Fatores que influenciam o processo de compostagem

Dado que a compostagem depende da ação dos microrganismos envolvidos, vários fatores afetam a sua atividade, pelo que, as seguintes condições devem ser asseguradas:

Arejamento

Dos fatores que afetam a compostagem, a taxa de arejamento é um dos elementos chave que afetam o processo de compostagem e a qualidade do compostado. Um adequado e constante fornecimento de oxigénio é necessário para manter as condições aeróbias que, simultaneamente com um conteúdo de humidade apropriado, auxilia o crescimento microbiano e processos de transporte (Epstein, 1997). A taxa de arejamento afeta a atividade dos microrganismos, a taxa de degradação do substrato e a variação de temperatura no processo de compostagem (Kuter et al., 1985). Baixas taxas de arejamento podem levar a condições anaeróbicas; contudo, demasiado arejamento pode levar a um excessivo arrefecimento, impedindo as condições termófilas necessárias para as taxas ótimas de decomposição (Ahn et al., 2007). A faixa ótima da taxa de arejamento é variável, dada a heterogeneidade dos materiais em diferentes processos de compostagem. O conteúdo de dióxido de carbono aumenta gradualmente enquanto o oxigénio vai diminuindo, á medida que este é usado nos processos metabólicos dos microrganismos. Em média a constituição de CO2

+ O2 nos interstícios é de cerca de 20%; a concentração em oxigénio é de 15 a 20% e a do

CO2 é de 0.5 a 5% (MacGregor et al., 1981). Richard et al. (2002) afirmam que as

concentrações de oxigênio acima de 10% são consideradas ótimas para a manutenção da compostagem em condições de aerobiose, assim como Magalhaes et al. (1993) que refere teores superiores a 10% de oxigénio para uma atividade ótima dos microrganismos. Se o nível de oxigénio for demasiado reduzido os microrganismos aeróbios são rapidamente substituídos por microrganismos anaeróbios que colonizam o compostado e rapidamente iniciam um processo fermentativo que poderá levar á emissão de gases com efeito de estufa (GEE) e maus odores.

Humidade

O teor de humidade da mistura da compostagem é uma variável importante dado que fornece um meio para o transporte de nutrientes dissolvidos necessários para a atividade metabólica e fisiológica dos microrganismos (Stentiford, 1996; McCartney e Tingley, 1998 e

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Liang et al., 2003). O excesso ou falta de humidade no meio condicionam negativamente a atividade destes seres vivos. Teores muito baixos de humidade provocam uma desidratação precoce durante a compostagem, que irá parar os processos biológicos, originando assim compostados fisicamente estáveis mas biologicamente instáveis (Bertoldi et al., 1983). Elevados teores de humidade afetam a agregação das partículas, matriz de porosidade, arejamento e a matriz de permeabilidade dos gases, que podem limitar o transporte de oxigénio essencial para zonas de compostagem onde decorre a decomposição dos materiais (Miller, 1989; Richard et al., 2002, 2004); esta situação pode resultar em condições anaeróbicas, devido ao alagamento da mistura, o que irá impedir as atividades em curso na compostagem (Schulze, 1962; Tiquia et al., 1996). Como consequência destas condições anaeróbicas, a taxa de decomposição decresce e os problemas com odores desagradáveis aumentam (Golueke, 1991). O teor de humidade existente depende essencialmente do tipo de matéria-prima empregue e, durante a fase ativa da compostagem, é por vezes adicionada água de forma a prevenir uma secagem prematura da mistura e uma estabilização incompleta. (Finstein, 1983; Keener et al., 1996; Atkinson et al., 1996). Vários investigadores conduziram estudos e verificaram que teores de 50-60% de humidade são geralmente favoráveis para a compostagem. (Tiquia et al., 1998; McKinley et al., 1986; Suler e Finstein, 1977); contudo, os teores de humidade ideais relatados para a compostagem variam de 25% a 80%, com valores geralmente recomendados de 50% a 70% (Bishop e Godfrey, 1983; Haug, 1993; Imbeah, 1997; Richard et al., 2002; Cronjé et al., 2004). Como é evidente, nesta gama relativamente ampla de valores relatados, não há um teor de humidade ótimo universal para a compostagem de materiais. Isto resulta do facto de que cada material tem características físicas, químicas e biológicas únicas, e estas afetam a relação entre o teor de humidade e fatores corolários como disponibilidade de água, tamanho das partículas, porosidade e permeabilidade.

