MELHORIA DA QUALIDADE DA GUA TRATADA E AUMENTO DA CAPACIDADE DE ETAS ATRAVS DA ESCOLHA ADEQUADA DE COAGULANTES E AUXILIARES, EM GUAS COM ALCALINIDADE ALTA.

VI Seminrio Estadual Sobre Saneamento e Meio Ambiente SESMA

II 23 - PRODUO PER CAPITA E QUALIDADE DA URINA HUMANA COM VISTAS AO APROVEITAMENTO AGRCOLABianca Barcellos Bazzarella

Engenheira Civil pela Universidade Federal do Esprito Santo - UFES (2003), Aluna de Mestrado do Programa de Ps Graduao em Engenharia Ambiental da UFES, Bolsista CAPES.

Germana Bueno Dias

Biloga pela Faculdade de Sade e Meio Ambiente - FAESA (2004). Pesquisadora do Programa PROSAB 4, Tema 5, Bolsista de Apoio Tcnico de Nvel Superior CNPq.

Fernanda Pereira Bastos

Farmacutica pela Faculdade Brasileira - UNIVIX (2003). Pesquisadora voluntria do ncleo gua -UFES

Patrcia Lee Wigner

Tcnica em Qumica pela Escola de 1. E 2. Grau Vasco Fernandes Coutinho (1989). Pesquisadora do Programa PROSAB 4, Tema 5, Bolsista de Apoio Tcnico de Nvel Mdio CNPq.

Ricardo Franci Gonalves (1)

Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), ps-graduado em Enga de Sade Pblica - ENSP/RJ (1985), DEA Cincias do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depurao de guas - INSA de Toulouse, Frana (1993), Prof. Adjunto do DEA e do Programa de Ps Graduao em Engenharia Ambiental - UFES

(1) Endereo: Departamento de Engenharia Ambiental Universidade Federal do Esprito Santo Agncia FCAA Vitria ES CEP.: 29060-970 Brasil Tel.: +55-(027) 3335-2860 - Fax: +55- (027) 3335-2165 e-mail: franci@npd.ufes.br

RESUMO

O reciclo de nutrientes entre as reas urbanas e as reas cultivveis uma etapa crtica em direo ao desenvolvimento sustentvel ecolgico. Com a utilizao dos fluxos lineares, a maioria dos nutrientes perdida, sendo necessrio utilizar-se de fertilizantes artificiais, contendo metais pesados e outros resduos perigosos, para suprir as necessidades agrcolas. A maior parte dos nutrientes que so essenciais na agricultura (N, P, K) so encontrados na urina humana e, na maioria dos casos, sua quantidade total de nutrientes mais apropriada do que as encontradas nos fertilizantes artificiais. Nesse contexto, o objetivo dessa pesquisa estudar de forma preliminar as caractersticas quali-quantitativas da urina humana sem diluio, bem como a sua melhor forma de estocagem visando principalmente o seu aproveitamento como fertilizante natural agrcola.

A caracterizao quali-quantitativa foi realizada mediante duas campanhas de coletas individuais durante 24h. A primeira foi realizada com um grupo de 18 pessoas (10 mulheres e 8 homens) e a segunda, com grupo de 17 pessoas (9 mulheres e 8 homens). Toda a urina coleta foi estocada em duas bombonas, sendo uma aberta e outra fechada e foram feitas anlises semanais durante 30 dias. A caracterizao quantitativa foi realizada medindo o volume e o peso de cada amostra de urina e para caracterizao qualitativa foram feitas anlises semanais dos parmetros: pH, condutividade, cloretos, DBO5, DQO, fsforo total, amnia, NTK, coliformes termotolerantes e E. coli. Os volumes mdios de urina excretada por uma pessoa por dia foram de 1,349 l e 1,147 l na primeira e segunda coleta respectivamente. Os resultados qualitativos mostram que a urina tem grande contribuio na carga de nutrientes no esgoto domstico, correspondendo a aproximadamente 90% da carga de nitrognio e 40% da carga de fsforo. As cargas de DBO5 e DQO contribuem apenas com 10% cada. Esses dados indicam que a segregao e coleta de urina na fonte se constituem em alternativas interessantes s complexas estaes de tratamento de esgoto com remoo de nutrientes N e P. Essa experincia tambm mostrou que a estocagem em reservatrios fechados a melhor opo para reso agrcola e pode ser uma das formas mais viveis de higienizao da urina. PALAVRAS-CHAVE: Urina humana, Reso agrcola, nutrientes, nitrognio, fsforo.

