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i ALEX HENRIQUE VERONÊZ IRRIGAÇÃO DE EUCALIPTO COM EFLUENTE SANITÁRIO: AVALIAÇÃO ECONÔMICA E DE PRODUTIVIDADE AGRÍCOLA CAMPINAS 2015 ii iii UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO ALEX HENRIQUE VERONEZ IRRIGAÇÃO DE EUCALIPTO COM EFLUENTE SANITÁRIO: AVALIAÇÃO ECONÔMICA E DE PRODUTIVIDADE AGRÍCOLA Orientador: Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho Tese de Doutorado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil, na área de Saneamento e Ambiente. ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO ALEX HENRIQUE VERONEZ E ORIENTADO PELO PROF. DR. BRUNO CORAUCCI FILHO. ASSINATURA DO ORIENTADOR ______________________________________ CAMPINAS 2015 iv FICHA CATALOGRÁFICA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA ELIZANGELA APARECIDA DOS SANTOS SOUZA - CRB 8/8098 V599i Veronêz, Alex Henrique, 1977- Irrigação de eucalipto com efluente sanitário: avaliação econômica e de produtividade agrícola / Alex Henrique Veronêz. – Campinas, SP : [s.n.], 2015. Orientadores: Bruno Coraucci Filho. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. 1. Agricultura. 2. Irrigação. 3. Efluente. 4. Produtividade. 5. Viabilidade Econômica. I. Coraucci Filho, Bruno,1948-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título. Título em outro idioma: Eucalyptus irrigation with sanitary effluent: economical evaluation and of agricultural productivity Palavras-chave em inglês: Agriculture Irrigation Sanitary Effluente Productivity Economical Viability Área de concentração: Saneamento e Ambiente Titulação: Doutor em Engenharia Civil Banca examinadora: Adriano Luiz Tonetti Edson Aparecido Abdul Nour Eraldo Henriques de Carvalho Cleverson Vitório Andreoli Data de defesa: 26-02-2015 Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil v vi vii RESUMO VERONÊZ, A. H. Irrigação de eucalipto com efluente sanitário: Avaliação econômica e de produtividade agrícola. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil - UNICAMP, 2015. 151p. Tese (Doutorado), 2015. Grande parte da água consumida no planeta é utilizada na agricultura. Com o crescimento populacional e a redução crescente de áreas cultiváveis, faz-se necessário desenvolver tecnologias visando aumentar a produtividade. A utilização de esgoto tratado na irrigação de culturas agrícolas pode se tornar uma alternativa, pois esse efluente possui água e nutrientes. A aplicação de esgoto tratado na agricultura também pode ser a solução para sistemas de tratamento de esgoto que possuem a eficiência preconizada na legislação, porém, não contam com corpo receptor com capacidade para receber os efluentes. Nesse trabalho foi verificada a produtividade e a viabilidade econômica da aplicação de efluentes sanitários provenientes de lagoas de estabilização na irrigação da cultura de eucalipto (espécie urograndis). O trabalho experimental foi desenvolvido no município de Franca-SP. Foram instaladas parcelas, constituindo 8 tratamentos, com 4 repetições cada. Dos 8 tratamentos, 2 foram irrigados com água, 5 com efluente e 1 não recebeu nenhum tipo de irrigação. Os tratamentos irrigados com efluente apresentaram produtividade superior aos demais, chegando a ser até 48% maior que a de sequeiro. A análise econômica contou com 4 cenários e um horizonte de projeto de 22 anos. No cenário 1 foi considerada a adequação do sistema de esgotamento sanitário, visando atender a legislação quanto a qualidade do corpo receptor. No cenário 2 foi considerada a aplicação de efluente de acordo com as lâminas de irrigação de cada tratamento. O cenário 3 verificou a situação de sequeiro e o cenário 4 a irrigação com água natural. Na avaliação econômica foram avaliados os indicadores VPL (Valor Presente Líquido) e TIR (Taxa Interna de Retorno). Utilizou-se 2 procedimentos, sendo um avaliando o interesse do agricultor e o outro o do operador do sistema de saneamento. Na análise considerando o interesse do agricultor, o cenário 3 (sequeiro) foi o mais viável. O cenário 4 (irrigação com água natural) apresentou TIR positiva e VPL negativo. Verificou-se que a irrigação com efluente é inviável quando se adota valores de mercado (cenário 2). Na análise econômica, considerando o interesse do operador do sistema de saneamento, foram comparados os cenários 1 e 2. Foi verificado que a aplicação do efluente na cultura de eucalipto (cenário 2) apresentou-se mais viável que a adequação do sistema de esgotamento sanitário. Quanto à viabilidade econômica considerando o interesse do operador do sistema de saneamento, fica evidente, que essa depende da complexidade das obras necessárias para adequação do sistema de tratamento e afastamento de esgoto. PALAVRAS CHAVE: Agricultura, Irrigação, Eucalipto, Produtividade, Efluente Sanitário, Corpo Receptor, Viabilidade Econômica. viii ix ABSTRACT VERONÊZ, A. H. Eucalyptus irrigation with sanitary effluent : Economical evaluation and of agricultural productivity. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil - UNICAMP, 2015. 151p. Thesis (Doctorate), 2015. Great part of the water consumed in our planet is used in agriculture. With population growing and the increasing reduction of farmland, it is necessary to develop technologies aiming to increase productivity. The use of treated effluents in agricultural irrigation can become an alternative, as this sewage contains water and nutrients. The application of treated effluent in agriculture may also be the solution to sewage treatment systems that have its efficiency recommended by legislation, but which do not have a receiving water body that is able to receive the effluents. The present paper was responsible for verifying productivity and economical viability of applying sanitary effluents from stabilization ponds in the irrigation of eucalyptus cultivation. The experimental work was developed in Franca-SP. Parcels were installed, composing 8 treatments, with 4 repetitions each. From the 8 treatments, 2 were irrigated with water, 5 with effluent and 1 did not receive any kind of irrigation. Treatments irrigated with effluent presented a higher productivity compared to the others, reaching up to 48% the productivity of dryland. The economical analysis was done in 4 sceneries and a project horizon of 22 years. In scenery 1 it was considered the adequacy of sewage system, aiming to comply with legislation as with the quality of receiving water body. In scenery 2 was considered the usage of effluent according to irrigation levels of each treatment. In scenery 2 market values were considered. Scenery 3 verified the situation of dryland and scenery 4 irrigation with natural water. In economical evaluation, we evaluated the indicators NPV (Net Present Value) and IRR (Internal Rate of Return). Two different procedures were used, one evaluating the famer’s interest and the other the sanitation system operator’s interest. In the analysis, considering the farmer’s interest, sceneries 3 and 4 presented positive values the IRR, being 3 (dryland) the most viable, we verified that irrigation with effluent is impracticable when adoptingmarket values (scenery 2). In economical analysis, considering the sanitation system operator’s interest, sceneries 1 and 2 were compared. The usage of effluent in the eucalyptus culture (scenery 2) present to be more viable that the adequacy of the sanitary sewage system. The research proved that the application of sanitary effluent increased productivity. As for economical viability, it is evident that it depends on the complexity of the work required to make the sewage treatment and removal system adequate. KEY WORDS: Agriculture, Irrigation, Eucalyptus, Productivity, Sanitary Effluent, Receiving Water Body, Economical Viability. x xi SUMÁRIO Página 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 1 1.1 Objetivos ................................................................................................................. 4 1.1.1 Objetivo Geral .................................................................................................. 4 1.1.2 Objetivos Específicos ....................................................................................... 4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 5 2.1 Reúso da Água ................................................................................................... 5 2.2 Disposição de Efluentes no Solo ......................................................................... 9 2.2.1 Sistemas de tratamento de efluentes no solo ................................................ 13 2.2.2 Desempenho dos sistemas de tratamento de efluentes no solo .................... 15 2.3 Regulamentações e Diretrizes para o Reúso da Água ..................................... 18 2.4 Lagoas de Estabilização ................................................................................... 32 2.5 Fundamentos Teóricos de Análise Econômica ................................................. 35 2.5.1 Valor Presente Líquido (VPL) ......................................................................... 37 2.5.2 Taxa Interna de Retorno (TIR) ....................................................................... 39 2.5.3 Horizonte de Projeto ....................................................................................... 