Performance of dripping irrigation system using swine wastewater

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de analisar o desempenho de sistema de irrigação por gotejamento utilizado na aplicação de água residuária de suinocultura, avaliando-se: (a) a remoção de sólidos suspensos e de óleos e graxas com a passagem do efluente em peneiras estáticas inclinadas; (b) a influência da pressão de serviço no entupimento de gotejadores operando com efluente e água; e (c) o efeito da proporção de água no entupimento de gotejadores, após a aplicação de efluente. O experimento foi conduzido na Unidade-Piloto de Tratamento e Aplicação Localizada de Água Residuária de Suinocultura (UTARS), situada no campus da Universidade Federal de Viçosa (UFV), em Viçosa, MG. Na primeira etapa do trabalho, montou-se uma bancada experimental constituída de cinco peneiras com aberturas de 47, 56, 77, 106 e 154 µm, destinadas à filtração de efluente da suinocultura. A amostragem da água residuária foi realizada a montante e a jusante das peneiras com freqüência horária, durante um período de quatro horas. Para a segunda e terceira etapas do trabalho, montou-se outra bancada experimental composta por duas unidades de controle, para bombeamento de efluente e de água, uma plataforma em alvenaria e quatro unidades de fertirrigação com três tipos de gotejadores: G1 - não-autocompensante com vazão nominal de 2,0 L h-1; G2 - não-autocompensante com vazão nominal de 1,7 L h-1; e G3 - autocompensante com vazão nominal de 3,6 L h-1. Cada unidade de fertirrigação constou de três subunidades, sendo uma para cada tipo de gotejador. Foram instaladas três linhas laterais com 18 m de comprimento por subunidade. Em todas as linhas laterais foram identificados 22 emissores para medição da vazão. Durante os ensaios, realizaram-se análises física, química e biológica no efluente e na água que abasteceram as unidades de fertirrigação. Na segunda etapa do trabalho, as quatro unidades de fertirrigação operaram diariamente nas pressões de 75, 145, 215 e 285 kPa por quatro horas, aplicando-se efluente durante as primeiras duas horas e água no tempo restante. A avaliação da uniformidade de aplicação da vazão nas subunidades de fertirrigação foi feita a cada 20 h, durante o período de aplicação do efluente. Na terceira etapa do trabalho, as quatro unidades de fertirrigação operaram à pressão de 105 kPa, enquanto os níveis foram: nível 1E3A - uma hora de aplicação do efluente seguida de três horas de aplicação de água; nível 2E2A - duas horas de aplicação do efluente seguidas de duas de aplicação de água; nível 3E1A - três horas de aplicação do efluente seguidas de uma de aplicação de água; e nível 4E - quatro horas de aplicação do efluente. Realizou-se a avaliação da uniformidade de aplicação da vazão nas subunidades de fertirrigação a cada 20 h, durante o período de aplicação do efluente. De acordo com os resultados, remoções consideráveis de sólidos suspensos e de óleos e graxas foram obtidas somente na peneira com abertura de 47 µm. A formação de um biofilme resultante da interação entre os agentes físico, químico e biológico propiciou entupimentos parcial e total dos gotejadores e, conseqüentemente, redução na uniformidade de aplicação de efluente nas subunidades de fertirrigação. O gotejador G1 foi mais suscetível ao entupimento do que os gotejadores G2 e G3, devido à menor velocidade de escoamento do efluente e maior comprimento do labirinto. O aumento na pressão de serviço diminuiu o nível de entupimento somente nas subunidades de fertirrigação dotadas do gotejador G1, em função do aumento na velocidade do escoamento de efluente no interior do emissor. Em média, as subunidades operando nas pressões de serviço P1 e P2 apresentaram maiores níveis de entupimento em relação àquelas com as pressões de serviço P3 e P4. Os níveis 1E3A e 4E foram os mais eficazes na minimização do entupimento dos gotejadores das subunidades de fertirrigação, enquanto nos níveis 2E2A e 3E1A ocorreram os maiores níveis de entupimento. As combinações que proporcionaram menos entupimento foram o gotejador G3 associado aos níveis 1E3A e 4E. Em condições de campo, os níveis de entupimento dos gotejadores G1, G2 e G3 poderiam ser menores, devido ao menor tempo de funcionamento do equipamento para aplicação sustentável da água residuária da suinocultura.The objective of this work was to analyze the performance of a drip irrigation system using swine wastewater. The following parameters were evaluated: (a) removal of suspended solids, oils and greases by passing the effluent through sloped static screens; (b) influence of service pressure on clogging of drippers operating with effluent and water; and (c) effect of proportion of water on clogging of drippers, after effluent application. The experiment was conducted at the Swine Wastewater Treatment and Trickle Application Unit (UTARS), in the Federal University of Viçosa (UFV), Viçosa, MG. In the first stage of this work, an experimental bench consisting of five screens of 47, 56, 77, 106 and 154 µm mesh sizes was set up to filter swine effluent. Wastewater sampling was carried out hourly upstream and downstream of the sieves, during a 4-hour period. For the second and third stages of the work, another experimental bench was set up, consisting of two control units, for effluent and water pumping; a brick platform; and four fertirrigation units, with three types of drippers: G1 - non-compensating with nominal flow of 2 L h-1; G2 - non-compensating with nominal flow of 1.7 L h-1; and G3 - self compensating with nominal flow of 3.6 L h-1. Each fertirrigation unit consisted of three subunits, one for each type of dripper. Three lateral lines of 18 m length were installed per subunit. Twenty-two emitters for flow measurement were identified in all lateral lines. Physical, chemical and biological analyses of the effluent and water that supplied the fertirrigation units were performed during the trials. In the second stage of the work, the four fertirrigation units operated daily at pressures 75, 145, 215 and 285 kPa for four hours, with effluent applied during the first two hours and water in the remaining time. Evaluation of water application uniformity in the subunits of fertirrigation was carried out every 20 h, during the period of effluent application. In the third stage of the work, the four fertirrigation units operated at the pressure of 105 kPa, while the levels were: level 1E3A - one hour of effluent application followed by three hours of water application; level 2E2A - two hours of effluent application followed by two hours of water application; level 3E1A - three hours of effluent application followed by one hour of water application; and level 4E - four hours of effluent application. Evaluation of water application uniformity in the subunits of fertirrigation was carried out every 20 h, during the period of effluent application. The results showed that large removals of suspended solids, oils and greases were only obtained with the 47-µm screen. The biofilm formation resulted from the interaction among the physical, chemical and biological agents caused partial and total dripper clogging, and consequently reduction in the uniformity of effluent application in the fertirrigation subunits. The G1 dripper was more susceptible to clogging than G2 and G3, because of the lowest effluent flow speed and longest labyrinth length. The increase in service pressure decreased clogging level only in the fertirrigation subunits with the dripper G1 with the increase in the effluent flow speed inside the emitter. On average, the subunits operating at service pressures P1 and P2 showed higher clogging levels compared with those at service pressures P3 and P4. The levels 1E3A and 4E were most effective in reducing dripper clogging in the fertirrigation subunits, while highest clogging levels occurred at 2E2A and 3E1A. The combinations providing lowest clogging were dripper G3 associated with levels 1E3A and 4E. In the field, the clogging levels of drippers G1, G2 and G3 could be lower, because of the shortest time of equipment operation for a sustainable application of swine wastewater.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic