ESTIMATIVA DE OXIDAÇÃO DE METANO

Para a estimativa da eficiência de oxidação de CH4 em cada perfil

instrumentado, foi utilizada as medidas de concentração de CO2 e CH4 desde a

interface de solo/resíduos (base da camada de cobertura) até 0,10 m de profundidade, no período de setembro de 2009 a março de 2010, com metodologia adaptada de Roncato (2009) e Gebert et al. (2011), para medições em campo.

Em cada cobertura experimental foi instalado 2 perfis com dispositivos para medição de concentração de biogás (DMPC) a cada 0,10 m, desde a superfície até a base da camada de cobertura denominados conforme foi apresentado no item 3.5.3 e Figura 63, totalizando 6 perfis de medição de concentração. Na camada convencional e barreira capilar foi instalado um perfil de dispositivos DMPC em um local sem vegetação e outro perfil em um local com vegetação, enquanto na camada metanotrófica foi instalado um perfil na MET01 e outro perfil na MET02. A Tabela 12 apresenta um resumo da instrumentação utilizada na avaliação da estimativa de eficiência de oxidação de CH4, com as respectivas características.

Tabela 12: Instrumentação para medida de temperatura e umidade do solo, e concentração de biogás em cada perfil de cobertura experimental

Tipo de camada/ Característica Profundidade da instrumentação Temperatura Umidade Pressão e Concentração de biogás MET01 h=0,60 m 0,20, 0,40 e 0,50 m 0,20, 0,40 e 0,55 m 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 e 0,60 m MET02 h=0,55 m 0,25 m 0,25 m 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 e 0,55 m BAC01 h=0,70 m 0,20 e 0,40 m 0,20 e 0,40 m 0,10, 0,20, 0,30, 0,40, 0,50 e 0,70 m BAC 02 h=0,60 m 0,20 m 0,20 m 0,10, 0,20, 0,30, 0,40 e 0,60 m CONV01 h=0,70 m 0,20, 0,40 e 0,60 m 0,20, 0,40 e 0,60 m 0,10, 0,20, 0,30, 0,40, 0,50, 0,60 e 0,70 m CONV2 h=0,80 m 0,40 m 0,40 m 0,20, 0,40, 0,60 e 0,80 m

Para se determinar a taxa de respiração da mistura de solo e composto foi feito medições em duas caixas de fluxo preenchidas com materiais de mesmas características dos materiais utilizados na célula experimental. Essas caixas foram utilizadas por Purificação (2009) em experimento para avaliar crescimento de micro- organismos metanotróficos em biocoberturas.

A concentração de CO2 foi medida em 3 profundidades, no perfil instalado na

caixa de fluxo preenchida com solo e composto, cujas características são similares às da camada MET01 em campo. Essas concentrações em profundidade foram deduzidas nas leituras encontradas em campo, na respectiva profundidade, para minimizar os erros inerentes a metodologia, devido à presença de matéria orgânica no

solo. Da mesma forma também se procedeu a mesma investigação em uma segunda caixa de fluxo preenchida apenas com solo compactado.

A taxa de CO2 gerada pela respiração do solo devido a presença de matéria

orgânica, foi feita em uma câmara de fluxo adaptada com um CAP de PVC de 150 mm, altura determinada de 0,047 m e volume de 0,831 litros. As medições foram feitas após 6 meses sem alimentação de CH4, sendo inicialmente verificado se havia

vestígios de biogás na câmara inferior de distribuição das caixas de fluxo.

Como se esperava fluxo relativamente baixo as medições de concentração de CO2 foram realizadas a cada 10 minutos na primeira hora e posteriormente a cada

hora, até 8 horas de ensaio. Os equipamentos foram desconectados, fechando-se os dispositivos de saída com presilhas por 24 horas. Após esse tempo foi então medida a concentração de CO2 e obtendo-se assim o fluxo devido à respiração em função da

presença de matéria orgânica no material (solo+composto). O mesmo procedimento também foi realizado na caixa que continha apenas solo, porém não foi detectado fluxo devido às características do material (solo) apresentar baixo teor de matéria orgânica.

A Figura 70 mostra as caixas de fluxo que foram utilizadas para avaliar concentração de CO2 em profundidade devido, assim como o ensaio de câmara de

fluxo estática para medir a taxa de geração de CO2.

