CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
Isabela Tsutiya Andrade
Tratamento de Excretas Humanas e Resíduos Sólidos Orgânicos em Leiras de Compostagem Estáticas, Termofílicas e de Aeração Passiva
Florianópolis, 2020. 2020
Isabela Tsutiya Andrade
Tratamento de Excretas Humanas e Resíduos Sólidos Orgânicos em Leiras de Compostagem Estáticas, Termofílicas e de Aeração Passiva
Trabalho Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Sanitária e Ambiental.
Orientador: Prof. Maria Elisa Magri, Dra.
Coorientador: Priscila Carlon, Eng. Sanitarista e Ambiental.
Florianópolis 2020
Andrade, Isabela
Tratamento de Excretas Humanas e Resíduos Sólidos Orgânicos em Leiras de Compostagem Estáticas,
Termofílicas e de Aeração Passiva / Isabela Andrade ; orientadora, Maria Elisa Magri, coorientadora, Priscila Carlon, 2020.
98 p.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental, Florianópolis, 2020.
Inclui referências.
1. Engenharia Sanitária e Ambiental. 2. Co-compostagem. 3. Banheiro Seco. 4. Tratamento de excretas humanas. 5. Saneamento ecológico. I. Magri, Maria Elisa. II.
Carlon, Priscila. III. Universidade Federal de Santa Catarina. Graduação em Engenharia Sanitária e
Ambiental. IV. Título.
Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor, através do Programa de Geração Automática da Biblioteca Universitária da UFSC.
Isabela Tsutiya Andrade
Tratamento de Excretas Humanas e Resíduos Sólidos Orgânicos em Leiras de Compostagem Estáticas, Termofílicas e de Aeração Passiva
Este Trabalho Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do Título de “Engenheira Sanitarista e Ambiental” e aprovado em sua forma final pelo Curso Engenharia
Sanitária e Ambiental
Florianópolis, 14 de agosto de 2020.
________________________ Profa. Maria Elisa Magri, Dra.
Coordenadora do Curso
Banca Examinadora:
________________________ Profa. Maria Elisa Magri, Dra.
Orientadora
Universidade Federal de Santa Catarina
________________________ Marcos José de Abreu, MSc.
Avaliador
________________________ Prof. Paul Richard Momsen Miller Dr.
Avaliador
Dedico este trabalho aos meus pais, Olga e Sergio, e à luta pelo bem querer e bem comum!
AGRADECIMENTOS
Agradeço imensamente ao Universo pela oportunidade do viver, pela oportunidade de amar e ser amada, de seguir aprendendo e, ao mesmo tempo, ensinando. Pelas trocas de saberes e de olhares que a cada dia me instigam a mudança e a vontade do bem querer.
Sou eternamente grata a todos os membros que foram, são e serão do Núcleo de Educação Ambiental da UFSC (NEAmb) por abraçarem causas tão lindas e fortes e por me abraçarem também. Agradeço a toda família Çarakura por ter me apresentado o universo da Permacultura e me inspirado a seguir trilhando os caminhos da profissão.
Agradeço à professora Maria Elisa Magri pela orientação, carinho e apoio. Aos membros da banca, professor Rick e Marquito por serem tamanha inspiração de vida e por seguirem demonstrando o amor em tudo o que fazem.
Agradeço ao Renato Trivella por acreditar e incentivar a pesquisa, pelos ensinamentos e, principalmente, pela parceria. Sou grata pela equipe de composteiros do Hotel Sesc Cacupé, Daiane, Rodrigo, Josi, Eri, Thiago, Armindo e Luiz Otávio, por toda potência que são e companheirismo nos dias de trabalho. Agradeço também à Cláudia e Diego, do Hotel Sesc Cacupé, por aceitarem e permitirem a realização da pesquisa.
Um agradecimento especial à minha coorientadora, Priscila Carlon por todo o amor que emana em cada conselho, ajuda e palavra. Agradeço também às mulheres pesquisadoras e incríveis do Grupo ReSSa, Luiza e Dai por toda a paciência, companheirismo, ensinamentos e trocas.
Agradeço aos meus pais, Olga e Sergio, por serem base para a vida, porto seguro para o coração e chão para realização de todos os meus sonhos. Gratidão aos meus irmãos, Rodrigo e Renato, e à minha avó, Roqueline, por todo incentivo e amor incondicional.
À todas as minhas famílias, construídas ao longo da vida, em Florianópolis, em São Paulo, na Colômbia, na Austrália e pelo mundão afora, grata por cada encontro, por cada gole de vida. Agradeço de coração a todos os colegas, amigos e irmãos que por mim já cruzaram!
Por fim, agradeço pela oportunidade de estudar em uma universidade PÚBLICA, GRATUITA e de QUALIDADE.
“Se, ainda recentemente, a palavra merda era substituída nos livros por reticências, isso não se devia a razões morais. Afinal de contas, não se pode considerar que a merda seja imoral! A objeção à merda é de ordem metafísica. Defecar é dar uma prova cotidiana do caráter inaceitável da Criação. Das duas uma: ou a merda é aceitável (e, nesse caso, não precisamos nos trancar no banheiro), ou Deus nos criou de maneira inadmissível.” (KUNDERA, 1983)
RESUMO
O presente estudo avaliou a co-compostagem como método de ciclagem de nutrientes e tratamento de excretas humanas provindas de banheiro seco e resíduos sólidos orgânicos do Hotel Sesc Cacupé, em Florianópolis. O sistema utilizado foi o Método UFSC de compostagem, com leiras estáticas e de aeração passiva, e foi escolhido devido à sua atividade em temperaturas termofílicas durar por longos períodos de tempo. Este comportamento é resultante da degradação da matéria orgânica e é reconhecido por ser efetivo na inativação de microrganismos patogênicos. Durante a pesquisa, foi avaliada a concentração inicial de bactérias E. coli, Enterococcus, Salmonella e dos modelos virais bacteriófagos F-RNA e Colifago Somático nas excretas a serem tratadas e, ao longo do tempo, foram realizadas outras análises possibilitando acompanhar o comportamento desses microrganismos no sistema de co-compostagem. Ao longo do processo, também avaliou-se as temperaturas das leiras e os sólidos totais. O produto final obtido foi analisado nos seguintes parâmetros: pH, sólidos totais e umidade, com o intuito de caracterizar o composto para possível uso posterior na agricultura. O método de co-compostagem se mostrou eficiente em alcançar as temperaturas termofílicas em poucos dias e mantê-las por longos períodos de tempo. O sistema também apresentou resultados satisfatórios na redução da concentração dos microrganismos avaliados durante a fase ativa de decomposição. Entretanto, no período de estabilização do composto houve recrescimento de alguns microrganismos. O composto final obtido também apresentou características físico-químicas satisfatórias.
Palavras-chave: Co-compostagem, Saneamento Ecológico, Banheiro Seco, Tratamento de
ABSTRACT
The present study evaluated co-composting as a method of nutrient cycling and treatment of human excreta from the dry toilet and organic solid waste of the Hotel Sesc Cacupé, in Florianópolis. The system used was the UFSC Method of composting, with static windmills and passive aeration, and was chosen due to its activity in thermophilic temperatures to last for long periods of time. This behavior results from the degradation of organic matter and is recognized for being effective in inactivating pathogenic microorganisms. During the research, the initial concentration of E. coli, Enterococcus, Salmonella and the bacteriophage viral models F-RNA and Somatic Colifago in the excreta to be treated was evaluated and, over time, other analyzes were carried out to monitor their behavior in the co-composting system. Throughout the process, windrow temperatures and total solids were also evaluated. The final product obtained was analyzed in the following parameters: pH, moisture and total solids, in order to characterize the compost for possible later use in agriculture. The co-composting method proved to be efficient in reaching thermophilic temperatures in a few days and maintaining them for long periods of time. The system also showed satisfactory results in reducing the concentration of the microorganisms evaluated during the active phase of decomposition. However, in the period of stabilization of the compost there was a regrowth of some microorganisms. The final compost obtained also showed satisfactory physicochemical characteristics.
