UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA – EEL/USP
MARCELO CASTILHO DE CASTRO
UTILIZAÇÃO DO LODO GERADO EM ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE EFLUENTES COMO FERTILIZANTE
LORENA
2019
MARCELO CASTILHO DE CASTRO
UTILIZAÇÃO DO LODO GERADO EM ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE EFLUENTES COMO FERTILIZANTE
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Departamento de Engenharia Química de Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, como parte dos requisitos para conclusão do curso de Engenharia Industrial Química.
Área de Concentração: Engenharia Ambiental
Orientador: Prof. Dr. Marco Aurélio Kondracki de Alcântara
Lorena
2019
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizado da Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Castro, Marcelo Castilho
Utilização do lodo gerado em estação de tratamento como fertilizante / Marcelo Castilho Castro;
orientador Marco Aurélio Kondracki Alcântara. -Lorena, 2019.
56 p.
Monografia apresentada como requisito parcial para a conclusão de Graduação do Curso de Engenharia Industrial Química - Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo. 2019
1. Efluentes. 2. Lodo de esgoto. 3. Fertilizante. 4. Tratamento. 5. Biossólido. I. Título. II. Alcântara, Marco Aurélio Kondracki, orient.
RESUMO
CASTRO, M. C. Utilização do Lodo Gerado em Estação de Tratamento como
fertilizante. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso – Escola de Engenharia de
Lorena, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019.
Um dos principais problemas encontrados no tratamento da água residual é a destinação final do lodo gerado em função destes processos e dentre as alternativas existentes para tal disposição a utilização como fertilizante é uma possibilidade que merece ser estudada, pois o lodo é rico em matéria orgânica e em macro e micro nutrientes, e que se tratado poder ser utilizado como fertilizante. Com o objetivo de avaliar os efluentes e o lodo gerado em estação de tratamento de efluentes visando a sua utilização como fertilizante, foi realizado um estudo teórico e ensaios experimentais no lodo produzido na ETE (Estação de Tratamento de Efluentes). Há técnicas que permitem a estabilização de compostos orgânicos através da ação de microrganismos. Estas técnicas são distribuídas da seguinte forma: métodos biológicos (digestão aeróbia, digestão anaeróbia e a compostagem), métodos químicos (estabilização alcalina) e os métodos físicos (secagem térmica). Os principais parâmetros de controle são: Relação C/N, Temperatura, Umidade, Aeração e pH. Foi realizado uma caracterização do lodo gerado na ETE do CAvEx (Comando de Aviação do Exército) bem como do composto formado após o ensaio experimental de estabilização de compostos orgânicos permitindo assim avaliar a possibilidade de utilização do produto formado como fertilizante. O ensaio experimental de compostagem realizado ocorreu de forma de satisfatória considerando os dados de acompanhamento dos parâmetros operacionais, bem como os dados da caracterização do produto final. A caracterização do produto final demonstrou que o composto obtido atende aos critérios estabelecidos em lei.
Palavras-chave: Efluentes, Lodo de esgoto, Fertilizante agrícola,Tratamento e Biossólido.
ABSTRACT
CASTRO, M.C. Utilization of the Sludge Generated at the Treatment Station as fertilizer. 2019. Completion of course work – Lorena School of Engineering,
University of Sao Paulo, São Paulo, 2019.
One of the main problems encountered in the treatment of residual water is the final destination of the sludge generated in function of these processes and among the existing alternatives for such disposal the use as fertilizer is a possibility that deserves to be studied, since the sludge is rich in organic matter and in macro and micro nutrients, and if treated can be used as fertilizer. With the objective of evaluating the effluents and sludge generated in an effluent treatment plant to be used as fertilizer, a theoretical study and experimental trials were carried out on the sludge produced at the Effluent Treatment Station (ETE). There are techniques that allow the stabilization of organic compounds through the action of microorganisms. These techniques are distributed as follows: biological methods (aerobic digestion, anaerobic digestion and composting), chemical methods (alkaline stabilization) and physical methods (thermal drying). The main control parameters are: C / N ratio, temperature, humidity, aeration and pH. A characterization of the sludge generated in the ETE of the CAvEx (Army Aviation Command) was carried out as well as the compound formed after the experimental trial of stabilization of organic compounds, thus allowing to evaluate the possibility of using the product formed as fertilizer. The experimental composting test was carried out in a satisfactory way considering the monitoring data of the operational parameters, as well as the characterization data of the final product. The characterization of the final product demonstrated that the compound obtained meets the criteria established by law.
Keywords: Effluents, Sewage sludge, Agricultural fertilizer, Treatment and Bio-solid.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Processo de compostagem...19
Figura 2 – Variação de temperatura em uma leira de compostagem...20
Figura 3 – Leira montada após mistura do lodo com resíduo estruturante...30
Figura 4 – Termômetro de medição e medição sendo realizada...31
Figura 5 – Balança de determinação de umidade – Marte ID50...32
Figura 6 – pHmetro de bancada – Digimed DM22...33
Figura 7 – Temperatura ao longo do processo de compostagem...36
Figura 8 – Teor de umidade ao longo do processo de compostagem...37
Figura 9 – Valores de pH ao longo do processo de compostagem...38
LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Lodo em sistemas aeróbios e anaeróbios...12
Tabela 2 – Características dos lodos de ETE’s...12
Tabela 3 – Contaminantes orgânicos e seus efeitos...17
Tabela 4 – Características de alguns resíduos estruturantes utilizados na compostagem do lodo de esgoto...23
Tabela 5 – Temperatura e tempo de manutenção para eliminação de alguns microrganismos...24
Tabela 6 – Caracterização microbiológica do composto de lodo da ETE CAvEx ...39
Tabela 7 – Caracterização do potencial poluidor do composto de lodo da ETE CAvEx...40
Tabela 8 – Garantia mínima para enquadramento do composto como fertilizante orgânico classe D...41
Tabela 9 – Garantia mínima de macronutrientes secundários e micronutrientes no composto de lodo da ETE CAvEx...42
LISTA DE SIGLAS
CETESB Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
EPA Environment Protection Agency
ETE Estação de Tratamento de Esgoto
CAvEx Comando de Aviação do Exército
WEF Water Environmental Federation
SANEPAR Companhia de Saneamento do Paraná
CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente
IN Instrução normativa
PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
IAC Instituto Agronômico de Campinas
LISTA DE SÍMBOLOS CO2 dióxido de carbono CH4 metano m3 metro cúbico pH potencial hidrogeniônico C carbono N nitrogênio P fósforo t toneladas ha hectare cm centímetros H2O água
O2 oxigênio °C graus Celsius Cu cobre Ni níquel Mo molibidênio Fe ferro Mg magnésio Zn zinco
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...10
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...11
2.1 O lodo de esgoto e suas características...11
2.1.1 Natureza do esgoto...11
2.1.2 Tipos de tratamento de esgoto...12
2.1.3 Tratamento do lodo...13
2.1.3.1 Remoção de Umidade...13
2.1.2.2 Estabilização do lodo...13
2.2 Alternativas de destino final...14
2.2.1 Aterros sanitários...14
2.2.2 Incineração...14
2.2.3 Landfarming...15
2.2.4 Fertilizante...15
2.3 Biossólidos...16
2.3.1 Principais contaminantes de biossólidos...16
2.3.1.1 Metais pesados...16
2.3.1.2 Compostos orgânicos tóxicos...17
2.3.1.3 Microrganismos patogênicos...17
2.3.2 Valor agronômico dos biossólidos...18
2.3.3 Compostagem...18
2.4 O processo de compostagem...18
2.4.1 Parâmetros de controle do processo de compostagem... 20
2.4.1.1 Aeração...21 2.4.1.2 Temperatura...21 2.4.1.3 Umidade...22 2.4.1.4 Relação C/N...22 2.4.1.5 pH...22 2.4.2 Resíduos estruturantes...23 2.4.3 Sistemas de compostagem...24
2.4.4 Eficiência do processo de compostagem...24
2.5 Aspectos Legais...25
3.1 Ensaio experimental de compostagem...30 3.1.1 Montagem da leira...30 3.1.2 Revolvimento da leira...31 3.1.3 Acompanhamento da temperatura...31 3.1.4 Acompanhamento da umidade...32 3.1.5 Acompanhamento do pH...33
3.2 Coleta de amostras para caracterização do composto...33
3.3 Caracterização do composto...34
3.3.1 Caracterização do potencial poluidor...34
3.3.2 Caracterização do potencial agronômico...35
3.3.3 Caracterização microbiológica...35
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES...36
5 CONCLUSÕES...43
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...44
APÊNDICE A – Ficha de acompanhamento de compostagem...48
1 INTRODUÇÃO
As principais alternativas para disposição final do lodo gerado nas ETE (Estações de Tratamento de Efluentes) são: a incineração, utilização como fertilizantes, disposição em aterros sanitários e o “landfarming”.