41 2.6 Cultura de Eucalipto .......................................................................................... 41 2.6.1 Custos de produção de eucalipto ................................................................... 49 2.7 Custos do Reúso da Água ................................................................................ 53 2.8 Viabilidade Econômica do Reúso ...................................................................... 57 3. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................ 59 3.1 Localização do Experimento ............................................................................. 59 3.2 Instalação da Pesquisa ..................................................................................... 60 3.2.1 Limpeza da área e controle de formigas ........................................................ 60 3.2.2 Delineamento experimental ............................................................................ 62 3.2.3 Adubação e plantio......................................................................................... 65 3.2.4 Instalação dos poços de monitoramento da água subterrânea ...................... 68 3.2.5 Sistema de irrigação ....................................................................................... 68 3.2.6 Instalação dos coletores de drenagem livre ................................................... 71 3.3 Caracterização e Capacidade de Retenção de Água do Solo .......................... 73 xii 3.4 Irrigação e Precipitações Pluviométricas ........................................................... 79 3.5 Caracterização dos Afluentes, Efluentes e da Água Utilizados na Irrigação ..... 82 3.6 Monitoramento do DAP ..................................................................................... 88 3.7 Monitoramento dos Lixiviados ........................................................................... 89 3.8 Determinação da Produção ............................................................................... 91 3.9 Modelo Econômico ............................................................................................ 92 3.10 Determinação dos Custos do Projeto ................................................................ 95 3.11 Receitas obtidas com a venda da madeira ....................................................... 97 3.12 Investimentos necessários no sistema caso não se implante o reuso .............. 98 3.13 Horizonte de Projeto.......................................................................................... 99 3.14 Atualização de valores .................................................................................... 100 4. ANÁLISE DOS DADOS e RESULTADOS ............................................................ 101 4.1 Produtividade .................................................................................................. 101 4.2 Receita Auferida .............................................................................................. 105 4.3 Investimentos e custos do Cenário 1 .............................................................. 105 4.4 Custos de implantação e manutenção da cultura de eucalipto ....................... 106 4.4.1 Custos de Planejamento .............................................................................. 107 4.4.2 Custos de pré-plantio ................................................................................... 107 4.4.3 Custos de plantio.......................................................................................... 108 4.4.4 Custos de Manutenção do eucalipto ............................................................ 109 4.4.5 Custo da Terra ............................................................................................. 110 4.5 Investimentos para implantação o sistema de irrigação .................................. 110 4.6 Custos para operação e manutenção do sistema de irrigação ....................... 111 4.6.1 Custos de energia elétrica do sistema de irrigação ...................................... 111 4.6.2 Custos de mão de obra para irrigação ......................................................... 113 4.6.3 Custos de manutenção do sistema de irrigação .......................................... 113 4.7 Custos da cobrança pelo uso dos recursos hídricos ....................................... 114 4.8 Custos do Monitoramento Ambiental .............................................................. 116 4.8.1 Custos de monitoramento das águas subterrâneas ..................................... 116 4.8.2 Custos de monitoramento do solo ................................................................ 119 4.9 Análise Econômica .......................................................................................... 121 xiii 4.9.1 Análise considerando o interesse do agricultor ............................................ 122 4.9.2 Análise econômica considerando o interesse do operador do sistema de saneamento .......................................................................................................... 131 5. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 139 6. RECOMENDAÇÕES .............................................................................................141 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 143 xiv xv AGRADECIMENTOS A Deus, por tudo; A minha família, pelo apoio e por estar sempre ao meu lado em todos os momentos da minha vida; Ao Prof. Dr. Bruno Coraucci Filho, pela orientação, dedicação, apoio e, pelos ensinamentos; Ao Prof. Dr. Ronaldo Stefanutti pelo apoio; À FINEP e ao PROSAB (Programa de Pesquisas em Saneamento Básico) pelos recursos empregados na pesquisa; Ao Colégio Prof. Carmelino Correa Junior, por ceder a área para a pesquisa; Ao amigo Cláudio Ribeiro Sandoval, diretor do colégio Prof. Carmelino Correa Junior, pelo apoio no desenvolvimento da pesquisa, disponibilização de recursos de infraestrutura básica, pessoal, etc; A Dra. Edna Ivani Bertoncini da APTA Regional de Piracicaba, pela contribuição na estruturação do projeto; À SABESP, Unidade Pardo/Grande com sede em Franca-SP, na pessoa do seu superintendente Gilson Santos de Mendonça, pela disponibilização do efluente da ETE City Petrópolis, pelo apoio logístico e Laboratorial; Ao laboratório de solos da FEAGRI/UNICAMP, pelo apoio técnico na realização das determinações físicas e ensaios de solo; À VCP - Votorantim Celulose e Papel, Unidade Florestal SP (Capão Bonito/viveiro de mudas ) por ceder as mudas clonadas para instalação da pesquisa; Ao Eng. Rui Engrácia Garcia Caluz; Ao Eng. José Paulo Zamarioli; Ao Eng. Nathanael Silva Jr, pela orientação, colaboração e apoio em várias etapas do trabalho; Ao amigo Eng. Dr. Luciano Reami pela colaboração e auxílio na execução desse trabalho; Ao amigo Eng. Dr. Orlando Antunes Cintra Filho, pelo apoio e colaboração direta no trabalho; xvi Ao amigo Quim. MSc Luís Antônio Salomão, pelo apoio e colaboração direta no trabalho; Aos amigos e companheiros de ida a Campinas, Quím. Paulo Vitor Albano e Biol. Josimar Augusto Campos; A todos os estagiários que passaram pela pesquisa, pelo apoio e colaboração direta no trabalho, especialmente à amiga Bethania Vieira Cavalheiro, que esteve conosco no experimento desde o início da pesquisa; Ao Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza e a sua equipe pela colaboração direta no trabalho; À amiga Lucinda Maria de Fátima Rodrigues Coelho, pelo apoio e colaboração no desenvolvimento do trabalho; A todos os funcionários do laboratório de Controle Sanitário da Sabesp de Franca; Ao amigo Eng. MSc Antonio Sergio Spolaor pela colaboração; Ao amigo Eng. MSc Fernando Colombo pela colaboração; Ao amigo Wanderlei Pim pela colaboração; Aos bolsistas do laboratório de Reuso, Luccas Erickson de Oliveira Marinho e Giuliano Grabrielli, pela colaboração; Ao amigo Márcio Fernando Silveira Rodrigues pela colaboração. xvii LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 - Demandas Consuntivas no País .................................................................... 5 Figura 2.2 - Ciclo do efluente no solo e o processo de reciclagem atmosférica das águas ........................................................................................................................................ 12 Figura 2.3 - Esquema simplificado de uma lagoa facultativa........................................... 33 Figura 2.4 - Fluxograma típico de um sistema de lagoa facultativa................................. 34 Figura 2.5 - Curva de Valor Presente Líquido (VPL) em função da Taxa de Desconto demonstrando a faixa em que o VPL se torna nulo (TIR = 37%). ................................... 38 Figura 2.6 - Gráfico do histórico da área de plantios de eucalipto no Brasil, 2006-2012. 43 Figura 2.7 - Biomassa de E. globulus aos 6 anos (Mg.ha-1). ........................................... 47 Figura 3.1 - Localização do município de Franca/SP e da UGRHI 08. ............................ 59 Figura 3.2 - Imagem aérea com a localização da área experimental .............................. 60 Figura 3.3 - Limpeza da área experimental (retirada do milho) ....................................... 61 Figura 3.4 - Aplicação de herbicida na área do experimento .......................................... 