Keywords: Co-composting. Ecological Sanitation. Dry Toilet. Human Excreta Treatment.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Esquema de ciclagem de nutrientes ... 19
Figura 2: Banheiro Seco do Instituto Biorregional do Cerrado (IBC), Alto Paraíso de Goiás ... 23
Figura 3: Banheiro Seco do Instituto Biorregional do Cerrado (IBC), Alto Paraíso de Goiás ... 23
Figura 4: Banheiro Seco do Sítio Instituto Çarakura, Florianópolis ... 23
Figura 5: Banheiro Seco do Centro de Treinamento da Epagri (CETRE), Florianópolis ... 23
Figura 6: Esquema de banheiro seco ... 24
Figura 7: Esquema de banheiro seco com separação da coleta das excretas ... 25
Figura 8: Parte interna do vaso separador ... 26
Figura 9: Desenho representativo da sepearação de excretas. ... 26
Figura 10: Ilustração de um BS simples ... 28
Figura 11: Ilustração do contentor em um BS ... 28
Figura 12: Ilustração de como dispor o aditivo ... 28
Figura 13: Diagrama simplificado do processo de compostagem ... 33
Figura 14: Variação da temperatura na leira e as respectivas fases. ... 35
Figura 15: Sequência de montagem de uma leira estática com aeração passiva ... 39
Figura 16: Esquema de fluxo interno de ar e vapor em uma leira de compostagem com aeração passiva ... 41
Figura 17: Pátio de Compostagem Hotel Sesc Cacupé ... 45
Figura 18: Pátio de Compostagem Hotel Sesc Cacupé ... 45
Figura 19: Banheiro Seco do Hotel Sesc Cacupé ... 46
Figura 20: Contetores de excretas do banheiro seco ... 46
Figura 21: Bombonas de excretas humanas coletadas no BS, armazenadas em local sombreado. ... 46
Figura 22: Impermeabilização da área com banners reutilizados e bombona para coleta de lixiviado ... 49
Figura 23: Leiras 1 e 2 – camada de galhos para aeração ... 50
Figura 25: Camada de palha na base e paredes e camada de maravalha ... 50
Figura 26: Primeira camada de resíduos orgânicos ... 50
Figura 27: Camada de inoculante ... 50
Figura 28: Camada de maravalha para cobrir os resíduos ... 50
Figura 29: Cobertura da leira com palha e cobertura da área de compostagem com lona ... 51
Figura 30: Leiras cobertas com sombrite ... 51
Figura 31: Pontos de medição de temperatura e coleta das amostras ... 52
Figura 32: Temperaturas T1, T2 e T3 da Leira 1 ao longo do tempo de co-compostagem ... 60
Figura 33: Temperaturas T1, T2, T3 da Leira 2 ao longo do tempo de co-compostagem ... 60
Figura 34: Temperaturas T1, T2, T3 da Leira 3 ao longo do tempo de co-compostagem ... 61
Figura 35: Temperaturas médias e Temperatura ambiente ao longo do tempo de co-compostagem ... 61
Figura 36: Quantidade de umidade ao longo do tempo ... 64
Figura 37: Concentração média de Escherichia coli ao longo dos primeiros 33 dias 67 Figura 38: Concentração média de Escherichia coli do dia 33 ao dia 187 ... 67
Figura 39: Concentrações médias de E. coli e média das temperaturas ao longo do tempo de co-compostagem ... 68
Figura 40: Concentração média de Enterococcus faecalis ao longo dos primeiros 33 dias ... 71
Figura 41: Concentração média de Enterococcus faecalis do dia 32 ao dia 186 ... 72
Figura 42: Concentrações médias de Enterococcus e média das temperaturas ao longo do tempo de co-compostagem ... 73
Figura 43: Concentração média de F-RNA ao longo dos primeiros 33 dias ... 76
Figura 44: Concentração média de F-RNA do dia 33 ao dia 187 ... 77
Figura 45: Concentrações médias de F-RNA e média das temperaturas ao longo do tempo de co-compostagem ... 77
Figura 46: Concentração média de Colifago Somático ao longo dos primeiros 33 dias ... 79
Figura 48: Concentrações de Colifago Somático e média das temperaturas ao longo do tempo de co-compostagem ... 80
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Patógenos mais comuns presentes nas excretas humanas e doenças relacionadas ... 31
Quadro 2: Métodos de compostagem e suas principais características ... 38 Quadro 3: Data e descrião das coletas ... 53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Data de virada das bombonas, tipo e peso de resíduos em kg ... 52
Tabela 2: Temperaturas em graus Celsius obtidas na Leira 1 ... 58
Tabela 3: Temperaturas obtidas na Leira 2... 58
Tabela 4: Temperaturas obtidas na Leira 3... 59
Tabela 5: Temperatura ambiente ao longo dos dias ... 59
Tabela 6: Sólidos Totais e Umidade ... 63
Tabela 8: Resultados de pH do composto final das leiras 1, 2 e 3 ... 65
Tabela 9: Concentrações médias de Escherichia coli nos primeiros 33 dias ... 66
Tabela 10: Concentrações médias de Escherichia coli do dia 33 ao dia 187 ... 66
Tabela 11: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de Escherichia coli da Figura 36 ... 67
Tabela 12: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de Escherichia coli da Figura 37 ... 68
Tabela 13: Concentrações médias de Enterococcus faecalis nos primeiros 33 dias.. 70
Tabela 14: Concentrações médias de Enterococcus faecalis do dia 33 ao dia 187 ... 70
Tabela 15: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de Enterococcus faecalis para a Figura 39 ... 71
Tabela 16: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de Enterococcus faecalis para a Figura 40 ... 72
Tabela 17: Concentração inicial de Salmonella ... 74
Tabela 18: Concentrações médias de F-RNA nos primeiros 33 dias ... 75
Tabela 19: Concentrações médias de F-RNA do dia 33 ao dia 187 ... 76
Tabela 20: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de F-RNA para a Figura 42 ... 76
Tabela 21: Concentrações médias de Colifago Somático nos primeiros 33 dias ... 78
Tabela 22: Concentrações médias de Colifago Somático do dia 33 ao dia 187 ... 78
Tabela 23: Equação das retas e coeficiente de determinação (R²) de Colifago Somático da ... 79
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT BS BSVS CONAMA EPA IMA MSA MSB ONU pH SESC SNIS TYGA TYGB UFSC UNICEF WHO XLD
Associação Brasileira de Normas Técnicas Banheiro Seco
Banheiro Seco com Vaso Separador Conselho Nacional de Meio Ambiente
Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos Institudo do Meio Ambiente de Santa Catarina Modified Scholten’s Agar
Modified Scholten’s Broth Organização das Nações Unidas Potencial Hidrogeniônico Serviço Social do Comércio
Sistema Nacional Integrado de Saneamento Tryotine-Yeast extract-Glucose Agar Tryotine-Yeast extract-Glucose Broth Universidade Federal de Santa Catarina Fundo das Nações Unidas para a Infância World Health Organization
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 15 2 OBJETIVOS ... 17 2.1 Objetivo Geral ... 17 2.2 Objetivos Específicos... 17 3 Revisão Bibliográfica ... 18 3.1 Saneamento Ecológico ... 18
3.1.1 Saneamento focado em recursos... 18
3.1.2 Contexto sócio-econômico e ambiental ... 20
3.1.3 Tecnologias ... 21
3.2 Banheiro Seco ... 22
3.2.1 Banheiro Seco com Vaso Separador - BSVS ... 26
3.2.2 Banheiro Seco sem Separação de Urina - BS ... 27
3.2.3 Tratamentos ... 28 3.3 Excretas ... 29 3.3.1 Patógenos ... 30 3.3.1.1 Microrganismos Indicadores ... 32 3.3.1.1.1 Bactérias ... 32 3.3.1.1.2 Vírus ... 32 3.4 Compostagem ... 33 3.4.1 Indicadores ... 34 3.4.1.1 Temperatura ... 34 3.4.1.2 O2 ... 35 3.4.1.3 Umidade ... 36 3.4.1.4 Relação Carbono/Nitrogênio ... 36 3.4.1.5 pH ... 37
3.4.1.6 Inoculante ... 37
3.4.2 Métodos De Compostagem ... 38
3.4.3 Método UFSC... 39
3.4.3.1 Funcionamento ... 40
3.4.3.2 Resultado de composto esperado ... 41
3.4.3.3 Eficiência da compostagem termofílica na eliminação dos patógenos ... 42
3.4.4 Co-compostagem ... 43
4 METODOLOGIA ... 44
4.1 Primeira Parte ... 44
4.1.1 Local de implantação do sistema experimental ... 44
4.1.2 Caracterização do Banheiro Seco - BS ... 46
4.1.3 Sistema experimental de Co-Compostagem... 47
4.1.3.1 Preparação Da Área ... 47
4.1.3.2 Montagem das Leiras ... 47
4.1.3.3 O experimento ... 51 4.2 Segunda Parte ... 53 4.2.1 Amostragem ... 53 4.2.2 Análises microbiológicas ... 54 4.2.3 Análise Físico-química ... 55 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 57 5.1 Análises físico-químicas ... 57 5.1.1 Temperaturas ... 57 5.1.2 Sólidos Totais ... 63 5.1.3 Composto final ... 64 5.1.3.1 pH ... 64 5.2 Análises Microbiológicas ... 65 5.2.1 Bactérias ... 65 5.2.1.1 Escherichia coli ... 65
5.2.1.2 Enterococcus faecalis ... 69
5.2.1.3 Salmonella spp. ... 74
5.2.2 Vírus ... 75
5.2.2.1 Bacteriófago F-RNA ... 75
5.2.2.2 Bacteriófago Colifago Somático ... 78
6 CONCLUSÃO ... 83
7 RECOMENDAÇÕES ... 84
1 INTRODUÇÃO
A Política Nacional de Saneamento Básico, Lei nº11.445/07, estabelece diretrizes para o saneamento básico e no artigo 2º, a universalização do acesso ao saneamento básico é definida como principal fundamento (BRASIL, 2007). No entanto, a universalização do acesso ao saneamento é um desafio que perpassa as fronteiras do Brasil.