A utilização do lodo como fertilizante é uma das alternativas, pois assim o lodo deixa de ser um resíduo e passa a ser um “biossólido” cujas características físico-químicas o tornam um excelente fertilizante para o solo, com alto valor agregado e baixo custo de produção (ANDREOLI, 1999).
A utilização dos biossólidos contribui no ciclo ecológico dos nutrientes retirados do solo, melhora a resistência à erosão das terras agricultáveis. Existem alternativas de tratamento do lodo para esta finalidade. A compostagem é uma tecnologia privilegiada, por permitir o processamento integrado de vários resíduos urbanos e agroindustriais, bem como a produção de um insumo de alta qualidade agronômica, sanitariamente seguro e de boa aceitação no mercado (FERNANDES; SILVA, 2008).
Neste trabalho foram avaliadas algumas técnicas: métodos biológicos (digestão aeróbia, digestão anaeróbia e a compostagem), métodos químicos (estabilização alcalina) e os métodos físicos (secagem térmica) para o tratamento e destinação final do lodo gerado na ETE do CAvEx, uma estação de tratamento de efluentes, localizada na cidade de Taubaté-SP.
Foi realizado ensaio experimental de compostagem do lodo produzido na ETE e a caracterização do material pré e pós tratamento conforme recomendações e legislações: norma P4.230 de agosto de 1999 da CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), Resolução nº 375 de 29/08/2006 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), Decreto Federal 4.954 de 14/01/2004 do MAPA (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento) , IN 27 de 05/06/2006 do MAPA, IN 25 de 27/07/2009 do MAPA e Lei nº 12.305 de 02/08/2010 – Política Nacional de Resíduos Sólidos da Presidência da República para avaliar a possibilidade de utilização do produto formado como fertilizante. Foi realizado um acompanhamento diário do pH, umidade e temperatura, que são indicativos das fases e do andamento do processo de compostagem. Avaliou-se a possibilidade de utilização como fertilizante do composto e obteve-se resultado positivo.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O lodo concentra os principais contaminantes presentes nos esgotos sanitários e a falta de uma alternativa segura para seu tratamento e disposição final pode anular parcialmente os benefícios do saneamento (FILHO, 2011).
Abordou-se do que se trata o lodo de esgoto, suas principais características em função do tratamento, bem como as etapas de condicionamento e as alternativas para disposição final de resíduo gerado.
2.1 O LODO DE ESGOTO E SUAS CARACTERÍSTICAS
Os sistemas de tratamento de esgotos normalmente utilizam de forma otimizada, os fenômenos de biodegradação que já ocorrem na natureza. Esses sistemas concentram e removem a matéria orgânica e os demais poluentes, que irão constituir o lodo (ANDREOLI; FERREIRA 1999(a)).
As características dos lodos gerados variam de acordo com a natureza do esgoto, com o tipo de tratamento empregado na estação e com o tipo de tratamento em que o lodo é submetido.
2.1.1 NATUREZA DO ESGOTO
Os esgotos podem ser classificados em: esgotos de origem doméstica e esgotos de origem industrial (SOUZA, 2010).
Os esgotos industriais são efluentes originados da utilização de água pela indústria. Estes possuem características peculiares em função de cada planta industrial (ANDREOLI; FERREIRA, 1999(a)).
Os esgotos domésticos provêm de residências, edifícios comerciais, instituições ou quaisquer edificações que contenham banheiros, lavanderias, cozinhas etc. Os esgotos domésticos possuem 99,9% de água e 0,1% de sólidos orgânicos e inorgânicos, bem como microrganismos. Devido a esta quantidade de 0,1% é que há a necessidade de tratar os efluentes (VON SPERLING, 2002).
2.1.2 TIPOS DE TRATAMENTO
O tratamento de esgoto doméstico é biológico. Os sistemas biológicos proporcionam a aceleração das reações biológicas que ocorrem espontaneamente na natureza, de forma que ocorra a degradação de substâncias poluentes por ação de microrganismos. O tratamento biológico pode ser classificado em aeróbio e anaeróbio. Aeróbio: o oxigênio é necessário para os microrganismos envolvidos nas reações. O carbono orgânico é convertido em CO2 e biomassa. Anaeróbio: ocorre na ausência de oxigênio, os microrganismos
sintetizam as reações em um ambiente redutor. O carbono orgânico é convertido em CO2, CH4 e biomassa.
A produção de lodo varia conforme o tratamento apresentado na tabela 1.
TABELA 1 - Lodo em sistemas aeróbios e anaeróbios.
TIPO DE TRATAMENTO QUANTIDADE DE LODO PRODUZIDA
(m3/HAB./ANO)
Lagoa facultativa primária 0,037
Lagoa facultativa 0,03 - 0,08
Lagoa anaeróbia - lagoa facultativa 0,01 - 0,04
Lagoa aerada facultativa 0,03 - 0,08
Lodos ativados convencionais 1,1 - 1,5 Lodos ativados (aeração prolongada) 0,7 - 1,2 Lodos ativados (fluxo intermitente) 0,7 - 1,5 Filtro biológico (baixa carga) 0,4 - 0,6 Filtro biológico (alta carga) 1,1 - 1,5
Biodiscos 0,7 - 0,1
Reator anaeróbio de manta de lodo 0,07 - 0,1 Fossa séptica - filtro anaeróbio 0,07 - 0,1 Fonte: Adaptado de Andreoli (1999).
As características físico-químicas do lodo variam de acordo com o tratamento biológico empregado. Na tabela 2 são características físico-químicas dos lodos gerados em tratamentos biológicos e que são importantes para o processo de compostagem.
TABELA 2 – Características dos lodos de ETE’s TIPO DE TRATAMENTO TIPO DE LODO GERADO TEOR DE UMIDADE (%) pH TEOR DE SÓLIDOS FIXOS (%) C N P Lodo ativado – convencional Lodo primário 99 6,2 11 33 4,5 3,10 Lodo ativado 99 7,0 13 32 6,0 2,90 Lodo digerido 91 7,0 40 25 3,1 5,60 UASB Lodo anaeróbio
– RALF 96 6,5 55 22 2,3 0,95
Lodo ativado – Sistema carrossel
Lodo ativado aeração prolongada
98 6,9 37 32 4,9 3,70 Lagoa anaeróbia Lodo de lagoa de
estabilização 94 6,7 53 27 3,2 0,60 Fonte: Adaptado de Fernandes; Silva (2008)
Observou-se características comuns aos tipos de lodos gerados nos diversos tratamentos de esgotos sanitários: a presença de nutrientes como nitrogênio e fósforo e a alta umidade.
2.1.3 TRATAMENTO DO LODO
O processamento do lodo em uma ETE tem como objetivo estabilizar o lodo e remover a umidade. O resultado deste processamento influencia o destino final do material e os custos de manuseio e transporte do mesmo.
