22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
III-155 – AVALIAÇÃO DE DIFERENTES INÓCULOS PARA A DEGRADAÇÃO DE PAPEL JORNAL
Jucélia Cabral Mendonça(1)
Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia da Universidade Federal de Goiás - UFG, Especialização em Educação Ambiental pelo Centro de Recursos Hídricos e Ecologia Aplicada (CRHEA) do Departamento de Hidráulica e Saneamento (SHS) - EESC/USP. Mestre em Ciências da Engenharia Ambiental (CRHEA/SHS/EESC/USP). Doutorando em Hidráulica e Saneamento na EESC/USP.
Monique Toledo Salgado
Engenheiro Civil formada pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP). Mestranda em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC - USP).
Aurélio Pessôa Picanço
Engenheiro Sanitarista formado pela Universidade Federal do Pará (UFPA). Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC/USP). Doutorando em Hidráulica e Saneamento na EESC/USP. Professor da Universidade Federal do Tocantins.
Jurandyr Povinelli
Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP), Engenheiro Sanitarista pela Faculdade de Saúde Pública – USP. Mestre em Saúde Pública pela Faculdade de Saúde Pública – USP. Doutor Engenheiro pela EESC-USP. Professor Adjunto pela EESC, Professor Titular pela USP. Autor de 200 trabalhos publicados e de vários projetos de pesquisa.
Endereço(1): Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos,
Departamento de Hidráulica e Saneamento, Av. Trabalhador São-carlense, 400 – Centro, 13566-590 – São Carlos - SP, Brasil. - Brasil - Tel: (16) 273-9427-
e-mail: juceliam@hotmail.com
RESUMO
Um dos grandes obstáculos para a resolução dos problemas ambientais refere-se à carência de informações sobre as características específicas de degradação dos diferentes
componentes dos resíduos sólidos, não se sabe como os diversos componentes do lixo: matéria orgânica putrescível, papel, plástico se comportam na massa total, quanto ao tempo de degradação, microrganismos envolvidos e necessidade de nutrientes. O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar quatro inóculos anaeróbios para determinação de qual melhor se adaptaria as condições ambientais impostas ao sistema, resultando em melhores indícios de degradação do substrato, o papel jornal. Os inóculos testados foram: Lodo de digestor anaeróbio de fluxo ascendente (UASB) tratando esgoto sanitário de Piracicaba - SP; Lodo de UASB proveniente do tratamento da Avícola Dacar -Ltda localizada na cidade de Tiete - SP; Percolado do aterro sanitário da cidade de Jaboticabal - SP, com 11 meses de operação e o percolado do aterro sanitário experimental de São Carlos - SP que opera há cerca de 11 anos. Foram montados reatores normais (padrão), tamponados e reatores de controle. Os sistemas tamponados apresentaram melhores resultados para todos os inóculos testados. O uso de inóculo em forma de grânulos, que foi o caso dos lodos de UASB não se mostrou eficiente. Os reatores inoculados com percolado do aterro de Jaboticabal com idade de 11 meses (PI) apresentaram melhores resultados, sendo este o melhor inóculo dentre os testados.
PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Sólidos; Digestão Anaeróbia; Papel Jornal; Inoculação; Potencial de biodegradabilidade; Percolado.
INTRODUÇÃO
A carência de informações sobre resíduos sólidos prejudica o equacionamento e resolução dos problemas por eles provocados, até por que não se sabe como os diversos componentes do lixo, matéria orgânica putrescível, papel, plástico se comporta na massa total, quanto ao tempo de degradação, microrganismos envolvidos, necessidade de nutrientes.
Essa realidade exige maior conhecimento técnico para desenvolvimento de processos de tratamento que atendam às exigências do mercado atual. Evidencia a importância de
desenvolver projetos que estudem a estabilização dos resíduos sólidos e os componentes nele presente e possibilite o auxílio no maior aproveitamento dos produtos descartados como resíduos e na resolução de problemas causados pela má disposição dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU).
Uma das principais tecnologias utilizadas para a estabilização dos RSU é a digestão anaeróbia. A eficiência da utilização dessa tecnologia depende das condições ambientais impostas ao sistema, como principais parâmetros de controle podem ser citados: pH, alcalinidade, temperatura, disponibilidade de nutrientes, umidade, tamanho das partículas a serem degradadas e processo de inoculação.
A inoculação do sistema tem como principal objetivo acelerar a partida do reator, devido à adição de microrganismos ativos. BRUMELLER (1993) comenta que na inoculação do sistema deve-se considerar a atividade metanogênica do inóculo e a biodegradabilidade do resíduo a ser degradado.
