Irrigation of two maize cultivations with swine wastewater treated in anaerobic biodigester: evaluations on soil-water-air-plant system

Por muitos anos, os dejetos brutos de suínos foram inadequadamente destinados em áreas vizinhas às granjas, havendo pouca informação quanto aos danos causados pela elevada carga orgânica, patógenos e outros contaminantes como N, K, Na, Cu e Zn. Contudo, o uso agrícola do efluente tratado pode promover o uso racional da água e de insumos, melhorias na fertilidade do solo e na produtividade. Nesse contexto, avaliou-se o tratamento dos dejetos em biodigestor anaeróbio e os efeitos da irrigação de dois cultivos de milho com os efluentes tratados. Os dejetos brutos (EB) foram peneirados e tratados no biodigestor, gerando o efluente tratado (EBL) que foi diluído (1:50, v:v) (EBLD), simulando etapas posteriores do tratamento. Periodicamente, caracterizaram-se os efluentes e avaliou-se a eficiência do tratamento. Para avaliar a depuração da carga orgânica dos efluentes em um solo argiloso e outro arenoso, realizou-se teste de respirometria, quantificando o C-CO2 liberado ao longo de 172 dias. Conduziu-se ensaio de campo delineado em blocos casualizados, avaliando os seguintes tratamentos ao longo dos cultivos do milho safra e safrinha: T1-controle; T2-fertilização mineral sem irrigação, T3-irrigação com EBL, T4-irrigação com EBLD, T5-fertilização mineral com irrigação com água. Utilizaram-se tensiômetros para avaliar a necessidade de irrigação. Avaliaram-se os efeitos sobre a qualidade e fertilidade do solo, volatilização de nitrogênio, nutrição e produtividade da cultura. O EB não se enquadrou aos limites estabelecidos para uso agrícola de resíduos. O EBL enquadrou-se a esses limites, apresentando menores valores de DBO, DQO, sólidos, teores de P, Ca, Cu, Zn, Fe e Mn, e ausência de coliformes fecais e Salmonella. Contudo, apresentou valores elevados de CE, Na e N. No teste de respirometria, obteve-se maior taxa de degradação do material orgânico adicionado ao Argissolo em comparação ao Latossolo, verificando a ocorrência do efeito \"priming\" no Argissolo. As maiores perdas por volatilização de N ocorreram de 2 a 3 dias após a aplicação de 33,3 mm do EBL, as quais foram baixas e menores em relação às obtidas para fertilizantes nitrogenados. A irrigação com EBL aumentou a condutividade elétrica nas duas camadas de solo no primeiro cultivo, e no segundo cultivo houve sua redução. Os efluentes não alteram os teores disponíveis e totais de Cu e Zn no solo. Houve aumento nos teores de K trocável e na solução do solo da camada superficial, em função do uso do EBL. Após o segundo cultivo, os teores de N-NH4+ e N-NO3- foram maiores na camada subsuperficial de T3 (EBL). Para a safrinha, o uso do EBL aumentou os teores de N na folha e no grão. Já para safra, o uso do EBL aumentou apenas o teor de N no grão. Não houve alteração nos teores de micronutrientes no tecido vegetal. As produtividades de T3 (EBL) foram iguais a 6,7 t ha-1 para a safrinha e a 13,1 t ha-1 para a safra. Além disso, o uso do EBL no solo aumentou o teor de matéria seca e o comprimento de espiga, indicando suprimento de água e nutrientes para os dois cultivos de milhoFor several years, the swine manures were improperly applied in soil of areas near to swine farms, without previous treatment. Additionally, there is little information about the contamination level caused by high organic load, pathogens, and high concentrations of N, K, Na, Cu and Zn present in swine waste. However, the treated swine wastewater use can promote the rational use of water and agricultural inputs, improving soil fertility and crop productivity. In this context, it aimed to evaluate the swine liquid waste treatment through the anaerobic biodigester and the irrigation effects of two maize cultivations with treated effluents. The liquid swine waste (EB) was sieved and, after, it was treated in biodigester, generating the treated efluente (EBL). The EBL was diluted (1:50, v:v) (EBLD), in order to simulate subsequent phases of treatment. Periodically, the effluents were characterized in order to evaluate the treatment efficiency. For evaluate the organic load depuration in a clayey and sandy soils, it was performed the respirometry test, quantifying the C-CO2 released during 172 days. It was conducted the field experiment designed in randomized blocks, evaluating the following treatments during winter and summer maize cultivations: T1- control; T2-mineral fertilization without irrigation; T3-irrigation with EBL; T4-irrigation with EBLD; T5-mineral fertilization with water irrigation. It was used tensiometers for evaluate the irrigation needs. It was evaluated the effects about soil fertility and quality, nitrogen loses by volatilization, culture nutrition and productivity. The EB didn\'t presented limits in accordance to legislations about agricultural use. The EBL presented reduced values of BOD, COD, volatile solids, contents of P and Ca, and absence of fecal coliforms and Salmonella, they being in accordance to limits established by these legislations. However, the values of CE and Na were higher than these limits. In respirometry test, it was observed higher organic material degradation for Ultisol in comparison to Oxisol and, verifying the \"priming\" effect for Ultisol. The higher losses by N volatilization occurred between 2 and 3 days after application of 33.3 mm of EBL, those were lower in relation to losses obtained from mineral fertilizers. In soil, the EBL irrigation increased the CE in first cultivation, which reduced after the second cultivation. There were not changes in available and total contents of Cu and Zn in soil. There were increases in exchangeable K contents and in soil solution of superficial soil depth. After the second cultivation, the contents of N-NH4+ e N-NO3- were higher in subsuperficial depth of T3 (EBL). For winter cultivation, the EBL increased the N contents in leaf and grains. Already for summer cultivation, the EBL increased only the N contents in grains. There were not changes in micronutrients contents of vegetal tissues. The productivities of T3 (EBL) were equals to 6.7 t ha-1 for winter maize and 13.1 t ha-1 for summer maize. Furthermore, the EBL increased the dry matter and length of ear, verifying that EBL supplied nutrients and water need to maize cultivation