2.1.3.1 REMOÇÃO DE UMIDADE
A retirada da água do lodo visa reduzir seu volume, diminuindo os custos de transporte. Além da redução de volume, o grau de desidratação influi nas características físico-químicas do lodo, conferindo-lhe consistência líquida, pastosa ou sólida. Os processos de desidratação podem ser naturais ou mecânicos. Os naturais são constituídos de leitos de secagem e lagoa de lodo e são bastante adequados para pequenos sistemas situados em locais com clima semelhante ao do Brasil. Os processos mecanizados são mais vantajosos para sistemas com produções maiores de lodo, com restrição de espaço ou com clima desfavorável aos processos naturais de secagem. Os principais sistemas mecânicos utilizados são as centrífugas, os filtros-prensa e a secagem térmica. (FERNANDES; SILVA, 2008).
2.1.3.2 ESTABILIZAÇÃO DO LODO
A estabilização do lodo fresco deve-se a sua produção de odores e os microrganismos patogênicos presentes no lodo
De acordo com a EPA (“Environment Protection Agency”) (apud Andreoli (2001)), o grau de estabilização do lodo é:
- Importante para a reciclagem agrícola.
- Moderadamente importante para disposição em aterro sanitário. - Sem importância se o destino final é a incineração.
Os processos biológicos de estabilização dos lodos são a digestão aeróbia, a digestão anaeróbia e a compostagem, que é uma das tecnologias mais utilizadas para estabilização do lodo quando o destino final é a reciclagem agrícola e sua estabilização é processada na fase sólida.
Os métodos químicos são realizados com a adição de produtos químicos que inibem a atividade biológica ou oxidam a matéria orgânica. Os processo mais utilizado é estabilização alcalina, que eleva o pH do lodo e elimina a maior parte dos patógenos.
O método físico mais utilizado é a secagem térmica que elimina os organismos patogênicos por meio do aumento de temperatura.
2.2 ALTERNATIVAS DE DESTINO FINAL
Os principais tipos de destino final são: a disposição em aterros sanitários, a incineração e a utilização como fertilizante. Existem outras técnicas como, por exemplo, o landfarming.
2.2.1 ATERROS SANITÁRIOS
O aterro sanitário é a forma de disposição final de resíduos sólidos urbanos no solo por meio do seu confinamento em camadas coberta com terra, atendendo à normas operacionais, de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança, minimizando os impactos ambientais (FIGUEIREDO, 2007, p.40).
Há duas modalidades de disposição do lodo em aterros: o aterro sanitário exclusivo, cujo teor de sólidos deve ser superior a 30%; e a co-disposição com resíduos sólidos urbanos, onde o teor de sólidos do material não deve ser inferior a 20% (FEITOSA, 2009).
2.2.2 INCINERAÇÃO
Segundo Souza (2010) a incineração é um método de tratamento que utiliza a oxidação térmica, para reduzir o volume e promover a inertização do lodo.
2.2.3 LANDFARMING
Neste sistema uma área recebe doses elevadas de lodo por vários anos. O objetivo é utilizar o solo como um sistema de tratamento. O solo passa a ser o suporte da atividade biológica, retenção de metais, local de exposição ao sol e bioxidação, o que provocará a degradação da matéria orgânica.
As doses de aplicação variam de (60-70) t/ano em base seca para as áreas que não tem impermeabilização da camada inferior a (300-600) t/ ano / ha, quando o processo é feito dentro de critérios de landfarming, com impermeabilização da camada de solo a (60-80) cm de profundidade. Assim que o lodo é espalhado sobre o solo o mesmo deve ser incorporado superficialmente para facilitar os processos de biodegradação e minimizar o problema de odor e eventual atração de moscas. É uma alternativa de baixo custo se bem instalada e monitorada, é inócua ao meio ambiente e de simples execução. Não há preocupação em reciclar os nutrientes do lodo, apenas decompor a matéria orgânica no solo. É considerada como uma boa alternativa para um plano de emergência (ANDREOLI; FERREIRA, 1999(b)).
2.2.4 FERTILIZANTE
A reciclagem agrícola é o aproveitamento do resíduo gerado nas ETE’s para ser utilizado como condicionador de solos na agricultura. Segundo Fernandes; Silva (2008) quando realizada de maneira segura contribui para fechar o ciclo bioquímico dos nutrientes minerais, fornecendo matéria orgânica ao solo e estocando o carbono na forma de compostos estáveis.
Segundo Bettiol; Camargo (2006) a utilização do lodo de esgoto em solos agrícolas traz benefícios como: a incorporação de macronutrientes (nitrogênio e fósforo) e micronutrientes (zinco, cobre, ferro, manganês e molibdênio).
O lodo de esgoto aumenta a retenção de umidade em solos arenosos e melhora a permeabilidade e infiltração nos solos argilosos, e por determinado tempo mantém uma boa estrutura e estabilidade dos agregados na superfície (FILHO, 2011). Porém é preciso conhecer também a composição do solo, para calcular as quantidades adequadas a serem incorporadas, sem correr o risco de
intoxicar as plantas e em certas situações os animais e as pessoas, como também não poluir o ambiente (CETESB, 1999).
2.3 BIOSSÓLIDOS
O aproveitamento do lodo esta condicionado as suas características físico-químicas que apesar de apresentarem aspectos benéficos ao solo devem atender à certas exigências mínimas que visam garantir o seu uso seguro, evitando assim os riscos de contaminação do solo, das plantas e/ou até mesmo dos animais e seres humanos.
Segundo Fernandes; Silva (2008) a WEF – “Water Environmental Federation” propõe a utilização do termo biossólido para designar o lodo gerado em processos de tratamento de esgotos, que passou por tratamento biológico para redução de organismos patogênicos, que pode ser utilizado diretamente em solos agrícolas (como fertilizante ou condicionador de solos), como matéria prima da compostagem ou como adjuvante em sistemas benéficos para o homem (fabricação de tijolos e fonte de energia, por exemplo).
2.3.1 PRINCIPAIS CONTAMINANTES DE BIOSSÓLIDOS
Fernandes; Silva (2008) afirma que os principais riscos ambientais relacionados com a reciclagem do lodo no meio ambiente são representados pelo seu conteúdo de metais pesados, de compostos orgânicos tóxicos, de microrganismos patogênicos e pelos riscos de poluição das águas superficiais e subterrâneas.
2.3.1.1 METAIS PESADOS
Cabe a uma legislação específica, estabelecer critérios rigorosos para aceitação destas contribuições e aos órgãos ambientais fiscalizar seu cumprimento. Sempre que os lodos apresentarem níveis elevados de metais pesados, a reciclagem será inviável e outras opções de disposição final, mais onerosas e ambientalmente menos adequadas, deverão ser adotadas (ANDREOLI; FERREIRA (1999 c).
Quando adicionados ao solo em níveis elevados, os metais são capazes de prejudicar as propriedades químicas e biológicas dos solos e provocar toxidez nas plantas e animais (ANDREOLI; FERREIRA (1999 c).
Segundo Fernandes; Silva (2008) o lodo proveniente do tratamento de efluentes domésticos normalmente contém pequenas quantidades destes elementos e não representam grandes riscos. Os teores preocupantes ocorrem geralmente em virtude de descargas industriais, com alto teor de metais pesados, nas redes coletoras.
2.3.1.2 COMPOSTOS ORGÂNICOS TÓXICOS
Compostos orgânicos tóxicos podem estar presentes no lodo devido a fontes de contaminação como: restos de solventes, pinturas e detergentes, indústrias químicas, produtos utilizados em veículos automotores, pesticidas etc.
O impacto dos compostos orgânicos sobre a saúde e meio ambiente é função do nível de contaminação, da taxa em que são acumulados nos grãos e plantas e da biodisponibilidade (FERNANDES; SILVA, 2008).
Alguns dos contaminantes orgânicos e seus efeitos sobre a saúde são apresentados na tabela 3.
TABELA 3 – Contaminantes orgânicos e seus efeitos
Compostos orgânicos tóxicos Efeitos sobre a saúde
Aldrin e dieldrin Afeta o sistema nervoso central. Em doses altas é fatal para o homem.
Benzeno A exposição aguda ocasiona a depressão do sistema nervoso central.