INTRODUO

O reso de efluentes domsticos j uma prtica corrente em vrias partes do mundo. A escassez de gua e o contnuo crescimento populacional, especialmente em rea urbanas, tm levado ao desenvolvimento de solues mais sustentveis. As "solues" oferecidas pelo saneamento convencional consideram que o meio ambiente pode processar infinitamente os resduos. O saneamento ecolgico, ao contrrio, minimiza a necessidade de recursos externos e reduz a liberao de resduos do sistema para o meio ambiente (ESREY et al, 2001).

O reaproveitamento do esgoto domstico, gerado em reas urbanas, possibilita o reciclo de nutrientes em reas agrcolas cultivveis. Em geral s existe fluxo num sentido, ou seja, os alimentos so fornecidos de reas agrcolas para reas urbanas, no havendo retorno de nutrientes naturais da rea urbana para a agricultura. Dessa forma necessria a utilizao de fertilizantes artificiais, que na maioria das vezes contm metais pesados e outros resduos perigosos. Se todos esses nutrientes fossem recirculados, o uso desses fertilizantes poderia ser reduzido entre 35 e 45%, sendo que somente a urina poderia substituir de 20 a 25% (JNSSON, 1994 apud LIND, 2001). A maior parte dos nutrientes que so essenciais na agricultura (N, P, K) so encontrados na urina humana e, na maioria dos casos, sua quantidade total mais apropriada do que as encontradas nos fertilizantes artificiais (SIDA, 1995). Sua utilizao pode ser feita tanto na forma lquida quanto na forma de cristais precipitados, como por exemplo, estruvita (MgNH4PO4.6H2O),.

A separao da urina ento uma das premissas bsicas nos projetos de saneamento ecolgico. Isso pode ser feito atravs da utilizao de vasos sanitrios que possuem em seu interior uma parede divisria, de modo que a urina escoe pela parte da frente e as fezes pela parte de trs, evitando que elas se misturem (JOHANSSON et al, 2000). Os sistemas de vasos separadores de urina (urine separating toilets) tm sido desenvolvidos (Figura 1) e instalados em vrias eco-vilas ao redor do mundo, como por exemplo, Sucia e Alemanha (LIND et al, 2001).

a B

Figura 1: Vasos separadores de urina (Urine-separating toiets)

a) Dubbletten from BB Innovation & Co AB b) DS toilet from Wost Man Ecology AB

Nesse contexto, o objetivo dessa pesquisa estudar de forma preliminar as caractersticas quali-quantitativas da urina humana sem diluio, bem como a sua melhor forma de estocagem, visando principalmente o seu reaproveitamento como fertilizante natural agrcola.

MATERIAIS E MTODOS

A caracterizao da urina foi feita mediante duas campanhas de coletas individuais durante 24h. A primeira foi realizada no ms de julho de 2004 com um grupo de 18 pessoas (10 mulheres e 8 homens) com idades variando de 16 a 55 anos. A segunda foi realizada em abril de 2005 com um grupo de 17 pessoas (9mulhres e 8 homens) com idades variando de 20 a 56 anos. A urina foi coletada em frascos plsticos esterilizados de 500ml, distribudos aos colaboradores a cada ida ao banheiro. Para as mulheres foi fornecido tambm um funil de plstico para que no houvesse nenhuma perda de urina.

Depois de cada coleta individual os frascos eram identificados (data, hora e identificao do colaborador) e encaminhados para anlises no Laboratrio de Saneamento da Universidade Federal do Esprito Santo - UFES (figura 2a).