62 Figura 3.5 - Representação das linhas equipotenciais e sentido de fluxo da água subterrânea ..................................................................................................................... 63 Figura 3.6 - Delineamento experimental implantado ....................................................... 64 Figura 3.7 - Abertura dos sulcos para adubação na área de plantio de eucalipto ........... 65 Figura 3.8 - Mudas de eucalipto utilizadas na pesquisa .................................................. 66 Figura 3.9 - Representação esquemática de uma parcela .............................................. 67 Figura 3.10 - Plantio de eucalipto na área experimental ................................................. 67 Figura 3.11 - Poço de monitoramento de água subterrânea instalado no experimento .. 68 Figura 3.12 - Croqui do sistema de irrigação implantado na área experimental ............. 70 Figura 3.13 - Reservatórios de água e efluente implantados na pesquisa ...................... 71 Figura 3.14 - Esquema dos coletores de drenagem ........................................................ 72 Figura 3.15 - Instalação de um coletor no experimento. Colégio Agrícola, Franca/SP ... 73 Figura 3.16 - Curva de retenção de água do solo para profundidade de 0,00 a 0,20 m. 78 Figura 3.17 - Curva de retenção de água do solo para profundidade de 0,60 a 0,80 m. 78 Figura 3.18 - Pluviômetro instalado próximo à área experimental ................................... 79 Figura 3.19 - Tensiômetro instalado na área experimental ............................................. 82 xviii Figura 3.20 - Fluxograma e foto aérea da ETE City Petrópolis, operada pela SABESP . 83 Figura 3.21 - Represa utilizada como fonte de água limpa ............................................. 84 Figura 3.22 - Medição do DAP do caule do eucalipto ..................................................... 89 Figura 3.23 - Coleta do percolado armazenado no coletor de drenagem livre ................ 90 Figura 3.24 - Eucalipto empilhado para aferição do volume ........................................... 91 Figura 3.25 - Representação esquemática da comparação dos cenários da análise econômica ....................................................................................................................... 94 Figura 4.1 - Comparação dos volumes médios de madeira produzidos nos tratamentos por hectare .................................................................................................................... 102 xix LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 - Área irrigada (ha) com efluentes sanitários em alguns países .................... 10 Tabela 2.2 - Produtividade de culturas irrigadas com esgotos sanitários (t.ha-1) ...... 11 Tabela 2.3 - Comparação qualitativa das águas residuais dos sistemas de disposição no solo .................................................................................................................................. 15 Tabela 2.4 - Preços Unitários Básicos (PUBs) da UGRHI 08.......................................... 30 Tabela 2.5 - Coeficientes ponderadores para captação, extração e derivação: .............. 30 Tabela 2.6 - Coeficientes ponderadores para consumo: ................................................. 31 Tabela 2.7 - Coeficientes ponderadores para diluição, transporte e assimilação de efluentes (carga lançada): ............................................................................................... 31 Tabela 2.8 - Vantagens e desvantagensdo sistema de tratamento de esgoto por lagoa facultativa ........................................................................................................................ 34 Tabela 2.9 - Eficiência das lagoas facultativas primárias ................................................ 35 Tabela 2.10 - Área e distribuição de plantios florestais com eucalipto no Brasil, 2012 ... 44 Tabela 2.11 - Quantidade de água necessária durante um ano...................................... 45 Tabela 2.12 - Comparação entre o consumo de água e a produção de biomassa do eucalipto e outras culturas .............................................................................................. 45 Tabela 2.13 - Crescimento médio das árvores de eucaliptos, plantados em 1998, com e sem resíduos de colheita e/ou adição de resíduo celulósico, em solo de textura média, em Mogi Guaçu - SP. ...................................................................................................... 48 Tabela 2.14 - Custos de Implantação e Manutenção de Cultura de Eucalipto no Estado de São Paulo (R$.ha-1). ................................................................................................... 52 Tabela 2.15 - Custos de Implantação e Manutenção de Cultura de Eucalipto ................ 53 (R$.ha-1) .......................................................................................................................... 53 Tabela 2.16 - Variação de preços da água de reúso e potável em alguns países (dólares/metro cúbico) ..................................................................................................... 55 Tabela 2.17 - Custos da irrigação de cultura de eucalipto (R$.ha-1). .............................. 56 Tabela 3.1 - Resultados das perfurações de sondagem ................................................. 62 Tabela 3.2 - Formas de irrigação e adubação dos tratamentos implantados .................. 64 xx Tabela 3.3 - Resultados das análises de fertilidade do solo e metais em amostras na área experimental. ........................................................................................................... 74 Tabela 3.4 - Resultados das análises granulométricas de amostras de solo .................. 74 Tabela 3.5 - Resultados da porosidade e da densidade solo .......................................... 75 Tabela 3.6 - Resultados da densidade do solo ............................................................... 76 Tabela 3.7 - Resultados da determinação da capacidade de retenção de água no solo 77 Tabela 3.8 - Resumo da pluviometria e das lâminas de irrigação ................................... 80 Tabela 3.9 - Caracterização da água da represa ............................................................ 85 Tabela 3.10 - Caracterização do afluente da ETE City Petrópolis ................................... 86 Tabela 4.1 – Síntese da estatística descritiva da produtividade de eucalipto nos tratamentos ................................................................................................................... 101 Tabela 4.2 – Síntese da análise de Variância pelo método Tukey (5%) ....................... 104 Tabela 4.3 - Receita por hectare obtida em cada tratamento com venda do eucalipto – Ano Base 2014 .............................................................................................................. 105 Tabela 4.4 - Áreas necessárias de cada tratamento para absorver o esgoto gerado na ETE City Petrópolis ....................................................................................................... 107 Tabela 4.5 - Custos de planejamento para implantação da cultura de eucalipto para absorção do efluente gerado na ETE City Petrópolis (Cenário 2) – Ano Base 2014..... 107 Tabela 4.6 - Custos de pré-plantio da cultura de eucalipto para absorção do efluente gerado na ETE City Petrópolis (Cenário 2) – Ano Base 2014 ....................................... 108 Tabela 4.7 - Custos de plantio da cultura de eucalipto para absorção do efluente gerado na ETE City Petrópolis (Cenário 2) – Ano Base 2014 ................................................... 108 Tabela 4.8 - Custos de manutenção da cultura de eucalipto por hectare nos cenários 2, 3 e 4 – Ano Base 2014 ..................................................................................................... 109 Tabela 4.9 - Custos de manutenção da cultura de eucalipto para absorção do efluente gerado na ETE City Petrópolis (Cenários 2) - Ano Base 2014 ...................................... 109 Tabela 4.10 - Custos de arrendamento da terra para absorção do efluente gerado na ETE City Petrópolis (Cenário 2) – Ano Base 2014 ........................................................ 110 Tabela 4.11 - Investimentos do cenário 2 para implantação do sistema de irrigação para absorver o efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 .......................... 111 xxi Tabela 4.12 - Custos com energia elétrica do cenário 2 para irrigação de 1 hectare – Ano Base 2014 ..................................................................................................................... 112 Tabela 4.13 - Custos com energia elétrica do cenário 2 para aplicar o efluente gerado na ETE City Petrópolis na irrigação da cultura de eucalipto – Ano Base 2014 .................. 112 Tabela 4.14 - Custos com mão de obra para irrigação, cenário 2, para aplicar o efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 .......................................................... 113 Tabela 4.15 - Custo anual com manutenção do sistema de irrigação, cenário 2, para aplicar o efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 .............................. 114 Tabela 4.16 - Despesas anuais com a cobrança pelo uso dos recursos hídricos no cenário 2 - Ano Base 2014 ............................................................................................ 