Clordano Provoca vômitos e convulsões. Pode causar mutações. Lindano Causa irritação do sistema nervoso central, náusea,
vômitos, dores musculares e respiração debilitada. Clorofórmio Severamente tóxico em altas concentrações; danos ao
fígado e ao coração.
PCB Provavelmente cancerígeno; exposição ao mesmo resulta em dores de cabeça e distúrbios visuais. DDT
Causa problemas, principalmente no sistema nervoso central, causa decréscimo das células brancas do sangue e acumula-se nos tecidos gordurosos.
Fonte: Adaptado de Barros et al. apud Fernandes; Silva (2008). 2.3.1.3 MICROORGANISMOS PATOGÊNICOS
Segundo Fernandes; Silva (2008) nos sistemas de tratamento os microrganismos patogênicos provenientes dos esgotos sanitários ficam
adsorvidos na fase sólida e tendem a se precipitar concentrando-se no lodo de esgoto.
2.3.2 VALOR AGRONÔMICO DOS BIOSSÓLIDOS
O valor agronômico dos biossólidos está associado ao seu teor de nutrientes (N, P e micronutrientes) e ao conteúdo de matéria orgânica.
Andreoli; Ferreira (1999) afirma que os efeitos da matéria orgânica no solo se fazem sentir a longo prazo, melhorando a resistência dos solos a erosão e ao adensamento, ativando a vida microbiana dos solos e aumentando a resistência das plantas a pragas e doenças.O teor de nutrientes encontrados nos biossólidos são superiores aos encontrados na maioria dos materiais orgânicos de uso habitual na agricultura.
2.3.3 COMPOSTAGEM
Devido à presença de contaminantes no lodo de esgoto faz-se necessário o tratamento prévio deste material para garantir a segurança na utilização dos biossólidos.
A intensa atividade microbiológica durante o processo permite o desenvolvimento de uma população de microrganismos termófilos já no início do processo, o que faz com que a temperatura do meio se mantenha elevada por vários dias, destruindo grande parte dos patógenos, para reduzir os riscos de que o composto obtido não coloque em ameaça a saúde pública ou o meio ambiente. Estudos também mostram que a compostagem tem sido bastante eficiente na remoção de alguns compostos orgânicos tóxicos (FERNANDES; SILVA, 2008).
2.4 O PROCESSO DE COMPOSTAGEM
A compostagem é o processo de decomposição e estabilização biológica dos substratos orgânicos sob condições que favorecem o desenvolvimento de temperaturas termofílicas que resultam da produção biológica de calor. Segundo Oliveira; Sartori e Garcez (2008) a compostagem é um processo de oxidação biológica pelo qual os microrganismos decompõem os compostos constituintes
dos materiais liberando dióxido de carbono e vapor de água. Na prática isto significa que a partir de resíduos orgânicos com características desagradáveis (odor, aspecto, contaminação por microrganismos patogênicos), o processo transforma estes resíduos em composto, que é um insumo agrícola, de odor agradável, fácil de manipular e livre de microrganismos patogênicos (FERNANDES; SILVA, 1998).
Figura 1 – Esquema simplificado de compostagem
Fonte: (FERNANDES; SILVA, 2008, p.10)
Fernandes; Silva (2008) afirma que no início do processo há um forte crescimento dos microrganismos mesófilos. Com a elevação gradativa da temperatura, resultante do processo de biodegradação, a população de mesófilos diminui e os microrganismos termófilos proliferam com mais intensidade. A população termófila é extremamente ativa, provocando intensa e rápida degradação da matéria orgânica e maior elevação da temperatura, o que elimina os microrganismos patogênicos (Figura 2).
Quando o substrato orgânico é transformado, a temperatura diminui, a população termófila se restringe, a atividade biológica global se reduz de maneira significativa e os mesófilos se instalam novamente. Nesta fase, a maioria das moléculas biodegradáveis foram transformadas, o composto apresenta odor agradável e já teve início a segunda etapa do processo, denominada maturação.
A principal indicação de que está ocorrendo o processo de compostagem é a elevação da temperatura do meio que pode atingir valores entre 65 ºC e 70 ºC (KIEHL, 1998).
A figura 2 apresenta um gráfico da variação da temperatura de leira no decorrer do processo de compostagem.
Figura 2 – Evolução da temperatura em uma leira de compostagem
Fonte: (FERNANDES; SILVA, 2008, p. 11)
Kiehl (1998) relata que durante o processo de cura e maturação do composto é possível observar três fases distintas: uma primeira inicial e rápida de fitotoxicidade ou de composto cru ou imaturo, seguida de uma segunda fase de semi-cura ou bioestabilização, para atingir finalmente a terceira fase, a humificação, acompanhada da mineralização de determinados componentes da matéria orgânica.
Os microrganismos que realizam a decomposição da matéria orgânica absorvem carbono (C) e nitrogênio (N), sendo o tempo necessário para que ocorra a decomposição e a consequente mineralização, governado pela relação entre C e N da matéria-prima. O teor de N dos resíduos a serem decompostos deve ser 1,7%, quando o conteúdo é inferior a esse valor, o tempo de decomposição será maior (Kiehl, 1985).
Para que todo ciclo esteja completo são necessários aproximadamente de 90 a 120 dias após mistura dos materiais orgânicos (dependendo da relação C:N do resíduo), tendo como resultado um composto normalmente escuro e de textura turfa, utilizado como condicionador de propriedades físicas e biológicas do solo, assim como, um composto fertilizante que fornece os nutrientes essenciais para o suprimento das plantas (OLIVEIRA; SARTORI e GARCEZ, 2008).
Os fatores mais importantes que influem na degradação da matéria orgânica são a aeração, os nutrientes, a umidade e a temperatura que é um fator importante, principalmente no que diz respeito à rapidez do processo de biodegradação e à eliminação de patógenos, porém é resultado da atividade biológica. Os nutrientes, principalmente carbono e nitrogênio, são fundamentais ao crescimento bacteriano. O carbono é a principal fonte de energia e o nitrogênio é necessário para a síntese celular. Fósforo e enxofre também são importantes, porém seu papel no processo é menos conhecido. Os microrganismos têm necessidade dos mesmos micronutrientes requeridos pelas plantas: Cu, Ni, Mo, Fe, Mg, Zn e Na são utilizados nas reações enzimáticas, porém os detalhes deste processo são pouco conhecidos (FERNANDES; SILVA, 2008).
2.4.1.1 AERAÇÃO
Na compostagem aeróbia é fundamental o fornecimento de oxigênio aos microrganismos presentes para que eles possam oxidar a matéria orgânica que serve de alimento para os mesmos (FERNANDES; SILVA, 2008).
A circulação de ar na massa do composto é, portanto, de importância primordial para a compostagem rápida e eficiente. Seja qual for a tecnologia utilizada, a aeração da mistura é fundamental no período inicial da compostagem, na fase de degradação rápida, onde a atividade microbiana é intensa. Na fase seguinte, a maturação, a atividade microbiana é pouco intensa, logo a necessidade de aeração é bem menor (FERNANDES; SILVA, 2008).
2.4.1.2 TEMPERATURA
Segundo Fernandes; Silva (2008) a temperatura é um fator indicativo do equilíbrio biológico, de fácil monitoramento e que reflete a eficiência do processo. Se a leira, em compostagem, registrar temperatura da ordem de (40-60)ºC no segundo ou terceiro dia é sinal que o ecossistema está bem equilibrado e que a compostagem tem todas as chances de ser bem sucedida.
Depois de iniciada a fase termófila (em torno de 45ºC), o ideal é controlar a temperatura entre 55 0C e 65 ºC. Esta é a faixa que permite a máxima intensidade
de atividade microbiológica. Acima de 65ºC a atividade microbiológica cai e o ciclo de compostagem fica mais longo (FERNANDES; SILVA, 2008).