Até 2017, mais de 800 milhões de habitantes ainda não tinham acesso ao serviço básico de abastecimento de água e 673 milhões de pessoas ainda praticavam a defecação a céu aberto (WHO/UNICEF, 2019). No Brasil, de acordo com diagnóstico de 2018 do Sistema nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) 17% da população não conta com rede de abastecimento de água e 47% não é contemplado pela rede de coleta de esgoto. Vale ressaltar que a maioria da população que vive sob essas condições vive em situação de pobreza e/ou áreas rurais.
Diante desse cenário, a ONU apresentou, dentre os objetivos para o desenvolvimento sustentável da Agenda 2030, o “Objetivo 6: Assegurar a disponibilidade e gestão sustentável da água e saneamento para todas e todos” (ONU, 2015). Entretanto, com a complexidade da universalização do acesso, é inviável pensar em apenas uma solução universal (AUSTIN, 2007), mas sim em diversas maneiras de se ampliar o serviços.
O saneamento descentralizado vem como alternativa e complemento ao saneamento convencional centralizado, com tecnologias que objetivam tratar o efluente próximo ao local de geração. Tais tecnologias, muitas vezes, têm um custo de implantação e manutenção mais baixo, o que viabiliza que populações em áreas de difícil acesso ou de regiões com baixa densidade populacional tenham acesso a sistemas de saneamento (SMITH, 2015).
Além da abordagem de descentralização do saneamento, existe o saneamento ecológico, que traz uma abordagem sistêmica, mas também uma abordagem holística, incluindo temas como conservação de recursos e proteção ambiental, agricultura, planejamento urbano e segurança alimentar (LANGERGRABER; MUELLEGGER, 2005; WERNER, 2004). Tem como princípio a conexão do saneamento à agricultura, a partir da reciclagem de nutrientes, redução do consumo de água e substituição de fertilizantes químicos, (HAQ; CAMBRIDGE, 2012).
O saneamento ecológico ressignifica os subprodutos do saneamento, que passam a ser vistos como recurso, como fonte de nutrientes, água e energia. Werner et al (2009) alerta que um passo essencial na ciclagem dos nutrientes é a realização correta do tratamento e manejo
dos materiais durante todo o processo, desde a coleta até o reuso, garantindo uma série de barreiras para reduzir o risco de transmissão de doenças.
Dentre as tecnologias que fazem parte do saneamento ecológico, uma das opções que permite o manejo das excretas humanas é a separação das fezes e da urina na origem (SMITH, 2015). Essa separação permite a aplicação de tratamentos distintos e otimiza os processos de reuso, além de evitar a diluição desnecessária em água, utilizando, por exemplo, sistemas secos ou com pouca utilização de água (WERNER et al., 2009). Uma alternativa que dispensa o uso de água e permite a separação, por exemplo, é o banheiro seco (ANAND; APUL, 2014). O banheiro seco é reconhecido pela ONU como uma das cinco tecnologias de saneamento melhorado (WHO; UNICEF, 2020) e sua concepção necessita poucos componentes como um ou dois contentores para as excretas, dependendo se são coletadas separadamente ou não, algum material aditivo para recobrimento das excretas e ventilação para evitar odores desagradáveis (ANAND; APUL, 2014).
Existem alguns tipos de banheiro seco, sendo os mais difundidos o banheiro seco com vaso separador, em que é realizada a separação das fezes e da urina, e o banheiro seco sem separação, em que as excretas são coletadas em apenas um contentor.
Para promover a ciclagem de nutrientes e garantir a efetividade dessa tecnologia é preciso que as excretas passem por um tratamento adequado, eficiente na redução da concentração de patógenos e que tenha um material estável como produto final (MAGRI, 2013; SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004). Inclusive, a falta de conhecimento e estudos sobre a eficiência dos banheiros secos e seus tratamentos é ainda uma barreira para a aceitação e implementação dessa tecnologia (ANAND; APUL, 2014). Alguns dos tratamentos estudados atualmente são a co-compostagem com resíduos orgânicos, a incineração, a secagem ou desidratação e o tratamento químico (NIWAGABA, 2009).
Diante deste cenário, este estudo buscou avaliar a eficiência do tratamento de co-compostagem de excretas humanas do banheiro seco implementado em situação real no Hotel Sesc Cacupé, em Florianópolis, e resíduos orgânicos também provenientes do hotel. A co-compostagem foi realizada de acordo com o método UFSC de co-compostagem, que utiliza leiras estáticas e de aeração passiva, e os parâmetros de avaliação da eficiência do tratamento foram as análises microbiológicas de microrganismos patogênicos, e indicadores durante a compostagem, bem como a análise físico-química do produto final.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência de remoção de patógenos no tratamento de excretas humanas provindas de banheiro seco e resíduos sólidos orgânicos através do método de co-compostagem, com leiras estáticas e de aeração passiva.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
i Avaliar a eficiência de redução e/ou inativação das bactérias Escherichia Coli, Enterococcus faecalis, Salmonella spp;
ii Avaliar a eficiência de redução e/ou inativação dos bacteriófagos F-RNA e Colifago Somático, testados como modelos virais no processo de co-compostagem;
iii Acompanhar as variações de temperaturas das leiras durante o processo de co-compostagem, como parâmetro indicador da eficiência do processo;
iv Caracterizar o produto final em termos de parâmetros físicos e químicos.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 SANEAMENTO ECOLÓGICO
O saneamento ecológico, ou ecological sanitation (EcoSan), é uma alternativa ao modelo de saneamento predominante, e apresenta uma visão mais ecológica e econômica acerca da gestão da água e dos fluxos de matéria (SMITH, 2015). Essa abordagem do saneamento não considera apenas uma tecnologia ou outra, mas engloba uma nova filosofia que ressignifica as águas residuárias, antes classificadas como rejeitos (WERNER, 2003).
