em crescimento por 60 dias e posteriormente em 90 dias.

[080] Observa-se que o emprego do fertilizante, rico em matéria orgânica não-patogênica, em cátions básicos (Ca, Mg, K) e nutrientes importantes como N e P contribuem fortemente para o crescimento da planta-controle, sendo uma excelente aplicação para o meio agrícola. A Tabela 6 destaca as características físico-químicas obtidas da combinação fertilizante-argissolo.

[081] Observa-se que a adição do fertilizante proporciona aumento do pH, além de incremento nos cátions trocáveis e redução no Alumínio trocável (Al). Destaca-se o aumento considerável na saturação por bases: solos com porcentagens inferiores a 50% são considerados solos distróficos (pouco férteis), caracterizados por baixa quantidade de bases trocáveis, como Cálcio, e alto teor de Al3+ trocável. Observa-se pelos resultados a reclassificação do solo como fértil e aumento considerável nas bases trocáveis e nos nutrientes P e N, indispensáveis para a manutenção do solo e para promoção de crescimento conveniente para técnicas agrícolas.

[082] A Figura 8 apresenta as plantas teste no primeiro dia de cultivo, sendo as mudas superiores cultivadas em solo com fertilizante de cal, e as mudas inferiores cultivadas em solo puro. A Figura 9 destaca o desenvolvimento final das plantas após noventa dias, sendo, respectivamente, a primeira e segunda em solo contendo fertilizante contendo cal e a última em solo na ausência de fertilizante.

[083] Adicionalmente, a Figura 9 destaca que o fornecimento de nutrientes no solo está diretamente relacionado ao crescimento da espécie de interesse. Observa-se que frente à adição de nutrientes contidos no fertilizante obtido no processo de precipitação com Cal, o solo fertilizado apresenta vantagem no crescimento da espécie controle, de forma muito superior quando comparada a mesma espécie submetida em solo puro. A Tabela 7 apresenta a caracterização dos compostos principais associados ao crescimento da espécie-controle, e é possível observar a superioridade e efetividade do fertilizante proposto nesta invenção.

[084] Devido à necessidade de serem desenvolvidas novas maneiras de se tratar efluentes recalcitrantes, como exemplo, o efluente de suinocultura, com alta quantidade de matéria orgânica e considerado um potencial poluidor; esse processo pode ser usado como um pré-tratamento para tratar o efluente em questão via Processos Oxidativos Avançados, sendo esse responsável por diminuir a carga orgânica do efluente.

Vantagens e Soluções:

[085] Os tratamentos convencionais de efluentes de suinocultura demandam um longo período de tempo de armazenamento (retenção) aconselhado para a estabilização adequada da matéria orgânica e inativação de patógenos, no caso das esterqueiras, por exemplo, esse tempo gira em torno de 120 dias. Além disso, é necessário a disponibilidade de uma grande área para que essa retenção hidráulica do efluente seja eficaz. Em contrapartida, a presente invenção apresenta a vantagem de um tempo de tratamento consideravelmente menor, apenas 30 minutos, bem como uma pequena área necessária para o tratamento.

[086] Outra vantagem apresentada na presente invenção é a combinação do uso da ozonização com a cal hidratada gerando um fertilizante sem a presença de patógenos, como coliformes totais e termotolerantes pois não apresentou crescimento em nenhum dos tubos, em ambas as análises (<3,0 NMP). Dessa forma, o fertilizante, além de ser eficiente, não traz riscos à saúde de quem o manipular.

[087] A combinação da ozonização com a cal hidratada é uma metodologia nunca antes usada para a precipitação de efluentes como o da suinocultura e se mostra muito eficaz para um pré-tratamento, pois seu sobrenadante pode ser tratado por meio de ozonização catalítica com Fenton ou outros tratamentos biológicos convencionais.

[088] A invenção proposta, além de poder ser utilizada como um pré-tratamento com baixo custo, menor área necessária para o tratamento e em um pequeno período de tempo, este produz um fertilizante eficaz e com a excelente vantagem de não ser poluente e sem riscos biológicos.

[089] Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas visando aprimoramento do projeto sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[094] DIESEL, R.; MIRANDA, C. R.; PERDOMO, C. C.; Coletânea de tecnologias sobre dejetos suínos. Concórdia: Embrapa Suínos e Aves, 2002.