2.4.1.3 UMIDADE
Segundo Fernandes; Silva (2008) o teor ótimo de umidade no composto situa-se entre 50 % e 60%. Teores de umidade superiores a 60 % fazem com que a água ocupe os espaços vazios do meio e impeça passagem livre de oxigênio, o que pode provocar o aparecimento de zonas de anaerobiose. Se o teor de umidade é inferior a 40% a atividade biológica é inibida, bem como a velocidade de biodegradação.
O ajuste da umidade pode ser feito pela criteriosa mistura de componentes ou pela adição de água. É normal a diminuição da umidade durante o andamento do processo.
2.4.1.4 RELAÇÃO C/N
A relação C/N inicial ótima do substrato deve se situar em torno de 30. Na realidade, constata-se que ela pode variar de 20 a 70 de acordo com a maior ou menor biodegradabilidade do substrato. Tanto a falta de nitrogênio quanto a falta de carbono limita a atividade microbiológica. Se a relação C/N for muito baixa pode ocorrer grande perda de nitrogênio pela volatilização da amônia. Se a relação C/N for muito elevada os microrganismos não encontrarão N suficiente para a síntese de proteínas e terão seu desenvolvimento limitado. Como resultado, o processo de compostagem será mais lento. Independentemente da relação C/N inicial, no final da compostagem a relação C/N converge para um mesmo valor, entre 10 e 20, devido à perdas maiores de carbono que de nitrogênio, no desenvolvimento do processo (FERNANDES; SILVA, 2008, p.14).
2.4.1.5 pH
Segundo Jimenez e Garcia (1989) apud Oliveira; Sartori e Garcez (2008) durante as primeiras horas de compostagem, o pH decresce até valores próximos
a pH 5, e posteriormente aumenta gradualmente com a evolução do processo de compostagem e estabilização do composto, alcançando valores entre 7 e 8. Assim, valores baixos de pH são indicativos de falta de maturação devido à curta duração do processo ou à ocorrência de processos anaeróbios no interior da pilha em compostagem. À medida que os fungos e as bactérias digerem a matéria orgânica libertam-se ácidos que se acumulam e acidificam o meio. Este abaixamento do pH favorece o crescimento de fungos e a decomposição da celulose e da lenhina. Posteriormente estes ácidos são decompostos até serem completamente oxidados. No entanto, se existir escassez de oxigênio o pH poderá descer a valores inferiores a 4,5 e limitar a atividade microbiana, retardando, assim, o processo de compostagem. Nestes casos deve-se remexer as pilhas para o pH voltar a subir.
Fernandes; Silva (2008) afirma que a passagem à fase termófila é acompanhada de rápida elevação do pH, que se explica pela hidrólise das proteínas e liberação de amônia. Assim, normalmente o pH se mantém alcalino (7,5-9,0), durante a fase termófila. De qualquer forma, e principalmente se a relação C/N da mistura for conveniente, o pH geralmente não é um fator crítico da compostagem.
2.4.2-RESÍDUOS ESTRUTURANTES
Os agentes estruturantes têm a função de conferir integridade estrutural à mistura a ser compostada e no caso da compostagem do lodo, o agente estruturante também tem a função de absorver o excesso de umidade e equilibrar a relação C/N da mistura.
A tabela 4 apresenta algumas características importantes dos resíduos mais utilizados como agentes estruturantes na compostagem de lodo.
TABELA 4 – Características de alguns resíduos estruturantes utilizados na compostagem de lodo de esgoto
Resíduo estruturante pH TEOR DE UMIDADE (%) TEOR DE SÓLIDOS FIXOS (%) P (%) N (%) C (%) C/N Resíduos de podas de árvore 6,9 30 9 0,09 1,10 51 46 Bagaço de cana de açúcar 3,7 20-40 3 0,10 0,20 47 235 Serragem de madeira 8,0 30 2 0,50 0,10 49 490 Sabugo de milho 7,5 10 7 0,30 0,40 46 115 Palha de trigo 7,5 6 5 0,50 0,50 43 86
Cascas de café 5,1 10 5 0,08 1,20 46 38 Fonte: adaptado de Fernandes; Silva, (2008)
2.4.3 SISTEMAS DE COMPOSTAGEM
Os sistemas de compostagem podem ser divididos em 3 grupos:
-Sistema de leiras revolvidas (windrow): a mistura de resíduos é disposta em leiras, sendo a aeração fornecida pelo revolvimento dos resíduos e pela convecção e difusão do ar na massa do composto.
- Sistema de leiras estáticas aeradas (static pile): a mistura a ser compostada é colocada sobre uma tubulação perfurada que injeta ou aspira o ar na massa do composto, não havendo revolvimento mecânico das leiras.
- Sistemas fechados ou reatores biológicos (In-vessel): os resíduos são colocados dentro de sistemas fechados, que permitem o controle de todos os parâmetros do processo de compostagem.
2.4.4 EFICIÊNCIA DO PROCESSO DE COMPOSTAGEM
Segundo Machado (2001) das alternativas de tratamento do lodo de esgoto que objetivam a destruição de microrganismos patogênicos, a compostagem tem se mostrado uma das mais eficientes. Essa eficiência na inativação térmica dos patógenos depende do tempo de exposição à determinadas temperaturas, como é apresentado na Tabela 5.
Tabela 5 – Temperatura e tempo de manutenção para eliminação de alguns
microrganismos
Organismo Tempo (min.) Temperatura (°C)
1. Salmonella typhosa instantâneo 50 a 60
30 46 2. Salmonella spp. 15 a 30 60 60 55 3. Shigella 60 55 4. Escherichia coli 5 70 15 a 20 60 60 55
6. Taenia saginata 5 71 7. Trichinella spiralis (larvas) instantâneo 62 a 72
60 50 8. Necator americanus 50 45 9. Brucella abortus 50 45 10. Estreptococos fecais 60 70 11. Coliformes fecais 60 70 12. Ascaris spp. (ovos) 60 55 7 60 Fonte: Ilhenfeld (1999)
Se a operação da compostagem não for bem conduzida, parte dos microrganismos patogênicos irá sobreviver ao processo, podendo inviabilizar a utilização do composto na agricultura.
2.5 Aspectos legais
Vários estudos comprovam a eficácia do uso agrícola do lodo de esgoto, porém em virtude dos potenciais riscos associados a este uso é importante que existam legislações que regulamentem e que garantam que este não irá trazer impactos ambientais negativos.
Com isso, estabelecer critérios para o uso agronômico do lodo, visando à adequação ambiental das áreas com potencial para aplicação do material e à seleção das culturas que serão exploradas, possibilita uma melhor aceitação e uma boa rentabilidade aos produtores rurais, garantindo, assim, a sustentabilidade dessa alternativa ao longo do tempo (CABRAL, 2012, p. 22).
Com base nestes aspectos apresentados, no Brasil, o Estado de São Paulo foi pioneiro e no ano de 1999 por meio da CETESB, órgão vinculado à secretaria de meio ambiente, lançou a Norma Técnica P4.230 que regulamenta o uso agrícola de lodos oriundos de tratamentos biológicos, incluindo o lodo de esgoto. Vale ressaltar que o Estado do Paraná na mesma época, por meio da Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR), elaborou e publicou Manuais Técnicos que procuram orientar o futuro usuário do lodo de esgoto, os operadores de estações de tratamento e os tomadores de decisão sobre os procedimentos de produção do lodo, os métodos de higienização adequados ao uso agrícola, as vantagens, fatores limitantes e procedimentos para o uso do resíduo em áreas de
produção, além de orientação para a elaboração de Plano de Distribuição de Lodo e monitoramento da atividade (PIRES, 2006). Estes trabalhos possibilitaram as primeiras experiências no Brasil e iniciaram as primeiras discussões sobre o assunto, de tal forma que, em 2006, o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) publicou a Resolução nº 375, de 29 de agosto de 2006, que “define critérios e procedimentos para o uso agrícola de lodos de esgoto gerados em estações de tratamento de esgoto sanitário e seus produtos derivados, e dá outras providências” (CONAMA, 2006). A mesma resolução em seu artigo primeiro (Art. 1º) estabelece, em parágrafo único, que:
Art. 1° Esta Resolução estabelece critérios e procedimentos para o uso, em áreas agrícolas, de lodo de esgoto gerado em estação de tratamento de esgoto sanitário e seus produtos derivados, visando benefícios à agricultura e evitando riscos à saúde pública e ao ambiente.