116 Tabela 4.17 – Custo de execução dos poços e despesas anuais com o monitoramento ambiental das águas subterrâneas considerando aplicação do efluente gerado na ETE City Petrópolis - cenário 2 (Ano Base 2014).................................................................. 119 Tabela 4.18 - Resumo dos investimentos iniciais por hectare dos cenários 2, 3 e 4 – Ano Base 2014 ..................................................................................................................... 122 Tabela 4.19 - Custos por hectare de cada ciclo da cultura de eucalipto dos cenários 3 e 4 – Ano Base 2014 ........................................................................................................... 123 Tabela 4.20 - Custos por hectare de cada ciclo da cultura de eucalipto do cenário 2 – Ano Base 2014 .............................................................................................................. 124 Tabela 4.21 - Resumo dos custos por hectare de cada ciclo da cultura de eucalipto dos cenários 2, 3 e 4 - Valores históricos - Ano Base 2014 ................................................. 125 Tabela 4.22 - Receitas de cada ciclo da cultura de eucalipto obtidas por hectare dos cenários 2, 3 e 4 – Ano Base 2014 ............................................................................... 126 Tabela 4.23 - Fluxo de caixa por hectare do cenário 2 – Ano Base 2014 ..................... 127 Tabela 4.24 - Fluxo de caixa por hectare do cenário 3 – Ano Base 2014 ..................... 128 Tabela 4.25 - Fluxo de caixa por hectare do cenário 4 – Ano Base 2014 ..................... 128 Tabela 4.26 - Resumo dos valores do VPL e da TIR dos cenários 2, 3 e 4 – Ano Base 2014 ..............................................................................................................................129 Tabela 4.27 - Investimentos iniciais dos cenários 1 e 2 considerando todo efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 .......................................................... 131 xxii Tabela 4.28 - Custos dos cenários 1 e 2 durante um ciclo da cultura de eucalipto, considerando todo efluente gerado na ETE City Petrópolis - Ano Base 2014 .............. 132 Tabela 4.29 - Resumo dos custos dos cenários 1 e 2, durante um ciclo da cultura de eucalipto, considerando todo efluente gerado na ETE City Petrópolis - Valores históricos (Ano Base 2014) ........................................................................................................... 134 Tabela 4.30 - Receitas de cada ciclo da cultura de eucalipto obtidas nos tratamentos do cenário 2 – Ano Base 2014 ........................................................................................... 135 Tabela 4.31 - Fluxo de caixa do cenário 1, considerando todo efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 ................................................................................... 135 Tabela 4.32 - Fluxo de caixa do cenário 2, considerando todo efluente gerado na ETE City Petrópolis – Ano Base 2014 ................................................................................... 136 Tabela 4.33 - Resumo dos valores do VPL e TIR dos cenários 1 e 2 – Ano Base 2014 ...................................................................................................................................... 137 xxiii LISTA DE SÍGLAS ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANA Agência Nacional das Águas APP Área de Preservação Permanente CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CBH/SMG Comitê da Bacia Hidrográfica do Sapucaí-Mirim/Grande CEF Caixa Econômica Federal CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNRH Conselho Nacional de Recursos Hídricos CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente CRH Conselho Estadual de Recursos Hídricos DAEE Departamento de águas e Energia Elétrica DAP Diâmetro à Altura do Peito DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DEFOFO Diâmetro Equivalente aos de Ferro Fundido DQO Demanda Química de Oxigênio EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ETE Estação de Tratamento de Esgoto FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FEAGRI Faculdade de Engenharia Agrícola FEC Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo FEHIDRO Fundo Estadual de Recursos Hídricos FIESP Federação das Indústrias do Estado de São Paulo FINEP Financiadora de Estudos e Projetos FNDCT Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico xxiv GPS Global Positioning System OMS Organização Mundial da Saúde pH Potencial Hidrogeniônico PROSAB Programa de Pesquisas em Saneamento Básico PUB Preço Unitário Básico PUF Preço Unitário Final PVC Policloreto de Vinila RECOOP Programa de Revitalização de Cooperativas de Produção Agropecuária SABESP Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo SS /SSV /SSF Sólidos Suspensos / Voláteis / Fixos ST Sólidos Totais / Voláteis / Fixos TDH Tempo de detenção hidráulico TIR Taxa Interna de Retorno UGRHI Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos UNICAMP Universidade Estadual de Campinas USEPA United States Environmental Protection Agency UTM Universal Transverse Mercator VCP Votorantim Celulose e Papel VPL Valor presente líquido WHO World Health Organization 1 1. INTRODUÇÃO A agricultura demanda cerca de 70% de toda água consumida no planeta, sendo a irrigação responsável pela maior parcela desse valor. Com o crescimento populacional e a redução crescente de áreas cultiváveis, faz-se necessário desenvolver tecnologias no intuito de aperfeiçoar o processo produtivo, ou seja, produzir mais em menos área. Nesse sentido a irrigação tem um papel fundamental, pois proporciona um aumento considerável na produtividade da cultura. A escassez de água é sem dúvida um fator que limita o desenvolvimento econômico e social de uma região. A redução da disponibilidade hídrica, agravada pela redução de oferta de água ocasionada principalmente pela deterioração da qualidade dos mananciais, devido ao lançamento de poluentes, também pode gerar conflitos entre os diversos usos. Diante desse panorama a utilização de efluentes sanitários na irrigação de culturas agrícolas tornou-se uma alternativa a ser analisada, pois por meio desse processo, pode se liberar as águas de cursos naturais para fins mais nobres, além de permitir o aproveitamento dos nutrientes presentes no esgoto no desenvolvimento da planta. A utilização de efluente na irrigação de culturas deve atender a duas premissas básicas: a sanitária, que tem por finalidade a depuração do esgoto sem que ocorra a contaminação do ambiente, e a agronômica, que objetiva o aproveitamento da água e dos nutrientes presentes no efluente pela planta. No entanto, para que o sistema de irrigação tenha um bom desempenho, no que tange à produtividade e a conservação do ambiente, alguns cuidados devem ser tomados com relação à implantação e à operação do sistema. É especialmente importante escolher plantas adequadas para a irrigação com efluente, assim como 2 dimensionar o projeto de irrigação, de modo a manter condições sanitárias mínimas, reduzindo, assim, o risco de contaminação do ambiente. Nesse contexto, a cultura de eucalipto apresenta boas condições para irrigação com esgotos sanitários, pois diante da necessidade de madeira para os mais diversos fins e das questões ecológicas relacionadas à utilização das florestas nativas, o cultivo dessa cultura tornou-se uma alternativa para suprir a demanda crescente de madeira. Além do mais, o cultivo do eucalipto é bastante simples e requer pouca mão-de-obra, o que minimiza a exposição de trabalhadores, reduzindo os riscos à saúde humana provenientes do reúso. Outro aspecto positivo é o fato da cultura de eucalipto estar em plena expansão no Brasil, principalmente no estado de São Paulo. Um sistema de tratamento de efluentes deve atender a legislação em relação a dois aspectos. O primeiro refere-se à qualidade dos efluentes e está diretamente relacionado à eficiência do processo empregado. O segundo está relacionado ao corpo receptor, com sua capacidade individual de assimilar cargas poluidoras, resultante de suas características naturais, e da qualidade desejada para as suas águas, função dos usos desejados para elas. Há casos em que o sistema de tratamento de efluentes atende o padrão de lançamento, mas não atende a qualidade requerida pelo corpo receptor. Nessas situações, são necessárias obras de melhorias na estação de tratamento, visando aumentar a eficiência do processo ou obras de afastamento dos efluentes no intuito de alcançar um corpo receptor com mais vazão e, consequentemente, com maior capacidade de depuração. Na maioria das vezes essas obras requerem elevados investimentos. A aplicação de esgotos tratados na irrigação de culturas é uma forma de resolver esse problema, pois no período estiagem em que o corpo receptor tem baixa vazão, o efluente pode ser totalmente absorvido na irrigação. Já no período de chuvas, 3 quando a irrigação pode ser reduzida ou paralisada, o corpo receptor possui maior vazão, ou seja, maior capacidade de depuração. A aplicação de esgotos na irrigação de culturas é uma forma proteger o ambiente e uma alternativa para aumentar a disponibilidadehídrica e a produção agrícola. Porém, é necessário verificar se a utilização do efluente é viável