Biossólido no estabelecimento de espécies herbáceas e nos atributos químicos e microbiológicos em solo impactado pela mineração de carvão / Biosolids in the establishment of herbaceous species and in chemical and microbiological attributes in soil impacted by coal mining

RESUMO O presente estudo tem como objetivo avaliar o efeito da aplicação de diferentes concentrações de biossólido de lodo de esgoto, submetido a tratamento térmico, no estabelecimento de espécies herbáceas (aveia preta, ervilhaca e azevém) e nos atributos químicos e microbiológicos de um solo degradado pela mineração de carvão. O experimento foi instalado em área degradada pela mineração de carvão, localizada no munícipio de Treviso (SC), sendo os tratamentos compostos pelas concentrações de 0, 6,25, 100, 250 e 500 Mg ha-1 de biossólido, em parcelas de 2×2 m. Foram cultivadas espécies de aveia preta, ervilhaca e azevém de maneira consorciada, avaliando-se os parâmetros das plantas e os atributos químicos do solo nas profundidades 0-5, 5-10 e 10-20 cm. O biossólido proporcionou a elevação do pH do solo e o aumento dos teores disponíveis de P, K e carbono orgânico total e não influenciou na colonização micorrízica, na respiração basal do solo e na nodulação radicular. O uso do resíduo biossólido como substrato em áreas degradadas é uma alternativa para sua disposição final pela economia ao utilizá-lo como fertilizante, além dos benefícios ambientais, associados ao seu uso.

ABSTRACT This study aims to evaluate the effects of different concentrations of sewage sludge biosolid concentrations, submitted to thermal treatment, in the establishment of herbaceous species (black oats, vetches, and ryegrass) and in the chemical and microbiological attributes of a soil degraded by coal mining. The experiment was installed in an area degraded by coal mining, in Treviso/SC, with treatments composed of concentrations of 0; 6.25; 100; 250; and 500 Mg ha-1 of biosolids, in 2×2 m plots. Species of black oat, vetch, and ryegrass were grown in a consortium manner, evaluating the plant parameters and chemical attributes of the soil at depths 0-5, 5-10, and 10-20 cm. The biosolids provided improvements in soil fertility, such as pH elevation, increased levels available of P, K, and total organic carbon, in addition to not influencing mycorrhizal colonization, basal soil respiration, and root nodulation. The use of biosolid waste as a substrate in degraded areas is an alternative to its final disposal due to the economy when using it as a fertilizer, in addition to the environmental benefits associated with its use.

Caracterização de biossólido e potencial de uso na produção de mudas de Schinus terebinthifolia Raddi / Characterization of biosolids and potential use in the production of seedlings of Schinus terebinthifolia Raddi

RESUMO O presente trabalho teve como objetivo caracterizar técnica, química e biologicamente o biossólido proveniente da estação de tratamento de esgoto (ETE) de Alegria, Rio de Janeiro, e inferir sobre sua aptidão como componente do substrato para produção de mudas de Schinus terebinthifolia Raddi (aroeira pimenteira). Foram coletadas amostras significativas do biossólido, submetidas às análises química e biológica em um laboratório especializado, atendendo às especificações da legislação vigente (Resolução CONAMA nº 375/2006). No viveiro, foram testadas quatro diferentes formulações de substrato, compostas de diferentes proporções volumétricas de substrato comercial (SC) e biossólido (BIO), consistindo nos seguintes tratamentos: T1 (100% SC + 0% BIO); T2 (75% SC + 25% BIO); T3 (50% SC + 50% BIO); e T4 (0% SC + 100% BIO). O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, com 4 tratamentos, 4 repetições de 18 mudas. O biossólido atendeu às especificações da legislação quanto à sua composição. Aos 120 dias após a semeadura foram mensuradas a altura da parte aérea e o diâmetro do coleto, observando que o crescimento das mudas foi diretamente proporcional à concentração de biossólido no substrato. O biossólido da ETE Alegria atende à legislação de uso agrícola e mostrou ser viável tecnicamente para a produção de mudas de aroeira pimenteira.