Parágrafo único. Para a produção, compra, venda, cessão, empréstimo ou permuta do lodo de esgoto e seus produtos derivados, além do previsto nesta Resolução, deverá ser observado o disposto no Decreto nº 4.954, de 14
de janeiro de 2004, que regulamenta a Lei nº 6.894, de 16 de dezembro de 1980, que dispõe sobre a inspeção e
fiscalização da produção e do comércio de fertilizantes, corretivos, inoculantes ou biofertilizantes destinados à agricultura (CONAMA, 2006, p. 01).
No seu artigo terceiro(Art. 3º) a Resolução Conama 375/2006 estabelece que para terem aplicação agrícola os lodos de esgoto, ou produto derivado, devem ser submetidos a processo de redução de patógenos e da atratividade de vetores conforme Anexo I da resolução, no qual está incluso o processo de compostagem (CONAMA, 2006).
A resolução também estabelece que a caracterização do lodo de esgoto, ou produto derivado, deve incluir os seguintes aspectos: 1-Potencial agronômico; 2-Substâncias inorgânicas e orgânicas potencialmente tóxicas; 3-Indicadores bacteriológicos e agentes patogênicos; e 4-Estabilidade. No artigo oitavo (Art. 8º) a legislação afirma que em função das características específicas da bacia de esgotamento e dos efluentes recebidos poderá ser solicitado dispensa ou
alteração da lista de substâncias a serem analisadas, e no artigo décimo primeiro (Art. 11º) apresenta os limites máximos de contaminantes admitidos nos lotes de lodo ou produto derivado.
Uma vez que o uso agrícola de lodo de esgoto envolve a adição de nutrientes e matéria orgânica ao solo, o Ministério da Agricultura, Pecuária e
Abastecimento (MAPA) incluiu lodo de esgoto na Instrução Normativa (IN) nº 15,
de 24 de dezembro de 2004, em resposta ao Decreto n° 4.954, de 14 de janeiro
de 2004, que regulamenta o registro de fertilizantes orgânicos. A Instrução
Normativa nº 15 de 2004 foi revogada e atualmente vigora a Instrução
Normativa nº 25, de 23 de Julho de 2009.
Para fins do Decreto n° 4.954/2004, considera-se que fertilizante é: a substância mineral ou orgânica, natural ou sintética, fornecedora de um ou mais nutrientes de plantas; o corretivo constitui produto de natureza inorgânica, orgânica ou ambas, usado para melhorar as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo, isoladas ou cumulativamente, ou como meio para o crescimento de plantas, não tendo em conta seu valor como fertilizante, além de não produzir característica prejudicial ao solo e aos vegetais. O biofertilizante é um produto que contém princípio ativo ou agente orgânico, isento de substâncias agrotóxicas, capaz de atuar, direta ou indiretamente, sobre o todo ou parte das plantas cultivadas, elevando a sua produtividade, sem ter em conta o seu valor hormonal ou estimulante.
Ainda segundo o Decreto n° 4.954/2004, os fertilizantes orgânicos são classificados em: fertilizante orgânico simples: produto natural de origem vegetal ou animal, contendo um ou mais nutrientes de plantas; fertilizante
orgânico misto: produto de natureza orgânica, resultante da mistura de dois ou
mais fertilizantes orgânicos simples, contendo um ou mais nutrientes de plantas;
fertilizante orgânico composto: produto obtido por processo físico, químico,
físico-químico ou bioquímico, natural ou controlado, a partir de matéria-prima de origem industrial, urbana ou rural, animal ou vegetal, isoladas ou misturadas, podendo ser enriquecido de nutrientes minerais, princípio ativo ou agente capaz de melhorar suas características físicas, químicas ou biológicas; e fertilizante
organomineral: produto resultante da mistura física ou combinação de
A IN 25/2009 aprova “Normas sobre as especificações e as garantias, as tolerâncias, o registro, a embalagem e a rotulagem dos fertilizantes orgânicos simples, mistos, compostos, organominerais e biofertilizantes destinados à agricultura”, e classifica-os de acordo com as matérias-primas utilizadas em sua produção, em Classe “A”: fertilizante orgânico que, em sua produção, utiliza matéria-prima de origem vegetal, animal ou de processamentos da agroindústria, onde não sejam utilizados, no processo, metais pesados tóxicos, elementos ou compostos orgânicos sintéticos potencialmente tóxicos, resultando em produto de utilização segura na agricultura; Classe “B”, fertilizante orgânico que, em sua produção, utiliza matéria-prima oriunda de processamento da atividade industrial ou da agroindústria, onde metais pesados tóxicos, elementos ou compostos orgânicos sintéticos potencialmente tóxicos são utilizados no processo, resultando em produto de utilização segura na agricultura; Classe “C”, constituído pelo fertilizante orgânico que, em sua produção, utiliza qualquer quantidade de matéria-prima oriunda de resíduos sólidos domiciliares, resultando em produto de utilização segura na agricultura; e Classe “D” que é o fertilizante orgânico que,
em sua produção, utiliza qualquer quantidade de matéria-prima oriunda do tratamento de despejos sanitários, resultando em produto de utilização segura na agricultura.
Segundo o Decreto n° 4.954/2004, nutriente é o elemento essencial ou benéfico para o crescimento e produção dos vegetais, subdividido em macronutrientes primários: Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Potássio (K); macronutrientes secundários: Cálcio (Ca), Magnésio (Mg), e Enxofre (S); micronutrientes: Boro (B), Cloro (Cl), Cobre (Cu), Ferro (Fe), Manganês (Mn), Molibidênio (Mo), Zinco (Zn), Cobalto (Co), Silício (Si) e outros elementos que a pesquisa científica vier a definir.
Para os fertilizantes orgânicos compostos para aplicação no solo, produtos sólidos, as garantias serão no mínimo de acordo com as constantes na IN
25/2009, que fornece as especificações dos fertilizantes orgânicos compostos
(com valores expressos em base seca e umidade determinada a 65°C). Nos produtos para aplicação no solo com macronutrientes secundários, micronutrientes ou ambos, estes, serão indicados na sua forma elementar, com as garantias em percentagem mássica por se tratar de um produto sólido, em acordo também com a IN 25/2009.
Os fertilizantes ainda, para serem produzidos, comercializados ou importados, devem atender aos limites estabelecidos na Instrução Normativa n°
27, de 05 de junho de 2006, no que se refere às concentrações máximas
admitidas para agentes fitotóxicos, patogênicos ao homem, animais e plantas, metais pesados tóxicos, pragas e ervas daninhas.
Outro aspecto legal relevante é a Política Nacional de Resíduos Sólidos
(PNRS) que foi instituída pela Lei nº12.305 sancionada em 02 de agosto de 2010. Nesta nova Lei se conceitua resíduo sólido como:
“material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, cuja a destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnicas ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível” (BRASIL, 2010).
Com a instituição da PNRS, o gerenciamento de resíduos sólidos nas ETEs deve atentar aos princípios, objetivos, instrumentos, diretrizes, metas e ações instituídas pela lei, com vistas à gestão integrada e ao gerenciamento ambientalmente adequado dos resíduos sólidos. Nesse sentido, o gerenciamento de resíduos deve seguir a seguinte ordem de prioridade: “não geração, redução, reutilização, reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos” (BRASIL, 2010). A PNRS denomina rejeitos como os “resíduos sólidos, depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicos disponíveis e economicamente viáveis, não apresentem outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada” (BRASIL, 2010). Nesta lógica a reciclagem agrícola do lodo de esgoto, se tratando de um produto que tem excelente potencial agronômico e que se devidamente tratado pode ser utilizado de forma segura, deve ser analisada antes de se pensar na disposição final do material em aterros sanitários.