Os dados quantitativos foram obtidos atravs da medio do volume e do peso para cada amostra individual. Essas medidas foram feitas colocando-se uma proveta sobre uma balana (figura 2b). Ao final da coleta o foi feito o somatrio dos volumes de urina excretados por cada colaborador obtendo assim, o volume total de urina por pessoa por dia.

Figura 2: Medio do peso e volume de uma amostra individual

Depois de terem sido feitas as medidas de volume e peso de cada frasco, toda urina coletada foi misturada, homogeneizada e posteriormente dividida em duas bombonas plsticas de 20 litros (figura 2c). Optou-se por bombonas de cor escura pra impedir a entrada de luz e com isso a ocorrncia de reaes indesejadas.

O perodo de estocagem adotado para o experimento foi de 30 dias. Esse perodo foi adotado para possibilitar a ocorrncia das reaes de degradao da uria em amnia e conseqente aumento do pH, permitindo que dessa forma a urina fosse higienizada.

Foram avaliadas duas formas de estocagem: fechada e aberta. Para isso, uma das bombonas ficou com a tampa aberta para que permitisse o monitoramento das transferncias de gases e possveis perdas de nitrognio. A outra bombona permaneceu com a tampa fechada durante todo o perodo de estocagem. Ambas as bombonas possuam uma torneira, localizada a 10cm do fundo, para que no fosse necessrio abrir a bombona fechada no momento da coleta das amostras e para padronizar a amostragem nas duas bombonas.

Foram realizadas anlises semanais durante os 30 dias de estocagem dos seguintes parmetros: pH, condutividade eltrica, cloretos, DQO, DBO5, fsforo total, amnia, NTK, Coliformes termotolerantes e E. coli. As metodologias empregadas para realizao das anlises esto de acordo com o Standard Methods for the examination of water and wastewater (1995).

ab

Figura 3: a) Anlise de amostras individuais; b) Estocagem de urina nas bombonas.

RESULTADOS E DISCUSSES

Os resultados quantitativos da primeira e da segunda campanha de coleta de urina esto expressos nas tabelas 1 e 2 respectivamente. Pode-se observar que o volume de urina excretado pelo corpo humano varia tanto de pessoa para pessoa quanto de um dia para o outro. As razes principais dessa flutuao so as quantidades de lquido ingerido e as perdas por transpirao. De acordo com estudos feitos por Raunch et al (2003), o volume mdio de urina dirio por pessoa adulta aproximadamente 1,5 litro com uma faixa de variao entre 1,0 e 2,5 litros. Valores muito prximos tambm foram obtidos por Fittscher & Hermann (1998) encontrando como volume mdio 1,57 litro e valores mnimos e mximos 0,69 e 2,5 litros respectivamente.

Os dados de quantidade so importantes principalmente para se estimar os volumes dos reservatrios de estocagem de urina.

Tabela 1: Resultados da caracterizao quantitativa da urina humana 1 coleta

AmostraVolume (l)

Total/diaMdia /pes.diaDesv. padroMx.Mn.Coef. Var

Masculino (n = 8)11,7961,4750,4272,0630,82029%

Feminino (n = 10)12,4851,2490,6642,2230,35653%

Misto (n = 18)24,2811,3490,5682,2230,35642%

Tabela 2: Resultados da caracterizao quantitativa da urina humana - 2 coleta

AmostraVolume (l)

Total/diaMdia /pes.dia Desv. padroMx.Mn.Coef. Var

Masculino (n = 8)8,3291,0410,5422,0400,39652%

Feminino (n = 9)12,3121,2310,8563,4460,50170%

Misto (n = 17)20,6411,1470,7233,4460,39663%

Os resultados qualitativos indicados na Tabela 3 mostram que a urina tem grande contribuio na carga de nutrientes no esgoto domstico, correspondendo a aproximadamente 90% da carga de nitrognio e 40% da carga de fsforo. As cargas de DBO5 e DQO no so to significativas, contribuindo apenas com 10% cada. Os clculos das cargas dirias por pessoa de nutriente, matria orgnica e inorgnica foram feitos com os dados obtidos nos primeiros dias de estocagem (Tabela 4). Tabela 3: Cargas dirias excretadas na urina humana e no esgoto domstico bruto por pessoa