ABSTRACT This study aimed to technically, chemically and biologically characterize the biosolids from the Sewage Treatment Plant (STP) of Alegria, Rio de Janeiro, Brazil, and infer about their aptitude as a substrate component for the seedlings production of Anadenanthera macrocarpa (Benth.) Brenan. Significant samples of biosolid were collected and submitted to chemical and biological analysis in a specialized laboratory, according to the specifications of the current Brazilian law (CONAMA Resolution nº 375/2006). In the forest nursery, four different formulations of substrate, composed by different volumetric proportions of commercial substrate (CS) and biosolids (BIO) were tested, consisting of the following treatments: T1 (100% SC + 0% BIO); T2: (75% SC + 25% BIO); T3: (50% SC + 50% BIO); e T4: (0% SC + 100% BIO). The experimental design was CRD, each of the four treatments having four replications of eighteen seedlings. The biosolid met the legal specifications concerning its composition. Fifty days after sowing, shoot height and stem diameter were measured. It was observed, for both characteristics, that seedling growth was directly proportional to the concentration of sewage sludge in the substrate. Finally, the Alegria ETE's biosolid attends the legislation and shows a technically viable alternative for the production of angico vermelho seedlings.

Efeito da secagem em leito nas características físico-químicas e microbiológicas de lodo de reator anaeróbio de fluxo ascendente usado no tratamento de esgoto sanitário / Effect of bed drying on the physico-chemical and microbiological characteristics of sludge from upflow anaerobic blanket reactor used in sewage treatment

RESUMO Os processos de tratamento de lodo de esgoto visam reduzir o teor de material orgânico biodegradável, a concentração de organismos patogênicos e a umidade a fim de se obter um material que não constitui risco à saúde ambiental e que possa ser utilizado para fins agrícolas. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da secagem em leito nas características microbiológicas e físico-químicas de lodo de esgoto doméstico de reator anaeróbico de fluxo ascendente (UASB). As amostras de lodo foram retiradas a 4,8 m de profundidade (lodo A) e a 3,1 m (lodo B) do reator UASB, totalizando 3 coletas, com intervalo de 1 mês. As amostras coletadas foram submetidas ao processo de secagem em células de leitos de secagem (1,00 x 2,00 x 0,50 m). De cada célula foram coletadas 6 amostras nos tempos 0, 7, 15, 30, 60 e 90 dias. Foram determinados os parâmetros: sólidos totais, sólidos voláteis, temperatura, pH, umidade, carbono orgânico total, N, P, K, Mg, Na, Ca, Mn, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn, lipídios, coliformes totais e termotolerantes, Salmonella e ovos viáveis de helmintos. Não houve diferença físico-química, microbiológica e parasitológica entre o lodo A e o B após o período de secagem. As concentrações finais dos nutrientes, metais pesados e a relação C/N conferem aos lodos um potencial agronômico. Entretanto, a baixa inativação dos microrganismos permite concluir que o processo de secagem em leito é ineficiente para redução de patógenos. Os biossólidos gerados em ambos os tratamentos são classificados como tipo B (CONAMA 375/06).

ABSTRACT The sludge treatment process intended to reduce the content of biodegradable organic material, the concentration of pathogens and moisture in order to obtain a solid and stable material, which is not hazardous to the environment health and useful for agricultural purposes. This study aims to evaluate the effects of bed drying on physicochemical and microbiological characteristics of domestic sewage sludge samples taken from an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Sludge samples were collected at 4.8 m from the bottom (sludge A) and 3.1 m (sludge B) of an UASB reactor, totaling 3 collections, with an interval of 1 month. Each collected sample was subjected to the sludge drying process in cells of drying beds (1.00 x 2.00 x 0.50 m). In each cell, 6 samples were collected at 0, 7, 15, 30, 60 and 90 days. The following parameters were evaluated: total solids, volatile solids, temperature, pH, moisture content, total organic carbon, N, P, K, Mg, Na, Ca, Mn, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn, lipids, total and fecal coliforms, Salmonella and viable helminth eggs. No physical-chemical, microbiological and parasitological differences between sludge A and sludge B were detected after the period of bed drying. The final concentrations of nutrients and heavy metals as well as the C/N ratio were considered adequate for agricultural purposes. However, the low inactivation of microorganisms indicated the inefficiency of drying beds regarding the removal of pathogen microorganisms. The generated biosolids in both treatments are classified as type B (CONAMA 375/06).

