1.3.3
Segundo Cunha Queda [25], num sistema de compostagem podem ser consideradas três etapas distintas: preparação dos materiais, compostagem (fase ativa e fase de maturação) e afinamento do composto. A preparação dos materiais envolve o seu pré- processamento, ou seja, ocorre a separação da fração orgânica dos contaminantes e são criadas as condições ótimas para o desenvolvimento do processo de compostagem (normalmente fragmentação e mistura). Tal como se pode observar na Figura 13, a compostagem propriamente dita é iniciada após a mistura de materiais e da sua disposição em pilha ou em reator, conforme o sistema selecionado. Posteriormente ocorre a fase ativa do processo onde a matéria orgânica é degradada com a libertação de calor, vapor de água, dióxido de carbono (CO2) e outros gases, e onde se distingue
uma grande quantidade microrganismo termófilos. O processo é finalizado pela fase de maturação, na qual o composto é estabilizado, ocorrendo uma desaceleração da atividade microbiana e uma diminuição da temperatura para valores próximos da temperatura ambiente. A etapa de afinação do composto é realizada para remoção de contaminantes inertes ainda existentes e para melhorar as características granulométricas do composto, que apresenta características semelhantes ao húmus (fração orgânica do solo). Quando desenvolvido sob condições ideais, permite a redução de cerca de 40 % do teor de humidade, entre 20 e 60 % de volume e até 50 % de redução de peso [26]. Matéria Orgânica Matéria inorgânica Microrganismos Maturação Mistura Fragmentação Composto não maturado pré- humificado Resíduos orgânicos Composto maturado
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As várias fases do processo de compostagem podem ser diferenciadas pela análise das variações de temperatura que se verificam, apresentando um perfil típico de temperatura. A Figura 14 ilustra a variação típica da temperatura e de pH em cada uma das respetivas fases do processo de compostagem ao longo do tempo.
Figura 14 - Variações de temperatura e pH ao longo do processo de compostagem (Adaptado de Epstein, E. [21]e Martinho, M.&
M. Gonçalves, [27])
Na Figura 14 é apresentada evolução da temperatura e do pH durante um processo global de compostagem com a distinção clara entre os subprocessos de compostagem e de maturação, tal como é definido por Epstein [22].
Normalmente, todos os processos de compostagem envolvem fases mesofílicas e termofílicas. Estes conceitos advêm da gama de temperaturas em que se sucede a atividade microbiana e do próprio processo exotérmico de decomposição, no entanto a associação entre o tipo de microrganismos predominantes nos processos e a
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temperatura permite alargar a definição à gama de temperaturas no processo de compostagem [17].
A fase inicial do processo, denominada fase mesófila, compreende um período de adaptação dos microrganismos existentes no material, onde a população microbiana heterogénea e heterotrófica (bactérias e fundos mesófilos) se multiplica intensamente. Durante este período, que tem uma duração de 2 a 3 dias, são degradados os compostos biodegradáveis mais simples presentes nos resíduos, como açucares, amidos, celuloses simples e aminoácidos. Ocorre uma hidrólise ácida e há uma elevada atividade metabólica caracterizada por processos exotérmicos que elevam rapidamente a temperatura do meio, desde a temperatura ambiente até cerca de 40°C
[24]
.Este metabolismo origina a produção de ácidos orgânicos que provocam inicialmente uma diminuição do pH para valores compreendidos entre 4,5 e 6, tal como é visível na Figura 14 [28]. Segundo Kreith & Tchobanoglous [29], as características dos resíduos podem influenciar a duração desta fase do processo. No caso de compostagem de resíduos frescos de jardim, como aparas de relva cortada e de materiais fortemente putrescíveis o período é menor, em casos de folhas secas e resíduos com maior resistência, como serradura de madeira e palha, o período será maior.
Segundo Diaz et al. [30], a quantidade inicial de microrganismos mesófilos no substrato é cerca de três vezes superior à quantidade de microrganismos termófilos. Com o aumento de temperatura até aos 40 °C, a flora microbiana altera-se, através de uma seleção natural devida essencialmente à temperatura, verificando-se o término da atividade dos organismos mesófilos, sobrevivendo apenas os esporos que suportam elevadas temperaturas [30].
Assim, verifica-se uma proliferação dos microrganismos termófilos e por isso se denomina esta fase de fase termofílica ou de “decomposição intensiva”. Nesta fase, considerada por alguns autores, caso de Haug [18], como a primeira fase de compostagem, são atingidas temperaturas entre os 40 °C e os 70 °C [19]. Concomitantemente são atingidos valores de pH predominantemente alcalinos,
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compreendidos entre 7,5 e 9, por metabolização dos ácidos orgânicos formados na fase mesófila ( Figura 14).
Os organismos termófilos decompõem rapidamente a matéria orgânica, como gorduras, hemicelulose e celulose, e conduzem a uma estabilização e higienização eficiente dos materiais, isto é, levam à eliminação de odores incómodos e à destruição de agentes patogénicos [18][31].
O desenvolvimento desta fase implica a satisfação das necessidades de oxigénio e de água, produzindo-se dióxido de carbono, amoníaco, água e outros metabolitos intermédios. Simultaneamente é também libertado calor, o que provoca o aumento gradual da temperatura.
À medida que as fontes de energia se tornam escassas para os agentes termófilos, a intensidade dos processos metabólicos diminui e a temperatura retorna a valores mais baixos, o que possibilita a renovação das populações microbianas predominantes [31], desenvolvendo-se novamente a atividade de microrganismos mesófilos, permitindo o prolongamento do processo de degradação por tempo suficiente para que seja obtido um composto de qualidade. No decorrer desta fase ocorre a transformação progressiva de moléculas complexas, de degradação mais lenta, como a lenhina e a celulose em colóides húmicos, associados a elementos minerais [22].
A duração desta fase depende da temperatura, humidade, composição da matéria orgânica (concentração de nutrientes) e condições de arejamento [31].
Tal como se ilustra na Figura 13, como produtos finais do processo global de compostagem obtém-se CO2, água, matéria inorgânica e matéria orgânica estabilizada,
o composto.
Tal como já referido, um processo de compostagem envolve várias fases, nomeadamente a decomposição e a maturação da matéria orgânica. Na Figura II-1 (Anexo II) encontram-se esquematizados os acontecimentos ocorridos durante essas fases.
Segundo Cunha Queda [25], citando Vallini [33], de uma forma genérica o processo de compostagem tem como objetivo principal a obtenção de um produto biologicamente
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e quimicamente estável, maturado e que seja adequado à aplicação como corretivo orgânico de solos, isto é, que não apresente características de fitotoxidade, tornando a sua aplicação uma mais-valia em processos agrícolas. Paralelamente, o processo permite a redução do volume e massa, a desativação de organismos patogénicos existentes nos resíduos (higienização) e a eliminação de maus odores.