Relação carbono/azoto

Dos elementos necessários à decomposição biológica, o carbono (C) e o azoto (N) são os mais importantes. A razão C/N varia com o tipo de matéria orgânica e é determinante para a velocidade do processo. O carbono fornece energia e constitui 50% da massa celular dos microrganismos. O azoto é um componente essencial das proteínas, ácidos nucleicos, aminoácidos, enzimas e coenzimas necessários ao crescimento e funcionamento celular.

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Contudo, se existir um excesso de azoto, este normalmente perde-se do sistema sob a forma de amoníaco ou outros compostos azotados.

Os microrganismos necessitam de uma fonte de carbono, e macronutrientes como azoto, fósforo e potássio e outros elementos para o seu crescimento. O carbono fornece inicialmente uma fonte de energia para os microrganismos enquanto uma pequena fração é incorporada nas células. Alguma da energia libertada é usada para o metabolismo dos microrganismos, enquanto o resto é libertado sob a forma de calor.

É considerado como ótimo para a razão C/N no início da compostagem um valor de 25 – 30, (Kumar et al., 2010); contudo, Golueke (1991), sugere uma razão C/N ótima para o início da compostagem entre 25 - 40, variando os valores consoante os substratos utilizados. O controlo do processo de compostagem através do ajuste de variáveis durante o processo em curso, quando é efetuado em operações de grande escala, é difícil e dispendioso (Stentiford, 1993), pelo que uma correta definição das condições iniciais pode ser mais simples e mais económica. Assim, a mistura inicial dos materiais a compostar deverá ter em conta a quantidade de C e de N de cada material a adicionar à mistura (Quadro 1), mas também as características inerentes a cada um, como por exemplo a granulometria. A mistura deverá ser efetuada através da adição de materiais ricos em azoto como por exemplo resíduos alimentares (cascas de batata, cenoura, etc..) com matérias ricos em carbono como por exemplo a palha, aparas de madeira, ramos triturados, etc., em quantidades corretas de forma a atingir valores de C/N ideais. Um cálculo errado poderá induzir problemas no processo de compostagem. Sabe-se que as bactérias e os fungos têm diferentes relações C/P e C/N ideais e, que a relação C/N pode ter influência na relação fungos/bactérias presentes na biomassa. (Eiland et al., 2001). O mesmo autor verificou que baixas relações C/N provocaram uma rápida degradação de fibras durante os 3 primeiros meses de compostagem (hemicelulose: 50 – 80%; celulose: 40-60%) enquanto que, uma elevada relação C/N resultou na degradação de 10 - 20% de hemicelulose e celulose respetivamente. Estes resultados poderão influenciar o produto final do processo de compostagem, podendo resultar em compostados imaturos e instáveis.

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Quadro 1. Relação C/N e decomposição de materiais para a compostagem. (fonte: Haleux, 1987; Mustin, 1987 e

Leclerc, 2001, citado por Ferreira et al., 2009)

Material Relação C/N Decomposição

Cartão 200-500 Rápida

Serradura de pinho 230 Lenta

Serradura de faia 100 Lenta

Cascas de árvores 100-150 Média

Lenha verde da poda 100-150 Média

Palha de trigo 100 Média

Palha de cevada 100 Média

Palha de centeio 60 Média

Palha de aveia 60 Média

Palha de leguminosas 40-50 Rápida

Folhas de árvores 30-60 Rápida

Resíduos sólidos domésticos 30-40 Média

Estrume de cavalo com palha 30-60 Média

Estrume de cavalo 25 Rápida

Estrume de bovino 20 Rápida

Borras de café 20 Rápida

Estrume de galinha com aparas de madeira 13-18 Rápida

Restos de hortícolas frescos 13 Rápida

Estrume de galinha 10 Rápida

Chorume (urina + feses) de bovino 8-13 Rápida

Bagaço de rícino 8 Rápida

Chorume (urina + feses) de porco 5-7 Rápida

Farinha de penas de galinhas ou frangos 5 Rápida

Farinha de sangue 5 Rápida

Farinha de carne 5 Rápida

Farinha de osso 4 Rápida

Temperatura

A temperatura a que ocorre o processo é um fator importante na eficiência da compostagem, devido á sua influência na atividade e diversidade de microrganismos (Finstein et al., 1986). Em condições ótimas a compostagem ocorre em três fases: (1) fase mesófila, (2)