Urina Humana (g/hab.d)Esgoto domstico bruto (g/hab..d)

PrprioFITTSCHEN & HAHN (1998)SNV apud FITTSCHEN & HAHN (1998)VON SPERLING (1996)ATV (1991) apud FITTSCHEN & HAHN (1998)SNV (1995) apud FITTSCHEN & HAHN (1998)

NTK11,510,811,08,011,013,5

Ptotal0,550,9312,52,52,1

DBO52,246,06-506048

DQO9,3412,97-100120-

A Tabela 4 mostra com seria a composio tpica de um esgoto sanitrio sem a contribuio da urina. Os valores foram obtidos a partir da razo entre as cargas dirias obtidas no trabalho (Tabela 3) e o per capita de esgoto (160 l/hab.d) multiplicado pela porcentagem de infiltrao na rede de 20%. Esses dados indicaram que a segregao e coleta de urina na fonte se constituem em alternativas interessantes s complexas estaes de tratamento de esgoto com remoo de nutrientes N e P.Tabela 4: Composio tpica de um esgoto sanitrio com e sem contribuio da urina

Parmetro (mg/l)Esgoto sanitrio (VON SPERLING, 1996)UrinaEsgoto sanitrio sem urina

DQO70049651

DBO535012338

NTK706010

Ptotal14311

Impactos da estocagem na composio qumica da urina

Durante os 30 dias de estocagem o pH aumentou at valores prximos de 9,0 (Figura 4) em ambas as campanhas. A condutividade eltrica na primeira campanha ficou na maior parte do tempo variando na faixa de 15 a 20mS/cm e apresentou um ligeiro aumento nos ltimos dias de estocagem. Na segunda campanha esse parmetro comportou-se de maneira diferente, apresentando um crescimento acentuado nos primeiros 15 dias (13,6 a 38,8mS/cm na bombona fechada e 13,6 a 43,8mS/cm na bombona aberta) e um ligeiro decaimento at o fim do experimento. J os valores de DBO5 e DQO, em ambas as campanhas, ficaram a maior parte do tempo em torno de 2,0 g/l e 8,5g/l respectivamente, com algumas oscilaes durante o perodo de estocagem.

As concentraes de cloreto encontradas foram bem elevadas devido principalmente presena de sais contendo esse on (NaCl por exemplo). Um aumento na concentrao desse parmetro (4000-6000mg/l) foi mais evidente na segunda campanha, durante a estocagem.

A concentrao de fsforo total apresentou uma tendncia de decrescimento em ambas as bombonas (Figura 5), possivelmente devido precipitao de cristais contendo fosfatos, como por exemplo, a estruvita.

No caso do nitrognio, a maior parte dele, na urina recm excretada, aparece na forma de uria [CO(NH2)2]. Mas quando ela estocada a uria submetida hidrlise qumica convertendo-se em amnia e bicarbonato. A enzima catalisadora a uria amidohidrolase, tambm conhecida como urease (UDERT et al, 2003a). As bactrias que a processam so encontradas em toda parte, inclusive nos sistemas separadores de urina (UDERT et al, 2003b). Alguns exemplos delas so o Proteus e a Psudomonas. A equao a seguir demonstra como ocorre essa reao:

Devido liberao da amnia e do bicarbonato ocorre um aumento no pH na urina, podendo ocasionar precipitao de cristais de inorgnicos como estruvita, calcita e hidroxiapatita (HAP) (UDERT et al, 2003b).