do ponto de vista econômico-financeiro, pois só assim será possível convencer os empreendedores a adotar tal tecnologia. Para se avaliar economicamente os projetos de reúso, é preciso o levantamento dos custos adicionais e dos benefícios proporcionados pelo empreendimento. Há várias ferramentas para se avaliar economicamente um projeto, sendo que uma das formas mais utilizadas é o ajuste dos custos marginais e dos benefícios ao valor presente, a uma taxa de desconto real, projetando o sistema de maneira que a relação benefício/custo seja superior à unidade. Outra possibilidade é a de determinar a taxa interna de retorno do projeto, e verificar se ela é competitiva. No estudo, buscaram-se respostas às seguintes hipóteses: 1 - Se a aplicação de efluente aumenta a produtividade da planta; 2 - Se a aplicação de efluente na cultura de eucalipto é viável economicamente. Esta pesquisa fez parte de uma rede de projetos de editais do RECOOP/REENGE/PROSAB, projetos temáticos, tema 2, apoiados pela FINEP- FNDCT, CNPq, FAPESP e CEF, com a participação de diversas universidades brasileiras, de cujos editais a FEC/UNICAMP participou. O experimento em questão contou com vários outros pesquisadores, desenvolvendo Dissertações de Mestrado e Teses de Doutorado, contemplando, além dos objetivos da presente pesquisa, conduzida pelo autor, o monitoramento da qualidade da água subterrânea e a avaliação da qualidade da água percolada. 4 1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo Geral O objetivo geral do estudo foi avaliar o incremento de produtividade e a viabilidade econômica da cultura de eucalipto ao receber irrigação com efluentes sanitários, provenientes do sistema de tratamento por lagoas de estabilização, conciliando os critérios e padrões de projeto da Engenharia Sanitária e da Engenharia Agronômica. 1.1.2 Objetivos Específicos A pesquisa teve como objetivos específicos: 1. Avaliar o incremento de produtividade do eucalipto devido à aplicação de efluente tratado e água natural na irrigação da cultura; 2. Pesquisar custos de implantação e operação de projetos de reúso de água; 3. Avaliar a viabilidade de aplicação de efluente tratado e água natural na irrigação da cultura de eucalipto, considerando o interesse do agricultor, por meio das ferramentas de análise econômica (VPL e da TIR); 4. Avaliar a viabilidade de aplicação de efluente tratado na irrigação da cultura de eucalipto, considerando o interesse do operador do sistema de saneamento, por meio das ferramentas de análise econômica (VPL e da TIR); 5. Desenvolver indicadores de custos que facilitem a avaliação econômica de futuros projetos de reuso. 5 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Reúso da Água No mundo, 70% da água é utilizada pelas atividades agrícolas, 20% pelas indústrias e 10% refere-se ao consumo doméstico e municipal (REBOUÇAS, 2001). No Brasil, segundo o relatório de conjuntura dos recursos hídricos do ano de 2011 da ANA (Agência Nacional de Águas), a irrigação é responsável por 69% do consumo consuntivo (usos nos quais parte da água captada é consumida no processo produtivo, não retornando ao curso de água), conforme pode ser observado na Figura 2.1. Estima-se que no Brasil exista cerca de 4,6 milhões de hectares de área irrigada. Figura 2.1 - Demandas Consuntivas no País (Fonte: ANA, 2011) 6 Conforme a USEPA (2004), já existem, ao redor do mundo, muitas comunidades que estão se aproximando ou já alcançaram seus limites de suprimento de água disponível. Segundo a FIESP (2009), no estado de São Paulo há regiões com graves problemas de escassez e de poluição, resultando em conflitos entre os diversos tipos de usuários (agrícolas, urbanos, de navegação, de geração de energia, industriais e de abastecimento público). Nesse cenário, o reúso da água pode representar uma alternativa para a mitigação dos problemas de escassez. Segundo Mierzva et al. (2005), pode-se definir reúso da água como “uso de efluentes tratados para fins benéficos, tais como irrigação, uso industrial e fins urbanos não potáveis”. Reutilizar águas residuárias não é novidade, já que isso vem ocorrendo no mundo há muito tempo. Existem registros de que na Grécia Antiga já se utilizavam os esgotos sanitários na irrigação de culturas (CETESB, 2008). A reutilização da água proporciona a liberação de fontes de boa qualidade para usos mais prioritários, como por exemplo, o abastecimento público. A redução de 10% na fração destinada à irrigação, liberaria água suficiente para, grosseiramente, duplicar o consumo doméstico em âmbito mundial (MANCUSO et al., 2003). Além disso, o uso de esgotos contribui para a conservação dos recursos e acrescenta uma dimensão econômica ao planejamento dos recursos hídricos. A prática do reúso, atualmente muito discutida, posta em evidência e já utilizada em alguns países é baseada no conceito de substituição de mananciais. Tal substituição é possível em função da qualidade requerida para um uso específico. Dessa forma, grandes volumes de água potável podem ser poupados pelo reúso 7 quando se utiliza água de qualidade inferior (geralmente efluentes pós-tratados) para atendimento das finalidades que podem prescindir desse recurso dentro dos padrões de potabilidade. Segundo a CETESB (2008), a reutilização de água pode ser direta ou indireta, decorrente de ações planejadas ou não: Reúso indireto não planejado da água: ocorre quando a água, utilizada em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e novamente utilizada a jusante, em sua forma diluída, de maneira não intencional e não controlada. Caminhando até o ponto de captação para o novo usuário, a mesma está sujeita às ações naturais do ciclo hidrológico (diluição e autodepuração). Reúso indireto planejado da água: ocorre quando os efluentes, depois de tratados, são descarregados de forma planejada nos corpos de águas superficiais ou subterrâneas, para serem utilizados a jusante, de maneira controlada, no atendimento de algum uso benéfico. O reúso indireto planejado da água pressupõe que exista também um controle sobre as eventuais novas descargas de efluentes no caminho, garantindo assim que o efluente tratado estará sujeito apenas a misturas com outros efluentes que também atendam ao requisito de qualidade do reúso objetivado. Reúso direto planejado das águas: ocorre quando os efluentes, depois de tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do reúso, não sendo descarregados no meio ambiente. Dentre os possíveis usos da água reciclada podem-se destacar entre outros (CETESB, 2008): Irrigação paisagística: parques, cemitérios, campos de golfe, faixas de domínio de auto-estradas, campus universitários, cinturões verdes e gramados residenciais; 8 Irrigação de campos para cultivos: plantio de forrageiras, plantas fibrosas e de grãos, plantas alimentícias, viveiros de plantas ornamentais e proteção contra geadas; Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras e água de processamento; Recarga de aquíferos: recarga de aquíferos potáveis, controle de intrusão marinha e controle de recalques de subsolo; Usos urbanos não-potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos sanitários, sistemas de ar condicionado, lavagem de veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc; Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos, terras alagadas e indústrias de pesca; Usos diversos: aquicultura,construções, controle de poeira e dessedentação de animais. Diante da escassez de água em quantidade e qualidade em algumas regiões do mundo, o reúso de águas residuárias tem um papel fundamental no planejamento e na gestão sustentável dos recursos hídricos, como um substituto para o uso de águas destinadas a fins agrícolas, industriais, entre outros. Nesse contexto, a agricultura, setor que utiliza a maior quantidade de água, é um potencial usuário para o efluente, e a cultura de eucalipto apresenta condições favoráveis para sua aplicação. Ressalta-se que na estação das chuvas a irrigação pode ser reduzida ou até mesmo paralisada. Dessa forma, o sistema de tratamento de efluentes deve ser projetado para atender os padrões de lançamento exigidos pela legislação, pois no caso do sistema de reúso não absorver todo efluente, este possa ser lançado no corpo receptor. Cabe lembrar que no período chuvoso a vazão dos corpos d´água é maior, sendo assim o poder de autodepuração também é ampliado, minimizando assim o impacto do lançamento de efluentes no corpo receptor. 