Análise comparativa dos efeitos da carga orgânica e do tempo de detenção hidráulica na digestão anaeróbia mesofílica de lodo adensado de estação de tratamento de esgoto / Comparison of organic loading rate and hydraulic retention time effects on the mesophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge

RESUMO Esta pesquisa comparou o desempenho de um digestor anaeróbio de lodo sob diferentes estratégias operacionais. Foi avaliada a influência do aumento da carga orgânica volumétrica (COV) (OP I) e o efeito da redução do tempo de detenção hidráulica (TDH) (OP II e OP III) no processo anaeróbio. As cargas aplicadas variaram entre 0,5 e 4,5 kgSV.m-3.d-1 e o TDH foi reduzido de 15 a 5 dias. Produção de gás metano, degradação do material orgânico e a diversidade microbiana foram utilizadas para medição e comparação do desempenho do processo. Foram necessários períodos de aclimatação a cada nova COV aplicada o que levou às instabilidades na remoção de SV e DQO do lodo. A operação com TDH entre 7 e 5 dias apresentou as maiores eficiências de remoção de SV, superiores a 70%, o que influenciou positivamente na estabilidade do processo. As COV aplicadas de 2,5 e 3,5 kgSV.m-3.d-1 resultaram nas maiores produções de metano durante a OP I. Para TDH inferiores a sete dias a produção de CH4 foi prejudicada apesar da existência de microorganismos metanogênicos atuantes no digestor. Comparativamente, a estratégia de redução do TDH resultou em um melhor desempenho do sistema que a fixação da COV. Quanto menor o TDH aplicado, melhor os resultados obtidos na operação do digestor, sugerindo que a eficiência do processo é otimizada em sistemas de alta carga com operação em baixos tempos de detenção hidráulica.

ABSTRACT This study compared the performance of a pilot anaerobic sludge digester under different operating strategies. The influence of increasing organic loading rate - OLR (OP I) and the effect of hydraulic retention time - HRT reduction (OP II and OP III) in anaerobic process were evaluated. The applied loads ranged between 0.5 and 4.5 kgSV.m-3.d-1; HRT was reduced from 15 to 5 days. Production of methane, organic matter degradation and microbial diversity were used to measure and compare the system´s performance. Acclimation periods were taken for each new OLR applied, leading to instabilities in sludge VS and COD removals. The experimental time with HRT between 7 and 5 days showed the highest VS efficiency removals (higher than 70%), which positively influenced process stability. The applied OLR of 2.5 and 3.5 kgVS.m-3.d-1 resulted in higher yields of methane during OP I. CH4 production showed impaired with HRT lower than 7 days, although it was observed active methanogenic microorganisms in the digester. Comparatively, HRT reduction resulted in a better system performance than the increasing OLR approach. The lower HRT applied, the better the results obtained in the operation of the digester, suggesting that the process efficiency is optimized with high load operation at low hydraulic retention times.

Determinação de parâmetros cinéticos da inativação térmica de Escherichia coli em lodo de esgoto / Determining kinetic parameters for thermal inactivation of Escherichia coli in sewage sludge

O presente trabalho objetivou determinar parâmetros cinéticos da inativação térmica de Escherichia coli em lodo de esgoto. Os ensaios foram realizados em laboratório pelo método do frasco de três bocas nas temperaturas de 45, 50, 55, 60 e 65ºC. Os resultados indicaram que a cinética de inativação térmica deste microrganismo pode ser descrita por um modelo de primeira ordem. A resistência da bactéria é reduzida consideravelmente em temperaturas acima de 55ºC. A energia de inativação encontrada foi 2,48x10(5) J.mol-1. O tempo de redução decimal D55ºC foi de 3,61 minutos e o coeficiente térmico z foi 8,3ºC.

The present study aimed to determine the kinetic parameters of thermal inactivation of Escherichia coli in sewage sludge. The tests were performed in the laboratory using the three-neck flask method at temperatures of 45, 50, 55, 60 and 65ºC. The results indicated that the thermal inactivation kinetic of this microorganism can be described by a first order model. The resistance of bacteria is greatly reduced at temperatures above 55ºC. The inactivation energy was found 2.48x10(5) J.mol-1. The decimal reduction time D55ºC was 3.61 minutes and the thermal coefficient z was 8.3ºC.