Dessa forma, na primeira campanha, constatou-se o aumento da concentrao de amnia, nas duas bombonas (Figura 6a). Foi observado que na bombona aberta esses valores foram um pouco menores, mostrando que houve perda desse nutriente para a atmosfera. Dessa forma, verificou-se que um reservatrio fechado seria uma melhor opo de estocagem da urina para utilizao na agricultura.

A Figura 6b mostra como o nitrognio se comportou na segunda campanha: o decaimento da concentrao de nitrognio orgnico (na maior parte uria) e o aumento da concentrao de amnia.

1 coleta

2 coleta

Figura 4: Resultados de pH durante a estocagem da urina

1 coleta

2 coleta

Figura 5: Resultados de Fsforo Total durante a estocagem da urina

1 coleta

a2 coleta

b

Figura 6: Resultados de amnia durante a estocagem da urina

Quanto aos resultados microbiolgicos, foi verificada a presena de coliformes termotolerantes e E.coli no incio da estocagem da urina. Em ambas as coletas, e tanto na bombona aberta quanto na fechada, houve um crescimento dessas bactrias at os 20 primeiros dias de estocagem, chegando a praticamente zero ao final dos 30 dias. Isso ocorreu em funo do aumento do pH em virtude da degradao do nitrognio orgnico em amnia.CONCLUSES

Quando a urina coletada no intuito de ser utilizada com fertilizante agrcola importante que a sua estocagem seja feita de forma a prevenir maus odores e perdas de nitrognio para a atmosfera. Dessa forma essa experincia mostrou que a estocagem em reservatrios fechados a melhor opo para esse tipo de reso, uma vez que, alm de preservar o contedo de nutrientes na urina, ainda evita entrada de insetos ou outros animais, podendo contaminar a urina estocada.

Os resultados indicaram tambm que em curtos perodos de estocagem (~20dias) os nveis de coliformes termotolerantes e E. coli j tenderam a praticamente zero, mostrando que a estocagem em temperatura ambiente pode ser uma das formas mais viveis de tratamento da urina. Isso ocorreu principalmente devido ao aumento do pH e liberao da amnia. Entretanto, para o reso em larga escala a literatura recomenda que esse perodo de estocagem seja de pelo menos 6 meses para que a urina armazenada atenda a todos os requisitos de qualidade microbiolgica. Esse tempo de estocagem tambm pode variar dependendo do tipo de cultura agrcola que ser fertilizada.

Uma outra vantagem para esse tipo de reso a diminuio ou eliminao da urina nas estaes de tratamento, fazendo com que os nveis de carbono e nitrognio fiquem praticamente balanceados. Dessa forma as bactrias que degradam a matria orgnica poderiam absorver todo o contedo de nitrognio e, o excesso de fsforo, que permanece aps o tratamento biolgico, poderia ser reduzido.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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FITTSCHEN, I.; HAHN, H. H. Characterization of the municipal wastewaterpaert human urine and preliminary comparison with liquid cattle excretion. Water science technology, Alemanha, v. 38, n. 6, p. 9-16, 1998. JOHANSSON, M.; JNSSON, H.; HGLUND, C.; RICHERT-STINTZING, A.; RODHE, L. Urine separation: closing the nutrient cycle. Stockholm Vatten, Stockholmshem. Estocolmo. 2000.

LARSEN, T. A.; PETERS, I.; ALDER, A.; EGGEN, R.; MAUREN, M.; MUNCKE, J. Re-engineering the toilet for sustainable wastewater management. Environmental science technologies, Sua, v. 35, n. 9, p. 192-197, 2001. LIND, B.; BAN, Z.; BYDN, S. Volume reduction and concentration of nutrients in human urine. Ecological Engineering, Sucia, v. 16, n. 4, p. 561-566, 2001 UDERT, K. M.; LARSEN, T.A.; BIEBOW, M.; GUJER, W. Urea hydrolysis and precipitation dynamics in a urine-collecting system. Water Reserch. v.37, n. 11, p. 2571-2582, 2003a.

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VON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. 2 ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental - UFMG, 1996. 243 p.

7ABES/ES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental - Seo Esprito Santo

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