Desempenho energético e pegada de carbono de um sistema de esgotamento sanitário centralizado no nordeste brasileiro / Energy performance and carbon footprint of a centralized sewage system in northeastern Brazil

RESUMO O objetivo do trabalho foi avaliar a operação e manutenção de um sistema de esgotamento sanitário centralizado, composto de três subsistemas, que atende 367 mil habitantes no Nordeste do Brasil. A avaliação do ciclo de vida considerou um inventário amplo de operação e manutenção do sistema de esgotamento sanitário com as redes de coleta, estações de tratamento de esgoto, disposição do esgoto tratado no corpo hídrico e gestão do lodo. O arranjo tecnológico das estações de tratamento de esgoto avaliadas incluiu o reator do tipo upflow anaerobic sludge blanket, seguido de lagoa aerada e lagoa de polimento em um subsistema, e upflow anaerobic sludge blanket seguido de reator de lodo ativado por aeração prolongada em dois subsistemas. O desempenho energético utilizou o método de demanda de energia acumulada e a pegada de carbono empregou o método de potencial de aquecimento global de 100 anos do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. O sistema de esgotamento sanitário avaliado demandou 5,12 MJ·m−3 e emitiu 4,08 kg CO2eq·m−3. As maiores contribuições do sistema de esgotamento sanitário avaliado foram a eletricidade, com 62% da demanda energética, e as emissões diretas para o ar, com 94% da pegada de carbono, sendo as emissões dos reatores upflow anaerobic sludge blanket com 76% da pegada de carbono. A identificação dos aspectos e impactos ambientais do sistema de esgotamento sanitário avaliado apoia a inovação tecnológica e gerencial para otimizar o desempenho energético e mitigar as emissões de gases de efeito estufa.

ABSTRACT This aim of this work was to evaluate the operation and maintenance of a centralized wastewater treatment system, composed of three subsystems, which serves 367 thousand inhabitants in northeastern Brazil. The life cycle assessment considered a comprehensive inventory of the wastewater treatment system operation and maintenance with the collection networks, wastewater treatment plants, disposal of the treated wastewater in the water body and sludge management. The technological arrangement of the evaluated wastewater treatment plants included the Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor, followed by aerated and polishing ponds in one subsystem, and Upflow Anaerobic Sludge Blanket followed by extended aeration activated sludge in two subsystems. The energy performance used the cumulative energy demand method and the carbon footprint used the global warming potential method for 100 years of the Intergovernmental Panel on Climate Change. The evaluated wastewater treatment system presented 5.12 MJ·m−3 and 4.08 kg CO2eq·m−3. The largest contribution of the evaluated wastewater treatment system was the electricity use with 62% of the energy demand and direct emissions to the air with 94% of the carbon footprint, being direct emissions from Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactors with 76% of the carbon footprint. The identification of environmental aspects and impacts of the evaluated wastewater treatment system supports technological and management innovations to optimize its energy performance and mitigate greenhouse gases emission.

Emissão de CO2, características do dossel e acúmulo de forragem em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação / CO2 emissions, canopy characteristics and forage accumulation in pensacola bahiagrass under frequencies of defoliation

The aim of this study was to evaluate CO2 emission, canopy characteristics and herbage accumulation in pastures of pensacola bahiagrass under frequencies of defoliation. The experiment was conducted at the Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho", Faculty of Agrarian Sciences and Veterinary of UNESP, Jaboticabal, São Paulo, Brasil. The experimental period was from May 3rd to July 26th 2012. The experimental area comprised 28 m2 of pensacola bahiagrass (Paspalum notatum Flügge), divided into 10 plots for allocation of treatment (frequencies of defoliation = 2 or 4 weeks). The following variables were studied: canopy height, light interception, leaf area index, herbage accumulation, tiller density, CO2 emissions, soil temperature and moisture. The frequencies of defoliation in the months of May, June and July slightly affect pensacola bahiagrass characteristics. CO2, soil temperature and moisture are more associated to environmental conditions (months of evaluation) than to the frequencies of defoliation imposed to the canopies.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a emissão de CO2, as características do dossel e o acúmulo de biomassa em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação. O experimento foi conduzido na Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, Câmpus de Jaboticabal. O período experimental foi de 03 de maio a 26 de julho de 2012. A área experimental foi de 28 m2, de capim-pensacola (Paspalum notatum Flügge), dividida em 10 parcelas para alocação dos tratamentos (frequências de desfolhação = 2 ou 4 semanas). As variáveis avaliadas foram: altura do dossel, interceptação de luz, índice de área foliar, acúmulo de forragem, densidade populacional de perfilhos, emissão de CO2, temperatura e umidade do solo. As frequências de desfolhação nos meses de maio, junho e julho, pouco afetam as características do capim-pensacola. A umidade do solo, temperatura e emissão de CO2 estão mais associadas às condições ambientais e, portanto, meses de avaliação do que às frequências de desfolhação impostas aos dosséis.