Use of sewage sludge and compost of sewage sludge with pruning tree in sugarcane

Após a regulamentação do uso agrícola do lodo de esgoto no Brasil em 2006, houve maior restrição quanto aos limites de metais pesados e patógenos. Portanto, a maioria dos lodos gerados no Brasil necessita de pós-tratamento para uso agrícola. O processo de compostagem do lodo pode assegurar seu uso em solos. A cana-de-açúcar ocupa extensas áreas mecanizadas e é grande receptora de resíduos orgânicos. O objetivo desse trabalho foi verificar melhorias proporcionadas a um lodo de esgoto compostado com poda de árvore e confrontar o uso do lodo in natura e compostado na cana-de-açúcar. Foram montadas pilhas de compostagem de lodo de esgoto digerido anaerobicamente e poda de árvore triturada, com relação C/N inicial igual a 30/1, mantendo a compostagem com revolvimento mecânico por 120 dias. Monitorou-se a temperatura, a quantidade de patógenos e realizou a caracterização físico-química e química dos resíduos. Para verificar as taxas de decomposição dos resíduos em Nitossolo Háplico álico, argiloso, realizou-se ensaio de respirometria. No ensaio I, utilizaram-se duas doses de lodo (21,2 e 42,4 t ha-1) e três de composto (69,4; 138,9; 277,8 t ha-1). No ensaio II, utilizaram-se quatro doses de lodo (120; 240; 360; 480 t ha-1). Foi realizado um teste para obter as taxas de mineralização de nitrogênio dos resíduos. Em colunas de PVC foi adicionado o mesmo solo, três doses de lodo (3,6; 7,2; 14,4 t ha-1), e três de composto (7,2; 14,4; 28,8 t ha-1), periodicamente as colunas foram lixiviadas e realizadas as determinações de N-NO3- e N-NH4+ colorimetricamente. O experimento de campo foi conduzido com o mesmo solo, aplicando os resíduos uma vez sob sistema de cana crua de segundo corte, cultivar IAC-1099. Utilizaram-se três doses de lodo (46,2; 92,4; 184,8 t ha-1) e três de composto (52,5; 105; 210 t ha-1). Conduziram-se os tratamentos testemunha, e com fertilização mineral (120 kg ha-1 de N e 120 kg ha-1 de K2O). Nas parcelas tratadas com resíduos adicionaram-se 120 kg ha-1 de K2O. Avaliaram-se o efeito do uso dos resíduos na terceira e quarta soqueira, por meio da determinação da produtividade e das variáveis tecnológicas. Na quarta soqueira foram quantificados os teores de Cu, Zn, Cr, Ni, Cd e Pb no solo, folha e caldo. Os parâmetros físico-químicos e químicos do composto estiveram de acordo com a legislação agrícola. Houve eliminação dos ovos de helmintos viáveis e redução de coliformes totais. No teste de respirometria, a taxa de 30% estabelecida pela legislação foi atingida somente pela maior dose de lodo. No teste de mineralização as doses que apresentaram taxas iguais às estabelecidas pela legislação não atenderam a necessidade em N da cultura. As doses que atenderam a necessidade em N, por apresentar altas taxas de mineralização, foram menores que as doses agrícolas recomendadas. No campo, a maior dose de resíduos proporcionou menor perda de produtividade entre os ciclos. Os teores dos elementos estudados estiveram dentro dos padrões de qualidade de solo, assim como os teores dos elementos na