IMPORTÂNCIA DA UMIDADE NA COMPOSTAGEM: UMA
CONTRIBUIÇÃO AO ESTADO DA ARTE
João Tinôco Pereira Neto(1)
Engo Civil pela UFMA. M.Sc. em Eng. Sanitária pela UFPB. Ph.D. em Eng Sanitária e Ambiental (1987) pela Universidade de Leeds. Professor Titular da Universidade Federal de Viçosa (UFV). Consultor em Resíduos Sólidos de vários Órgãos Nacionais e Internacionais. Profissional Agraciado com a Comenda do Meio Ambiente pela OAB.
Marcelo de Paula Neves Lelis
Engenheiro Civil pela (UFV). M.Sc. em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (1998) pela (UFMG). Assessor na área de Saneamento do Centro Mineiro para Conservação da Natureza
(CMCN). Coordenador Técnico do Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental (LESA) da Universidade Federal de Viçosa.
Endereço(1): Parque do Ipê, casa 30 Silvestre Viçosa MG CEP: 36570000 Brasil
-e-mail: lesa@mail.ufv.br
RESUMO
A compostagem, processo biológico, aeróbio e controlado de transformação da matéria orgânica em húmus, apresenta excelente aplicabilidade em nosso país, por se tratar de um processo simples, eficiente e de baixo custo para tratamento de resíduos orgânicos. As características sócioeconômicas da maioria dos municípios brasileiros, aliadas ao elevado percentual de resíduos orgânicos presentes no lixo, reforçam a adoção deste processo como forma de tratamento, minimizando assim as conseqüências da disposição inadequada. Entretanto, o descaso com o controle operacional durante o processo tem sido o principal fator responsável pelo mau funcionamento de diversos sistemas de compostagem implantados no país, gerando descrédito com relação a essa forma de tratamento de resíduos orgânicos. A esse respeito, o teor de umidade na massa de compostagem é o item de maior importância quando relacionado ao controle operacional, pois, se negligenciado, pode ser responsável por diversos impactos que poderão ocorrer durante o processo, tais como emissão de odores, geração de chorume etc.
No presente trabalho, os autores procuraram realizar uma extensa revisão bibliográfica sobre o teor de umidade no processo de compostagem, buscando trazer uma contribuição para estudos e pesquisas práticas na área, visto que apresenta resultados de vários trabalhos teóricos e práticos.
As principais conclusões obtidas neste estudo indicam que, de fato, a umidade constitui-se no parâmetro mais importante do controle operacional do processo de compostagem.
INTRODUÇÃO
As características sócioeconômicas existentes na maioria dos municípios brasileiros, a vocação agrícola do país, o alto percentual de resíduos orgânicos do lixo, a grande quantidade de lixões e a necessidade da adoção de processos de tratamento de lixo que sejam simples, eficientes e de baixo custo, fazem da compostagem um processo de alta viabilidade de uso no país.
Entretanto, apesar de tão nobre processo, a compostagem é vista, no país, com bastante descrédito. Este fato é resultado de experiências fracassadas, devido, principalmente, aos seguintes motivos:
1) uso de projetos com tecnologias importadas, não compatíveis à nossa realidade sócioeconômica e às características do lixo brasileiro;
2) projetos nacionais mal concebidos tecnicamente;
3) uso de equipamentos de baixa qualidade e fora das especificações técnicas exigidas pelos projetos; e
4) falta de capacitação técnica sobre compostagem para o efetivo controle operacional do processo.
Com relação ao último item, invariavelmente, o teor de umidade da massa de compostagem tem sido o principal causador desses problemas. A falta de um criterioso controle da umidade poderá ocasionar: geração de chorume; emanação de odores fétidos; atração de vetores (moscas, mosquitos, baratas, ratos etc.); o desenvolvimento de reações anaeróbias, podendo levar inclusive à paralisação metabólica do processo e, conseqüentemente, à produção de composto orgânico de péssima qualidade.