Emissão de CO2, características do dossel e acúmulo de forragem em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação / CO2 emissions, canopy characteristics and forage accumulation in pensacola bahiagrass under frequencies of defoliation

The aim of this study was to evaluate CO2 emission, canopy characteristics and herbage accumulation in pastures of pensacola bahiagrass under frequencies of defoliation. The experiment was conducted at the Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho", Faculty of Agrarian Sciences and Veterinary of UNESP, Jaboticabal, São Paulo, Brasil. The experimental period was from May 3rd to July 26th 2012. The experimental area comprised 28 m2 of pensacola bahiagrass (Paspalum notatum Flügge), divided into 10 plots for allocation of treatment (frequencies of defoliation = 2 or 4 weeks). The following variables were studied: canopy height, light interception, leaf area index, herbage accumulation, tiller density, CO2 emissions, soil temperature and moisture. The frequencies of defoliation in the months of May, June and July slightly affect pensacola bahiagrass characteristics. CO2, soil temperature and moisture are more associated to environmental conditions (months of evaluation) than to the frequencies of defoliation imposed to the canopies.(AU)

O objetivo deste trabalho foi avaliar a emissão de CO2, as características do dossel e o acúmulo de biomassa em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação. O experimento foi conduzido na Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, Câmpus de Jaboticabal. O período experimental foi de 03 de maio a 26 de julho de 2012. A área experimental foi de 28 m2, de capim-pensacola (Paspalum notatum Flügge), dividida em 10 parcelas para alocação dos tratamentos (frequências de desfolhação = 2 ou 4 semanas). As variáveis avaliadas foram: altura do dossel, interceptação de luz, índice de área foliar, acúmulo de forragem, densidade populacional de perfilhos, emissão de CO2, temperatura e umidade do solo. As frequências de desfolhação nos meses de maio, junho e julho, pouco afetam as características do capim-pensacola. A umidade do solo, temperatura e emissão de CO2 estão mais associadas às condições ambientais e, portanto, meses de avaliação do que às frequências de desfolhação impostas aos dosséis.(AU)

Emissão de CO2, características do dossel e acúmulo de forragem em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação

The aim of this study was to evaluate CO2 emission, canopy characteristics and herbage accumulation in pastures of pensacola bahiagrass under frequencies of defoliation. The experiment was conducted at the Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho", Faculty of Agrarian Sciences and Veterinary of UNESP, Jaboticabal, São Paulo, Brasil. The experimental period was from May 3rd to July 26th 2012. The experimental area comprised 28 m² of pensacola bahiagrass (Paspalum notatum Flügge), divided into 10 plots for allocation of treatment (frequencies of defoliation = 2 or 4 weeks). The following variables were studied: canopy height, light interception, leaf area index, herbage accumulation, tiller density, CO2 emissions, soil temperature and moisture. The frequencies of defoliation in the months of May, June and July slightly affect pensacola bahiagrass characteristics. CO2, soil temperature and moisture are more associated to environmental conditions (months of evaluation) than to the frequencies of defoliation imposed to the canopies.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a emissão de CO2, as características do dossel e o acúmulo de biomassa em pastos de capim-pensacola sob frequências de desfolhação. O experimento foi conduzido na Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias da UNESP, Câmpus de Jaboticabal. O período experimental foi de 03 de maio a 26 de julho de 2012. A área experimental foi de 28 m², de capim-pensacola (Paspalum notatum Flügge), dividida em 10 parcelas para alocação dos tratamentos (frequências de desfolhação = 2 ou 4 semanas). As variáveis avaliadas foram: altura do dossel, interceptação de luz, índice de área foliar, acúmulo de forragem, densidade populacional de perfilhos, emissão de CO2, temperatura e umidade do solo. As frequências de desfolhação nos meses de maio, junho e julho, pouco afetam as características do capim-pensacola. A umidade do solo, temperatura e emissão de CO2 estão mais associadas às condições ambientais e, portanto, meses de avaliação do que às frequências de desfolhação impostas aos dosséis.