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fase termófila, que pode durar dias ou meses, e (3) fase de arrefecimento e maturação que dura alguns meses. A primeira fase é caraterizada pelo aumento de temperatura devido a elevado grau de atividade microbiana e ou de respiração das células vegetais (no início do processo). Os hidratos de carbono simples e as proteínas são facilmente degradados por microrganismos mesófilos, seguidos por microrganismos termo tolerantes e termófilos assim que as temperaturas sobem acima de 45ºC. A segunda fase envolve a biodegradação dos materiais por microrganismos termófilos e é um processo exotérmico em que a temperatura pode ultrapassar os 70ºC. MacGregor et al. (1981) refere que o ótimo de temperaturas de compostagem, para uma máxima decomposição dos materiais, se situa entre os 52 e os 60ºC. Temperaturas superiores a 60ºC revelaram uma diminuição da atividade da comunidade microbiana, uma vez que acima desta temperatura, a atividade microbiológica decresce assim que o ponto ótimo dos microrganismos termófilos é ultrapassado (Miller, 1992); contudo, após o arrefecimento do compostado as bactérias mesófilas e actinomicetes dominam novamente (McKinley e Vestal, 1985; Strom, 1985). Caso as temperaturas atinjam 82ºC, a atividade da comunidade microbiológica é severamente impedida (Nell e Wiechers, 1978; Finstein et al., 1986; Fermor et al., 1989).

A manutenção de temperaturas elevadas por períodos muito prolongados (superiores a sete dias) terá como consequência uma mineralização excessiva da matéria orgânica e poderá eliminar, da mistura a compostar, microrganismos úteis para as fases seguintes do processo (Morais et al., 2001). Valores elevados são essenciais para maximizar a eficiência de decomposição e higienização dos materiais, sendo que a eficiência da compostagem na eliminação de patogénicos e sementes está diretamente ligada á duração da fase termófila e tecnologia empregue (ABES, 1999; Andreoli et al., 1997).

A compostagem tem também uma terceira fase de maturação que é caracterizada por baixas temperaturas. A fase de maturação envolve ainda a biodegradação de compostos intermédios e pode durar várias semanas até á sua conclusão.

Granulometria e porosidade

A distribuição do tamanho das partículas determina a disponibilidade de superfície de área para a degradação microbiana, sendo que através da redução do tamanho das partículas, uma maior superfície de área fica exposta á ação microbiana (Gray e Biddlestone, 1993). Contudo, Brito (2003) refere que o tamanho das partículas deve estar compreendido entre 1,3

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cm e 7,6 cm, e que se devem adotar sistemas de compostagem com arejamento forçado com valores inferiores a estes, sendo que valores ótimos para o processo de decomposição não devem exceder os 3 cm de diâmetro. Outros autores referem que partículas menores que 2 mm são muito finas, prejudicando o arejamento, enquanto que acima de 16 mm facilitam o arejamento natural (Russo, 2003). Ainda assim, para a compostagem de resíduos orgânicos urbanos, Pereira Neto (1989) recomenda uma granulometria de 20 a 50 mm, por estes valores facilitarem o arejamento ao criarem uma massa por onde passa o ar rico em oxigénio. Desta forma, podemos concluir que não existem parâmetros de análise universais quanto á granulometria adequada para a compostagem, uma vez que é necessário estabelecer uma mistura de materiais com diferentes granulometrias, que permitam uma estrutura uniforme adequada que promova o arejamento e todos os fatores que o influenciem, dado que a decomposição causa o abatimento e a redução de volume do compostado, em que uma maior densidade poderá inibir a atividade microbiana. A matriz estrutural e o teor de água alteram-se de forma dinâmica durante o processo de compostagem, sendo que o processo de decomposição reduz o tamanho das partículas e aumenta a densidade, levando a uma redução na porosidade total (Michel et al. 1996; van Ginkel et al. 1999).

