A reciclagem agrícola de lodo de esgoto é uma das alternativas de disposição final mais utilizadas no mundo. A caleação é um dos processos de higienização que torna viável o aproveitamento desse material, por conseguinte, ocorrem alterações na dinâmica da maioria dos nutrientes em função da elevação do pH. Este trabalho objetiva avaliar o comportamento e a concentração de nitrogênio (N) sob as formas: amoniacal (NH4+) e orgânica, em perfis de lodo de esgoto em função de caleação a 30% em base de matéria seca. O experimento foi conduzido na ETE - Norte, município de Guarapuava - PR. O lodo de esgoto é proveniente de reator anaeróbio de lodo fluidizado (Ralf), parcialmente desidratado em leito de secagem (50% de sólidos totais). O delineamento experimental utilizado foi com blocos casualizados, sendo 3 tratamentos e 3 repetições: T1 – lodo caleado com cobertura; T2 –lodo caleado sem cobertura; T3 –lodo bruto. As coletas foram feitas 60 dias após a implantação do experimento, às seguintes profundidades: estratificada: 0-5 cm; 5-20 cm; 20-45 cm; 45-75 cm; 75-80 cm, e não estratificada: composta de todo perfil. O tratamento lodo bruto foi estatisticamente superior em relação aos teores de N orgânico caracterizando uma menor taxa de mineralização em relação aos lodos caleados. O pH aumentou significativamente com a adição da cal, conseqüentemente as concentrações de N-NH4+ foram maiores no lodo bruto, onde a taxa de nitrificação e perdas por volatilização de amônia foram menores relativamente ao lodo caleado. O tratamento T1 apresentou um acúmulo de N-NH4+ na camada superficial demonstrando a eficiência da cobertura plástica na retenção do gás amônia. O pH tem relação direta com a intensidade de oxidação das formas amoniacais, e é fator condicionante da quantidade de lodo caleado que pode ser aplicado ao solo. Os teores de N-orgânico não variam significativamente em função da profundidade, já a concentração das formas amoniacais sofre variação devido a maior taxa de volatilização e nitrificação das camadas superiores.

Recycling sludge for agriculture purposes is one of the most widely adopted options for final disposal worldwide. Lime addition is one of the hygienization processes that renders this material fit for use; therefore, the dynamics of most of the nutrients is altered due to pH increase. This paper aims at assessing the behavior and concentration of nitrogen (N), both in its ammoniac (NH4+) and organic forms, in sewage sludge profiles, after adding lime (30%) to a dry matter base. The experiment was carried out at ETE – Norte (Sewage Treatment Unit), located in Guarapuava, PR. The sewage sludge comes from an anaerobic reactor (RALF), partially dehydrated in a drying bed (50% of total solids). The experiment was designed to have random blocks of 3 treatments and 3 repetitions: T1 – covered lime treated sludge; T2 – uncovered lime treated sludge; T3 –raw sludge. Samples were collected 60 days after the experiment was implemented, at the following depths: stratified: 0-5 cm; 5-20 cm; 20-45 cm; 45-75 cm; 75-80 cm, and unstratified: composed of the whole sample. Statistically, there was a higher content of organic-N in the raw sludge, and a lower mineralization rate compared to the lime-treated sludge. The pH increased significantly with the addition of lime. Consequently, the concentrations of N-NH4+ were higher in the raw sludge — in which the nitrification rate and losses due to the volatilization of ammonia were lower —compared to the lime-treated sludge. In treatment T1 N-NH4+ accumulated in the surface layer, indicating that the plastic cover was efficient in retaining ammonia gas. The pH is directly related to the oxidating power of ammoniac forms, and it regulates the amount of lime-treated sludge that may be applied to the soil. The content of organic-N does not vary significantly due to depth; however, the concentration of the ammoniac forms varies due to the higher rate of volatilization and nitrification in the upper layers.

Dentre os processos de higienização do lodo para uso na agricultura a caleação tem significativa importância pelo seu baixo custo, facilidade operacional e eficiência; além de agregar valor ao biossólido caracterizando-o como corretivo de acidez dos solos. As principais reações químicas ocasionadas pela caleação (CaO) no lodo resultam em elevação de pH e temperatura, conseqüentemente perdas de nitrogênio sob formas gasosas, NO, N2O, N2 e principalmente NH3, que também atua no processo de desinfecção. A concentração de NH3 e sua forma iônica NH4+ variam em função do pH do meio.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento e a concentração de nitrogênio sob as formas: amoniacal (NH4+) e orgânica, em perfis de lodo de esgoto em função da caleação a 30% (em base de matéria seca (MS) de lodo); verificar perdas de nitrogênio sob a forma gasosa amoniacal relacionada aos efeitos pH e temperatura e avaliar a influência da caleação sobre o pH no perfil do lodo.

O pH de lodo bruto geralmente apresenta-se em condições de acidez . Em tal faixa de pH, estão presentes em maior quantidade formas amínicas e amoniacais em relação às formas nítricas. Por conseguinte, as formas amoniacais (NH4+). são os primeiros produtos da decomposição que são significativamente absorvidos pelas plantas (ANDREOLI et al., 2001). Seqüencialmente, NO3- e quantidades ínfimas e instáveis de NO2- também são formas minerais de N resultantes do processo de mineralização. As formas gasosas NO, N2O, N2 e efetivamente NH3 também têm concentrações relevantes nestes processos, especialmente relacionadas a perdas de N.