A review on soil carbon accumulation due to the management change of major Brazilian agricultural activities / Uma revisão sobre o acúmulo de carbono no solo devido a mudança de manejo nas principais atividades agrícolas do Brasil

Agricultural areas deal with enormous CO2 intake fluxes offering an opportunity for greenhouse effect mitigation. In this work we studied the potential of soil carbon sequestration due to the management conversion in major agricultural activities in Brazil. Data from several studies indicate that in soybean/maize, and related rotation systems, a significant soil carbon sequestration was observed over the year of conversion from conventional to no-till practices, with a mean rate of 0.41 Mg C ha-1 year-1. The same effect was observed in sugarcane fields, but with a much higher accumulation of carbon in soil stocks, when sugarcane fields are converted from burned to mechanised based harvest, where large amounts of sugarcane residues remain on the soil surface (1.8 Mg C ha-1 year-1). The higher sequestration potential of sugarcane crops, when compared to the others, has a direct relation to the primary production of this crop. Nevertheless, much of this mitigation potential of soil carbon accumulation in sugarcane fields is lost once areas are reformed, or intensive tillage is applied. Pasture lands have shown soil carbon depletion once natural areas are converted to livestock use, while integration of those areas with agriculture use has shown an improvement in soil carbon stocks. Those works have shown that the main crop systems of Brazil have a huge mitigation potential, especially in soil carbon form, being an opportunity for future mitigation strategies.

Áreas agrícolas trocam enormes fluxos de CO2, oferecendo uma oportunidade para mitigar o efeito estufa. Neste trabalho, estudou-se o potencial de sequestro de carbono em razão da conversão no manejo das principais atividades agrícolas do Brasil. Dados de vários estudos têm indicado que no sistema soja/milho e nas respectivas rotações, ocorre um sequestro de carbono no solo significativo ao longo dos anos de conversão do plantio convencional para o plantio direto, com uma média de 0,41 Mg C ha-1 ano-1. O mesmo efeito tem sido observado nos canaviais, porém há maiores acúmulos de carbono no solo quando as áreas de cana-de-açúcar são convertidas da colheita baseada na queima para a mecanizada, em que grandes quantidades de palha são deixadas na superfície do solo (1,8 Mg C ha-1 ano-1). Esse maior potencial de acúmulo de carbono no solo nos canaviais, comparado com outras culturas, está diretamente relacionado com a maior produção primária dessa cultura. Apesar disso, muito desse potencial de sequestro é perdido, uma vez que os canaviais são reformados, sob preparo intensivo do solo. As áreas de pasto mostram uma depleção nos estoques de carbono, quando convertidas de áreas naturais; porém, a integração dessas áreas com agricultura pode promover o aumento nos estoques de carbono do solo. Os trabalhos têm mostrado que as principais atividades agrícolas do Brasil possuem um grande potencial de mitigação, especialmente na forma de acúmulo de carbono no solo, sendo uma oportunidade para estratégias futuras.

A review on soil carbon accumulation due to the management change of major Brazilian agricultural activities

Agricultural areas deal with enormous CO2 intake fluxes offering an opportunity for greenhouse effect mitigation. In this work we studied the potential of soil carbon sequestration due to the management conversion in major agricultural activities in Brazil. Data from several studies indicate that in soybean/maize, and related rotation systems, a significant soil carbon sequestration was observed over the year of conversion from conventional to no-till practices, with a mean rate of 0.41 Mg C ha-1 year-1. The same effect was observed in sugarcane fields, but with a much higher accumulation of carbon in soil stocks, when sugarcane fields are converted from burned to mechanised based harvest, where large amounts of sugarcane residues remain on the soil surface (1.8 Mg C ha-1 year-1). The higher sequestration potential of sugarcane crops, when compared to the others, has a direct relation to the primary production of this crop. Nevertheless, much of this mitigation potential of soil carbon accumulation in sugarcane fields is lost once areas are reformed, or intensive tillage is applied. Pasture lands have shown soil carbon depletion once natural areas are converted to livestock use, while integration of those areas with agriculture use has shown an improvement in soil carbon stocks. Those works have shown that the main crop systems of Brazil have a huge mitigation potential, especially in soil carbon form, being an opportunity for future mitigation strategies.