Figura 70: Detalhe das caixas de fluxo (a) vista geral (b) colocação de medidores de concentração em profundidade (c) instrumentação para medidas de temperatura e

A estimativa de eficiência de oxidação de CH4 foi feita com base na variação de

concentração de CH4 e CO2 medida desde a interface do solo com o resíduo (base da

camada de cobertura) até 0,10 m de profundidade da superfície, sendo a eficiência total determinada pelo valor acumulado. As equações seguiram a metodologia descrita em Roncato (2009) e Gebert et al. (2011) onde:

%Biogás(0,1m) = [%CH4(0,1m) + %CO2(0,1m) – %CO2(resp)]/100 Eq. 28

%CH4não oxidado(0,10m)= %CH4(0,10m)/%Biogás(0,10m) Eq. 29

%CH4oxidado(0,10m)= %CH4(base) – %CH4não oxidado(0,10m) Eq. 30 Onde:

%Biogás(0,10m) = % de biogás existente a 0,10 m de profundidade (considerando

apenas CO2 e CH4);

%CH4(0,10m) = concentração de CH4 medido a 0,1 m de profundidade;

%CO2(0,10m) = concentração de CO2 medido a 0,10 m de profundidade;

%CO2(resp) = concentração de CO2 obtido nos ensaios de respiração na

profundidade de 0,10 m (usado apenas na MET01);

%CH4 não oxidado(0,10m) = % de CH4 na profundidade de 0,10 m em relação ao biogás

existente nessa profundidade;

%CH4(base) = % CH4 na base da camada de cobertura (considerando apenas CO2 e

CH4);

%CH4 oxidado(0,10m) = % de CH4 oxidado desde a base da camada de cobertura até

0,10 m.

A partir do percentual de CH4 oxidado na profundidade de 0,10 m se encontrou

a eficiência de oxidação acumulada como sendo:

Eq. 31

Todos os valores das concentrações de CH4 e CO2 são concentrações

de CH4 em cada ensaio realizado como mostrado na Tabela 13, com um respectivo

exemplo.

Tabela 13: Planilha de determinação de % variação de CH4 da base até superfície

Paralelamente as leituras de concentração também foram realizadas as leituras de umidade e temperatura, além de algumas coletas de amostras de solo a cada 0,10 m para determinação de pH e sólidos voláteis. Todas essas determinações tiveram como objetivo avaliar a influência desses fatores com % de variação de CH4

encontrado e tentar estabelecer diferenças entre os perfis estudados.

Uma avaliação da presença de micro-organismos metanotróficos foi feita no mês de junho de 2009 a partir de amostras de solo das camadas de cobertura (CONV, BAC, MET01 e MET02) que foram coletadas para análises de biologia molecular no Laboratório da Ecologia Molecular Microbiana (LEMM) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). O teste do tipo DGGE (Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante), é uma técnica molecular aplicada na determinação direta da diversidade genética de populações microbianas complexas. Essas análises foram realizadas para verificar se haviam diferenças na estrutura de comunidade de bactérias metanotróficas existentes no solo, em cada uma das camadas de cobertura, sendo a metodologia descrita por Purificação (2009).

As amostras foram coletadas em locais previamente identificados em cada camada de cobertura, onde se realizaram ensaios de determinação de fluxo de biogás

-0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5

s ol o/res íduo A' B' X= (A'+B')/100 F'= B'/X

-0,1 24,5 15,0 6,2 1,8 1,63 37,7 0,6 0,4 0,2 33,2 -0,2 26,0 22,0 4,0 2,0 1,18 46,0 0,5 0,5 0,1 19,7 -0,3 28,0 40,0 2,7 0,0 0,70 68,0 0,4 0,6 0,0 1,3 -0,4 38,0 55,0 0,5 0,0 0,69 93,0 0,4 0,6 0,0 0,7 -0,5 38,0 55,0 0,5 0,0 0,69 93,0 0,4 0,6 0,0 0,7 s ol o/res íduo 38,0 56,0 0,5 0,0 0,68 94,0 0,4 0,6 0,0 0,0 Efox (%) G/F' 10/dez

O2(%) CO2 (resp) (%) (C) %Biogás D= (A+B-C)/100 %CO2 E=(A-C)/D %CH4 F=B/D %CH4oxi G=F'-F data Campo CO2/CH4 (A/B) Variação de % em profundidade Profundida de (cm) CO2 (%) (A) CH4(%) (B) data Profundida de (cm) CO2 (%) (A) CH4(%) (B) %CO2 E=(A-C)/D %Biogás D= (A+B-C)/100 Campo CO2/CH4 (A/B) Variação de % em profundidade %CH4 F=B/D %CH4oxi G=F'-F Efox (%) G/F' O2(%) CO2 (resp)

no mês de junho de 2009. Após cada ensaio de fluxo, um tubo de aço inox de diâmetro interno de 20 mm previamente limpo e seco foi introduzido no solo e a cada 0,10 m de profundidade foi coletada uma amostra de solo, sendo armazenado em sacos plásticos do tipo zip, identificado e enviado imediatamente ao laboratório. O material foi analisado para metanotróficas grupo I.

A extração de DNA foi feita utilizando o kit de extração FastDNA® SPIN Kit for Soil, da BIO101 (Califórnia, EUA). Através da eletroforese em gel de agarose os fragmentos de DNA puderam ser separados de acordo com o seu tamanho como descrito em Purificação (2009)

Os resultados foram apresentados sob a forma de dendrogramas, que é uma representação gráfica da aplicação de um algoritmo de clustering. Esta ferramenta estatística agrupa dados originários de uma matriz de similaridade, gerando uma ordenação hierárquica ascendente.