9 2.2 Disposição de Efluentes no Solo A disposição de efluentes no solo é um processo natural de realizar o tratamento de efluentes. Atualmente essa tecnologia já se disseminou em grande parte mundo e vem sendo estudada e aprimorada por meio de diversas pesquisas voltadas a aperfeiçoar o processo. Os sistemas podem funcionar como forma de disposição final ou tratamento, podendo também ser realizado ambos. De acordo com Souza (2004), a falta de uma gestão adequada dos recursos hídricos e a incipiência no desenvolvimento de tecnologias, para a obtenção de novas fontes de fornecimento de água, prejudicarão a produção de alimentos, atividade que demanda enorme quantidade de água. Isso se deve ao fato de que o incremento da produção não pode mais ser absorvido apenas pela expansão da área cultivada, pois com algumas exceções as terras aráveis tendem a ficar mais limitadas. Segundo Hespanhol (2001), a agricultura utiliza a maior quantidade de água, podendo representar até 80% do uso consuntivo em alguns países. O uso agrícola pode tolerar águas de qualidade mais baixa que a indústria e o uso doméstico. É, portanto, inevitável que ocorra uma tendência para encontrar na agricultura uma solução para os problemas relacionados à eliminação de efluentes. Nesse contexto a utilização de esgoto na irrigação torna-se uma fonte confiável, na maioria das vezes, pois sua geração é frequente durante todo o ano e também pelo fato de conter nutrientes necessários para o desenvolvimento da planta (WHO, 2006). Em regiões áridas como Israel e Líbano o reúso de efluentes tem sido uma alternativa para reduzir o consumo de água na agricultura. O índice de esgoto aplicado na irrigação em Israel alcança aproximadamente 75% do volume gerado (WHO, 2006). No Vale Mezquital (localizado no México), onde residem aproximadamente 21 milhões de habitantes e que são produzidos aproximadamente 40 m3 s-1 de esgoto, os 10 efluentes tratados estão sendo aplicados na irrigação de 85.000 hectares de culturas como milho, arroz, tomate, forragem de aveia e alfafa. Essa aplicação tem propiciado aumento na produtividade agrícola da região (LANDA et al., 1997). A Tabela 2.1 apresenta a área irrigada com efluentes sanitários em vários países do mundo. Tabela 2.1 - Área irrigada (ha) com efluentes sanitários em alguns países País Área Irrigada (ha) Argentina 37.000 Austrália 10.000 Alemanha 28.000 África do Sul 1.800 Arábia Saudita 4.400 Bahrain 800 Chile 16.000 China 1.330.000 Estados Unidos 14.000 Índia 73.000 Israel 10.000 Kuwait 12.000 México 250.000 Peru 4.300 Sudão 2.800 Tunísia 7.300 Total 1.801.400 Fonte: BASTOS (2003) Segundo Mota et al. (2009), os maiores benefícios da utilização de efluentes na agricultura são associados aos aspectos econômicos, ambientais e de saúde pública. Pesquisas efetuadas em diversos países confirmam que a produtividade agrícola aumenta significativamente em sistemas de irrigação com esgotos adequadamente administrados. 11 Na Tabela 2.2 são apresentados os valores de produtividade de diferentes culturas, irrigadas com efluentes e água mais adubação. Tabela 2.2 - Produtividade de culturas irrigadas com esgotos sanitários (t.ha-1) Irrigação com Trigo a Batata a Algodão a Sorgo b Milho b Girassol b Efluente primário 3,45 20,78 2,3 8,7 8,9 2,2 Efluente lagoa estabilização 3,45 22,31 2,41 8,6 8,6 2,3 Água + NPK c 2,7 17,16 1,71 9,1 8,1 1,9 Fonte: a Feigin et. al. (1991) e b Marecos do Monte e Mara (1987), Citados por Bellingieri (2005), c Nitrogênio, fósforo e potássio De acordo com Hespanhol (2001), a aplicação de efluentes na agricultura quando adequadamente planejada e administrada propicia ganhos ambientais e nas condições de saúde, entre as quais: Minimização das descargas de esgotos em corpos de água; Preservação dos recursos subterrâneos, principalmente em áreas onde a utilização excessiva de aqüíferos provoca intrusão de cunha salina ou subsidência de terrenos; Conservação do solo, pela acumulação de húmus, e aumento da resistência à erosão; Aumento da concentração de matéria orgânica do solo, possibilitando maior retenção de água; Aumento da produção de alimentos, principalmente em áreas carentes, elevando, desta forma, os níveis de saúde, qualidade de vida e condições sociais de populações associadas aos esquemas de reúso. O sistema de tratamento de efluentes no solo é realizado por meio de processos físicos: sedimentação, filtração, radiação, volatilização e desidratação; químicos: por meio de reações de oxidação e redução, precipitação, adsorção e troca iônica; e biológicos: absorção, biodegradação e predação. Basicamente são os mesmos 12 processos que ocorrem em um sistema de tratamento convencional, com uma única diferença, nesse caso o sistema solo-planta é o único reator. Com a disposição do efluente no solo, o sistema solo-planta tende a estabilizar o esgoto sanitário, protegendo os corpos d´água a jusante, além de o esgoto fornecer nutrientes para o desenvolvimento da planta (CORAUCCI FILHO et al., 1999). Na Figura 2.2 é apresentado o ciclo do efluente no solo e o processo de reciclagem atmosférica das águas. O efluente é aplicado, parte dele é perdida na evaporação e na evapotranspiração; parte é infiltrada no solo, podendo recarregar os lençóis subterrâneos; e parte do efluente pode drenar para os mananciais superficiais. Figura 2.2 - Ciclo do efluente no solo e o processo de reciclagem atmosférica das águas (Fonte: Adaptado de USEPA, 1981) De acordo com Coraucci Filho et al. (1999), as técnicas de pós-tratamento de efluentes de estações de tratamento de esgotos sanitários, por meio da disposição controlada no solo, têm se mostrado um método eficaz e apropriado, porque apresentam uma série de vantagens, incluindo o baixo custo, os benefícios da revitalização do solo para nutrição vegetal e, principalmente, a proteção dos corpos d’água naturais e da saúde pública. 13 Cabe ressaltar que a aplicação de efluentes no solo não pode ser encarada de forma indiscriminada, sem critérios. Deve haver, conforme Coraucci Filho (1998), um elo perfeito entre a Engenharia Sanitária e a Engenharia de Irrigação, de forma que o esgoto seja tratado no solo, evitando: a contaminação do lençol freático, a saturação em nutrientes e metais potencialmente tóxicos no solo, entre outros. Desse modo faz-se necessário selecionar plantas adequadas para destinaçãodos efluentes, assim como dimensionar o projeto de irrigação corretamente, de modo a manter as condições sanitárias mínimas para mitigar os impactos ao ambiente (HARUVY,1997 e VIEIRA, 1995). 2.2.1 Sistemas de tratamento de efluentes no solo Segundo Kruzic (1997), dentre os sistemas de tratamento de efluentes no solo, podem-se destacar os seguintes métodos: Infiltração Rápida: o esgoto é infiltrado no terreno com alta velocidade, o que proporciona uma alta taxa de aplicação do efluente no solo. A vegetação existente na área não consegue absorver todo o esgoto aplicado, sendo, portanto, até dispensável em alguns casos. A disposição dos efluentes é feita por inundação, em terrenos que apresentem baixas declividades e alta permeabilidade. São necessárias camadas de solos com elevada espessura, com objetivo de proteger a qualidade da água subterrânea. Para restabelecer as condições aeróbias do solo faz-se necessário seccionar o terreno em módulos, definindo rodízios de aplicação. Segundo Paganini (1997), a contaminação da superfície do solo pode ser evitada por meio de um pré- tratamento do efluente por decantação primária. Infiltração Lenta (Irrigação): tem finalidade agrícola, sendo aplicado efluente sobre o solo em taxas compatíveis com o desenvolvimento da planta. Conforme Araújo (1998) o termo “infiltração lenta” também é utilizado quando o esgoto é aplicado com uma baixa taxa, apresentando lenta infiltração. Para que seja evitada a contaminação das águas subterrâneas, o esgoto deve ser aplicado em solos relativamente permeáveis e 14 que apresentem uma espessa camada acima do lençol freático. Segundo a USEPA (1981), esse sistema atinge um elevado nível de tratamento dos efluentes. De acordo com Paganini (1997), o processo de infiltração lenta pode ser realizado por meio de cinco formas de aplicação: 1) Por aspersão: O efluente é conduzido por meio de tubulações pressurizadas, utilizando-se bombas ou carga hidráulica disponível, até os aspersores que realizam a dispersão dos esgotos na área a ser irrigada. É mais eficiente, pois é possível obter uma boa uniformidade na aplicação, porém, apresenta um custo elevado por necessitar de bombas (para manter a pressão elevada), aspersores e mão-de-obra qualificada. Segundo Araújo (1998), a irrigação por aspersão pode gerar alguns inconvenientes, como a formação de aerossóis que podem causar problemas de saúde e o entupimento frequente dos aspersores, necessitando de um tratamento preliminar dos efluentes. 2) Por Irrigação em Sulcos e Canais: a aplicação é efetuada por gravidade e a infiltração se dá a partir de sulcos e canais por onde o esgoto escoa. Esse sistema é fácil de operar e possui um custo baixo (PAGANINI, 1997). 3) Por Inundação: o esgoto é aplicado alagando o terreno e a área de aplicação deve ser plana. O efluente é disposto numa profundidade adequada ao volume de rega, determinado por meio da escolha do solo e da vegetação. A vegetação utilizada deve ser resistente à toxidade. Apresenta baixo custo de execução e manutenção (PAGANINI, 1997). 4) Por Gotejamento: os efluentes são aplicados por meio de tubulações com orifícios de diâmetros reduzidos, permitindo o gotejamento uniforme ao longo de toda a sua extensão, diretamente sobre o sistema radicular da planta. Esse tipo de aplicação proporciona o controle do crescimento de ervas indesejáveis e não produz aerossóis. O sistema por gotejamento apresenta como desvantagem a possibilidade de constantes entupimentos dos furos (CINTRA FILHO, 2008). 5) Por Infiltração Subsuperficial: O efluente através de meios porosos ou tubulações de drenagem é aplicado abaixo do nível do terreno. A depuração dos efluentes se dá através da infiltração do mesmo no solo (ARAÚJO, 1998). 15 Escoamento Superficial: consiste na aplicação do efluente na parte superior de um plano inclinado, com baixa permeabilidade e declividade entre 2 a 8%. Nesse sistema, os esgotos escoam até a parte inferior do plano, sendo recolhidos e conduzidos até um corpo receptor (PAGANINI, 1997). 