Diferente do saneamento convencional, linear, centralizado e de fim de tubo(HANNAN; ANDERSSON, 2002; MAGRI, 2013), o EcoSan trabalha um novo conceito de saneamento (HU et al., 2016), em que a população toma consciência da importância das excretas, fezes e urina, e dos respectivos ciclos de tratamentos, desde a coleta até a etapa final.
3.1.1 Saneamento focado em recursos
O princípio básico do saneamento ecológico, também conhecido como saneamento focado em recursos, é a ciclagem de nutrientes. Isto é, os nutrientes contidos nas fezes e urina, após devido tratamento, são essenciais e necessários para fertilização da agricultura e recuperação de solos (MAGRI, 2013).
Essa ciclagem, representada na Figura 1, possibilita a recuperação dos nutrientes e reduz o uso de água e de energia que, atualmente, são recursos despendidos no tratamento de esgoto (WERNER et al., 2009). Além disso, a recuperação de solos influencia em uma maior segurança alimentar e hídrica, e, portanto, contribui para a manutenção da saúde humana e ambiental (MAGRI, 2013).
A ciclagem de nutrientes se alinha a outros princípios do EcoSan que são a eficiência energética (WERNER et al., 2009) e a prevenção da transmissão de doenças infecciosas. Somado a isso, o saneamento ecológico deve buscar o mesmo nível de conforto e manutenção que o saneamento convencional oferece (HU et al., 2016; DRANGERT, 2004 apud LANGERGRABER; MUELLEGGER, 2005).
Figura 1: Esquema de ciclagem de nutrientes
Fonte: Arquivo RReSSa.
O termo EcoSan começou a ser utilizado nos anos 90 (ESREY et al., 1998), concomitantemente às discussões mundiais acerca do tema saneamento ecológico. Na Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento ˗ Rio-92, por exemplo, foi acordado e assinado, entre os 179 países participantes, a Agenda 21. Esse documento estabelece diretrizes para a construção de sociedades sustentáveis e possui um capítulo sobre “o manejo ambientalmente saudável dos resíduos sólidos e questões relacionadas com esgotos” (BRASIL, 1991)
No ano 2000, na cidade de Bellagio, Itália, o tema também foi discutido pelo Grupo de Trabalho em Saneamento Ambiental do Conselho Colaborativo de Abastecimento de Água e Saneamento, com membros da Organização Mundial da Saúde e Organização das Nações Unidas, com o intuito de definir os Princípios de Bellagio. Com o intuito de pensar medidas para a universalização do acesso ao saneamento ambiental, o conselho definiu princípios que visam alterar as práticas de saneamento convencional no mundo. (MAGRI, 2013; HEEB et. al, 2007 apud SMITH, 2015).
Apesar da discussão e disseminação do EcoSan ser recente, esse sistema de saneamento, bem como a prática de reuso das excretas humanas como fertilizante existem há centenas de anos, em diferentes partes do mundo e culturas (ESREY et al., 1998; MAGRI,
2013), mas foram deixados de lado quando a conduta do “use e descarte” se tornou padrão nos países ocidentais (LANGERGRABER; MUELLEGGER, 2005).
3.1.2 Contexto sócio-econômico e ambiental
Jewwit (2011) discorre sobre o custo-benefício dessas estratégias, tanto no contexto ambiental, quanto em uma perspectiva socioeconômica, pois as tecnologias podem ser de baixo custo o que possibilita um maior acesso à população. Ainda, Esrey (2001) discute a importância do saneamento ecológico como coadjuvante na redução da pobreza e na promoção da segurança alimentar e nutricional (ESREY, 2001).
Já sob a perspectiva social, o saneamento ecológico e a relação do ser humano com as próprias excretas podem variar conforme as características culturais e geográficas de cada região (JEWITT, 2011).
O ponto de vista socioeconômico na abordagem do saneamento ecológico é apenas um dos componentes necessários na hora de sua implementação. De acordo com Esrey et. al (1998), existem quatro componentes a serem considerados. São eles: a questão socioeconômica, os elementos naturais, tais como clima, água e solo, os processos físicos, químicos e biológicos, e as tecnologias.
Por apresentar um caráter interdisciplinar, que engloba tanto as questões técnicas de manejo de resíduos sólidos e águas residuárias, quanto aspectos socioculturais (WERNER et al., 2009), é de extrema importância que os projetos de implementação englobem a participação comunitária. No momento de planejar o sistema de saneamento a ser implementado, a comunidade envolvida deve estar informada e empoderada, bem como apta a participar dos momentos de tomada de decisão (LANGERGRABER; MUELLEGGER, 2005).
De maneira geral, Werner et. al (2009) define algumas vantagens acerca do saneamento ecológico, salientando as questões técnicas, econômicas, ecológicas e sociais. São elas:
Eliminação de patógenos provenientes das excretas humanas no ciclo da água;
Conservação de recursos através da diminuição do consumo de água, substituição de fertilizantes químicos e diminuição da poluição da água;
Aumento da produção agrícola e, portanto, contribuição para a segurança alimentar e nutricional;
Promoção de uma visão holística e interdisciplinar englobando temas como higiene, fornecimento de água e saneamento, conservação de recursos, proteção ambiental, planejamento urbano, agricultura, segurança alimentar e nutricional, entre outros.
3.1.3 Tecnologias
De maneira geral, as tecnologias visam a descentralização do saneamento, isto é, a coleta, o tratamento e a disposição final acontecem próximos ao local de geração (TONETTI et al., 2018). Alguns exemplos são o tratamento das águas em bacias de evapotranspiração e/ou círculo de bananeiras, a compostagem para tratar os resíduos orgânicos, a coleta e reuso da água de chuva e o uso de banheiros secos.
As tecnologias compreendidas envolvem, em sua maioria, a separação das águas residuais em água negra e água cinza e o devido tratamento. Sendo a primeira composta por urina e fezes, e a segunda proveniente de outros usos sem as excretas, como efluente de lavanderia, chuveiros e pias (ESREY et al., 1998). O reuso de água da chuva e a gestão de resíduos sólidos, como o tratamento dos resíduos orgânicos e verdes, também são englobados pelos conceitos do saneamento ecológico (WERNER et al., 2009).
A separação de águas negras e águas cinzas, somada à separação das excretas em fezes e urina, representa uma redução expressiva no consumo de água, e é considera uma novidade, pois além de suprimir uma diluição desnecessária das excretas, conserva melhor os nutrientes de cada uma e possibilita o uso de tratamentos mais específicos (ESREY et al., 1998; JÖNSSON & VINNERAS, 2013; WERNER et al., 2009).
Vale salientar que, apesar de apresentar vantagens tanto na coleta, quanto no tratamento, a separação das águas residuais não é preceito do saneamento focado em recursos. Inclusive, essas tecnologias podem ser agregadas aos projetos de saneamento convencional (WERNER et al., 2009).
Os tratamentos focados em um tipo específico de excreta podem apresentar maior eficiência na remoção de patógenos e na diminuição no consumo de água potável, resultando, portanto, em um menor custo no tratamento das águas negras (WERNER et al., 2009). Como exemplo, o presente trabalho buscou estudar e analisar o tratamento de excretas provindas de banheiro seco, sem o uso de água, através da compostagem termofílica.
Apesar dessa tecnologia ser bastante estudada atualmente, a prática de reuso das excretas, bem como a valorização das mesmas como fertilizante já é conhecida há centenas de
anos na Síria (PEASEY, 2000). Na Suécia, por exemplo, há registros do uso de banheiros secos datados de 1880; na Índia, da década de 20; no Vietnam, de 1954 (PEASEY, 2000; AUSTIN, 2007 apud SMITH, 2015).
Na Alemanha, desde 1987, há projetos de banheiro seco sendo monitorados, em locais como unidades de conservação, restaurantes e residências (SMITH, 2015). Outros estudos em escala real também estão sendo monitorados em países como o Zimbabwe e México (ESREY et al., 1998).