3 METODOLOGIA
3.1 Ensaio experimental de compostagem
O ensaio foi realizado nas dependências da ETE do CAvEx durante os meses de agosto, setembro e outubro de 2018.
Foi utilizado para confecção da leira de compostagem o lodo desaguado da própria ETE e resíduos de podas de jardinagem das áreas do CAvEx . Durante o processo de compostagem foi realizado o acompanhamento dos seguintes parâmetros operacionais: umidade, temperatura e pH.
3.1.1 Montagem da leira
Foi realizada a mistura do lodo desaguado com o resíduo estruturante na proporção de 1:3 em volume. Utilizou-se meio carrinho de mão de lodo e um carrinho de mão e meio de resíduos de podas de jardinagem das áreas do CAvEx devido à facilidade e disponibilidade do material, conforme figura 3.
Figura 3 – Leira montada após mistura do lodo com resíduo estruturante
3.1.2 Revolvimento da leira
O processo utilizado foi o de leiras revolvidas utilizando pá e enxada para revolvimento do material.
Na primeira semana o procedimento foi realizado diariamente para promover uma melhor homogeneização da mistura e constatar o início do processo de compostagem termofílica por meio da elevação de temperatura.
Após a primeira semana o procedimento passou a ser realizado semanalmente como forma de fornecer oxigênio para os microrganismos presentes no processo, e também para controle de temperatura do meio caso esta estivesse muito elevada (acima de 65 °C).
3.1.3 Acompanhamento da temperatura
A temperatura foi monitorada diariamente utilizando um termômetro digital,marca Gulton, tipo PT 100 com haste metálica de 30 cm e um sensor em sua extremidade e faixa de medição entre -199,9°C até + 199,9° C.
O procedimento de medição foi realizado inserindo-se o termômetro no topo da leira de compostagem de forma com que a ponta sensível da haste estivesse posicionada próximo ao centro da leira (Figura 4).
Figura 4 – Termômetro de medição e medição sendo realizada
As leituras de temperatura foram anotadas na ficha de acompanhamento do processo (Apêndice A) de compostagem após cerca de 5 minutos da inserção do termômetro na leira.
3.1.4 Acompanhamento do teor de umidade
As determinações de teor de umidade foram realizadas semanalmente, utilizando balança de determinação de umidade, marca Marte, modelo ID50 (Figura 5).
Figura 5 – Balança de determinação de umidade – Marte ID50
Fonte: Foto do autor
As amostras foram retiradas do interior da leira de compostagem, aproveitando-se os dias em que foram realizados os revolvimentos.
Para realização das análises ajustou-se o equipamento para aquecer a 105 ºC e utilizou-se cerca de 1 g de amostra por análise.
3.1.5 Acompanhamento do pH
O acompanhamento do pH da leira de compostagem foi realizado semanalmente, utilizando um pH-metro,marca Digimed, modelo DM 22 (Figura 6).
Figura 6 – pH-metro de bancada – Digimed DM22
Fonte: Foto do autor
As amostras foram retiradas do interior da leira de compostagem, aproveitando-se os dias em que foram realizados os revolvimentos.
Para realização das análises foram preparadas soluções das amostras em água destilada na proporção 1:10 (1 grama de amostra / 10 mL água destilada), e o equipamento foi calibrado com os padrões de pH 4, 8 e 10.
3.2 Coleta de amostras para caracterização do composto
Após o término da compostagem, determinado pela redução da temperatura da leira, o composto formado foi peneirado e acondicionado em recipiente plástico.
A amostragem do composto foi realizada conforme a norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) NBR10.007, que trata sobre a amostragem de resíduos, e as amostras foram devidamente embaladas e encaminhadas para laboratório credenciado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), e pelo MAPA.
3.3 Caracterização do composto
As amostras foram analisadas mediante os parâmetros da resolução CONAMA 375/2006 e, IN’s 27/2006 e 25/2009 do MAPA.
Os parâmetros analisados podem ser divididos em três aspectos: potencial poluidor, potencial agronômico, e agentes patogênicos.
3.3.1 Caracterização do potencial poluidor
Foi realizada a determinação dos seguintes elementos químicos:: - Arsênio; - Bário; - Cádmio; - Chumbo; - Cobre; - Cromo; - Mercúrio; - Molibdênio; - Níquel; - Selênio; - Zinco.
Não foram realizadas as determinações dos contaminantes orgânicos, pois a legislação prevê que em função das características da bacia de esgotamento pode ser solicitada a dispensa da realização destes parâmetros.
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Fertilizantes e Resíduos do Instituto Agronômico de Campinas (IAC), que possui certificações do INMETRO e do MAPA.
3.3.2 Caracterização do potencial agronômico
Foi realizada a determinação dos seguintes parâmetros: - Carbono orgânico; - Fósforo total; - Nitrogênio Kjeldahl; - Nitrogênio amoniacal; - Nitrogênio nitrato-nitrito; - pH em água (1:10); - Potássio total; - Sódio total; - Enxofre total; - Cálcio total; - Magnésio total; - Boro; - Ferro; - Manganês; - Umidade, a 60 – 65°C; - Sólidos Voláteis; - Sólidos Totais.
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Fertilizantes e Resíduos do IAC, que possui certificações do INMETRO e do MAPA.
3.3.3 Caracterização microbiológica
Foi realizada a determinação dos seguintes parâmetros: - Coliformes termotolerantes;
- Ovos viáveis de helmintos; - Salmonella sp.
Os testes foram realizados no Laboratório de Microbiologia do Solo do IAC, que possui certificações do INMETRO e do MAPA.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 7 representa a evolução da temperatura ao longo do teste experimental de compostagem realizado na ETE CAvEx.
Figura 7 – Temperatura da leira ao longo do processo de compostagem
Fonte: Arquivo pessoal
Fernandes; Silva (2008) afirmam que se a leira de compostagem registrar temperatura da ordem de (40-60) ºC no segundo ou terceiro dia é sinal que o ecossistema está bem equilibrado e que a compostagem tem todas as chances de ser bem sucedida. Durante a primeira semana do ensaio foram realizados revolvimentos diários com a intenção de incorporar oxigênio ao meio e, principalmente, promover uma melhor mistura do lodo com o material estruturante. A partir do segundo dia pôde-se perceber um aumento na temperatura da leira e a partir do quarto dia a temperatura já se apresentava acima dos 40 °C, o que serviu como indicativo de que o processo de compostagem já estava ocorrendo. No período compreendido entre o 10° e 34° dia a temperatura permaneceu acima dos 60 °C o que é um fator importante para eliminação dos microrganismos patogênicos.
Considerando-se que a fase termofílica ocorre em temperaturas acima de 45 °C, e que é nesta fase onde ocorre a mais intensa e rápida degradação da
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 T e m pe ra tua (° C ) Tempo (dias)
matéria orgânica, pode-se afirmar que o processo se mostrou satisfatório, pois permaneceu do 5º ao 70º dia nesta fase, o que sugere que o composto formado após o término do processo de compostagem deva ter alto grau de estabilização e baixa concentração de microrganismos patogênicos.
A partir do 70° dia nota-se que a atividade diminui e que apesar do meio reacional ainda apresentar temperaturas elevadas em relação à temperatura ambiente, esta vem diminuindo gradativamente, até o 86° dia, o que sugere que a maior parte da matéria orgânica já foi degradada e que o processo já entrou na fase de humificação.
O teor de umidade ao longo do processo (Figura 8) não se mostrou como um fator crítico. Após a mistura do lodo desaguado com o material estruturante, a mistura apresentou teor médio de 54,34 % de umidade. Ao longo do processo esse teor se manteve na faixa entre 48 % e 63 % o que não comprometeu o processo.