2.2.2 Desempenho dos sistemas de tratamento de efluentes no solo Na Tabela 2.3 é apresentado um resumo comparativo da qualidade esperada para o efluente final nos respectivos métodos de tratamento por disposição no solo. Tabela 2.3 - Comparação qualitativa das águas residuais dos sistemas de disposição no solo Atributo Infiltração Lenta (após 1,5 m de solo) Infiltração Rápida (após 4,5 m de solo) Escoamento Superficial (após 45 m de escoamento) DBO (mg L-1) < 5 < 5 < 15 SST (mg L-1) < 5 < 5 < 20 N-NH4 -2 (mg L-1) < 5 < 2 < 2 N-total (mg L-1) < 5 < 20 < 5 P-total (mg L-1) < 0,30 < 5 < 6 Fonte: METCALF & EDDY (1991) De acordo com estudos realizados em Limeira-SP, em uma pesquisa desenvolvida por meio da irrigação de milho com efluente de lagoa anaeróbia, utilizando sulcos de infiltração, com três lâminas, sendo de 0,20; 0,40 e 0,60 m, respectivamente, onde foram monitorados os lixiviados nas profundidades de 0,25; 0,50 e 0,75 m, através de coletores de drenagem livre, verificaram-se os seguintes resultados (SILVA, 2003): Em relação ao nitrato, 50% dos resultados no perfil do solo (na 2a safra) ultrapassaram o limite de 10 mg L-1 em N, estabelecido pela Portaria no 2.914, datada de 12/12/2011, do Ministério da Saúde que define os parâmetros de potabilidade da água. Porém, cabe ressaltar que as amostras foram monitoradas até uma profundidade de 0,75 m, dessa forma, não houve como concluir que ocorreu a contaminação do lençol freático. O estudo também apontou que a 16 lixiviação do nitrato é mais freqüente a partir do instante em que a demanda hídrica da planta tende a diminuir; Os resultados de DQO analisados no perfil do solo resultaram em uma eficiência média de 95% de remoção em relação ao efluente aplicado; 75% dos resultados de DBO dos coletores encontram-se na faixa prevista (de 2 a 5 mgO2L -1); Redução média de 65% da concentração de coliformes totais e fecais. Em outra pesquisa desenvolvida em Franca-SP, também realizada por meio da irrigação de milho (por sulcos de infiltração), com efluente proveniente de lagoa anaeróbia, a eficiência média na remoção de DBO nos percolados coletados a 0,50 m de profundidade, foi próxima a 85%. Já em relação ao nitrato, verificou-se um valor médio de 16,60 mg L-1 onde foi aplicado o efluente desinfectado e 12,10 mg L-1 nos locais de aplicação do efluente sem desinfecção (CINTRA FILHO, 2008). São escassos na literatura registros referentes à irrigação de eucalipto com água ou efluente, embora a cultura do eucalipto tenha incorporado alta tecnologia em seu sistema de produção, como o melhoramento genético, clonagem, adubação química e controle de doenças e pragas. Uma pesquisa desenvolvida pela Universidade Federal de Viçosa, utilizando efluente tratado de fabricação de celulose branqueada, na irrigação de eucalipto, apresentou uma eficiência de 50% na remoção de DBO, após 0,40 m de percolação. Os valores da concentração de sódio nos lixiviados chegaram a ser superiores à concentração do efluente, o que se justifica pela lixiviação de parte de sais anteriormente retida no solo (REZENDE et al., 2009). Outro registro de irrigação de eucalipto com efluentes ocorreu em Limeira-SP, em uma pesquisa na qual se aplicou o processo de tratamento de efluente de indústria cítrica no solo por meio de sulcos largos de infiltração, irrigando eucalipto da variedade 17 grandis, em uma área de dois hectares. O monitoramento do tratamento do efluente no solo se deu por meio da utilização de sondas de pontaporosa, coletores de drenagem livre (0,50 e 1,50 m de profundidade) e poços de observação. Verificaram-se os seguintes resultados nos coletores de drenagem livre (CARRARO, 1995): DQO - Comparando-se os valores do efluente bruto com os valores dos lixiviados dos coletores de drenagem livre, verificou-se uma eficiência média de remoção de 70% para os coletores de 0,50 m de profundidade e 77% para os coletores de 1,50 m; DBO - Os valores da DBO nas amostras coletadas dos coletores de drenagem livre sofreram uma redução significativa, principalmente aqueles situados a 1,50 m de profundidade, chegando à remoção de 95%, quando comparados com as análises feitas das amostras do efluente bruto; pH - Os valores de pH das amostras do efluente bruto analisados mantiveram-se na faixa de aproximadamente 10. Já os valores de pH dos coletores de drenagem Livre mantiveram uma média de 6,40 no coletor de 0,50 m e 6,87 no coletor de 1,50 m de profundidade. Uma pesquisa desenvolvida no norte da Flórida, teve como objetivo avaliar a remoção de Nitrogênio e Fósforo do efluente por meio da irrigação de culturas agrícolas. Foi aplicado efluente terciário a uma taxa de 98 m³.ha-1.dia-1 na irrigação por aspersão de culturas agrícolas, entre elas o eucalipto da espécie grandis. Devido a dois invernos rigorosos ocorreu um pequeno desenvolvimento da espécie grandis, isso prejudicou a avaliação da remoção dos nutrientes (MINOGUE et al., 2012). Na primeira e na segunda etapa desta pesquisa, que geraram as dissertações de mestrado do presente autor (VERONÊZ, 2009) e de Salomão (2012) foram verificadas as seguintes conclusões: 18 Os resultados de DBO e DQO demonstraram que o sistema solo-planta apresentou-se extremamente eficiente na remoção da matéria orgânica presente no efluente aplicado, sendo 95% para DBO e 93% para DQO; Ocorreu redução na população de bactérias E. coli (indicadora de poluição fecal), destacando-se que 42% dos resultados dos tratamentos irrigados com efluentes apresentaram densidades inferiores a 1 NMP/100 mL (LQ); A baixa concentração de metais pesados nos percolados devido às características do efluente aplicado e a alta capacidade do solo na retenção desses metais não interferiram na qualidade do lixiviado e, provavelmente, no desenvolvimento dos eucaliptos. 2.3 Regulamentações e Diretrizes para o Reúso da Água As regulamentações e diretrizes sobre o reúso da água, normalmente, foram estabelecidas devido à necessidade de adequação das práticas que já ocorrem ou que poderão ocorrer no futuro. Os critérios estabelecidos para a prática do reúso são baseados principalmente na proteção à saúde pública e ao meio ambiente. Normalmente esses critérios apresentam os tratamentos mínimos necessários, os padrões de qualidade exigidos para determinados usos, a eficiência exigida para o tratamento, a concepção dos sistemas de distribuição e o controle de uso de áreas (CROOK, 1998). Organizações internacionais têm se dedicado à recomendação de critérios de saúde para a utilização de efluentes sanitários. A OMS - Organização Mundial da Saúde editou, no ano de 2006, novas diretrizes sanitárias voltadas para o reúso de águas residuárias, “Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater” (WHO, 2006). 19 De acordo com Crook (1998), nos Estados Unidos cada estado é responsável por legislar sobre o reúso, não havendo regulamentação federal. Em 1918, a Califórnia foi pioneira na adoção de padrões para reúso em irrigação agrícola. A partir de então, são revisados seus padrões, acrescenta outros tipos de reúso possíveis e os tratamentos necessários. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA - United States Environmetal Protection Agency), publicou em 1992 diretrizes a fim de propiciar um direcionamento adequado aos estados que não possuíam regulamentação. Em 2000 foi revisado o Water Recycling Criteria com a apresentação dos usos e possibilidades de aplicação, em função do tratamento previsto para os efluentes (METCALF & EDDY, 2004). Outros estados americanos criaram suas próprias regulamentações a partir do reconhecimento do reúso como parte integrante da gestão de recursos hídricos. No ano de 2002, 25 estados adotaram normas relativas ao reúso da água, desses, 16 estados passaram a utilizar orientações ou padrões de projeto e 9 estados não tinham regulamentos ou orientações. Nestes últimos, os programas podem ser permitidos desde que baseados em estudos específicos de acordo com as diretrizes da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, documento publicado em 1992 e revisado em 2004 (USEPA, 2004). Com raras exceções, as diretrizes estabelecidas pela USEPA e recomendadas pela OMS têm servido de referência para elaboração de normas que regulam o reúso da água em diversos países, claro que com algumas adaptações devido a realidade do local. De acordo com Yoval e Misset (2004), no México as diretrizes para reúso de água são baseadas nas normas oficiais do país, considerando estudos epidemiológicos, condições econômicas locais, como estratégia para a conservação de água de outras fontes e aproveitamento de nutrientes e matéria orgânica. 