As relações entre fração gasosa, densidade e taxa de respiração microbiana, são diferentes para diferentes substratos, em que cada substrato terá uma diferente mistura de densidades, formas e tamanhos, que irá afetar a configuração da matriz estrutural, trocas gasosas e disponibilidade de água. Vários investigadores têm estudado a relação entre a fração gasosa e o teor de humidade (Oppenheimer et al. 1997), entre a densidade do compostado e o seu estado de decomposição (van Ginkel et al. 1999), e entre o teor de humidade e a densidade do compostado (Das e Keener, 1997; Baker et al. 1998), assim como a relação biológica entre fração gasosa e a taxa de biodegradação (Schulze, 1962; Jeris e Regan, 1973; Zhang, 2000; McCartney e Chen, 2001).

A permeabilidade aumenta com o aumento da fração gasosa e diminui com a densidade do compostado (Agnew e Leonard, 2003; Richard et al., 2004), contudo a relação entre permeabilidade e teor de humidade é complexa. Richard et al. (2004), Calderwood e Intong (1983), Chung et al. (2001) Siebenmorgen e Jindal (1987), referem que a permeabilidade aumenta com o aumento do teor de humidade. Eles sugerem que o teor de humidade promove a agregação das partículas, e assim, o aumento do tamanho das partículas torna os tamanhos dos poros maiores. Finalmente, poros mais largos aumentam a

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permeabilidade. Schulze, (1962); Rynk, (1992); Nappi e Barberis, (1993), referem que a percentagem ótima e mínima de porosidade para a decomposição aeróbia é de 85 a 90%, e 30%, respetivamente. Quanto ao produto final da compostagem obtido, Kiehl (1998), refere que um compostado com granulometria entre 6 mm e 12 mm é muito atrativo aos agricultores.

Valor de pH

A acidez ou alcalinidade do meio influenciam o crescimento dos microrganismos. No início o processo tende a ser ácido, tendendo para o neutro no final. Um pH entre 6.7 e 9 proporciona uma boa atividade microbiana durante a compostagem, sendo que os valores ótimos estão compreendidos entre 5.5 e 8.0 (de Bertoldi et al., 1983; Miller, 1992). Normalmente o pH não é um fator chave na compostagem, dado que a maioria dos materiais estão dentro dos valores acima descritos. Contudo, este fator torna-se especialmente importante no controlo de perdas de N por volatilização de amoníaco, que poderá ser particularmente elevada para valores de pH> 7.5. O enxofre (S) tem sido usado como corretivo de forma a evitar valores excessivamente elevados de pH durante a compostagem (Mari et al., 2005).

Condutividade elétrica

A condutividade elétrica (CE) traduz a concentração de sais solúveis presentes na solução do substrato (Abad et al., 2004), depende da natureza dos produtos iniciais e da lixiviação que eventualmente possa ocorrer durante o processo (Reis, 1997). A condutividade elétrica tende a diminuir com a compostagem. Assim, a incorporação de compostados orgânicos mal maturados no solo aumenta a concentração de sais e logo a sua condutividade elétrica devido à salinidade do compostado (Brito, 2003). O excesso de sais tem efeitos adversos sobre a germinação e sobre a produtividade das culturas, seja diretamente, dificultando a absorção de água e catiões/nutrientes pelas plantas, ou indiretamente, pelo seu efeito dispersante sobre as argilas, causando uma desestruturação do solo e prejudicando a infiltração de água, oxigénio e crescimento de raízes (Tomé, 1997). Kiehl (1998) afirma que a condutividade elétrica é também um indicador do grau de maturação do fertilizante não devendo por isso ultrapassar os 4 dS m-1, contudo a condutividade elétrica mais apropriada para a germinação das sementes e crescimento das plântulas deve estar compreendida entre

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0,75 e 1,99 dS m-1 (no extrato de saturação do substrato) (Abad et al., 2004). No entanto, na Decisão da Comissão 2001/688/CE, de 28 de Agosto, relativa à atribuição de rótulo ecológico europeu aos compostados obtidos em tratamentos biológicos, na qual se discriminam as características do compostado que devem ser cumpridas por forma a poder aderir ao rótulo ecológico, os parâmetros são mais restritos, não devendo um compostado apresentar um valor superior a 1,5 dS m-1.

Em teoria, para maximizar a velocidade de decomposição no processo de compostagem deve proporcionar-se 25 a 30 partes de carbono para cada parte de azoto, níveis de oxigénio superiores a 10%, 50-60% de humidade 85 – 90% de porosidade total e garantir valores de pH entre os 6 e 8.