Figura 8 – Teor de umidade ao longo do processo de compostagem
Fonte: Arquivo pessoal
Em virtude da umidade presente no meio reacional e da temperatura elevada do processo, pode-se perceber durante os períodos de revolvimentos a presença de fungos no interior da leira, o que também foi um importante indicador de que o processo estava ocorrendo de forma satisfatória.
47 49 51 53 55 57 59 61 63 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 T e or de um ida de ( % ) Tempo (dias)
O acompanhamento do pH durante o processo de compostagem (Figura 9) também se mostrou como um aspecto operacional importante, pois o mesmo pode ser um indicativo do estado de decomposição dos resíduos orgânicos.
Figura 9 – Valores de pH ao longo do processo de compostagem
Fonte: Arquivo pessoal
Nos primeiros dias de compostagem o pH decresceu de 6,8 para valores próximos a pH 6 no 14° dia; isto pode ser explicado pela decomposição de fontes de carbono de fácil degradação, resultando na produção de ácidos orgânicos (TUOMELA et al., 2000).
Segundo Fernandes; Silva (2008) a passagem à fase termófila é acompanhada de rápida elevação do pH, que se explica pela hidrólise das proteínas e liberação de amônia. Este fato foi confirmado no experimento e no 35° dia o composto apresentou pH 7,8. Também foi possível perceber, durante os processos de revolvimento da leira na fase termofílica, o odor característico de amônia que estava sendo liberada no processo.
Após a fase de intensa atividade microbiológica e com a consequente diminuição da temperatura, pode-se perceber que o pH do composto veio caindo e se estabilizou em valores próximos a neutralidade. Este fato pode ser explicado pela oxidação da amônia à nitrato conforme preconiza TUOMELA et al.( 2000).
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 pH Tempo (dias)
Após o término do processo de compostagem, determinado pelo abaixamento da temperatura, realizou-se um peneiramento do material, e o resultado obtido foi um composto leve, de fácil manuseio, baixo teor de umidade e odor agradável.
A eficiência do processo de compostagem está relacionada com a eliminação de microrganismos patogênicos; sendo assim os dados da caracterização microbiológica do composto formado estão apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 – Caracterização microbiológica do composto de lodo da ETE do CAvEx
Com relação aos resultados da caracterização microbiológica pode-se perceber que o processo de compostagem se mostrou eficiente, e o composto formado atende tanto os requisitos da Resolução Conama 375/2006, podendo ser classificado como Classe A, quanto os limites máximos admitidos pela IN 27/2006 do MAPA nos fertilizantes orgânicos e condicionadores de solo.
Outro aspecto relacionado com a eficiência do processo de compostagem diz respeito ao grau de estabilidade obtido no composto final. A resolução Conama 375/2006 define a relação entre a concentração de sólidos voláteis e sólidos totais como valor indicativo do grau de estabilidade do composto; a resolução também estabelece que esta relação deva ser inferior a 0,70 para utilização agrícola do produto. O composto obtido após o ensaio experimental de compostagem do lodo da ETE do CAvEx apresentou uma concentração de sólidos voláteis igual a 50,7%, e 52,8% para sólidos totais. Com isso obtém-se o valor de 0,96 para relação sólidos voláteis / sólidos totais, o que demonstra que o composto obtido após o teste de compostagem apresenta um considerável grau de estabilidade, porém está fora do limite que atende a resolução no que diz respeito à estabilidade do produto para o uso agrícola.
Em relação aos metais pesados, ou potencial poluidor, o composto obtido ficou bem abaixo dos limites estabelecidos na Resolução Conama 375/2006 e nos anexo IV e V da IN 27/2006 do MAPA, o que possibilita a utilização agrícola do composto. Os dados seguem apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 – Caracterização do potencial poluidor do composto de lodo da ETE do
CAvEx
Apesar de o composto eatar dentro dos limites estabelecidos nas legislações, em relação ao conteúdo de metais pesados, é importante que se leve em conta a carga acumulada teórica que é permitida para aplicação do lodo de esgoto doméstico em solos agrícolas, como é preconizado em ambas às legislações; isto se faz necessário para garantir que a utilização destes compostos sejam realizadas de forma segura.
Para enquadrar o composto formado como fertilizante orgânico classe D, o mesmo deve atender o anexo III da IN 25/2009 do MAPA que estabelece as garantias mínimas relacionadas ao potencial agronômico do composto. Os dados da caracterização estão expressos na Tabela 8.
Tabela 8 – Garantia mínima para enquadramento do composto como fertilizante
orgânico classe D
*Conforme declarado
Os macronutrientes fósforo e potássio não possuem valores mínimos exigidos pelo MAPA, porém para registro do produto estes parâmetros devem ser realizados e estas informações devem estar disponíveis no rótulo do produto. O mesmo vale para os parâmetros de Capacidade de Troca Catiônica (CTC) e relação CTC/C. Para efeitos deste trabalho o parâmetro CTC não foi realizado.
Em relação ao nitrogênio o composto apresentou concentração acima do mínimo exigido pelo MAPA. Para o teor de carbono orgânico o resultado analítico também ficou acima do mínimo exigido. Isto nos permite dizer que o composto obtido por meio do ensaio experimental de compostagem do lodo da ETE do CAvEx pode ser considerado um fertilizante orgânico classe D segundo as normas brasileiras.
Outro aspecto relacionado ao caráter agronômico do composto se refere ao teor de macronutrientes secundários e micronutrientes presentes no mesmo. A IN 25/2009 do MAPA em seu artigo 6° estabelece para que sejam garantidos no produto, os macronutrientes secundários e micronutrientes devem atender os valores mínimos descritos neste artigo. Os dados referentes aos macronutrientes secundários e os micronutrientes presentes no composto de lodo gerado após o teste experimental de compostagem do lodo da ETE CAvEx bem como os valores mínimos exigidos pela IN estão representados na Tabela 9:
Tabela 9 – Garantia mínima de macronutrientes secundários e micronutrientes no
composto de lodo da ETE do CAvEx
Os macronutrientes secundários e micronutrientes: ferro, enxofre e cálcio ficaram acima dos limites mínimos, o zinco ficou bem próximo do limite mínimo, já o magnésio, boro, cobre, manganês e níquel ficaram abaixo dos limites mínimos estabelecidos na IN. Isto significa que apesar do fertilizante composto apresentar certas quantidades destes macronutrientes secundários e micronutrientes estes, a exceção do ferro, enxofre, cálcio e até mesmo o zinco, não podem ser oferecidos como garantias do produto. Caso seja interesse do registrante oferecer estes compostos como garantidos no produto a IN ainda permite que seja feita uma adequação química do composto.
É importante salientar que, em se tratando de um fertilizante oriundo de uma estação de tratamento de esgotos sanitários, o produto exige que sejam tomados alguns cuidados durante a sua utilização. A IN 25/2009 do MAPA em seu anexo IV estabelece que o produto só pode ser aplicado de forma mecanizada e proíbe o uso em pastagens e cultivo de olerícolas, tubérculos e raízes, e culturas inundadas, bem como as demais culturas cuja parte comestível entre em contato com o solo. A IN também estabelece que estas informações devam estar destacadas no rótulo do produto.
5 CONCLUSÕES
Conclui-se que o aproveitamento do lodo produzido em estações de tratamento de esgotos é um importante aspecto a ser estudado e viabilizado, garantindo assim o total alinhamento das estações aos princípios da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) de 2010, que institui a reutilização e a reciclagem, como premissa, que antecede a decisão de disposição final em aterros sanitários.
O ensaio experimental de compostagem realizado ocorreu de forma satisfatória considerando os dados de acompanhamento dos parâmetros operacionais, bem como os dados da caracterização do produto final. O monitoramento dos parâmetros operacionais (temperatura, pH e umidade) durante o processo de compostagem, se mostrou como uma importante ferramenta para avaliação do processo.
A caracterização do produto final demonstrou que o composto obtido atende tanto os critérios da Resolução CONAMA 375/2006 quanto às instruções normativas do MAPA, podendo ser definido para utilização agrícola e sendo enquadrado como um fertilizante orgânico classe D.
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