TABASSUM & ROJOKA (2000) comenta que o sucesso na partida do processo de digestão anaeróbia depende da seleção da cultura utilizada como inóculo no sistema. Vários trabalhos foram desenvolvidos para testar inóculos anaeróbios para degradação da fração orgânica facilmente degradável dos resíduos sólidos, como as características fisíco-químicas do papel jornal são diferentes, a utilização desses inóculos pode não reproduzir resultados semelhantes, daí a necessidade de testar que inóculos se mostram eficientes na degradação desse substrato, o papel jornal.
O papel mesmo sendo um composto orgânico, ou seja, apresenta características químicas satisfatórias para degradação biológica, é considerado moderadamente degradável, por apresentar grandes cadeias orgânicas, difíceis de serem quebradas pelos microrganismos. Embora a composição dos RSU diferencie entre países, o papel e as podas de árvore representam um considerável percentual dos resíduos sólidos. O papel juntamente com o papelão representa cerca de 25% do total do lixo descartado no Brasil, inferior apenas à matéria orgânica facilmente degradável, que representa 52,5% (INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO/COMPROMISSO EMPRESARIAL PARA RECICLAGEM - IPT/CEMPRE, 2000).
Tanto no papel como nas podas de árvore, a celulose, a hemicelulose e a lignina são os principais componentes. A celulose é muito resistente a degradação devido a forte estrutura cristalina e devido interferência de seus outros constituintes, a hemicelulose e a lignina, que são considerados recalcitrantes ou até mesmo refratário em condições anaeróbias (S. K. KIM et. al. (1997)).
CLARKSON E XIAO (1999) digeriram papel jornal e papel sulfite e testaram diferentes inóculos, sendo eles: percolado, rúmen e esgoto sanitário. Os resultados por não
apresentarem grandes diferenças de degradação entre os três inóculos, não permitiram escolher o inóculo que deveria ser usado para a degradação do papel jornal.
O principal objetivo desse trabalho foi testar inóculos anaeróbios e verificar o mais adequado para a degradação do papel jornal.
MATERIAIS E MÉTODOS
O trabalho foi baseado no teste e avaliação de quatro inóculos anaeróbios para determinação daquele que melhor adaptar-se-ia as condições ambientais impostas ao sistema, com melhores indícios de degradação. Essas condições referem-se à temperatura do experimento, umidade, processo de inoculação, tipo de reator, adição de nutrientes, tamponamento do sistema e outras que serão citadas na descrição dos materiais e métodos utilizados.
Os inóculos testados foram: Lodo de digestor anaeróbio de fluxo ascendente (UASB) tratando esgoto sanitário de Piracicaba - SP - (LU); Lodo granulado de digestor anaeróbio de fluxo ascendente (UASB) proveniente do tratamento da Avícola Dacar -Ltda localizada na cidade de Tiete - SP - (LA); Percolado do aterro sanitário da cidade de Jaboticabal - SP, com 11 meses de operação - (PI); e o percolado do aterro sanitário experimental de São Carlos - SP que opera há cerca de 11 anos (PII).
O processo de inoculação foi realizado com fator de inóculo de 20 %, baseado na
metodologia sugerida por BRUMELLER (1993) e adaptada por BALDOCHI (1997). Essa metodologia foi modificada e utilizou-se sólidos totais voláteis ao invés dos sólidos totais, pois esse parâmetro representa melhor a fração orgânica do substrato e a biomassa no inóculo.
Foi utilizado um grama de papel não impresso em todos os reatores. Essa quantidade de papel jornal correspondia a 0,933 g/g sólidos voláteis do substrato (STVs). Para se ter o fator de inóculo de 0,2 foram utilizados 0,233 gramas de sólidos voláteis do inóculo (STVi) para cada grama de substrato.
Foi adicionada água destilada nos reatores inoculados com lodo de UASB (LU e LA) para que os volumes do meio de reação e a umidade dentro dos reatores fossem semelhantes. Na Tabela 1 se encontram os volumes referentes aos inóculos utilizados, ao meio de reação e o volume do head-space nos reatores.
Tabela 1: Volumes correspondentes aos reatores utilizados no projeto. Inóculo
Volume: Meio de Reação Volume do Reator Head-space Lodo de avícola - LA 7,3 mL 120 mL 500 mL 380 mL Lodo de UASB - LU 21,1 mL 120 mL 500 mL 380 mL Percolado I - PI 96,6 mL 120 mL 500 mL 380 mL Percolado II - PII 113,5 mL 120 mL 500 mL 380 mL
Os reatores foram montados em duas condições distintas, Normais e Tamponados. Foram considerados reatores normais os que em seu meio de reação apresentavam: inóculo, substrato (papel jornal), macro nutrientes e metais traços.