folha. No caldo os teores estiveram na ordem de ppb.In 2006, after the regulation of agricultural use of sewage sludge in Brazil, there was greater restriction as to limits for heavy metals and pathogens. Therefore, most of sewage sludge generated in Brazil requires pos-treatment for agricultural use. The sewage sludge composting ensures its use in soil. Sugarcane occupies large mechanized areas and it\'s great absorber of organic wastes. The aim of this study was to assess possible improvements in the characteristics of a sewage sludge composted with pruning and confront use of sewage sludge and sewage sludge compost in sugarcane. Two static piles with anaerobically digested sewage sludge and pruning tree were constructed with a C/N ratio initial equal to 30/1, leading composting for 120 days with mechanical mixing. During the process was monitored temperature, pathogens amount and were made chemical and physicochemical characterization. To check decomposition rates of wastes in a Hapludox haplic alic, clayey, the respirometry test was conducted. In test I, we used two doses of sludge (21.2 and 42.4 t ha-1) and three doses of compost (69.4, 138.9, 277.8 t ha-1). In test II we used four doses of sludge (120, 240, 360, 480 t ha-1). We conducted a mineralization test to check wastes mineralization rates. In PVC columns was added the same soil, three doses of sludge (3.6, 7.1, 14.3 t ha-1) and three doses of compost (7.2, 14.3, 28.7 t ha-1), periodically the columns were leached and determination of N-NO3- and N-NH4+ were made by method colorimetric. The field experiment was conducted on the same soil, applying wastes only time under straw of a no-burning system, at the beginning of third sugarcane ratoon. We used three doses of sludge (46.2, 92.4, 184.8 t ha-1) and three doses of compost (52.5, 105, 210 t ha-1). We carried out treatment control and treatment with mineral fertilization (120 kg N ha-1 and 120 kg ha-1 K2O). In plots with waste was added 120 kg ha-1 of K2O. We evaluated the effect of waste application in third e fourth ratoon by determination of productivity and technological analysis. In fourth ratoon, we evaluated the levels of Cu, Zn, Cr, Ni, Cd and Pb in soil, in sugarcane juice and leaf. The physicochemical and chemical parameters of compost were in agreement the agricultural legislation. There elimination of helminthes viable eggs and reduction of total coliforms. In respirometry test, only treatment with highest dose of sludge presented decomposition rate equal the rate established for the legislation, equal to 30%. In mineralization test, treatments that presented rates equal the legislation not provide the amount required of N for plant. And treatments that provide the amount required in N, by presenting high mineralization rates, were lower than agricultural dose. In field experiment, the highest doses of wastes resulted in less loss of productivity between crops cycles. The contents of elements studied were within the soil quality standards, as well as the contents these elements on sheet. In sugarcane juice this elements were presented in level of ppb