20 Em Israel, no ano de 1965, o Ministério da Saúde estabeleceu normas visando permitir a utilização de efluentes sanitários provenientes do tratamento secundário na irrigação de vegetais que podem ser ingeridos crus (ASANO, 1998). Na Itália o monitoramento da qualidade das águas de reúso é rigoroso para que não ocorra contaminação dos recursos hídricos. A lei no 319/76 complementada pelos “Critérios, Metodologia e Padrões Técnicos Gerais” (ano de 1977) tratam do reúso agrícola, visando à proteção do solo utilizado e das culturas irrigadas com efluentes, estabelecendo padrões mínimos necessários em função das características das plantações (BONTOUX, 1998). Conforme Rodrigues (2005), na Tunísia os programas de reúso começaram na década de sessenta, sendo uma das poucas nações do Mediterrâneo que possui uma política federal de reúso implementada. A legislação proíbe irrigação de qualquer cultura que possa ser consumida crua ou cozida. Logo, os efluentes com tratamento secundário podem ser aplicados a uma série de culturas, com exceção das utilizadas como alimentos pelo homem. A qualidade das águas de reúso, segundo a lei na Tunísia, deve ser suficiente para evitar a transmissão de doenças. A França possui uma localização geográfica privilegiada em relação aos recursos hídricos, sendo considerada autossuficiente. No entanto, em algumas regiões do país, há déficit hídrico na relação demanda/disponibilidade. As indústrias, pressionadas pelos aumentos dos custos decorrentes de sua poluição, têm promovido a reciclagem da água que utilizam e consequentemente reduzindo seu consumo. No Brasil existem poucas referências de legislação e normas a respeito da utilização de efluentes na forma de reúso na agricultura. Umas dessas referências é a Resolução no 54, do CNRH (Conselho Nacional de Recursos Hídricos), datada de 28 de novembro de 2005, a qual estabelece modalidades, diretrizes e critérios gerais para a prática de reúso direto não potável de 21 água. Na resolução é definido que o reúso direto não potável de água, abrange as seguintes modalidades (BRASIL, 2006): I - reúso para fins urbanos: utilização de água de reúso para fins de irrigação paisagística, lavagem de logradouros públicos e veículos, desobstrução de tubulações, construção civil, edificações, combate a incêndio, dentro da área urbana; II - reúso para fins agrícolas e florestais: aplicação de água de reúso para produção agrícolae cultivo de florestas plantadas; III - reúso para fins ambientais: utilização de água de reúso para implantação de projetos de recuperação do meio ambiente; IV - reúso para fins industriais: utilização de água de reúso em processos, atividades e operações industriais; e, V - reúso na aqüicultura: utilização de água de reúso para a criação de animais ou cultivo de vegetais aquáticos. A Resolução CNRH no 54 também estabelece que as diretrizes, critérios e parâmetros específicos para as modalidades de reúso sejam estabelecidos pelos órgãos competentes. Na Resolução no 121, do CNRH (Conselho Nacional de Recursos Hídricos), datada de 16 de dezembro de 2010, foram estabelecidas diretrizes e critérios para a prática e reúso direto não potável de água na modalidade agrícola e florestal. A seguir são apresentadas algumas diretrizes e critérios definidos nessa resolução: As características físicas, químicas e biológicas para a água em todos os tipos de reúso para fins agrícolas e florestais deverão atender os limites definidos na legislação pertinente; A caracterização e o monitoramento periódico da água de reúso serão realizados de acordo com critérios definidos pelo órgão ou entidade competente; A aplicação de água de reúso para fins agrícolas e florestais não pode apresentar riscos ou causar danos ambientais e à saúde pública; 22 As concentrações recomendadas de elementos e substâncias químicas no solo, para todos os tipos de reúso para fins agrícolas e florestais, são os valores de prevenção que constam da legislação pertinente; A caracterização e o monitoramento periódico do solo que recebe a água de reúso serão realizados de acordo com critérios definidos pelo órgão competente; Qualquer acidente ou impacto ambiental, decorrente da aplicação da água de reúso que possa comprometer os demais usos da água no entorno da área afetada, deverá ser informado imediatamente ao órgão ou entidade competente e ao respectivo Comitê de Bacia Hidrográfica pelo produtor, distribuidor e usuário da água de reuso; Os métodos de análise para determinação dos parâmetros de qualidade da água e do solo devem atender às especificações normativas pertinentes. A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) por meio da NBR- 13.969/97 referente a “Tanques sépticos - Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação” define que o esgoto tratado poderá ser utilizado para todos os usos que o usuário precisar, tais como lavagens de pisos, calçadas, irrigação de jardins e pomares, manutenção da água nos canais e lagos dos jardins, nas descargas dos banheiros, etc. Não deve ser permitido o uso, mesmo desinfetado, para irrigação das hortaliças e frutas de ramas rastejantes (por exemplo, melão e melancia). Admite-se seu reúso para plantações de milho, arroz, trigo, café e outras árvores frutíferas, via escoamento no solo, tomando-se o cuidado de interromper a irrigação pelo menos 10 dias antes da colheita (ABNT, 1997). No ano de 2006 a CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), empresa do Governo do Estado de São Paulo responsável pelo controle, fiscalização, monitoramento e licenciamento de atividades geradoras de poluição, publicou a Instrução técnica no 31, no intuito de criar procedimentos internos para disciplinar a prática de reúso de efluente proveniente de estação de tratamento de esgoto sanitário. Na resolução existem alguns condicionantes em relação à área a ser utilizada para o reúso: 23 Não deve estar em áreas de preservação permanente - APP ou de reserva legal; Não deve estar em zona de proteção de poços, não estar em áreas de proteção máxima de aqüífero e áreas de proteção aos mananciais; Deve estar afastada 50 metros de vias de domínio público, em irrigação de culturas, afastamento de, no mínimo, 500 metros de núcleos populacionais, afastamento de 200 metros de cursos d’água e coleções hídricas; A profundidade mínima do nível do aquífero freático na área irrigada é de 3 metros; A declividade máxima de até 15% para a área destinada à irrigação. O CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) por meio das Resoluções 357/2005 e 430/2011 estabeleceu condições e padrões de lançamento de efluentes. Essas resoluções estabelecem os valores máximos permitidos para lançamento no corpo receptor e também determinam que os efluentes não poderão conferir ao corpo receptor características de qualidade em desacordo com seu enquadramento, ou seja, o lançamento dos efluentes deverão obedecer a capacidade de suporte do corpo receptor, que representa valor máximo de determinado poluente que o corpo hídrico pode receber, sem comprometer a qualidade da água. Recentemente o Estado São Paulo aprovou a cobrança pelo uso dos recursos hídricos, apesar de não tratar especificamente do reúso, a reutilização da água reflete diretamente no valor final a ser pago pelo usuário, dessa forma, sua compreensão e aplicação é de fundamental importância no desenvolvimento desse trabalho. A cobrança pelo uso dos recursos hídricos é um dos instrumentos previstos na Política Estadual de Recursos Hídricos. Esse instrumento foi aprovado no Estado de 24 São Paulo através da Lei no 12.183 de 29 de dezembro de 2005 e regulamentado pelo Decreto no 50.667, de 30 de março de 2006. A cobrança pelo uso dos recursos hídricos é uma ferramenta de gestão ambiental para controle e manejo dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos nas Bacias Hidrográficas e tem como objetivos (SÃO PAULO, 2005): Reconhecer a água como bem público de valor econômico e dar ao usuário uma indicação de seu real valor; Incentivar o uso racional e sustentável da água; Obter recursos financeiros para o financiamento dos programas e intervenções contemplados nos planos de recursos hídricos e saneamento; Distribuir o custo sócio-ambiental pelo uso degradador e indiscriminado da água; Utilizar a cobrança da água como instrumento de planejamento, gestão integrada e descentralizada do uso da água e seus conflitos. É importante ressaltar que a cobrança pelo uso dos recursos hídricos não é receita derivada do patrimônio dos administrados, ou seja, um tributo. Na realidade, trata-se do pagamento pelo uso de um bem público, no caso a água, constituindo um preço público. Além disso, um imposto é um tributo exigido ao contribuinte pelo governo, independentemente da prestação de serviços específicos, o que não é o caso da cobrança, pois ela se caracteriza como um dos instrumentos de gestão das Políticas Estadual e Nacional de Recursos Hídricos. Finalmente, o valor que será cobrado é pactuado pelos membros do comitê de bacia e aprovado em sua reunião plenária, que pode também decidir se haverá ou não cobrança na bacia hidrográfica. Dessa forma, não se trata de um imposto no qual o contribuinte é impossibilitado de participar diretamente da decisão sobre seu valor, critérios e conveniência. Porém, se os 25 membros do comitê decidirem não efetuar a cobrança, devem estar cientes do impacto desta decisão sobre a quantidade e a qualidade da água de sua bacia (ANA, 2007). No caso de rios de domínio do estado de São Paulo o produto da cobrança será creditado em uma subconta do Fundo Estadual de Recursos Hídricos - FEHIDRO, correspondente à Bacia em que for arrecadado, e o respectivo Comitê de Bacia decidirá como o recurso será aplicado (SÃO PAULO, 2005). De acordo com São Paulo (2006), para cálculo da cobrança pelo uso dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos, os tipos de usuários de água são classificados em: I. Usuário urbano, público
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