3.2 BANHEIRO SECO
O banheiro seco é uma das tecnologias de saneamento descentralizado. Tem como princípio pouca ou nenhuma utilização de água para o seu funcionamento e, no lugar, utiliza-se um material para recobrimento das excretas após cada uso. É uma alternativa que possibilita a reciclagem de nutrientes, além de ser eficaz e segura para regiões que não possuem saneamento básico estruturado (WERNER, 2004).
O uso dessa tecnologia resulta em uma redução no consumo de água da residência e nos gastos com tratamento de esgotos, além de os banheiros não precisarem estar ligados à rede de abastecimento de água, tampouco à infraestrutura de águas residuárias (ANAND; APUL, 2014; MAGRI, 2013; TONETTI et al., 2018; WERNER, 2004).
Por não necessitar água para o descarte ou transporte das excretas, o banheiro seco apresenta menores riscos de contaminação das águas superficiais e subterrâneas. (MAGRI, 2013; SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004). Devido a esse isolamento, a estrutura do banheiro seco pode ser construída no interior da casa ou em área externa (TONETTI et al., 2018).
Um projeto de banheiro seco deve apresentar pelo menos os seguintes elementos: compartimento para as excretas; boa circulação de ar, permitindo a ventilação e, consequentemente, a redução de odores; e material de recobrimento para as excretas (ANAND; APUL, 2014) (Figuras 2 a 5). Tonetti (2018) conseguiu representar todos os elementos na Figura 6.
Figura 2: Banheiro Seco do Instituto Biorregional do Cerrado (IBC), Alto Paraíso de Goiás
Figura 3: Banheiro Seco do Instituto Biorregional do Cerrado (IBC), Alto Paraíso de Goiás
Fonte: Arquivo da autora Fonte: Arquivo da autora
Figura 4: Banheiro Seco do Sítio Instituto Çarakura, Florianópolis
Figura 5: Banheiro Seco do Centro de Treinamento da Epagri (CETRE), Florianópolis
Fonte: Smith (2015). Fonte: Magri (2013)
Existem tipos banheiros seco que coletam as fezes e a urina em um único contentor (Figura 6), e outros que coletam separadamente (Figura 7). Em ambos os casos é essencial
dispor o material de recobrimento a cada uso, além de colocar uma camada inicial deste mesmo material quando o contentor ainda estiver vazio (WERNER et al., 2009).
Fonte: Tonetti (2018) Figura 6: Esquema de banheiro seco
Figura 7: Esquema de banheiro seco com separação da coleta das excretas
Fonte: Arquivo RReSSa
Esse material varia conforme o tratamento posterior, podendo ser serragem, cinzas, palha, folhas secas, cal, etc., e sua importância se dá por sua função drenante, além de atuar como um ativador biológico, acelerando a decomposição da matéria orgânica no contentor (WERNER et al., 2009).
Em questões de operação, existem banheiros que contam com apenas um contentor grande de excretas e outros que se utilizam contentores menores. Com relação ao segundo caso, algumas características são observadas: facilitação no transporte e manejo dos contentores, maior frequência de limpeza e possibilidade de separar os contentores de acordo com as fases de maturação. Isto é, contentores mais antigos estão em uma etapa mais avançada de decomposição da matéria orgânica (WERNER et al., 2009).
Vale ressaltar que a operação e manutenção dos banheiros secos devem ser realizadas com atenção e cautela. É necessário que os usuários sejam mais conscientes e responsáveis no manejo das excretas do que em banheiros convencionais (ANAND; APUL, 2014; WERNER et al., 2009). Uma boa gestão requer uma limpeza apropriada, manuseio correto utilizando proteção, estar em dia com a manutenção necessária e um tratamento seguro, tanto das fezes, quanto da urina (WERNER et al., 2009).
A má gestão abre alas para um maior risco de contato direto com as excretas, ou seja, tocar o material e/ou ingeri-lo acidentalmente (SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004). Do ponto de vista sanitário, o uso incorreto, a exposição às excretas não higienizadas e a ausência de um tratamento adequado representam risco à saúde, pois aumentam as chances de sobrevivência dos patógenos e, consequentemente, de contaminação e transmissão de doenças (PEASEY, 2000).
3.2.1 Banheiro Seco com Vaso Separador - BSVS
O Banheiro Seco com Vaso Separador (BSVS) se caracteriza pela separação das excretas em fezes e urina. Utilizam-se vasos sanitários separadores e a urina e as fezes são direcionadas e armazenadas em compartimentos independentes (Figura 9 e Figura 8) (MAGRI, 2013; PEASEY, 2000; SMITH, 2015).
Essa separação visa o reuso das excretas humanas no local, além de possibilitar tratamentos específicos para cada excreta e, portanto, evitar perda de nutrientes (JÖNSSON; VINNERAS, 2013; UDDIN et al., 2014).
Figura 8: Parte interna do vaso separador Figura 9: Desenho representativo da sepearação de excretas.
Fonte: Austin (2007).
Outras vantagens da separação das excretas são a redução dos odores indesejados e a diminuição da umidade no contentor das fezes. A urina, devido à alta concentração de nutrientes e carbono, pode ser utilizada como um fertilizante eficaz e de fácil acesso. Além disso, a urina apresenta menores índices de patógenos, o que acarreta em uma menor exposição a esses organismos (ANAND; APUL, 2014; SMITH, 2015; WERNER et al., 2009).
Apesar das vantagens apresentadas, o BSVS ainda não é uma tecnologia bem difundida e tampouco muito utilizada. A baixa divulgação sobre sistemas de saneamento ecológico, bem como a ausência de informações sobre operação, funcionamento, tratamento e riscos envolvidos dificulta a mudança de paradigma e o interesse da população em acatar novas tecnologias (SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004; SMITH, 2015).
3.2.2 Banheiro Seco sem Separação de Urina - BS
O Banheiro Seco sem Separação de Urina (BS) é outra modalidade da tecnologia (Figuras 10 a 12). Nesse tipo não é necessário o uso do vaso separador, pois as excretas (fezes e urina) são coletadas em um mesmo contentor (ANAND; APUL, 2014; SMITH, 2015).
Em comparação ao BSVS, o BS é mais conhecido e difundido popularmente. Inclusive, o BS é uma das tecnologias citadas no livro da Organização Mundial da Saúde (OMS) (2006), “Guidelines for the Safe Use of Excreta and Greywater” (2006), além de ser reconhecido como uma tecnologia aperfeiçoada de saneamento, ou seja, que garante a segurança dos usuários evitando o contato com as próprias excretas (WHO/UNICEF, 2019).
Figura 10: Ilustração de um BS simples
Figura 11: Ilustração do contentor em um BS
Figura 12: Ilustração de como dispor o aditivo
Fonte: CEPAGRO (2013)
Por não haver separação na coleta das excretas, a urina contribui para um aumento significativo de umidade no material coletado, que pode ser reduzida através de evaporação ou da adição de materiais absorventes após cada uso, como serragem, cinzas, etc (PEASEY, 2000; WERNER et al., 2009). O uso desses materiais é essencial para um funcionamento adequado, pois além da redução de umidade, eles auxiliam na aeração do composto coletado, na redução de odores indesejados, evitam o contato com moscas e, portanto reduzem o risco de transmissão de doenças e contribuem para o aumento da concentração de carbono (ESREY et al., 1998; WERNER et al., 2009).
As excretas do BS são, geralmente, tratadas através da compostagem termofílica, que tem as altas temperaturas como agente na inativação dos microrganismos patogênicos (SMITH, 2015). Com isso, é obtido um composto de qualidade que pode ser utilizado dependendo do seu risco de contaminação microbiológica (PEASEY, 2000).
3.2.3 Tratamentos
Quanto ao tratamento das excretas, existem diferentes processos que vêm sendo estudados e aplicados em escala real (MAGRI, 2013). Os tratamentos têm como objetivo controlar a presença de patógenos e reduzi-los a limites aceitáveis (SCHÖNNING;
Fonte: CEPAGRO (2013) Fonte : (BUENO, MARCELO ,
STENSTRÖM, 2004). Fatores físico-químicos e biológicos, como a temperatura, pH, amônia, umidade, nutrientes e a presença de outros microrganismos são levados em consideração na escolha do tratamento e podem ser combinados entre si dependendo do processo e do resultado desejado (SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004).