A forma N-NH4+ pode ser fixada por argilas, siltes e até areias contendo vermiculitas. O processo de fixação dos íons NH4+ torna-os menos passíveis de serem nitrificados (NO3-), adicionalmente, minimizam-se as perdas por lixiviação. A intensidade de fixação de NH4+ é aumentada quanto mais lenta for a mineralização, pela exposição gradativa do íon. Os solos que apresentam concentrações elevadas de K+ podem reduzir a fixação de NH4+, visto que íons K+ não promovem a expansão e contração dos látices das argilas, dificultando a fixação (TISDALE et al., 1985; MELLO et al., 1983).

São várias as formas de perda de N do sistema, dentre as quais tem significativa importância a volatilização de amônia (NH3) e/ou desnitrificação.

A volatilização de NH3 depende da concentração de NH4+ e NH3 em solução, que por sua vez são altamente dependentes do pH (HENRY et al, 1999):

Como demonstrado na figura 1, as perdas de N na condição NH3 são maiores em pH mais elevado; a partir de pH 11 praticamente toda forma amoniacal solúvel está sob estado gasoso. Temperaturas acima de 45ºC também potencializam volatizações de NH3, devido ao aumento na taxa de várias reações e na atividade da urease (TISDALE et al., 1985):

Nos processos de higienização através de caleação ocorrem acréscimos na temperatura da massa de lodo causados pela reação exotérmica resultante da aplicação da cal virgem (CaO) ao lodo de esgoto. O pH também aumenta significativamente em função da dosagem de CaO. Estas variáveis são as principais condicionantes das perdas de N relacionadas a volatilização de NH3. Em trabalho de PASSAMANI et al. (2000), foram observados níveis de pH acima de 12 em tratamentos com concentrações de cal, variando entre 20 e 60% (MS lodo).

O teor de umidade do meio também favorece a volatilização de NH3 devido às condições propícias para reações químicas e microbianas. Assim, acredita-se que as maiores perdas de NH3 ocorrem quando o solo está próximo à capacidade de campo. Adicionalmente, a natureza dos resíduos orgânicos presentes em superfície também influencia de modo indireto as quantidades volatilizadas, devido à manutenção das condições de umidade.

O processo de desnitrificação ocorre em condições de anaerobiose, onde alguns organismos (principalmente Pseudomonas, Bacillus e Paracoccus) têm a capacidade de obter O2 de NO2- e NO3-, conseqüentemente, ocorre liberação dos compostos N2, N2O e algumas vezes NO, os quais são voláteis. As perdas por desnitrificação são bastante variáveis, algumas vezes atingindo grandes proporções. Estas variações dependem principalmente das condições do ambiente, dos mecanismos fisiológicos da planta e da população de bactérias. Sob valores de pH inferiores a 5,0 não há desnitrificação, no entanto em pH alto a taxa de desnitrificação é aumentada significativamente:

T1 – tratamento lodo caleado com cobertura;

T2 – tratamento lodo caleado sem cobertura;

T3 – tratamento lodo bruto;

Os parâmetros avaliados foram nitrogênio orgânico e amoniacal (NH4+) - (método macro Kjeldahl) e pH (em cloreto de cálcio).

O pH aumentou significativamente com a adição da cal, sendo que o pH do lodo bruto apresenta-se em níveis baixos, no entanto, apto à maioria das espécies agricultáveis. As concentrações de N-amoniacal também foram maiores no lodo bruto, onde a taxa de nitrificação e as perdas por volatilização de amônia foram menores comparativamente ao lodo caleado evidenciando o efeito do pH. Logo, as razões N-orgânico/N-amoniacal foram muito maiores para os lodos caleados. Nos tratamentos lodo caleado com e sem cobertura, apesar de estatisticamente iguais nos aspectos de amostra composta, observou-se uma concentração três vezes maior de N-NH4+ no tratamento com cobertura plástica, resultado da contenção dos gases de amônia (tabela 2).

Os resultados visualizados na tabela 3 evidenciavam um acúmulo de N-amoniacal na camada superficial do tratamento lodo caleado + cobertura plástica, devido à condensação dos gases voláteis principalmente amônia e conseqüentemente retorno à massa de lodo. O aumento na concentração de amônia relacionada ao pH foi devido ao aumento de íons OH- na solução, com conseqüente liberação de H+ de íons amônio. Já a elevação da temperatura, tem relação direta com a intensidade de volatilização do gás.

Houve um acúmulo de N-amoniacal em profundidade no tratamento lodo bruto, que pode ser atribuído a uma maior taxa de nitrificação e microrganismos nas camadas superiores (figura 2). Também, devido a maior taxa de nitrificação causada pela elevação no pH, os tratamentos com lodo caleado apresentaram menores teores de N-amoniacal em relação ao lodo bruto, evidenciados pelos altos coeficientes de variação (tabela 3). Com exceção da camada superficial, as demais profundidades testadas dos tratamentos com lodo caleado apresentaram concentrações aproximadas, considerando a heterogeneidade do material. Esta maior concentração de N-NH4+ na profundidade 0 – 5cm comprova a eficiência da cobertura na contenção do gás NH3 e conseqüentemente o retorno à massa de lodo.

engenheiro agrônomo, mestre em Agronomia e doutor em Meio Ambiente e Desenvolvimento, engenheiro da Sanepar, coordenador do Programa Interdisciplinar de Pesquisa em Reciclagem Agrícola de Lodo de Esgoto e de Gerenciamento de Mananciais,