Aplicação de lodos de estações de tratamento de água e de tratamento de esgoto em solo degradado / Application of sludges from water treatment plant and from sewage treatment plant in degraded soil

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da aplicação de lodo de Estação de Tratamento de Água (ETA) em solo degradado, com presença e ausência de lodo de Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), na produtividade do milheto e nas características de fertilidade desse solo. A área experimental foi resultante de depósito de materiais oriundos da construção da ETE Padilha Sul, em Curitiba (PR). Os blocos casualizados foram arranjados em parcelas subdivididas e uma testemunha, sendo a parcela principal constituída por ausência e presença de lodo de ETE (77 Mg.ha-1 Sólidos Totais - ST) e a subparcela por doses de lodo de ETA (24, 37 e 61 Mg.ha-1 (ST)). Concluiu-se que a aplicação de lodo de ETA não teve efeito sobre a produtividade de milheto, tampouco sobre os teores dos elementos avaliados no solo. No entanto, na presença do lodo de esgoto, a sua aplicação foi favorável à dinâmica do nitrogênio do solo até à dose de 37 Mg.ha-1 e a aplicação do lodo de ETE neutralizou o alumínio trocável, elevou o pH, o cálcio, carbono, fósforo e a saturação de bases, e reduziu a acidez potencial do solo.

The objective of this study was to evaluate the effect of Sludge Water Treatment Plant (WTP) in degraded soil in the presence and absence of sludge Sewage Treatment Plant (STP), in the millet productivity and in the soil fertility characteristics. The experimental area was due to materials deposit from the construction of ETE Padilha Sul, in Curitiba, Paraná, Brazil. The randomized blocks were arranged in split plots and a witness, being the main plot, constituted by the absence and presence of STP sludge (77 Mg.ha-1 Total Solids - TS) and subplot by doses of WTS (24, 37 and 61 Mg.ha-1 TS). It was concluded that the application of WTS had no effect on the productivity of millet, nor about the proportion of elements evaluated in the soil. However, in the presence of sewage sludge, its application was favorable to the dynamic of nitrogen until the dose 37 Mg.ha-1 and the application of sludge STP neutralized the exchangeable aluminum, increased the pH, calcium, carbon, phosphorus and base saturation, and reduced the potential soil acidity.

Contribution of organic bulking materials on chemical quality of sewage sludge vermicompost / Efeito de materiais de volume na qualidade química do vermicomposto de lodo de esgoto

Vermicomposting is at suitable methods for stabilization and converting of sewage sludge into useful products. To investigate the effects of bulking material on vermicompost quality, an experiment was conducted in a factorial design with three replications. In this experiment, the final dried sludge in lagoons was mixed with bulking materials (woodchips, three leaves, and wheat straw) in four mixing proportion with swage sludge (0, 15, 30 and 45 percent, V/V). Chemical properties of bulking materials, sewage sludge, and produced vermicomposts were determined. Vermicomposts had relatively low pH and electrical conductivity (EC). The nutrients content of vermicompost, especially N, P, Fe, and Zn, were high. These properties showed its suitable quality for use in agriculture. Heavy metals concentrations of vermicomposts, except Zn, were lower than recommended values by EPA. Mixing of Bulking materials with sewage sludge decreased pH, N, Pb, Co, and Cd, but increased Ca, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, and Ni content of produced vermicomposts. In most cases, the concentrations of nutrients were higher in 30 percent mixing proportion. Therefore, 30 percent (v/v) mixing of bulking material with sewage sludge is recommended for vermicompost production.

A vermicompostagem é um métodos adequados para a estabilização e conversão de lodo de esgoto em produtos úteis. Para investigar o efeito de aumentar o volume de material sobre a qualidade do vermicomposto, foi conduzido um experimento em esquema fatorial com três repetições. Neste experimento, o lodo final seco em lagoas foi misturado com materiais de volume (lascas de madeira, três folhas e palha de trigo) em quatro proporções de mistura (0, 15, 30 e 45 por cento V / V) com lodo de esgoto. Propriedades químicas dos materiais de amontoamento, lodo de esgoto e vermicompostos produzidos foram determinados. Vermicomposto apresentaram pH relativamente baixo e CE. O seu teor de nutrientes, especialmente N, P, Fe e Zn foram elevados. Essas propriedades mostrou sua qualidade adequada para utilização na agricultura. Concentrações de metais pesados de vermicompostos, com exceção do zinco, foram menores do que os valores recomendados pela EPA. A mistura de materiais Bulking com lodo de esgoto diminuiu o pH, N, Pb, Co e Cd, mas aumentou a concentração de Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Ni no vermicomposto produzido. Na maioria dos casos, as concentrações de nutrientes foram maiores na proporção de 30 por cento de mistura Portanto, recomenda-se a mistura de materiais ao lodo na proporção de 30 por cento para a produção de vermicomposto.