Alguns dos tratamentos pesquisados são (MAGRI, 2013; NIWAGABA, 2009): - Compostagem e co-compostagem com resíduos orgânicos;
- Secagem ou desidratação; - Incineração;
- Tratamento químico.
Os tratamentos também se diferem quando as excretas são coletadas juntas ou separadas. Para o caso das excretas separadas, os tratamentos de urina visam o seu reuso na agricultura e, portanto, têm como objetivo a higienização, a estabilização, a redução de volume, a recuperação de nutrientes e a remoção de micropoluentes (MAGRI, 2013; SMITH, 2015).
Dentre os tipos de banheiro seco, os dois mais disseminados e estudados são o Banheiro Seco com Vaso Separador (BSVS) e o Banheiro Seco sem Separação de Urina (BS). Este último utiliza a compostagem como tratamento, enquanto o primeiro geralmente é tratado através do processo de secagem (SMITH, 2015).
3.3 EXCRETAS
A produção de fezes e urina varia de acordo com alguns fatores, como dieta alimentar, atividade física e o clima do local. Como exemplo, a média de produção diária de fezes nas áreas urbanas de países em desenvolvimento é de 250g/pessoa (FEACHEM et al, 1983; LENTNER et al, 1981 apud NIWAGABA, 2009). Em Florianópolis, os valores referentes a um ano encontrados por Magri (2013) foram de 47 kg de fezes e 549 litros de urina por pessoa.
As excretas humanas apresentam altas concentrações de nutrientes (VINNERÅS, 2007). Estudos realizados na Suécia encontraram as seguintes quantidades excretadas por pessoa em um ano: 550g de nitrogênio, 183g de fósforo e 365g de potássio nas fezes, e na urina, 4000g de nitrogênio, 365g de fósforo e 910g de potássio (VINNERÅS, 2002). As quantidades de nutrientes são menores nas fezes, no entanto, essas contêm alta concentração de matéria carbonácea (MAGRI, 2013).
Outra característica encontrada nas excretas são as concentrações de metais pesados, como Zinco, Cobre, Níquel, Chumbo, Cromo, Mercúrio, entre outros. A presença desses metais é maior nas fezes do que na urina e está relacionada à dieta alimentar. Quando em grandes concentrações, pode ser prejudicial à saúde e ao ambiente (MAGRI, 2013; NIWAGABA, 2009).
De acordo com a OMS, anualmente, cerca de 78 milhões de toneladas de nitrogênio e 13,7 de fósforo são vendidos mundialmente como fertilizantes para a agricultura. As excretas de 6 bilhões de pessoas contém 27 milhões de toneladas de nitrogênio e 3 milhões de fósforo, o que significa que 34,6% e 22%, respectivamente, da quantidade comercializada poderia ser substituída pelas excretas humanas (WHO; UNEP, 2006). No entanto, para que esses nutrientes sejam recuperados e utilizados de forma segura, é preciso garantir a redução e/ou inativação dos patógenos presentes nas excretas.
De acordo com Schönning e Stenström (2004), uma pessoa geralmente excreta altíssimas quantidades de microrganismos nas excretas, na ordem de 1011 – 1013/g. Dentre
esses organismos, a maioria é inofensiva, mas se ocorrer uma infecção por um organismo causador de doença, as excretas são um forte transmissor, dependendo de como serão armazenadas e tratadas.
O armazenamento e tratamento influencia na probabilidade de contato e exposição às excretas e estas se tornam possíveis meios de contaminação, variando de acordo com a capacidade dos organismos de sobreviver em condições ambientais adversas e de se manter em um estágio que possibilite a infecção de novos indivíduos (SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004).
3.3.1 Patógenos
Os patógenos são organismos causadores de doenças, sendo os mais comuns as bactérias, os vírus, os protozoários e os helmintos (EPA, 2003; SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004). A contaminação em seres humanos pode ocorrer por diferentes meios, como a ingestão, a inalação ou até mesmo o contato direto (EPA, 2003).
Os patógenos que afetam o trato intestinal são também chamados de patógenos entéricos e não fazem parte da microbiota intestinal natural (FEACHEM et al, 1983 apud NIWAGABA, 2009). Geralmente causam enfermidades que apresentam sintomas como diarreia, vômito e dores de estômago (MAGRI, 2013; SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004).
Quando ocorre contaminação por patógenos entéricos, um número expressivo de organismos é excretado pelas fezes ou urina, implicando um alto risco para a saúde pública (EPA, 2003; NIWAGABA, 2009). Após a excreção, a concentração desses patógenos decai com o tempo, variando conforme outros fatores como umidade, pH, temperatura, presença de microrganismos e concentração de nutrientes (MAGRI, 2013; SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004).
O Quadro 1 apresenta alguns dos patógenos excretados nas fezes humanas e doenças relacionadas.
Quadro 1: Patógenos mais comuns presentes nas excretas humanas e doenças relacionadas
Grupo Patógeno Doenças relacionadas
Bacterias
Escherichia coli (EHEC,
EIEC, EPEC, ETEC) Enterite
Salmonella typhi/paratyphi Febre tifóide, paratifóide Salmonella spp. Salmonelose
Shigella spp. Shigelose
Vírus
Adenovírus entérico Enterite
Vírus da Hepatite A Hepatite A
Vírus da Hepatite E Hepatite E
Poliovírus Poliomelite
Rotavírus Enterite
Fonte 1: Adaptado pela autora a partir de Magri (2013).
Existem organismos patogênicos tanto na urina, quanto nas fezes, sendo esta com a maior concentração. Devido a isso, os tratamentos de saneamento ecológico têm como objetivo a inativação desses patógenos, sendo este também um fator limitante para o reuso das excretas (MAGRI, 2013).
O ideal para avaliar a eficiência de diferentes tratamentos é verificar o potencial de inativação de cada um dos patógenos presentes nas excretas. No entanto, se torna inviável frente às metodologias e custos necessários para tal e, portanto, estudam-se microrganismos indicadores, geralmente, iguais ou mais resistentes que o restante dos organismos patogênicos (MAGRI, 2013).
3.3.1.1Microrganismos Indicadores 3.3.1.1.1 Bactérias
Dentre as bactérias, os indicadores fecais mais utilizados fazem parte da família Enterobacteriaceae e do gênero Enterococcus (NORDIN, 2010). Por serem, em sua maioria, gram-positivas, os enterococcus apresentam alta resistência a temperaturas elevadas, agentes desinfetantes e secagem (MAGRI, 2013).
Os coliformes fecais, também conhecidos como coliformes termotolerantes, apesar de não serem prejudiciais à saúde, indicam a provável presença de outras bactérias entéricas patogênicas (EPA, 2003; NORDIN, 2010).
Outro bom indicador são as bactérias do grupo Salmonella spp., pois geralmente se encontram em grande quantidade e são tão resistentes quanto a outras bactérias patogênicas (EPA, 2003). Além disso, apresentam características zoonóticas e chances significativas de recrescimento no meio ambiente, o que acarreta preocupação e problemas no reuso das excretas (NORDIN, 2010).
3.3.1.1.2 Vírus
Os vírus mais comumente excretados são os enterovírus, adenovírus entéricos, rotavírus e calicivírus humanos (TAUXE; COHEN, 1995 apud SCHÖNNING; STENSTRÖM, 2004). Tais vírus são um potencial infectante quando resistem em ambientes externos ao hospedeiro, mesmo que não se multipliquem (TAVARES; DE PAULA CARDOSO; DIEDERICHSEN DE BRITO, 2007). Dentre esses, os enterovírus são os mais estudados, pois são bons representativos comparado a outras espécies de vírus entéricos (EPA, 2003).