Composting sewage sludge with green waste from tree pruning

Sewage sludge (SS) has been widely used as organic fertilizer. However, its continuous use can cause imbalances in soil fertility as well as soil-water-plant system contamination. The study aimed to evaluate possible improvements in the chemical and microbiological characteristics of domestic SS, with low heavy metal contents and pathogens, through the composting process. Two composting piles were set up, based on an initial C/N ratio of 30:1, with successive layers of tree pruning waste and SS. The aeration of piles was performed by mechanical turnover when the temperature rose above 65 ºC. The piles were irrigated when the water content was less than 50 %. Composting was conducted for 120 days. Temperature, moisture content, pH, electrical conductivity (EC), carbon and nitrogen contents, and fecal coliforms were monitored during the composting. A reduction of 58 % in the EC of the compost (SSC) compared with SS was observed and the pH reduced from 7.8 to 6.6. There was an increase in the value of cation exchange capacity/carbon content (CEC/C) and carbon content. Total nitrogen remained constant and N-NO3- + N-NH4+ were immobilised in organic forms. The C/N ratio decreased from 25:1 to 12:1. Temperatures above 55 ºC were observed for 20 days. After 60 days of composting, fecal coliforms were reduced from 107 Most Probable Number per gram of total solids (MPN g−1) to 104 MPN g−1. I one pile the 103 MPN g−1 reached after 90 days in one pile; in another, there was recontamination from 105 to 106 MPN g−1. In SSC, helminth eggs were eliminated, making application sustainable for agriculture purposes

Composting sewage sludge with green waste from tree pruning

Sewage sludge (SS) has been widely used as organic fertilizer. However, its continuous use can cause imbalances in soil fertility as well as soil-water-plant system contamination. The study aimed to evaluate possible improvements in the chemical and microbiological characteristics of domestic SS, with low heavy metal contents and pathogens, through the composting process. Two composting piles were set up, based on an initial C/N ratio of 30:1, with successive layers of tree pruning waste and SS. The aeration of piles was performed by mechanical turnover when the temperature rose above 65 ºC. The piles were irrigated when the water content was less than 50 %. Composting was conducted for 120 days. Temperature, moisture content, pH, electrical conductivity (EC), carbon and nitrogen contents, and fecal coliforms were monitored during the composting. A reduction of 58 % in the EC of the compost (SSC) compared with SS was observed and the pH reduced from 7.8 to 6.6. There was an increase in the value of cation exchange capacity/carbon content (CEC/C) and carbon content. Total nitrogen remained constant and N-NO3- + N-NH4+ were immobilised in organic forms. The C/N ratio decreased from 25:1 to 12:1. Temperatures above 55 ºC were observed for 20 days. After 60 days of composting, fecal coliforms were reduced from 107 Most Probable Number per gram of total solids (MPN g−1) to 104 MPN g−1. I one pile the 103 MPN g−1 reached after 90 days in one pile; in another, there was recontamination from 105 to 106 MPN g−1. In SSC, helminth eggs were eliminated, making application sustainable for agriculture purposes

Aplicação do método de mineralização de nitrogênio com lixiviação para solo tratado com lodo de esgoto e composto orgânico

A determinação da taxa de mineralização de nitrogênio (N) em solos tratados com resíduos é fundamental para definir as doses a serem aplicadas, fornecendo N às plantas na época adequada, sem perdas do elemento por lixiviação. Inúmeros estudos em solos tratados com resíduos utilizam o teste de mineralização de N sem lixiviação e a caracterização das formas mineralizadas pelo método volumétrico. Em razão da deficiente repetibilidade do teste e da baixa sensibilidade do método de determinação observada em estudos com lodo de esgoto e composto orgânico, adotaram-se o método pouco difundido de mineralização de N com lixiviação e a especificação das formas minerais de N, por meio de métodos espectrofotométricos. O teste foi realizado em colunas de PVC, com 30 mm de diâmetro, preenchidas com terra retirada da camada 0,20 m de um solo classificado como Nitossolo Háplico, álico, argiloso, misturada às seguintes doses de resíduos, em Mg ha-1 (base úmida): lodo de esgoto - L1: 3,6; L2: 7,2; e L3: 14,4; e composto de lodo de esgoto e material vegetal triturado proveniente da poda de árvores urbanas - C1: 7,2; C2: 14,4; e C3: 28,8. As colunas foram incubadas e lixiviadas periodicamente com solução 0,01 mol L-1 KCl e as formas minerais de N determinadas colorimetricamente. Maiores taxas de mineralização ocorreram nas menores doses aplicadas de lodo e composto, evidenciando efeito priming, indesejado à fertilidade de solos sob condições tropicais. Menores taxas ocorreram nas doses L2 e C2, com valores próximos àqueles sugeridos pela legislação, não suprindo a demanda de N almejada, indicando possível necessidade de revisão na norma vigente. De modo geral, as taxas de mineralização foram maiores para o composto orgânico, enquanto a velocidade de degradação do composto orgânico foi menor que para o lodo, revelando maior distribuição da disponibilidade de N para a cultura ao longo do tempo. O método de mineralização com lixiviação e a determinação das formas de N-minerais por colorimetria evidenciaram-se rápidos e eficientes; estudos com solos e resíduos diversos podem validá-los para seu uso em rotina