Áreas agrícolas trocam enormes fluxos de CO2, oferecendo uma oportunidade para mitigar o efeito estufa. Neste trabalho, estudou-se o potencial de sequestro de carbono em razão da conversão no manejo das principais atividades agrícolas do Brasil. Dados de vários estudos têm indicado que no sistema soja/milho e nas respectivas rotações, ocorre um sequestro de carbono no solo significativo ao longo dos anos de conversão do plantio convencional para o plantio direto, com uma média de 0,41 Mg C ha-1 ano-1. O mesmo efeito tem sido observado nos canaviais, porém há maiores acúmulos de carbono no solo quando as áreas de cana-de-açúcar são convertidas da colheita baseada na queima para a mecanizada, em que grandes quantidades de palha são deixadas na superfície do solo (1,8 Mg C ha-1 ano-1). Esse maior potencial de acúmulo de carbono no solo nos canaviais, comparado com outras culturas, está diretamente relacionado com a maior produção primária dessa cultura. Apesar disso, muito desse potencial de sequestro é perdido, uma vez que os canaviais são reformados, sob preparo intensivo do solo. As áreas de pasto mostram uma depleção nos estoques de carbono, quando convertidas de áreas naturais; porém, a integração dessas áreas com agricultura pode promover o aumento nos estoques de carbono do solo. Os trabalhos têm mostrado que as principais atividades agrícolas do Brasil possuem um grande potencial de mitigação, especialmente na forma de acúmulo de carbono no solo, sendo uma oportunidade para estratégias futuras.

A review on soil carbon accumulation due to the management change of major Brazilian agricultural activities

Agricultural areas deal with enormous CO2 intake fluxes offering an opportunity for greenhouse effect mitigation. In this work we studied the potential of soil carbon sequestration due to the management conversion in major agricultural activities in Brazil. Data from several studies indicate that in soybean/maize, and related rotation systems, a significant soil carbon sequestration was observed over the year of conversion from conventional to no-till practices, with a mean rate of 0.41 Mg C ha-1 year-1. The same effect was observed in sugarcane fields, but with a much higher accumulation of carbon in soil stocks, when sugarcane fields are converted from burned to mechanised based harvest, where large amounts of sugarcane residues remain on the soil surface (1.8 Mg C ha-1 year-1). The higher sequestration potential of sugarcane crops, when compared to the others, has a direct relation to the primary production of this crop. Nevertheless, much of this mitigation potential of soil carbon accumulation in sugarcane fields is lost once areas are reformed, or intensive tillage is applied. Pasture lands have shown soil carbon depletion once natural areas are converted to livestock use, while integration of those areas with agriculture use has shown an improvement in soil carbon stocks. Those works have shown that the main crop systems of Brazil have a huge mitigation potential, especially in soil carbon form, being an opportunity for future mitigation strategies.

Áreas agrícolas trocam enormes fluxos de CO2, oferecendo uma oportunidade para mitigar o efeito estufa. Neste trabalho, estudou-se o potencial de sequestro de carbono em razão da conversão no manejo das principais atividades agrícolas do Brasil. Dados de vários estudos têm indicado que no sistema soja/milho e nas respectivas rotações, ocorre um sequestro de carbono no solo significativo ao longo dos anos de conversão do plantio convencional para o plantio direto, com uma média de 0,41 Mg C ha-1 ano-1. O mesmo efeito tem sido observado nos canaviais, porém há maiores acúmulos de carbono no solo quando as áreas de cana-de-açúcar são convertidas da colheita baseada na queima para a mecanizada, em que grandes quantidades de palha são deixadas na superfície do solo (1,8 Mg C ha-1 ano-1). Esse maior potencial de acúmulo de carbono no solo nos canaviais, comparado com outras culturas, está diretamente relacionado com a maior produção primária dessa cultura. Apesar disso, muito desse potencial de sequestro é perdido, uma vez que os canaviais são reformados, sob preparo intensivo do solo. As áreas de pasto mostram uma depleção nos estoques de carbono, quando convertidas de áreas naturais; porém, a integração dessas áreas com agricultura pode promover o aumento nos estoques de carbono do solo. Os trabalhos têm mostrado que as principais atividades agrícolas do Brasil possuem um grande potencial de mitigação, especialmente na forma de acúmulo de carbono no solo, sendo uma oportunidade para estratégias futuras.