Os bacteriófagos somáticos, vírus que infectam bactérias, são utilizados como organismos modelos, devido a sua resistência a pressões ambientais e desinfetantes, e por sua facilidade metodológica. Os grupos mais utilizados são os colifagos somáticos, bacteriófagos F específicos ou RNA (SILVA, 2010). No entanto, cabe ressaltar, que ainda faltam estudos acerca da eficiência dos bacteriófagos como modelos virais, pois alguns autores relatam problemas na utilização dos mesmos (SILVA, 2010; TAVARES; DE PAULA CARDOSO; DIEDERICHSEN DE BRITO, 2007).
3.4 COMPOSTAGEM
O processo de compostagem é a decomposição microbiológica de resíduos orgânicos, transformando-os em insumo agrícola que se assemelha ao húmus (FERNANDES; SILVA, 1999; NIWAGABA, 2009).
Autores apresentam diferentes definições para o processo, variando de acordo com o intuito do procedimento, seja com enfoque microbiológico ou agronômico. No entanto, todos eles acordam na dependência do oxigênio, na geração de calor e na restrição de processos anaeróbios para um bom funcionamento (INÁCIO; MILLER, 2009).
Fernandes e Silva (1999) a define como:
“Uma bioxidação aeróbia exotérmica de um substrato orgânico heterogêneo, no estado sólido, caracterizado pela produção de CO2, água, liberação de substâncias minerais e formação de
matéria orgânica estável.”
Por ser um processo aeróbio, o oxigênio é consumido para a obtenção de energia a partir do carbono da matéria orgânica e, portanto, transformado em gás carbônico, calor e água (INÁCIO; MILLER, 2009). A Figura 13 representao processo de compostagem.
Figura 13: Diagrama simplificado do processo de compostagem
Fonte 2: Adaptado pela autora a partir de Fernandes e Silva (1999); Teixeira (2012).
Os atores biológicos são essenciais no processo de compostagem. As bactérias, nas fases de altas temperaturas, os actinomicetos, responsáveis pela degradação da matéria mais
resistente, e os fungos, protagonistas no final do processo, são os responsáveis pela intensa atividade microbiana e pela transformação completa da matéria orgânica (INÁCIO; MILLER, 2009).
A atividade microbiana acontece desde o princípio até o final do processo de compostagem. Os grupos de microrganismos atuam em diferentes etapas, variando conforme as características do meio, como nutrientes, temperatura e umidade (FERNANDES; SILVA, 1999).
Com o início do processo, as temperaturas das leiras começam a aumentar devido ao metabolismo microbiano (NIWAGABA, 2009). Além disso, o calor apresenta caráter determinante, pois a temperatura é critério de seleção dos microrganismos atuantes, variando entre microrganismos psicófilos (0 – 20ºC), mesófilos (15 – 43ºC) e termófilos (40 – 85ºC) (FERNANDES; SILVA, 1999; INÁCIO; MILLER, 2009).
Além dos fatores biológicos, é essencial que se tenha conhecimento dos fatores químicos e físicos que influenciam na atividade metabólica da compostagem (TEIXEIRA, 2012). Entre os fatores mais importantes e mais estudados, estão a temperatura, a aeração, a umidade, o pH, a relação C/N e os microrganismos adaptados (INÁCIO; MILLER, 2009; NIWAGABA, 2009; TEIXEIRA, 2012).
3.4.1 Indicadores
3.4.1.1 Temperatura
Segundo Inácio e Miller (2009), o processo de compostagem pode ser divido em quatro fases, variando conforme a temperatura da leira e a diversidade microbiológica. A Fase Inicial é a etapa em que ocorre o crescimento dos microrganismos mesófilos e a decomposição da matéria orgânica é intensa. As temperaturas se elevam rapidamente, podendo demorar de 15 horas a 3 dias para aquecer.
A etapa seguinte é a fase termófila, caracterizada por suas altas temperaturas, acima de 45ºC. É o momento em que os microrganismos termófilos, em sua maioria bactérias, apresentam o maior rendimento na decomposição, com geração de calor e vapor d’água. É nessa fase que a aeração da leira adquire um caráter dinâmico, pois o calor produzido pela atividade microbiana impulsiona o ar por convecção.
Na terceira fase, mesófila, as temperaturas já são mais baixas, pois a atividade microbiana se abranda. Com a mudança das condições, os microrganismos mesófilos se
tornam os protagonistas na degradação das substâncias orgânicas mais resistentes. Nessa etapa, a ação das bactérias é tão relevante quanto a dos fungos e actinomicetos.
A última fase é conhecida por etapa de maturação. Nesse momento, a atividade biológica já é bastante reduzida, e, consequentemente, a temperatura da leira diminui. Com predominância da atuação dos fungos, é na maturação que ocorre a formação de substâncias húmicas (TEIXEIRA, 2012). Após essa fase, o composto, produto final está pronto para uso e a decomposição da matéria restante e liberação dos nutrientes ocorrerá lentamente (INÁCIO; MILLER, 2009).
Vale ressaltar que a temperatura afeta as taxas de decomposição. Para manter o processo ativo, sob altas temperaturas, é preciso atentar à estrutura e ao consumo de carbono (NIWAGABA, 2009).
É importante salientar que temperaturas acima de 65 inibem algumas populações de microrganismos e acarreta um decréscimo da atividade biológica. Sendo assim, autores definem as temperaturas entre 55 e 65 como ideais para uma máxima intensidade da atividade microbiana (FERNANDES; SILVA, 1999).
3.4.1.2 O2
A compostagem, por definição, é o processo aeróbio. No entanto, na prática, existem zonas no interior da leira em que ocorrem atividades anaeróbias, por ausência de O2
disponível. Esta falta acontece por conta do alto consumo de O2 durante a atividade
microbiana (INÁCIO; MILLER, 2009).
Figura 14: Variação da temperatura na leira e as respectivas fases.
Quando parte da compostagem apresenta características anaeróbias, sua eficiência reduz e o processo se torna mais lento. A atividade microbiana predominante é aeróbia, portanto a demanda de oxigênio é elevada e essencial para que o ciclo de compostagem não se prolongue (FERNANDES; SILVA, 1999).
A aeração também atua na oxidação da matéria orgânica e na eliminação de odores. Deste modo, em um processo eficiente, projeta-se uma boa circulação de ar a partir da estrutura da leira e da quantidade de umidade presente na matéria orgânica, podendo essa circulação ocorrer de maneira mecânica, passiva, por difusão ou revirando as leiras. (FERNANDES; SILVA, 1999; EPSTEIN, 1997 apud NIWAGABA, 2009).
3.4.1.3 Umidade
A água é essencial para a vida e, portanto, para a compostagem (FERNANDES; SILVA, 1999). Através da umidade se transportam os nutrientes dissolvidos, indispensáveis para a atividade metabólica e fisiológica dos microrganismos (MCARTNEY; TINGLEY, 1998 apud NIWAGABA, 2009).
O controle da umidade durante o processo é importante tanto para a atividade microbiana, como também para a aeração da leira. O oxigênio e a água ocupam os mesmos espaços vazios da leira, isto é, o excesso de água interrompe a atividade aeróbia (INÁCIO; MILLER, 2009).
Autores recomendam um teor ótimo de umidade entre 50 e 60%, variando de acordo com o tempo e com os objetivos de cada processo. No decorrer da compostagem, a quantidade de água também é influenciada pela evaporação e precipitação, assim como pela formação de água metabólica. Diante disso, a tendência é que o teor de umidade diminua no final do processo (FERNANDES; SILVA, 1999; INÁCIO; MILLER, 2009; NIWAGABA, 2009).
3.4.1.4 Relação Carbono/Nitrogênio
A relação C/N refere-se à relação entre as concentrações de carbono e nitrogênio presentes na leira. Esses dois nutrientes são os de maior importância para a vida microbiana (INÁCIO; MILLER, 2009). Enquanto o carbono é a principal fonte de energia, o nitrogênio é essencial para a síntese celular (TEIXEIRA, 2012).
Quando a relação é muito baixa, pode ocorrer a volatilização da amônia, perdendo o nitrogênio. Se for muito elevada, faltará nitrogênio para os microrganismos realizarem a
síntese de proteínas, elevando o tempo de decomposição. Diante disso, autores definem uma relação C/N inicial ótima entre 30 e 40 (FERNANDES; SILVA, 1999; INÁCIO; MILLER, 2009).