É raro encontrar uma Unidade de Reciclagem e Compostagem (“Usina de Lixo”) no país que não apresente odor fétido, em um raio de quilômetros da Unidade e pátio de compostagem permanentemente lamacento de chorume (ou leiras totalmente ressecadas). Tudo por falta de conhecimento sobre o efetivo controle da Umidade.
Dado a grande importância do controle da umidade nos processos de compostagem e, principalmente, por tratar-se de um país com regiões sujeitas à intensos períodos de precipitações pluviométricas, considerando que medidas operacionais simples podem resolver o problema, os autores intensionam neste artigo reportar o “Estado da Arte” e descrever as principais medidas de controle operacional da umidade nos processos de compostagem simplificados e de “baixo custo”. Entendendo-se como processos de baixo custo os sistemas com leiras sob aeração por reviramento da massa de compostagem e por aeração forçada.
É por demais importante ressaltar que a compostagem citada neste artigo refere-se à fração orgânica do lixo urbano e, é entendida como um processo biológico, aeróbico e controlado, desenvolvida por uma população diversificada de microrganismos em duas fases distintas, a primeira de degradação ativa (necessariamente termofílica; 40 a 65° C) e a segunda, fase de maturação (ou cura), onde ocorrem as reações bioquímicas de humificação da matéria orgânica previamente estabilizada.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O ASSUNTO
A decomposição biológica da matéria orgânica é totalmente dependente da presença de umidade em quantidade que permita uma atividade microbiológica satisfatória (1, 2, 3, 4). A umidade constitui-se no único meio de transporte usado tanto para solubilizar o substrato, quanto para eliminar o material residual digerido. Portanto, todo nutriente precisará ser primeiramente dissolvido em água, antes de ser assimilado pelos microrganismos (5, 6). A própria constituição celular dos microrganismos contem cerca de 90% de água (6, 7). Este fato por si, mostra a importância da umidade nos processos biológicos, cuja eficiência depende da reprodução celular e, esta, da água e nutrientes contidos na massa de resíduos orgânicos a ser degradada (5, 6). Sendo um processo biológico, a compostagem é totalmente dependente do teor de umidade contido na massa de compostagem, a qual é variável ao longo do processo em função de vários parâmetros, a exemplo de: tipo de matéria orgânica, tamanho das partículas, configuração geométrica da leira de compostagem, peso específico da massa de compostagem, sistema e forma de aeração, etc. (8, 9).
Do ponto de vista teórico, o teor ótimo de umidade na compostagem é 100% (2, 10). Entretanto, algumas considerações de ordem prática, além de certos procedimentos operacionais, reduz este valor para limites máximos e mínimos (2, 11).
Elevados teores de umidade, na massa de compostagem, promovem a aglutinação de partículas, o que baixa a resistência estrutural da leira, restringindo sobremaneira a difusão de oxigênio (12, 13). Este fato reduz a temperatura média da leira (para faixa mesofílica de 20 a 40°C) e a concentração de oxigênio para valores menores que 5% (11, 12, 13, 14). Ocorrendo esses problemas, a velocidade de degradação da matéria orgânica diminuirá, e condições anaeróbicas se instalarão na massa de compostagem acarretando todas suas conseqüências indesejáveis: odores, atração de vetores, chorume, etc. (8, 9, 12, 13).
Baixos teores de umidade cessam a atividade microbiológica. Este fato geralmente leva a um produto final fisicamente estável , mas biologicamente instável (9, 15). Uma das grandes discussões científicas na compostagem, tem ocorrido em relação aos valores mínimos que realmente cessam a atividade biológica de degradação do processo. Alguns pesquisadores (2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, etc) postulam que 40% seria o teor mínimo possível de garantir uma razoável atividade de degradação na massa de compostagem. Outros pesquisadores (11, 16), consideram que este valor pode ser menor e indicam que o teor mínimo seria de 30%.