DECOMPOSIÇÃO DE LODO DE ESGOTO E COMPOSTO DE LODO DE ESGOTO EM NITOSSOLO HÁPLICO

RESUMO O uso agrícola de lodo de esgoto e derivados no Estado de São Paulo é regulamentado por norma federal e por norma paulista, que recomendam que esses materiais quando incorporados a solos agrícolas devem apresentar no mínimo 30 % de degradação do carbono total. Para observar as frações de degradação de um lodo de esgoto e de um composto, produzido a partir do mesmo lodo juntamente com poda de árvore urbana triturada, realizaram-se dois ensaios de biodegradação de C. As doses dos resíduos foram adicionadas em frascos contendo 500 g de solo coletado na profundidade de 0,00-0,20 m de um Nitossolo Háplico Álico textura argilosa. No ensaio I, as doses de lodo (L) e composto (C) utilizadas consideraram percentuais da necessidade em N para a cultura da cana-de-açúcar, e expressas em Mg ha-1 de resíduo (base úmida): L1 21,2 (100 %); L2 42,4 (200 %); C1 69,4 (50 %); C2 138,9 (100 %); e C3 277,8 (200 %). O ensaio II foi realizado apenas com o lodo de esgoto, utilizando-se doses 5, 10, 15 e 20 vezes maiores que aquelas recomendadas no ensaio I: L3 120; L4 240; L5 360; e L6 480, simulando sucessivas aplicações do resíduo no solo. O C-CO2liberado foi quantificado por meio da medida de condutividade elétrica. O lodo de esgoto no ensaio I apresentou menores frações de degradação quando comparado ao composto orgânico, mas a taxa de decomposição do composto foi menor, provavelmente pela presença de substâncias recalcitrantes resultantes do processo de humificação. A fração de degradação dos resíduos no solo atingiu valor próximo a 30 % apenas para a dose de lodo de esgoto 20 vezes superior à dose exigida pela cultura, e assim não poderiam ser utilizados em solos agrícolas argilosos. Observou-se a necessidade de revisão desse valor adotado pela legislação paulista de uso de resíduos orgânicos em solos

Reconstruction of interactions in the ProtoDUNE-SP detector with Pandora

International audienceThe Pandora Software Development Kit and algorithm libraries provide pattern-recognition logic essential to the reconstruction of particle interactions in liquid argon time projection chamber detectors. Pandora is the primary event reconstruction software used at ProtoDUNE-SP, a prototype for the Deep Underground Neutrino Experiment far detector. ProtoDUNE-SP, located at CERN, is exposed to a charged-particle test beam. This paper gives an overview of the Pandora reconstruction algorithms and how they have been tailored for use at ProtoDUNE-SP. In complex events with numerous cosmic-ray and beam background particles, the simulated reconstruction and identification efficiency for triggered test-beam particles is above 80% for the majority of particle type and beam momentum combinations. Specifically, simulated 1 GeV/$c$ charged pions and protons are correctly reconstructed and identified with efficiencies of 86.1$\pm0.6$% and 84.1$\pm0.6$%, respectively. The efficiencies measured for test-beam data are shown to be within 5% of those predicted by the simulation