3.4.1.5 pH
O pH não é considerado um fator crítico da compostagem (FERNANDES; SILVA, 1999). No entanto, as faixas de pH influenciam a dinâmica microbiana, determinando quais espécies de microrganismos se adaptam e atuam no processo (INÁCIO; MILLER, 2009).
Na fase inicial da compostagem ocorre a produção de ácidos orgânicos, acidificando o meio, com pH variando de 5,5 a 6. Em seguida, o pH se eleva, em torno de 7,0, devido à formação de ácidos húmicos (TEIXEIRA, 2012). Já a fase termófila é marcada pela elevação do pH (7,5-9,0), devido a hidrólise das proteínas, liberação de amônia (FERNANDES; SILVA, 1999).
O pH de cada resíduo influencia na atividade microbiana (TEIXEIRA, 2012). Por exemplo, restos de frutas, como polpas e cascas, apresentam baixo pH e, portanto, podem retardar o metabolismo, visto que restringe a quantidade de espécies que atuam em faixas extremas de pH (INÁCIO; MILLER, 2009).
Quando os níveis de pH são muito ácidos ou muito básicos, a atividade microbiana reduz e pode ser inibida (FERNANDES; SILVA, 1999). Portanto, é importante misturar diferentes materiais orgânicos, de maneira que o pH médio varie entre 5,0 e 7,0 (INÁCIO; MILLER, 2009).
3.4.1.6 Inoculante
O inoculante é o “material que serve como fonte extra de microrganismos necessários para o início do processo de compostagem” (INÁCIO; MILLER, 2009, p. 35). Pode ser o composto em fase de maturação, um composto pronto ou até mesmo terra rica em matéria orgânica.
Apesar da sua utilização não ser essencial, tampouco necessária, visto que os microrganismos necessários à compostagem se encontram na matéria orgânica. Adicioná-lo às camadas do material a ser compostado aumenta a colonização de organismos adaptados à compostagem, de forma que acelera o processo durante a fase inicial, alcançando temperaturas termofílicas mais rapidamente (INÁCIO; MILLER, 2009; TEIXEIRA, 2012).
3.4.2 Métodos De Compostagem
Existem diferentes métodos de compostagem, que variam conforme a estrutura das leiras ou reator, tipo de aeração, mão de obra e área necessária (EPSTEIN, 1997 apud TEIXEIRA, 2012). Inácio e Miller (2009) separou os métodos em quatro grupos: 1. Leiras estáticas com aeração natural; 2. Leiras estáticas com aeração forçada; 3. Compostagem com revolvimento de leiras; 4. Compostagem em reatores (confinada). O Quadro 2 apresenta algumas das características de cada método.
Quadro 2: Métodos de compostagem e suas principais características
Leiras estáticas com aeração passiva (Método UFSC) Leiras com revolvimento periódico
Leiras com aeração forçada Compostagem em reatores Baixo custo de implantação Baixo custo de implantação Processo, temperatura, produção de odor e aeração mais controlados Demanda menor área Operação simples
Não exige tanto acompanhamento técnico especializado Menor tempo de compostagem Independe de agentes climáticos Necessita operadores capacitados em compostagem Necessita máquinas para o revolvimento Maiores custos de implantação e manutenção Alto investimento inicial e maiores custos de implantação e manutenção Utiliza muito material vegetal, que pode ser difícil
de se conseguir Produção elevada de lixiviado e difícil controle de odores Maior produção de lixiviado Fonte: Adaptado pela autora a partir de Inácio & Miller (2009) e Teixeira (2012).
De acordo com Inácio e Miller (2009), os objetivos da compostagem, independentemente do método, são a decomposição da matéria orgânica até obter um produto benéfico, útil para melhoramento de solo e outros usos, e o tratamento de resíduos orgânicos para inativação de organismos patógenos.
Ainda, os mesmos autores definem os aspectos que garantem a qualidade do processo. Dentre eles, está o controle da proliferação de moscas e atratividade a outros vetores, o controle da produção de lixiviado e evitar a ocorrência de odores indesejados. Tais aspectos
visam a geração de um produto sem riscos de contaminação do solo e água, sendo adequado para o manuseio, o uso na agricultura e/ou recuperação de solos.
3.4.3 Método UFSC
O método de compostagem com leiras estáticas e aeração passiva, ou natural, é também conhecido por Método UFSC de compostagem, visto que o método foi adaptado para a gestão de resíduos sólidos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
O livro intitulado “Compostagem: ciência e prática na gestão de resíduos orgânicos”, de Inácio e Miller (2009), publicado pela EMBRAPA, descreve claramente as características do método e, portanto, foi utilizado como referencial teórico básico deste trabalho.
É considerado um método de baixo custo, pois como não há a necessidade dos revolvimentos periódicos, a mão de obra é reduzida, além de necessitar equipamentos simples. O diferencial do método é a ênfase na arquitetura das leiras, ou seja, na montagem, forma e proporção da mistura dos resíduos (Figura 15).
Figura 15: Sequência de montagem de uma leira estática com aeração passiva
De acordo com Inácio e Miller (2009), as peculiaridades desse método são:
Formato das leiras: as leiras são montadas em formato de retângulo, ou seja, formam ângulos de 90º em relação ao solo;
Leira estática: os revolvimentos da leira são pontuais, sendo um ou dois, somente no final do processo, na fase termofílica, com objetivo de homogeneizar o material e prepara para a fase de maturação;
Densidade do substrato: utiliza-se uma alta carga de material estruturante, com alta relação C/N;
Carga contínua; as leiras são alimentadas com novas cargas de resíduos periodicamente; Mistura de camadas: a cada carga, realiza-se a mistura com o material da carga anterior, já em fase termofílica do processo;
Cobertura: cobre-se a leira com material vegetal, como folhas secas, serragem, cortes de grama, para que a matéria orgânica não fique exposta, sujeita a perda de temperatura e proliferação de vetores;
3.4.3.1 Funcionamento
Esse método de compostagem leva em consideração as altas temperaturas para um bom funcionamento, ou seja, é uma compostagem termofílica. O caráter de aeração passiva também é importante no método.
A importância do formato das leiras se dá pois ele auxilia no controle da temperatura e influencia a aeração da leira. A Figura 16: Esquema de fluxo interno de ar e vapor em uma leira de compostagem com aeração passiva apresenta a dinâmica de aeração passiva nas leiras. Com as temperaturas elevadas, o calor de dentro da leira tende a subir e sair pela parte de cima. Por consequência, o ar frio externo entra pelas paredes laterais pelo movimento de convecção.
Figura 16: Esquema de fluxo interno de ar e vapor em uma leira de compostagem com aeração passiva
Fonte 4: Inácio & Miller (2009)
A temperatura, além de caracterizar o método por ser termofílico, também atua como indicativo de um bom processo biológico e na prevenção de proliferação de vetores. Temperaturas acima de 50ºC, por exemplo, evitam o crescimento de larvas de moscas, frequentemente encontradas nos resíduos.
O controle de temperatura é realizado através de medição com termômetros digitais ou analógicos. O ideal é que a medição seja realizada diariamente e planilhada para que se tenha o acompanhamento registrado, essencial caso haja alguma fiscalização por órgãos ambientais a respeito dos níveis de temperatura e período mínimo para a redução de patógenos.
Os autores também sugerem que seja realizada a observação interna da leira através da visão, olfato, tato e outros instrumentos. É perceptível quando a compostagem está sendo mal conduzida, pois resulta na formação de massas de matéria orgânica compactadas, gerando odores devido a anaerobiose do processo (INÁCIO; MILLER, 2009).
3.4.3.2 Resultado de composto esperado
O produto obtido, também chamado de composto ou adubo orgânico, tem características semelhantes ao húmus, de coloração escura, cheiro agradável de terra e livre de microrganismos patogênicos. Sua composição varia de acordo com as características dos resíduos tratados (INÁCIO; MILLER, 2009; NIWAGABA, 2009).