Na tentativa de obter os parâmetros máximos e mínimos para o Brasil (e países de clima tropical), LELIS e PEREIRA NETO (17, 18) desenvolveram um exaustivo estudo de pesquisa criteriosamente monitorado (contendo repetições de cada experimentos avaliado), usando pilhas de lixo orgânico (1 a 1,5 toneladas) com reviramento periódico da massa de compostagem. Os resultados obtidos foram de grande importância, dado a obtenção de algumas conclusões científicas inéditas. A exemplo, os autores citam que nos experimentos em que não foram corrigidos os teores de umidade durante o processo de compostagem, as pilhas registraram valores da ordem de 5% (nunca registrado antes na Bibliografia Especializada) e nenhuma atividade de degradação foi detectada, permanecendo o material 35 dias nestas condições. O
fato importante é que, após esse longo período de ressecamento, quando foi feita a correção da umidade (para 55-60%) a atividade microbiológica de degradação, até então cessada, se restabeleceu em um período médio de 28 horas registrando temperaturas termofílicas (40 – 65ºC). Esta informação se constitui em um fato novo para o estudo da umidade.
Os autores concluíram que, para teores tão baixos quanto 10% registraram-se (ainda que de uma forma mais lenta) atividades de biodegradação da massa de compostagem (avaliada pela redução de sólidos voláteis). Este fato contraria as conclusões anteriormente citadas por BIDDLESTONE e HUGHES (11, 16).
Por tratar-se de um estudo recente, (maio de 1977) será descrito, a seguir, um resumo dos estudos desenvolvidos por LELIS e PEREIRA NETO, bem como os principais resultados encontrados.
O estudo fundamentou-se na avaliação e comparação do grau de estabilização da matéria orgânica proveniente de resíduos sólidos (lixo urbano), submetida à compostagem sob diferentes teores de umidade controlados. Buscou-se determinar os teores de umidade máximos e mínimos considerados limitantes ao processo, em função da velocidade de degradação e do controle dos impactos ambientais (produção de odor e chorume).
Foram montados e monitorados cinco experimentos, na forma de pilhas de compostagem, cada qual mantido sob diferente faixa de umidade (20 a 30%, 30 a 40%, 40 a 50%, 50 a 60% e acima de 60%), sendo utilizado o processo LESA de compostagem (9). Os experimentos foram montados com repetições, contando ainda com um experimento adicional, de controle, na qual não se procedeu à correção da umidade, totalizando onze experimentos monitorados.
Esta pesquisa foi conduzida no Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental (LESA) do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, durante os meses de janeiro a agosto de 1997, sendo realizado, nesse período, uma repetição parcial dos experimentos visando a comprovação dos resultados.
Durante o período de compostagem avaliado (90) dias, foi realizado um criterioso monitoramento, sendo determinados vários parâmetros físicos, químicos, físico-químicos e bacteriológicos, além de observações gerais no material. Este procedimento permitiu que se avaliasse o real grau de estabilização da matéria orgânica em compostagem, submetida a diferentes teores de umidade durante o processo.
Verificou-se que a maior velocidade de degradação ocorre quando a matéria orgânica é compostada com teores de umidade situados entre 40 e 60%, onde a redução do teor de sólidos voláteis foi consideravelmente maior. O material submetido a teores entre 30 e 40% apresentou resultados satisfatórios, entretanto demandou um maior período de compostagem. As pilhas mantidas sob umidade da ordem de 20 a 30%, além de apresentarem uma velocidade de degradação mais lenta, apresentaram o inconveniente de desprender uma grande quantidade de material particulado quando do seu reviramento. Quanto ao experimento no qual o teor de umidade controlado foi superior a 60%, a compostagem se processou, a maior parte do tempo, sob condições anaeróbias, gerando lixiviados (chorume) e odor. O teor de umidade elevado, além de tornar a operação de reviramento mais difícil e praticamente sem utilidade, fez com que o material apresentasse temperaturas termófilas por um reduzido período de tempo, tendo
sido registrada uma elevada contagem de indicadores de patógenos durante todo o período monitorado (17, 18).