[095] KONZEN, E. A. Manejo e utilização de dejetos suínos. Concórdia: EMBRAPA - CNPSA, 1983. 32p. (EMBRAPA, CNPSA. Circular Técnica, 6).

[096] KUNZ, A. et al. Recomendações técnicas para uso de esterqueiras para a armazenagem de dejetos suínos. Concórdia: EMBRAPA-CNPSA, p. 1-4,2004. Comunicado Técnico n. 361.

[097] KUNZ, A. Tratamento de dejetos: desafios da suinocultura tecnificada. Suinocultura Industrial, n.05, p 28-30, 2005.

[098] MAFIA, R. G.; ALFENAS, A. C.; ANDRADE, G. G. G.; NEVES, D. A.; GRAÇA, R.N.; ALONSO, S. K. Incidência de Meliola rhoina como fator limitante à produção de mudas de Schinus molle para fins de arborização. Fitopatologia Brasileira, Viçosa, v. 29 n. 2, p. 224, 2004.

[099] MAGGI, C. F.; FREITAS, P. S. L.; SAMPAIO, S. C.; DIETER, J. Lixiviação de nutrientes em solo cultivado com aplicação de água residuária de suinocultura. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 15, n.2, p. 170-177, 2011.

[100] NETZER A., BOWERS A., NORMAN, J.D. Removal of Trace Metals from Wastewater by Lime and Ozonation. In: Barrekette E.S. (eds) Pollution. Environmental Science Research, vol 2. Springer, 1973, Boston.

[101] OLIVEIRA, P. A. V. de. (Coord.) Manual de manejo e utilização dos dejetos de suínos. Concórdia: EMBRAPA-CNPSA, 1993. 188p. (EMBRAPA-CNPSA. Documentos, 27).

[102] PERDOMO, C. C.; OLIVEIRA, P. A. V. O.; KUNZ, A. Sistema de tratamento de dejetos de suínos: inventário tecnológico. Concórdia: Embrapa Suínos e Aves, 2003. 83 p. (Documentos, 85).

[103] SEGANFREDO, M. A. Os dejetos suínos são um fertilizante ou um poluente do solo? Cadernos de Ciência e Tecnologia, Brasília, v.16, p. 129-141, 1999.

[104] SILVA, M. O. S. A. da. Análises físico-químicas para controle de estações de tratamento de esgotos. São Paulo: CETESB, 1977. 226P.

[105] SGANZERLA, E. Biodigestor: uma solução. Porto Alegre: Editora Agropecuária, 86p. 1983.

[106] VIANCELLI, A., KUNZ, A., FONGARO, G., KICH, J.D., BARARDI, C.R.M., SUZIN, L. Pathogen Inactivation by Hydrated Lime Addition in Swine Wastewater For Reuse Purposes. In: IV Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de Resíduos Agropecuários e Agroindustriais, 2015, Rio de Janeiro.

Claims (7)

1. Processo para preparação de um fertilizante a partir de águas residuais de suinocultura, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

   • (a) Ozonização do efluente de suinocultura;
   • (b) Reação com cal hidratada;
   • (c) Adição de polímero diluído;
   • (d) Floculação e precipitação da matéria orgânica;
   • (d) Filtragem da solução; e
   • (e) Tratamento do sobrenadante.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser realizado mediante a ozonização com cal hidratada e precipitação da matéria orgânica e de nutrientes utilizando um polímero aniônico à base de sílica, usado em meio aquoso como floculante.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 a 2, caracterizado pelo fato de a solução de cal hidratada ser adicionada na concentração de 7 a 15 g/ L, nos primeiros 19 a 25 minutos do tempo de reação, preferencialmente 21 minutos.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução 0,1 % m/v de polímero composto de 95% de SiO4 ser adicionada na concentração de 0,5 a 2,0 mL nos últimos 8 a 15 minutos do tempo de reação, preferencialmente 9 minutos.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de na floculação, as partículas desestabilizadas durante a agitação se unirem, onde as partículas maiores precipitam e decantam em repouso, em que a maior parte do precipitado é decantada em 10 a 20 minutos.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o precipitado gerado ser principalmente seco em estufa entre 90 e 110 °C, preferencialmente 100 °C, e opcionalmente à temperatura ambiente ou ser utilizado úmido para uso como fertilizante.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o sobrenadante gerado ser tratado principalmente por um processo oxidativo avançado, como ozônio com Fenton, ou através de um tratamento biológico ou químico.

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