Os tamponados eram similares aos normais, porém com adição de bicarbonato de sódio (NaHCO3) na proporção de 0,06 Kg de NaHCO3/Kg de SI (Substrato+Inóculo), como sugerido por BRUMELLER (1993). Foram montados reatores de controle (brancos), em condições iguais aos normais, porém sem adição do substrato, para determinadar a produção de metano devido à matéria orgânica remanescente presente no inóculo. O substrato foi preparado em um liqüidificador doméstico, no qual o jornal foi triturado com uma pequena quantidade de água destilada e posteriormente seco em estufa a 700C. Como reatores foram utilizados frascos de 500 mL com tampa de borracha, vedados com silicone, para que se fossem mantidas condições anaeróbias no interior dos reatores.
Os reatores foram monitorados através das análises de cromatografia gasosa e quantificação do percentual de gás metano produzido.
RESULTADOS
Na Figura 1 se encontra o percentual de metano determinado por cromatografia gasosa desconsiderado o percentual produzido pela degradação da matéria orgânica remanescente presente no inóculo e determinado através das análises nos reatores de controle.
O inóculo que apresentou maiores percentuais de metano no head-space foi o reator inoculado com percolado de Jaboticabal com idade de 11 meses, com valores superiores a 25% no final de 90 dias de experimento. Comparando os dois reatores inoculados com o percolado I o sistema tamponado apresentou melhores resultados que o sistema normal. Em seguida os reatores que apresentaram melhores percentuais de metano foram inoculados com lodo de UASB em sistemas tamponados, LAT e LUT respectivamente. O LA apresentou uma grande diversidade microbiana nos exames de microscopia e bons resultados quando utilizado como inóculo em outras pesquisas realizadas no departamento de hidráulica e saneamento da EESC-USP. Acredita-se que a utilização do inóculo
granulado pode ter sido um fator negativo resultando em uma produção de metano inferior a do Percolado I - PI.
Nas duas últimas semanas de experimento – exceto os reatores inoculados com percolado proveniente de Jaboticabal – todos os demais reatores apresentaram queda na produção de metano o que possibilitou a finalização do experimento.
CONCLUSÕES
Os reatores inoculados com percolado do aterro de Jaboticabal com idade de 11 meses apresentaram melhores resultados. O PIT de acordo com os resultados de cromatografia foi o mais adequado para a digestão anaeróbia do papel jornal. Mas essa diferença na produção de metano nos reatores PIT e PIN, foi cerca de 2% superior para o reator PIT, o que não justificaria a utilização de um sistema tamponado, devido aos custos adicionais pela utilização do bicarbonato de sódio, já que percolados em geral apresentam alto valor de tamponamento.
Todos os sistemas tamponados mostraram maior produção de metano em comparação aos sistemas similares não tamponados (normais).
Os lodos de UASB, LU e LA foram utilizados na condição que foram coletados nos reatores, ou seja, granulado, o que pode ter dificultado o acesso dos microrganismos no substrato, uma vez que como o mesmo se encontrava em estado sólido, não pôde permear no interior dos grânulos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BALDOCHI, V. M. Z. (1997) – Resíduos sólidos urbanos: Aspectos básicos das
transformações de compostos orgânicos em sistemas naeróbios mesofílicos com elevada concentração de sólidos totais. 136 p., Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de São Carlos – USP.
BRUMELLER E.T. (1993) – "Dry anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste". 193 p. Tese (Doutorado) – Wageningen agricultural university; Wageningen, the Netherlands.
CLARKSOM, W.W.; XIAO, W.(1999) Anaerobic Bioconversion of Waste Paper. School of Civil and Environmental Engineering, Oklahoma State University.
INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO / COMPROMISSO EMPRESARIAL PARA RECICLAGEM - IPT / CEMPRE (2000). Lixo Municipal - Manual de Gerenciamento Integrado. 2ª. Ed. São Paulo -SP.
KIM, S.K.; MATSUI, S.; PAREEK, S.; SHIMIZU, Y.; MATSUDA, T. (1997)). Biodegradation of recalcitrant organic matter under sulfate reducing and methanogenic conditions in the landfill column reactors. Wat. Sci. Tech. Vol. 36. No. 6-7, pp. 91-98. TABASSUM, R.; RAJOKA, M. I. (2000). Methanogenesis of carbohydrates and their fermentation products by syntrophic methane producing bacteria islated from freshwater sediments. Bioresource Tecnology. Essex, v. 72., p. 199-205.