A massa de compostagem, pode ter sua umidade aumentada pela adição de água ou por meio de qualquer outro resíduo orgânico (lodos de esgotos, vinhoto, etc.) (8). Nesses casos devem ser observados o manejo operacional em cada caso, de forma a obter uma mistura homogênea e um balanço final da umidade em torno de 55%, como recomendado pela maioria dos pesquisadores.(2, 3, 4, 5, 6, etc.). Alguns autores mencionam ser importante ressaltar que após o 10o dia do processo a massa de compostagem tenha sua umidade corrigida somente com água, evitando-se o uso de resíduos líquidos e a conseqüente ré-contaminação do material. (19, 20).
CONTROLE OPERACIONAL
Um fato é ter o conhecimento do teor de umidade ótimo para a compostagem de um determinado material, o outro, é saber como manter essa umidade, ótima, durante o processo.
Esse controle, é mais difícil nos sistemas de compostagem conduzidos em pátios (sistemas abertos) onde além da interferência do período chuvoso (condições climáticas) existe, de um modo geral, a influência da própria matéria prima (constituição, peso específico, tamanho da partícula etc), do sistema de compostagem utilizado e do modo de aeração.
A fração orgânica do lixo urbano, por exemplo, quando em compostagem, necessita freqüentemente de correção da umidade e, não suporta limites superiores a 60% senão lixiviará o excesso de água na forma de chorume.
Já os materiais celulolíticos (palhas, capins, bagaço de cana etc.) suportam umidade inicial muito mais elevada (70 a 85%), sem que isto afete o processo e necessite de correção durante a compostagem (19, 20).
O regime de aeração interfere severamente na umidade sendo que os sistemas de aeração por reviramento (Windrow versão LESA/UFV) causam menores interferências. Já nos sistemas por aeração forçada o controle requer maior conhecimento e experiência, caso contrário haverá grande ressecamento da massa de compostagem.
Vários trabalhos e pesquisas foram desenvolvidos pelo Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambienta – LESA da UFV sobre o sistema e taxa de aeração e sua influência no processo da compostagem. Essas pesquisas envolveram aeração forçada positiva (injeção de ar), negativa (sucção de ar) e um sistema híbrido. Os resultados obtidos, publicados em mais de (10) dez artigos indicaram que se a taxa de aeração não for intermitente, em função da DBO e adequada às características da massa de compostagem, levará ao ressecamento e à baixa eficiência do processo. Em muitos casos, a queda do teor de umidade (que leva a uma queda de temperatura) é interpretada, erroneamente, como fim do processo de compostagem. Este fato tem levado à produção de composto orgânico mal estabilizado que pode trazer diversos prejuízos quando utilizado na agricultura.
CONTROLE DA UMIDADE NO PÁTIO
Como citado anteriormente, o controle da umidade constitui-se em um dos fatores de importância que afeta desde a eficiência do processo, até os aspectos estéticos/higiênicos da Unidade de Tratamento.
Do ponto de vista operacional, a preocupação básica consiste em corrigir os teores limites (máximos e mínimos), ou seja, manter a umidade na faixa ideal de controle de forma a não sacrificar a velocidade de degradação e a qualidade do produto final.
A correção da umidade deverá ser, preferencialmente, feita com água (no caso de baixa umidade) ou, com a adição de composto maturado (para os casos de umidade elevada). A escolha de um outro material seco (higroscópico) para corrigir o excesso de umidade deve ser criteriosa, evitando-se o uso de materiais que interfiram na microbiologia do processo e/ou qualidade do produto final. Como exemplo cita-se o uso, generalizado, de serragem de madeira para absorver o excesso de umidade. Esta prática eleva a relação carbono/nitrogênio (C/N) e, conseqüentemente, aumenta o período de compostagem, com a possibilidade do produto final causar redução bioquímica do nitrogênio do solo, quando utilizado.