Eficiência da compostagem sobre a qualidade do biossólido de esgoto doméstico e resíduos agrícolas, utilizado para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril) / Efficiency of composting biosolids on the quality of domestic sewage and agricultural waste, used for cultivation of the mushroom of the sun (Agaricus blazei Murrill)

A eficácia da compostagem foi estudada para remoção de contaminantes presentes em substratos alternativos contendo lodo de esgoto a serem utilizados para cultivo do cogumelo do sol (Agaricus blazei Murril). Substratos contendo cinco relações de carbono/nitrogênio: 25, 30, 35,40 e 45 eram compostos por cinco combinações diferentes de resíduos agrícolas. O material foi preparado e submetido ao processo de compostagem. Para avaliar a eficiência da remoção de coliformes fecais e aeróbios mesófilos, realizaram-se análises microbiológicas de amostras de cada ingrediente a ser utilizado para preparo dos compostos, de amostras de cada biossólido referentes aos 5 tratamentos com as cinco diferentes relações C/N, antes e após da pasteurização. Amostras dos frutos cultivados nos diferentes substratos também foram analisadas. Ao serem analisados os resultados, observou- se que houve redução na presençade aeróbios mesófilos como de coliforme, em 80% das amostras analisadas. Essa ocorrência de microorganismos permitiu a classificação como lodo A, sendo de uso irrestrito. Não houve contaminação dos frutos cultivados em nenhum dos substratos avaliados. Concluiu-se que o tratamento adotado promoveu a higienização dos substratos tomando os aptos para aplicação no cultivo do cogumelo do sol e demais hortaliças.

The effectiveness of composting was studied in order to remove the contaminants in alternative substratescontaining sludge, used in the cultivation of Sun Mushroom (Agaricus blazei Murril).Substrates containing five relations of carbon/ nitrogen: 25, 30, 35, 40 and 45 were composed of five different agricultural waste combinations. The material was prepared and submitted to the composting process. With the purpose of evaluating the efficiency of the removal of fecal coliforms and aerobic mesophiles, were conducted microbiological analysis of samples of each ingredient used in the compost preparation and samples consisting of each biosolid relating to the five different relations C/N, before and after the pasteurization. Samples of fruit grown on different substrates were also analyzed. According to the results analyzed, it was observed the decrease of aerobic mesophiles and coliforms, in 80% of the samples. The sludge was classified as "A ", because of the occurrence of microorganisms. There was no contaminationof fruits grown in any of the substrates evaluated. It was concluded that the treatment promoted the substrates hygiene, making them suitable for application in the cultivation of Sun Mushroom and other vegetables.

Análise da contaminação parasitária em compostos orgânicos produzidos com biossólidos de esgoto doméstico e resíduos agropecuários / Analysis of parasitological contamination in organic composts with sewage sludge and agricultural residues

Este estudo avaliou a contaminação por ovos de helmintos, cistos e oocistos de protozoários em compostos orgânicos utilizando lodo de esgoto doméstico e resíduos agropecuários. Foram realizadas análises parasitológicas em amostras de 25 diferentes compostos orgânicos, antes e após tratamento térmico a 60°C durante 12 horas. Os resultados demonstraram elevada contaminação parasitária em todos os compostos analisados antes do tratamento e a não redução dessa contaminação após o tratamento térmico. A identificação das larvas obtidas em coproculturas antes e após o tratamento térmico dos compostos indicou que os gêneros mais freqüentemente observados foram Cooperia e Trichostrongylus, que são nematóides gastrintestinais de ruminantes. Estes resultados demonstram que ovos de helmintos podem permanecer viáveis mesmo após o processo de compostagem e o tratamento térmico. Os compostos produzidos com lodo de esgoto doméstico e resíduo agropecuários, utilizando esses processos de tratamentos, podem constituir riscos de contaminação para humanos e animais.

This research aimed at evaluating the cysts, oocysts and eggs contamination before and after thermal treatment of 60°C for 12 hours, in 25 different organic composts produced with biosolids from domestic waste-water treatment and animal and agricultural residues. The results showed high parasitological contamination for all organic composts before the treatment and these contaminations were not reduced after thermic treatment. The larva identification in coprocultures before and after thermic treatment showed Cooperia spp. and Trichostrongylus spp. were the most prevalent nematodes. These results demonstrated that helmintus’ eggs can remain viable even after the composing and thermic treatment. The obtained composition with sewage sludge and agricultural residues through these treatment processes can establish contamination risks for humans and animals.