A correção do excesso de umidade com o composto maturado seco é feito com a simples mistura do composto seco (na quantidade que for suficiente) com a massa de compostagem até a obtenção do balanço ótimo (50 – 60%) de umidade.
A reposição da umidade perdida ao longo da compostagem deve ser feita em pequenas quantidades, onde a água é lentamente aspergida durante o reviramento, para que seja obtida uma distribuição uniforme em todo o material. Visualmente, o teor ótimo de umidade é aquele em que o material parece estar úmido, porém não se apresenta aglutinado, guardando a porosidade necessária à aeração (apresentando-se solto durante o reviramento).
No período chuvoso a maior preocupação se concentra nas leiras novas (recém montadas). Até o décimo dia do processo a chuva poderá causar grande interferência no teor de umidade da leira. Após este período, quando a pilha já apresenta considerável estágio de degradação e estabilização da atividade de termofílica (40 a 65o C), a chuva não mais afetará a umidade da leira. Dentre os artifícios que tem sido sugeridos pelo LESA/UFV (9) para evitar o excesso da umidade durante o período chuvoso, tem-se : manter nesse período, a leira com umidade na faixa de 40%; cobrir a leira com composto maturado; usar sempre leiras com seção reta triangular e/ou usar um “chapéu chinês” para cobrir as leiras novas, somente durante as chuvas. O “chapéu chinês” (idéia da equipe do LESA/UFV), constitui-se de um cone feito de lona plástica usado para cobrir apenas a meia seção superior da pilha (ou leira) de compostagem.
Quando a compostagem é desenvolvida sob um efetivo controle operacional, não haverá ocorrência de chorume (água lixiviada). O chorume é conseqüência do excesso de umidade na massa de compostagem. Este fato acarretará problemas indesejáveis ao processo como: anaerobiose, emissão de odores, atração de vetores, queda de temperatura etc. A ação imediata a ser tomada nesses casos consiste em proceder o revolvimento da massa de compostagem, incorporando composto maturado seco e montando a leira sob uma camada média de 150mm de composto maturado.
CONCLUSÃO
A umidade constitui-se em um fator que afeta sobremaneira o processo de compostagem. Baixos teores (menor que 30%) diminuem consideravelmente a atividade microbiológica aumentando o período da compostagem e, valores elevados (maiores que 60%) bloqueiam a porosidade da leira causando anaerobiose e todas as suas conseqüências, levam à produção de chorume, e atração de vetores. Em ambos os casos o produto final será de baixa qualidade.
Trabalhos recentes, de pesquisa, demonstram que a umidade ideal para a compostagem deva situar-se em torno de 55%. Valores abaixo de 40% mantém menor atividade microbiológica e conseqüentemente aumentam o período de compostagem. Uma conclusão, de grande importância científica, relaciona-se à retomada das atividades de degradação, com registro de temperaturas termofílicas, quando da correção da umidade, da massa de compostagem submetida ao completo ressecamento do teor de umidade inferior a 5%.
Com relação ao controle operacional do processo, sugere-se o uso do composto maturado seco. Este material é indispensável para corrigir a umidade excessiva da matéria prima das leiras de compostagem, atuar como camada de cobertura no período chuvoso, além de servir de camada filtrante (contra possível emissão de gases) e prevenir contra atração de vetores.
Para adicionar umidade na matéria prima a ser compostada poderão ser utilizados materiais como lodo de esgoto, vinhoto ou outros resíduos líquidos orgânicos (que não afetem o processo). Porém, a partir do décimo dia do período de compostagem, é aconselhável utilizar apenas água quando for necessário elevar o teor de umidade para o valor do projeto.
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